矢量变频技术在混合动力电动汽车上的应用

【摘要】： 随着环境污染的加剧和石油资源的减少，电动汽车(Electric Vehicle，EV)的发展越来越受到人们的关注，我国也将其列入了重点发展之列。然而在电池技术未能取得根本性突破之前，续航能力的不足已成为电动汽车发展的主要瓶颈。相对于传统的燃油汽车来说，混合动力电动汽车(Hybrid Electric Vehicle，HEV)由于其具有良好的燃油经济性和较低的排放引起了人们极大的兴趣。 电机及其控制技术是混合动力电动汽车的关键技术之一，其很大程度上影响着整车的动力性、燃油经济性以及排放指标。本文在分析现有主流HEV驱动电机及其控制特点的基础上，结合课题组自身技术条件确定以交流异步感应电机作为HEV的驱动电机，控制器采用基于转子磁链定向的矢量控制算法。利用Matlab／Sirnulink对该算法进行了仿真，结果表明采用该方法，电机的动态性能要优于传统的V／F控制效果，理论上可以满足HEV扭矩响应快的要求。 电机控制器的设计主要围绕以下几个方面展开：按设计要求对控制器软、硬件进行模块化设计，为实现异步感应电机矢量控制构建平台；分析控制器电磁兼容性，采取相应抗干扰措施保障CAN总线等电磁敏感设备正常运行，试验证明所采取的措施切实可行；为降低控制器受车架振动的影响，采用被动隔振方案——橡胶隔振器并给出设计参数，进行多自由度振动模型校核验算，结果表明减振效果达到设计要求；在提高CAN总线通信可靠性、确保上电顺序、故障处理等控制逻辑正确的基础上，初步进行了电机台架试验，测试其静态性能并调整控制器参数，试验结果表明驱动系统具有低速大扭矩、调速范围宽、综合效率高等特性，符合设计要求，为系统动态性能测试、耐久性试验、整车路试创造条件。 【关键词】：混合动力电动汽车 电机控制器 转子磁链定向
【学位授予单位】：大连理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2008
【分类号】：U469.72
【目录】：

• 摘要4-5
• Abstract5-9
• 1 绪论9-17
• 1.1 引言9-10
• 1.2 混合动力电动汽车发展状况10-12
• 1.2.1 国外在混合动力电动汽车方面的研究与开发动态10-11
• 1.2.2 我国在混合动力电动汽车领域的研究与开发动态11-12
• 1.2.3 混合动力电动汽车发展趋势12
• 1.3 混合动力电动汽车关键技术12-15
• 1.3.1 电机技术及其控制技术13
• 1.3.2 动力电池及其管理技术13-14
• 1.3.3 动力电池及其管理技术14-15
• 1.4 本文的主要内容和创新点15-17
• 1.4.1 本文的主要内容15-16
• 1.4.2 本文的创新点16-17
• 2 混合动力电动汽车驱动电机及其控制算法选型17-25
• 2.1 混合动力电动汽车对电机驱动系统的性能要求17
• 2.2 混合动力电动汽车驱动电机选型17-21
• 2.2.1 异步感应电动机及其控制技术18-19
• 2.2.2 开关磁阻电机及其控制技术19-20
• 2.2.3 永磁式电动机及其控制技术20-21
• 2.3 交流异步感应电机控制算法选型21-24
• 2.3.1 直接扭矩控制算法21-22
• 2.3.2 矢量控制算法22-23
• 2.3.3 两种控制算法对比23-24
• 2.4 小结24-25
• 3 基于转子磁链定向的矢量控制算法及仿真25-49
• 3.1 矢量控制变频调速的基本思想25-27
• 3.2 坐标变换27-32
• 3.2.1 三相、二相静止坐标系间的变换27-31
• 3.2.2 旋转与静止坐标系间的变换31-32
• 3.3 不同坐标系下的电机方程32-41
• 3.3.1 三相静止坐标系下的异步电机方程32-35
• 3.3.2 d-q旋转坐标下的电机方程35-38
• 3.3.3 M-T坐标系下的异步电机方程38-39
• 3.3.4 矢量控制系统的基本方程39-41
• 3.4 转子磁链定向41-42
• 3.5 感应电动机矢量控制算法的Matlab/simulink仿真42-48
• 3.5.1 转速控制器模块42-43
• 3.5.2 定子电流磁通分量和扭矩分量计算模块43-44
• 3.5.3 磁场定向角计算模块44
• 3.5.4 2/3变换器模块44-45
• 3.5.5 电流滞环控制模块45-46
• 3.5.6 逆变器模块46
• 3.5.7 感应电机模块46-47
• 3.5.8 仿真波形47-48
• 3.6 小结48-49
• 4 混合动力电动汽车电机控制器设计49-70
• 4.1 控制器硬件设计49-58
• 4.1.1 主电路设计50-51
• 4.1.2 功率模块选择51
• 4.1.3 电源模块设计51-53
• 4.1.4 A/D输入隔离模块设计53-54
• 4.1.5 I/O量输入输出隔离模块设计54-55
• 4.1.6 CAN通信模块设计55-57
• 4.1.7 PWM输出电路设计57
• 4.1.8 保护电路设计57-58
• 4.2 控制器软件设计58-60
• 4.3 电机控制器电磁兼容性60-64
• 4.3.1 系统电磁干扰问题分析60-62
• 4.3.2 系统电磁干扰问题解决方案62-64
• 4.4 控制器隔振设计与分析64-69
• 4.4.1 隔振设计64-67
• 4.4.2 实例计算和校核67-69
• 4.5 小结69-70
• 5 试验与分析70-75
• 5.1 试验概述70-71
• 5.2 试验内容及分析71-74
• 5.2.1 CAN总线通信测试71-72
• 5.2.2 控制逻辑测试72-73
• 5.2.3 电机台架试验73-74
• 5.3 小结74-75
• 总结与展望75-77
• 参考文献77-80
• 攻读硕士学位期间发表学术论文情况80-81
• 致谢81-82

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