电动汽车电机驱动控制策略研究

本科毕业设计（论文）GRADUATIONDESIGN(THESIS)论文题目：电动汽车电机驱动控制策略研究本科生姓名：关海波学号：201211318指导教师姓名：赵峰职称：申请学位类别：工学学士专业：电力工程与管理设计(论文)提交日期：（小四号楷体加黑）答辩日期：（小四号楷体加黑）本科毕业设计(论文)电动汽车电机驱动控制策略研究Investigationoncontrolstrategyofmotordriveforelectricvehicle姓名：关海波学号：201211318学院：新能源与动力工程学院专业班级：电力工程与管理1201班指导教师：赵峰完成日期：兰州交通大学LanzhouJiaotongUniversity摘要本论文首先介绍了异步电动机的数学模型，通过坐标变换，得到了异步电动机的空间矢量等效电路。并由理想逆变器的8种开关状态入手，得到了理想逆变器的数学模型，建立了空间电压矢量的定义。并在此基础上对定子磁链和电磁转矩与空间电压矢量之间的关系进行了分析，阐述了六边形磁链轨迹和近似圆形磁链轨迹异步电动机直接转矩控制系统的结构和工作原理。根据异步电动机直接转矩控制的工作原理，本论文在MATLAB/Simulink的平台下，分别搭建了六边形磁链轨迹和圆形磁链轨迹直接转矩控制系统模型。并对仿真结果进行了相应的分析，验证了异步电动机直接转矩控制策略的可行性。而且，对两种磁链轨迹直接转矩控制系统的优缺点及应用范围进行了比较。本论文以电动汽车的电机驱动部分为研究对象，对于异步电动机的直接转矩控制技术进行了较为深入的理论研究，在电动汽车及其他相关领域的应用具有一定的参考价值。关键词：电动汽车；电机驱动；直接转矩控制AbstractThisthesisstartswiththemathematicmodeloftheinductionmotor,andgetsthespacevectorequivalentcircuitbycoordinatetransform.Themathematicmodeloftheinverterandtheconceptofthevoltagespacevectoraregottenfromtheeightswitchedstatesoftheinverter.Then,thisthesisdescribesthestructureandtheprincipleoftheDTCsystembothinhexagonfluxtrackandinroundfluxtrackforinductionmotorbasedontheanalysisoftherelationsbetweenstatorfluxandelectricaltorquewithvoltagespacevector.TheDTCsystemmodelsinhexagonfluxtrackandinroundfluxtrackarebuiltontheplatformofMTATLAB/SimulinkseparatedupontheprincipleofDTC.ThefeasibilityofthestrategyoftheDTCforinductionmotoristestifiedbythesimulation,andtheperformancesofthetwokindsofDTCsystemarecomparedalso.Thisthesismakesafurthertheoryresearch,andmakesasoftwareandhardwaredesignonDTCsystemforinductionmotor,whichtakesthemotordriveofelectricvehicleastheresearchingobject.ThisresearchisvaluablefortheapplicationoftheDTCforinductionmotorinelectricvehicleandotherrelevantfields.KeyWords：Electricvehicle，Motordrive，Directtorquecontrol目录摘要..........................................................-1-ABSTRACT..........................................................-2-1绪论............................................................-1-1.1国内外电动汽车的发展及现状..................................-1-2电动汽车电机驱动系统分析........................................-1-2.1电动汽车驱动电机的特殊要求..................................-1-2.2电动汽车电机驱动系统的分类与选择............................-2-2.2.1直流电机驱动系统........................................-2-2.2.2交流感应电机驱动系统....................................-2-2.2.3永磁无刷电动机驱动系统..................................-2-2.2.4开关磁阻电机驱动系统....................................-3-2.2.5电动汽车电机驱动系统的选择..............................-3-2.3交流感应电机的控制方法......................................-4-2.3.1变压变频控制............................................-4-2.3.2矢量控制................................................-4-2.3.3直接转矩控制............................................-4-2.3.3交流感应电机控制方法的选择..............................-5-3直接转矩控制系统的基本原理......................................-5-3.1异步电机数学模型和空间矢量等效电路..........................-5-3.1.1异步电机的数学模型......................................-5-3.1.2异步电机空间矢量等效电路................................-7-3.2理想逆变器的数学模型........................................-8-3.3异步电机定子磁链和电磁转矩与空间电压矢量的关系..............-8-3.4直接转矩控制系统的基本组成..................................-9-3.4.1六边形磁链直接转矩控制的原理............................-9-3.4.2近似圆形磁链直接转矩控制的基本原理.....................-12-4基于MATLAB/SIMULINK的直接转矩控制系统仿真.....................-15-4.1六边形磁链的直接转矩控制系统建模与仿真.....................-15-4.1.1主要子模块建模.........................................-15-4.1.2六边形磁链直接转矩控制系统的系统仿真...................-16-4.2近似圆形磁链直接转矩控制系统的建模与仿真...................-19-4.2.1主要子模块的建模.......................................-19-4.2.2近似圆形磁链直接转矩控制原理的仿真.....................-20-4.3两种控制方法的比较分析.....................................-22-结论.........................................................-24-致谢.........................................................-25-参考文献..............................................错误!未定义书签。附录A六边形磁链直接转矩控制系统仿真图...............错误!未定义书签。1绪论随着经济的快速发展，更多的燃油汽车慢慢进入了人们的日常生活。而目前世界面临的两大问题就是环境污染和能源枯竭。与此同时，由于电机驱动控制技术的飞速发展，现代工业对研制无污染、结构简单、运行成本低廉的电动汽车更加容易。电动汽车是指由车载电源为电动汽车提供行驶动力，由电动汽车的驱动电机驱动汽车行驶，符合交通法规要求的汽车，目前，电动汽车有三类，分别为混合动力电动汽车、纯电动汽车和燃料电池动力汽车[1]。电动汽车的大力发展，不但可以实现低排放而达到减少环境污染的效果，而且可以缓解石油资源的枯竭。因此，电动汽车的研究已经成为未来汽车研究领域的重中之重。1.1国内外电动汽车的发展及现状在国内，电动汽车从20世纪末开始研究。经过我国两次五年计划的的飞速发展，国内电动汽车的发展从零到有，从刚开始的研究开发阶段上升到产业化阶段。十年内，我国共有30个城市参与电动汽车示范推广工程，累计推广电动汽车共计2.1万辆，示范推广运行里程也超过1.9亿多千米。因此，未来五年是我国电动汽车项目发展的重要时期。在国外，尤其是以美国、日本、欧洲为代表的众多发达国家的科研机构、电力公司、车辆公司很早就推出了电动汽车的概念车，并且一些比较先进的电动汽车研发企业已经进入生产阶段。例如，通用汽车公司开发的E1型电动汽车，克莱斯勒公司重点研究和设计的电动汽车；近几年日本本田公司研发的电动轿车，德国宝马公司开发的El电动旅行车等。2电动汽车电机驱动系统分析电动汽车由三个子系统构成，分别为能源子系统、电机驱动子系统以及辅助控制系统[2]。电动汽车电动机驱动系统所需要的电能由车载蓄电池提供，并将车载蓄电池输出的电能转化为电动汽车所需要的机械能，而驱动电机的输出轴便连接至该电动汽车的驱动系统，经过驱动系统基本结构的传动装置，由传动装置产生的驱动力驱动电动汽车正常行驶。2.1电动汽车驱动电机的特殊要求电动汽车的驱动系统，有一些特殊要求，如下所述：(1)电动汽车电机基速以下输出的转矩较大，所以，为了使驱动电机在启动、加速、负荷爬坡、起停等条件下都能正常工作，驱动电机需要3倍左右的过载。(2)电动汽车电机达到规定速度以上时，要求以恒功率状态运行，是为了在高速运行条件下，电动汽车能够正常行驶。(3)驱动电机必须具有很高的动态特性、稳定精度以及非常好的可靠性；(4)电气系统失效保障措施完善；(5)电动汽车电机驱动系统设备要物美价廉。2.2电动汽车电机驱动系统的分类与选择电动汽车电机驱动系统按照电机类型不同可分为：交流感应电机驱动系统、直流电机驱动系统、开关阻尼电机驱动系统以及永磁无刷电机驱动系统。2.2.1直流电机驱动系统直流电机驱动系统使用的驱动电机为直流电机。而直流电机驱动系统所使用的变流器是斩波器，变流器的作用是将额定电压转换为可调电压；直流电机驱动系统所采用的调速方法有调压