本文關鍵詞：電動車用感應電機控制器的設計及其關鍵問題研究

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【摘要】：長期以來,汽車作為人類最重要的交通工具,在社會生活中發(fā)揮著重要作用。隨著能源的日益消耗以及傳統(tǒng)燃油汽車帶來的環(huán)境問題,迫使人們重新考慮汽車未來的動力來源。電動汽車以電能作為動力源,能實現(xiàn)零排放,能量利用率高,發(fā)展前景十分廣闊。感應電機作為常見的交流電機,具有結構簡單、成本低、運行可靠、極限轉速高等特點,因而被廣泛的應用在新能源汽車的驅動系統(tǒng)中。感應電機控制器作為電動汽車的核心部件,要求其具有良好的轉矩控制特性,以滿足汽車頻繁的起動、停車,加、減速,能量回饋,低速大轉矩爬坡,高速恒功率運行等工況。當前,車用感應電機控制器產品種類較多,但大都存在如下問題：(1)當電機運行在恒功率區(qū)時,因控制器對定子電流的勵磁分量與轉矩分量分配不合理導致高速區(qū)的電磁轉矩的潛力得不到充分發(fā)揮：(2)傳統(tǒng)的三相電壓源型逆變器的SVPWM調制方案僅運行在線性調制區(qū)內,降低了電機的起動轉矩并限制了系統(tǒng)的調速范圍,最終影響了驅動系統(tǒng)的動態(tài)性能。針對上述問題,本文提出了相應的解決方案,并以TI公司的DSP芯片TMS320F2810為核心,制作了電動汽車感應電機控制器的樣機。具體的研究內容如下：(1)對于感應電機運行在恒功率區(qū)輸出轉矩不足的問題,提出了一種新的弱磁控制方案。該方案結合了傳統(tǒng)的1/ωr法和基于電壓檢測弱磁控制方法的優(yōu)點,充分發(fā)揮了定子電流的勵磁分量與轉矩分量的作用,從而增加了電機的輸出轉矩；(2)針對三相逆變器直流側電壓利用率低的問題,將SVPWM算法從線性調制區(qū)延伸至過調制區(qū),并采用SVPWM單模式過調制策略實現(xiàn)了兩者的平滑過渡,為電機起動轉矩的增加和系統(tǒng)調速范圍的拓寬提供了可能；(3)制作了電動汽車用感應電機控制器的樣機,設計了包括矢量控制算法、SVPWM波形輸出、電流調節(jié)器、電流模型的開環(huán)磁鏈觀測器等模塊在內的各功能模塊,最終對間接矢量控制系統(tǒng)進行了調試與測試,驗證了方案的有效性。
【關鍵詞】：電動汽車 矢量控制 弱磁控制 DSP
【學位授予單位】：山東大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2015
【分類號】：U469.72;TM346
【目錄】：

• 摘要12-13
• ABSTRACT13-15
• 第1章 緒論15-22
• 1.1 課題的研究背景和意義15-16
• 1.2 純電動汽車控制器的研究現(xiàn)狀及存在的問題16-20
• 1.2.1 純電動汽車的結構組成16-17
• 1.2.2 電動汽車驅動電機的選擇17-18
• 1.2.3 感應電機常用的變頻控制策略18
• 1.2.4 感應電機控制器存在的問題18-20
• 1.3 本文的主要研究內容和章節(jié)安排20-21
• 1.3.1 主要研究內容20
• 1.3.2 論文各章節(jié)安排20-21
• 1.4 本章小結21-22
• 第2章 三相感應電機的數(shù)學模型22-29
• 2.1 感應電機在三相靜止坐標系下的數(shù)學模型22-25
• 2.2 感應電機的坐標變換25-26
• 2.2.1 三相靜止坐標系到兩相靜止坐標系的變換25-26
• 2.2.2 兩相靜止坐標系到兩相同步旋轉坐標系的變換26
• 2.3 感應電機在同步旋轉坐標系(dq坐標系)下的數(shù)學模型26-27
• 2.4 感應電機在同步旋轉坐標系下的狀態(tài)空間方程27-28
• 2.5 本章小結28-29
• 第3章 三相感應電機的矢量控制方案29-35
• 3.1 矢量控制的基本思想29-30
• 3.2 轉子磁鏈定向矢量控制的基本原理30-31
• 3.3 矢量控制系統(tǒng)的具體方案31-33
• 3.3.1 直接型矢量控制系統(tǒng)31-32
• 3.3.2 間接型矢量控制系統(tǒng)32-33
• 3.4 感應電機轉子磁鏈的估計方案33-34
• 3.4.1 基于電流模型的磁鏈估計方案33
• 3.4.2 基于電壓模型的磁鏈估計方案33-34
• 3.5 本章小結34-35
• 第4章 三相感應電機的弱磁控制技術35-48
• 4.1 電機弱磁區(qū)域的運行狀態(tài)分析35-40
• 4.1.1 弱磁區(qū)感應電機的穩(wěn)態(tài)方程35
• 4.1.2 弱磁運行時電壓和電流的限制條件35-36
• 4.1.3 弱磁運行區(qū)域的劃分及各區(qū)域電流的分配方案36-39
• 4.1.4 電機在整個運行范圍內的最優(yōu)電流矢量軌跡39-40
• 4.2 常見的感應電機弱磁控制方案40-43
• 4.2.1 1/ω_r法40-41
• 4.2.2 基于電壓檢測的方案41-42
• 4.2.3 基于電壓檢測改進后的弱磁控制方案42-43
• 4.3 一種新型的弱磁控制方案43
• 4.4 仿真結果與分析43-47
• 4.5 本章小結47-48
• 第5章 三相電壓源型逆變器的SVPWM及其過調制方案48-59
• 5.1 三相電壓源型逆變器的基本結構與基本電壓矢量48-49
• 5.2 SVPWM的線性調制策略49-50
• 5.3 SVPWM的過調制策略50-55
• 5.3.1 最小相角誤差過調制策略50-51
• 5.3.2 最小幅值誤差過調制策略51-52
• 5.3.3 典型雙模式過調制策略52-53
• 5.3.4 單模式過調制策略53-55
• 5.4 仿真結果與分析55-58
• 5.4.1 SVPWM線性調制區(qū)內的仿真結果與分析55-56
• 5.4.2 SVPWM單模式過調制的仿真結果與分析56-58
• 5.5 本章小結58-59
• 第6章 電動汽車感應電機控制器的軟硬件實現(xiàn)59-77
• 6.1 感應電機控制器硬件的整體方案59-61
• 6.1.1 微控制器TMS320F2810簡介59-60
• 6.1.2 感應電機控制器硬件的整體方案60-61
• 6.2 感應電機控制器的軟件設計61-67
• 6.2.1 軟件開發(fā)平臺介紹61-62
• 6.2.2 感應電機的標幺值表示法62-63
• 6.2.3 數(shù)值定標63
• 6.2.4 軟件設計流程63-67
• 6.3 矢量控制主要程序模塊的軟件實現(xiàn)67-76
• 6.3.1 電機速度檢測模塊67-69
• 6.3.2 轉子磁鏈位置計算模塊69-70
• 6.3.3 電流調節(jié)器PI算法模塊70-71
• 6.3.4 電流采樣環(huán)節(jié)及其標幺化模塊71-73
• 6.3.5 坐標變換模塊73
• 6.3.6 SVPWM的實現(xiàn)模塊73-76
• 6.4 本章小結76-77
• 第7章 樣機調試與相關實驗結果分析77-87
• 7.1 樣機參數(shù)與各變量標幺值的基值選取77-78
• 7.1.1 樣機參數(shù)77-78
• 7.1.2 各變量標幺值的基值選取78
• 7.2 三相逆變器的驅動及輸出波形的實驗結果78-82
• 7.2.1 MOSFET開關管驅動與輸出波形78-79
• 7.2.2 互補PWM的輸出波形79
• 7.2.3 初始上電的波形79-80
• 7.2.4 七段式SVPWM的輸出波形80-81
• 7.2.5 SVPWM輸出相電壓和相電流波形81-82
• 7.3 坐標變換以及磁鏈定向角計算的實驗結果82-83
• 7.4 電流調節(jié)器的實驗結果83-84
• 7.5 間接矢量控制系統(tǒng)的實驗結果84-86
• 7.5.1 電流模型與間接矢量控制模型磁鏈位置角的對比84
• 7.5.2 電機的起動波形84-85
• 7.5.3 間接矢量控制系統(tǒng)的動態(tài)響應波形85-86
• 7.5.4 間接矢量控制系統(tǒng)的弱磁升速波形86
• 7.6 本章小結86-87
• 第8章 總結與展望87-89
• 8.1 論文工作總結87
• 8.2 論文展望87-89
• 參考文獻89-93
• 致謝93-94
• 附件94

【參考文獻】

中國期刊全文數(shù)據(jù)庫 前1條

1 李國良,初亮;采用交流感應電機的電動汽車動力傳動系統(tǒng)的合理匹配[J];吉林工業(yè)大學自然科學學報;2001年04期

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本文編號：662235