70kW电动汽车用永磁同步电机控制系统设计研究

摘要

电动汽车由于其污染少，噪音小，加速快，转矩响应迅速，易实现四轮独立驱动而得到了越来越多的关注，而这些优点都离不开其中的电机驱动系统。永磁同步电机由于其噪声小、功率密度高、效率高、起动转矩大等优点被大量应用于电动汽车驱动系统中。随着永磁同步电机的大量应用，许多问题也随之显露，如何快速调节电机转矩转速且避免超调，如何实现大范围调速且在高速时依然获得较大转矩，如何保证电机的平稳运行以及如何得到精确的电机转子位置，这些都是需要研究和解决的。
　　本研究主要内容包括：⑴介绍了永磁同步电机的数学模型和矢量控制原理，分析了电机的电流环和转速环，给出了参数选取方法，并分析了速度环IP控制器相较于PI控制器能减小速度超调的优点，并通过实验进行了验证。⑵分析了在电机稳态运行时会引起转速脉动的原因，提出了用谐振控制器来抑制转速脉动的方法，在MATLAB中搭建了仿真，验证了该方法减小转速脉动的有效性。⑶介绍了凸极永磁同步电机弱磁扩速的原理，将电机运行区间依据转速分为三部分，并通过实验验证了弱磁控制能增大电机在高速下的输出转矩。⑷介绍了几种常用电机位置传感器，结合本文实验平台，着重介绍了旋转变压器及其解算电路的原理，指出了其无法精确得到电机转子初始位置的缺陷，然后介绍了基于高频注入法的永磁同步电机转子初始位置辨识原理，在该基础上，提出了一种基于神经网络参数估计的初始位置辨识方法，给出了具体算法，并通过实验进行了验证。⑸介绍了实验平台的硬件电路构成，给出了控制系统的软件流程和编写思路。

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1绪论

1.1研究背景与意义

1.2 电动汽车用电机技术的发展与现状

1.3本论文的主要研究内容

2 永磁同步电机数学模型与控制方法

2.1 PMSM的基本结构和数学模型

2.2电压源型逆变器模型与控制

2.3 永磁同步电机矢量定向控制原理

2.4 PIR调节器抑制电机转速脉动

2.5弱磁控制

2.6 本章小结

3 永磁同步电机初始位置辨识原理与方法改进

3.1 永磁同步电机常用位置传感器简介

3.2旋变解算电路设计

3.3 基于高频注入法的永磁同步电机转子初始位置辨识

3.4 改进的高频注入法辨识转子初始位置

3.5 本章小结

4 70kW永磁同步控制系统设计

4.1硬件电路结构设计

4.2基于can通信的上位机控制界面设计

4.3基于TMS3 20F2833 5的下位机软件设计

4.4本章小结

5 实验结果与分析

5.1实验装置

5.2旋变信号转换电路检测实验

5.3电机开环运行

5.4 电机转矩模式运行

5.5 电机转速模式运行

5.6 弱磁控制实验

5.7 转子初始位置辨识实验

5.8 本章小结

6 总结与展望

致谢

参考文献

附 录