基于PEBB纯电动汽车电机驱动系统的研究

【摘要】：由于环境保护日益严峻和石油资源面临枯竭，纯电动汽车的发展已成为世界关注的焦点，这使得纯电动汽车领域成为研究的热点。纯电动汽车应用技术作为汽车行业高新技术发展的必然趋势，它涉及到广泛的技术领域，例如车辆工程、电机控制和驱动技术、电池技术等。电机控制和驱动技术为本文研究的主要内容。 本文首先介绍了纯电动汽车国内外发展状况和研究永磁同步电机调速系统的重要意义。接着详细的分析了永磁同步电机的工作原理以及变频调速的控制方法，并且结合项目要求对整个电机控制系统进行了MATLAB/Simulink仿真，并给出了几种不同控制方案的仿真结果。通过仿真结果比较，选择合适的控制方案。该方案为电机驱动系统设计提供理论基础。 本文针对电力电子技术发展过程中，存在缺乏灵活性、设计复杂等问题，引用一种PEBB(power electronic building block，电力电子标准模块)设计方案，以便解决以上问题。文中介绍了PEBB系统权限划分，将系统分为三层即硬件管理层、应用管理层、系统管理层，并逐层进行分析和设计。每一层都有一个管理器进行管理和控制，它们分别为：硬件管理器、应用管理器、系统管理器。硬件管理器处于最底层，它和电力电子开关元件组成了PEBB。其功能包括：测量端电压、相电流；进行硬件保护；产生有效PWM（Pulse Width Modulation，脉冲宽度调制）波。应用管理器处于中间层，其功能主要为：对主电路的电流环、电压环（速度环）进行控制。系统管理器处于最高层，执行更高级的控制任务，如：系统的初始化，监控整个系统的运行。文中详细的描述了系统的硬件管理器和应用管理器的硬件设计和数据流设计。应用管理器和系统管理器的通讯接口采用CAN（Controller Area Network，控制器局域网）通讯接口，并详细的描述了CAN的传输数据方式，并且此传输的数据是站在整个系统层面进行规划和设计的。 文中最后针对实际项目开发过程中所遇到的换挡控制和防滑控制，进行了方案设计。在二档变速中，针对电流饱和现象，对电流调节器进行设计，得到了理想效果。在防滑控制中，通过层层控制设计，得到一个全面可靠的防滑控制方案。 【关键词】：纯电动汽车 PEBB PMSM 弱磁 CAN 换挡控制
【学位授予单位】：湖南大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2011
【分类号】：TM341;U469.72
【目录】：

• 摘要5-6
• Abstract6-10
• 第1章 绪论10-18
• 1.1 课题背景和意义10-12
• 1.1.1 纯电动汽车是汽车行业发展的必然方向10-11
• 1.1.2 国内电动汽车发展现状及其意义11-12
• 1.2 纯电动汽车驱动电机发展状况12-15
• 1.2.1 纯电动汽车驱动系统结构及其要求12-14
• 1.2.2 纯电动汽车电机的比较与选择14-15
• 1.3 PEBB 的发展现状及其系统介绍15-17
• 1.3.1 电力电子系统集成发展现状15-16
• 1.3.2 基于 PEBB 的电力电子系统16-17
• 1.4 课题来源及其研究内容17-18
• 第2章 纯电动汽车电机驱动系统的控制原理18-38
• 2.1 永磁同步电动机的结构特点及其数学模型18-22
• 2.1.1 永磁同步电动机结构及特征18-19
• 2.1.2 永磁同步电动机数学模型19-22
• 2.2 PMSM 的矢量控制22-25
• 2.2.1 PMSM 矢量控制简介22-23
• 2.2.2 PMSM 矢量控制运行时的基本电磁关系23-25
• 2.3 PMSM 矢量控制的电流控制策略25-33
• 2.3.1 class=0 控制25-29
• 2.3.2 最大转矩/电流控制29-33
• 2.4 PMSM 的弱磁控制33-38
• 第3章 基于 PEBB 电机驱动系统的设计38-62
• 3.1 PEBB 系统控制权限划分38-39
• 3.2 硬件管理器的设计与实现39-44
• 3.2.1 硬件管理器硬件的设计40-44
• 3.2.2 硬件管理器数据流和通讯接口的设计44
• 3.3 应用管理器的设计与实现44-62
• 3.3.1 应用管理器数据流和通讯接口的设计46-58
• 3.3.2 应用管理器硬件的设计58-62
• 第4章 纯电动汽车换挡控制和牵引力控制62-74
• 4.1 纯电动汽车换挡控制62-67
• 4.1.1 电流和电压矢量给定值的计算方法63-65
• 4.1.2 换挡控制及实验波形65-67
• 4.2 纯电动汽车牵引力控制67-74
• 4.2.1 牵引力控制系统（TCS）基本原理67-70
• 4.2.2 牵引力控制系统（TCS）方案设计70-74
• 结论74-75
• 参考文献75-78
• 致谢78-79
• 附录 A 攻读学位期间发表的论文目录79

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