随着全球汽车电动化进程快速推进,电动车必然成为未来交通工具的重要成员之一。电机驱动系统作为电动车中最为核心的零部件,其性能优劣将决定整个车辆的行驶品质。电机驱动系统主要包括电机和逆变器两部分,虽然近几年我国在这两个领域都取得了长足的进步,但与国际巨头相比仍有不少差距,主要体现在细节控制和特殊极限工况的处理上。本文依托于国家科技部重大仪器专项,选择我国有着稀土资源优势的永磁同步电机作为研究对象,立足于优化永磁同步电机控制策略,将矢量控制分解为目标转矩到目标电流过程、目标电流到目标电压过程、目标电压到功率器件开关过程,并提出了详细的优化方案。另外,针对永磁同步电机两个特有故障进行分析,并给出了故障预防及处理方案。在将目标转矩转化成目标电流方面,本文提出了基于转矩-转速-电流MAP进行目标电流分配的矢量控制策略,其核心是把电机能够运行到的区域通过测功台架离线标定好数据,取代传统矢量控制中的电流分配和反馈弱磁调节。首先,论文由电机数学模型推导出最大电流转矩比和最大电压转矩比曲线,利用这两条曲线和电流限制条件求解出转矩-转速-电流MAP控制区域,利用转矩方程和电压转速极限椭圆求解出MAP区域内的所有数据。其次,按照电机参数变化规律分析电机敏感参数变化对整个MAP数据分布的影响,为电机实际控制提供补偿思路。同时为适应逆变器电压波动,引入电压波动修正因子,使得控制算法仅需在指定电压状态下完成标定即可适用于其他电压条件。最后,论文提出了一套利用电力测功系统标定电机转矩-转速-电流MAP的实验方法,将标定过程清晰地分解为若干关键步骤,实现控制数据的测量、提取及整合,最后利用插值工具形成等距表格,整个过程为标定工程师明确了工作思路,加快了电机转矩-转速-电流MAP的标定速度。在将目标电流转化成目标电压方面,本文提出了在原有PI电流控制基础上进行优化的方案。为此文中对比了前馈解耦和内模解耦两种方法在电机矢量控制中的应用,分析了两种解耦方式在电机估算参数准确情况下的解耦度,并构造电流控制传递函数分析了两种解耦方式对电机参数变化的鲁棒性,发现内模解耦能够更好地实现d-q轴电流独立控制。最终将内模解耦与具有抗饱和功能的PI控制相结合,进行了模型仿真、测功台架实验、整车实验。在将目标电压转化成功率器件开关控制方面,本文提出了矢量控制占空比过调制技术,通过算法优化使得电机功率得以提升,并同时分析了过调制产生的电压、电流谐波分量,以及谐波分量对电机控制性能的影响,并设计了一套可变带宽的低通滤波器进行d-q轴电流滤波,消除了谐波对整个控制环节带来的影响,并同时进行了模型仿真、测功台架实验、整车实验。在特殊工况处理方面,本文着重分析了永磁同步电机相比于交流异步电机自身的两个缺点:高速状态下旋转变压器失效容易造成逆变器过压、过流;高温、大电流状态下永磁体容易退磁。针对在高转速高反电动势的状况,文中分析了永磁同步电机旋转变压器失效导致逆变器损坏的原因,提出了利用无位置传感器控制技术对转子磁链角度进行估算的安全保护策略。综合软硬件开销、检测精度、控制影响等因素,采用了基于反电动势观测器的转子角度估算方案,实现了电机高速状态下旋转变压器失效时的保护。针对永磁体高温状况容易退磁的情况,基于永磁同步电机热网络模型提出了一套转子温度估算方法,实现了转子永磁体及磁钢温度的实时估算,结合转子估算温度提出了防止永磁体退磁的降功率策略,大大降低了永磁体退磁的风险,同时解决了原来只测量定子温度造成的电机性能必须保证较大余量的问题,提升了系统持续提供最大功率的能力。最后,为验证本文提出的控制策略,设计了一套峰值功率40kW、额定电压144V的电机逆变器,其主控单元采用英飞凌公司准汽车级芯片XMC4500,功率部分采用英飞凌公司分立MOSFET IRF200F223十管并联方案。逆变器软件上采用MOSFET管芯温度估算算法,使功率电子部分的能力能够充分地发挥。同时为了进行功率测试,还搭建电力测功平台,使逆变器稳态和动态数据能够准确测量。最终以某品牌A00级电动车为整车测试平台,对比原有电机和逆变器,在硬件条件相同的前提下,将整车在续航、加速、安全保护等方面的性能大幅提升。