【摘 要】
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低压感应电机驱动系统所具有的安全性与经济性使其成为电动汽车驱动的新选择。为优化基于矢量控制的低压感应电机驱动系统的输出性能,保证其可靠性,并且降低系统成本,提升功率密度,本论文针对电动汽车用48V感应电机驱动系统的矢量控制关键技术问题,围绕矢量控制中保证最大转矩输出的电流分配策略、基于离散Luenberger观测器的转速估算、逆变器非线性因素补偿等问题展开了研究,得到了相应控制算法的实现方式和验证
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低压感应电机驱动系统所具有的安全性与经济性使其成为电动汽车驱动的新选择。为优化基于矢量控制的低压感应电机驱动系统的输出性能,保证其可靠性,并且降低系统成本,提升功率密度,本论文针对电动汽车用48V感应电机驱动系统的矢量控制关键技术问题,围绕矢量控制中保证最大转矩输出的电流分配策略、基于离散Luenberger观测器的转速估算、逆变器非线性因素补偿等问题展开了研究,得到了相应控制算法的实现方式和验证结论,将其总结如下:为了满足电动汽车运行时输出高转矩的性能要求,研究了48V感应电机矢量控制中保证最大转矩输出的电流分配策略以及相应弱磁控制器的设计。首先,基于电机驱动系统的电压与电流约束,推导了感应电机最大转矩输出的理论最优电流矢量轨迹,针对48V感应电机可能出现没有恒功率区的特点,提出了一种适用于48V感应电机弱磁的理论最优电流矢量轨迹的电流分配方法。其次,针对实际电流矢量轨迹难以完全跟踪理论最优电流矢量轨迹的特点,提出了一种优化的弱磁控制器,通过引入电压闭环实现弱磁区线电压利用率的提升。为了提升驱动系统的可靠性,并且降低系统成本,设计了一种适用于48V感应电机的基于离散Luenberger观测器的转速估算策略。首先,对比了不同离散方式对观测性能的影响,基于估算精度与系统计算量的折衷考虑,选择了前向欧拉法。其次,讨论了观测器极点配置对观测效果的影响,传统反馈增益矩阵设定方法是将开环模型极点放大一定倍数后作为观测器极点,离散后会存在高速区不稳定的问题。所以考虑将开环模型极点左移后作为观测器极点的设计,针对这个问题提出了一种根据转速范围与开关频率的开环模型极点左移距离优化设计方法,保证了观测器的稳定性。实验证明设计的适用于48V感应电机的基于离散Luenberger观测器能够准确地观测转速,并在全速度范围内保持稳定。逆变器固有的死区时间、开关管导通时的压降、反并联续流二极管导通时的压降、开关管自身开通或关断引起的延时等非线性因素会导致逆变器输出实际控制量与参考量存在误差,影响观测器的观测效果,还会导致电机输出转矩发生抖动,影响电机的性能。为解决这个问题,建立了考虑MOSFET导通特性的逆变器输出电压模型,讨论了基于逆变器输出电压模型的逆变器非线性因素补偿方法。其次,针对补偿需要准确知道电流极性,而电流极性在过零点附近难以准确判断的问题,提出了一种在电流过零点附近促使电流提前过零的补偿方法。最后,将基于逆变器输出电压模型的补偿与促使电流提前过零补偿结合,提出了一种适用于48V电动汽车用逆变器非线性因素影响补偿的综合方法。本文搭建了基于Simulink仿真平台的48V感应电机驱动系统控制模型并进行了仿真研究,完成了本文提出的弱磁控制算法,转速观测算法以及逆变器非线性因素补偿算法的验证。并且基于现有的48V感应电机驱动实验平台完成了所设计的优化弱磁控制器,离散Luenberger观测器以及逆变器非线性因素影响综合补偿方法的实验验证,证明了上述优化设计方法适用于48V感应电机驱动矢量控制系统。
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