電動(dòng)汽車交流傳動(dòng)系統(tǒng)矢量控制【畢業(yè)設(shè)計(jì)】

1、<p>　　本科畢業(yè)設(shè)計(jì)(論文)</p><p><b>　?。ǘ?屆）</b></p><p>　　電動(dòng)汽車交流傳動(dòng)系統(tǒng)矢量控制</p><p>　　所在學(xué)院 </p><p>　　專業(yè)班級(jí) 電子信息工程 </p&

2、gt;<p>　　學(xué)生姓名 學(xué)號(hào) </p><p>　　指導(dǎo)教師 職稱 </p><p>　　完成日期 年 月 </p><p><b>　　摘 要</b></p><p>　

3、　本論文以電動(dòng)汽車用異步電動(dòng)機(jī)為研究對(duì)象，采用轉(zhuǎn)子磁場(chǎng)定向控制作為電動(dòng)汽車電機(jī)控制器的控制方案，并針對(duì)電動(dòng)汽車的實(shí)際特點(diǎn)對(duì)交流異步電動(dòng)機(jī)矢量控制系統(tǒng)進(jìn)行的分析和研究，簡(jiǎn)略地給出了適合電動(dòng)汽車應(yīng)用的交流電動(dòng)機(jī)矢量控制系統(tǒng)各環(huán)節(jié)設(shè)計(jì)方法。</p><p>　　針對(duì)交流傳動(dòng)系統(tǒng)，以電動(dòng)汽車與傳動(dòng)系統(tǒng)的聯(lián)系為出發(fā)點(diǎn)，來(lái)考慮電動(dòng)汽車在運(yùn)動(dòng)時(shí)交流電機(jī)的運(yùn)動(dòng)方程。通過(guò)轉(zhuǎn)矩轉(zhuǎn)速等參數(shù)在不同的模擬環(huán)境下的變化，來(lái)研究交流傳動(dòng)系統(tǒng)在

4、電動(dòng)汽車上的運(yùn)用。</p><p>　　通過(guò)對(duì)矢量控制方面的學(xué)習(xí)，理解了矢量控制與直接轉(zhuǎn)矩控制之間的差別，交流系統(tǒng)如何通過(guò)2\3變化轉(zhuǎn)換成直流電對(duì)電動(dòng)汽車進(jìn)行控制。</p><p>　　由仿真結(jié)果得，電動(dòng)汽車在交流傳動(dòng)系統(tǒng)中運(yùn)用矢量控制的方式可以更加有效的控制電機(jī)的轉(zhuǎn)速轉(zhuǎn)矩，基本滿足本文提出的設(shè)計(jì)方案。 </p><p>　　關(guān)鍵詞：電動(dòng)汽車，交流傳動(dòng)系統(tǒng)，矢量控制

5、</p><p>　　Electric cars ac drive system vector control</p><p><b>　　Abstract</b></p><p>　　In this paper, induction motor for electric vehicles as the research object, usi

6、ng the rotor flux oriented control of electric vehicle motor controller as the control program, and the actual characteristics of electric vehicles for the AC induction motor vector control system analysis and research,

7、briefly to out of the electric vehicle application for AC motor vector control system to link design. For AC drive system, the electric car and drive the contact as a starting point to consider the</p><p>

8、;　　Keywords: Electric cars , AC drive system , Vector Control</p><p><b>　　目錄</b></p><p><b>　　摘 要I</b></p><p>　　AbstractII</p><p><b>

9、　　1 緒論1</b></p><p>　　1.1課題的來(lái)源1</p><p>　　1.2課題的意義1</p><p>　　1.3電動(dòng)汽車國(guó)內(nèi)外發(fā)展歷史現(xiàn)狀2</p><p>　　1. 4 電動(dòng)汽車的發(fā)展前景4</p><p>　　1.5課題研究的主要內(nèi)容4</p><p&g

10、t;　　2設(shè)備方案設(shè)計(jì)與總體設(shè)計(jì)7</p><p>　　2.1電動(dòng)汽車傳動(dòng)系統(tǒng)模型7</p><p>　　2.2交流傳動(dòng)系統(tǒng)的方案設(shè)計(jì)8</p><p>　　2.3 電動(dòng)汽車電傳動(dòng)系統(tǒng)與方向的關(guān)系9</p><p>　　2.3.1轉(zhuǎn)向梯形機(jī)構(gòu)（Ackerman轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)）9</p><p>　　2.3.2 Ac

11、kerman轉(zhuǎn)向原理10</p><p>　　2.4 電動(dòng)汽車電傳動(dòng)系統(tǒng)運(yùn)行模式11</p><p>　　2.5 電動(dòng)汽車交流電傳動(dòng)系統(tǒng)11</p><p>　　2.5.1牽引變流器12</p><p>　　2.5.2牽引電機(jī)12</p><p>　　2.5.3控制系統(tǒng)14</p><p

12、>　　3矢量控制的分析計(jì)算和校核15</p><p>　　3.1三相感應(yīng)電動(dòng)機(jī)物理模型及電流矢量15</p><p>　　3.1.2 電磁轉(zhuǎn)矩的電流表達(dá)式16</p><p>　　3.1.3 電磁轉(zhuǎn)矩的磁鏈和定子電流矢量18</p><p>　　3.1.4 磁場(chǎng)定向與解耦18</p><p>　　3.1

13、.5 矢量控制實(shí)現(xiàn)20</p><p>　　3.2電動(dòng)汽車交流電機(jī)仿真20</p><p>　　3.2.1 電動(dòng)汽車交流電動(dòng)機(jī)在兩相旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系（M-T）上的數(shù)學(xué)模型20</p><p>　　3.2.2 電動(dòng)汽車交流電動(dòng)機(jī)矢量控制系統(tǒng)MATLAB 仿真21</p><p>　　3.3矢量控制部分總結(jié)26</p><

14、p><b>　　4 結(jié)束語(yǔ)27</b></p><p><b>　　參考文獻(xiàn)28</b></p><p>　　致謝錯(cuò)誤!未定義書(shū)簽。</p><p><b>　　1 緒論</b></p><p><b>　　1.1課題的來(lái)源</b></p

15、><p>　　隨著中國(guó)經(jīng)濟(jì)持續(xù)高速發(fā)展，全球能源危機(jī)、廢氣污染和溫室效應(yīng)越來(lái)越嚴(yán)重的情況下，環(huán)保、高效的電動(dòng)汽車越來(lái)越受到人們的關(guān)注，城市范圍不斷擴(kuò)大、人口大幅度增加，汽車工業(yè)同時(shí)也面臨一個(gè)快速發(fā)展的機(jī)遇。從1985年到2010年，我國(guó)大陸的機(jī)動(dòng)車數(shù)量從321.12萬(wàn)輛增長(zhǎng)為5500萬(wàn)輛，25年間機(jī)動(dòng)車數(shù)量增長(zhǎng)了12倍之多，隨著我國(guó)城市化的不斷發(fā)展，汽車數(shù)量的迅速增多不但給城市交通帶來(lái)了沉重負(fù)擔(dān)，而且隨之產(chǎn)生了一系列

16、的環(huán)境問(wèn)題。汽車對(duì)能源的消耗，環(huán)境的污染也越來(lái)越令人擔(dān)憂。在我國(guó)大約有大多數(shù)的城市空氣經(jīng)過(guò)檢查后質(zhì)量不達(dá)標(biāo)，其中汽車尾氣排放量已占大氣污染源的絕大部分。發(fā)展新興的清潔能源、保護(hù)現(xiàn)有的環(huán)境，不僅僅是我們現(xiàn)在的目標(biāo)更是全人類的共同目標(biāo)。為了追求環(huán)保與高效生活的統(tǒng)一，發(fā)展一種新型的無(wú)污染、無(wú)噪音、不耗油的交通工具正成為世界交通業(yè)的大勢(shì)所趨，并將取代原來(lái)的重污染，耗資源的交通工具。電動(dòng)汽車是一種電力驅(qū)動(dòng)的、節(jié)能的、極少污染的新型交通工具，是解決

17、燃油汽車所帶來(lái)的能源和環(huán)境問(wèn)題的最有希望的方案之一[1]。</p><p>　　電動(dòng)汽車是一種以車載電源為動(dòng)力，以電機(jī)提供動(dòng)力的一種環(huán)保的，節(jié)能的新型車輛。由于對(duì)環(huán)境影響相對(duì)傳統(tǒng)汽車較小，其發(fā)展前景被廣泛看好，但當(dāng)前技術(shù)尚不成熟，縱觀國(guó)內(nèi)外電動(dòng)汽車研究動(dòng)態(tài)，目前國(guó)際上純電動(dòng)汽車或燃料電池汽車的電機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)基本上以異步電動(dòng)機(jī)矢量控制技術(shù)為主流，這些都是由于矢量控制技術(shù)的本身特點(diǎn)所決定的。本課題主要研究的內(nèi)飾基于矢量

18、控制技術(shù)的電動(dòng)汽車用異步電機(jī)交流傳動(dòng)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)。</p><p><b>　　1.2課題的意義</b></p><p>　　由于大家對(duì)環(huán)境的越加關(guān)注，現(xiàn)在越來(lái)越多的研究部門(mén)參與了對(duì)電動(dòng)汽車所應(yīng)用的電機(jī)進(jìn)行研究。目前，用于電動(dòng)汽車驅(qū)動(dòng)的電機(jī)主要有他勵(lì)直流電機(jī)、串勵(lì)直流電機(jī)、直流無(wú)刷電機(jī)、交流變頻調(diào)速異步電機(jī)等。相比較之下，交流電機(jī)具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、制造成本與維護(hù)費(fèi)用低、可用于

19、惡劣環(huán)境等優(yōu)點(diǎn)，非常適用于電動(dòng)汽車的驅(qū)動(dòng)。但是交流電機(jī)有一個(gè)多變量、非線性強(qiáng)耦合的時(shí)變參數(shù)系統(tǒng)，雖然矢量控制技術(shù)在一定程度上能使異步電動(dòng)機(jī)得以解耦控制，但是這并不能有效的改變其非線性的特點(diǎn)。況且，在交流調(diào)速系統(tǒng)實(shí)際運(yùn)行過(guò)程中不可預(yù)測(cè)的干擾很多，所以交流調(diào)速系統(tǒng)穩(wěn)定性研究是非常必要的[2]</p><p>　　相對(duì)早期的電動(dòng)汽車上，直流電動(dòng)機(jī)的調(diào)速采用串接電阻或改變電動(dòng)機(jī)磁場(chǎng)線圈的匝數(shù)來(lái)實(shí)現(xiàn)。因其調(diào)速是有級(jí)的，且會(huì)

20、產(chǎn)生附加的能量消耗或使用電動(dòng)機(jī)的結(jié)構(gòu)復(fù)雜，現(xiàn)已不常采用。目前在電動(dòng)汽車上應(yīng)用較廣泛的是晶閘管斬波調(diào)速，通過(guò)均勻地改變電動(dòng)機(jī)的端電壓，控制電動(dòng)機(jī)的電流，來(lái)實(shí)現(xiàn)電動(dòng)機(jī)的無(wú)級(jí)調(diào)速。在電子電力技術(shù)的不斷發(fā)展中，它也逐漸被其他電力晶體管（GTO、MOSFET、BTR及IGBT等）斬波調(diào)速裝置所取代。從技術(shù)的發(fā)展來(lái)看，伴隨著新型驅(qū)動(dòng)電機(jī)的應(yīng)用，電動(dòng)汽車的調(diào)速控制轉(zhuǎn)變?yōu)橹绷髂孀兗夹g(shù)的應(yīng)用，將成為必然的趨勢(shì)[3]?！　≡隍?qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)的旋向變換控制中，直

21、流電動(dòng)機(jī)依靠接觸器改變電樞或磁場(chǎng)的電流方向，實(shí)現(xiàn)電動(dòng)機(jī)的旋向變換，這使得電路復(fù)雜、可靠性降低。當(dāng)采用交流異步電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)時(shí)，電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)向的改變只需變換磁場(chǎng)三相電流的相序即可，可使控制電路簡(jiǎn)化。此外，采用交流電動(dòng)機(jī)及其變頻調(diào)速控制技術(shù)，使電動(dòng)汽車的制動(dòng)能量回收控制更加方便，控制電路更加簡(jiǎn)單。</p><p>　　1.3電動(dòng)汽車國(guó)內(nèi)外發(fā)展歷史現(xiàn)狀</p><p>　　說(shuō)到電動(dòng)汽車國(guó)內(nèi)的發(fā)展史，日本

22、、美國(guó)和法國(guó)就是不得不提的幾個(gè)國(guó)家。它是電動(dòng)汽車技術(shù)發(fā)展速度最快的少數(shù)幾個(gè)國(guó)家之一，特別是在混合動(dòng)力汽車的產(chǎn)品發(fā)展方面，日本居世界領(lǐng)先地位。就目前而言，世界上能夠規(guī)模化的產(chǎn)銷混合動(dòng)力汽車的企業(yè)，只有日本的豐田和本田兩家汽車公司。1997年12月，豐田汽車公司首先推出了世界上第一款批量生產(chǎn)的混合動(dòng)力轎車PRIUS。繼PRIUS混合動(dòng)力轎車之后，豐田汽車公司還推出了ESTIMA混合動(dòng)力汽車和搭載軟混合動(dòng)力系統(tǒng)的CROWN轎車。豐田汽車公司在

23、普及混合動(dòng)力系統(tǒng)的低燃耗、低排放和改進(jìn)行駛性能方面已經(jīng)走在了世界的前列。此外，本田汽車公司開(kāi)發(fā)的Insight混合動(dòng)力電動(dòng)汽車也已投放市場(chǎng)，供不應(yīng)求[4]。</p><p>　　美國(guó)的汽車公司在電動(dòng)汽車產(chǎn)業(yè)化方面相比與日本的同行遜色不少，美國(guó)能源部在1993年才與三大汽車巨頭公司簽訂了混合動(dòng)力汽車開(kāi)發(fā)合同，啟動(dòng)下一代汽車合作伙伴(PNGV)項(xiàng)目，迄今己開(kāi)發(fā)出多種形式的混合動(dòng)力電動(dòng)汽車，例如克菜斯勒的ESX3、福特

24、的Prodigy 2000、通用的Precept和Benz等，PNGV項(xiàng)目在HEV性能仿真、汽車集成動(dòng)力模塊等技術(shù)領(lǐng)域取得了顯著成就。</p><p>　　歐洲各大汽車廠商爭(zhēng)先恐后地推出了本公司研制的混合動(dòng)力電動(dòng)汽車，其中法國(guó)是最積極研制和推廣電動(dòng)汽車的國(guó)家。法國(guó)政府、法國(guó)電力公司、標(biāo)致-雪鐵龍汽車公司和雷諾汽車公司共同承擔(dān)開(kāi)發(fā)和推廣電動(dòng)汽車的協(xié)議，共同合資組建了電動(dòng)汽車的電池公司。法國(guó)標(biāo)致——雪鐵龍汽車公司研發(fā)

25、的電動(dòng)貨車和4座電動(dòng)轎車已投入生產(chǎn)，雷諾汽車公司的電動(dòng)轎車在羅切里市試生產(chǎn)。1997年，法國(guó)電動(dòng)汽車產(chǎn)量達(dá)N2000輛左右。2002年法國(guó)政府、電力公司與汽車公司簽訂協(xié)議，在20個(gè)城市推廣電動(dòng)汽車，使全國(guó)電動(dòng)汽車保有輛達(dá)到10萬(wàn)輛。德國(guó)政府投入大量資金用于電動(dòng)汽車研發(fā)，指定奔馳汽車公司和大眾汽車公司合資成立科技開(kāi)發(fā)機(jī)構(gòu)，并撥款在呂根島建立電動(dòng)汽車試驗(yàn)基地，對(duì)64輛電動(dòng)汽車及其系統(tǒng)工程進(jìn)行長(zhǎng)達(dá)4年的大規(guī)模試驗(yàn)。此外，英國(guó)生產(chǎn)和使用電動(dòng)汽車

26、已有50年之久，目前全國(guó)已擁有40萬(wàn)輛電動(dòng)車。瑞士為防止環(huán)境污染，在旅游區(qū)只用電動(dòng)汽車。瑞典的VOLVO公司，意大利的菲亞特公司等都不惜投入巨額資金，研發(fā)新一代電動(dòng)汽車，力爭(zhēng)早日實(shí)現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化。丹麥、奧地利、捷克、匈牙利等也都在開(kāi)展電動(dòng)汽車的研發(fā)工作[5]</p><p>　　而我國(guó)的電動(dòng)汽車發(fā)展史可以追述到70年代，在當(dāng)時(shí)的環(huán)境下曾經(jīng)制造出一些樣車進(jìn)行試驗(yàn)，但由于資金、人力有限，未取得什么進(jìn)展。直到1992年，國(guó)家

27、科技攻關(guān)項(xiàng)目才有了相關(guān)電動(dòng)汽車的些許項(xiàng)目。1996年，國(guó)家科委把電動(dòng)汽車列入“九五”國(guó)家重大產(chǎn)業(yè)工程項(xiàng)目，至此，我國(guó)全面拉開(kāi)了電動(dòng)汽車研究與開(kāi)發(fā)的序幕。經(jīng)過(guò)一個(gè)五年計(jì)劃的開(kāi)發(fā)和研究，在“十五”期問(wèn)，國(guó)家設(shè)立“電動(dòng)汽車重大科技專項(xiàng)”，通過(guò)組織企業(yè)、高等院校和科研機(jī)構(gòu)進(jìn)行聯(lián)合攻關(guān)，已取得了一定的成績(jī)。比如東風(fēng)汽車集團(tuán)已研制出神龍富康純電動(dòng)汽車EQ7200混合動(dòng)力轎車，長(zhǎng)安汽車公司聯(lián)合清華大學(xué)等研制出混合動(dòng)力長(zhǎng)安轎車整車匹配項(xiàng)目[6]。<

28、;/p><p>　　其中可以特別值得一提的是國(guó)內(nèi)的高校如北京理工大學(xué)已研制出純電動(dòng)豪華旅游車和純電動(dòng)低地板公交車樣車；西安交通大學(xué)在電動(dòng)汽車關(guān)鍵技術(shù)領(lǐng)域研究開(kāi)發(fā)了15項(xiàng)國(guó)家發(fā)明專利，在電動(dòng)汽車驅(qū)動(dòng)控制和能量回收技術(shù)的研究中，率先將魯棒控制應(yīng)用到電動(dòng)汽車能量回收技術(shù)上，提高了車輛的一次性充電的續(xù)航里程。哈爾濱工業(yè)大學(xué)電氣學(xué)院程樹(shù)康、崔樹(shù)梅承擔(dān)的“十五”國(guó)家“863”重大專項(xiàng)課題“解放牌混合動(dòng)力客車電機(jī)及控制系統(tǒng)”也取得

29、階段性成果，獲得國(guó)家科技部有關(guān)專家高度評(píng)價(jià)等等[7]。</p><p>　　目前我國(guó)電動(dòng)汽車項(xiàng)目尚處于開(kāi)發(fā)研制階段，還沒(méi)有形成生產(chǎn)規(guī)模，對(duì)電動(dòng)汽車的商業(yè)化運(yùn)營(yíng)模式的探討更處于起步階段。相對(duì)于歐洲、美國(guó)和日本，還有一定的差距。所以在此希望我們偉大的祖國(guó)可以盡快采取相應(yīng)的措施，加大對(duì)電動(dòng)汽車生產(chǎn)廠商鼓勵(lì)，并提出鼓勵(lì)性政策促進(jìn)我國(guó)電動(dòng)汽車市場(chǎng)的形成。</p><p>　　科技部高新技術(shù)發(fā)展及產(chǎn)業(yè)

30、司今日表示，未來(lái)五年是電動(dòng)汽車從研發(fā)向產(chǎn)業(yè)化過(guò)渡的關(guān)鍵時(shí)期，科技部已研究制定了電動(dòng)汽車“十二五”科技發(fā)展專項(xiàng)規(guī)劃，在“十二五”期間將重點(diǎn)開(kāi)展七個(gè)方面工作來(lái)支撐行業(yè)科技發(fā)展的需要?！　≡诮衲暧芍袊?guó)汽車工業(yè)協(xié)會(huì)與世界汽車組織共同舉辦的全球汽車界領(lǐng)袖盛會(huì)“2011OICA中國(guó)論壇”上，張志宏指出，發(fā)展電動(dòng)汽車是中國(guó)汽車工業(yè)應(yīng)對(duì)能源環(huán)境、保持可持續(xù)發(fā)展的最佳途徑，是中國(guó)培育戰(zhàn)略新興產(chǎn)業(yè)的重要選擇。根據(jù)各大汽車公司發(fā)布的產(chǎn)品計(jì)劃，明后兩年將有更

31、多的電動(dòng)汽車產(chǎn)品推向市場(chǎng)?！敖刂两衲?月，25個(gè)試點(diǎn)城市共推廣各類節(jié)能汽車超過(guò)一萬(wàn)輛，累計(jì)運(yùn)行里程超過(guò)2.5萬(wàn)公里，已建成充電站51座，換電站9座，充電樁2000多個(gè)，基本滿足現(xiàn)有示范車輛運(yùn)行的需要，標(biāo)志著中國(guó)電動(dòng)汽車科研研發(fā)與財(cái)稅政策相結(jié)合向產(chǎn)業(yè)化邁出關(guān)鍵的一步?！薄　【湍壳拔覀儑?guó)家規(guī)劃總體目標(biāo)是，全面掌握電動(dòng)汽車核心技術(shù)，培育自主創(chuàng)新開(kāi)發(fā)能力，發(fā)揮市場(chǎng)資源優(yōu)勢(shì)，形成有較強(qiáng)競(jìng)爭(zhēng)力的電動(dòng)汽車及關(guān)鍵零部件工業(yè)體系。根據(jù)該總體思路和目標(biāo)，

32、“十二五”期間，科技部將重點(diǎn)開(kāi)展七個(gè)方面工作。</p><p>　　一是在技術(shù)上加大研發(fā)力度，重點(diǎn)突破電池的安全性、一致性、耐久性等，重點(diǎn)開(kāi)發(fā)可靠性適應(yīng)市場(chǎng)需求、性價(jià)比高的電動(dòng)汽車產(chǎn)品。</p><p>　　二是加大基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)力度，支持相關(guān)試點(diǎn)城市適度超前地開(kāi)展充電網(wǎng)絡(luò)建設(shè)。</p><p>　　三是加快技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)研究、完善標(biāo)準(zhǔn)體系建設(shè)。</p>&l

33、t;p>　　四是進(jìn)一步深化現(xiàn)有的科技財(cái)政聯(lián)動(dòng)性機(jī)制，擴(kuò)大對(duì)示范產(chǎn)品的開(kāi)發(fā)、優(yōu)化和應(yīng)用的財(cái)政補(bǔ)貼力度，擴(kuò)大公共服務(wù)領(lǐng)域和私人用車領(lǐng)域電動(dòng)汽車的規(guī)模。</p><p>　　五是積極支持產(chǎn)業(yè)界組成產(chǎn)業(yè)技術(shù)創(chuàng)新聯(lián)盟。</p><p>　　六是加強(qiáng)技術(shù)研究中心、企業(yè)實(shí)驗(yàn)室、產(chǎn)業(yè)化基地等公共平臺(tái)的建設(shè)。</p><p>　　七是深化國(guó)際技術(shù)交流與合作，推動(dòng)電動(dòng)汽車國(guó)際化發(fā)

34、展[8]。</p><p>　　1.4 電動(dòng)汽車的發(fā)展前景</p><p>　　當(dāng)前，電動(dòng)汽車的研究與開(kāi)發(fā)已在世界范圍內(nèi)由點(diǎn)向面地?cái)U(kuò)散，發(fā)展相當(dāng)迅速。發(fā)達(dá)國(guó)家的許多研究成果已走出了實(shí)驗(yàn)室，并開(kāi)始進(jìn)入市場(chǎng)，如豐田的Pdus和本田的Insight電動(dòng)汽車已經(jīng)形成一定批量生產(chǎn)。許多發(fā)展中國(guó)家也已開(kāi)始籌集資金，組織科研力量進(jìn)行可行性論證和關(guān)鍵技術(shù)攻關(guān)．據(jù)各國(guó)專家研究，電動(dòng)汽車的生命周期至少有30

35、年，若考慮使用清潔燃料，其前景則更為廣闊。電動(dòng)汽車的使用不只是電動(dòng)汽車的一個(gè)過(guò)渡階段，而是汽車工業(yè)即將面臨的一場(chǎng)新的革命，電動(dòng)汽車的商業(yè)化和產(chǎn)業(yè)化發(fā)展是必然的趨勢(shì)[9]。</p><p>　　1.5課題研究的主要內(nèi)容</p><p>　　關(guān)于本文對(duì)于電動(dòng)汽車的主要研究?jī)?nèi)中在于交流調(diào)速傳動(dòng)系統(tǒng)在矢量控制的環(huán)境下如何轉(zhuǎn)換成直接轉(zhuǎn)矩控制[10]。</p><p>　　其中

36、交流調(diào)速傳動(dòng)系統(tǒng)是一個(gè)多變量、非線性和強(qiáng)耦合的系統(tǒng)，通常電壓（或電流）和頻率是可控的輸入量，輸出量則是轉(zhuǎn)速、位置和轉(zhuǎn)矩，它們彼此之間以及和氣隙磁鏈、轉(zhuǎn)子磁鏈、轉(zhuǎn)子電流等內(nèi)部量之間都是非線性耦合關(guān)系。</p><p>　　由于系統(tǒng)模型的復(fù)雜性以及運(yùn)行中又不能精確測(cè)量，所以至今為止使用較多的幾種控制系統(tǒng)都是基于反饋控制環(huán)節(jié)來(lái)實(shí)現(xiàn)傳動(dòng)系統(tǒng)的控制系統(tǒng)。例如：電壓頻率協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)，電流轉(zhuǎn)差頻率控制系統(tǒng)，恒磁通控制系統(tǒng)等。它

37、們都是把電壓頻率兩個(gè)輸入變量相關(guān)起來(lái)，從而轉(zhuǎn)化成單變量系統(tǒng)，保證了系統(tǒng)的靜態(tài)性能[11]。</p><p>　　近年來(lái)，現(xiàn)代控制理論的應(yīng)用又促進(jìn)多種控制系統(tǒng)的誕生，并解決了傳統(tǒng)反饋控制理論所不能解決的控制問(wèn)題。例如取得重要突破的矢量控制系統(tǒng)、直接轉(zhuǎn)矩控制系統(tǒng)、變結(jié)構(gòu)控制系統(tǒng)和自適應(yīng)控制系統(tǒng)等。</p><p>　　其中矢量控制系統(tǒng)是采用參數(shù)重構(gòu)和狀態(tài)重構(gòu)的現(xiàn)代控制概念，實(shí)現(xiàn)電機(jī)定子電流的勵(lì)

38、磁分量與轉(zhuǎn)矩分量之間的解耦，從而使交流電機(jī)能象直流電機(jī)一樣分別對(duì)其勵(lì)磁分量和轉(zhuǎn)矩分量進(jìn)行獨(dú)立控制。這一控制思想給高性能的交流電機(jī)調(diào)速技術(shù)奠定了理論基礎(chǔ)[12]。圍繞矢量控制技術(shù)的完善化，還相繼提出了許多提高矢量控制性能的方法：</p><p>　?。?）為了克服由于電機(jī)內(nèi)部壓降造成的耦合，系統(tǒng)加入前饋控制器的方法；</p><p>　　（2）為了克服模型運(yùn)算的誤差，系統(tǒng)低速用電流模型而高速

39、用電壓模型控制的方法；</p><p>　?。?）為了克服運(yùn)行中轉(zhuǎn)子電阻變化，而采用對(duì)系統(tǒng)參數(shù)修正的方法等。</p><p>　　通過(guò)轉(zhuǎn)子磁場(chǎng)定向,定子電流的勵(lì)磁分量與轉(zhuǎn)矩分量實(shí)現(xiàn)解耦,三相感應(yīng)電機(jī)的勵(lì)磁控制與轉(zhuǎn)矩控制與直流電機(jī)類似,仿照直流電機(jī)的轉(zhuǎn)速電流雙閉環(huán)控制[23 ] ,可以得到三相感應(yīng)電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)子磁場(chǎng)定向的矢量控制框圖1-1。</p><p>　　圖1-1

40、 三相感應(yīng)電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)子磁場(chǎng)定向的矢量控制框圖</p><p>　　根據(jù)電磁轉(zhuǎn)矩與定子軸電流的比例關(guān)系,可以得到定子 軸電流指令,通過(guò)對(duì)其進(jìn)行閉環(huán)控制,可以實(shí)現(xiàn)快速準(zhǔn)確控制電磁轉(zhuǎn)矩的目的。當(dāng)轉(zhuǎn)速低于額定轉(zhuǎn)速時(shí),轉(zhuǎn)子磁鏈基本不變;當(dāng)高于額定轉(zhuǎn)速時(shí),轉(zhuǎn)子磁鏈按一定的規(guī)律減少,實(shí)現(xiàn)弱磁擴(kuò)速,轉(zhuǎn)子磁鏈的有效控制是通過(guò)對(duì)定子電流 軸分量的閉環(huán)控制實(shí)現(xiàn)的。由圖可以看出,整個(gè)矢量控制的關(guān)鍵是坐標(biāo)變換所需要的 軸與軸之間的夾角。而

41、由圖1-2</p><p>　　圖1-2 磁鏈坐標(biāo)變換</p><p>　　可以看出,角可以通過(guò)轉(zhuǎn)子磁鏈的、分量來(lái)求得。而求轉(zhuǎn)子磁鏈的、分量的過(guò)程稱為轉(zhuǎn)子磁鏈觀測(cè),有許多種方法可以實(shí)現(xiàn)[13] 。</p><p>　　2設(shè)備方案設(shè)計(jì)與總體設(shè)計(jì)</p><p>　　2.1電動(dòng)汽車傳動(dòng)系統(tǒng)模型</p><p>　　電動(dòng)汽車

42、是被稱為“21世紀(jì)的綠色環(huán)保汽車”，其具有潔無(wú)污染，動(dòng)力源多樣、能量轉(zhuǎn)換效率高、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、使用維護(hù)方便等優(yōu)點(diǎn)，依靠大功率電動(dòng)機(jī)提供動(dòng)力的新型交通工具。其中電動(dòng)汽車關(guān)于傳動(dòng)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)如圖2-1,2-2,2-3.</p><p>　　1-離合器 2-變速器 3-萬(wàn)向節(jié) 4-驅(qū)動(dòng)橋 5-差速器 6-半軸 7-主減速器 8-傳動(dòng)軸</p><p>　　圖 2-1機(jī)械式傳動(dòng)系統(tǒng)組成</p>

43、;<p>　　1-離合器 2-發(fā)電機(jī) 3-控制器 4-電動(dòng)機(jī) 5-驅(qū)動(dòng)橋 6-導(dǎo)線</p><p>　　圖 2-2混合動(dòng)力傳動(dòng) </p><p>　　圖 2-3電動(dòng)汽車交流傳動(dòng)系統(tǒng)</p><p>　　2.2交流傳動(dòng)系統(tǒng)的方案設(shè)計(jì)</p><p>　　作為新興產(chǎn)業(yè)的電動(dòng)汽車，其傳動(dòng)系統(tǒng)區(qū)別于傳動(dòng)動(dòng)力汽車的結(jié)構(gòu)。緊跟而來(lái)的設(shè)計(jì)問(wèn)題

44、就提出了不同的要求：</p><p>　　1 電動(dòng)汽車對(duì)電傳動(dòng)系統(tǒng)的要求</p><p>　　電動(dòng)汽車包括混合動(dòng)力電動(dòng)汽車(HEV)，純電動(dòng)汽車(EV l燃料電池汽車(FCEV)。盡管電力驅(qū)動(dòng)在各種類型的電動(dòng)汽車中的布置及結(jié)構(gòu)稍有區(qū)別，但均包括以下幾個(gè)部分：電機(jī)驅(qū)動(dòng)裝置，機(jī)械傳動(dòng)裝置和車輪，其中機(jī)械減速器有時(shí)可省略。不論電動(dòng)汽車的驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)采用哪種布置方式，其電機(jī)驅(qū)動(dòng)裝置的結(jié)構(gòu)基本上都相同，

45、主要由三部分組成：牽引電機(jī)、功率變換器和電子控制器，它們是電動(dòng)汽車驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的核心。從獲得盡可能高的平均行駛速度的觀點(diǎn)出發(fā)，汽車的動(dòng)力性能主要可由三方面的指標(biāo)來(lái)評(píng)定，即：</p><p>　　(1)汽車的最高速度；</p><p>　　(2)汽車的加速時(shí)間；</p><p>　　(3)汽車的爬坡能力。</p><p>　　2 電動(dòng)汽車對(duì)牽引電機(jī)

46、系統(tǒng)的要求主要包括：</p><p>　　(1)基速以下輸出大轉(zhuǎn)矩，以適應(yīng)車輛的啟動(dòng)，加速．負(fù)荷爬坡，頻繁啟停等復(fù)雜工況；</p><p>　　(2)基速以上為恒功率運(yùn)行，以適應(yīng)最高車速，超車等要求；</p><p>　　(3)會(huì)轉(zhuǎn)速運(yùn)行范圍內(nèi)的效率最優(yōu)化，以提高車輛的續(xù)駛里程； ．</p><p>　　(4)結(jié)構(gòu)堅(jiān)同，體積小，質(zhì)量輕，環(huán)境適

47、應(yīng)性好和可靠性高；</p><p>　　(5)低成本及大批量生產(chǎn)能力[14]。</p><p>　　2 . 3 電動(dòng)汽車電傳動(dòng)系統(tǒng)與方向的關(guān)系</p><p>　　電動(dòng)汽車在行駛的過(guò)程當(dāng)中，需要經(jīng)常性的改變方向。為了避免在電動(dòng)汽車轉(zhuǎn)向時(shí)，路面對(duì)行駛的汽車產(chǎn)生的附加阻力而導(dǎo)致輪胎過(guò)快磨損，要求轉(zhuǎn)向傳動(dòng)機(jī)構(gòu)傈證汽車在轉(zhuǎn)向時(shí)，所有的車輪都作純滾動(dòng)。顯然，這只有在所有的車輪

48、的軸線都相交于一點(diǎn)時(shí)方能實(shí)現(xiàn)。</p><p>　　2.3.1轉(zhuǎn)向梯形機(jī)構(gòu)（Ackerman轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)）</p><p>　　1-主銷 2-梯形臂 3-橫拉桿 4-轉(zhuǎn)向節(jié) 5-轉(zhuǎn)向橋轉(zhuǎn)向梯形結(jié)構(gòu)</p><p>　　圖2-4 轉(zhuǎn)向梯形機(jī)構(gòu)(Ackerman轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu))</p><p>　　在上面的Ackerman轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)中，轉(zhuǎn)向輪兩側(cè)的梯形臂與各

49、自的轉(zhuǎn)向節(jié)為剛性連接，梯形臂與橫拉桿通過(guò)球銷連接在一起，球銷中間墊有橡膠墊，用以緩沖車輪傳遞給轉(zhuǎn)向器的沖擊力，同時(shí)還起到補(bǔ)充間隙的作用。當(dāng)汽車轉(zhuǎn)向時(shí)，一側(cè)的轉(zhuǎn)向節(jié)繞自己的主銷開(kāi)始轉(zhuǎn)動(dòng)，通過(guò)梯形臂與橫拉桿，帶動(dòng)另一側(cè)的轉(zhuǎn)向節(jié)轉(zhuǎn)動(dòng)。由于梯形臂與轉(zhuǎn)向軸軸線之間存在著梯形底角，故當(dāng)一側(cè)的轉(zhuǎn)向節(jié)轉(zhuǎn)過(guò)一個(gè)固定的角度時(shí)，另外一側(cè)的轉(zhuǎn)向節(jié)繞自己的主銷轉(zhuǎn)過(guò)一個(gè)不同的角度，這樣才有可能使所有車輪的軸線都相交于一點(diǎn)性[15]。</p><

50、p>　　2.3.2 Ackerman轉(zhuǎn)向原理</p><p>　　圖2-5 Ackerman轉(zhuǎn)向原理</p><p>　　-轉(zhuǎn)向輪轉(zhuǎn)角；轉(zhuǎn)向輪轉(zhuǎn)角：-汽車軸距</p><p>　　盡為兩主銷中心線延長(zhǎng)線到地面交點(diǎn)之間的距離</p><p>　　-汽車輪距：-汽車質(zhì)心和后軸的距離</p><p>　　-質(zhì)心的轉(zhuǎn)向半

51、徑；-瞬時(shí)轉(zhuǎn)向中心點(diǎn)</p><p>　　無(wú)論是兩軸、三軸或者是四軸汽車，在轉(zhuǎn)向過(guò)程中為了使所有車輪都處于純</p><p>　　滾動(dòng)而無(wú)滑動(dòng)狀態(tài)或只有極小的滑移，要求全部車輪都繞一個(gè)瞬時(shí)轉(zhuǎn)向中心做圓周運(yùn)動(dòng)。在一般轉(zhuǎn)向條件下，每個(gè)車輪的轉(zhuǎn)向半徑是不同的。因此，同一轉(zhuǎn)向軸上的兩個(gè)轉(zhuǎn)向輪，其內(nèi)輪和外輪的轉(zhuǎn)角以及不同車軸上的同側(cè)車輪轉(zhuǎn)角必須是不同的，它們應(yīng)該符合按理論計(jì)算出來(lái)的比例關(guān)系，并據(jù)此作

52、為轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)基礎(chǔ)。依據(jù)Ackerman轉(zhuǎn)向原理可以看出，當(dāng)獨(dú)立懸架輪轂驅(qū)動(dòng)電動(dòng)汽車處在轉(zhuǎn)向狀態(tài)時(shí)，應(yīng)該使前面兩個(gè)轉(zhuǎn)向輪的軸線與后兩輪的軸線相交于一點(diǎn)O，這個(gè)O點(diǎn)就是轉(zhuǎn)向時(shí)汽車的瞬時(shí)轉(zhuǎn)向中心。如果假定汽車為一個(gè)剛體，那么這個(gè)剛體上的所有點(diǎn)將圍繞瞬時(shí)轉(zhuǎn)向中心O做圓周運(yùn)動(dòng)，這時(shí)，四個(gè)驅(qū)動(dòng)輪也圍繞瞬時(shí)轉(zhuǎn)向中心O做無(wú)摩擦的純滾動(dòng)，前兩輪的轉(zhuǎn)角關(guān)系為，電動(dòng)汽車的四輪差速關(guān)系為：，其中：為汽車第i輪的行駛速度，為汽車第輪的轉(zhuǎn)向半徑；汽車回轉(zhuǎn)的角速

53、度。此時(shí)。電動(dòng)汽車輪胎的磨損率為最低，轉(zhuǎn)向最平順。但是上述Ackerman轉(zhuǎn)向原理建立在前輪兩轉(zhuǎn)角、為理想關(guān)系時(shí)才能保證所有車輪的軸線相交于一點(diǎn)。迄今為止，所有的汽車的轉(zhuǎn)向傳動(dòng)機(jī)構(gòu)都只能設(shè)計(jì)的在一定的車輪偏轉(zhuǎn)角內(nèi)，近似的滿足上述理想關(guān)系[16]。</p><p>　　2.4 電動(dòng)汽車電傳動(dòng)系統(tǒng)運(yùn)行模式</p><p>　　電動(dòng)汽車電機(jī)控制器存在以下幾種運(yùn)行模式組合：“向前，向后”、“牽引，

54、制動(dòng)”，其中“牽引”或“制動(dòng)”信號(hào)控制電機(jī)工作在牽引(電動(dòng))狀態(tài)或制動(dòng)(發(fā)電)狀態(tài)，“前進(jìn)”或“后退”信號(hào)控制電機(jī)正轉(zhuǎn)或反轉(zhuǎn)(圖2-4) </p><p>　　圖2-4 電機(jī)控制器的運(yùn)行模式</p><p>　　——轉(zhuǎn)差角頻率，——同步角頻率，</p><p>　　——轉(zhuǎn)子角頻率，——轉(zhuǎn)差率</p><p>　　圖2-4 電傳動(dòng)系統(tǒng)運(yùn)行模式向

55、前牽引時(shí)為+，為+；向前制動(dòng)時(shí)為-，為+；向后牽引時(shí)為-，為-；向后制動(dòng)時(shí)為+，為-[17]。</p><p>　　2.5 電動(dòng)汽車交流電傳動(dòng)系統(tǒng)</p><p>　　高密度、高效率、寬調(diào)速的電動(dòng)汽車牽引電機(jī)及其控制系統(tǒng)既是電動(dòng)汽車的心臟，又是電動(dòng)汽車研制的關(guān)鍵技術(shù)之一，20世紀(jì)80年代前，幾乎所有車輛的牽引電機(jī)均為直流電機(jī)，這是因?yàn)橹绷鳡恳姍C(jī)具有起步。加速牽引力大，控制系統(tǒng)較簡(jiǎn)單等優(yōu)點(diǎn)

56、。直流電機(jī)的缺點(diǎn)是有機(jī)械換向器，在高速大負(fù)載工況下，換向器表面會(huì)產(chǎn)生火花，所以電機(jī)的運(yùn)轉(zhuǎn)不能太高。由于直流電機(jī)的換向器需保養(yǎng)，又不適合高速運(yùn)轉(zhuǎn)，除小型車外，目前一般已不采用[18]。</p><p>　　由于受安裝空間和運(yùn)行條件的限制，對(duì)電動(dòng)汽車電傳動(dòng)系統(tǒng)提出了非?？量痰囊?。近10年來(lái)，主要發(fā)展交流異步電機(jī)和無(wú)刷永磁電機(jī)系統(tǒng)。與原有的直流牽引電機(jī)系統(tǒng)相比，具有明顯優(yōu)勢(shì)，其突出優(yōu)點(diǎn)是體積小，質(zhì)量輕(其功率質(zhì)量比為

57、0.5~1.0 kg/KW)、效率高、基本免維護(hù)、調(diào)速范圍廣。目前電動(dòng)汽車牽引電機(jī)主要有：直流電機(jī)(Dc)，異步電機(jī)(IM)，永磁電機(jī)(BDCM和PMSM)和開(kāi)關(guān)磁阻電機(jī)(SRM)。無(wú)論采用哪種交流電機(jī)，交流傳動(dòng)系統(tǒng)的組成基本相似，即由牽引變流器、牽引電機(jī)、控制系統(tǒng)3部分組成。該3個(gè)組成部分是一個(gè)有機(jī)的整體，每一個(gè)又是一個(gè)復(fù)雜的系統(tǒng)工程[19]。 </p><p>　　2.5.1牽引變流器</p>

58、<p>　　根據(jù)輸入輸出電量的不同，變流技術(shù)主要分為4種類型，牽引變流器用于實(shí)現(xiàn)直流與交流電最的轉(zhuǎn)換，即：牽引時(shí)將輸入的直流電逆變成交流電(逆變)；再生制動(dòng)時(shí)將電機(jī)輸出的交流電整流成直流電(整流)。電力電子技術(shù)是?門(mén)新興技術(shù)，它是由電力學(xué)、電子學(xué)和控制理論三個(gè)學(xué)科交叉而成的，可以用倒三角形對(duì)該門(mén)技術(shù)進(jìn)行描述。其中電力電子器件是基礎(chǔ)，是現(xiàn)代交流調(diào)速裝置的支柱，是牽引變流器的核心部件。20世紀(jì)80年代中期以前，變流器功率回路主要采

59、用晶閘管元件。80年代中期以后主要用第二代電力電子器件GTR、VDMOs．IGBT元件，90年代中小功率變流器主要采用IGBT，中大功率變流器主要采用GTO。目前已經(jīng)開(kāi)始使用第4代元件，其包括高壓IGBT，IGCT，IEGT，SGCT等[20]。</p><p>　　當(dāng)牽引變流器的輸入電壓選定后，由式(2-1)可以算出為了滿足電傳動(dòng)的輸出功率電機(jī)需要的三相電流有效值L，以作為選定電力電子器件電流參數(shù)的主要依據(jù)。&

60、lt;/p><p><b>　　(2-1)</b></p><p>　　式中：——電機(jī)輸出功率；——電機(jī)輸入電壓(有效值)；——電機(jī)輸入電流(有效值)；——功率因數(shù)；一一電機(jī)轉(zhuǎn)換效率。</p><p><b>　　2.5.2牽引電機(jī)</b></p><p>　　牽引電機(jī)可實(shí)現(xiàn)電能與機(jī)械能的轉(zhuǎn)換，即：牽引

61、時(shí)將電能轉(zhuǎn)換成機(jī)械能；再生制動(dòng)時(shí)將機(jī)械能轉(zhuǎn)換成電能。交流電機(jī)，特別是鼠籠式異步電機(jī)，具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、制造容易、價(jià)格便宜、堅(jiān)固耐用、轉(zhuǎn)動(dòng)慣量小、運(yùn)行可靠、維修少、使用環(huán)境及結(jié)構(gòu)發(fā)展不受限制等優(yōu)點(diǎn)。</p><p>　　現(xiàn)在已經(jīng)廣泛的應(yīng)用到我們生活的各個(gè)方面。由電機(jī)學(xué)可知，異步電機(jī)轉(zhuǎn)速為：</p><p><b>　　(2-2)</b></p><p&g

62、t;　　式中：——電機(jī)實(shí)際轉(zhuǎn)速(r，min)；——電機(jī)定子供電頻率；——電機(jī)極對(duì)數(shù)；電機(jī)定子供電角頻率(角速度)。</p><p>　　電機(jī)的轉(zhuǎn)差率： (2-3)</p><p>　　電機(jī)的同步轉(zhuǎn)速： (2-4)</p><p>　　由上

63、式可知，如果均勻地改變異步電機(jī)的定子供電頻率，就可以平滑地調(diào)節(jié)電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速。實(shí)際應(yīng)用中，不僅要求調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)速，同時(shí)還要求電傳動(dòng)系統(tǒng)具有良好的機(jī)械特性。在額定轉(zhuǎn)速以下調(diào)速時(shí)，希望電機(jī)中每極磁通保持為額定值，這可通過(guò)恒壓頻比控制方法和轉(zhuǎn)差頻率控制方法實(shí)現(xiàn)[21]。</p><p>　　輸出電源頻率之間的關(guān)系見(jiàn)表2-1。</p><p>　　圖2-5 電傳動(dòng)系統(tǒng)的機(jī)械特性</p>&l

64、t;p><b>　　2.5.3控制系統(tǒng)</b></p><p>　　控制系統(tǒng)根據(jù)整車工況、司機(jī)指令等協(xié)調(diào)牽引變流器和牽引電機(jī)的工作，控制整車的運(yùn)行。</p><p>　　交流傳動(dòng)的控制系統(tǒng)主要由控制硬件和控制軟件組成。調(diào)速系統(tǒng)的任務(wù)是控制和調(diào)節(jié)電機(jī)的轉(zhuǎn)速，然而，轉(zhuǎn)速是通過(guò)轉(zhuǎn)矩來(lái)改變的。</p><p><b>　　(2-5)&l

65、t;/b></p><p>　　式中：——電機(jī)的電磁轉(zhuǎn)矩；——負(fù)載轉(zhuǎn)矩；</p><p>　　——轉(zhuǎn)動(dòng)慣量；——電機(jī)轉(zhuǎn)速</p><p>　　由式(2-5)可知，對(duì)于恒轉(zhuǎn)速負(fù)載的啟動(dòng)，制動(dòng)及調(diào)速，如果能控制電機(jī)的電磁轉(zhuǎn)矩恒定，則可獲得恒定的加(減)速運(yùn)動(dòng)?？刂品椒ㄖ饕衯/f控制法、轉(zhuǎn)差頻率控制法、矢量控制法和直接轉(zhuǎn)矩控制法(DTC)[22]。</p&g

66、t;<p>　　表2-2 直接轉(zhuǎn)矩控制系統(tǒng)和矢量控制系統(tǒng)特點(diǎn)與性能比較 </p><p>　　矢量控制基本原理是，通過(guò)測(cè)量和控制異步電機(jī)定子電流矢量．根據(jù)磁場(chǎng)定向原理分別對(duì)異步電機(jī)的勵(lì)磁電流的轉(zhuǎn)矩電流進(jìn)行控制，從而達(dá)到控制異步電機(jī)轉(zhuǎn)矩的目的。直接轉(zhuǎn)矩控制以轉(zhuǎn)矩為中心進(jìn)行磁鏈、轉(zhuǎn)矩的綜合控制。與矢量控制不同，直接轉(zhuǎn)矩控制不采用解耦的方式，從而在算法上不存在旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)變換，簡(jiǎn)單地通過(guò)檢測(cè)電機(jī)定子電壓和電流

67、，借助瞬時(shí)空載矢量理論計(jì)算電機(jī)的磁鏈和轉(zhuǎn)矩，并根據(jù)與給定值比較所得差值，實(shí)現(xiàn)磁鏈和轉(zhuǎn)矩的直接控制[23]。</p><p>　　3矢量控制的分析計(jì)算和校核</p><p>　　3.1三相感應(yīng)電動(dòng)機(jī)物理模型及電流矢量　 </p><p>　　三相感應(yīng)電動(dòng)機(jī)的物理模型如圖3-1所示。其中,定子和轉(zhuǎn)子三相繞組在空間中對(duì)稱分布,各自的三相軸線在空間互差120°電角

68、度。定子和轉(zhuǎn)子相應(yīng)軸線之間的夾角為同步角速度為 ,轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速為定子和轉(zhuǎn)子三相電壓的瞬時(shí)值為: 、 、 、 、 、 。定子和轉(zhuǎn)子三相電流的瞬時(shí)值為: 、 、 、 、 、 。定子和轉(zhuǎn)子各相電壓與電流的正方向符合關(guān)聯(lián)參考方向。根據(jù)圖3-1 所示的三相感應(yīng)電動(dòng)機(jī)的物理模型,繞組中通有電流,會(huì)產(chǎn)生垂直于繞組平面的磁動(dòng)勢(shì)。</p><p>　　圖3-1 　三相感應(yīng)電動(dòng)機(jī)的物理模型</p><p>　　

69、從產(chǎn)生磁動(dòng)勢(shì)的角度上看,每相繞組的電流都是有方向的,都是矢量。電流矢量的大小為該相電流的瞬時(shí)值,方向?yàn)樵撓嗬@組軸線方向。按幅值守恒的原則,定義定子三相電流合成矢量為</p><p><b>　　(3-1)</b></p><p>　　轉(zhuǎn)子三相電流合成矢量為</p><p><b>　　(3-2)</b></p>

70、;<p>　　3.1.2 電磁轉(zhuǎn)矩的電流表達(dá)式</p><p>　　設(shè)定電磁轉(zhuǎn)矩的正方向?yàn)槭罐D(zhuǎn)子位置角增大的方向。根據(jù)圖3-1 所示的物理模型,可以得到三相感應(yīng)電動(dòng)機(jī)電磁轉(zhuǎn)矩的瞬時(shí)值表達(dá)式</p><p><b>　?。?-3）</b></p><p>　　其中, 為極對(duì)數(shù), 為定子相繞組自感中對(duì)應(yīng)于主磁場(chǎng)部分的自感。</

71、p><p>　　由式(3-3) 可知, 電磁轉(zhuǎn)矩與定子和轉(zhuǎn)子各相電流的瞬時(shí)值及定子和轉(zhuǎn)子之間的夾角有關(guān), 這些物理量相互影響又隨時(shí)間變化。因此,無(wú)法象直流電機(jī)那樣,電磁轉(zhuǎn)矩與電樞電流有簡(jiǎn)單的比例關(guān)系,這是三相感應(yīng)電動(dòng)機(jī)控制困難的主要原因。盡管電磁轉(zhuǎn)矩的瞬時(shí)值表達(dá)式很復(fù)雜, 但卻很有規(guī)律[24]。注意到恰為定子A 相與轉(zhuǎn)子 相電流矢量的矢量積的模:</p><p><b>　　(3-4

72、)</b></p><p>　　定義三維直角坐標(biāo)系 ,定子和轉(zhuǎn)子繞組軸線所確定的平面與 軸所確定的平面重合, 軸的正方向與該平面垂直,且與 、 軸正方向符合右手螺旋關(guān)系。各軸的單位矢量分別為、 、 , 則定子和轉(zhuǎn)子各相電流矢量如圖3-2 所示。</p><p>　　圖3-2 　xyz 坐標(biāo)系下的電流矢量</p><p><b>　　(3-4)&

73、lt;/b></p><p><b>　　(3-5)</b></p><p><b>　　(3-6)</b></p><p>　　上述等式的等號(hào)右邊的部分相加,恰好與式(3-4)中括號(hào)內(nèi)的多項(xiàng)式相同。于是, 將式(3-5) 的兩邊都乘以單位矢量k ,可得</p><p><b>　　

74、(3-7)</b></p><p>　　把式(3-4) 和式(3-5) 代入式(3-7) ,電磁轉(zhuǎn)矩可以寫(xiě)成</p><p><b>　　(3-8)</b></p><p>　　其中, (3-9)</p><p>　　為定

75、子繞組的激磁電感, 為三相感應(yīng)電機(jī)的激磁電流。</p><p>　　由式(3-8) 可以看出, 三相感應(yīng)電動(dòng)機(jī)的電磁轉(zhuǎn)矩與定子和轉(zhuǎn)子合成電流矢量的矢量積的模成正比。與式(3-3) 相比, 這是比較簡(jiǎn)潔的關(guān)系。通常轉(zhuǎn)子電流不易檢測(cè),應(yīng)用其它物理量與定子電流來(lái)表示電磁轉(zhuǎn)矩[25]。</p><p>　　3.1.3電磁轉(zhuǎn)矩的磁鏈和定子電流矢量</p><p>　　轉(zhuǎn)子磁鏈

76、矢量: (3-10)定子磁鏈?zhǔn)噶? (3-11) 氣隙磁鏈?zhǔn)噶? (3-12)</p><p>　　其中, 為定子繞組電感, 為定子漏感;</p><p>　　為轉(zhuǎn)子繞組電感, 為轉(zhuǎn)子漏

77、感。</p><p><b>　　(3-13)</b></p><p>　　電磁轉(zhuǎn)矩可以表示為轉(zhuǎn)子磁鏈與定子電流矢量 </p><p>　　積的形式: (3-14)</p><p>　　同理,可以得到電磁轉(zhuǎn)矩的另外兩種表示形式:</p><p>

78、<b>　　(3-15)</b></p><p>　　所以電磁轉(zhuǎn)矩的大小可以寫(xiě)成</p><p><b>　　(3-16)</b></p><p>　　3.1.4 磁場(chǎng)定向與解耦</p><p>　　式(3-16) 表明電磁轉(zhuǎn)矩與定子電流矢量與磁鏈?zhǔn)?。量的矢量積有關(guān),但定子電流矢量還影響磁鏈?zhǔn)噶?電

79、磁轉(zhuǎn)矩與定子電流的關(guān)系沒(méi)有因?yàn)楸磉_(dá)式的簡(jiǎn)化而變簡(jiǎn)單。定子電流矢量和各磁鏈?zhǔn)噶烤谕粋€(gè)平面內(nèi)旋轉(zhuǎn),當(dāng)電機(jī)穩(wěn)態(tài)運(yùn)行時(shí),它們的幅度不變,轉(zhuǎn)速相同,為同步轉(zhuǎn)速 ,如圖3-4 所示?？梢杂渺o止的坐標(biāo)系或同步旋轉(zhuǎn)的坐標(biāo)系來(lái)描述它們。</p><p>　　圖3-4　和坐標(biāo)系下的電流和磁鏈?zhǔn)噶?lt;/p><p>　　坐標(biāo)軸與定子電流矢量和三個(gè)磁鏈?zhǔn)噶恳黄鹨酝剿傩D(zhuǎn)。如將同步旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系的 軸定向于某一磁鏈

80、矢量,則稱為磁場(chǎng)定向。有三種磁場(chǎng)定向:定子磁場(chǎng)向、轉(zhuǎn)子磁場(chǎng)定向和氣隙磁場(chǎng)定向。磁場(chǎng)定向后,可以實(shí)現(xiàn)定子電流中轉(zhuǎn)矩分量與勵(lì)磁分量的解耦[26]。下面以轉(zhuǎn)子磁場(chǎng)定向?yàn)槔f(shuō)明之。當(dāng) 軸定向于轉(zhuǎn)子磁鏈?zhǔn)噶亢?如圖3-5 所示。電磁轉(zhuǎn)矩可以表示為</p><p><b>　　(3-17)</b></p><p>　　其中, 為轉(zhuǎn)子磁鏈?zhǔn)噶康姆? 它只與定子電流的 軸分關(guān) :&

81、lt;/p><p><b>　　(3-18)</b></p><p>　　其中, 為轉(zhuǎn)子電磁時(shí)間常數(shù)。</p><p>　　圖3-5 　轉(zhuǎn)子磁場(chǎng)定向的定子電流和轉(zhuǎn)子磁鏈?zhǔn)噶?lt;/p><p>　　由式(3-18) 可以看出,通過(guò) 軸轉(zhuǎn)子磁場(chǎng)定向,轉(zhuǎn)子磁鏈只與定子電流的d 軸分量有關(guān),只要控制定子電流的軸分量,就可以調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)子磁鏈

82、的強(qiáng)弱。根據(jù)式(3-17) ,若轉(zhuǎn)子磁鏈保持不變,則電磁轉(zhuǎn)矩與定子電流的 軸分量成正比[16]。這是與直流電機(jī)相似的轉(zhuǎn)矩與勵(lì)磁可以分別獨(dú)立控制的特性。進(jìn)行定子磁場(chǎng)定向或氣隙磁場(chǎng)定向,有相似的結(jié)果。</p><p>　　3.1.5 矢量控制實(shí)現(xiàn)</p><p>　　通過(guò)轉(zhuǎn)子磁場(chǎng)定向,定子電流的勵(lì)磁分量與轉(zhuǎn)矩分量實(shí)現(xiàn)解耦,三相感應(yīng)電機(jī)的勵(lì)磁控制與轉(zhuǎn)矩控制與直流電機(jī)類似,仿照直流電機(jī)的轉(zhuǎn)速電流雙

83、閉環(huán)控制,可以得到三相感應(yīng)電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)子磁場(chǎng)定向的矢量控制框圖如圖1-1 所示。</p><p>　　根據(jù)電磁轉(zhuǎn)矩與定子軸電流的比例關(guān)系,可以得到定子 軸電流指令,通過(guò)對(duì)其進(jìn)行閉環(huán)控制,可以實(shí)現(xiàn)快速準(zhǔn)確控制電磁轉(zhuǎn)矩的目的。當(dāng)轉(zhuǎn)速低于額定轉(zhuǎn)速時(shí),轉(zhuǎn)子磁鏈基本不變;當(dāng)高于額定轉(zhuǎn)速時(shí),轉(zhuǎn)子磁鏈按一定的規(guī)律減少,實(shí)現(xiàn)弱磁擴(kuò)速,轉(zhuǎn)子磁鏈的有效控制是通過(guò)對(duì)定子電流d 軸分量的閉環(huán)控制實(shí)現(xiàn)的。由圖3-5 可以看出,整個(gè)矢量控制的

84、關(guān)鍵是坐標(biāo)變換所需要的 軸與軸之間的夾角。而由圖3-4可以看出,角可以通過(guò)轉(zhuǎn)子磁鏈的、分量來(lái)求得。而求轉(zhuǎn)子磁鏈的、分量的過(guò)程稱為轉(zhuǎn)子磁鏈觀測(cè),有許多種方法可以實(shí)現(xiàn)[27]。</p><p>　　3.2電動(dòng)汽車交流電機(jī)仿真</p><p>　　通過(guò)上面對(duì)交流電機(jī)傳動(dòng)系統(tǒng)和矢量控制的分段介紹，下面就依據(jù)上文建立電動(dòng)汽車交流電機(jī)在矢量控制下的仿真模型。</p><p>　

85、　3.2.1 電動(dòng)汽車交流電動(dòng)機(jī)在兩相旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系（M-T）上的數(shù)學(xué)模型</p><p>　　根據(jù)具體情況的不同，選擇簡(jiǎn)單實(shí)用的數(shù)學(xué)模型。一個(gè)旋轉(zhuǎn)矢量 從三相定子A-B-C 坐標(biāo)系變換到兩相定子、 坐標(biāo)系，稱為Clarke 變換，也叫3/2 變換，一個(gè)旋轉(zhuǎn)矢量從垂直坐標(biāo)系（、 坐標(biāo)系）變換到定向坐標(biāo)系（M-T 坐標(biāo)系），稱為Park 變換。 異步電動(dòng)機(jī)在M、T 坐標(biāo)系下的工作狀態(tài)可由以下3 個(gè)方程式來(lái)描述 <

86、/p><p><b>　　(3-19)</b></p><p><b>　　(3-20)</b></p><p><b>　　(3-21)</b></p><p>　　式（3-19）中的第三、第四行出現(xiàn)零元素，減少了多變量之間的偶合關(guān)系，使模型得到簡(jiǎn)化。即 軸電流為</p&g

87、t;<p><b>　　(3-22)</b></p><p>　　而 (3-23)</p><p>　　故 (3-24)</p><p><b>　　(3-25)</b><

88、/p><p>　　上述給出的式（3-22）、式（3-23）、式（3-24）三個(gè)方程式是構(gòu)成轉(zhuǎn)差型矢量控制系統(tǒng)的基本方程式，它描述了 和、的關(guān)系。由于、、 均為常數(shù)，故交流電機(jī)在M-T 坐標(biāo)系上的轉(zhuǎn)矩方程與直流電動(dòng)機(jī)非常相似，控制就容易進(jìn)行了[28]。</p><p>　　3.2.2 電動(dòng)汽車交流電動(dòng)機(jī)矢量控制系統(tǒng)MATLAB 仿真</p><p>　　在MATLAB 環(huán)

89、境下根據(jù)交流電動(dòng)機(jī)在M-T 坐標(biāo)系下的數(shù)學(xué)模型即式（3-19）、式（3-20）和式（3-21），編制M 文件建立交流電動(dòng)機(jī)的仿真模型。同時(shí)根據(jù)如圖1 的仿真框圖中各參數(shù)傳遞路線編寫(xiě)各個(gè)模塊的M 文件，建立一個(gè)交流電動(dòng)機(jī)按轉(zhuǎn)子磁場(chǎng)定向控制的MATLAB 仿真系統(tǒng)。整個(gè)仿真系統(tǒng)主要包括交流電動(dòng)機(jī)模型模塊、電流PI 調(diào)節(jié)模塊、電壓PI 調(diào)節(jié)模塊、速度PI 調(diào)節(jié)模塊、電流磁鏈模塊等。</p><p>　　圖3-7 仿真完

90、整系統(tǒng)模塊圖</p><p>　　圖3-8 Current model模塊</p><p>　　圖3-9 speed calculaded模塊</p><p>　　圖3-10 Generate 模塊</p><p>　　圖 3-11 ASR模塊</p><p>　　圖3-12 ATR-PI模塊</p>&

91、lt;p>　　圖3-14 Apsi-PI模塊</p><p>　　圖3-15 電動(dòng)機(jī)參數(shù)</p><p>　　圖3-16 MachinesDemu 參數(shù)</p><p>　　圖3-17 inverter 參數(shù)</p><p>　　圖3-18 TL=0.6 Rs=0.002 磁鏈仿真圖</p><p>　　圖3-1

92、9 TL=0.6 Rs=0.002 電機(jī)轉(zhuǎn)速仿真圖</p><p>　　圖3-20 TL=0.6 Rs=0.002 轉(zhuǎn)速仿真圖</p><p>　　圖3-21 TL=0.6 Rs=0.002 轉(zhuǎn)矩仿真圖</p><p><b>　　3.3矢量部分總結(jié)</b></p><p>　　矢量控制是交流電機(jī)調(diào)速中最重要也是最抽象

93、的內(nèi)容之一,且已在交流調(diào)速之外有很多成功的應(yīng)用。本文提出了從矢量的角度學(xué)習(xí)交流電機(jī)矢量控制。從矢量的角度來(lái)分析矢量控制,抓住了交流電機(jī)控制中最根本的兩個(gè)物理量: 電磁轉(zhuǎn)矩和磁鏈。通過(guò)矢量圖講解定向、坐標(biāo)變換及解耦方式學(xué)習(xí)并運(yùn)用。從而理解矢量控制在交流電機(jī)上的合理運(yùn)用。</p><p>　　通過(guò)仿真得到，Rs,Tl,Lm,Ls等是改變轉(zhuǎn)矩，轉(zhuǎn)速的一個(gè)重要的參數(shù)。發(fā)現(xiàn)交流轉(zhuǎn)矩控制轉(zhuǎn)換成直接轉(zhuǎn)矩控制是成立的。電動(dòng)汽車的

94、交流傳動(dòng)系統(tǒng)可以通過(guò)矢量控制進(jìn)行轉(zhuǎn)換控制。</p><p><b>　　4 結(jié)束語(yǔ)</b></p><p>　　本文從交流電動(dòng)機(jī)矢量控制理論出發(fā)，根據(jù)矢量控制的基本方程式，給出了交流電動(dòng)機(jī)矢量控制系統(tǒng)MATLAB 仿真框圖。MATLAB 仿真結(jié)果表明對(duì)交流電動(dòng)機(jī)使用矢量控制方法進(jìn)行控制時(shí)具有動(dòng)態(tài)特性好，速度、轉(zhuǎn)矩響應(yīng)迅速等特點(diǎn)；可以滿足對(duì)電動(dòng)汽車在理想路況下的車速控制

95、。仿真結(jié)果為交流電動(dòng)機(jī)實(shí)際控制器的設(shè)計(jì)提供了理論依據(jù)。</p><p><b>　　參考文獻(xiàn)</b></p><p>　?。?］張翔.趙韓.張炳力.錢立軍中國(guó)電動(dòng)汽車的進(jìn)展[期刊論文]-汽車研究與開(kāi)發(fā) 2004(1)</p><p>　?。?］曹秉剛.張傳偉.白志峰.李竟成電動(dòng)汽車技術(shù)進(jìn)展和發(fā)展趨勢(shì)[期刊論文]-西安交通大學(xué)學(xué)報(bào) 2004(1)

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