隨著能源危機和環(huán)境污染問題的日益嚴峻,節(jié)能環(huán)保成為汽車產(chǎn)業(yè)發(fā)展的主題,也是促進可持續(xù)發(fā)展的重要保證。以純電動、混合動力以及燃料電池汽車為代表的電動汽車正是未來綠色環(huán)保汽車的最佳選擇,也是我國新興的戰(zhàn)略產(chǎn)業(yè)。作為電動汽車的主要動力來源,永磁同步電機以其優(yōu)良的功率密度、扭矩密度和轉(zhuǎn)化效率成為車用電機的最佳選擇。為了進一步降低能耗,減少碳排放,增加電動汽車的續(xù)航里程,本文將從永磁同步電機的控制策略出發(fā),對電機驅(qū)動系統(tǒng)的效率優(yōu)化問題進行深入研究。首先,從電機的數(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。在對最優(yōu)電流角度跟蹤原理和功率響應(yīng)信號進行分析的基礎(chǔ)上,完成永磁同步電機高效率控制算法的設(shè)計。同時為了應(yīng)對電動汽車驅(qū)動扭矩頻繁變化的特點,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)信號之間的關(guān)系,提出了階躍角度補償算法。所提算法保持了原算法參數(shù)無關(guān)的特點,并在保證穩(wěn)定性的基礎(chǔ)上,進一步提高算法的響應(yīng)速度。其次,通過MATLAB/Simulink搭建以JMAG-RT為核心的電機仿真模型和對應(yīng)的控制算法模型,對以高頻注入法為基礎(chǔ)的MTPA控制策略進行了原理驗證和動態(tài)加載實驗,并根據(jù)對仿真結(jié)果的分析提出優(yōu)化方案。之后對階躍角度補償策略與原注入法進行相同工況下的對比仿真實驗,驗證了該算法的可行性,能夠提高MTPA軌跡的跟蹤速度,更加快速穩(wěn)定地將電機調(diào)整到高效工作點。最后,使用LabVIEW在PXI平臺上搭建電機實時仿真環(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控制程序,完成了硬件在環(huán)平臺的設(shè)計工作。并通過電機基礎(chǔ)矢量控制對硬件在環(huán)平臺進行調(diào)試和驗證,確保實時仿真模型的精度和準確性。在此基礎(chǔ)上,對控制策略進行半實物仿真實驗,驗證了算法的有效性,并結(jié)合硬件在環(huán)的實驗結(jié)果和調(diào)試中遇到的問題,對影響實驗結(jié)果的因素進行深入分析與總結(jié),為今后的半物理仿真實驗平臺開發(fā)以及實物實驗提供借鑒。
【學(xué)位單位】：南京理工大學(xué)
【學(xué)位級別】：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汽車領(lǐng)域占有絕對領(lǐng)先低位，在１９９７年１２月推出了標志??性的混動車型，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進入全球汽車銷售市場之后，以其優(yōu)秀的續(xù)航里程和百公里油耗得到廣泛??認可，成為目前世界上銷量最高的電動汽車汽車［３（）］。經(jīng)過不斷改良，現(xiàn)已推出第五代，??４??

面向電動汽車的永磁同步電機高效率控制策略研宄??高的工作點，這就是最大轉(zhuǎn)矩電流比狀態(tài)下。相對應(yīng)的，ＭＴＰＡ點也可認為是在給定電??流幅值時，實現(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，也就是電流最小的點。??＾?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工作軌跡??對于電機的轉(zhuǎn)化效率，主要包括電流的利用效率和能量損失。對于嵌入式永磁同步??電機來說，ＭＴＰＡ控制策略能夠確保電流利用率最高。對于能量損失主要為銅損和鐵損，??永磁同步電機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［４５］。綜合考慮以后原因，ＭＴＰＡ工作點也不僅電流利用率最??高，并且?guī)淼哪芰繐p失最小，因此是嵌入式永磁同步的最大效率工作點，在工業(yè)應(yīng)用??中

２．１所示），不僅增強了高速旋轉(zhuǎn)下的機械強度，使轉(zhuǎn)子更加堅固可靠，拓寬高速區(qū)間；??同時不對稱的磁路結(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)坐標下，定子產(chǎn)生的磁通經(jīng)過氣隙進入轉(zhuǎn)子鐵芯??時，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??入。由于永磁體的相對磁導(dǎo)率遠小于鐵芯，而電感正比于相對磁導(dǎo)率，從整個磁通路徑??上來看，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永磁同步電機凸極性示意圖??２．１．２永磁同步電機的坐標變換??坐標變換的本質(zhì)是通過改變坐標系，將方程中原來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數(shù)學(xué)模型更加簡單，易于分析和??控制。具體的變換過程如下圖２．３所示：??１５??
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本文編號：2839348