电动汽车直接转矩控制技术的仿真研究

哈尔滨理工大学硕士学位论文电动汽车直接转矩控制技术的仿真研究姓名：康耀辉申请学位级别：硕士专业：控制理论与控制工程指导教师：高俊山20090301电动汽车直接转矩控制技术的仿真研究作者：康耀辉学位授予单位：哈尔滨理工大学相似文献(10条)1.期刊论文胡伟.温旭辉.刘钧.HuWei.WenXuhui.LiuJun电动汽车电机驱动系统可靠性模型及预计-电气传动2007,37(12)能源危机促进了电动汽车的发展,作为其关键部件之一的电机驱动系统的可靠性直接影响着电动汽车的广泛应用.重点对电动汽车电机驱动系统可靠性进行分析.建立了电动汽车电机驱动系统可靠性串联模型.直流母线支撑电容、大功率电子器件、控制电路、轴承和绝缘的失效是电动汽车电机驱动系统的主要失效模式.基于已建立的可靠性模型,采用元器件应力分析法预计电动汽车电机驱动系统的可靠性.2.学位论文吕海臣基于SRM电动汽车驱动系统的研制2007随着能源危机和环境污染的日益严重，发展电动汽车已成为二十一世纪的研究热点，电动汽车具有清洁无污染、能量来源多样化、能量效率高等特点。电机及其控制系统作为电动汽车的驱动核心和关键技术之一，是研制电动汽车首先需要解决的问题。本文的主要工作是研制用于电动汽车驱动的开关磁阻电机驱动系统。首先概述了电动汽车研究的背景和意义、发展现状、关键技术等，并讨论了电动汽车对驱动系统的一些基本要求，比较了不同种类电机驱动系统的主要特点，认为开关磁阻电机驱动系统适用于这一应用场合，并在结构、效率和可靠性等方面有着突出的优点。其次讨论了电动汽车不同驱动布局方式的特点，完成了基于SRM的纯电动轿车驱动系统的研制，主要工作包括开关磁阻电机功率变换器主电路的设计，IGBT的选型，驱动电路及驱动电源设计，功率主电路功率损耗的估算，功率器件的散热器设计，控制电路的改进设计等。同时设计了CAN通讯模块，用于采集和传输电动汽车驱动系统的运行信息。研制完成的电动汽车驱动用22KW开关磁阻电机及其控制系统通过空载实验与带载实验的测试后，将其安装于改装后的电动汽车上，对驱动系统两种不同控制模式下电动汽车的运行性能进行了实验。最终选用了平均电流闭环控制模式，这种控制模式下改装后的电动汽车性能与原燃油汽车的性能基本相同。最后对该系统的运行性能进行了总结，对下一步用于电动汽车驱动的开关磁阻电机驱动系统的研究与开发具有一定的参考价值。3.会议论文宋慧电动汽车的驱动系统1997驱动系统是电动汽车的核心，在电动汽车上，采用了直流电机，交流感应电机（交流异步电机）、永磁无刷电机（交流同步电机）和开关磁阻电机等多种电机作为驱动电机，在驱动系统的结构上也发展了机电集成化驱动系统和机电一体化驱动系统，从而组成了多种型式的传动系统，推动了电动汽车的发展。该文系统地介绍了电动汽车用的驱动系统布置及结构情况。4.学位论文李珂电动汽车高效快响应电驱动系统控制策略研究2007融多项高新技术于一体的电动汽车具有无排放污染、噪声低等优点，在环保和节能方面具有不可比拟的优势，正在引发一场世界汽车工业革命。迄今为止，续驶里程不足仍然是电动汽车商业化发展的瓶颈，为了解决这个问题，一方面必须开发能量密度高的电池；另一方面，必须极大限度地提高其驱动系统的效率，有效地利用有限的能量。对于第二个问题可以从两个方面入手：一是通过变频调速技术及其优化控制技术实现“按需供能”，即在满足电动汽车行驶所需车速、驱动力及动、静态性能指标的前提下，尽量减少电驱动系统的输入能量；另一个方面是当电机处于制动状态时能合理、高效地将机械能转化为电能馈送回逆变器直流侧并存储于车载能量源中。感应电动机由于具有体积小、重量轻、成本低、免维护等优点，在电动汽车电驱动系统中得到了广泛的应用。目前的感应电动机变频驱动系统效率优化方面的研究大多局限于以牺牲动态响应为代价来提高系统的效率，只能用于诸如风机水泵等对动态性能要求不高的负载，不能用于电动汽车、机器人等要求快速响应的场合。因此急需研究一种新型高性能变频驱动系统控制策略，以满足电动汽车对传动系统快响应和高效率的要求。本文综合应用最优化理论和技术、电机控制理论和汽车理论深入研究电动汽车电驱动系统高效率快响应变频驱动控制策略。显而易见，该项研究不但对电机控制理论学科与众多相关分支学科的发展具有重要的理论意义和学术价值，而且对我国发展具有自主知识产权的先进电动汽车技术和尽早实现电动汽车的产业化和高性能化具有重大的现实意义。本文首先讨论了电动汽车电驱动系统关键技术：感应电动机变频调速系统效率优化、快速动态响应及电动汽车再生回馈制动等领域的控制技术现状、研究热点及发展动态，并指出本课题的主要研究内容及章节安排。结合电动汽车行驶方程式和典型循环工况分析探讨了电动汽车电驱动系统的负载特征及驱动电机的工作区域特点；分析了电动汽车电驱动系统的功率流程及损耗；简要介绍了基于DSPTMS320LF2407A的感应电机变频调速实验系统，为全文的工作奠定了基础。针对电动汽车用感应电机励磁电感一般较小，导致工作时铁损增加从而不容忽略的问题。从三相静止坐标系下的感应电动机物理模型入手，建立了考虑铁损的感应电动机在同步旋转坐标系下动态数学模型，给出了相应的等效电路图，并在MATLAB/Simulink中用S-函数实现了其仿真模型的搭建。经分析，铁损的存在导致按转子磁场定向矢量控制的定子电流d、q轴分量都影响磁场建立和转矩输出，即使在稳态时也不再解耦。磁链和转矩的控制量由定子电流d、q轴分量变为励磁电流d、q轴分量。根据两者存在的对应关系，从通过控制定子电流来控制励磁电流以实现电动机磁通和转矩输出解耦控制的角度出发，提出了动态和稳态两种补偿方案。对比仿真实验结果表明，动态补偿方案克服了标准矢量控制由于忽略铁损而带来的磁场定向及转矩输出不准确等缺陷，各项性能均令人满意；稳态补偿方案在磁场未建立起时性能稍差，但当磁场建立起后可以实现与动态补偿方案相似的控制效果，且其更易于实现。针对电动汽车用感应电动机存在轻载低效致使续驶里程等性能指标下降的问题，研究了其效率优化控制策略。首先在分析感应电动机变频调速系统效率优化控制原理的基础上，提出了一种基于电机损耗模型的感应电动机效率优化控制策略，并综合考虑电动机在基频以上所受电压、电流限制，将其扩展到高速区，仿真和实验结果验证了控制策略的有效性；然后探讨了效率优化控制具体实施中的相关问题：(1)感应电动机全工作区域内效率优化的磁通限制；(2)利用参数灵敏度分析的方法分析了电机参数变化对效率优化控制精度的影响，并探讨了利用电机参数变化规律进一步改善效率优化效果的可能性：(3)效率优化控制启动过程中的动态性能及效率：最后综合分析了搜索法、最小定子电流法和损耗模型法等变频调速系统效率优化控制策略间的区别和联系，表明几种优化算法各具特色。其中，基于电机损耗模型的优化控制具有一定意义下的全局最优，无需增加任何硬件设备，寻优速度较快，且寻优过程中电磁转矩和转速较平稳等优点，在各种优化方法中综合性能最优。电动汽车电驱动系统要求宽调速范围内转矩响应迅速。首先结合感应电动机输出转矩和转子磁链表达式，分析了以弱磁为途径改善感应电动机轻载低效问题的优化运行对其动态响应速度的影响；然后针对电动汽车在高速行驶中仍然需要有较快的动态响应以加速超车的特点，提出了一种适用于基频以上的快速转矩响应控制策略。根据动态过程中电压限制的偏移调整分配电机的励磁和转矩电流，可以保证动态过程中的每一时刻转矩输出近似为最大值。突破了基于稳态分析的最大转矩控制策略在分析和解决动态过程转矩输出能力问题时的局限性。仿真和实验结果表明，提出的控制策略可在动态中提供较大的转矩输出，减小了采用效率优化控制对电动汽车高速运行时动态响应速度的影响。提高再生能量回收和利用的效率是电动汽车中低强度制动过程研究的重要问题。首先分析了电动汽车再生制动回馈原理、制动模式、制动系统基本要求及影响制动能量回收的因素等问题；利用典型城市工况制动频繁，且电动汽车常处于轻载制动状态以及仅驱动轮的制动能量可以馈送直流侧的特点，提出了一种结合感应电动机再生制动效率优化控制和改进制动力分配方案的电动汽车高效制动能量回收控制策略。在保证制动过程中车辆方向稳定性的前提下，尽量将制动力分配到驱动轮；在保证制动强度的前提下，尽量使用电机再生制动，然后应用效率优化控制降低制动过程中电驱动系统的运行损耗。在电动汽车仿真软件ADVISOR中的对比仿真研究结果表明，是否启动再生制动对电动汽车的能量利用率影响很大，且随着改进的制动力分配方案及制动区效率优化控制等改善措施的加入，再生制动能量的回收率均得到不同程度的提高；最后综合本文提出的效率优化和高效回馈制动两种电动汽车电驱动系统效率提升策略的仿真结果表明，控制策略的实施使续驶里程和能量利用率都得到了明显提高，为合理利用电动汽车有限的能量提供了一种解决方案。5.期刊论文尹安东.于霞.YINAn-dong.YUXia燃料电池电动汽车驱动系统及其控制技术-农业装备与车辆工程2007(4)简述了燃料电池电动汽车驱动系统基本结构及特点,在此基础上分析燃料电池电动汽车主要驱动系统性能,介绍了当前燃料电池电动汽车驱动系统新的控制技术的应用情况,最后提出了燃料电池电动汽车驱动系统及其控制技术的发展方向.6.学位论文于健电动汽车驱动系统能量控制研究2007电动汽车因其低污染、低噪声、不依赖传统能源等优点，越来越成为新型动力汽车的发展方向。本文以解决在复杂运行状况下电动汽车驱动系统的能量控制为目的，在电动汽车异步电动机驱动系统的基础上，通过分析异步电动机驱动系统的数学模型、蓄电池的充电模式和效率以及不同工况下电动汽车的运行状态，进而得出不同控制策略下异步电动机控制特性与逆变器直流母线侧状态的关系，最终确定驱动系统的能量控制目标。通过在蓄电池和驱动系统之间加设双向DC/DC变换器来解决蓄电池端电压变化、系统驱动性能和再生制动能量回收效率三者之间的矛盾，结合电动汽车驱动系统自身的特点，确定双向DC/DC变换器的拓扑结构，并在此基础上提出了正向稳压、反向稳流的适用于电动汽车的驱动系统能量控制策略。运用状态空间平均法建立了双向DC/DC变换器的统一数学模型，并具体分析了变换器在不同工作状态下的模型特性及工作过程，利用MATLAB软件对不同工况下，变换器由于蓄电池端电压和负载电流变化而造成的系统特性改变进行了分析。分别建立电动Boost电压负反馈稳压模型和再生制动Buck电流负反馈稳流模型，对使用经典PlD控制策略的系统进行分析后，提出使用先进变参数非线性PlD控制策略，改进由于双向DC/DC变换器的强非线性和控制模型变化所带来的控制性能恶化的问题。使用MATLAB/SIMULINK软件对电动汽车驱动系统能量控制双向DC/DC变换器进行了建模和抗扰性能分析，并同矢量控制策略下的异步电动机驱动模型相结合，对传统电动汽车控制系统和加设能量控制变换器装置的系统性能进行了对比分析，得出了双向DC/DC变换器对于逆变器直流侧电压和再生制动电流具有很好控制效果的结论，在此基础上，对采用经典PID控制策略和先进变参数非线性PID策略的能量控制系统的控制特性进行了对比，仿真结果说明了非线性PID控制策略的可行性和优越性。7.期刊论文何洪文.余晓江.孙逢春.张承宁.HEHong-wen.YUXiao-jiang.SUNFeng-chun.ZHANGCheng-ning电动汽车电机驱动系统动力特性分析-中国电机工程学报2006,26(6)分析电机驱动系统的动力特性对完成电动汽车动力传动系的参数匹配具有重要的理论意义.从整车驱动角度分析提出了电动汽车电机驱动系统的理想动力特性:低于额定转速恒转矩,高于额定转速恒功率.电机驱动系统的峰值工作特性、额定工作特性是电动汽车动力传动系参数匹配计算的主要依据.电机基速和最高转速的选择对整车的加速性能起着决定作用.提出了特性描述参数.结合某电机驱动系统动力特性的实测数据给出了分析实例.8.学位论文王康电动汽车电动轮驱动系统控制技术的研究2007面对日益严重的环境污染和