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电动汽车永磁同步电机控制方法研究与应用

谢亚奇  
【摘要】:电动汽车的电机控制系统要求具有转矩控制精确、能量反馈高、需要克服车载恶劣环境等特性,驱动电机控制性能直接影响着整车的安全性、舒适性、快速性、动力性和续航里程等性能。本文围绕电动汽车作为整车动力驱动用的永磁同步电机(简写为PMSM)控制方法及策略进行研究、改进和系统实现进行阐述。本文首先作为电动汽车驱动的电机性能要求,并介绍了5种常用电动汽车城驱动系统基本结构,在此基础上,分析了电动汽车常用的4种驱动电机本身性能及特点,通过分析对比,最终选用PMSM电机作为本课题研究的驱动电机。进一步介绍PMSM基本结构及工作原理和3种常用的控制方法,经过对这3中方法分别分析、归纳进而横向对比,选择空间矢量控制作为本课题PMSM控制方法。其次通过对PARK变换和CLARKE变换的分析,完成了PMSM在三种坐标系下(A-B-C坐标系、α-β坐标系、d-q-0坐标系)数学建模,在分析了各模型的应用特点的基础上,进一步优化确定了一种针对电动汽车性能需求的PMSM控制策略:基速以下,采用转矩/电流最大控制;基速以上,采用弱磁控制。并在MATLAB/Simulik环境下建立了基于空间矢量控制和针对电动汽车性能需求控制策略的PMSM仿真模型,通过仿真验证了所述控制策略的可行性。然后结合自己在河南速达电动汽车科技有限公司实习期间,该公司所设计的某款新能源纯电动汽车整车动力驱动性能指标和电动车辆驱动电机选型原则及专家经验,以此确定了所需PMSM主要参数。接着对车用PMSM控制器需求进行分析,从而完成该控制器的空间布局设计。在此基础上,采用IGBT作为功率开关器件,设计了以三相全控桥式逆变电路为主回路的控制器硬件系统电机驱动部分。在河南速达电动汽车科技有限公司相关技术工作的基础之上,并根据所选用电机的主要参数,来确定主回路的关键参数和IGBT、电容等电力电子器件的选用。通过对主控芯片参数计算,选用以数字信号处理器TMS320F2812为核心的控制器硬件系统主控部分。从而确定其外围电路、解码电路等。并在Code Composer Studio集成开发环境下,完成控制方法及策略的软件程序。最后在河南速达电动汽车科技有限公司的电动汽车永磁同步电机实验平台上对控制方法及策略进行测试,通过对实验结果认真客观分析,表明本课题所采用电机控制策略可靠稳定。同时也证明了所设计实现电机控制器和控制软件功能良好,该实验平台能很好满足电动汽车PMSM系统的硬件测试和软件开发。由此可见,本课题所设计的控制方法及其软硬件系统能够满足PMSM作为电动汽车综合性能的需求。


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