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原文传递电动汽车电驱动系统机电耦合振动特性及主动抑制方法研究

论文题名：	电动汽车电驱动系统机电耦合振动特性及主动抑制方法研究
关键词：	电动汽车;电驱动系统;机电耦合;振动特性;主动抑制
摘要：	电动汽车电驱动系统是包括驱动电机、传动机构、控制系统等部件的典型复杂机电传动系统。电驱动系统中驱动电机电磁振动与传动机构内部动态啮合激励产生的机械振动高度耦合，电机与机械系统的各种振动频率相互叠加，给振源定位与振动抑制带来了极大的困难，随着电驱动系统向高转速、高动态、集成化等方向发展，系统振动问题变得更为复杂与突出。因此，本文以某电动汽车电驱动系统为研究对象，建立电驱动系统机电耦合动力学模型，在分析其振动特性的基础上，提出振动主动抑制方法，主要研究内容如下：　　①内置式永磁同步电机模型与分析。建立永磁同步电机maxwell二维有限元模型，分析了电机本体的磁场谐波、磁场饱和、齿槽转矩等非线性因素对电机电磁特性及转矩特性的影响。进一步，运用有限元法提取三相磁链、电感等关键电磁参数，通过构建磁链-电流逆映射关系建立了电压模型，并考虑铁损效应完成电压和电流耦合关系求解。依据磁场气隙储能理论结合虚位移法推导电磁转矩数学模型，并对转矩中各成分进行剥离分析，最后与有限元仿真结果对比得到磁链、转矩误差分布，验证了电机非线性数学模型的精度。　　②电机控制系统模型与分析。基于矢量控制理论和矢量脉宽调制算法(SVPWM)搭建了矢量控制系统模型，考虑永磁同步电机磁场饱和特性，结合最大转矩电流比/弱磁/最大转矩电压比制定最佳电流工作点在线求解算法，并通过理论分析结合仿真验证了算法的正确性。计入控制系统中的电流测量误差、逆变器非线性等非理想因素，建立与电机本体非线性模型相匹配的电机控制系统，在此基础上，结合本体非线性模型，整体考虑时间电流谐波、空间磁场谐波耦合关系建立了闭环运行的电机动态模型，研究控制系统非理想因素与电机本体非线性因素对电机电流、转矩动态特性的影响规律。　　③电驱动系统机电耦合动力学模型与动态特性分析。采用势能法和切片法计算了斜齿轮时变啮合刚度，同时计入啮合误差、齿侧间隙、轴承刚度等动态激励，建立了斜齿轮副集中质量模型，进一步，运用牛顿-欧拉理论建立了传动系统14自由度动力学模型；通过将电机控制系统模型、非线性电机模型、齿轮传动系统模型深度耦合，建立电驱动系统机电耦合动力学模型，在此基础上，研究稳态和瞬态工况下电驱动系统机电耦合振动特性，并通过升速扫频筛查危险共振点。此外，分析电机电磁振动与传动系统机械振动相互影响规律，进一步考虑半轴及突变载荷激励，为振动主动抑制方法提供理论依据。　　④电驱动系统振动主动抑制方法研究。在稳态工况和瞬态工况下电驱动系统机电耦合振动特性研究的基础上，研究了电驱动系统振动主动抑制方法。稳态工况下，针对电机的电磁转矩波动，依据电磁转矩波动幅值及频率与电流各阶次谐波幅值及相位的映射关系，获得注入电流补偿控制量，提出了最优谐波电流注入的稳态抑制方法。瞬态工况下，针对传动系统动载荷抑制，构建载荷扰动扩张状态观测器数学模型，选取半轴两端转速差作为反馈控制信号，以转速差波动幅值等于零为最优控制目标，研究补偿转矩与齿轮传动系统动载荷的相位关系，利用自抗扰转矩补偿控制器实现转矩的精确补偿。
作者：	邱龙辉
专业：	工程(车辆工程)
导师：	葛帅帅;欧阳
授予学位：	硕士
授予学位单位：	重庆理工大学
学位年度：	2023