電動(dòng)車(chē)開(kāi)關(guān)磁阻電機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)研究.pdf

1、面對(duì)資源緊缺和環(huán)境污染兩大問(wèn)題，世界各國(guó)都大力發(fā)展和推廣新能源電動(dòng)車(chē)。電機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)是電動(dòng)車(chē)發(fā)展的關(guān)鍵技術(shù)之一，開(kāi)關(guān)磁阻電機(jī)(SRM)因起動(dòng)轉(zhuǎn)矩大、調(diào)速范圍寬、驅(qū)動(dòng)效率高、容錯(cuò)能力強(qiáng)和成本低等特性，非常適用于電動(dòng)車(chē)應(yīng)用場(chǎng)合。然而，較大的轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)、特殊的功率變換器結(jié)構(gòu)和脆弱的位置傳感器同樣也限制了SRM在電動(dòng)車(chē)中的應(yīng)用。為此本文根據(jù)電動(dòng)車(chē)電機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)需求特性，對(duì)電動(dòng)車(chē)用SRM設(shè)計(jì)指標(biāo)、新型功率變換器驅(qū)動(dòng)拓?fù)洹㈦妱?dòng)車(chē) SRM驅(qū)動(dòng)控制策略和四象

2、限無(wú)位置傳感器控制進(jìn)行了研究。論文主要內(nèi)容如下：
　　根據(jù)電動(dòng)車(chē)電機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)需求特性和SRM固有特性，總結(jié)了六個(gè)設(shè)計(jì)指標(biāo)：轉(zhuǎn)速因數(shù)υ、轉(zhuǎn)矩銅損比率η、過(guò)載轉(zhuǎn)矩系數(shù)ζ、轉(zhuǎn)矩平滑系數(shù)τ、伏安利用率f和轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)矩密度ρ?；谟邢拊?FEA)建立了SRM動(dòng)態(tài)仿真模型，對(duì)每個(gè)設(shè)計(jì)指標(biāo)進(jìn)行了優(yōu)化。根據(jù)優(yōu)化分析選擇了四個(gè)敏感性幾何參數(shù)，并采用多目標(biāo)優(yōu)化函數(shù)對(duì)每個(gè)幾何參數(shù)進(jìn)行優(yōu)化，其中優(yōu)化函數(shù)中的設(shè)計(jì)指標(biāo)根據(jù)電動(dòng)車(chē)驅(qū)動(dòng)性能需求選擇了不同的權(quán)重系數(shù)。

3、最后采用所提的方法設(shè)計(jì)了一臺(tái)電動(dòng)車(chē)用SRM，并對(duì)電機(jī)靜態(tài)和動(dòng)態(tài)性能進(jìn)行了測(cè)試，實(shí)驗(yàn)結(jié)果驗(yàn)證了所提指標(biāo)和設(shè)計(jì)方法的正確性。
　　功率變換器是 SRM驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)重要組成部分之一，本文將雙向 DC/DC變換器和不對(duì)稱(chēng)半橋功率變換器級(jí)聯(lián)，構(gòu)成了能實(shí)現(xiàn)電動(dòng)車(chē)不同工作模式的新型驅(qū)動(dòng)拓?fù)洹Ｔ敿?xì)分析了功率變換器電動(dòng)狀態(tài)的六種等效工作電路，制動(dòng)狀態(tài)的五種等效工作電路和充電狀態(tài)的四種等效電路。在電動(dòng)狀態(tài)，前端變換器工作在Boost模式，低速輕載時(shí)降低母

4、線電壓，減小電流脈動(dòng)和開(kāi)關(guān)損耗；高速重載時(shí)，升高母線電壓，縮短換相時(shí)間，提高驅(qū)動(dòng)效率和功率輸出能力。在制動(dòng)狀態(tài)，前端變換器工作在Buck模式，機(jī)械能轉(zhuǎn)換為電能并給蓄電池充電。在充電狀態(tài)，利用電機(jī)繞組和功率開(kāi)關(guān)器件構(gòu)成了車(chē)載充電器，并有功率因數(shù)校正(PFC)功能，仿真和實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證了所提拓?fù)涞挠行院挽`活性。
　　根據(jù)電動(dòng)車(chē)電動(dòng)和制動(dòng)兩種工作狀態(tài)，本文提出了電動(dòng)狀態(tài)采用轉(zhuǎn)速閉環(huán)控制，制動(dòng)狀態(tài)采用制動(dòng)轉(zhuǎn)矩閉環(huán)控制。在電動(dòng)狀態(tài)，采用三段式控

5、制策略，以拓寬SRM調(diào)速范圍；為了提高加減速過(guò)程的平滑度，提出了混合交叉控制；并通過(guò)在線調(diào)節(jié)開(kāi)通角和關(guān)斷角，提高驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)效率。在制動(dòng)過(guò)程中，采用制動(dòng)轉(zhuǎn)矩閉環(huán)控制策略；設(shè)計(jì)了轉(zhuǎn)矩估計(jì)器實(shí)時(shí)估計(jì)SRM制動(dòng)轉(zhuǎn)矩，實(shí)現(xiàn)制動(dòng)轉(zhuǎn)矩信號(hào)反饋；設(shè)計(jì)了前饋加飽和補(bǔ)償?shù)膹?fù)合轉(zhuǎn)矩調(diào)節(jié)器，減小動(dòng)態(tài)制動(dòng)轉(zhuǎn)矩響應(yīng)時(shí)間，提高穩(wěn)態(tài)制動(dòng)轉(zhuǎn)矩精度；采用遺傳算法優(yōu)化開(kāi)通和關(guān)斷角，減小轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)，提高制動(dòng)能量回饋效率。仿真和實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證了電動(dòng)和制動(dòng)狀態(tài)控制策略的正確性。
　　

6、位置傳感器的安裝降低了SRM驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)在電動(dòng)車(chē)中應(yīng)用的可靠性，為此本文提出了能實(shí)現(xiàn)自起動(dòng)、四象限和寬調(diào)速范圍的無(wú)位置傳感器控制。首先根據(jù)三相12/8極SRM幾何結(jié)構(gòu)的對(duì)稱(chēng)性，測(cè)得電機(jī)在7.5°、15°、30°和37.5°轉(zhuǎn)子位置的磁鏈-電流特性曲線。在起動(dòng)和低速段，通過(guò)向空閑相注入高頻脈沖，實(shí)時(shí)檢測(cè)磁鏈并與四個(gè)特殊位置的磁鏈-電流特性曲線比較，可確定轉(zhuǎn)子區(qū)域，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)起動(dòng)和低速段的四象無(wú)位置傳感器控制；中高速段，通過(guò)檢測(cè)磁鏈與四個(gè)特殊位置