混合动力汽车电驱动单元伺服控制仿真验证平台设计与实现

【摘要】：节能和环保成为汽车发展的两个重要主题,新能源汽车技术成为未来汽车技术发展的一个重要方向。我国对新能源汽车技术做出了“三纵三横”的研发布局,驱动电机及其控制系统作为“三纵三横”研发布局中的横向组成部分,是新能源汽车发展的关键技术之一。本文以此为出发点,基于dSPACE半实物仿真系统,设计了一个面向永磁同步电机伺服控制系统的快速开发及仿真验证平台,提出了一种电机原型控制系统快速开发与实现的方法。利用模块化设计思想,对快速开发及仿真验证平台进行功能分析,将平台划分为主控模块、功率驱动模块、电源模块、传感器模块、信号调理模块及负载模拟模块六大功能模块。根据功能划分,对各模块的功能实现进行设计,对系统进行集成优化,最终完成了硬件系统平台的搭建。在完成硬件系统平台搭建的基础上,利用该平台进行3kW永磁同步电机空间矢量和直接转矩两种原型控制器的开发并进行试验测试,以验证该平台的可行性和通用型,同时对比分析比较了两种控制策略的各自特点和优势。其中,针对直接转矩的磁链观测环节,采用一阶惯性滤波器和幅值限定补偿的方法对其进行了改进。试验数据证明,空间矢量控制算法的调速性能更为平滑稳定,转矩的波动性更小;直接转矩控制算法则在快速响应性能方面的表现更为优越。研究结果表明,基于dSPACE的快速开发及仿真验证平台能够快速实现在MATLAB/Simulink环境下搭建控制算法模型,通过RTI/RTW实现算法模型与硬件接口的连接,完成代码的自动生成及下载。开发过程不再需要繁琐而又容易出错的代码编写,减少了开发人员的工作量而可以把时间和精力专注于算法本身的优化工作上。利用ControlDesk建立综合实验环境可以实现系统的在线实时调试;可根据需要跟踪任何变量,并可以在线实时修改系统参数并根据实时运行效果确定最佳参数;调参、分析和优化工作都可在线完成,直至达到控制要求,相对于传统“调试-修正优化-再调试”的过程减化了工作流程,显著缩短了开发周期。该平台具有良好的可行性和较好的实用价值,为混合动力汽车驱动电机及其先进控制技术的深入研究奠定了基础。 【关键词】：混合动力汽车 PMSM dSPACE ControlDesk 原型控制器
【学位授予单位】：电子科技大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TM341;U469.7
【目录】：

• 摘要5-6
• ABSTRACT6-10
• 第一章 绪论10-15
• 1.1 课题研究的背景10-11
• 1.2 驱动电机及其控制技术的国内外研究现状11-13
• 1.3 仿真验证平台开发的意义13
• 1.4 本文主要研究内容及结构安排13-15
• 第二章 电机控制的相关理论基础15-23
• 2.1 电机数学模型15-18
• 2.1.1 三相静止坐标系数学模型15-16
• 2.1.2 α-β 坐标系数学模型16-17
• 2.1.3 d-q坐标系数学模型17-18
• 2.2 电机控制策略18-22
• 2.2.1 空间矢量控制18-19
• 2.2.2 直接转矩控制19-21
• 2.2.3 两种控制策略的比较分析21-22
• 2.3 本章小结22-23
• 第三章 控制器仿真验证平台的设计与实现23-36
• 3.1 平台总体设计方案23-24
• 3.2 主控制模块24-25
• 3.3 功率逆变驱动模块25-29
• 3.4 电源模块29-30
• 3.5 传感器模块30-32
• 3.6 负载模拟模块32-34
• 3.7 平台优化集成34-35
• 3.8 本章小结35-36
• 第四章 基于平台的仿真试验及分析36-64
• 4.1 基于 3Kw永磁同步电机的原型控制器开发36-38
• 4.1.1 技术指标要求36
• 4.1.2 控制回路设计36-38
• 4.2 仿真试验与结果分析38-62
• 4.2.1 空间矢量控制仿真试验38-48
• 4.2.1.1 MATLAB/Simulink全数字仿真试验42-45
• 4.2.1.2 基于dSPACE快速开发平台的半实物仿真试验45-48
• 4.2.2 直接转矩控制仿真试验48-62
• 4.2.2.1 MATLAB/Simulink全数字仿真试验49-60
• 4.2.2.2 基于dSPACE快速开发平台的半实物仿真试验60-62
• 4.2.3 结果分析62
• 4.3 本章小结62-64
• 第五章 总结与展望64-66
• 5.1 总结64-65
• 5.2 展望65-66
• 致谢66-67
• 参考文献67-71
• 在学期间取得的与学位论文相关的研究成果71-72

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