基于电机电流解耦控制的插电混合动力汽车动力性分析

【摘要】：当今世界,汽车行业可持续发展主要面临三大挑战:能源供应与能源安全、空气质量污染以及全球性气候变暖,业界普遍认为,解决这三大问题的最佳方案是发展新能源汽车产业。结合我国新能源汽车战略发展道路,混合动力汽车是比较合适的过渡方案,插电式混合动力汽车是混合动力向纯电动的过渡技术。插电式混合动力汽车的研究主要着重于能量管理与动态控制,动态控制作为插电式混合动力汽车开发设计中的一项关键技术,对整车的基本性能有着重要的影响。关于动态控制的文献主要集中在状态切换过程,涉及到发动机的动态特性。本文从动态控制方面分析插电式混合动力汽车的动力性,主要考虑在发动机参与下,汽车进行模式切换后车辆速度(或加速度)跟随状况,此外,还针对混合动力车用电机的转矩精确性问题进行了研究。针对混合动力汽车用电机转矩精准性问题,本文提出采用对角矩阵解耦控制方法,在电机电流环中增加一个解耦器矩阵,将励磁电流id与转矩电流iq解耦成互不干扰的量,以此保证电机输出转矩的精准性。此外,将该方法与前馈解耦控制方法、反馈解耦控制方法进行仿真对比,验证了本文所提出的方法在电机转速较高或电机参数发生变动的情况下,鲁棒性更好,解耦效果明显改善,从而解决了混合动力汽车用电机输出转矩精准性低的问题。针对混合动力汽车模式切换且发动机参与下的动力性问题,本文提出基于车轮角速度差PID控制的电机转矩补偿方法。车辆由纯电动驱动模式切换至发动机/电机联合驱动模式过程中,由于发动机的动态特性较差致使车速(或加速度)无法很好跟随期望值,采用了增加一个动态调节器,即通过车轮角速度实际值与期望值的差值经PID控制器所得差值转矩由驱动电机进行补偿,进而保证发动机参与驱动的模式下车辆速度能很好地跟随期望值。该方法解决了不同模式下汽车车速的稳定跟随,并保证了整车动力的快速响应特性,还一定程度上提高了整车的舒适性。 【关键词】：插电式混合动力汽车 永磁同步电机 电机解耦控制 模式切换 动态协调
【学位授予单位】：吉林大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：U469.7
【目录】：

• 摘要4-5
• ABSTRACT5-10
• 第1章 绪论10-22
• 1.1 国际新能源的发展状况10-12
• 1.2 国内新能源的发展状况12-16
• 1.3 新能源汽车用电机应用现状16-18
• 1.4 研究目标与研究内容18-22
• 1.4.1 研究目标18-19
• 1.4.2 研究内容19-22
• 第2章 永磁同步电机的控制22-44
• 2.1 永磁同步电机的外特性22-23
• 2.2 永磁同步电机坐标变换23-27
• 2.2.1 Clarke变换23-25
• 2.2.2 Park变换25-27
• 2.3 永磁同步电机状态方程与控制策略27-30
• 2.3.1 状态方程27-28
• 2.3.2 定子电流控制策略28-30
• 2.4 永磁同步电机的控制特性30-35
• 2.4.1 永磁同步电机的小信号方程30-31
• 2.4.2 传递函数与频率响应31-35
• 2.4.3 时间响应35
• 2.5 SVPWM控制算法35-41
• 2.6 本章小结41-44
• 第3章 永磁同步电机电流解耦控制方法44-66
• 3.1 解耦控制介绍46-50
• 3.1.1 充要可解条件47-48
• 3.1.2 理论解耦48
• 3.1.3 简化解耦48-49
• 3.1.4 逆解耦49-50
• 3.2 永磁同步电机电流耦合分析50-55
• 3.2.1 电机电流耦合现象50-52
• 3.2.2 电机电压频域分析52-55
• 3.3 永磁同步电机解耦控制55-62
• 3.3.1 前馈解耦控制方法55-56
• 3.3.2 反馈解耦控制方法56-57
• 3.3.3 对角矩阵解耦控制方法57-62
• 3.3.3.1 对角矩阵解耦控制介绍57-58
• 3.3.3.2 永磁同步电机解耦器矩阵58-62
• 3.4 仿真验证与分析62-65
• 3.5 本章小结65-66
• 第4章 插电式混合动力汽车动力性分析66-102
• 4.1 各模式特性与动力系统建立66-86
• 4.1.1 发动机与电机理论模型67-68
• 4.1.1.1 发动机模型67-68
• 4.1.1.2 电机模型68
• 4.1.2 整车不同模式下的响应特性68-75
• 4.1.2.1 CD模式频域分析68-69
• 4.1.2.2 CS模式（未转矩补偿）频域分析69-73
• 4.1.2.3 CS模式（转矩补偿）频域分析73-75
• 4.1.3 发动机与电机的仿真模型75-81
• 4.1.3.1 发动机时间响应模型75-79
• 4.1.3.2 电机时间响应模型79-81
• 4.1.4 仿真与验证81-86
• 4.2 模式切换过程中的动力分析86-100
• 4.2.1 汽车动力系统的动力学模型87-91
• 4.2.1.1 汽车动力系统转矩传递87-89
• 4.2.1.2 离合器转矩传递89-91
• 4.2.2 混合动力汽车动力系统频域分析91-97
• 4.2.2.1 整车受力分析91-92
• 4.2.2.2 无协调控制时系统频域分析92-94
• 4.2.2.3 有协调控制时系统频域分析94-97
• 4.2.3 模式切换过程中状态曲线分析97-100
• 4.3 本章总结100-102
• 第5章 全文总结102-104
• 参考文献104-110
• 作者简介及在学期间所取得的科研成果110-111
• 致谢111

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