混合动力电动车用开关磁阻电机控制系统研究

【摘要】：如何应对新世纪能源紧张和环保压力,实现传统汽车工业可持续发展,是世界许多发达国家当今面对的巨大挑战。电动汽车(EV)是实现汽车能源多元化与零排放节能环保汽车的理想选择,但由于车用动力电池性能发展水平的制约,纯电动汽车的发展与应用受到了有识之士的质疑。进入二十世纪,各汽车生产商把重点转向了可实施性强,短期可望产业化的混合动力电动汽车的研究与开发上。中国政府审时度势,“十五”期间设立电动汽车重大科技专项,混合动力电动汽车(HEV)是其中主要研究开发内容之一。 电机控制器是HEV的关键零部件。可供HEV选用的电机型式多种多样,性能各有千秋,其中开关磁阻电机驱动(SRD)系统以其结构简单,牢固,性能独特而成为其中优选方案。本文依托国家十五“863”电动汽车重大专题项目,对混合动力电动汽车用的开关磁阻电机(SR电机)控制系统的关键技术进行专题应用研究,研究成果在武汉市的混合动力电动公交车510线路上运行并取得了满意的效果。全文共分六部分: 首先论述了EV的发展历程和最新进展,说明了HEV的基本结构以及SRD系统的最新发展水平及其用于EV的优缺点,最后介绍了项目的立项背景和论文的主要研究内容。 根据电动车辆的动力性能要求,导出了电机驱动系统的机械特性要求,证明了在EV中拓宽电驱动系统恒功率运行范围的必要性,阐明了EV中电机驱动系统的设计特点。根据整车项目的设计目标和康明斯ISBe 150发动机的万有特性以及多能源动力总成的控制策略,验证了混合动力电动客车对SR电机控制器的技术要求的合理性。为了便于深入分析HEV用SR电机的各种控制策略和多种电机电磁设计方案的比较,建立了开关磁阻电机的MATLAB/Simulink非线性动态仿真模型。HEV对驱动用电机提出更高的要求,电机的工程化优化设计除了满足性能指标外,还充分考虑到控制策略的实施难度和现阶段功率器件的发展水平,使得HEV用电机控制器获得了最佳性价比。 SR电机是典型的机电一体化系统,优秀的电机只有配合先进的控制策略才能发挥最佳的性能,在论文的第四章详细介绍电动车用控制器统一的外部接口和控制器硬件结构。根据HEV的控制特点,提出了一种适合HEV用SR电机平均转矩多变量同时控制