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车用异步电机参数辨识及控制系统开发

王德诚  
【摘要】:近年来,低速电动汽车凭借其价格便宜、无污染、短途方便等优势而受到众多消费者的青睐。异步电机具有成本低、可靠性高、维护方便等优点,且矢量控制的发展使异步电机具有了优良的直流调速性能,因此异步电机被广泛应用于低速电动汽车。车用异步电机通常采用转子磁链定向的矢量控制方法实现对电机的高性能控制,但其需要准确的电机参数,尤其是转子时间常数,其中转子时间常数主要由转子电阻决定。当矢量控制系统使用参数值偏离电机真实值时,就会造成磁链定向不准,使电机性能下降甚至烧毁电机。为了有效地避免因电机参数变化导致矢量控制系统性能下降的问题,在开发矢量控制系统时对转子时间常数(转子电阻)进行辨识是尤为必要的。论文依托某低速电动车公司合作项目,开发了基于英飞凌TC1728控制器的车用异步电机矢量控制系统,并对异步电机参数辨识方法展开研究。论文首先分析了转子时间常数变化对矢量控制系统静、动态性能的影响,提出了一种基于定子磁链的转子时间常数在线辨识方法。同时,详细介绍了模型参考自适应系统(MRAS)原理,结合电机的转子磁链模型,采用POPOV超稳定性理论,推导了基于转子磁链MRAS的转子时间常数在线辨识方法,该方法易于实现,但其精度易受纯积分环节及定子电阻的影响。针对该方法存在的问题,论文提出了一种改进的基于MRAS的转子时间常数及定子电阻在线辨识方法,一方面,该方法克服了定子电阻以及纯积分环节对转子时间常数辨识的影响,另一方面,通过转子时间常数及定子电阻的交互式更新,有效地提高了两者的辨识精度。另外,利用MATLAB/Simulink工具仿真验证了提出的参数辨识方法及矢量控制系统的可行性。论文采用基于模型设计和自动代码生成技术对上层控制策略进行开发,通过DAVE2可视化编程工具进行底层驱动开发,并在Tasking开发环境中实现上层控制策略与底层驱动的集成。同时,对以TC1728为核心的电机控制器的相关电路进行设计。搭建测功机台架试验平台,进行参数辨识试验及矢量控制系统特性试验,试验结果表明:本文提出的参数在线辨识方法可有效地实现对转子时间常数及定子电阻的辨识。同时,基于参数辨识的控制系统展现出了良好的控制及动力性能。最后,对开发的矢量控制系统进行实车测试,结果表明其基本能满足低速电动汽车的整体动力需求,但仍需后续工作进一步完善控制系统整体性能。


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