發(fā)布時間：2020-05-28 20:08

【摘要】：培育和發(fā)展電動汽車,是有效緩解資源緊張和環(huán)境污染現(xiàn)狀的措施之一。永磁無刷直流電機作為一種具有優(yōu)良轉(zhuǎn)矩、轉(zhuǎn)速特性的新型電動機,能夠更好地滿足電動汽車對電機驅(qū)動系統(tǒng)所要求的高性能控制指標。本文在控制系統(tǒng)軟、硬件開發(fā)的基礎上,對永磁無刷電機的控制方法展開研究。本文首先分析了永磁無刷電機作為純電驅(qū)動汽車驅(qū)動電機的特點及優(yōu)勢,并對當今電動汽車領域電機的選型現(xiàn)狀作出了差異性分析。對永磁無刷電機現(xiàn)有的控制方法及策略進行歸納和總結(jié),并針對轉(zhuǎn)矩脈動的有效抑制和無傳感器的精確控制兩個關鍵技術(shù),分析了永磁無刷直流電機的高性能控制技術(shù),為控制策略的深入研究奠定了理論基礎。其次,基于坐標變換,實現(xiàn)了永磁無刷直流電機在兩種坐標系下的數(shù)學建模。在分析數(shù)學模型的基礎上,提出了一種基于霍爾信號反饋控制的改進的永磁無刷直流電機直接轉(zhuǎn)矩控制方法和霍爾信號補償策略,采用反電動勢過零點信號對霍爾信號進行矯正進而保證較為精確的轉(zhuǎn)子位置信息,并分析了直接轉(zhuǎn)矩控制中常見的電流控制方法。基于MATLAB 2016 a仿真平臺,搭建了永磁無刷電機仿真模型,并完成了在恒定負載加減速模式和定速巡航模式下的高效仿真,驗證了改進的策略的合理性,進而為永磁無刷驅(qū)動電機控制策略的實驗研究提供了理論支撐。然后,采用MOSFET作為功率開關器件,設計了永磁無刷電機控制系統(tǒng)的三相全橋逆變電路;以IR2136為驅(qū)動芯片設計了三相逆變器專用驅(qū)動電路;以74LS14為反相器件設計了霍爾傳感器信號反相電路;還設計了其他控制電路,如無位置傳感器的檢測電路、過壓過流保護電路和電源供電電路。所設計的主控電路滿足永磁無刷電機控制系統(tǒng)的需求,并在CCS開發(fā)環(huán)境下,采用C語言編寫了永磁無刷電機驅(qū)動程序。最后,研發(fā)了一套永磁無刷電機調(diào)速控制系統(tǒng),在此基礎上完成了該控制系統(tǒng)的硬件及軟件測試。結(jié)果表明,所配置的驅(qū)動程序可以實現(xiàn)對永磁電機的高性能控制,整個控制系統(tǒng)能夠完成對電機轉(zhuǎn)速的準確控制。電機控制系統(tǒng)的硬件及軟件系統(tǒng)的開發(fā)為永磁無刷電機控制策略的深入研究提供了條件。
【圖文】：

因此，相對于直流電機，永磁無刷電機結(jié)構(gòu)簡單，電機制造及維護成本加了電機控制器成本，并且電機控制器的性能將直接決定電機系統(tǒng)的實際無刷電機由于取消了由換向器和電刷組成的機械換相機構(gòu),因此沒有換向長。此外，其轉(zhuǎn)速不受機械換向限制，速度范圍寬，任何速度下都可以全。2 永磁無刷直流電機的工作原理永磁無刷電機的旋轉(zhuǎn)需要根據(jù)轉(zhuǎn)子位置傳感器的輸出信號確定轉(zhuǎn)子位置，，的轉(zhuǎn)子位置信息獲得換向信號，根據(jù)換向信號通過驅(qū)動電路為功率管提供，實現(xiàn)定子三相繞組依次饋電，進而完成電機在一個周期內(nèi)的旋轉(zhuǎn)。圖 2-3 為永磁無刷電機控制系統(tǒng)，主要由無刷電機、霍爾傳感器和逆變器下橋臂功率管的開關狀態(tài)由獲得的轉(zhuǎn)子位置決定，通過控制 Q1-Q6 六個通順序來確定三相繞組的通電順序，進而實現(xiàn)電機換向并旋轉(zhuǎn)。

圖 2-5 傳統(tǒng)直接轉(zhuǎn)矩原理Figure 2-5 Traditional direct torque principle與矢量控制相比，直接轉(zhuǎn)矩控制的特點在于它是通過兩個滯環(huán)控制器分別完成對其轉(zhuǎn)矩和磁鏈的閉環(huán)控制。如圖 2-6 所示，轉(zhuǎn)矩滯環(huán)控制器將檢測到的轉(zhuǎn)矩實際值與設定值進行比較，滯環(huán)輸出 τ =1時增大轉(zhuǎn)矩， τ =0時減小轉(zhuǎn)矩；若磁鏈的設定值>檢測到的實際值，那么磁鏈控制器輸出 φ =1，若磁鏈設定值<檢測到的實際值，那么磁鏈控制器輸出 φ =-1，若磁鏈給定值與實際值的誤差符合滯環(huán)控制器設定的的誤差范圍，則磁鏈控制器輸出 φ =0。
【學位授予單位】：廣西科技大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2019
【分類號】：TM33;TP273

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