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基于磁热耦合的车用永磁同步电机非线性建模研究
| 论文题名： | 基于磁热耦合的车用永磁同步电机非线性建模研究 |
| 关键词： | 电动汽车;永磁同步电机;非线性模型;磁热耦合;控制策略 |
| 摘要： | 电机控制器作为电动汽车的核心部件，决定着电机的运行效率与运行安全，以及调速系统性能的优劣。在电机控制器研发初期需对控制器的各项性能进行测试，但现有测试系统存在结构复杂、硬件成本高、周期长等缺点。为了解决以上问题就有了利用电力电子技术对电机及其机械负载进行模拟的电机模拟器系统，而电机模拟器能否模拟出电机的真实特性，其关键之一就是建立准确高效的电机模型。目前，车用永磁同步电机模型多采用定参数的线性模型，没有考虑到磁热耦合中电机电磁参数的变化情况以及参数变化对控制系统的影响，不能有效反映电机的真实运行特性。因此，建立准确高效的永磁同步电机非线性模型显得尤为重要。 首先，本文分析了永磁同步电机结构原理，并在线性模型的基础上，推导了磁热耦合下电机非线性模型，包括电压方程、磁链方程、转矩方程。并在有限元计算基础上，研究了非线性因素对电机电磁参数的影响，得出了电阻与温度、电感与电流温度、永磁体磁链与温度电流的关系，为下文电机非线性建模提供理论基础。 其次，利用电机中的传热学原理，搭建了电机动态热网络模型，并根据电机实际结构与材料特性，计算电机热网络模型中的热阻与热容，同时在MATLAB/Simulink平台进行仿真，对空载与加载工况下电机温升进行分析，可知电机绕组温度最高，转子次之，机壳最低，此外通过电机温升试验验证了热网络模型的准确性。 然后，通过有限元计算结果，建立了电阻与温度、电感与电流温度、永磁体磁链与电流温度的关系，根据搭建的热网络模型，获取温度参数的输入，并利用查表法建立起各电磁参数与温度、电流的关系。同时对搭建的非线性模型采用后向欧拉法进行离散化处理，并对模型接口进行封装，从而得到了永磁同步电机非线性本体模型。 最后，分析了最大转矩电流比的控制策略，在搭建的永磁同步电机非线性本体模型的基础上，建立了永磁同步电机的控制模型，同时基于最大转矩电流比的控制算法，对整个非线性系统进行仿真，得到了不同温度下电机的表现性能，并分析了电机各非线性电磁参数对系统输出的影响，得到了定子电流与输出转矩的关系。最后通过搭建的实验台，对电机稳态和动态工况下电流、转矩、转速波形的有效值与非线性模型、线性模型对比，相较于线性模型，非线性模型更接近实际实验值，能更好地反映出电机的实际运行特性。 |
| 作者： | 董越 |
| 专业： | 工程(车辆工程) |
| 导师： | 施全;肖东 |
| 授予学位： | 硕士 |
| 授予学位单位： | 重庆理工大学 |
| 学位年度： | 2022 |
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