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原文传递电动汽车用无刷复合结构永磁同步电机控制系统研究

论文题名：	电动汽车用无刷复合结构永磁同步电机控制系统研究
关键词：	电动汽车;无刷复合结构;永磁同步电机;控制系统;杠杆模型
摘要：	混联式混合动力汽车由于其较好的驾驶性能和燃油经济性在近些年被广大消费者和汽车生产商接受，但由于混联式混合动力系统中使用行星齿轮机构作为动力分配装置，存在机械结构复杂、传动噪声及润滑维护等问题。磁场调制型复合结构永磁同步电机（Compound-Structure Permanent-Magnet Synchronous Machine, CS-PMSM）结构上由一台无刷双转子电机和一台传统永磁电机复合而成，能够实现混联式混合动力所需的能量变换功能，同时机械结构上更加简单紧凑。本文针对其工作原理、结构及应用背景的特殊性，就该电机控制系统展开深入研究，主要工作包括以下几个方面：　　首先，对磁场调制型无刷CS-PMSM的工作原理展开研究。分析了磁场调制型磁性齿轮的工作原理，并将其转速、转矩特性与行星齿轮机构进行了对比。根据 CS-PMSM在混合动力系统中的连接方式，提出了两种基于CS-PMSM的混合动力系统方案，分析了两种混合动力方案输入、输出的转速、转矩特性，利用杠杆模型比较了两方案系统构型各自的特点，并从四象限能量变换的角度研究了不同负载工作点下无刷 CS-PMSM的工作状态，为混合动力系统初期设计提供理论依据。　　建立了磁场调制型无刷CS-PMSM的统一数学模型并确定了系统控制策略。基于前面对磁场调制原理的研究，建立了电机磁链、电压方程和机械运动方程。根据 CS-PMSM在混合动力系统的功能，确定了CS-PMSM中两电机协调控制策略，通过两转子位置计算双转子电机电角度，解决了双转子电机的矢量控制问题。利用Matlab建立了系统仿真模型，仿真结果证明了CS-PMSM模型及其控制策略的可行性。　　从汽车系统的角度研究了磁场调制型无刷CS-PMSM混合动力系统的功率流模式和电机特性匹配问题。根据汽车驱动系统的运行状态，分析了纯电动驱动、启动内燃机、功率分流模式、并联驱动及高速驱动等各模式下的功率流。提出了基于解析分析和标准驾驶工况的CS-PMSM特性匹配方法。为了验证CS-PMSM系统功率流及方案设计是否满足汽车驾驶需求，基于上面的系统参数设计，利用美国EPA、欧洲NEDC和日本10-15模式标准驾驶工况进行了仿真验证。　　最后，为磁场调制型无刷 CS-PMSM系统设计了控制器，并进行了实验研究。为实现 CS-PMSM中两电机协调控制，控制器功率单元采用六相半桥的拓扑结构，使用一个控制核芯同时完成两电机的控制算法。为节省控制核芯资源，通过双核芯数据共享方法使用另一个通讯核芯处理 CS-PMSM控制子系统与汽车网络的通讯数据，为 CS-PMSM系统提供了高效可靠的软、硬件平台。最终搭建了系统测试平台，通过测量双转子电机空载反电动势验证系统数学模型中双转子电机两机械端口和定子磁场的转速关系，通过负载测试验证了三者间转矩关系。设计了包含 CS-PMSM各种工作模式的测试工况，测试结果显示：无刷 CS-PMSM控制器能够在各工作模式中有效地完成两电机协调控制功能，各模式下的功率流与理论分析一致。
作者：	佟诚德
专业：	电机与电器
导师：	郑萍
授予学位：	博士
授予学位单位：	哈尔滨工业大学
学位年度：	2013
正文语种：	中文