基于矢量控制的纯电动汽车永磁同步电机驱动系统研究

【摘要】：纯电动汽车是以电能为动力、由电动机驱动行驶的单一动力源汽车,具有零排放无污染、能源来源广泛、结构相对简单等突出优点,开发前景十分广阔。电机驱动系统是纯电动汽车动力系统的核心,在多种驱动电机中永磁同步电机(PMSM)因具有效率高、功率密度大、可靠性高等优点日趋成为车用驱动电机的主流,因而对电动汽车永磁同步电机驱动控制技术的研究具有重要意义。 本文在对永磁同步电机的数学模型、矢量控制方法和空间矢量脉宽调制(SVPWM)技术的分析基础上,设计了电动汽车PMSM的驱动控制方案。通过分析SVPWM控制与升压斩波的内在联系,研究了PMSM驱动系统的再生制动原理,确立了发电模式下电池充电电流与q轴负方向电压矢量幅值的相关关系,为电动汽车再生制动的实现提供了理论基础。在MATLAB/Simulink环境下建立了基于最大转矩/电流比(MTPA)控制策略的矢量控制系统仿真模型,并通过与class=0控制策略的仿真结果比较验证了MTPA控制策略的优越性。论文重点介绍了以TMS320F2812为核心的PMSM控制器的软硬件设计,对位置信号和电流信号的传感器接口电路和软件处理流程做了详细的阐述。本文还结合车载应用要求简单介绍了控制器机械结构设计方案,并通过台架实验对PMSM控制器的整体设计方案进行了实验研究,并测试了重要参量波形。最后,为了满足电机驱动系统的整车实验要求,详细介绍了纯电动实验样车的设计方案和实现过程,通过大量的道路试验,验证了电机驱动控制系统和整车运行的可行性和可靠性。 【关键词】：纯电动汽车 电机驱动系统 永磁同步电机 矢量控制 仿真
【学位授予单位】：哈尔滨理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2010
【分类号】：U464.142.1
【目录】：

• 摘要5-6
• Abstract6-11
• 第1章 绪论11-21
• 1.1 课题研究的背景及意义11-12
• 1.2 电动汽车的分类和比较12-14
• 1.3 纯电动汽车的发展现状14-16
• 1.3.1 国外纯电动汽车发展现状14-15
• 1.3.2 我国纯电动汽车发展现状15-16
• 1.4 纯电动汽车电力驱动系统概述16-19
• 1.4.1 纯电动汽车电力驱动系统的组成16-17
• 1.4.2 驱动电机的分类及选型17-18
• 1.4.3 永磁同步电机控制方法18-19
• 1.5 本文研究的主要内容19-21
• 第2章 永磁同步电机数学模型及矢量控制原理21-38
• 2.1 永磁同步电机转子磁路结构21-22
• 2.1.1 SPM 转子磁路结构21
• 2.1.2 IPM 转子磁路结构21-22
• 2.2 永磁同步电机的数学模型22-25
• 2.2.1 坐标系与坐标变换22-24
• 2.2.2 d-q 坐标系下永磁同步电机的基本方程24-25
• 2.3 永磁同步电机的矢量控制25-30
• 2.3.1 矢量控制系统基本结构26-27
• 2.3.2 矢量控制的约束条件27-28
• 2.3.3 定子电流最优控制策略28-30
• 2.4 空间矢量调制(SVPWM)技术30-34
• 2.4.1 SVPWM 原理31-33
• 2.4.2 SVPWM 实现33-34
• 2.5 基于SVPWM 的再生制动原理34-37
• 2.6 本章小结37-38
• 第3章 PMSM 矢量控制算法的仿真38-48
• 3.1 PMSM 矢量控制系统仿真模型的建立38-44
• 3.1.1 坐标变换模块39
• 3.1.2 SVPWM 模块39-44
• 3.2 仿真结果及分析44-47
• 3.2.1 SVPWM 波形的测试44
• 3.2.2 MTPA 与class=0 控制策略的比较44-47
• 3.3 本章小结47-48
• 第4章 基于矢量控制的PMSM 驱动控制系统的实现48-69
• 4.1 PMSM 控制系统硬件设计48-56
• 4.1.1 系统硬件的总体结构48-49
• 4.1.2 基于IPM 的主电路设计49-50
• 4.1.3 电流采样与处理单元50-51
• 4.1.4 位置信号检测单元51-54
• 4.1.5 保护电路54-55
• 4.1.6 控制器机械结构设计55-56
• 4.2 PMSM 控制系统软件设计56-64
• 4.2.1 程序流程57-60
• 4.2.2 位置信号的读取与转速计算60-62
• 4.2.3 电流信号的读取与A/D 校准62-64
• 4.3 台架实验研究64-68
• 4.3.1 台架实验系统的组成64-65
• 4.3.2 实验结果分析65-68
• 4.4 本章小结68-69
• 第5章 纯电动实验样车的研制与整车实验69-80
• 5.1 纯电动样车电气系统总体方案69-71
• 5.1.1 纯电动样车电气系统的组成69-70
• 5.1.2 整车运行状态逻辑70-71
• 5.2 电机驱动系统的驱动形式71
• 5.3 加速和制动系统的改装设计71-73
• 5.3.1 加速信号的采集和处理71-72
• 5.3.2 并行制动方案72-73
• 5.4 散热系统及控制方式73-74
• 5.5 整车CAN 总线网络设计74-76
• 5.5.1 CAN 总线网络的结构74
• 5.5.2 CAN 总线网络的通信协议74-76
• 5.6 整车实验研究76-79
• 5.6.1 纯电动样车的改装调试过程76-78
• 5.6.2 道路试验78-79
• 5.7 本章小结79-80
• 结论80-81
• 参考文献81-85
• 攻读学位期间发表的学术论文85-86
• 致谢86

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