开关磁阻电机动态特性优化及与整车匹配研究

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随着世界能源危机与环境问题的加剧,新能源汽车领域关键技术的发展与研究倍受关注。发展新能源汽车既是世界汽车工业发展的目标,也是我国十二五规划中最重要的任务,而作为电动汽车核心部件的驱动电机,它的整车驱动与匹配特性成了该领域急需研究的关键技术之一。开关磁阻电机以其独特的优势,已经成为当代新能源汽车驱动电机中最具竞争力的机种。在电动汽车工程设计过程中,其驱动及匹配特性将直接影响到整车的动力性和经济性,因此针对本文提出的一种新型绕线励磁模式开关磁阻电机,在其电磁场特性、驱动特性优化和整车参数匹配三个方面进行了深入研究。  分析了开关磁阻电机传统励磁绕组绕线方式,针对其两相励磁转矩不对称问题提出了一种基于两相励磁模式的对称布置绕线方式,该绕线励磁模式能降低转矩脉动、提高平均转矩,这将大大提高电动汽车乘坐舒适性及动力性指标;利用数值分析的方法,详细分析了两种励磁模式下电磁特性及转矩特性,并对各模式下电磁特性与转矩特性规律进行了深入地探讨;引入了磁链比例系数、电感比例系数、互感比例系数和转矩比例系数,对两种模式下各参数进行了量化对比分析,研究了各参数的差异规律特性;设计了新型开关磁阻电机磁链测试试验方案,基于龙贝格数值积分算法对提出新型励磁模式电机各参数特性进行了试验验证。这都为开关磁阻电机的准确建模及其高性能控制提供了依据。  针对提出的新型励磁模式开关磁阻电机及其电磁特性,建立了其非线性动态仿真模型;深入研究了影响开关磁阻电机动态特性的因素及其影响规律,并提出了一种多指标同步优化目标函数,以达到优化电动汽车用开关磁阻电机转矩整体动态特性的目的;在引入多指标同步优化权重系数的基础上,确立了基于负载转矩与电机转速的最优开通角和关断角模型;以提高电机整体动态特性为目标,建立了开关磁阻电机驱动系统优化控制模型,通过对四种不同优化策略的对比分析,证明了本文提出的多指标同步优化策略能大大改善电动汽车用开关磁阻电机的平均转矩、转矩脉动及效率这三个指标参数。  在电动汽车用开关磁阻电机非线性动态模型的基础上,对其控制器进行了软硬件设计;采用提出的开关磁阻电机驱动系统多指标同步优化控制策略,进行了优化策略试验研究与验证,试验结果说明了本文提出优化策略的有效性与优越性。  以开关磁阻电机与整车参数匹配为研究目的,对开关磁阻电机动态驱动特性进行了分析研究;并根据电动汽车设计参数建立了电动汽车整车性能仿真模型;围绕电动汽车整车、开关磁阻电机与蓄电池选择匹配问题,深入研究了蓄电池单体容量对电动汽车整车性能的影响规律;基于电动汽车循环工况,提出了一种以提高蓄电池利用效率为目标的电动汽车蓄电池参数优化匹配方案,通过引入蓄电池SOC质量比系数的概念对蓄电池个体容量及组容量进行了优化选择;在两种传动系设计方案的基础上,提出了一种基于循环工况的电动汽车传动系比正交优化设计方法,确定了不同设计方案下的最优传动系比;以提高电动汽车整车性能综合指标系数为目标对两种方案进行了对比分析,选择了拟设计电动汽车最佳传动系方案,并对该方案下电动汽车整车性能及开关磁阻电机动态性能进行了分析。  对电动汽车用开关磁阻电机动力及匹配特性进行了半实物试验研究,针对车辆动态负载特性搭建了电动汽车用开关磁阻电机半实物性能测试平台;模拟了电动汽车不同行驶工况下开关磁阻电机及其整车动态特性;验证了本文设计的微小型电动汽车传动系方案的可行性。
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