并联混合动力汽车PMSM驱动电机的混沌现象及其控制研究

摘要

混沌现象是指在一个确定性系统中，发生的一种看似无规则的随机运动，这种运动具有随机性、无序性和不可预知性等特征。混沌现象产生于简单的非线性系统，广泛存在于自然界中，是存在于一个确定性系统中有限维相空间的高度不稳定运动。
　　相比较于传统内燃机汽车，混合动力汽车具有节能、降低排放等优势，随着世界石油等能源的日趋紧张，混合动力汽车已成为研究热点。与混合动力汽车中的其它电机相比，由于永磁同步电机(PMSM)具有体积小、易于控制、不需要励磁绕组等优点，其已成为混合动力汽车驱动电机的应用热门。本文以并联混合动力汽车为研究对象，选用永磁同步电机为并联混合动力汽车驱动电机，当电机自身参数σ、γ处在一定范围之内和电机处于一定工况时，永磁同步电机会产生混沌运动。驱动电机发生混沌现象，不仅严重影响自身使用寿命，更会在电机与车辆传动系统接合之后，将这种随机、无序、无法预测的混沌运动传递到车辆传动系统中，导致车辆产生复杂、不稳定的运动，并会对车辆自身传动部件造成极大危害。
　　本文主要从以下几方面展开研究工作:
　　1、首先以混合动力汽车和电机混沌现象二者为背景，介绍了论文的研究背景、目的和意义;
　　2、以两相转子旋转坐标系(d-q坐标系)为基础，得到适用于分析永磁同步电机混沌特性的数学模型。在对并联混合动力汽车各种常见运行工况进行分析的前提下，对于自身参数σ、γ等处于一定范围内的电机，得出电机发生混沌现象时，该并联混合动力汽车所处的工作模式;
　　3、设计并联混合动力汽车的整车动力总成协调控制策略，并利用ADVISOR2002软件分析电机在ECE-NEDC循环工况下，电机自身混沌模型中参数σ、γ的变化规律。以此为基础，为控制电机的混沌运动，基于PID控制与模糊控制各自的优点，设计模糊PID控制器使电机混沌运动得到控制。并且以整车冲击度J为评价指标，来考察驱动电机混沌运动的控制对于整车行驶平顺性的影响;
　　4、通过基于dSPACE系统的实时硬件在环(HIL)试验，验证所设计电机混沌控制器的有效性。试验结果以整车冲击度J为指标，表明所设计混沌控制器可以降低整车冲击度J、提高车辆平顺性。

目录

声明

摘要

第一章 绪论

1．1 课题研究背景

1．2 混合动力汽车及其驱动电机综述

1．2．1 混合动力汽车的主要优点

1．2．2 混合动力汽车的结构形式

1．2．3 混合动力汽车对驱动电机的要求

1．2．4 混合动力汽车用驱动电机的种类与选择

1．3 混合动力汽车驱动电机中的混沌现象

1．3．1 混沌介绍

1．3．2 混合动力汽车电力驱动系统的混沌现象

1．3．3 国内外研究现状

1．4 研究目的和内容

第二章 混合动力汽车用永磁同步电机混沌分析

2．1 永磁同步电机空间坐标及数学模型

2．1．1 空间坐标系定义及变换

2．1．2 永磁同步电机数学模型

2．1．3 永磁同步电动机的混沌模型

2．2 并联式混合动力汽车工作工况分析

2．3 并联混合动力汽车PMSM驱动电机混沌现象及其影响参数分析

2．3．1 电机自身参数变化对混沌现象的影响

2．3．2 电机延迟对混沌现象的影响

2．4 本章小结

第三章 整车运行中驱动电机参数变化及其对混沌现象影响

3．1 电机混沌区域的确定

3．2 并联混合动力汽车整车动力总成协调控制策略的设计

3．3 在选定工况下驱动电机定子电阻变化规律探讨

3．3．1 ADVISOR2002仿真软件简介

3．3．2 电机定子电阻变化规律及数学处理

3．4 本章小结

第四章 并联混合动力汽车驱动电机混沌现象的控制

4．1 常见混沌控制方法

4．1．1 状态延迟反儇控制

4．1．2 自适应控制

4．1．3 状态反馈控制法

4．2 并联混合动力汽车驱动电机混沌现象的控制

4．2．1 传统PID控制

4．2．2 模糊控制方法

4．3 电机混沌现象控制对整车冲击特性的影响

4．4 本章小结

第五章 驱动电机混沌控制器的硬件在环试验验证

5．1 硬件在环试验(HIL)技术背景

5．2 dSPACE系统在硬件在环(HIL)中的应用

5．2．1 dSPACE系统简介

5．2．2 dSPACE硬件系统

5．2．3 dSPACE软件系统

5．3 并联混合动力汽车驱动电机混沌控制器的HIL试验验证

5．3．1 驱动电机提供整车的起动力矩

5．3．2 发动机带动电动机向蓄电池充电模式

5．3．3 发动机单独提供整车驱动力矩工况

5．4 本章小结

第六章 总结与展望

6．1 总结

6．2 展望

参考文献

致谢

攻读硕士学位期间发表的论文