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原文传递电动汽车用内置式永磁同步电机驱动研究

论文题名：	电动汽车用内置式永磁同步电机驱动研究
关键词：	电动汽车;永磁同步电机;转矩电流比;弱磁控制;饱和效应;模糊控制
摘要：	永磁同步电机具有高功率密度，高转矩密度，高效率等优点，特别是内置式永磁同步电机，可以利用磁阻转矩来提升转矩输出能力，具有独特的弱磁扩速特性，这些特点使得内置式永磁同步电机成为电动汽车驱动系统的优选方案。但电动汽车运行工况复杂多变，且电机受饱和效应影响参数发生变化，普通控制策略难以保证驱动系统维持高性能。因此，本文结合电动汽车驱动特性要求，以内置式永磁同步电机驱动系统作为研究对象，针对驱动系统中负载工况变化大，受饱和效应影响导致电感参数变化问题，提出了一种基于双模糊结构的高性能永磁同步电机驱动系统的控制策略，改善系统的动稳态性能，转矩输出能力和弱磁扩速能力，这两部分模糊控制器相辅相成，但又相互独立，具有良好的可移植性。　　论文首先以永磁同步电机的数学模型为基础，分析了适合高性能驱动系统中永磁同步电机在恒转矩区与恒功率区的定子电流控制策略，分别给出了内置式永磁同步电机三个区域对应的电流方程，为后续控制器的设计提供基础方程。　　第二部分以传统的比例-积分控制为切入点，详细分析了模糊控制在内置式永磁同步电机上应用的理论依据，输入变量和输出变量的选择依据，假设电感参数恒定，设计了第一重模糊控制器，改善驱动系统在负载变化较大情况下的的动稳态性能。在此基础上分析了非线性特征的模糊控制器与线性特征的比例-积分控制间的关系，以单点模糊控制器为原型，解析了这两种控制器的内在联系，证明了模糊控制器对内置式永磁同步电机等非线性系统有更强的控制效果，适用于工况负载变化较大的系统。最后利用Matlab/Simulink仿真工具，建立了基于模糊控制的内置式永磁同步电机仿真模型，并进行了相关实验，仿真和实验结果验证了模糊控制器在改善系统动态和稳态性能上的有效性和优越性。　　第三部分以实验用内置式永磁同步电机样机建立模型，对考虑交叉耦合的dq轴增量电感，互感的控制策略进行深入分析和研究，基于有限元的方法对内置式永磁同步电机的非线性电感变化进行计算，对电感随电流幅值及相位的变化关系做出了相应的曲线变化分析，确定电感变化的特征和趋势，为设计出电流调整模糊控制器的模糊控制规则提供基础。　　第四部分通过分析说明了参数在线辨识法在电动汽车驱动系统中的不足，因此本文选择模糊控制器，调整问题方向，首次提出了将饱和效应引起的电感参数变化直接转化为矢量电流的调节的方法，基于此思路构建第二重模糊控制器，这种将参数变化问题转换为电流调节问题的方式也为解决饱和效应引起控制性能下降现象提供了一种新的思路，具有良好的扩展性和可移植性。另外，针对内置式永磁同步电机转矩控制，以电流最小为原则，利用拉格朗日乘数法，建立了转矩与电流间的关系。　　论文最后以DSC28335为核心进行了控制器软硬件设计，搭建了实验平台，实验结果验证了本文提出的控制策略的有效性，控制器不仅具有很好的动态性能和稳态性能，还有效的提高了系统的转矩输出能力和弱磁扩速能力。
作者：	吴荒原
专业：	电气工程
导师：	邵可然;王双红
授予学位：	博士
授予学位单位：	华中科技大学
学位年度：	2015
正文语种：	中文