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轻型电动汽车用永磁同步电机驱动系统研究

易磊  
【摘要】:环境污染和石油危机,为电动汽车发展提供新的机遇,我国为实现长远发展,确定的“三纵三横”技术体系进一步推动电动汽车的研发与市场化。电动汽车具有的零排放、无污染等优势,在近些年迅速成为新的环保交通工具~([1])。其中以低速轻型电动汽车为代表,在三四线城市发展势头强劲,以较高性价比和符合短距离出行需求而受到消费者喜爱。本文首先研究轻型电动汽车在国内外的发展现状,然后根据低成本高效电动汽车驱动要求,对比不同电机驱动方案,包括驱动电机性能,电机位置和电流传感器检测精度和成本。通过分析不同电机和驱动系统的优缺点,结合实际需求,确定基于霍尔传感器的永磁同步电机作为轻型电动汽车驱动方案。其次,给出不同坐标系下坐标变换关系,并推导出对应的永磁同步电机数学模型,介绍永磁同步电机矢量控制策略。针对低分辨率霍尔位置传感器,对比不同位置估算算法优缺点,分析采用平均速度法进行位置估算的原理。然后,建立基于STM32主控的驱动系统软硬件架构。硬件上介绍主控和功率电路,包括STM32主控,MOS管并联结构,位置检测、电流采样和驱动电路等。软件上重点研究采用霍尔捕获中断进行位置角度细分的算法,分析电机低分辨率位置信号,探讨电机启动阶段方波电流驱动问题,设计电动汽车驻坡启动策略。最后,研究内置式永磁同步电机最大转矩电流比(Maximum Torque per Ampere,MTPA)控制策略和弱磁控制的原理,结合软硬件平台,设计MTPA和弱磁控制相结合的控制策略。对本文提出的位置估算算法和矢量控制策略进行实验测试,分析驱动系统效率等性能。


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