应用双向准Z源逆变器的车用IPMSM驱动系统能效优化控制研究

摘要

随着电动汽车在世界范围内的快速发展，作为核心部分的电机驱动系统也成为国内外的研究热点。电动汽车一般由蓄电池提供能量，由于电池技术、成本和体积等因素制约，传统车用永磁同步电机驱动系统中的直流母线电压通常比较低，且复杂工况下会出现频繁波动，蓄电池大电流放电时甚至造成电池端电压的跌落，严重影响驱动电机动力性能和系统效率。准Z源逆变器具有独特的阻抗源网络，能同时实现升压和逆变功能，因此本文将双向准 Z源逆变器应用于电动汽车永磁驱动系统，对BQZSI-IPMSM系统的能效优化控制策略展开深入研究。
　　首先，描述了本课题研究背景及意义，介绍了准Z源逆变器和效率优化控制的研究现状，分析了永磁同步电机数学模型和准Z源逆变器工作原理。将QZSI双向化以解决其存在的非正常工作状态，并实现能量双向流动。最后给出了准Z源网络的参数设计方法。
　　其次，利用状态空间平均法推导了BQZSI小信号模型，分析了准Z源网络相关参数对BQZSI动态特性和系统稳定性的影响。采用输入电压前馈、电容电压反馈的直流母线电压控制策略，设计了电容电压闭环PID控制器，并通过仿真对该控制策略和控制器性能进行验证。
　　再次，在研究传统SVPWM及直通分段SVPWM调制策略的基础上，提出了一种改进型2段直通SVPWM调制策略。详细分析了逆变器输出极限和IPMSM典型运行曲线及控制策略，针对车用IPMSM运行特点和实际需求，提出了一种兼顾能效、简便实用的BQZSI母线电压调整策略，扩大电机恒转矩区调速范围。仿真结果验证了该策略的正确性和有效性。
　　最后，对车用BQZSI-IPMSM驱动系统进行效率优化集成控制，系统稳态时先通过损耗模型最优比率法得到直轴电流次优值，再以该次优值作为搜索初始值，利用改进型黄金分割法进行二次寻优。同时加入动态电流分配，提高电机转矩响应速度。仿真结果表明效率优化集成控制可有效提高系统动态性能和稳态效率。

目录

第1章 绪 论

1.1课题背景与意义

1.2 准Z源逆变器研究现状

1.3 效率优化控制研究现状

1.4 课题来源

1.5 本文主要研究内容

第2章 车用BQZSI-IPMSM系统组成及基本原理

2.1 电动汽车驱动系统组成

2.2 永磁同步电机数学模型

2.3 准Z源逆变器工作原理

2.4 QZSI的非正常工作状态及其双向化

2.5 准Z源网络参数设计

2.6 本章小结

第3章 BQZSI小信号建模及控制器设计

3.1 BQZSI小信号建模

3.2 参数对系统动态特性的影响分析

3.3 BQZSI电压闭环PID控制器设计

3.4 仿真结果及分析

3.5 本章小结

第4章 车用BQZSI-IPMSM系统升压扩速控制策略

4.1 改进型2段直通SVPWM调制策略

4.2 IPMSM典型运行曲线与逆变器输出极限分析

4.3 BQZSI母线电压调整策略

4.4 仿真结果及分析

4.5 本章小结

第5章 车用BQZSI-IPMSM系统效率优化集成控制

5.1 基于损耗模型最优比率法的效率优化控制

5.2 基于在线搜索的最小输入功率策略

5.3 动态电流分配

5.4 仿真结果及分析

5.5 本章小结

结论

参考文献

附录A 攻读学位期间发表的学术论文

附录B 攻读学位期间参与的科研项目

致谢