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磁调制型双定子车轮电机电磁结构与控制方法研究
| 论文题名： | 磁调制型双定子车轮电机电磁结构与控制方法研究 |
| 关键词： | 电动汽车;双定子轮毂电机;电磁结构;控制策略 |
| 摘要： | 车辆轮毂动力驱动，极大简化车辆传动系统、提高动力学性能，是下一代线控电动汽车主要研究方向。目前车轮电机受轮内空间限制，存在功率密度不足以及调速范围窄的突出问题，尚不能满足车辆行驶要求。本文提出了一种基于磁调制的双定子轮毂电机驱动技术方案，能够有效提升转矩和控制灵活性，并对其电磁结构及电机控制方法开展系统的设计及性能研究，主要内容如下： 论文首先提出一种基于磁调制原理的双定子电机构型，对其关键电磁结构参数进行了设计。计算了车辆不同工况下动力需求，提出了电机设计目标；应用ANSYS/Maxwell开展电磁场仿真建模，对电机气隙磁密进行FFT分析，验证电磁结构的合理性，计算了稳态转矩输出，证实了双定子结构对提升电磁转矩作用。分析了电机结构参数对性能的影响，以磁调制环跨距和厚度为对象，仿真计算了其电磁转矩，获得了最佳跨距和厚度值；计算了电机的各性能指标，获得了一种性能良好的电机设计。 开展了电机控制系统设计。首先对控制模式进行了设计，提出了内定子作为控制绕组、外定子作为励磁绕组，既增加了控制灵活性又简化了控制器结构；进行了电机建模，推导了其数学模型。基于磁场矢量控制原理，提出了控制系统软硬件原理图。基于经典PI控制和现代控制方法，分别设计了电机控制电流环和速度环，对其进行了系统的分析比较，结果表明基于比例谐振控制和滑模控制的现代控制方法能有效解决经典PI控制对电机物理参数敏感、动态响应较慢的问题。为获得电机宽调速范围，提出一种电压反馈的超前角弱磁控制算法，该方法能最大限度利用逆变器调制深度，扩大了转速范围。 基于MATLAB/Simulink软件对控制律参数进行整定，开展控制器性能仿真研究。首先搭建了MATLAB/Simulink仿真模型；以阶跃响应中上升时间及超调量作为指标，在MATLAB中使用最小平方指标对控制器参数进行迭代仿真优化，实现参数整定。电流调节器采用比例谐振控制算法，在相电流超调量与波形抖振上具有良好的性能；速度调节器采用全局快速终端滑模控制算法，对阶跃和斜坡函数输入具有更快的响应速度及动态性能。仿真分析弱磁调速性能；对加速以及变负载工况进行仿真，其响应时间短、超调量小。 论文为车辆轮毂驱动提出了新的技术方案，系统深入研究了其电磁结构及控制系统设计方法，为其进一步开发与应用奠定了坚实的理论与技术基础。 |
| 作者： | 周汉 |
| 专业： | 机械工程 |
| 导师： | 程远雄 |
| 授予学位： | 硕士 |
| 授予学位单位： | 华中科技大学 |
| 学位年度： | 2021 |
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