电动汽车用永磁同步电机驱动控制性能及参数辨识研究

来源 :合肥工业大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:assofour
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作为新能源汽车动力系统的核心部件,驱动电机的选择对于保证整车的动力性能和节能效果非常重要。内置式永磁同步电机(Interior permanent magnet synchronous motors,IPMSM)凭借其在成本和性能上的优势而被广泛应用于电动汽车上。然而驱动系统的动力输出性能不仅与电机本体有关,也会受到电机控制器的控制效果的影响,而电机的控制效果对于电机的参数有着很强的依赖性,所以对于电机控制与参数辨识的研究也得到重视。本文以某款应用于电动汽车的IPMSM为研究对象,主要的研究内容及工作为:首先针对课题内容查阅相关文献资料,总结概括了电动汽车用驱动电机及永磁同步电机矢量控制与参数辨识的研究现状;在对IPMSM的内部构造及工作原理介绍后,建立了忽略损耗下IPMSM在d-q轴系的数学模型;在此基础上,针对驱动用IPMSM在不同的工作区间对应不同控制策略的原理,确定了驱动用IPMSM在低速高转矩区的最大转矩电流比(Maximum Torque per Ampere,MTPA)控制和高速运行阶段的弱磁控制策略,研究了相应的电流约束条件。其次从不同控制策略下驱动电机的输出特性的角度出发,在理论上分析研究了电机参数对MTPA控制与弱磁控制的控制性能的影响机理,主要体现在分析电机的直、交轴电感Ld、Lq和转子磁链对能够表征驱动电机输出特性参数的影响,如电机的输出功率因数、MTPA控制的转折速度、电机能够达到的最高速度以及不同转速所对应的输出功率等。并在MATLAB/Simulink中建立驱动用IPMSM的控制系统模型,通过仿真来验证分析得到的结论。然后针对本文中提出的对驱动用IPMSM的控制性能有显著影响的电机参数,即直、交轴电感Ld、Lq与转子磁链Ψf进行离线与在线的辨识,采用基于Popov超稳定性的模型参考自适应(Model Reference Adaptation System,MRAS)法,通过对Popov不等式进行逆向的求解得出参数辨识系统的自适应规率,并在Simulink中建立了相应的仿真模型,仿真结果表明了模型与方法的正确性。最后,搭建了驱动电机的试验平台,进行了驱动电机的台架试验和参数的离线测量计算。针对实际得到的转矩-转速特性曲线与给定的转矩-转速特性不一致的问题,通过对比参数计算结果和理论与实际特性的差异,验证了前文的分析结果,并根据前文得到的参数辨识结果,通过调整控制器控制算法里的相关参数值,使实际转矩-转速特性与给定转矩转速特性更加相符。
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