车辆电力驱动系统电机混沌特性及实验研究

摘要

电动汽车的电力驱动系统主要由电动机系统与机械传动系统所构成，是电动汽车的核心部分。研究表明，汽车的驱动电机和机械传动装置在运行的过程中会产生混沌现象，这给汽车带来影响车辆寿命、增加行车的安全性等非常不利的影响，因此需要对其混沌现象的产生机理，特征辨识以及抑制方法进行研究。驱动电机是汽车的动力来源，对其混沌特性进行研究是对车辆系统耦合混沌特性进行研究的基础。研究电机混沌产生的条件有助于使电机在运行过程中避开产生混沌的区域，以及在混沌现象产生时将其进行抑制，而使电机运行在混沌状态是进行以上研究的前提。研究电机混沌化的方法有助于发现可能导致电机进入混沌状态的原因，这对控制器的合理设计有一定的指导意义。使电机产生混沌还可以模拟实际车辆中驱动电机的混沌状态，从而在车辆混沌耦合特性分析试验台中提供混沌化的动力源。
　　本文研究的重点是分析电动汽车中应用比较广泛的两种电动机：永磁同步电动机和无刷直流电动机的混沌特性；在车辆系统混沌耦合研究试验台上如何使驱动电机产生混沌化的动力源的方法。
　　本文主要完成了以下4方面的研究内容：
　　首先，介绍了本课题的研究背景、目的、意义以及电机混沌行为和混沌控制的研究现状。
　　其次，分别建立了永磁同步电机、无刷直流电机在两相转子旋转坐标系(d-q)下的数学模型，并在d-q坐标系下对该模型进行仿射与时间尺度变换，从而得到了适用于分析系统混沌特性的数学模型。采用稳定性分析与分岔图等方法对永磁同步电机和无刷直流电机出现混沌行为时参数的临界值进行求解。
　　然后，介绍了用于混沌化的间接时间延迟反馈和直接时间延迟反馈法，并将其应用到基于d-q坐标系的永磁同步电机和无刷直流电机。推导了两相导通状态下的无刷直流电机混沌模型，并根据改变母线电压进行调速的原理，利用间接延迟反馈法，不仅实现了电机的混沌化，还能够将混沌化的转速控制在期望的范围内。
　　最后，利用LabVIEW和NI-USB数据采集卡设计搭建了无刷直流电机试验台，进行了混沌化控制的实验，实验结果表明了延迟反馈方法产生可控混沌的可行性，从而实现了对电动车用驱动电机的可控混沌化模拟。