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原文传递电动汽车连续极永磁电机关键控制策略研究

论文题名：	电动汽车连续极永磁电机关键控制策略研究
关键词：	电动汽车;连续极永磁电机;弱磁控制策略;效率优化;速度传感器
摘要：	电动汽车被认为是解决能源和环境问题的一个重要方案。电机驱动系统是电动汽车中的核心装置。连续极永磁电机（Consequent Pole Permanent Magnet Machine，以下简称 CPPM电机）是一种特殊结构的混合励磁同步电动机，它具有高效率、高转矩密度以及磁场宽范围可调等优点，在电动汽车驱动系统中有着良好的应用前景。本文以纯电动汽车CPPM电机驱动系统为研究对象，研究CPPM电机需要解决的三个关键控制问题，即弱磁控制策略、效率优化控制策略以及速度传感器故障容错控制策略，使其具有宽调速范围、高效率和高可靠性。　　CPPM电机的结构、运行原理和特性与普通永磁同步电机存在一定的差异。因此，本文首先介绍了CPPM电机的磁场调节原理和调磁特性；在此基础上建立了基于同步旋转坐标系的CPPM电机数学模型并进行了实验验证；对CPPM电机的互感和d、q轴同步电感等参数的变化规律进行了分析，得出了CPPM电机呈现弱凸极特性的结论。这些分析及讨论为CPPM电机控制策略设计提供了理论基础。　　纯电动汽车CPPM电机驱动系统需要设计合理的弱磁控制策略，以拓展其在全速度范围内的最大转矩输出能力。本文通过分析CPPM电机运行的约束条件，针对CPPM电机的弱凸极特性，探讨了在恒转矩区采用id=0控制策略近似实现最大转矩输出的控制方案；推导了全速度范围CPPM电机最大转矩输出的必要条件；根据CPPM电机参数变化特点，提出了一种具有参数鲁棒性的复合弱磁控制策略，从而有效提升CPPM电机在恒功率区的动态性能。　　针对CPPM电机的特点设计合适的效率优化控制策略，可以有效地提高系统的运行效率。本文简要分析了CPPM电机的损耗模型并推导了可控损耗的变化规律，证明了可以通过一维搜索算法对CPPM电机效率进行优化；讨论了传统效率优化算法在实际应用中存在的问题，并根据 CPPM电机的损耗特性提出了一种步长自适应调整的效率优化搜索算法，该算法不依赖精确的电机参数，能有效加快效率优化搜索算法的收敛速度，使CPPM电机驱动系统能以最小损耗高效率运行。　　为了保证CPPM电机在速度传感器故障时仍能以安全故障容错的方式短时间持续运行，需要研究 CPPM电机速度传感器故障容错控制策略。为此本文通过有限元分析并实验验证了CPPM电机的高频磁凸极特性；设计了CPPM电机低速运行时所采用的基于磁凸极特性的高频电压注入转子位置重构算法；推导了适用于高速区间运行的基于扩展反电动势CPPM电机转子位置重构算法；针对两种转子位置重构算法的特点，设计了采用单PI调节器的转子位置复合重构方案，保证了两种算法所对应运行区间的平滑过渡。　　最后设计了CPPM电机驱动控制系统硬件平台，对提出的CPPM电机控制策略进行了全面深入的实验研究以验证控制策略的有效性。实验结果表明，采用本文所研究的CPPM电机控制策略可以拓宽电机的恒功率运行范围，提高系统稳态运行效率以及可靠性，从而显著提升CPPM电机驱动系统的整体性能。
作者：	李哲然
专业：	控制科学与工程
导师：	李叶松
授予学位：	博士
授予学位单位：	华中科技大学
学位年度：	2014
正文语种：	中文