【摘 要】
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纯电动车用驱动电机较多采用高效率和高功率密度的永磁同步电机（PMSM:Permanent Magnetic Synchronous Machine）。PMSM能量来源主要受电池等存储容量的限制,在保证安全性前提下提高控制系统的整体性能来增加续航里程,对负责信源转换的变换器及其调制和控制策略提出了更高要求。本课题以控制永磁同步电机的中点钳位（NPC:Neutral Piont Clamp）三相三电平
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纯电动车用驱动电机较多采用高效率和高功率密度的永磁同步电机（PMSM:Permanent Magnetic Synchronous Machine）。PMSM能量来源主要受电池等存储容量的限制,在保证安全性前提下提高控制系统的整体性能来增加续航里程,对负责信源转换的变换器及其调制和控制策略提出了更高要求。本课题以控制永磁同步电机的中点钳位（NPC:Neutral Piont Clamp）三相三电平直-交变换器为研究对象,对三电平衍生的两电平拓扑结构,三电平拓扑结构,直流电压线性区域调制策略,系统稳定性和可靠性控制策略,及影响系统控制性能的参数辨识策略进行了研究,其主要研究工作和成果如下:1.对三相两电平拓扑结构和空间矢量调制算法进行研究,简化了传统调制算法的调制步骤,优化了区域内空间矢量作用时间计算方式,提出了改进两电平拓扑基础上的区域顺序判断和时间优化调制算法。改进的两电平拓扑结构为三两电平调制转换策略实现准备了条件,优化的调制算法节省了硬件资源。2.研究了二极管钳位型（D-NPC:Diodes Neutral Piont Clamp）和主动钳位型（A-NPC:Active Neutral Piont Clamp）三电平变换器拓扑结构,提出了改进的二极管钳位型（ID-NPC:Improved Diodes Neutral Piont Clamp）和改进的主动钳位型（IA-NPC:Improved Active Neutral Piont Clamp）三电平变换器拓扑结构,并对开关损耗分配进行了分析。采用ID-NPC和IA-NPC拓扑结构的变换器热损耗分布更均匀。3.研究了三电平SVPWM调制原理和调制步骤,优化了三电平角度顺序合成调制步骤,改进了矢量合成算法,提出了2倍幅值替代和1/2幅值替代的合成算法。2倍幅值替代合成算法线性调制区面积是原线性调制区面积的1.103倍。4.在分析两电平和三电平拓扑结构基础上,结合不同电平特点,拓展了ID-NPC拓扑结构的容错功能,改进了系统在不同频率和不同运行状态下的调制策略,提出基于损耗分配和容错功能ID-NPC拓扑结构三两电平调制转换策略。其中两电平采用改进的两电平,改进的两电平是ID-NPC拓扑结构一部分。采用此调制策略,提高了变换器控制系统的可靠性。5.为克服运行状态和非线性因素对PMSM参数辨识影响,提出了改进最小二乘全参数辨识双闭环预测控制策略。通过控制电流电压变化率,采用两次采样补秩,改进了最小二乘参数辨识方法。改进后的最小二乘法仅能辨识出磁链、电阻、电感,控制策略中还需要转动惯量、转矩、阻尼系数等参数值,随引入带约束多目标优化全参数算法对参数值进行二次校正。采用全参数值,将速度环替换为预测控制环,改进了双闭环PID预测控制策略,提高了变换器系统稳定性。本论文有图109幅,表31个,参考文献189篇。
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