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原文传递电动汽车用新型双定子电机驱动控制系统研究

论文题名：	电动汽车用新型双定子电机驱动控制系统研究
关键词：	电动汽车;驱动控制;双定子电机;最大转矩输出;效率优化技术
摘要：	为应对环境污染与能源短缺带来的挑战，近年来，作为有效解决方案之一的电动汽车受到了广泛的关注和发展。基于混合励磁原理的双定子交替极无刷混合励磁电机凭借其运行速域广、稀土永磁用量少等优势被视为未来电动汽车驱动电机的理想备选方案之一。实现低速大转矩、宽速高效率的高性能控制对电动汽车用驱动电机的运行至关重要。对此，本文以实现双定子交替极无刷混合励磁电机宽速域高性能控制为研究目标，对低速区最小铜耗、最大转矩电流比与最大励磁转矩输出控制及高速区在线效率寻优策略两方面展开深入研究。　　针对电动汽车用驱动电机在低速区高效率、高转矩输出的性能要求，本文分别提出了最小铜耗和最大转矩电流比控制策略，并在此基础上结合新型双定子电机交流励磁的特点，提出了最大励磁转矩输出策略。首先，针对多相电机单空间矢量调制策略受基波与三次谐波耦合影响而无法抑制外定子五相绕组三次谐波电流的问题，采用双空间矢量控制技术：通过在α1k-β1k、α3k-β3k双空间静止坐标系下分别对基波及三次谐波空间进行调制，以实现在合成目标基波电压矢量的同时抑制三次谐波电流；其次，将传统永磁同步电机二维电流矢量控制中的最小铜耗和最大转矩电流比算法拓展到新型双定子电机的四维空间中，以期实现电机高效率运行的同时兼顾一定的磁阻转矩和励磁转矩的输出；随后，对电机转矩输出的成分进行分析，通过协调分配励磁绕组的增磁和增矩容量，提出一种最大励磁转矩输出控制策略。与传统方法相比，本文所提出的控制策略可以发挥新型双定子电机的拓扑结构优势，充分利用励磁绕组容量，实现电机整体输出转矩的提高。　　针对运行在高速区的电动汽车用驱动电机，由于铁耗等其他损耗占比的提升导致电机运行效率降低这一问题，本文结合研究对象的特点(多极对数，交流励磁机理，弱凸极性)，提出了具有参数鲁棒性的恒功率区效率寻优策略，有效地提高了运行于高速区电机驱动系统的效率。与传统方法相比，本文提出的效率寻优策略具有收敛速度快、精度高、稳定性好等优势。首先，定性分析了新型双定子混合励磁电机的损耗特性；其次，根据扰动观测法，提出一种基于d轴磁链的定步长在线效率寻优策略，并针对现有寻优策略存在的收敛速度、精度及算法稳定性等问题，结合弱磁区寻优过程中混合励磁电机电磁约束的变化情况，创新性地提出了弱磁裕度这一定义；进而通过对不同寻优过程中弱磁裕度因子与磁链步长关系的定性分析，提出了基于弱磁裕度以及改进型梯度法的变步长寻优策略；为进一步加快收敛速度，提高算法在变速工况下的适用性，本文还引入离线查表法，对变步长算法做进一步改进，提出一种分区式混合效率寻优策略。　　最后，本课题基于MATLAB/Simulink及TMS320F283377D分别搭建了新型双定子电机的仿真和实验平台，分别验证了本文所提出的宽速域高性能控制算法的有效性。
作者：	陆星池
专业：	电气工程;电机与电器
导师：	樊英;钱巍
授予学位：	硕士
授予学位单位：	东南大学
学位年度：	2022