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原文传递 BSG电机驱动控制系统及电磁兼容性研究

论文题名：	BSG电机驱动控制系统及电磁兼容性研究
关键词：	BSG电机;驱动控制系统;电磁兼容性;数学模型;滤波器
摘要：	混合动力汽车相比于传统汽车具有节约能源及减少排放等优点，其中BSG(Belt Driven Starter Generator)混合动力汽车以对原车改动小、成本低而受到越来越多的重视。本文的BSG电机是采用混合励磁同步电机(Hybrid Excitation Synchronous Machine，HESM)技术，这种电机的转矩性能在很大程度上优于永磁同步电机以及电励磁同步电机，具有广泛的应用前景，因而研究其驱动系统及电磁兼容性具有重要意义。　　本文首先建立了BSG电机dq同步坐标系中的数学模型，应用直接转矩控制(Direct Torque Control)原理，以空间电压矢量控制算法为内核实现了BSG电机驱动控制系统的原型机。然后在控制策略方面，针对BSG系统特定应用环境，从电机定子和转子分别着手分析，提出了解决直流母线电压跌落以及转矩波动等问题的有效方法，最后对整个驱动控制系统的电磁干扰源和传播路径机理进行深入分析，建立了MOSFET高频模型，针对功率开关这个主干扰源，就其通过电源线耦合产生的差模干扰设计了一种直流母线布线结构;就其通过地线公共阻抗耦合产生的共模干扰提出了一种前馈型有源电磁干扰(EMI)滤波器，详尽和系统地分析了滤波器的结构、参数对性能的影响。并在此基础上完成BSG电机驱动控制系统的软硬件设计，事先考虑系统的电磁兼容性，可以大大提高控制器的设计开发周期，减少调试工作量，降低开发成本。　　为了提高BSG混合动力轿车的启动迅速性，本文针对空间电压矢量算法，在SVPWM过调制区域进行电压扩展，减小转矩波动;另一方面，本文采用重复控制方法动态补偿死区效应，弥补SVPWM死区产生的电压跌落，提高BSG电机驱动控制系统输出电压;同时利用BSG电机励磁电流可控这一优势，本文采用滑模观测器的控制策略根据发动机启动过程中转速和转矩的变化来实时调整励磁电流，可以解决系统由于参数摄动、非线性和电磁干扰对系统控制性能的影响，实现BSG轿车快速响应、平稳起动的目的。　　 BSG电机驱动控制系统的电磁兼容性直接影响到整车的可靠性。本文针对BSG电机驱动控制系统的传导EMI问题，首先建立了驱动控制系统的高频传导干扰模型，深入分析了MOSFET的高频模型，以及参数的提取，利用Saber仿真软件进行分析，并与线性阻抗稳定网络的共模传导干扰的分析结果进行对比，优化系统整体结构，然后基于模型提出了有效的抑制措施。针对PWM信号的频谱特性以及电力电子线路的固有特征，设计了控制系统的直流母线铜排，有效得抑制了电源线上的差模传导干扰。针对PWM信号产生的共模干扰，提出了采用前馈型有源EMI滤波器来抑制主电路和BSG电机励磁绕组驱动电路通过地线公共阻抗耦合到控制电路的共模传导EMI。　　本文针对BSG电机驱动控制系统的性能和传导电磁干扰做了大量的实验研究以及路试分析，实验结果表明该驱动控制系统可以有效提高直流电压利用率;设计的EMI滤波电路，结构简单，同时不需要额外的供电电源，可以有效抑制系统的共模电磁干扰，设计的驱动控制系统完全满足国际电磁干扰的B类标准，提高了整个BSG驱动控制系统的电磁兼容性性。
作者：	余腾伟
专业：	电力电子与电力传动
导师：	王旭东
授予学位：	博士
授予学位单位：	哈尔滨理工大学
学位年度：	2012
正文语种：	中文