基于线电压调制的电动汽车永磁同步电机电流预测控制系统研究

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面对环境和资源的双重压力,纯电动汽车因为其出色的加减速性能、与电网互补的调峰调谷性能以及清洁环保而受到重点关注。电动汽车电驱系统作为电动汽车三电系统的重要组成部分,其发展是制约电动汽车发展的重要因素。内置式永磁同步电机因为其高功率密度、高输出转矩比,正逐步成为纯电动汽车驱动电机的主流驱动电机。因此,研究应用于电动汽车中的低电压大电流内置式永磁同步电机的控制器算法至关重要。本文首先建立了内置式永磁同步电机的数学模型,在三相静止坐标系、两相静止坐标系、两相旋转坐标系下分析了对应的电机模型,继而分析了矢量控制的基本原理。在矢量控制的基础上,分析了适用于电动汽车用内置式永磁同步电机的最大转矩电流比控制和弱磁控制原理。在双闭环矢量控制的基础上,本文提出了基于线电压调制的扩张状态观测器电流预测控制策略。在速度闭环中使用扩张状态观测器对电机运行时的负载扰动、摩擦、转矩误差等扰动量进行观测,相比于PI控制器,有效改善了电机速度的动态响应并减小了超调量。在电流闭环中使用预测控制,针对内置式永磁同步电机给出了简化预测模型,相比于PI控制器,有效提升了电流的响应速度并基本消除了大功率时交直轴电压存在运动耦合(非线性耦合)的现象。在电动汽车工业应用中,不仅要求控制策略具有优良的性能外,还要求控制策略具有较低的计算量。因此,使用线电压调制策略取代传统的空间电压矢量调制算法,通过计算两相线电压调制比,在基准相占空比的基础上直接得到三相桥臂的开关切换点,有效降低了控制策略的计算量,节约了控制算法的计算时间。最后,对电动汽车电机控制器的一些辅助功能算法进行了研究,针对电动汽车自身特点设计了档位切换控制算法、电子加减速和刹车策略。针对市面上电动汽车中应用广泛的增量式光电编码器和旋转变压器分别设计了改进的转子定位方法——磁检测法和改进的转子位置检测方法——锁相环解码算法。
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