电动汽车用交流异步电机驱动系统控制策略

摘要

在环境污染和能源危机日益加剧的今天，以石油为主要能源的传统内燃机车造成了严重的能源短缺和大量的有害废气排放，人们迫切寻求一种新型车辆来减少对化石能源的依赖和对环境的损害。在这种前提下，以纯电动和混合动力汽车为代表的电动汽车作为一种排放低、能耗少、噪声小的新能源车型应运而生。
　　 电机驱动控制系统是实现电动汽车运行的关键部件，其控制性能影响着电动汽车的动力性和续驶里程。本文选取转速范围宽、效率高、可靠性好，性价比高的交流异步电机作为研究对象。
　　 结合矢量控制理论和坐标变换理论对异步电机的数学模型进行分析，并且对电路的逆变控制方法进行研究。基于上述研究，提出了电动汽车的感应电机驱动控制策略，建立了仿真系统模型，对所提策略的合理性和有效性进行验证。本文的主要研究内容如下：
　　 ①在分析交流异步电机的数学模型的基础上，结合坐标变换推导了两相静止坐标系和两相旋转坐标系下的电机电压、电流、磁链和转矩的方程式：利用矢量控制理论对转子磁场定向下的转矩、磁链、电压的表达式进行了推导，实现电机的降阶、解耦控制，获得类似直流电机的控制效果。
　　 ②根据电机模型对弱磁区的磁链计算进行分析，在考虑限制条件的基础上制定了恒压弱磁控制策略，提高了磁链计算的准确性。同时对电压利用率较高的SVPWM直.交逆变控制方法进行了研究，推导了各个变量的计算公式，建立了扇区判断、开关导通时间及切换时刻、PWM波形等仿真模型并进行仿真分析。
　　 ⑧在对磁链观测进行分析的基础上建立了转子磁链观测的电压和电流模型；并改进了磁链观测的电压模型，以确保计算准确。对基于MRAS的无速度传感器控制进行了研究，根据电流模型和改进电压模型建立转速估计系统，并构建了转速控制的仿真模型。同时对转矩控制模式进行了研究，结合车辆动力学对一般行驶过程和起步过程进行了分析，确定了电机控制的目标转矩；基于电机转矩方程，制定了电机的转矩控制策略。
　　 ④根据所提出转速和转矩控制策略，建立整个控制系统的MATILAB/Simulink模型并对其进行仿真分析。