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5kW电动摩托车用永磁同步电机驱动系统设计
| 论文题名： | 5kW电动摩托车用永磁同步电机驱动系统设计 |
| 关键词： | 电动摩托车;永磁同步电机;最大转矩电流比控制;滑模控制器 |
| 摘要： | 为应对石油能源紧缺及我国一线城市道路交通负载严重问题，发展满足我国人民出行需求的电动摩托车是一条有效的解决途径。两轮交通工具中，电动摩托车管理法规完善，同时电动摩托车又具有车速高、加速性好、爬坡能力强等优点，非常便于人们中短距离出行,所以得到国家的认可和广泛应用。随着我国稀土资源被探明，稀土永磁同步电机(Permanent Magnetic Synchronous Machine,PMSM)从航天业、军用逐步向民用过渡，因其体积小、重量轻、效率高等特点，使之成为电动摩托车驱动系统的理想选择。电动摩托车用PMSM驱动系统在起步、加速和上坡阶段需要控制器控制电机输出足够大的转矩，在高速行驶阶段要求能实现宽范围调速。本文以电动摩托车用PMSM驱动系统为研究对象，对比研究了不同的电机控制器算法，具体内容总结如下: (1)根据坐标变换等基础理论知识，搭建表贴式永磁同步电机(Surface-mounted Permanent Magnet Synchronous Motor,SPMSM)矢量控制调速系统仿真模型，其中控制方法为Id=0控制，仿真发现存在抗扰动性差的问题。由于电动摩托车在行驶过程中会产生较多负载扰动，没有有效利用磁阻转矩，为了解决这一问题，搭建内置式永磁同步电机(Internal Permanent Magnet Synchronous Motor,IPMSM)控制系统,速度环控制器改进为基于指数趋近律的滑模变结构控制(sliding mode control,SMC),同时对Id=0控制、最大转矩电流比控制(Maximum Torque Per Ampere,MTPA)进行对比研究。实验表明MTPA控制可以协调转矩及电流的关系，相同电流下发出更大转矩，同时SMC提高了系统的抗扰动性。 (2)提出了一种新型滑模控制器。该控制器在指数趋近律中引入加权积分增益结合MTPA,为增加抗扰动性，将原本符号函数改为饱和函数，同时充分利用电机磁阻转矩。仿真结果表明，相比于传统SMC在输出转矩大小相同情况下，本文所提出的控制方法使得三相电流幅值减小1.15A,抖振减小35.02％,增加负载扰动后转速波动减小23.9rpm。 (3)研究电动摩托车系统方案，以实现所提出的新型滑模控制器。系统方案分为两部分:应用层和驱动层。所提出新型滑模控制器作为驱动层部分，应用层实现刹车，转矩控制等基本功能。同时做出软硬件需求分析，设计硬件原理图及软件主要流程。通过搭建对拖台架实验性能测试包括电机map图、外特性测试、耐久性测试等。结果显示所提出控制器相比传统电机控制器调速速度范围更大，在峰值功率方面高了 0.19kW,最大转矩在每个转速点上高了平均1.84Nm。 |
| 作者： | 余圣杰 |
| 专业： | 控制工程 |
| 导师： | 王立标;高金凤 |
| 授予学位： | 硕士 |
| 授予学位单位： | 浙江理工大学 |
| 学位年度： | 2023 |
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