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内置式永磁同步电机控制策略研究

王伟洋  
【摘要】:石油资源短缺和环境污染限制了我国汽车工业的发展,电动汽车的快速崛起带来了汽车行业新的希望。为了使电动汽车具有比拟传统燃油汽车的动力性能,攻克电动汽车驱动系统中的关键技术,本文以高功率密度、宽调速范围的内置式永磁同步电机(Interior Permanent Magnet Synchronous Motor,IPMSM)作为研究对象,围绕其控制策略展开了深入的研究。论文首先在三相静止坐标系下建立了IPMSM的数学模型,再通过CLARKE变换和PARK变换实现了交、直轴电流的静态解耦,在此基础上详细的分析和对比了常用的四种IPMSM矢量控制方法。在Simulink仿真环境中搭建了基于空间矢量脉宽调制(Space Vector Pulse Width Modulation,SVPWM)技术的i_d=0控制和最大转矩电流比(Maximum Torque per Ampere,MTPA)控制仿真模型,验证了MTPA控制的优越性。其次,为了扩展电机的恒功率调速范围,提高电机在高转速时的转矩输出能力,对IPMSM的弱磁控制(Flux-weakening,F W)策略进行了深入的研究。结合不同转速下电压和电流的约束条件,详细推导了弱磁控制算法,建立了不同转速和转矩下的电流查询表格,提高了算法的实时性,在降低了对主控芯片要求的同时,实现了MTPA控制和弱磁控制的平稳过渡。然后,为了提高转矩控制性能,本文采用了在控制系统电流内环增加解耦矩阵的对角矩阵解耦方法实现了交、直轴电流的动态解耦。通过与反馈解耦方法的仿真对比,验证了对角矩阵解耦在电机参数受外界环境影响产生扰动时,具有更好的鲁棒性。最后,搭建了以TMS320F28335为控制核心的硬件试验平台,设计了信号检测、IGBT驱动和通讯等电路,并在此基础上开发了IPMSM矢量控制程序。试验结果验证了控制策略的可行性。


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