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电动汽车永磁同步轮毂电机直接转矩模型预测控制研究

赵明星  
【摘要】:由于石油危机与环境污染问题,电动汽车成为未来汽车发展的主要方向之一。永磁同步轮毂电机因其体积小、重量轻、功率密度高和调速范围宽等优势在电动汽车中得到了广泛应用。电动汽车整车控制器综合驾驶员需求、道路行驶工况等信息计算出动力力矩并将该命令发送给永磁同步轮毂电机驱动系统。所以,永磁同步轮毂电机驱动系统的目标就是保证经济性的同时快速准确的跟踪整车控制器发出的转矩命令。与磁场定向控制相比,直接转矩控制摒弃了解耦思想、省去了旋转坐标变换,动态响应速度快,所以本课题选择直接转矩控制方法进行研究。同时,针对直接转矩控制系统中转矩脉动和开关损耗大的问题设计了一种以三相逆变器开关组合优化为基础的永磁同步电机直接转矩模型预测控制方案。为了解决开关选择时控制时延的问题,采用模型预测控制的方法根据当前时刻的预测信息选择当前时刻的最优开关。同时,设计一个目标函数代替滞环比较器、扇区判断、开关选择表等模块来选择最优开关组合,避免了滞环比较器所带来的转矩上下限脉动问题。另外,考虑到开关信号是直接作用于三相逆变器的,而通常对电机的控制只是对电机进行建模,忽略了三相逆变器的作用。实际上,三相逆变器也是很关键的部件。因此,本文设计了开关组合优化控制方法来选择三相逆变器的最优开关信号组合,并对三相逆变器和永磁同步电机进行一体化建模,以此来计算预测转矩和磁链。最后,在Matlab/Simulink中搭建永磁同步电机控制系统模型,并在不同工况下进行离线仿真对比实验来验证直接转矩模型预测控制算法的有效性。主要内容和创新点:1.从三相逆变器电压矢量跟踪控制的角度出发,设计了开关组合优化方法来选取最优的开关组合,以此来控制永磁同步电机。同时,对永磁同步电机和三相逆变器进行一体化建模,使得预测模型更加完整。2.以开关信号为连接点,融合了直接转矩响应速度快和模型预测控制多目标优化的优点,设计了一种以三相逆变器开关组合优化为基础的永磁同步电机直接转矩模型预测控制策略。这种控制策略避免了滞环比较器的上下限脉动问题和开关选择时的控制时延问题,控制结构简单、容易实现。


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