双轮载人自平衡电动车驱动控制系统研究

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1、辽宁工业大学硕士学位论文双轮载人自平衡电动车驱动控制系统研究工程领域:电气工程研究生:马林校内指导教师:曹勇副教授校外指导教师:赵国强高级工程师辽宁工业大学电气工程学院二〇一五年三月MasterThesisResearchonDriveControlSystemofTwo-WheelAndSelf-balancedElectricVehicleSpeciality:ElectricalEngineeringCandidate:MALinSupervisors:AssociateProfessorCAOYongSeniorEngineerZHAOGuo-qiangLiaoningUni

2、versityofTechnologyJinzhou,121001,ChinaMarch2015摘要双轮载人自平衡电动车是一种新式交通工具，具有小巧灵活、环保节能等优点。它是多个学科交叉的产物，具有广阔的市场前景和较高的科研价值。电机驱动控制系统是双轮载人自平衡最重要的子系统之一，其性能直接决定了自平衡车的性能。为满足平衡车对高性能电机驱动系统的要求，论文对直接转矩控制技术在永磁同步电机驱动系统中的应用做了深入研究。论文首先建立了双轮载人自平衡电动车的数学模型和永磁同步电机直接转矩控制的仿真模型，在此基础上阐明了自平衡电动车的平衡机理和直接转矩控制系统的特点。为提高系统的响应速度、拓

3、展系统的运行范围，论文对最大转矩电流比控制和弱磁控制在直接转矩控制中的应用作了深入分析和探讨。针对传统直接转矩控制系统存在系统开关频率可变、器件开通和关断损耗过大等缺点，论文将电压空间矢量调制方法应用于直接转矩控制系统中，从而固定了系统的开关频率。为进一步提高系统的动态和静态性能指标，本文对模糊控制在系统中的应用进行了分析，建立了基于模糊PID速度调节器控制的直接转矩控制系统。最后，论文还研究了系统实验平台的硬件电路，并给出了软件流程图和部分源代码。论文主要围绕对传统永磁同步电机直接转矩控制系统性能的提高和改善展开，在传统直接转矩控制系统的基础上逐步建立起了基于模糊控制和电压空间矢量

4、调制方法的永磁同步电机宽速度范围运行直接转矩控制系统。为说明最大转矩电流比控制、弱磁控制和SVPWM算法对系统性能的改善，文中进行了一系列的仿真研究。针对一个PID参数无法满足系统全速范围运行的要求，文中整定了三组PID参数，采用模糊PID算法，达到了理想的控制效果。研究结果表明：最大转矩电流比控制策略达到了提高系统的动态性能的目标；弱磁控制算法的应用拓宽了系统的速度范围；SVPWM算法使得系统的开关频率得到固定，在一定程度上减小开关损耗；模糊PID算法可以提高系统的性能。论文所建立的系统基本满足了自平衡电动车对驱动系统的要求，为进一步的理论和实践研究提供了了理论支撑。关键词：永磁同

5、步电机；直接转矩控制；最大转矩电流比控制；弱磁控制；电压空间矢量调制；模糊控制IAbstractTwo-wheeledandself-balancingelectricvehicleisanewtypeoftransport,itissmartandenvironmentallyfriendlyandenergyefficient.Thevehicleistheoutcomeofmanydisciplines,andhasabroadprospectandgreatscientificresearchvalue.Motordriveisoneofthemostimportantsub

6、systemsofthevehicle,itdirectlydeterminestheperformanceofthevehicle.Tofulfillthehighrequirementoftheself-balancingvehicle,thisthesisdoessomedeeperresearchontheapplicationofPMSMDTCdrivetechnologyinthemotordrivesystemofthevehicle.Themathematicalmodeloftheself-balancingvehicleandthesimulationmodelo

7、fthePMSMDTCareproducedinthisthesisfirst,illustratesthemechanismsofbalanceandalsoshowsthecharacteristicofthePMSMDTCsystem.Toimprovetheresponsespeedofthesystemandenlargetheoperatingrange,deeperresearchontheapplicationofMTPAandfieldw