郑鹏飞[1]2018年在《电动汽车交流异步电机控制系统》文中研究指明为了应对能源枯竭、大气污染以及气候变暖等问题,新能源汽车的发展已经是汽车行业的未来趋势。目前国家在新能源汽车的发展上出台很多的鼓励政策,并且投入了大量的资金,其目的也是为了加快新能源汽车行业的发展。本文是基于15kW交流异步电机而设计的一款轻型电动汽车控制器。交流异步电机因其性价比高,可靠性好,所以被各大汽车厂商广泛使用。现如今随着电力电子和微电子行业飞速发展,各种大功率的功率器件被应用在变频调速系统中。集成度更高、速度快、性能更加强大的微型处理器使得很多高性能控制算法的应用成为现实。本文选择ST公司生产的性能比较强大的STM32F103ZET6主控芯片,电机控制算法则采用被广泛使用的的矢量控制算法。此算法核心思想是等效直流电机的控制方法,将电机转矩和磁通解耦后分别加以控制。通过分析交流异步电机的数学模型和矢量控制算法基本原理,在此基础上设计了硬件电路实验平台,主要包括主控芯片的选型,搭建主控的外围电路,再到驱动电路设计,包括隔离电路、前驱电路和半桥功率放大电路,每一个部分都要从各方面进行考虑。有了硬件平台,还需要可以让它完美运行的软件程序,采用了C语言对控制器硬件进行模块化编程,最终将各个模块化的程序整合在一起,使得程序可读性高,缩短了开发周期。运用MATLAB中的Simulink工具箱对异步电机矢量控制算法进行仿真建模,采用了经典的速度和电流双闭环的控制方法进行仿真测试,从波形上可以看出控制算法具有较好的动静态特性,也证明了此前理论的合理性,更加具有说服力。最终在硬件实验平台上对软硬件进行调试,从反馈的数据和测得的波形上分析,不断对软件参数和一些元器件的值进行调整,从而达到一个最佳状态,实验结果也是达到预期的效果。最终的仿真和实验结果都很好的证明本文中设计的实验平台的可靠性和可行性。
马一鸣[2]2017年在《电动汽车用异步电机驱动控制器研究》文中研究指明随着社会经济的发展,能源危机和环境污染等问题日益严重,大力发展电动汽车作为缓解这些问题的有效途径被提上议事日程。电动汽车对电机控制系统有独特的要求,具有重要的研究价值。交流电机控制系统成本低、可靠性好、有良好的调速性能,被广泛应用,具有重要的研究意义。近十年来半导体行业发展迅猛,基于电力电子器件的功率变换器被广泛应用于交流电机调速系统中。通过电力电子逆变器可将直流电变换为变频变压的交流电,从而可以很好的实现电机的变速控制。矢量控制技术是一种受到广泛应用的电机控制手段,其核心是通过坐标变换将定子电流矢量转换为两个直流分量并加以控制,实现交流电机转矩与磁通的解耦控制,从而将交流电机等效为直流电机进行控制。本课题基于空间矢量调制(SVPWM)技术,实现对电机的等效正弦电压供电,针对传统磁链引起的计算误差问题,建立了电压电流混合磁链观测模型。控制系统采用了PI调节器解耦控制,实现交流电机的“直流化控制”,动态调节控制参数与算法,满足车辆全速度区间运行需要。硬件方面,以美国TI开发公司的TMS320F2808型DSP芯片为控制核心构建控制电路。系统同时采用了功率变换器,叁相交流电机、采样电路和电源驱动电路板。软件方面,采用C语言编写程序,实现混合磁链观测器和空间电压矢量(SVPWM)脉宽调制从而达到调速的目的。通过仿真和实验数据证明了本文提出的软硬件设计符合实际需要,系统具有可靠性强、体积小、功率密度大的特点。
王婷婷[3]2016年在《小功率电动汽车用异步电机控制策略研究》文中提出随着一次能源短缺问题日趋严重,雾霾天气频频出现,具有低噪声,少污染,高效节能特点的电动汽车已成为汽车行业的热门发展方向。驱动系统是电动汽车的心脏,驱动器控制算法的优良决定了电机的运行性能。汽车在运行过程中,起停较为频繁,尤其是在大城市市区内。因此在百公里速度内,汽车加速时间是汽车系统较为重要的考虑因素。本文设计了基于TMS320F28069芯片的异步电机控制系统,并提出了“最大加速度／转矩电流”的控制算法。本文首先介绍了异步电机在不同坐标系下的数学模型以及异步电机矢量控制方式,并详细介绍了SVPWM的调制原理,通过仿真说明了SVPWM调制下电机线、相电压的变化。其次,搭建了基于TMS320F28069控制器的异步电机硬件平台,设计了相应的软件程序；此外,结合TMS320F2812开发板,设计了通过eCAN通讯实现数据传输的测试小工具。在主控制器TMS320F28069控制电机运行的过程中,能够不断将检测到的变量数据或不便检测的中间变量数据传输到副控制器TMS320F2812中存储,并在开发软件CCS3.3中显示。该方法能够一次性观察较多变量且不占用主控制器存储单元,对主控制器的控制性能没有影响。另外,通过两个电机控制系统,比较了霍尔电流传感器和单电阻电流采样法这两种用于检测大电流的方法的优缺点,提出了各自的适用场合。最后,分析了异步电机参数对电机电磁转矩的影响,提出了一种“最大加速时间／转矩电流”的控制算法。在此基础上设计了对异步电机定子参数进行辨识的程序,并将其作为整定控制算法中最佳转子时间常数的初值。在搭建的异步电机硬件平台上进行了异步电机参数辨识以及最大加速时间／转矩电流的控制实验,验证了该算法的有效性。
赵欣[4]2010年在《燃料电池城市客车车用异步电机控制策略优化》文中研究说明异步电机由于运行可靠、成本低、功率密度大等优点,在电动汽车,尤其是燃料电池城市客车上得到了广泛应用。异步电机的控制技术是电动汽车的关键技术之一。由于电力电子技术及相关控制理论的日益成熟,推动了异步电机控制技术的不断发展。本文针对燃料电池城市客车车用异步电机的控制策略进行了研究。本文首先介绍了燃料电池城市客车车用异步电机控制策略的开发平台,包括自主设计开发的硬件平台以及相应的软件平台。硬件平台,即异步电机控制器,主要分为两部分:一部分为以IGBT单元构成的叁相全桥逆变电路,另一部分为以数字信号处理器TMS320F28335为核心的控制电路。该硬件平台满足控制策略开发的需要,具有较高的可靠性。软件平台的构建基于Code Composer Studio开发环境,采用C语言编写电机控制程序,一方面可有效地对数字信号处理器进行应用,另一方面通过模块化设计,提高程序的可读性和可移植性,为控制策略及算法的开发建立基础。然后在分析异步电机的矢量控制技术和电机控制器的功率变换技术的基础上,利用MATLAB/Simulink对基于间接矢量控制技术的异步电机控制策略进行了仿真研究,并结合实际需要提出了燃料电池城市客车车用异步电机的基本控制策略。基于该控制策略,针对燃料电池城市客车的运行工况,应用基于损耗模型的效率最优控制方法,对车用异步电机的控制策略进行了优化。仿真分析得到,优化后的控制策略可提高车用异步电机的运行效率。最后,在控制策略开发平台上进行了电流跟踪型PWM、空间矢量PWM等功率变换技术的试验研究,并应用基于间接矢量控制的车用异步电机控制策略进行了转矩稳定性的试验研究。试验结果表明,本文提出的车用异步电机控制策略能满足电动汽车应用的基本需要,电机输出转矩稳定性较好。
袁炀[5]2013年在《基于改进型变速积分的车用异步电机矢量控制算法研究》文中研究指明随着环境问题和节能减排问题的日益突出，电动汽车已逐渐成为代替传统汽车的解决方案，而电动汽车的加速性能由于对起步能力、超车能力、行驶安全性以及乘坐舒适性具有影响作用，成为研究热点之一。本文通过改善电动汽车驱动系统的动态性能，以提高电动汽车的加速性能，其主要工作为：1．研究电动汽车驱动系统的构成和电动汽车的总体性能要求，并进一步分析电动汽车加速性能对驱动系统动态性能的要求。2．以交流异步电机为例，基于其数学模型，研究转子磁链定向的矢量控制、解耦控制以及弱磁控制算法，并基于此分析驱动系统的动态性能。3．研究变速积分PID控制算法，并设计了一种基于改进型变速积分PID控制算法的电动汽车交流异步电机矢量控制算法，进而，利用劳斯判据证明了该控制算法的稳定性。基于上述工作，本文针对电动汽车20kW交流异步电机，对所构建的基于改进型变速积分控制器的交流异步电机矢量控制算法进行仿真，结果表明：电机驱动系统的转速上升速度快且无超调，并且该控制算法能应用于电动汽车低速、正常速、高速以及调速行驶，改善了电动汽车加速性能。
李才强[6]2012年在《电动汽车异步电机弱磁转矩优化方法研究》文中提出2012年，国际油价再创新高，石油已经不再是一种廉价的能源，纯电动车是解决燃油车辆所带来的能源和环境问题最有希望的方案之一。矢量控制技术以其良好的动静态性能在电动汽车中得到了广泛应用，但这种控制系统当电机频率上升到基频后，电池电压已经无法提供随着转速增加而不断升高的反电动势，使得电机转速无法继续上升。因此需要通过减小电机磁场来使电机运行在额定转速以上，即弱磁控制。电机运行在弱磁区域时，弱磁控制策略很大程度上决定了电机的转矩输出能力。传统弱磁控制方法使转子磁场与转速成反比。这种控制方法虽然简单，但是忽略了定子电压中的漏抗压降，电压往往提前达到饱和，而且传统弱磁控制方法动态响应慢，在高速区电机的转矩能力不能充分发挥。基于电压检测的弱磁控制方法通过两个PI调节器来自动调节弱磁区励磁电流和转矩电流的分配，该方法动态响应快，在电机的整个运行区域能产生最大的转矩，对参数依赖小，但是该方法在传统的矢量控制技术上增加了两个PI调节器，实现复杂，系统参数整定难度很大。论文针对传统弱磁控制方法和基于电压检测弱磁控制方法中存在的问题，通过对电机弱磁区域运行状态的研究，采用有效的弱磁转矩优化方法，从而提高了电机在弱磁区域的转矩输出能力。论文以交流异步电机的数学模型为基础，详细分析了电机在电流和电压限制条件下的运行状态。针对异步电机在不同区域的运行特征，分析了论文采用的弱磁控制方法，并以提升弱磁区转矩输出能力和动态特性为目的，研究了弱磁控制系统的两个关键问题：弱磁区域的判断和弱磁区域电流的分配策略。论文在Matlab/Simulink中搭建了基于电动汽车异步电机的转子磁场定向矢量控制模型。对传统弱磁控制方法和论文采用的弱磁控制方法进行了仿真验证。最后以TI公司生产的DSP芯片TMS320F28035为控制核心，设计了一款用于电动汽车的电机控制器，搭建了系统实验平台。在此基础上对异步电机矢量控制技术和高速时异步电机弱磁控制方法进行实验研究，并对实验过程中出现的问题进行了分析和解决。试验和仿真结果表明，论文所采用的方法有效地提高了弱磁区电机的输出转矩。
张立伟[7]2005年在《电动汽车用异步电机系统效率优化控制研究》文中提出目前,大量应用于工农业生产的交流异步电机驱动系统,存在着整体效率较低的缺陷,造成资源浪费严重。本文以应用于电动汽车的中小功率等级异步电机驱动系统为研究对象,并针对被广泛应用的SVPWM电压型逆变器输出调制电压中含有基波电压以及谐波电压的实际特点,提出要从两个方面对稳态轻载工况下异步电机系统进行效率优化控制:优化电机的基波励磁磁链,寻找由基波电压所引起的电机铁芯损耗和铜损的最优平衡点,以减少由基波电压引起的电机损耗;优化SVPWM发生方法,控制逆变器的谐波电压输出,以减少由谐波电压引起的电机铁芯损耗和铜损。论文主要包括以下几个方面: 针对常用MATLAB/Simulink模块库所提供的异步电机模型不包含铁芯损耗这一缺陷,本文提出了一种计及铁芯损耗的异步电机数学模型,模型不包含微分环节,保证了仿真时的稳定性,模型所需参数均可通过普通的短路和空载实验获取。模型符合电机实际情况,具有简单、可靠、易于实现的优点。 基于损耗模型控制(LMC)以及最小直流母线功率在线搜索控制(SC)的研究成果,本文提出了一种新型混合在线式直流最小功率模糊搜索效率优化控制算法(FLSC)。算法包含有新型的比例因子提取策略,同其它模糊搜索控制相比,该策略不需通过仿真计算,就能在线得到电机各稳态工况下对应的FLSC输入输出变量用比例因子。此外,还首次对FLSC用模糊集合及其隶属度函数进行了系统化设计,解决了系统在效率最优点处的振荡问题。计算机仿真表明,本FLSC兼有LMC算法和SC算法的双重优点,并克服了两种算法的不足,具有很好的鲁棒性,极大的提高了系统的控制性能。 本文提出了新型SVPWM零电压作用时间分配方法和新型SVPWM过调制算法。前者从基于载波调制方式的CBPWM与基于空间电压矢量方式的SVPWM之间联系出发,将CBPWM的研究成果应用于SVPWM零电压作用时间分配中,从而极大的降低了逆变器谐波电压输出。后者按照电压矢量的幅值比例,通过对参考电压矢量以及六边型顶点电压矢量的幅值控制,使系统逐渐由线性调制工作状态过渡到六阶梯波工作状态,在整个过程中逆变器输出的基波电压具有线性调制的性质。仿真表明,同其它过调制算法相比,本算法对应的谐波电压含量低,能够极大的改善逆变器的输出性能。 本文在基于TMS320F2407A的1.8kW/5.4kW异步电机实验台架上,进行了新型FLSC效率优化控制实验研究,结果表明本文所提FLSC算法,能够极大的缩短控制系统的寻优时间,并具有很好的适应性,可以方便的应用于各种功率等级的异步电机。100kW/160kW电动汽车用异步电机实验台架上的SVPWM过调制实验证明,本文所
张倩[8]2008年在《电动车动力控制系统设计与仿真》文中研究指明随着我国车辆保有量的增加,环境污染和能源短缺两大问题将更加突出,电动车由于污染小、节能两大优势已成为世界各国研究的焦点。电机驱动动力系统作为电动汽车的关键组成部分,一直为广大学者所关注,而异步电机以其体积小,价格低,维护简单等优点在电动车动力系统中得到了最为广泛的应用。本文根据异步电机多变量、非线性、强耦合数学模型的特点,将异步电机由叁相静止坐标下的各变量变换到两相同步旋转坐标系下,并建立了坐标变换模型;利用转子磁场定向技术,将定子电流分解为励磁电流分量和转矩电流分量,做到分别控制磁通和转矩,对交流电机实现类似直流电机的转速控制与调节,以获得快速响应和精确的控制目标。在分析按转子磁场定向的矢量控制基本原理及推导控制方程式的基础上,建立了按转子磁场定向的矢量控制结构框图;设计了转子磁链观测器以及磁通、转速和转矩叁个调节器;在分析电压空间矢量(SVPWM)的基本原理及控制算法基础上,建立了SVPWM的MATLAB/SIMULINK仿真模型,并进行了仿真。基于矢量控制结构框图,在MATLAB/SIMULINK平台上,对按转子磁场定向的矢量控制系统进行建模,对整个系统就空载起动、带负载起动、加载、减载、加速、减速等情况分别进行了仿真,通过对仿真结果进行分析,表明该控制系统静态稳定性好、动态反应快、超调小。而后在整车中的仿真结果也表明该系统驱动的电动车具有很好的起动、加速能力及良好的动态响应能力和静态稳定性,能够满足电动车的动力性能要求。
汪玄[9]2013年在《电动汽车用异步电机节能控制方法的研究》文中提出电动汽车作为新能源汽车代表，因为具有无尾气污染、行驶噪声小等内燃机汽车不可比拟的特性,必将成为未来的汽车市场的主导。异步电机具有运行可靠、易维护修理等诸多优点，被广泛运用到电动汽车，异步电机驱动的电动汽车目前在技术方面还没有内燃机汽车成熟与完善，车载电池电能存储量有限造成电动汽车续航能力差的问题是影响电动汽车发展的关键问题。结合先进的调速技术、并针对电动汽车实际运行特性，研究异步电机节能控制问题对电动汽车的发展具有重要意义。本文首先，研究了基于SVPWM的异步电机矢量控制，在介绍了矢量控制原理的基础上，将空间矢量脉宽调制（SVPWM）技术引入到矢量控制中，在SIMULINK仿真环境中进行了SVPWM矢量控制仿真；其次，研究了基于SVPWM矢量控制的异步电机节能控制，在分析节能控制原理的基础上，利用等效铁损电阻值并联到电机定转子侧的等效电路，推导出了异步电机在基频以下的最优磁链，针对实际中电动汽车经常运行在高速弱磁区情况，通过对异步电机的运行特性的分析，推导出了弱磁区的最优磁链，在SVPWM矢量控制基础上进行了恒转矩区和弱磁区最小损耗节能控制仿真验证，仿真结果表明此方法相比传统的基于SPWM矢量控制的节能控制效果要好；最后，针对电动汽车频繁启动制动下，需要较快动态响应速度问题，研究了节能控制下电机快速响应问题，在基频以下，运用动态电流重新分配和恢复额定磁通水平的方法一定程度上改善了电动汽车频繁启动或者爬坡情况下的性能指标；在高速弱磁区，推导了逆变器最大电压和电流输出能力的限制作用下的动态电流分配，仿真结果表明所给控制方法有效提高了弱磁区动态响应速度。
秦文东[10]2013年在《纯电动汽车感应电机驱动系统控制建模与仿真研究》文中提出当前，各国政府大力推进纯电动汽车的研究与开发。随着纯电动汽车的大力发展，如何对高性能纯电动汽车快速高效的开发成为了新的课题。高性能纯电动汽车的研发，关键在于蓄电池技术、电机及其控制技术、电动汽车整车技术以及能量管理技术等多项电动汽车关键技术的发展。电机是电气驱动系统的核心,电机的性能、效率及其控制技术直接影响电动汽车的性能。因此，在发展高性能和高效率电机的同时，加强其控制技术的研究，对提高纯电机汽车的性能将具有重要的作用。传统PID控制算法简单、鲁棒性好和可靠性高，不依赖于被控对象的精确模型，只需了解对象的响应特性就可设计出控制器，因而其设计方法简单，方便易行，从而被广泛应用于工业过程控制中。随着其广泛应用，不足之处也日益突出，如PID控制器参数的整定问题。在实际应用中，由于电机系统机理复杂，具有多输入、多输出的强耦合性、参数时变性和严重的非线性等，因此，传统PID控制电机难以获得满意的控制效果。同时，在纯电动汽车的研发过程中，由于计算机仿真技术可对各子系统设置的参数进行灵活修改，各个模块也可重复使用，从而仿真模型可有效缩短纯电动汽车的研发周期、提升纯电动汽车的各种性能和加快纯电动汽车的研发及投入生产。因此，本论文以纯电动汽车为对象，利用仿真分析方法，对控制纯电动汽车驱动电机系统的增量式PID控制算法和模糊PID控制算法等相关理论与方法进行研究。本文通过对驱动电机进行比较研究，为在满足设计目标的条件下驱动电机的合理选型和参数的合理选择与匹配提供了依据；对驱动电机的数学模型进行分析，给出其转矩和运动方程、电压方程、磁链方程，以及不同坐标系下叁相异步电动机数学模型。在此基础上，基于MATLAB/Simulink仿真平台，建立了纯电动汽车驱动电机的仿真模型；同时，基于仿真软件MATLAB/Simulink，建立纯电动汽车异步电动机控制系统的仿真模型，基于增量式PID控制算法，探讨该算法对叁相异步电机控制的影响，论证该算法可提高异步电机励磁绕组所产生的磁链旋转质量，使其速度加快，及时跟随电机对转速的调节需求，有效地提高电机的动态特性，对实现电机的良好控制有着良好的作用；最后，建立了电机驱动系统、电池、电动机/控制器、能量管理与计算系统、整车动力学等相关部件的仿真模型，在此基础上，建立纯电动汽车整车的仿真模型，利用该仿真模型，基于模糊PID控制算法，探讨该算法对驱动电机控制的影响，论证该方法可提高整车对测试工况速度跟随性、动力性和行驶稳定性，改善整车的动力性、运行效率以及对能源的经济性具有良好的作用。
参考文献：
[1]. 电动汽车交流异步电机控制系统[D]. 郑鹏飞. 南昌航空大学. 2018
[2]. 电动汽车用异步电机驱动控制器研究[D]. 马一鸣. 山东理工大学. 2017
[3]. 小功率电动汽车用异步电机控制策略研究[D]. 王婷婷. 浙江大学. 2016
[4]. 燃料电池城市客车车用异步电机控制策略优化[D]. 赵欣. 清华大学. 2010
[5]. 基于改进型变速积分的车用异步电机矢量控制算法研究[D]. 袁炀. 电子科技大学. 2013
[6]. 电动汽车异步电机弱磁转矩优化方法研究[D]. 李才强. 重庆大学. 2012
[7]. 电动汽车用异步电机系统效率优化控制研究[D]. 张立伟. 中国科学院研究生院（电工研究所）. 2005
[8]. 电动车动力控制系统设计与仿真[D]. 张倩. 中北大学. 2008
[9]. 电动汽车用异步电机节能控制方法的研究[D]. 汪玄. 沈阳工业大学. 2013
[10]. 纯电动汽车感应电机驱动系统控制建模与仿真研究[D]. 秦文东. 广西科技大学. 2013
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