隨著能源危機和環(huán)境污染問題的日益嚴峻,節(jié)能環(huán)保成為汽車產業(yè)發(fā)展的主題,也是促進可持續(xù)發(fā)展的重要保證。以純電動、混合動力以及燃料電池汽車為代表的電動汽車正是未來綠色環(huán)保汽車的最佳選擇,也是我國新興的戰(zhàn)略產業(yè)。作為電動汽車的主要動力來源,永磁同步電機以其優(yōu)良的功率密度、扭矩密度和轉化效率成為車用電機的最佳選擇。為了進一步降低能耗,減少碳排放,增加電動汽車的續(xù)航里程,本文將從永磁同步電機的控制策略出發(fā),對電機驅動系統(tǒng)的效率優(yōu)化問題進行深入研究。首先,從電機的數(shù)學模型和矢量控制入手,在考量各類高效率控制策略后,采用以注入法為基礎的MTPA控制策略作為主要研究目標。在對最優(yōu)電流角度跟蹤原理和功率響應信號進行分析的基礎上,完成永磁同步電機高效率控制算法的設計。同時為了應對電動汽車驅動扭矩頻繁變化的特點,通過深入分析最優(yōu)電流角度的預期調整量與響應信號之間的關系,提出了階躍角度補償算法。所提算法保持了原算法參數(shù)無關的特點,并在保證穩(wěn)定性的基礎上,進一步提高算法的響應速度。其次,通過MATLAB/Simulink搭建以JMAG-RT為核心的電機仿真模型和對應的控制算法模型,對以高頻注入法為基礎的MTPA控制策略進行了原理驗證和動態(tài)加載實驗,并根據(jù)對仿真結果的分析提出優(yōu)化方案。之后對階躍角度補償策略與原注入法進行相同工況下的對比仿真實驗,驗證了該算法的可行性,能夠提高MTPA軌跡的跟蹤速度,更加快速穩(wěn)定地將電機調整到高效工作點。最后,使用LabVIEW在PXI平臺上搭建電機實時仿真環(huán)境以及數(shù)據(jù)交互系統(tǒng),并以STM32F4作為主控芯片編寫電機控制程序,完成了硬件在環(huán)平臺的設計工作。并通過電機基礎矢量控制對硬件在環(huán)平臺進行調試和驗證,確保實時仿真模型的精度和準確性。在此基礎上,對控制策略進行半實物仿真實驗,驗證了算法的有效性,并結合硬件在環(huán)的實驗結果和調試中遇到的問題,對影響實驗結果的因素進行深入分析與總結,為今后的半物理仿真實驗平臺開發(fā)以及實物實驗提供借鑒。
【學位單位】：南京理工大學
【學位級別】：碩士
【學位年份】：2018
【中圖分類】：U469.72
【部分圖文】：

豐田汽車公司同樣在電動汽車領域占有絕對領先低位，在１９９７年１２月推出了標志??性的混動車型，以燃油和電池共同供能并搭載以行星齒輪組為核心的動力分流器的Ｐｒｉｕｓ，??其高集成化的能量控制單元（Ｐｏｗｅｒ?Ｃｏｎｔｒｏｌ?Ｕｎｉｔ，?ＰＣＵ）如下圖１．１所示。??畫??圖１．１?Ｐｒｉｕｓ的ＰＣＵ切割模型??從Ｐｒｉｕｓ進入全球汽車銷售市場之后，以其優(yōu)秀的續(xù)航里程和百公里油耗得到廣泛??認可，成為目前世界上銷量最高的電動汽車汽車［３（）］。經(jīng)過不斷改良，現(xiàn)已推出第五代，??４??

面向電動汽車的永磁同步電機高效率控制策略研宄??高的工作點，這就是最大轉矩電流比狀態(tài)下。相對應的，ＭＴＰＡ點也可認為是在給定電??流幅值時，實現(xiàn)最大的扭矩輸出。從如圖１．３所示的ｄ－ｑ軸上的最大轉矩電流比（Ｍａｘｉｍｕｍ??ＴｏｒｑｕｅｐｅｒＡｍｐｅｒｅ，ＭＴＰＡ）控制策略下電機工作軌跡上，可以更加清晰地看出，ＭＴＰＡ的??軌跡正是恒轉矩曲線與電流圓的交點，也就是電流最小的點。??＾?ｌｎ??最大轉矩電流比?ｑ??軌跡?Ｔ??ｅｍ＼??電壓極限恒轉矩軌跡??電流極限圓??＼〇?ｉＴ??圖１．３最大轉矩電流比控制策略下電機工作軌跡??對于電機的轉化效率，主要包括電流的利用效率和能量損失。對于嵌入式永磁同步??電機來說，ＭＴＰＡ控制策略能夠確保電流利用率最高。對于能量損失主要為銅損和鐵損，??永磁同步電機的銅損與定子電流的幅值有關，因此ＭＴＰＡ軌跡上的銅損也最小。而鐵損??一般變化較小，可忽略不計［４５］。綜合考慮以后原因，ＭＴＰＡ工作點也不僅電流利用率最??高，并且?guī)淼哪芰繐p失最小，因此是嵌入式永磁同步的最大效率工作點，在工業(yè)應用??中

２．１所示），不僅增強了高速旋轉下的機械強度，使轉子更加堅固可靠，拓寬高速區(qū)間；??同時不對稱的磁路結構產生了凸極性，使其具有更好的弱磁調速性能和扭矩密度。凸極??性的產生如下圖２．２所示，在轉子旋轉坐標下，定子產生的磁通經(jīng)過氣隙進入轉子鐵芯??時，在ｄ軸（ｄｉｒｅｃｔ?ａｘｉｓ）方向需要穿過了永磁體，而在ｑ軸（ｑｕａｄｒａｔｕｒｅ?ａｘｉｓ）方向上直接進??入。由于永磁體的相對磁導率遠小于鐵芯，而電感正比于相對磁導率，從整個磁通路徑??上來看，ｄ軸的總電感要低于９軸［６４］。??ｆ?＾定子?ｒ?＾定子??＾?氣隙?〃?氣隙??，ｎ?］?ｌ?ｓ?Ｊ?１?ｎ??ｖ???ｙ?Ｖ?ｙ??轉子鐵芯?轉子鐵芯??（ａ）ｄ軸磁通示意圖?（ｂ）ｑ軸磁通示意圖??圖２．２永磁同步電機凸極性示意圖??２．１．２永磁同步電機的坐標變換??坐標變換的本質是通過改變坐標系，將方程中原來的一組變量用一組新的變量代替，??主要目的是將定子三相電流解耦，從而使永磁同步電機數(shù)學模型更加簡單，易于分析和??控制。具體的變換過程如下圖２．３所示：??１５??
【參考文獻】

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1 本刊報道;;政策助力新能源汽車 推動稀土剛需[J];稀土信息;2015年10期

2 王如玉;;中國成全球最大新能源車市場[J];中國汽配市場;2015年04期

3 唐葆君;劉江鵬;;中國新能源汽車產業(yè)發(fā)展展望[J];北京理工大學學報(社會科學版);2015年02期

4 廖勇;伍澤東;劉刃;;車用永磁同步電機的改進MTPA控制策略研究[J];電機與控制學報;2012年01期

5 郭孔輝;;對我國電動汽車產業(yè)化問題的思考[J];中國工程科學;2011年09期

6 陳清泉;;電動汽車、混合動力汽車和燃料電池汽車的發(fā)展前景(英文)[J];汽車安全與節(jié)能學報;2011年01期

7 黃鵬;黃雷;苗長云;郭文成;;考慮飽和效應的IPMSM最大轉矩電流比控制[J];電力電子技術;2011年02期

8 魯文其;胡育文;梁驕雁;黃文新;;永磁同步電機伺服系統(tǒng)抗擾動自適應控制[J];中國電機工程學報;2011年03期

9 雅坤;;本田在行動 HONDA FIT EV CONCEPT[J];世界汽車;2011年01期

10 國務院發(fā)展研究中心重點產業(yè)調整轉型升級課題組;馮飛;王曉明;;我國具備將電動汽車作為戰(zhàn)略性新興產業(yè)的條件[J];中國發(fā)展觀察;2009年10期

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1 黃文卿;混合動力車用永磁同步電機控制參數(shù)估計與控制策略研究[D];北京理工大學;2014年

2 邱鑫;電動汽車用永磁同步電機驅動系統(tǒng)若干關鍵技術研究[D];南京航空航天大學;2014年

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1 劉帥;永磁同步電機在線參數(shù)辨識研究[D];北京交通大學;2017年

2 李成飛;基于脈振高頻電流注入的永磁同步電機無傳感器控制研究[D];南京理工大學;2017年

3 陳梓懷;電動汽車用內置式永磁同步電機效率優(yōu)化控制策略研究[D];華中科技大學;2016年

4 秦福峰;純電動汽車新型內置式永磁同步電機設計與控制研究[D];江蘇大學;2016年

5 陽義;輪轂電機驅動型純電動汽車能量轉換系統(tǒng)仿真裝置的研制[D];華南理工大學;2016年

6 吳翠翠;電動汽車用異步電機整車與驅動系統(tǒng)軟件開發(fā)[D];吉林大學;2016年

7 朱標龍;大功率車用永磁同步電機損耗分析及電磁優(yōu)化[D];合肥工業(yè)大學;2016年

8 王朋;電動汽車用永磁同步電機損耗計算和溫升研究[D];上海電機學院;2016年

9 嚴洪峰;永磁同步電機參數(shù)在線辨識算法研究[D];哈爾濱工業(yè)大學;2015年

10 董超;基于CompactRIO的純電動汽車硬件在環(huán)系統(tǒng)開發(fā)[D];吉林大學;2014年

本文編號：2839348