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电力无级变速系统是一种新型的混合动力方案,它通过双机械端口电机实现机械能量和电能的转换和传递,与行星齿轮混合动力系统相比具有结构简单,加工工艺方便等特点,因此成为混合动力汽车领域研究中的一个热点。本文主要对基于永磁型双机械端口电机的电力无级变速系统展开了研究,主要内容如下:
采用等效磁路与有限元分析结合的方法对两种不同结构的永磁型双机械端口电机的电磁耦合程度进行分析,分析结果表明虽然统一磁场永磁型双机械端口电机内、外电机之间的电磁耦合较强,但由于其外转子采用非导磁材料引起等效气隙增加,电磁耦合对内、外电机的电磁转矩的影响较小;非统一磁场永磁型双机械端口电机内、外电机之间电磁耦合较弱,可以视为两个独立的永磁同步电机。
在对永磁电机电流轨迹分析的基础上,针对永磁同步电机的弱磁区转矩控制问题,提出了基于有功功率计算电磁转矩的转矩闭环控制方法,并通过一种在线计算PWM占空比的电压重构方法,提高了转矩控制的精度,实验验证了所提方法的有效性。
采用复矢量描述方法对同步旋转坐标系下电流调节器的动态响应特性进行了分析,针对同步旋转坐标系复矢量PI电流调节器的抗干扰性能较差引起d、q轴电流脉动较大的缺点,提出了增加虚拟电阻的方法改善其抗干扰性,以取得理想的电流调节动态响应,实验验证了该方法的有效性。
在电力无级变速系统中,双机械端口电机内电机采用转速环控制策略,控制发动机的转速;外电机采用转矩环控制策略,控制指令为需求转矩与发动机输出转矩之差。
发动机输出转矩含有为大于平均转矩4倍的脉振转矩,论文中对扭转减振器数学模型及其模型参数的选取进行了研究;针对发动机启动/停止过程中内电机转矩的正负突变问题,提出了一种传动系振动抑制方法,该方法在DMPM外电机转矩指令中增加振动抑制补偿转矩指令,抑制了内电机转矩正负突变的对外转子输出转矩的影响,实验证明了方法的有效性。
本文研究成果已经成功应用于国家“863”项目—北汽自主品牌混合动力汽车用EVT系统的开发,作者参与了永磁型双机械端口电机驱动控制系统的开发,EVT系统样车的装车、调试工作,上述双机械端口电机内、外电机的控制策略、发动机输出转矩脉振抑制方法以及其启动/停止过程中振动抑制方法在系统中得到了应用。混合动力汽车性能达到了最初的设计指标,最高车速达到124km/h,爬坡度为30%,百公里加速时间小于30s。