面向效率优化的车用永磁同步电机控制策略研究

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永磁同步电机(Permanent magnet synchronous motor,PMSM)作为新能源汽车的主要动力源,对新能源汽车的动力性、经济性以及安全性都有重要影响。对于长期运行于复杂工况的车用PMSM而言,如何进一步合理提升其运行效率是PMSM系统控制研究的一个重要方向。本文以提高车用PMSM驱动效率优化为研究目标,分别基于谐振及谐波抑制技术、最优定子电流搜索控制算法优化电机驱动系统的转速、转矩、定子电流,通过仿真测试验证策略可行性。具体研究内容包括:1)基于PMSM结构及控制原理,搭建考虑定子铜损和等效铁损的PMSM等效数学模型,介绍了矢量控制(Field oriented control,FOC)策略的实现步骤及dire f(28)0控制策略的特点,构建了基于FOC控制策略的考虑损耗的PMSM控制系统模型,并通过仿真验证了所搭建模型的有效性。2)针对车辆系统各部件间谐振所导致的PMSM转速波动现象,基于高通滤波器提取转速波动进行转矩补偿,实现系统主动阻尼。首先,通过分析汽车二质量系统,确定系统传递函数及谐振频率方程,搭建了陷波滤波器与转速环的级联控制系统,有效减弱系统谐振效果。鉴于考虑级联陷波滤波器策略对提取的谐振频率准确度依耐性过高的缺点,采用高通滤波器提取转速波动进行转矩补偿,实现了主动阻尼。基于二质量模型展开仿真分析,结果表明:所研究的主动阻尼策略可以降低由于谐振现象所导致的PMSM运行阶段转速波动。3)针对电流谐波导致PMSM转矩波动的缺点,使用参数辨识及谐波注入策略搭建自适应谐波抑制模块,用于降低PMSM运行阶段的转矩脉动。设计了注入谐波分量来抵消PMSM电流中高次谐波的方法,降低谐波存在所导致PMSM在各部位产生的附加损耗,通过自适应参数辨识有效解决了由于时变参数而导致谐波抑制策略失效的问题。通过仿真验证了自适应谐波抑制策略的可行性,结果表明:基于自适应谐波抑制策略使得PMSM转速及转矩波动明显减小,PMSM运行更加平稳,运行效率得到提升。4)为提升PMSM的运行效率,基于粒子群(Particle swarm optimization,PSO)算法原理,设计了基于吸引排斥分布式PSO优化(Attraction and repulsion-distributed PSO,AR-DPSO)算法改进的搜索控制(Search control,SC)策略。相较于基于黄金分割算法所搭建的SC策略,改进的策略可以确保在非平稳运行工况,PMSM以最优d轴电流更高效率运行。基于整车模型及完整工况的仿真结果表明:AR-DPSO对PMSM运行工况的变化具有较好的适应性,能够在多工况条件下提升PMSM的运行效率。
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