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电动汽车永磁同步电机电磁振动特性及控制研究

陈飞  
【摘要】:在空气污染和能源紧缺日益严重的大环境下,新能源电动汽车已经逐渐成为国内外学者的研究对象。近年来,随着科学技术和材料技术的不断发展,永磁材料的性能也得到了很大程度上的提高,现在越来越多的新能源电动汽车的驱动电机都使用的是永磁同步电动机(Permanent Magnet Synchronous Motor,PMSM),主要是由于其机构简单、运行可靠性高、体积小、效率高等优点逐渐被运用到电动汽车伺服系统的执行机构。不过由于电机本体结构设计并非理想和逆变器的非线性特性等因素使得电机定子电流含有大量的谐波,这些高次谐波在电机正常运行过程中将会引起电磁转矩脉动,从而造成电机的异常振动和噪声,这些电磁振动和噪声将会大大减少电机的使用寿命和效率。针对这类问题,本文对永磁同步电动机振动噪声产生机理和抑制技术进行研究,采用一种通过降低对电机因磁场谐波引起的电磁转矩波动进行补偿的控制策略,来减少电机运行过程中因电磁转矩脉动产生的高次谐波而引起的振动和噪声。首先,本文简要介绍了永磁同步电动机的基本信息,在此理论基础上建立其数学模型、介绍目前技术较为成熟且使用较多的电机控制策略——矢量控制和直接转矩控制。然后,通过分析得出PMSM在稳定运行过程中产生电磁转矩脉动的主要原因,并且在此基础上推导出其谐波数学模型。本文将采用一种谐波抑制策略,该谐波抑制策略主要是运用欧拉—傅里叶(Euler-Fourier)公式提取出三相定子电流中的各个谐波分量,这些谐波分量通过电压换算模块后得到需要补偿到系统内电压分量,计算得到的d,q轴电压分量后反算出系统所要需要补偿的反向谐波电压,从而来实现谐波补偿和抑制,减小电机因高次谐波引起的电磁转矩脉动和噪声。本文整体的设计方案以空间矢量调制(SVPWM)为基础,并且在MATLAB/SIMULINK环境下搭建仿真模型,进行了对比仿真研究。采用TI公司的DSP2812为主控芯片,围绕谐波抑制策略进行系统的软硬件设计,给出相应的系统流程图,并最终给出具体的实验波形来验证本文提出的谐波控制策略效果的有效性。


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