电动汽车用新型永磁复合轮毂电机控制系统研究

摘要

21世纪以来，全球面临着日益严峻的能源与环境的挑战，发展清洁、高效和安全的汽车将是实现交通可持续发展的必由之路。其中，电动汽车以其在使用过程中超低排放、能源利用高效和多元化、便于实现智能化控制等优势受到推崇，呈现快速发展态势。而电机驱动系统都是电动汽车不可缺少的一部分，根据电动机驱动车轮方式的不同可以分为集中电机驱动与轮毂电机驱动两大类。集中电机驱动是通过行星齿轮及变速箱使电动机间接地驱动车轮，然而，行星齿轮及变速箱都存在齿轮润滑维护、传输损耗及机械噪声等问题。近年来，轮毂电机驱动优势倍受重视。电动汽车轮毂电机的驱动方式分为外转子直接驱动和内转子间接驱动，但间接驱动中仍存在减速机构及齿轮的磨损问题；直接驱动无减速机构，结构更为简单紧凑，效率得到进一步提升，但需要提供大转矩时，电机电流较大。磁齿轮具有无机械接触、噪声低、无需润滑、过载自动保护等优点。本文将研究一种同心式磁齿轮与永磁无刷电机复合而形成的新型永磁复合轮毂电机。本文对该电机的稳态、动态性能以及控制策略均进行了研究，在仿真的基础上，基于TMS320F2812数字控制驱动系统平台进行了实验研究，验证了该新型永磁复合轮毂电机驱动控制系统的相关性能。本文的工作为该电机的进一步研究及其在电动汽车领域上的应用奠定了基础。
　　首先，介绍了该新型永磁复合轮毂电机的基本工作原理，并分别在定转子坐标系下建立了该新型永磁复合轮毂电机的数学模型，分析了矢量控制方法在该电机驱动系统中应用的可行性。在对该电机的反电动势、电感等特性进行分析的基础上，以控制算法简便易行、转矩输出平滑为目标，得到了该新型永磁复合轮毂电机的控制策略。
　　其次，基于Matlab/Simulink平台建立了该复合电机以及驱动系统的仿真模型，并进行了原理的仿真验证以及电机稳态、动态运行的仿真研究。
　　最后，基于数字信号处理器(DSP)TMS320F2812设计了该新型永磁复合轮毂电机数字驱动控制实验平台，包括信号调理、电流检测以及软硬件结合的综合保护等相关电路。并在此实验平台上进行了实验研究，实现了电流控制、转速调节、转矩平滑输出等相关的控制算法。实验证明控制系统的仿真结果与实验结果吻合，验证了该新型永磁复合轮毂电机数字驱动控制系统的正确性。