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基于矢量控制的纯电动汽车永磁同步电机制动策略研究

王栋梁  
【摘要】:纯电动汽车以其能源利用率高、动力来源广泛、低噪声等显著的优点和在节能减排方面的天然优势,成为当前汽车发展的重要方向之一。然而,纯电动汽车的续驶里程问题仍然是制约其快速发展的瓶颈,如何在有限能量存储装置的前提下,利用制动能量回收技术,最大限度地提高能量的利用率,从而增加纯电动汽车的续驶里程是当前研究的重点内容。本文从整车控制层和电机控制层两方面着手,以汽车制动过程的动力学分析为基础,在整车控制层对制动力进行合理分配,保证车辆在响应驾驶员制动需求时,兼顾制动稳定性和制动能量回收最大化两个目标;在电机控制层方面,保证电机能够快速、准确地响应电机的制动转矩指令。本文研究的主要工作如下:(1)回顾电动汽车的发展历程和发展趋势,对当前电动汽车制动过程的研究现状及永磁同步电机的控制方法进行分析,并阐述半实物仿真系统的设计流程。(2)研究永磁同步电机矢量控制的原理,运用电机全区域调速的矢量控制电流解耦方法,在矢量控制研究的基础上运用SVPWM技术并分析其数字化实现过程。(3)对车辆制动过程进行分析,考虑驱动电机约束、蓄电池约束和法规要求,在不同制动强度和不同制动初始车速条件下,运用粒子群算法对电机制动力和机械制动力进行分配,开发出兼顾制动稳定性和制动能量回收最大化的制动控制策略。(4)采用Cruise和Matlab/Simulink联合仿真,包括在Cruise中建立的整车模型以及在Simulink中建立的电机和蓄电池模型、电机矢量控制策略和制动力分配控制策略模型;根据制动法规的要求对整个模型进行仿真实验验证,结果表明纯电动汽车的制动性能满足法规要求,本文提出的制动控制策略能够较多地回收制动能量。(5)建立基于Matlab/Simulink生成C代码的半实物仿真平台,在仿真的基础上,对电机控制策略进行进一步的实验验证,实验结果证明电机矢量控制策略的有效性。本文提出的制动控制策略在满足车辆制动性能的前提下能够兼顾车辆的制动稳定性和制动能量回收最大化的两个目标,提出的永磁同步电机矢量控制策略在半实物仿真平台上能够快速、准确地响应目标转矩。本文的研究工作对于提高纯电动汽车制动能量回收效率和续驶里程贡献率提供了有效途径。


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