纯电动汽车驱动系统控制研究

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近年来,汽车保有量的持续增加导致能源危机和环境污染日趋严重,汽车由传统燃油汽车向新能源汽车发展也势在必行。其中,纯电动汽车由于能量利用率高、零排放等优势得到了快速发展。驱动控制系统作为纯电动汽车唯一的动力来源,其电机类型及控制技术等直接影响整车的性能优劣。因此,本文以纯电动汽车为研究对象,对驱动控制系统进了研究,主要内容如下:(1)阐述了内置式永磁同步电机(IPMSM)的工作原理,通过不同坐标系之间的变换推导出各个坐标系下的数学模型,分析研究了矢量控制策略原理、逆变器工作原理以及七段式空间矢量脉宽调制(SVPWM)算法,为后续工作的开展奠定基础。(2)研究了IPMSM的全速域电流控制策略。根据纯电动汽车对驱动系统的控制要求,在矢量控制的基础上提出在基速以下最大转矩电流比(MTPA)控制、在基速以上弱磁(FW)控制的全速域电流控制策略。并通过Matlab函数计算出全速域电流控制策略中不同转矩、转速对应的直、交轴电流。同时结合实际工况分析了电感、磁链变化对全速域电流控制策略的影响,针对磁链变化提出了基于电压反馈的电流补偿控制策略。最后在Matlab/Simulink中建立IPMSM仿真模型,验证上述控各种制策略的可靠性。(3)针对传统PI控制的动、静态响应能力和抗负载扰动能力较差等缺陷,在全速域电流控制的基础上研究IPMSM双环预测控制策略。首先分析了模型预测控制的原理,其次设计了IPMSM的转速环模型预测控制器,并且通过设计指数形式的参考轨迹来降低系统的振荡,通过将有约束的优化问题转化为二次规划问题从而降低了计算的复杂程度,同时设计了无差拍电流预测控制器来代替PI控制器,抑制了电流谐波和提高电流的动态响应。最后在Simulink仿真平台中验证了双环预测控制的优越性以及与全速域电流控制相结合的有效性。(4)设计了基于驾驶意图识别的纯电动汽车驱动控制策略。首先分析了纯电动汽车驱动系统的工作原理。其次制定了正常模型和低电量模式的控制策略,在正常模式中通过驾驶意图识别来确定加速时间与选择合适的冲击度,从而实现整车不同形式的加速,在低电量模式以单位里程耗能最低为目标设计了最优行驶车速。最后在Matlab中将整车模型与IPMSM模型进行联合仿真验证控制策略的有效性与智能性。
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