电动汽车用永磁同步电机驱动控制研究

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面对紧张的能源形势与日益严峻的生态环境恶化趋势,国家大力倡导居民低碳出行,并施行政策鼓励新能源技术的开发。电动汽车的发展作为实现能源转型的突破点,有着经济高效、绿色低碳的特点,在解决能源危机方面有着举足轻重的作用。由于电动汽车工作条件特殊,所以需要永磁同步电机(PMSM)具备转速可调范围宽、启动速度快、鲁棒性强等特性。为了着重提升这些性能,本文对PMSM控制策略进行了深入的研究。在研究过程中,提出基于改进型飞蛾扑火算法(IMFO)优化PID-PMSM的直接转矩控制策略与基于IMFO优化改进型ADRC的PMSM矢量控制方法。本文工作可大致分为四点:(1)归纳总结电动汽车用PMSM的基本原理与技术难点根据永磁同步驱动电机的各项性能要求,对比永磁同步电机、开关磁阻电机、异步电机、直流电机的各项性能指标,选择表贴式PMSM为研究对象;分别对PMSM在不同坐标系下的模型公式进行了推导;阐述了近年来各类控制策略的发展趋势,提出了基于改进飞蛾扑火算法的PMSM矢量控制策略。(2)提出基于IMFO优化PID的PMSMS-DTC控制策略根据自然界中飞蛾的趋光原理,介绍飞蛾扑火算法(MFO)的基本原理与算法流程。由于MFO算法存在收敛速度慢、易陷入局部最优的缺陷,提出使用混沌正余弦机制来降低算法陷入局部最优的几率;使用反向学习机制加快算法的寻优精度,减少算法寻优时长;通过10个标准测试函数验证改进IMFO的有效性。其次,构建基于PID控制器的PMSM直接转矩控制系统,将IMFO算法应用于PID参数寻优整定,以此提升PMSM控制系统的抗干扰能力。分析仿真结果得出:本文所提出的IMFO算法整定PID控制的PMSM控制系统响应速度更快、鲁棒性更强。(3)提出基于IMFO优化改进型自抗扰控制器的永磁同步电机矢量变换控制策略针对电动汽车控制系统对参数高度敏感而影响系统鲁棒性和控制精度的问题,提出了一种IMFO算法优化改进型自抗扰(ADRC)的PMSM矢量控制策略。该方法在原有fal(e,α,δ)函数的基础上利用差值拟合法构造出新型控制函数,明显改善了ADRC在fal(e,α,δ)函数拐点处存在输出信号抖动、抗扰动性较差的问题,同时使用IMFO对ADRC进行参数优化,降低了电机控制系统对内部参数的依赖,显著提升了电机的鲁棒性。通过Matlab仿真证明了该方法的有效性。(4)电动汽车用永磁同步电机控制系统硬件实验装置研制结合电动汽车行驶过程中的复杂运行工况,本文以TMS320F28035DSP芯片为基础,构建了相应的PMSM实物验证平台;在永磁同步电机空载的情况下,通过该实验平台对基于IMFO优化改进型ADRC控制策略与传统ADRC控制策略控制下的电机进行相电流、转速干扰、转矩干扰实验。该平台所使用的智能算法、软件程序通过CCS实现。
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