电动汽车用开关磁阻电机无位置控制策略研究

来源 :天津科技大学 | 被引量 : 2次 | 上传用户:squallleo2009
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电动汽车已经成为当今汽车产业发展的主流趋势,而电机驱动技术则是电动汽车研发中至关重要的核心技术之一。开关磁阻电机(Switched Reluctance Motor,简称SR电机),其本体结构形式简易、运行稳定性较高、可控参数多、输出力矩密度相对大、适合于频繁起动;再加上易于维护、使用寿命较长且成本相对较低,在煤矿、工业机床、物流传送、航空动力等诸多领域得到了广泛的使用和推广,并有着广阔的应用前景。特别是近年来在新能源汽车上的应用明显增多,逐渐成为了电动汽车驱动的优先选择。在传统开关磁阻电机调速系统运行的过程中,需要根据位置传感器获取的转子角度信号来进行换相控制。然而位置传感器在高温、振动、潮湿、油烟等工作环境中会失效,很大程度上限制了开关磁阻电机的使用场合及范围。因此为了能够更大程度上使得开关磁阻电机的优势得以充分展现,扩展该种电机应用场合,如何实现开关磁阻电机的无位置控制是当今电机控制领域研究的热门方向之一。  本文首先介绍了现阶段新能源汽车的发展状况,对开关磁阻电机国内外研究现状进行了分析,着重讨论了SR电机激励脉冲法、电感检测法等无位置控制策略及其各自的适用条件和优势。然后结合本文研究的四相8/6极样机,详细分析了SR电机的最小磁阻原理,讨论了目前开关磁阻电机常用的电流斩波、变角度控制等基本控制策略。  在开关磁阻电机各项静态参数当中,自感和互感是影响电机运行状态非常重要的两个因素,因此自感特性和互感特性对SR电机本体的设计及优化、驱动系统的设计开发都十分重要。本文根据新型两相同步对称励磁模式下开关磁阻电机的自感和互感特性,设计了自感交点法和互感最大值法两种无位置控制策略。详细分析了两种策略的理论基础、实现的过程以及各自的影响因素等。在MATLAB/Simulink工程仿真环境中对两种无位置控制策略进行了建模及动态模拟分析,并依据仿真的结果对两种控制策略进行评价,分析其影响因素。  在经过理论分析和动态模拟仿真之后,为验证本文设计的无位置控制策略的有效程度,以一台4kW四相8/6极样机为研究对象,以德州仪器的TMS320F28335为主控制芯片,设计了SRD系统的硬件和软件部分。本文详细介绍了硬件系统中的主电路、检测电路、驱动电路以及软件系统中的初始化程序、主程序以及捕获、换相等子程序。仿真和实验结果证明,本文设计的无位置策略能够较为准确的估计出转子的位置角度。
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