电动汽车用异步电机控制器在弱磁区性能优化的研究

摘要

随着全球化能源，环境问题的日益严重，电动汽车以其高效，清洁无污染等优点越来越受到青睐。异步电机因结构简单，价格低廉，维修方便，调速范围宽，在电动汽车领域得到广泛应用。本文围绕电动汽车用异步电机在弱磁区的几个关键问题进行研究:电压脉宽过调制策略，电流调节器，电流分配策略。本文首先在基速以下对异步电机基于转子磁场定向矢量控制系统的动静态性能进行了详细的理论分析，并在Matlab/Simulink仿真平台上对上述理论进行了仿真验证，并给出了弱磁控制系统总体框图。
　　然后对弱磁区电压过调制策略(SVPWM)和电流调节器进行分析介绍。随着电机转速的逐渐升高，反电动势接近于逆变器的最大输出电压，会造成电流的动态跟踪效果变差，不能对速度变化或者负载变化迅速做出响应，因而对弱磁区过调制算法进行研究具有十分重要的意义。本文通过对过调制算法的深入分析，将过调制区保持角和修正角的计算线性化，修正幅值变化更小化，提出了一种更简单方便的计算方法。该算法使得输出电压基波能够从线性调制区平滑过渡到六拍阶梯波模式，增大了电压输出范围，使得系统在弱磁区实现最大转矩输出。电流调节器作为电机控制系统的核心控制单元，其控制性能至关重要。本文提出一种基于Laguerre函数的模型预测控制电流调节器，该电流调节器根据过去和现在的信息，对系统的状态量进行多步预测，并综合考虑控制对象的预期值和控制量的变化等评价指标，通过最优化控制，得到最优的控制律。
　　最后，在前面控制策略的基础上，充分考虑逆变器最大输出电压和最大电流的限制条件，对基速以上的高速弱磁区的电流分配策略进行了研究。首先对常用的传统弱磁控制方法，传统弱磁控制算法的改进方法，基于电压闭环的弱磁控制方法，并分析出各种方法的优缺点。最后提出了本文的基于相邻基本电压矢量开关作用时间闭环进行电流分配的新型弱磁控制方法，该控制算法相比与前几种方式输出转矩更大，动态响应能力更好。
　　利用Matlab/Simulink仿真平台搭建系统仿真模型，分别验证了过调制策略算法，基于Laguerre函数的模型预测控制调节器，以及新型的弱磁控制方法。搭建系统实验平台，进行实验验证。

目录

声明

致谢

摘要

1．1 课题背景与意义

1．2 电动汽车发展历程和现状

1．2．1 电动汽车发展历程

1．2．2 国外电动汽车发展现状

1．2．3 国内电动汽车发展现状

1．3 电动汽车驱动控制系统

1．3．1 电动汽车对驱动系统的性能要求

1．3．2 电动汽车驱动电机的种类

1．3．3 异步电机调速方式概述

1．3．4 异步电机高速弱磁区性能优化关键问题

1．4 本文研究的主要内容

2 异步电机弱磁区矢量控制方案

2．1 异步电机数学模型和坐标变换

2．2 转子磁场定向矢量控制

2．3 仿真分析

2．4 弱磁区性能优化整体控制方案

2．5 本章小结

3 弱磁区电压输出调制策略和LMPC电流调节器

3．1 弱磁区电压输出SVPWM调制策略和仿真

3．1．1 SVPWM基本原理及过调制概述

3．1．2 过调制原理及仿真实现

3．2 LMPC电流调节器的理论分析和仿真

3．2．1 基于Laguerre函数的模型预测控制

3．2．2 基于LMPC的电流调节器及仿真分析

3．3 本章小结

4 转矩最大化电流优化策略

4．1 异步电机转矩最大化理论分析

4．2 现有电流分配策略

4．2．1 励磁电流随转速比例减小策略

4．2．2 电压闭环策略

4．3 改进电流优化策略

4．4 本章小结

5 建模仿真与实验验证

5．1 弱磁控制系统建模

5．1．1 过调制控制策略模型

5．1．2 励磁电流给定模块

5．1．3 转矩电流给定模块

5．1．4 系统仿真模型

5．2 仿真结果分析

5．3 实验验证

5．4 本章小结

6．1 论文总结

6．2 未来展望

参考文献

作者简历及攻读硕士学位期间取得的研究成果

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