混合动力车用永磁同步电机控制策略研究

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随着石油资源逐渐枯竭,油价不断上涨以及温室效应的加剧,新能源汽车越来越受到人们的关注。与此同时,国家“十二五”规划大力发展新能源汽车。混合动力汽车作为节能与新能源汽车的一种主要形式,其将会加速发展。车用驱动电机作为混合动力汽车的关键零部件之一,电机的选择直接影响整车性能。永磁同步电机具有效率高、功率密度高以及调速性能优异等性能,因此成为混合动力汽车首选驱动电机。其控制策略不但直接影响电机控制的准确性,而且对整车的动力性、燃油经济性以及排放指标等,有决定性影响作用。本文主要从理论上分析VVVF控制、直接转矩控制、基于PI控制矢量控制和智能控制这四种电机的控制策略。VVVF控制适合负载变化慢的场合,直接转矩控制计算量小,控制简单,动态响应好,但是控制参数难以精确测量,低速控制时效果非常不好;基于PI控制的矢量控制在电机控制器中产生过流,影响控制器寿命;智能控制暂时不成熟。由于上述控制策略的问题,本文研究分析提出基于电机扭矩转速图前馈控制的矢量控制,该种策略不需要电流传感器,并能保证转矩平稳,不会产生过流,提高控制精度,能够较好的满足车用情况。理论分析该控制策略的理论基础、插值理论、前馈矢量过程以及其优点。本文以额定功率20kw,峰值功率30kw,额定转速3600rpm的永磁同步电机为研究对象,设计制造混合动力车用永磁同步电机控制器,然后进行弱电实验、强电实验、转矩控制实验和加载实验,证实控制器安全可靠能够实现对车用永磁同步电机的控制。搭建实验台架,设定电机目标转矩和转速,选定使三相电流最小的一组电压矢量大小及相位角θ作为线性插值表中该标定点的最优值。对实验所得数据进行处理,构建最优电机转速扭矩图,并以表的形式存储到电机控制程序中。电机运行时通过在线插值计算求出达到指定扭矩和转速所需要的电机电压和相位,实现电机前馈矢量控制,实验结果表明了这种控制策略的可行性和优越性。同时研究了电机被测角度和机械角度的函数关系,改善永磁同步电机的正弦波驱动波形,提高矢量控制精度。
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