电动汽车感应电机滑模变结构控制技术研究

摘要

电动汽车的核心控制部分是电机及其电驱动控制系统，它的性能直接影响了电动汽车的各项运行指标。本文根据电动汽车电驱动控制系统的性能要求，研究了电动汽车感应电机的无速度传感器矢量控制系统。
　　在感应电机无速度传感器矢量控制系统中，匹配的电机参数是转速和磁链精确估计的前提，估计精度直接影响了控制系统的性能。为了提高估计精度，增强控制系统对参数波动的鲁棒性，本文研究了一种基于滑模观测器的转子速度和转子时间常数在线辨识技术。首先通过分析感应电机在两相静止正交坐标系中的状态方程，推导出含有相同耦合项的定子电流和转子磁链状态方程。然后利用滑模控制函数替代定子电流和转子磁链方程中的相同耦合项，实现了在两相静止参考坐标系中的定子电流和转子磁链方程解耦。最后利用滑动模态的稳定条件推导了滑模控制函数的增益，利用低通滤波器和等价函数对转子磁链、转子速度和转子时间常数进行了在线估计。
　　为了既能削弱滑模控制高频抖动又能加快滑模变量趋近滑模面的速度，本文研究了一种自适应滑模控制增益的滑模电流控制器。控制器根据扰动信号自动调整滑模控制函数增益，不需要大量计算扰动信号的界限。当滑动变量远离滑模面时能够自动增加滑模控制函数增益，加快趋近滑模面的速度，改进其动态性能。当滑动变量靠近滑模面时，能够自动减小滑模控制函数增益，削弱滑模面上的高频抖动。利用李亚普诺夫稳定定理，分析了自适应滑模控制器的稳定性。
　　为了提高电动汽车的续航里程，改善矢量控制系统的轻载低效问题，研究了一种超螺旋滑模变结构感应电机效率优化控制技术。在两相静止参考坐标系中建立了考虑铁损的感应电机损耗模型，利用函数求极值的方法求解了损耗最小的磁链。将转子速度和磁链作为优化目标，设计了超螺旋滑模控制器。利用李亚普诺夫稳定定理，对滑模控制器进行了稳定性分析，推导了滑模控制器的增益。滑动模态收敛到滑模面时，转子实际速度跟踪到设定速度，转子磁链跟踪到最优磁链。
　　在TMS320LF2812数字处理芯片的全数字化实验平台上，对定子电流滑模观测器和自适应增益的滑模控制器进行了实验分析研究，实验结果验证了该算法的有效性。

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第一章 绪论

1.1 引言

1.2国内外电动汽车发展现状

1.3 电动汽车用电机类型及电驱动系统的要求

1.4感应电机控制技术

1.5感应电机效率优化控制方法

1.6电动汽车用感应电机控制技术

1.7 本论文主要研究内容

第二章 滑模变结构控制及感应电机矢量控制基础

2.1引言

2.2滑模变结构控制理论描述

2.3感应电机数学模型

2.4感应电机矢量控制系统的Matlab仿真

2.5本章小结

第三章 基于滑模观测器的转子速度和转子时间常数在线辨识技术

3.1引言

3.2解耦的定子电流滑模观测器设计

3.3结构优化的观测器设计

3.4仿真结果分析

3.5本章小结

第四章 自适应滑模增益控制器的矢量控制技术研究

4.1引言

4.2转子速度估计

4.3转子磁链估计

4.4滑模控制器设计

4.5稳定性分析

4.6仿真分析

4.7本章小结

第五章 基于超螺旋滑模的感应电机效率优化控制技术

5.1引言

5.2考虑铁损的感应电机模型

5.3最优磁链计算

5.4 考虑铁损的超螺旋滑模控制器设计

5.5仿真分析

5.6本章小结

第六章 感应电机矢量控制系统实验平台及实验结果

6.1引言

6.2系统的硬件设计

6.3系统的软件设计

6.4实验结果分析

6.5本章小结

第七章 结论

参考文献

攻读学位期间所取得的相关科研成果

致谢