新能源汽车用直线压缩机高效控制方法研究

【摘要】：随着能源的消耗与环境的污染越来越严重,节能和环保已经成为世界各国共同关注的话题,因此新能源汽车将是汽车产业发展的必然选择。新能源汽车目前主要有混合动力汽车、燃料电池汽车和纯电动汽车三大类,其中纯电动汽车可以实现零排放,资源的综合利用率较高,可以彻底摆脱对石油的依赖,是新能源汽车产业发展的主要方向。压缩机作为汽车上重要的组成部分,其性能的好坏对新能源汽车的发展起着至关重要的作用。传统汽车所采用的压缩机,主要是通过曲柄连杆机构将发动机输出的旋转运动转换为直线运动来驱动活塞,从而使压缩机工作,不适用于新能源汽车。因此,必须开发出一款通过电力驱动,高效节能且适用于新能源汽车的压缩机,即直线压缩机。本文的研究对象为永磁动圈式直线压缩机的原理性样机,首先通过查阅大量的资料与参考文献,了解直线压缩机的国内外研究现状及其分类和特点,从而明白此课题的研究背景和研究意义,并确定本文的研究方向；接着通过对此原理性样机的研究,得到其结构的主要参数和物理模型,明白其工作原理,并以此为基础建立其数学模型；然后以此数学模型为基础在Simulink中搭建永磁动圈式直线压缩机的原理性样机的模型,并基于Push-to-Push原理制定其控制策略,通过试凑法寻找使永磁动圈式直线压缩机的原理性样机能够正常持续工作的点,并在Simulink中进行仿真计算,从而验证基于Push-to-Push原理控制策略的可行性；接着通过遗传算法对其控制策略进行仿真优化寻找使得此原理性样机的效率达到最大值的控制策略；然后对永磁动圈式直线压缩机的原理性样机的控制系统进行硬件设计和软件设计,硬件设计主要包括驱动电路模块、驱动电源的选择、位移检测模块和电流检测模块,软件设计主要有主程序和中断服务子程序两个模块及电流的PID控制,最后再通过实验来验证此控制策略的可行性。 【关键词】：新能源汽车 直线压缩机 Push-to-Push原理 遗传算法
【学位授予单位】：南京理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：U469.7
【目录】：

• 摘要3-4
• Abstract4-7
• 1 绪论7-14
• 1.1 课题背景与研究意义7-8
• 1.2 直线压缩机的研究现状与分类8-12
• 1.2.1 直线压缩机的研究现状8-10
• 1.2.2 直线压缩机的分类及特点10-12
• 1.3 直线压缩机的控制方法12-13
• 1.4 本课题的主要研究内容13-14
• 2 永磁动圈式直线压缩机模型的建立14-22
• 2.1 永磁动圈式直线压缩机原理性样机14-15
• 2.2 永磁动圈式直线压缩机的工作原理15-16
• 2.3 永磁动圈式直线压缩机的数学模型16-21
• 2.3.1 机械子系统的数学模型16-19
• 2.3.2 电磁子系统的数学模型19-20
• 2.3.3 永磁动圈式直线压缩机的系统方程20-21
• 2.4 本章小结21-22
• 3 永磁动圈式直线压缩机控制策略研究22-32
• 3.1 基于Simulink的控制系统建模22-26
• 3.1.1 机械子系统Simulink建模22-25
• 3.1.2 电磁子系统Simulink建模25
• 3.1.3 永磁动圈式直线压缩机效率的计算25-26
• 3.1.4 永磁动圈式直线压缩机Simulink建模26
• 3.2 基于Push-to-Push原理的控制策略设计26-27
• 3.3 仿真结果分析27-31
• 3.4 本章小结31-32
• 4 基于遗传算法的控制策略优化32-60
• 4.1 遗传算法的原理与特点32-34
• 4.2 遗传算法的研究34-41
• 4.2.1 编码34-35
• 4.2.2 选择35-36
• 4.2.3 交叉36-37
• 4.2.4 变异37-38
• 4.2.5 适应度函数38-39
• 4.2.6 控制参数的选择39-41
• 4.3 基于遗传算法的控制参数优化41-52
• 4.4 仿真结果分析52-59
• 4.5 本章小结59-60
• 5 控制系统设计60-67
• 5.1 硬件设计60-63
• 5.1.1 TMS320F2812开发板60
• 5.1.2 驱动电路60-61
• 5.1.3 驱动电源61-62
• 5.1.4 硬件电路的工作原理62
• 5.1.5 传感器62-63
• 5.2 软件设计63-66
• 5.2.1 主程序和中断服务子程序63-64
• 5.2.2 电流的PID控制64-66
• 5.3 本章小结66-67
• 6 试验研究67-70
• 6.1 实验平台介绍67-68
• 6.2 实验结果分析68-69
• 6.3 本章小结69-70
• 7 总结与展望70-72
• 7.1 总结70
• 7.2 研究展望70-72
• 致谢72-73
• 参考文献73-77
• 附录77

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