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含双向直流升压变换器的车用电机驱动系统优化控制策略研究

左龙  
【摘要】:为满足汽车起动、爬坡以及高速行驶需要,车用永磁同步电机应同时具有较大转矩系数和较宽调速运行范围。但考虑到成本和体积等因素,蓄电池直接供电的传统车用永磁同步电机驱动系统中的直流母线电压通常不会太高,这使得驱动电机在较低转速时就要进行弱磁控制。由于永磁同步电机弱磁扩速较难,往往使得电机难以具有较宽调速范围,进而影响到汽车高速行驶性能。 本文以逆变器前级串入双向DC/DC变换器的车用永磁同步电机驱动系统为研究对象,主要针对驱动系统中直流母线电压如何调整,以及如何提高车用双向DC/DC变换器动态性能等问题进行研究,此外考虑到母线电压纹波过大对后级电机驱动系统带来的不利影响,还对影响直流母线电压纹波的主要因素进行了研究,并从限制稳态母线电压纹波大小角度,对车用双向DC/DC变换器主要参数进行了综合选择。 车用电机驱动系统对直流母线电压大小的需求,直接与驱动电机的运行工况有关。基于对车用永磁同步电机典型运行曲线的分析,本文提出了一种直流母线电压调整方案,该方案利用电机转速、dq轴电流指令等信息,可以实时计算出满足后级电机调速需要的最小直流母线电压值,有助于母线电压根据后级电机调速需要来自动进行调整。 由逆变器和车用永磁同步电机组成的汽车负载,具有功率变化范围较大以及冲击性等特点,同时它还对供电电压有较高要求。本文对车用双向DC/DC变换器传统控制策略提出了改进措施,通过采用双环串级、前馈负载电流,以及添加一个变比例环节的控制方式,可以保证双向DC/DC变换器对母线电压进行快速而有效地控制。 最后,利用MATLAB/Simulink仿真平台,对含双向DC/DC变换器的车用永磁同步电机驱动系统进行了仿真研究。仿真结果表明,本文所提出的直流母线电压调整方案,以及车用双向DC/DC变换器改进型控制策略,能够满足车用永磁同步电机驱动系统运行需要。


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