基于弱磁控制的纯电动车用PMSM调速系统研究

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由于石油资源的不断枯竭以及汽车尾气排放带来的环境污染,传统燃油汽车的局限性越来越明显,电动汽车因其清洁无污染、能量转换效率高等特性受到了人类关注,成为了大众出行交通方式的首选。而永磁同步电机作为电动汽车驱动系统的首选电机,传统的PMSM调速系统存在响应速度慢、抗扰能力差等缺点,会使驾驶体验大打折扣甚至给乘车人员带来安全隐患。本文在基于弱磁控制策略的基础上,主要针对电动汽车用PMSM调速系统进行研究。首先针对永磁同步电机的转子结构对其进行分类,在d-q坐标系中建立PMSM的动态数学模型包括电压矩阵方程、磁链方程、转矩方程及运动方程,分析SVPWM的技术原理及实现方式、传统矢量控制的原理及存在问题。对弱磁控制策略进行阐述,并针对两种传统的弱磁控制策略基于超前角β的弱磁控制策略、基于电压闭环反馈的弱磁控制策略,分别进行定子电流轨迹分析及控制中存在的优缺点分析。为提高系统响应速度鲁棒性并减少控制系统对电机参数的依赖性,最终确定采用基于超前角β的弱磁控制策略。针对基于超前角β的弱磁控制策略中存在电流震荡、转矩脉动大、直交轴电流耦合等问题进行改进,进而形成一种改进的基于超前角β的弱磁控制策略,并对其进行了定子电流轨迹的分析。其次基于Matlab/simulink建模,分别在基速下与基速上针对提出的改进超前角控制策略进行仿真分析,结果表明较传统的弱磁控制策略电机的动态性能有了较为明显的改善;基于Cruise进行整车试验平台的搭建,构建Matlab与Cruise联合仿真平台,分别在加速工况下、爬坡工况下、CHTC循环工况下进行改进弱磁控制策略下整车的动力性能仿真,结果表明在具体工况下,改进弱磁控制策略控制下的纯电动汽车用PMSM有着良好的动力性能。最后搭建PMSM调速实验平台,分别进行硬件选型以及软件设计。通过实验验证改进后弱磁控制策略的有效性。实验结果表明,改进后的弱磁控制策略下PMSM响应速度快、电流震荡减小,有效提高了系统的响应速度及其鲁棒性。
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