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永磁轮毂电机状态反馈控制与无位置传感器控制研究
| 论文题名： | 永磁轮毂电机状态反馈控制与无位置传感器控制研究 |
| 关键词： | 电动汽车;永磁轮毂电机;无位置传感器控制;状态反馈控制 |
| 摘要： | 随着环境污染和资源短缺问题日益严峻，节能减排愈发受到人们的重视。新能源汽车的发展是事关民族复兴的重大战略。汽车电动化是节能减排的重要措施之一。轮毂电机(Hub Motor，HM)是一种直接置于车轮中的电机，相较于传统汽车的驱动形式，轮毂电机汽车省去了笨重的机械传动系统，从而大大提升了电池能量利用率，能够提高车辆操纵稳定性和安全性，因此轮毂电机也被业界称为电动汽车的终极驱动形式。由于永磁同步电机(Permanent Magnet Synchronous Motor，PMSM)与其他类型的电机相比，具有高功率密度、低损耗、体积小等优点，因此永磁轮毂电机(Permanent Magnet Synchronous Hub Motor，PMSHM)是目前使用最广泛的轮毂电机之一。寻求更高性能的PMSHM控制算法对于提升PMSHM性能有重要意义。 本文在国家自然科学基金(51875261)、江苏省杰出青年基金项目(BK20180046)与江苏省优秀青年基金项目(BK20170071)的支持下，针对新能源汽车用PMSHM的基本原理、控制方法、基于dSPACE的快速控制原型平台搭建和实验验证等进行研究。主要内容如下： 1、阐述了PMSHM的结构、运行原理，分析了PMSHM的数学模型、不同坐标系下的矢量变换，重点讨论了常用矢量控制的原理及空间矢量脉宽调制(Space Vector Pulse Width Modulation，SVPWM)的实现方法，并对双闭环矢量控制策略进行了仿真研究，为后续改进研究奠定了基础。 2、针对PMSHM传统控制方法的不足，提出了基于灰狼算法优化的状态反馈控制器结构。采用反馈解耦的方式实现PMSHM模型的线性化，在电机模型中增加了积分量以提升稳态性能。以控制目标为依据设计了灰狼算法中用于选择状态反馈控制器参数的适应度函数，并在适应度函数中引入了速度超调惩罚量，以使设计的控制器能尽可能的抑制速度超调。 3、提出了基于二分查找法锁相环(Binary Search Algorithm-Based Phase-Locked Loop，BSA-PLL)的PMSHM的无传感器矢量控制。根据电机反电动势的特点设计了选择转子位置的适应度函数，通过不断将位置空间二分迭代来提升位置估计精度。针对PMSHM低速时反电动势幅值较小的问题，设计了电机低速起动的方法。 4、基于dSPACE搭建了快速控制原型开发平台，详细介绍了硬件设计的步骤，包括驱动电路、保护电路和传感器电路等，介绍了软件接口的选择。为后续实验研究奠定了基础。 5、在设计的快速控制原型开发平台上，开展了所设计的状态反馈控制器和无位置传感控制器的实验验证。实验结果表明所设计的状态反馈控制器在稳态及瞬态时都能达到预定目标，所提出的BSA-PLL与常规锁相环(Phase-Locked Loop，PLL)相比有更快的响应速度并和更小的振荡。 |
| 作者： | 胡昌昌 |
| 专业： | 车辆工程 |
| 导师： | 孙晓东 |
| 授予学位： | 硕士 |
| 授予学位单位： | 江苏大学 |
| 学位年度： | 2020 |
| 正文语种： | 中文 |
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