电动汽车用非晶永磁同步电机控制的应用研究

摘要

电动汽车集计算机、电子与化学各学科领域的高新技术于一体,是车辆、电力拖动、新能源、智能控制等工程中最新成果的集成产品。进入新世纪以来,由于人们对环境污染与能源短缺问题的高度重视,促使世界各国和相关企业对电动汽车重点研究并取得重大进展。
　　 非晶永磁同步电机作为电动汽车的驱动电机,具有体积小、重量轻、转速范围大、功率密度高、易操作和可靠性好等特点。直接转矩控制技术新颖,直接对电机定子磁链和转矩进行控制,结构简单。本文以美国莱特技术股份有限公司和广东工业大学机械装备制造及控制技术实验室联合攻关项目为背景,主要从事电动汽车驱动子系统中非晶永磁同步电机的建模和控制研究工作。
　　 首先,介绍了常用的磁芯材料和非晶永磁同步电机结构,分析坐标变换的必要性,阐述坐标变换的原理和常用的坐标公式,分别建立永磁同步电机在三相静止坐标系、两相静止坐标系和两相旋转坐标系下的数学模型,推导永磁同步电机的电压方程,磁链方程和转矩方程。
　　 其次,分析直接转矩控制的基本原理,推导三相电压型逆变器的数学模型和定子磁链模型。构建永磁同步电机直接转矩控制的MATLAB／SIMULINK模型,并进行仿真。
　　 然后,针对传统的直接转矩控制输出脉动范围大、抗干扰性差等特点,提出了基于模糊PID的直接转矩控制改进方法,仿真结果表明模糊PID控制器代替传统的PID控制器实现对永磁同步电机的控制,提高了系统的动态性能,减小了输出脉动,改善了系统的鲁棒性。
　　 最后,构建基于模糊PID的电动汽车永磁同步电机直接转矩控制系统的硬件拓扑结构,设计以DSP-TMS320LF2406APZA控制器为核心的最小系统,阐述了DSP的算法结构,编写控制系统的软件。