详情

原文传递永磁轮毂电机复合滑模控制/无差拍预测控制研究

论文题名：	永磁轮毂电机复合滑模控制/无差拍预测控制研究
关键词：	新能源汽车;永磁轮毂电机;滑模控制;无差拍预测控制;扰动观测器
摘要：	由于能源安全和环境污染问题的凸显，新能源汽车产业在节约能源和促进新能源研究等方面发挥重要作用，因而其发展战略是我国乃至全球的战略机遇。不管新能源汽车采取哪种具体形式，电机及驱动控制系统在整车系统中都是关键技术。永磁轮毂电机(Permanent Magnet Synchronous Hub Motor,PMSHM)是运用分布式驱动方式而直接安装在轮毂处的永磁同步电机。采用此种分布式驱动能够减少包括减速器以及传动轴在内的机械传动机构，因此很大程度上提高能源利用率并且提升车辆操纵性能。采用永磁同步电机是由于其具备结构坚固、转矩平稳、峰值效率高以及调速范围更广等优点，所以其目前广泛运用于轮毂电机。因此，对PMSHM的高性能控制方案的探究对提升整车驱动性能而言非常重要。　　本文依托于国家自然科学基金项目51875261，江苏省杰出青年基金BK20180046，江苏省研究生研究与实践创新计划SJCX19_0574开展研究。从新能源汽车永磁轮毂电机控制技术的性能要求出发，分析其基本原理并推导数学模型，从而提出了新型永磁轮毂电机控制方法，并且基于dSPACE快速控制原型平台完成控制方法的有效性验证，研究关键是基于现代控制理论对永磁轮毂电机的控制方法进行探究。研究内容主要包含：　　1、阐述了PMSHM基本原理及结构类型，分析了其相对其他类型电机的优势，推导了PMSHM在三种不同坐标系下的数学模型，揭示了如何通过空间矢量脉冲宽度调制技术获取电机控制电压矢量，并且对磁场定向控制方案进行了仿真验证。　　2、提出了一种PMSHM速度控制的复合滑模控制方法，包括基于混合趋近律的滑模控制和滑模机械扰动观测器。基于该混合趋近律方法能够有效地抑制状态变量的抖振，并且能够减小状态变量的趋近时间。滑模机械扰动观测器可以估计驱动系统的集总扰动，并对控制器输出进行补偿。基于所提出的新型趋近律和滑模机械扰动观测器，设计了一种抗扰动滑模速度控制器，以提高PMSHM驱动系统的性能，实验验证了该方法的有效性。　　3、基于定子电流和集总扰动的滑模电气扰动观测器，提出了一种改进的无差拍预测电流控制方法。为了评估电流响应与三个参数失配之间的关系，首先进行了参数灵敏度分析。然后设计了一种基于定子电流和集总扰动的滑模电气扰动观测器，同时估计由参数失配引起的未来电流值和集总扰动，有效地消除了参数失配的影响。此外，考虑到计算和采样延迟的影响，采用滑模电气扰动观测器的离散表达式估计电流，并用其代替采样值来补偿一步延迟。仿真和实验结果验证了该方法的有效性。结果表明了基于复合滑模电干扰观测器的预测电流控制方法的优越性能。　　4、建立了基于dSPACE的PMSHM快速控制原型开发平台，介绍通过软件实现PMSHM控制算法开发的V型开发流程，包括模型在环测试、软件在环、处理器在环以及硬件在环的测试步骤。阐述了驱动芯片电路设计、电源电路设计以及母线电压保护设计的电路并简述了软件设计流程。并对基于新型趋近率的PMSHM滑模控制以及基于扰动电压补偿的PMSHM无差拍预测控制进行了实验验证，结果表明滑模速度控制器中引入的混合趋近律有效地抑制滑模速度控制器的抖振，基于定子电流和集总扰动的滑模电气扰动观测器有效地消除了参数失配的影响。
作者：	曹俊豪
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：	2021