串联式混合动力电动汽车PMSM矢量控制系统研究

【摘要】：随着人们环境保护意识的增强及石油、煤炭等不可再生资源储量的减少，以及受到蓄电池性能、寿命、价格等问题的制约，作为从燃料汽车向纯电动汽车过渡的混合动力电动汽车迅速成为国内外汽车发展的热点。电机驱动控制技术作为混合动力电动汽车关键技术之一，其控制性能直接影响整车的动力性、燃油经济性。由于永磁同步电机具有效率高、启动转矩较大、功率密度较高显著优点，它在混合动力电动汽车上得到了广泛的应用。本文重点研究混合动力电动汽车永磁同步电机矢量控制驱动系统。 本文首先对混合动力电动汽车永磁同步电机驱动控制系统的特点和发展趋势进行了阐述，并就混合动力电动汽车中的关键技术作了系统分析。在分析混合动力电动汽车永磁同步电机驱动控制系统工作原理的基础上，建立内置式转子磁路结构的永磁同步电机矢量控制数学模型和矢量控制仿真模型。为了克服电机驱动系统中传统速度PI控制难以适应复杂路况和电机参数的非线性变化，造成电机速度控制性能不理想等问题，重点研究电机速度的模糊PI控制和弱磁升速控制方法，借助Matlab/Simulink工具对混合动力电动汽车基于速度模糊PI控制的永磁同步电机PMSM矢量控制系统进行了仿真研究，同时与传统速度PI控制的仿真结果进行了比较。仿真结果表明，采用模糊PI控制的速度响控制系统小了超调量以及缩短了响应时间，提高了永磁同步电机的速度调节能力，采用弱磁控制则扩大了永磁同步电机速度的运行范围。 最后本文以Microchip公司生产的dsPIC30F6010A作为主控芯片对永磁同步电机矢量控制调速系统的实现进行了软、硬件设计，在设计的实验平台进行了转矩与速度控制性能进行实验研究，实验研究结果进一步验证了本文提出的混合动力电动汽车永磁同步电机速度模糊PI矢量控制系统的可靠性和可行性。 【关键词】：混合动力电动汽车 永磁同步电机 矢量控制 速度模糊PI控制 弱磁控制
【学位授予单位】：湖南大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2012
【分类号】：U469.72
【目录】：

• 摘要5-6
• Abstract6-10
• 第1章 绪论10-18
• 1.1 混合动力电动汽车研究背景及意义10
• 1.2 混合动力电动汽车国内外发展历史及现状10-12
• 1.3 混合动力电动汽车动力系统的分类与结构12-13
• 1.3.1 混合动力电动汽车的分类12
• 1.3.2 串联式混合动力电动汽车的结构12-13
• 1.4 混合动力电动汽车的关键技术13-15
• 1.4.1 电力驱动技术13
• 1.4.2 能量管理技术13-14
• 1.4.3 系统参数优化技术14
• 1.4.4 智能控制技术14-15
• 1.5 混合动力电动汽车的电机驱动系统15-16
• 1.5.1 混合动力电动汽车的电机驱动系统15
• 1.5.2 交流永磁同步电机的驱动系统15-16
• 1.6 本文主要研究内容16-18
• 第2章 永磁同步电机矢量控制系统基本原理18-29
• 2.1 永磁同步电机的结构与类型18-21
• 2.1.1 永磁同步电机的结构18-19
• 2.1.2 永磁同步电机的类型19-21
• 2.1.2.1 永磁同步电机转子磁路结构19-20
• 2.1.2.2 内置径向式转子磁路结构永磁同步电机20-21
• 2.2 永磁同步电机的数学模型21-25
• 2.2.1 坐标变换原理21-23
• 2.2.2 永磁同步电机数学模型23-25
• 2.3 永磁同步电机的矢量控制25-28
• 2.3.1 永磁同步电机矢量控制系统25-26
• 2.3.2 永磁同步电机的基本电磁关系26-28
• 2.3.2.1 电压极限椭圆26-27
• 2.3.2.2 电流极限圆27-28
• 2.4 本章小结28-29
• 第3章 永磁同步电机速度智能控制方法29-36
• 3.1 概述29
• 3.2 速度模糊 PI 控制29-32
• 3.2.1 模糊控制原理30
• 3.2.2 模糊 PI 控制器的设计30-32
• 3.2.2.1 输入量模糊化30-31
• 3.2.2.2 模糊控制算法31
• 3.2.2.3 输出量的去模糊化31-32
• 3.3 弱磁升速控制32-35
• 3.3.1 永磁同步电机弱磁升速原理32-34
• 3.3.2 永磁同步电机弱磁升速的控制方法34-35
• 3.3.2.1 基于电机电机结构设计的弱磁升速34
• 3.3.2.2 基于电机控制的弱磁升速34-35
• 3.4 本章小结35-36
• 第4章 永磁同步电机速度模糊 PI 矢量控制仿真研究36-51
• 4.1 概述36
• 4.2 永磁同步电机矢量控制仿真模型36-46
• 4.2.1 速度模糊 PI 模块37-40
• 4.2.1.1 速度模糊 PI 控制原理37-39
• 4.2.1.2 速度模糊 PI 仿真模块39-40
• 4.2.2 永磁同步电机矢量控制系统 SVPWM 模块40-45
• 4.2.2.1 SVPWM 的基本原理40-43
• 4.2.2.2 SVPWM 控制算法43-45
• 4.2.2.3 SVPWM 仿真模块45
• 4.2.3 转矩和励磁控制仿真模块45-46
• 4.3 永磁同步电机速度模糊 PI 矢量控制系统仿真研究46-50
• 4.3.1 额定转速内时控制系统仿真研究47-48
• 4.3.2 弱磁升速时控制系统仿真研究48-50
• 4.4 本章小结50-51
• 第5章 混合动力电动汽车 PMSM 矢量控制系统的实现51-66
• 5.1 控制系统的硬件结构51-53
• 5.1.1 DSP 芯片 dsPIC30F6010A 特点简介52
• 5.1.2 IPM 智能功率模块52-53
• 5.2 PMSM 矢量控制系统的硬件设计53-58
• 5.2.1 DSP 控制单元电路53-54
• 5.2.2 信号检测电路54-57
• 5.2.2.1 直流母线电压检测电路54-55
• 5.2.2.2 三相电流检测电路55-56
• 5.2.2.3 温度检测电路56-57
• 5.2.3 IPM 驱动控制电路57
• 5.2.4 旋变接口电路57-58
• 5.3 主程序设计58-64
• 5.3.1 控制主程序设计59-60
• 5.3.2 速度模糊 PI 控制子程序设计60-61
• 5.3.3 中断程序设计61-63
• 5.3.4 弱磁控制子程序设计63-64
• 5.4 本章小结64-66
• 第6章 实验研究66-72
• 6.1 实验平台66-68
• 6.2 实验结果及分析68-71
• 6.2.1 空载时额定转速及弱磁升速实验68-69
• 6.2.2 额定负载时速度控制实验69-71
• 6.3 本章小结71-72
• 结论与展望72-73
• 参考文献73-77
• 致谢77-78
• 附录A 攻读学位期间发表的论文目录78

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