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原文传递电动汽车永磁同步电机电流分段优化控制策略研究

论文题名：	电动汽车永磁同步电机电流分段优化控制策略研究
关键词：	电动汽车;永磁同步电机;转矩电流比;分段控制
摘要：	电动汽车用永磁同步电机须满足调速范围宽、转矩输出能力强、可靠性好、运行效率高等要求。对于已设计好的特定电机来说，高效的驱动控制是提高电机及系统运行性能的关键。永磁同步电机可看作一个多变量、非线性、强耦合的复杂系统，根据运行环境参数经常发生改变，对振动及外部干扰较为敏感;驱动控制器也是一个强弱电结合的复杂系统，不仅有大电压、大电流的开关功率器件，也包含小信号输入的处理器及对电磁辐射敏感的集成芯片，并且在汽车等复杂的环境中对密封、防水、防油污及抗震都有较高的要求。近年来大范围严重污染及能源短缺等问题的出现，迫使人们都在新能源汽车方面寻找突破口，因此对于永磁同步电机及其驱动控制系统的研究十分必要。　　对于内置式永磁转子结构的电机来说，最大转矩电流比控制可以有效地利用电机电感的不对称性所产生的磁阻转矩来提高电机的转矩输出能力。本文阐述了最大转矩电流比控制的核心思想以及实现方法，进而针对该方法在实际使用过程中容易出现的问题加以分析，并提出了相应的改进措施。首先，最大转矩电流比算法是基于电流的高阶、耦合方程，在应用时通常只能采取近似测得几个特定点的方法近似逼近理想方程;对于采用传统的线性调节器调节的控制系统来说，如果控制量不能准确解耦，则无法有效地单独控制，从而影响控制效果;最大转矩电流比轨迹是理想化的轨迹，是在不考虑任何干扰因素的条件下根据电机本体的设计而形成的曲线，实际运行时常常会由于各种干扰导致轨迹不准确，因此难以保证电机高效率的运行品质，造成浪费。本文提出了一种准线性解耦的方法，利用一个中间变量将电机电流部分解耦，对于改善调节器性能有很大帮助;在分析传统算法抗干扰能力的基础上提出了一种基于最小值寻找的动态实现方法，将干扰视为整体，实时寻找转矩比电流最小的点，有利于改善系统的动态性能;将调节器进行了简化设计，提高电流的调节品质。　　电动汽车用电机常常被要求能够长时间高速行驶，这就要求电机能在较宽的转速范围内稳定运行。弱磁控制是提高永磁同步电机转速的有效方法，采用控制可以保证电机在具有一定带负载能力的基础上使电机转速逐渐升高。本文在传统弱磁区的电流轨迹控制方法的基础上，提出了将最大转矩电流比控制扩展至部分弱磁区的算法，可以提高电机在弱磁区的功率密度;针对高速区经常出现的调节器饱和问题，加入了电压指令调节算法来实时调节电压指令避免超过矢量范围时处理器无法识别而导致的错误;在深度弱磁区加入了过调制算法来最大限度地利用直流电压，进一步提高电机转速;另外，文中还分析了电机饱和失控时电流轨迹的如何移动的问题，阐述了导致调节器饱和的原因并给出了相应的解决办法。　　本文针对永磁同步电机在全速范围内的电流控制策略进行了仿真研究，搭建了相关仿真模型，结果正确的前提下又搭建了系统实验平台，并进行了台架实验验证。结果表明所提出算法对于电机电流的控制效果可以达到预期目标，能够在负载持续变化时始终控制电机电流在最优轨迹运行，具有较好的稳态特性和动态跟踪性能，保证电压利用率最大的同时，可以有效地减少调节器饱和导致的失控现象，确保电机在整个转速范围内高效、稳定运行。所提出的方法可移植性强，且又经过实验验证，具有理论与工程实践意义。
作者：	毛亮亮
专业：	电力电子与电力传动
导师：	王旭东
授予学位：	博士
授予学位单位：	哈尔滨理工大学
学位年度：	2016
正文语种：	中文