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原文传递电动汽车用开关磁阻电机低转矩脉动控制系统研究

论文题名：	电动汽车用开关磁阻电机低转矩脉动控制系统研究
关键词：	电动汽车;开关磁阻电机;转矩脉动;控制系统
摘要：	新能源汽车的普及推广既是世界汽车工业发展的战略目标，也是中国十二五规划中的首要任务之一。作为新能源汽车的典型代表，针对电动汽车关键技术进行深入研究极具现实意义。其中，电驱动系统是电动汽车研究领域的三大核心技术之一，如何更为合理地选择驱动电机无疑是其中至关重要的一环。开关磁阻电机具有结构简单、成本低廉、允许有较高温升、适合高速、超高速运转、容错能力强以及运行期间具有较高的系统效率等诸多优点，目前已经成为电动汽车电驱动控制系统的首选机种之一，相关核心技术的研究已经成为业界关注的热点。　　开关磁阻电机独特的双凸极结构及脉冲供电方式导致其存在着较为明显的转矩脉动，这成为其最为显著的缺点。本文针对电动汽车用开关磁阻电机驱动控制系统(SRD)，围绕SRM非线性建模、转矩脉动抑制策略及转子位置检测三个方面进行相关研究，最终实现有效地抑制其转矩脉动以满足乘坐的舒适度要求。　　本文首先采取有限元计算与实验测试相结合的方法，获取开关磁阻电机的静态电磁特性。在此基础上重点开展基于支持向量机的SRM非线性建模方法的研究，建立了磁链和转矩特性的最小二乘支持向量机模型(least squares support vector machine，LS-SVM)。基于当前相关研究成果，针对小样本训练、具有明显非线性特征、具有较高维数以及解决局部极小值等诸多常见问题，较之于其他类型的非线性建模方法，支持向量机具有其鲜明的特色与独具的优势。通过与实测数据进行比较，可以证明本文所建最小二乘支持向量机模型具有较高的精度，并且其泛化能力良好。　　本文围绕开关磁阻电机基本型直接转矩控制存在的转矩脉动较为明显的问题展开研究，提出一种改进型直接转矩控制方法(direct torque control，DTC)。通过在换相区间合理地引入空间电压矢量，构建了基于换相区的改进型电压矢量选择表，从而有效地克服了基本型DTC在换相区间存在的主要缺点;针对基本型DTC、电流斩波控制(ccc)、改进型DTC三种控制方法，分别建立了SRD系统仿真模型完成仿真过程并进行对比分析，证实了本文提出的改进型DTC的有效性。　　本文采用自抗扰控制策略(active disturbance rejection control，ADRC)对系统外环进行优化，旨在提高SRD系统的转矩控制性能。首先，通过对比线性扩张状态观测器与非线性扩张状态观测器的仿真结果可以发现线性扩张状态观测器的观测性能更佳。其次，针对开关磁阻电机的特性设计了开关磁阻电机自抗扰控制器并将其加入到SRD系统中替代PI控制器，完成相应的仿真过程并进行对比分析。最终证实了采取ADRC策略用以实现SRD系统转矩脉动有效抑制的可行性。　　本文提出采用径向充磁16极磁环配以开关霍尔传感器实现转子位置信号检测的方法，研制了一种永磁式位置传感器，并对该位置传感器进行了实验研究与振动测试。实验结果表明，该永磁式位置传感器能够满足电动汽车用开关磁阻电机驱动系统的控制要求。　　最后本文搭建了SRD实验测试平台，完成了在不同工况下的SRD系统实验测试。针对基本型DTC与改进型DTC的转矩脉动程度进行对比分析;将分别采取ADRC策略与PI策略的SRD系统实测结果加以比较。最终结果表明:本文研究的基于LS-SVM模型、结合ADRC策略的改进型DTC控制方法，能够实现SRD系统转矩脉动的有效抑制。
作者：	高旭东
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：	2018
正文语种：	中文