隨著能源危機(jī)和環(huán)境污染問題的日益嚴(yán)峻,節(jié)能環(huán)保成為汽車產(chǎn)業(yè)發(fā)展的主題,也是促進(jìn)可持續(xù)發(fā)展的重要保證。以純電動(dòng)、混合動(dòng)力以及燃料電池汽車為代表的電動(dòng)汽車正是未來(lái)綠色環(huán)保汽車的最佳選擇,也是我國(guó)新興的戰(zhàn)略產(chǎn)業(yè)。作為電動(dòng)汽車的主要?jiǎng)恿?lái)源,永磁同步電機(jī)以其優(yōu)良的功率密度、扭矩密度和轉(zhuǎn)化效率成為車用電機(jī)的最佳選擇。為了進(jìn)一步降低能耗,減少碳排放,增加電動(dòng)汽車的續(xù)航里程,本文將從永磁同步電機(jī)的控制策略出發(fā),對(duì)電機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的效率優(yōu)化問題進(jìn)行深入研究。首先,從電機(jī)的數(shù)學(xué)模型和矢量控制入手,在考量各類高效率控制策略后,采用以注入法為基礎(chǔ)的MTPA控制策略作為主要研究目標(biāo)。在對(duì)最優(yōu)電流角度跟蹤原理和功率響應(yīng)信號(hào)進(jìn)行分析的基礎(chǔ)上,完成永磁同步電機(jī)高效率控制算法的設(shè)計(jì)。同時(shí)為了應(yīng)對(duì)電動(dòng)汽車驅(qū)動(dòng)扭矩頻繁變化的特點(diǎn),通過深入分析最優(yōu)電流角度的預(yù)期調(diào)整量與響應(yīng)信號(hào)之間的關(guān)系,提出了階躍角度補(bǔ)償算法。所提算法保持了原算法參數(shù)無(wú)關(guān)的特點(diǎn),并在保證穩(wěn)定性的基礎(chǔ)上,進(jìn)一步提高算法的響應(yīng)速度。其次,通過MATLAB/Simulink搭建以JMAG-RT為核心的電機(jī)仿真模型和對(duì)應(yīng)的控制算法模型,對(duì)以高頻注入法為基礎(chǔ)的MTPA控制策略進(jìn)行了原理驗(yàn)證和動(dòng)態(tài)加載實(shí)驗(yàn),并根據(jù)對(duì)仿真結(jié)果的分析提出優(yōu)化方案。之后對(duì)階躍角度補(bǔ)償策略與原注入法進(jìn)行相同工況下的對(duì)比仿真實(shí)驗(yàn),驗(yàn)證了該算法的可行性,能夠提高M(jìn)TPA軌跡的跟蹤速度,更加快速穩(wěn)定地將電機(jī)調(diào)整到高效工作點(diǎn)。最后,使用LabVIEW在PXI平臺(tái)上搭建電機(jī)實(shí)時(shí)仿真環(huán)境以及數(shù)據(jù)交互系統(tǒng),并以STM32F4作為主控芯片編寫電機(jī)控制程序,完成了硬件在環(huán)平臺(tái)的設(shè)計(jì)工作。并通過電機(jī)基礎(chǔ)矢量控制對(duì)硬件在環(huán)平臺(tái)進(jìn)行調(diào)試和驗(yàn)證,確保實(shí)時(shí)仿真模型的精度和準(zhǔn)確性。在此基礎(chǔ)上,對(duì)控制策略進(jìn)行半實(shí)物仿真實(shí)驗(yàn),驗(yàn)證了算法的有效性,并結(jié)合硬件在環(huán)的實(shí)驗(yàn)結(jié)果和調(diào)試中遇到的問題,對(duì)影響實(shí)驗(yàn)結(jié)果的因素進(jìn)行深入分析與總結(jié),為今后的半物理仿真實(shí)驗(yàn)平臺(tái)開發(fā)以及實(shí)物實(shí)驗(yàn)提供借鑒。
【學(xué)位單位】：南京理工大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位年份】：2018
【中圖分類】：U469.72
【部分圖文】：

豐田汽車公司同樣在電動(dòng)汽車領(lǐng)域占有絕對(duì)領(lǐng)先低位，在１９９７年１２月推出了標(biāo)志??性的混動(dòng)車型，以燃油和電池共同供能并搭載以行星齒輪組為核心的動(dòng)力分流器的Ｐｒｉｕｓ，??其高集成化的能量控制單元（Ｐｏｗｅｒ?Ｃｏｎｔｒｏｌ?Ｕｎｉｔ，?ＰＣＵ）如下圖１．１所示。??畫??圖１．１?Ｐｒｉｕｓ的ＰＣＵ切割模型??從Ｐｒｉｕｓ進(jìn)入全球汽車銷售市場(chǎng)之后，以其優(yōu)秀的續(xù)航里程和百公里油耗得到廣泛??認(rèn)可，成為目前世界上銷量最高的電動(dòng)汽車汽車［３（）］。經(jīng)過不斷改良，現(xiàn)已推出第五代，??４??

面向電動(dòng)汽車的永磁同步電機(jī)高效率控制策略研宄??高的工作點(diǎn)，這就是最大轉(zhuǎn)矩電流比狀態(tài)下。相對(duì)應(yīng)的，ＭＴＰＡ點(diǎn)也可認(rèn)為是在給定電??流幅值時(shí)，實(shí)現(xiàn)最大的扭矩輸出。從如圖１．３所示的ｄ－ｑ軸上的最大轉(zhuǎn)矩電流比（Ｍａｘｉｍｕｍ??ＴｏｒｑｕｅｐｅｒＡｍｐｅｒｅ，ＭＴＰＡ）控制策略下電機(jī)工作軌跡上，可以更加清晰地看出，ＭＴＰＡ的??軌跡正是恒轉(zhuǎn)矩曲線與電流圓的交點(diǎn)，也就是電流最小的點(diǎn)。??＾?ｌｎ??最大轉(zhuǎn)矩電流比?ｑ??軌跡?Ｔ??ｅｍ＼??電壓極限恒轉(zhuǎn)矩軌跡??電流極限圓??＼〇?ｉＴ??圖１．３最大轉(zhuǎn)矩電流比控制策略下電機(jī)工作軌跡??對(duì)于電機(jī)的轉(zhuǎn)化效率，主要包括電流的利用效率和能量損失。對(duì)于嵌入式永磁同步??電機(jī)來(lái)說，ＭＴＰＡ控制策略能夠確保電流利用率最高。對(duì)于能量損失主要為銅損和鐵損，??永磁同步電機(jī)的銅損與定子電流的幅值有關(guān)，因此ＭＴＰＡ軌跡上的銅損也最小。而鐵損??一般變化較小，可忽略不計(jì)［４５］。綜合考慮以后原因，ＭＴＰＡ工作點(diǎn)也不僅電流利用率最??高，并且?guī)?lái)的能量損失最小，因此是嵌入式永磁同步的最大效率工作點(diǎn)，在工業(yè)應(yīng)用??中

２．１所示），不僅增強(qiáng)了高速旋轉(zhuǎn)下的機(jī)械強(qiáng)度，使轉(zhuǎn)子更加堅(jiān)固可靠，拓寬高速區(qū)間；??同時(shí)不對(duì)稱的磁路結(jié)構(gòu)產(chǎn)生了凸極性，使其具有更好的弱磁調(diào)速性能和扭矩密度。凸極??性的產(chǎn)生如下圖２．２所示，在轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)下，定子產(chǎn)生的磁通經(jīng)過氣隙進(jìn)入轉(zhuǎn)子鐵芯??時(shí)，在ｄ軸（ｄｉｒｅｃｔ?ａｘｉｓ）方向需要穿過了永磁體，而在ｑ軸（ｑｕａｄｒａｔｕｒｅ?ａｘｉｓ）方向上直接進(jìn)??入。由于永磁體的相對(duì)磁導(dǎo)率遠(yuǎn)小于鐵芯，而電感正比于相對(duì)磁導(dǎo)率，從整個(gè)磁通路徑??上來(lái)看，ｄ軸的總電感要低于９軸［６４］。??ｆ?＾定子?ｒ?＾定子??＾?氣隙?〃?氣隙??，ｎ?］?ｌ?ｓ?Ｊ?１?ｎ??ｖ???ｙ?Ｖ?ｙ??轉(zhuǎn)子鐵芯?轉(zhuǎn)子鐵芯??（ａ）ｄ軸磁通示意圖?（ｂ）ｑ軸磁通示意圖??圖２．２永磁同步電機(jī)凸極性示意圖??２．１．２永磁同步電機(jī)的坐標(biāo)變換??坐標(biāo)變換的本質(zhì)是通過改變坐標(biāo)系，將方程中原來(lái)的一組變量用一組新的變量代替，??主要目的是將定子三相電流解耦，從而使永磁同步電機(jī)數(shù)學(xué)模型更加簡(jiǎn)單，易于分析和??控制。具體的變換過程如下圖２．３所示：??１５??
【參考文獻(xiàn)】

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本文編號(hào)：2839348