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一种新型混合动力电动汽车的动力系统设计、仿真及电机驱动系统的研究

赵涛  
【摘要】:混合动力汽车融合了内燃机汽车和电动汽车的优点,是解决能源短缺和改善环境的有效手段之一,也是当代汽车发展的重要方向,被列入了我国“十五”863计划和国家有关推广计划中,对混合动力汽车关键技术的研究具有非常重要的现实意义。论文在全面分析了混合动力电动汽车的发展现状与趋势的基础上,以一种新型混合动力汽车HFC6500HEV为研究对象,进行了混合动力系统的控制策略、电机驱动系统等方面的研究。 首先,对并联混合动力汽车的工作模式进行了分析,推导了功率混合动力系统功率流约束条件,对并联混合动力电动汽车进行了动力学分析,并在汽车布局限制的约束条件下,对HFC6500HEV的动力驱动系统进行了设计,根据客观条件和设计要求,确定了电机、电池的参数,并根据HEV的实际运行状态,制定了多能源系统的工作模式。 第二、根据所开发的混合动力电动汽车的实际数据和系统结构,在ADVISOR平台上,建立了HFC6500HEV的部件和整车模型,在混合控制策略分析的基础上,考虑在市区和高速两种工况循环下,分别对HFC6500HEV进行了电气辅助和模糊燃油最优的控制策略的仿真分析,并和传统的内燃汽车进行了同等条件下的比较分析,仿真结果表明HEFC6500HEV整车结构合理,采用混合控制比传统的内燃汽车在燃油和排放方面均有有效的改善。 第三、在Matlab/Simulink平台上建立了无刷直流电机驱动系统的动态模型,提出无刷直流电机的模糊自适应-PI控制,根据偏差和偏差变化率,在线修改PI的积分时间常数和比例系数,控制PWM输出信号,获得了很好的控制效果。 第四、对开关磁阻电机驱动系统的电动和制动进行了分析,提出了开关磁阻电机驱动系统仿真建模的新方法,在Matlab/Simulink中,建立了独立的功能模块,再进行功能模块的有机整合,搭建了开关磁阻电机驱动系统的仿真模型,仿真结果表明了该方法的合理性,有效性,为实际电机驱动系统的设计和调试提供了新的思路和借鉴。 第五、在Matlab/Simulink平台上建立了永磁直流电动机的PWM驱动系统的动态模型,考虑到永磁电机对温度的敏感性,建立了动态的温升模型,同时在模型里,引入了温度对电机参数的修正。 第六、根据混合动力的工作模式,针对电机电动和回馈制动两种运行状态,提出了双模PWM电流控制策略,在电动运行时,采用PI调节和受限单极PWM控制,在制动过程中,根据通常的PWM控制不能对回馈电流峰值进行有效的控制而可能损坏电池,本文提出采用电流滞环控制,仿真表明,该控制效果要好于PWM控制回馈制动。


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