混合动力汽车电机驱动先进控制算法的研究

摘要

混合动力汽车作为解决传统汽车面临的能源问题和环境污染问题的新型节能产品，现在已经成为世界各国汽车行业的研究热点。永磁同步电机功率密度高、调速性能良好，成为混合动力汽车的首选驱动电机。因此，研究永磁同步电机控制算法具有较高的理论和现实意义。目前，在交流驱动领域中矢量控制和直接转矩控制是两种典型的控制方案。
　　矢量控制系统结构复杂，控制精度高，系统稳态运行平稳。常用的电流策略有id=0控制和MTPA控制。运用MATLAB/Simulink仿真软件对两种策略进行建模，分析发现MTPA控制比id=0控制复杂，但能够充分利用磁阻转矩，具有一定的优势。由于逆变器性能的限制，如果电机达到基速后继续提速，转矩将迅速下降。为了拓宽电机的调速范围，提出了基速以上采用弱磁增速进行优化的方案。建立了弱磁控制的系统模型，得到系统的转矩、转速、三相电流等仿真波形，分析得知电机电流矢量达到了预先设计的弱磁运动轨迹。
　　直接转矩控制系统结构简单、动态响应迅速、对参数的鲁棒性好。但是传统的纯积分磁链观测器存在积分初值与直流分量造成的累积误差，导致电机的磁链和转矩脉动较大。为了提高系统稳定性，提出了两种改进型的磁链观测器：一阶低通滤波器和幅值限定补偿积分器，并设计其算法方案。进行Simulink建模仿真，通过对结果的评估得知，一阶低通滤波磁链观测器在电机低速时存在失真，而幅值限定补偿磁链观测器可以观测到更准确的磁链值，使转矩与磁链脉动明显减小，有利于系统稳定运行。
　　最后，基于 dSPACE半实物仿真平台搭建了矢量控制和直接转矩控制的算法控制模型，并进行结果分析。通过电机实物控制实验，验证了本文所提出优化方案的可行性和有效性。

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第一章 绪论

1.1 课题来源、研究的目的及意义

1.2 混合动力汽车动力总成概述

1.3 混合动力汽车电机伺服控制系统国内外研究现状

1.4 本文的主要研究内容及结构安排

第二章 PMSM数学模型及控制算法分析

2.1 永磁同步电机的典型结构

2.2 永磁同步电机数学模型分析

2.3 永磁同步电机方程的标定值形式

2.4 电压极限椭圆与电流极限圆分析

2.5 永磁同步电机主流控制算法分析

2.6 本章小结

第三章 基于弱磁增速策略的PMSM矢量控制算法优化与设计

3.1 矢量控制算法概述

3.2 基于弱磁增速的矢量控制算法改进思路

3.3 弱磁增速优化控制算法设计

3.4 算法的仿真与分析

3.5 本章小结

第四章 基于磁链观测的PMSM直接转矩控制算法优化与设计

4.1 直接转矩控制算法概述

4.2 基于磁链观测的直接转矩控制算法改进思路

4.3 基于改进型磁链观测器的算法设计

4.4 算法的仿真与分析

4.5 本章小结

第五章 混合动力汽车永磁同步电机驱动控制优化算法的实验及分析

5.1 基于dSPACE的控制回路设计

5.2 控制系统建模仿真实验分析

5.3 本章小结

第六章 总结与展望

致谢

参考文献

攻读硕士学位期间取得的科研成果