纯电动汽车内嵌式永磁同步电机驱动系统的研究

摘要

在当前能源短缺，环境问题日益突出的情势下，纯电动汽车将成为新一代汽车发展重点几乎为世界大多数国家普遍接受。纯电动汽车的驱动系统控制技术作为纯电动汽车核心关键技术之一，是当前国内外专家学者研究工作的热点。本文结合当前纯电动汽车用永磁同步电机驱动系统的研究现状，对纯电动汽车驱动用的内嵌式永磁同步电机及其控制技术进行了一系列研究，进而根据整车行驶动力学要求设计了以高性能DSP为内核的驱动电机控制器和改进的矢量控制程序，并对所设计的驱动系统的可行性进行了相关实验验证。
　　 本文首先概述纯电动汽车的国内外发展情况，比较各种驱动电机的性能特点和应用范围，分析纯电动汽车驱动系统的发展现状及发展趋势，选择功率密度较高的内嵌式永磁同步电机作为驱动电机样机，进而提出内嵌式永磁同步电机数学模型，分析用于内嵌式永磁同步电机普遍采用的矢量控制策略，并对矢量控制中多采用的空间矢量脉宽调制技术进行建模和仿真。在比较分析了内嵌式永磁同步电机的开环控制，id=0控制和最大转矩电流比控制策略之后，确立转折速度以下采用最大转矩电流比控制的方案;转折速度以上，借鉴传统弱磁控制方法并克服其不足，提出改进的基于转矩角的移相弱磁控制方案，并最终确立转折速度以上时采用基于转矩角的移相弱磁控制方案。
　　 其次，针对传统PI控制鲁棒性差的不足，本文结合模糊PI控制理论设计了模糊自适应转速调节器，并结合纯电动汽车整车行驶动力学模型，对所设计的模糊自适应转速调节器进行了给定转速的行驶工况仿真。仿真结果表明，在电动汽车从静止到给定速度的过程中，带有模糊自适应转速调节器的驱动系统表现出良好的鲁棒性。
　　 最后，以TI公司最新推出的型号为TMS320F28335的高性数字处理器为控制核心，针对纯电动汽车驱动控制要求设计了电机驱动控制器的硬件和软件，利用Matlab的CCSLink工具箱实现电机控制算法的快速原型和硬件在还测试。硬件在环实验的结果表明，本文所设计的驱动系统能满足纯电动汽车的整体性能指标要求。

目录

声明

摘要

第一章 绪论

1．1 研究背景与意义

1．2 国内外纯电动汽车发展现状

1．2．1 国外纯电动汽车发展现状

1．2．2 国内纯电动汽车发展现状

1．3 纯电动汽车驱动系统的发展现状和发展趋势

1．3．1 纯电动汽车驱动电机的发展现状和趋势

1．3．2 纯电动汽车驱动控制技术发展现状和趋势

1．4 本文主要研究内容

第二章 纯电动汽车驱动系统的要求

2．1 纯电动汽车驱动系统的结构

2．2 纯电动汽车驱动系统的要求

2．2．1 纯电动汽车对驱动电机的要求

2．2．2 纯电动汽车对电机控制器的要求

2．3 纯电动汽车驱动系统技术指标

第三章 内嵌式永磁同步电机矢量控制技术研究与优化

3．1 内嵌式永磁同步电机数学建模

3．1．1 数学建模条件

3．1．2 空间矢量定义

3．1．3 矢量坐标变换

3．1．4 永磁同步电机在d-q坐标系中的数学模型

3．2 纯电动汽车驱动系统控制策略

3．2．1 矢量控制及其特点

3．2．2 直接转矩控制及其特点

3．2．3 控制方法比较与选用

3．3 矢量控制建模与仿真

3．3．1 空间电压矢量脉宽调制技术建模与仿真

3．3．2 内嵌式永磁同步电机矢量控制技术研究

3．4 内嵌式永磁同步电机弱磁控制建模与仿真

3．4．1 定子电流运行范围

3．4．2 弱磁运行过程

3．4．3 弱磁控制方案

3．4．4 弱磁控制仿真

第四章 模糊自适应转速调节器设计与仿真

4．1 模糊控制原理

4．2 模糊自适应转速调节器的设计

4．3 模糊自适应转速调节器的仿真

4．4 纯电动汽车整车行驶动力学仿真

第五章 纯电动汽车驱动系统的开发设计

5．1 纯电动汽车驱动控制器硬件设计

5．1．1 控制器主控芯片选用

5．1．2 IPM模块设计

5．1．3 电流检测电路设计

5．1．4 信号调理电路设计

5．1．5 保护电路设计

5．2 纯电动汽车驱动控制器软件设计

5．2．1 主中断程序设计

5．2．2 主中断服务子程序设计

5．2．3 通讯中断服务子程序设计

第六章 实验验证

6．1 驱动系统实验硬件平台

6．2 开环SVPWM驱动信号实验

6．3 电机正反转实验

6．4 最大转矩电流比控制实验

6．5 弱磁控制实验

第七章 结论与展望

参考文献

致谢

攻读硕士学位期间研究成果