混合动力车用永磁同步电机参数匹配与控制算法研究

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1、———————————————————————————————混合动力车用永磁同步电机参数匹配与控制算法研究—————————————————————————————————ResearchonPermanentMagnetSynchronousMotorParameterMatchingandControlAlgorithmforHybridElectricVehicle———————————————————————————————作者姓名：曹永霞专业名称：车辆工程指导教师：王伟华教授学位类别：工学硕士答辩日期：2015年5月31日摘要混合动力车用永磁同步电机参数匹配

2、与控制算法研究在能源和环境问题日益突出的今天，混合动力汽车凭借其排放低、燃油经济性好等优点，得到了越来越多的重视。电驱动及其控制系统是混合动力汽车的关键技术之一，本文通过分析几种典型的驱动电机的主要特性对其进行综合评价，并参考现有车型驱动电机的类型，最终选择插入式永磁同步电机(IPMSM)作为本文的研究对象。混合动力汽车的动力需求特点要求电机具有低速恒转矩高速恒功率的外特性，并且具较宽的恒功率范围；使电机满足上述输出特性的要求、提高电机高速时的输出能力、改善电机在高速运行时的稳定性是本文的研究目标。为了实现上述目标，本文从电机本体参数匹配、逆变器控制算法的改进、永磁同步

3、电机弱磁控制算法的设计以及电机控制系统的建模仿真等方面对电机控制系统进行了研究。1.电机控制的首要问题是明确电机的原理，建立电机的模型。本文建立了不同坐标系下的电机数学模型，明确了它们之间的转化关系；依据电机dq坐标系下的数学模型，在Matlab/Simulink平台下建立了电机的仿真模型。2.分析影响电机输出性能的因素，确定了车用驱动电机逆变器的控制策略和电机定子电流控制策略。以控制策略为约束，以系统的特征参数：凸极率、弱磁率为变量，分析其对电机外特性的影响；给出了弱磁率、凸极率的参考取值范围，以及由凸极率、弱磁率等条件计算电机本体参数的公式，并以本文研究车型为例，计

4、算出了一组电机本体参数。3.驱动电机由车载电池供电，动力电池可以近似认为是一个电压源，逆变器采用电压型逆变器。本文详细阐述了逆变器空间矢量脉宽调制(SVPWM)方法的基本原理，并且针对该方法存在的固有缺陷：电压相位滞后；提出了电压相位补偿方法，并验证了该方法的有效性。然后，根据电压基波幅值相等的原理设计了逆变器的过调制控制算法，提高了系统的输出能力。4.弱磁扩速是驱动电机控制必须要解决的问题，本文首先分析了电机弱磁控制的原理及其动态过程，给出电机弱磁控制时理想的定子电流轨迹；比较前馈弱磁控制和I反馈弱磁控制的优缺点，吸取二者的优点，在过调制控制算法的基础上，设计了基于过

5、调制的前馈-反馈弱磁控制算法，改善了电机的输出性能，扩大了电机的工作区域。关键词：混合动力汽车，永磁同步电机，参数匹配，过调制，弱磁控制IIABSTRACTResearchonPermanentMagnetSynchronousMotorParameterMatchingandControlAlgorithmforHybridElectricVehicleNowadays,astheenergycrisisandenvironmentalpollutionareworsening,hybridelectricvehicles(HEVs)haveattractedmore

6、andmoreattentionbytheadvantagesoflowemissionandlowfuelconsumption.DrivingmotorcontrolsystemisoneofthekeytechnologiesofHEVs.Basedontheanalysisoftheperformancecontrastofseveraltypicaldrivingmotors,thepaperselectedtheinteriorpermanentmagnetsynchronousmotor(IPMSM)asresearchobject.Tosatisfyth

7、epowerrequirementsofahybridelectricvehicle(HEV),themotorshouldworkwithconstanttorquebelowbasespeedandconstantpowerabovebasespeed.Inaddition,itsconstantpoweroperationrangeshouldbewideenough.Thegoalistomeettheaboveoutputcharacteristics,enhancetheoutputperformancesathighmoto