无刷直流电机做电动汽车驱动电机时转矩脉动降低方法

摘要

伴随着汽车工业的发展,汽车尾气成为人们不得不考虑的一个问题。电动汽车因其“零排放”而备受人们关注。在电动汽车驱动电机中,无刷直流电机占有很大一部分,但因为无刷直流电机固有的换相转矩脉动不仅会降低电动汽车乘坐舒适性和耐久性,且会对电动汽车加速性能有非常严重的影响。本文主要研究目标是无刷直流电机在作为电动汽车驱动电机时,如何降低被控电机转矩脉动。
　　本文在分析无刷直流电机换相转矩脉动产生原因时,可知无刷直流电机由于电机绕组为感性负载,三相绕组在换相时电流不能迅速响应设定值。致使绕组中非换相相绕组电流产生波动,无刷直流电机换相转矩脉动。文章分析换相过程得出,当无刷直流电机线电压值为反电动势的四倍时,非换相相绕组电流波动最小,换相转矩脉动最小。当无刷直流电机在作为电动汽车驱动电机运行时,转速会因负载而发生突变,若无刷直流电机仅仅进行转矩脉动优化控制而不进行转速控制,无刷直流电机转矩脉动不仅不会降低,甚至会有瞬间停机的危险。因此还需对电机转速进行控制。无刷直流电机转速控制大都采用PID控制稳定转速,为更好的设定PID值,降低电动汽车调试成本,本文提出了一种基于ITAE和超调量指标的PID参数整定方法。采用Matlab非线性最小平方函数,按照ITAE指标和超调量进行PID参数寻优,得到优化的Kp、Ki和Kd,实现PID参数整定。文章最后建立Matlab模型,将得到PID参数运用到Matlab仿真模型中,并对无刷直流电机转矩脉动优化方法进行对比仿真。
　　仿真结果表明:
　　1、该套PID参数可获得较好的转速闭环控制,转速超调量较小,且响应速度很快。
　　2、当线电压值为反电动势的四倍时,换相转矩脉动最小。

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1 绪论

1.1电动汽车发展的背景需求

1.2电动汽车电机驱动系统选择

1.3无刷直流电机优化策略研究现状分析

1.4课题研究的内容

1.5本章小结

2 无刷直流电机控制方法及数学模型分析

2.1无刷直流电机控制方法

2.2无刷直流电机反电动势波形

2.3 无刷直流电机的微分方程模型

2.4无刷直流电机的传递函数模型

2.5本章小结

3 无刷直流电机转矩脉动优化控制

3.1无刷直流电机相电流控制方法分析

3.2无刷直流电机转矩脉动衡量指标

3.3无刷直流电机换相分析

3.4本章小结

4 PID整定方法分析

4.1控制系统模型简述

4.2 ITAE性能指标

4.3 无刷直流电机的PID参数整定公式

4.4基于ITAE指标和超调量PID整定方法

4.5 PID参数仿真验证

4.6本章小结

5 无刷直流电机在Matlab中的建模仿真

5.1 电机本体模块

5.2霍尔信号处理模块

5.3功率主回路、测量单元和控制器单元

5.4 Matlab仿真实例研究

5.5无刷直流电机转矩脉动优化分析

5.6本章小结

6 总结与展望

参考文献

攻读硕士期间发表的论文及所取得的研究成果

致谢