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原文传递混合动力汽车开关磁阻BSG电机模型预测控制研究

论文题名：	混合动力汽车开关磁阻BSG电机模型预测控制研究
关键词：	混合动力汽车;分块转子开关磁阻电机;非线性建模;模型预测控制;快速控制原型平台
摘要：	随着环境污染和资源短缺等问题日益严峻，节能减排愈发受到人们重视。汽车电动化是节能减排的重要措施之一。目前，混合动力汽车作为纯电动汽车的过渡，倍受青睐。其中，皮带传动启动/发电一体式(Belt-driven Starter Generator,BSG)微混系统是混动技术研究的热点之一。相比于其它类型的BSG电机，开关磁阻电机具有不含永磁体、结构简单、启动转矩大等优点，具有很好的发展前景。本课题来源为国家自然科学基金重点项目（U1564201）和江苏省杰出青年项目（BK20180046）。本文针对混合动力汽车容错式16/10极分块转子开关磁阻电机（Segmented Rotor Switched Reluctance Motor,SRSRM）展开了非线性建模、模型预测控制、基于dSPACE快速控制原型平台搭建和实验验证等研究。　　主要研究内容如下：　　1）在阐述新型容错式16/10极SRSRM电机结构的基础上，介绍了SRSRM运行原理。根据机电能量转换原理，以电路方程、机械方程、机电方程描述了SRSRM的机电转换关系。比较了SRSRM三种数学模型的建立方法，考虑到精确的电机控制，选择了非线性模型作为数学模型。最后，对SRSRM的运行模式进行了分析。　　2）为建立SRSRM非线性模型，通过转矩平衡法采集静态转矩为零的特定位置处电流、电压值，进而计算出该位置的磁链值。建立了二阶、四阶傅里叶级数磁链模型和转矩模型，通过比较建模效果，选取了更为精确的四阶傅里叶级数进行模型建立。然而，傅里叶级数只能表示转子位置角和磁链之间关系。针对该问题，引入Kringing模型进一步优化非线性模型。在此基础上，搭建了Simulink电机模型进行仿真验证。　　3）针对SRSRM传统控制方法的不足，提出了模型预测控制的控制策略实现对SRSRM转矩脉动的抑制。基于Kringing磁链模型，搭建了模型预测电流控制模型，包括了数学模型建立、成本函数建立。针对实时磁链值难以通过传感器采集的问题，建立了卡尔曼滤波磁链观测器。针对传统PID控制的不足，引入了自抗扰控制作为速度环控制器；除了通过控制电流抑制转矩脉动，直接通过转矩控制来抑制脉动也是一种方式。基于一种非线性转矩模型，建立了模型预测转矩控制模型，介绍了矢量选择、成本函数建立。为了进一步抑制SRSRM转矩脉动，引入了转矩分配函数对瞬时相转矩进行控制。根据所建立的两种模型，分别搭建了Simulink模型，进行了仿真分析。　　4）基于dSPACE控制器，设计了快速控制原型开发平台，详细介绍了硬件设计的步骤，包括了：驱动电路、保护电路、传感器电路等，介绍了软件接口的选择。最后，初步搭建了快速控制原型开发平台，为SRSRM实验研究奠定基础。　　5）在设计的SRSRM快速控制原型开发平台的基础上，构建了SRSRM实验平台，开展了相关实验，包括了：转矩平衡法、非线性模型和模型预测控制算法。实验结果验证了其理论和仿真的正确性。
作者：	王浩祥
专业：	车辆工程
导师：	陈龙;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