【摘 要】
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现如今,电动汽车日益普及,永磁同步电动机(Permanent Magnet Synchronous Motor,PMSM)作为电动汽车的驱动核心,电机控制系统的高可靠性和优秀的输出性能显得尤为重要。本文以电动汽车的五相永磁同步电动机(Five-phase Permanent Magnet Synchronous Motor,FP-PMSM)运用为背景,以表贴式FP-PMSM为研究对象,电机工作在高
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现如今,电动汽车日益普及,永磁同步电动机(Permanent Magnet Synchronous Motor,PMSM)作为电动汽车的驱动核心,电机控制系统的高可靠性和优秀的输出性能显得尤为重要。本文以电动汽车的五相永磁同步电动机(Five-phase Permanent Magnet Synchronous Motor,FP-PMSM)运用为背景,以表贴式FP-PMSM为研究对象,电机工作在高惯性、低转速、大转矩的工况下,研究了电机在非故障状态下的驱动系统及开路故障状态下的容错控制系统。首先在非故障状态下对比分析了矢量控制(Field-Oriented Control,FOC)和较为先进的有限集模型预测电流控制(Finite Control Set Model Predictive Current Control,FCS-MPCC)。然后重点研究了电机故障状态的控制,将FCS-MPCC引入一相和两相开路电机的容错控制,它很好的抑制了开路电机转矩与转速的波动。另外,在两相开路时运用扩展卡尔曼滤波器(Extended Kalman Filter,EKF)进行速度估计,进一步增强了两相开路容错控制系统的稳定性。文章的研究内容包括:(1)在分析FP-PMSM的动态数学模型和五相逆变器工作原理的基础上,详细研究了FOC与FCS-MPCC控制原理;分析并建立了FP-PMSM在一相和二相开路故障状态时的电机数学模型。(2)以电动汽车为应用背景,在电机正常状态和主电路一相开路状态下,将FCS-MPCC控制和FOC控制进行理论分析对比,并通过仿真验证了FCS-MPCC控制性优于FOC控制。电机正常状态,FCS-MPCC控制对应的转速与转矩具有更好的静态特性和稳态精度;在一相和两相的开路状态下,FCS-MPCC容错控制具有更好的开路转矩与转速恢复能力,削弱三次谐波电流的能力也较好。(3)研究了在FP-PMSM相邻两相开路故障状态下的FCS-MPCC容错控制系统。为了进一步的提高系统的容错控制性能,将EKF速度估计器运用于FCS-MPCC容错控制系统,提高了两相容错控制的稳定性。经过仿真验证,在非故障状态下,FCS-MPCC比FOC控制系统具有更快的动态响应和静态特性;开路状态下,基于FCS-MPCC的单相容错控制和基于EKF速度估计的FCS-MPCC两相容错控制都有效的恢复了开路转矩与转速,使电机能够在故障状态下平稳安全的运行,提高了电动汽车的行驶安全。
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