基于混合动力汽车的交流永磁电机驱动控制系统的研究

【摘要】： 混合动力汽车(Hybrid Electric Vehicle)是传统燃油汽车和纯电动汽车相结合的车型,拥有燃油汽车的动力性能和电动汽车的低排放,是当前解决节能、环保问题切实可行的过渡方案。电驱动系统作为混合动力汽车的关键组成部分,在混合动力汽车中起着十分重要的作用,对其进行研究具有重要的理论和实践意义。 论文首先分析了混合动力汽车电驱动系统的特点及需求,比较各种电机的性能及特点,选择Halbach永磁同步电机(PMSM)作为电驱动系统的驱动电机。在对其基本原理及特性详细分析的基础上,利用有限元分析软件ANSYS建立了其有限元分析模型,并且与普通永磁同步电机进行对比分析,验证了Halbach永磁同步电机的有效性 然后,本文主要是针对永磁同步电机直接转矩控制系统进行了相关的研究和改进。直接转矩控制(DTC)技术是继矢量控制技术之后在交流调速领域出现的一种新型调速技术,常规的直接转矩控制具有实现简单、响应迅速和受电机参数变化影响小的优点,能够获得较好的动态性能,但也存在着较大的转矩脉动。针对常规直接转矩控制存在的不足,提出了基于空间电压矢量脉宽调制(SVPWM)技术的直接转矩控制制系统,利用电压空间矢量调制能够使逆变器实现电压空间矢量的连续输出,有效地减小了电流中的谐波,抑制了转矩脉动;同时,为了进一步改善系统的调速性能,利用改进粒子群优化算法(PSO)对PID参数寻优,进一步提高了系统的动静态特性。 最后,设计了基于电机控制专用DSP芯片TMS320LF2407A的混合动力汽车电驱动系统,包括IPM功率模块、驱动隔离电路、DSP外围电路、电流采样电路以及保护电路等;系统软件方面则是完成了初始化主程序、中断服务子程序的流程图设计。 【关键词】：混合动力汽车 Halbach永磁同步电机 直接转矩控制 空间矢量调制
【学位授予单位】：江苏大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2010
【分类号】：TM351
【目录】：

• 摘要5-6
• ABSTRACT6-9
• 第一章 绪论9-18
• 1.1 课题研究的背景及意义9-10
• 1.2 国内外混合动力汽车的发展现状10-11
• 1.3 混合动力汽车电机驱动电机的应用现状11-13
• 1.4 混合动力汽车交流永磁电机主要特点及研究现状13-16
• 1.4.1 混合动力汽车交流永磁电机的主要特性13-14
• 1.4.2 混合动力汽车交流永磁电机的研究现状14-16
• 1.5 本文的主要研究内容及安排16-18
• 第二章 混合动力汽车驱动系统分类与电机运行性能分析18-28
• 2.1 混合动力汽车的驱动系统的分类18-23
• 2.1.1 按驱动系统的结构分类18-22
• 2.1.2 按混合比的分类22-23
• 2.2 几种主要驱动电机的运行性能分析23-26
• 2.2.1 交流异步电机运行性能分析23
• 2.2.2 永磁无刷电机运行性能分析23-24
• 2.2.3 开关磁阻电机运行性能分析24-25
• 2.2.5 Halbach电机运行性能分析25-26
• 2.3 混合动力汽车电机驱动系统的主要特性26
• 2.4 本章小结26-28
• 第三章 混合动力汽车Halbach电机的特性分析与参数计算28-42
• 3.1 Halbach电机的基本原理及其特性分析28-34
• 3.1.1 Halbach电机的基本原理28-31
• 3.1.2 Halbach电机的特性分析31-34
• 3.2 混合动力汽车驱动电机参数的选取与计算分析34-38
• 3.2.1 驱动电机参数的确定34-36
• 3.2.2 驱动电机的主要参数计算36-38
• 3.3 基于Ansys10.0的Halbach电机有限元分析38-40
• 3.4 本章小结40-42
• 第四章 基于Halbach电机的混合动力汽车电力传动的控制42-64
• 4.1 Halbach电机直接转矩控制基本理论42-46
• 4.1.1 电压型逆变器模型42-43
• 4.1.2 电压空间矢量的简介43-45
• 4.1.3 电压空间矢量对电机磁链的影响45
• 4.1.4 电压空间矢量对电机转矩的影响45-46
• 4.2 零矢量在电机直接转矩控制中的作用46-48
• 4.2.1 零矢量对Halbach电机磁链的作用46-47
• 4.2.2 零矢量对Halbach电机转矩的作用47-48
• 4.3 基于SVPWM的DTC控制方法的研究48-57
• 4.3.1 SVPWM原理简介48-49
• 4.3.2 SVPWM控制算法49-54
• 4.3.3 基于SVPWM的直接转矩控制系统的研究54-55
• 4.3.4 SVM-DTC系统试验结果分析55-57
• 4.4 基于Halbach电机调速系统的PID参数寻优的研究57-63
• 4.4.1 粒子群优化算法57-59
• 4.4.2 PSO算法的改进59-60
• 4.4.3 PID参数优化60-61
• 4.4.4 仿真研究61-63
• 4.5 本章小结63-64
• 第五章 基于Halbach电机的全数字驱动控制系统设计64-77
• 5.1 电机驱动控制系统的概述64-65
• 5.2 系统主电路分析与设计65-66
• 5.2.1 基于IPM的主电路原理与设计65
• 5.2.2 IPM的驱动电路设计65-66
• 5.3 主控单元分析与设计66-72
• 5.3.1 DSP主控制单元66-67
• 5.3.2 基于DSP的外围电路分析与设计67-69
• 5.3.3 系统信号采样电路设计69-70
• 5.3.4 系统保护电路设计70-72
• 5.4 驱动系统主要软件设计72-75
• 5.4.1 系统主程序设计73
• 5.4.2 中断服务子程序73-75
• 5.5 本章小结75-77
• 第六章 总结与展望77-79
• 6.1 本文主要结论77
• 6.2 展望77-79
• 致谢79-80
• 参考文献80-84
• 攻读硕士期间发表的论文84

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