电动汽车用大功率无刷直流电机控制关键技术研究

摘要

电动汽车是当今社会能量可高效利用、清洁环保、能源可再生和可持续发展的交通工具。电动汽车与传统的内燃机汽车不同，它依靠电机驱动系统作为动力来源。在蓄电池的储能密度受到一定限制的条件下，开发高性能、高效率的电机驱动系统尤其重要。无刷直流电机驱动系统具有机械结构简单、功率密度高、控制灵活、可靠性高等一系列优点，非常适合用于电动汽车驱动控制系统。本文着重对应用于电动汽车的无刷直流电机驱动系统进行了研究分析。
　　本课题的研究目的是解决无刷直流电机控制系统应用于电动汽车时存在的一些问题，对无刷直流电机控制的几项关键技术进行研究，研发出适用于电动汽车的电机驱动控制系统。本文针对无刷直流电机结构及其特点，对无刷直流电机控制中存在的几个关键技术进行了详细的理论分析和研究。
　　采用电流预测控制策略以抑制无刷直流电机产生的换相转矩脉动。在分析电机换相转矩脉动产生原理的基础上，本文采用电流预测控制策略与改进的脉冲宽度调制模式相结合的控制策略，通过电流预测控制算法计算相应相的占空比，控制开通相的电流上升斜率和关断相的电流下降斜率相等，保证非换相相的电流保持恒定，从而抑制电机的换相转矩脉动。实验表明本文提出的算法可以在全速度范围内明显抑制换相转矩脉动，验证了所采取控制策略的有效性。
　　采用全局快速终端滑模观测器控制策略来实现无刷直流电机无位置传感器的控制。全局快速终端滑模控制策略结合了线性滑模与非奇异终端滑模的优点，提高了系统状态的收敛速度，实现对反电动势的观测，使用线反电动势过零点作为电机的换相点，实现了电机的无位置传感器控制。所提出的控制策略相对于传统的滑模观测器控制策略，能够加快收敛速度，减少了估算电机换相点的延迟，提高了系统的静态、动态性能。
　　对无刷直流电机采用恒值电流回馈制动控制以延长电动汽车的续驶里程。研究了无刷直流电机控制系统单管调制下的回馈制动原理，推导出了回馈制动的数学公式。提出了采用恒值制动电流的回馈制动控制策略，建立了制动电流闭环调节系统。经过实验验证，所提出的制动方法可以回收制动能量，并保持制动电流保持恒定，提高了电机控制系统可靠性。

目录

声明

第一章 绪论

1.1课题背景及选题意义

1.2电动汽车国内外发展现状

1.3电动汽车用电机驱动系统的要求与关键技术

1.4无刷直流电机控制技术的发展概况

1.5论文主要研究内容

第二章 电动汽车用无刷直流电机控制系统原理及其驱动器的设计

2.1电动汽车的结构与动力性能分析

2.2无刷直流电机控制系统的基本结构

2.3无刷直流电机的工作原理与数学模型

2.4无刷直流电机控制系统方案的要求与总体设计

2.5无刷直流电机驱动控制器的设计

2.6电机驱动系统实验结果

2.7本章小结

第三章 基于电流预测控制的无刷直流电机换相转矩脉动抑制

3.1无刷直流电机换相转矩脉动分析

3.2 PWM调制模式对无刷直流电机换相转矩脉动的影响

3.3基于电流预测控制策略的无刷直流电机换相转矩脉动抑制

3.4实验结果及分析

3.5本章小结

第四章 基于全局快速终端滑模观测器的无刷直流电机无位置传感器控制

4.1无刷直流电机无位置传感器控制的研究意义与现状

4.2基于线反电动势过零法的位置估算方法

4.3基于全局快速终端滑模观测器的无刷直流电机无位置传感器控制

4.4仿真结果和分析

4.5实验结果和分析

4.6本章小结

第五章 无刷直流电机恒值电流回馈制动控制

5.1电动汽车回馈制动原理概述

5.2无刷直流电机的回馈制动分析

5.3无刷直流电机恒值电流回馈制动控制

5.4实验结果和分析

5.5本章小结

第六章 总结与展望

6.1本文工作总结

6.2进一步工作展望

参考文献

发表论文和参加科研情况说明

致谢