博士论文--永磁型双机械端口电机的控制与应用研究

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1、摘要分类号密级UDC编号中国科学院研究生院博士学位论文永磁型双机械端口电机的控制与应用研究指导教师中国科学院电工研究所研究员申请学位级别工学博士学科专业名称电力电子与电力传动论文提交日期年月论文答辩日期年月日培养单位中国科学院电工研究所学位授予单位中国科学院研究生院答辩委员会主席研究员VIII摘要摘要双机械端口电机是一种具有两个机械端口和两个电气端口的新型电机。与丰田Prius一样，基于该种电机的混合动力系统能够实现电力无级调速，已成为混合动力汽车研究领域中的一个热点。在查阅大量相关资料的基础上

2、，本文作者针对永磁型双机械端口电机的应用中急需解决的控制问题展开研究，主要研究内容如下：推导出基于永磁型双机械端口电机的混合动力系统在各工作模式下的系统数学模型，建立了集永磁型双机械端口电机及其控制器、发动机、整车为一体的机电一体化仿真模型。弱磁控制技术是永磁同步电机控制的重要研究内容。本文基于小信号分析方法，推导出永磁同步电机弱磁控制的传递函数，提出保证系统稳定的电流环和弱磁电压环调节器PI参数的设计方法；设计了模糊自适应整定的弱磁PI控制器，将其应用于永磁型双机械端口电机的外电机控制，提高了

3、弱磁电压调节器的动态响应速度、减小了系统超调。针对降低永磁型双机械端口内电机转速超调和提高其抗负载转矩扰动能力两个应用问题，设计了I-P型速度控制器，实现了内电机转速环的小超调控制，减小了启/停发动机过程中作用在内外电机上的突变转矩；设计了一种基于电磁转矩反馈补偿的新型I-P速度控制器，提高了内电机速度环的抗负载转矩扰动能力，这是实现混合动力系统的动态功率优化分配的基础。上述永磁型双机械端口电机控制方法的有效性经过了仿真和实验的验证。上述研究成果应用于“863”课题（北汽自主品牌混合动力汽车用E

4、VT系统的开发）的永磁型双机械端口电机控制。经过国家交通部实验场的动力性能测试，该车达到了最初的设计指标，即最高车速124km/h，爬坡度为标准坡道30%，百公里加速时间小于30s。关键词：永磁型双机械端口电机PI参数模糊自适应PI控制器机电一体化仿真IP速度控制器电磁转矩反馈补偿抗负载转矩扰动VIIIABSTRACTTheStudyonControlandApplicationofPermanentMagnetDualMechnicalPortsMachineGuoXinhua(PowerEl

5、ectronicsandMotorDrives)DirectedbyWenXuhuiAbstractTheDualMechanicalPortsMachine(DMPM)isanovelmotorwithtwomechanicalportsandtwoelectricalports.Thehybridpowertrainsystembasedonsuchmachineisbecomingtheresearchhotspotbecauseithasthesamefunctionalityasthe

6、ToyotaPriusandcanachieveElectricVariableTransmission.Basedonanextensiveliteraturereview,thisdissertationfocusesontheurgentissuesinthecontrolandapplicationofPermanentMagnetDualMachnicalPortsMachine(PMDMPM).Themaincontentsareasfollows:Themathematicalmo

7、delofsystemindifferentworkingmodesforthehybridpowertrainsystembasedonDMPMisdeduced,andtheelectromechanicalintegrationsimulationmodelhasbeenconstructedwithasetofDMPManditscontroller,ICEandvehicleasawhole.Theflux-weakeningcontrolisthekeyresearchissuefo

8、rpermanentmagnetsynchronousmotor.Basedonthesmallsignalmode,thetransferfunctionoftheflux-weakeningcontrolofPMSMisdeveloped;thedesignmethodofPIparametersforcurrentandflux-weakeningvoltageregulationloopsisfurtherproposed,whichcanguaranteethestabilityoft