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电动车用永磁同步电机直接转矩控制方法研究与实现

徐哲皓  
【摘要】:对于现代工业而言,光结构简单、运行可靠的电机在工业自动化、家用电器、电动车、航空航天、医疗器械等领域,已经无法全面满足需求,永磁同步电机(PMSM)在具有上述有点的基础上,还兼有易维护、体积小、质量轻、效率高这些优点的,在当今社会得到了广泛的应用。在PMSM的控制方案中,直接转矩控制(DTC)以结构简单,动态响应快和鲁棒性好等优点著称。由于其结构比较简单,造价相对较低,所以传统DTC系统仍在现有电动汽车市场上占有较大份额,尤其是中低端车型以及部分景区、厂区电动游览车、巡逻车的应用上首屈一指。就其现实意义来说,研究永磁同步电机的直接转矩控制十分重要。本文研究工作围绕电动汽车用PMSM直接转矩控制开展,主要内容有:1.论文从定子同步旋转坐标系下的PMSM数学模型出发,深入分析了隐极式PMSM基本DTC的原理。定量分析了电压矢量对转矩角的影响,分析了基本DTC启动电流过大和脉动较大的原因,最后仿真验证了基本DTC的稳态和动态特性。2.为了能够更好地研究电动车的控制系统,首先对电动车动力传动系统进行研究、优化各种电机运动系统的性能和技术,同样也必须加强分析电动汽车运行的动力特性。本文分析了接近于理想汽车的驱动场,分析其受力情况,在通常情况下,在电动车额定车速以下运行时为恒转矩输出、当在运动速度在额定速度以上时为恒功率运行。3.永磁同步电机传统DTC系统性能已进行分析而得知,传统系统有速度性能较差、转矩脉动大等问题,这主要是因为控制其对象的电机状态变化多样、系统突变负载和非线性强耦合造成的,在电机高速运行时可能不明显,但在电机低速运行时此问题较明显。[71]对永磁同步电机的DTC直接转矩控制系统进行改进有多种方法,由于改进后DTC系统的存在一定复杂性,此次论文只能侧重讨论传统DTC控制系统的理论和实际应用。4.搭建了基于TMS320F28335的永磁同步电机的DTC实验平台,并在此平台上实现了 PMSM的传统DTC方案,改进了定子磁链估算方案,实验结果显示通过调节占空比和改进定子磁链观测的方法,可明显改善DTC的转矩和磁链脉动并优化了 DTC的低速性能。同时通过MATLAB仿真模拟出电动汽车行驶的各种工况,在各种不同工况下,PMSM的传统DTC方案确实可行有效。


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