電動(dòng)汽車(chē)用無(wú)刷復(fù)合結(jié)構(gòu)永磁同步電機(jī)控制系統(tǒng)研究.pdf

1、混聯(lián)式混合動(dòng)力汽車(chē)由于其較好的駕駛性能和燃油經(jīng)濟(jì)性在近些年被廣大消費(fèi)者和汽車(chē)生產(chǎn)商接受，但由于混聯(lián)式混合動(dòng)力系統(tǒng)中使用行星齒輪機(jī)構(gòu)作為動(dòng)力分配裝置，存在機(jī)械結(jié)構(gòu)復(fù)雜、傳動(dòng)噪聲及潤(rùn)滑維護(hù)等問(wèn)題。磁場(chǎng)調(diào)制型復(fù)合結(jié)構(gòu)永磁同步電機(jī)（Compound-Structure Permanent-Magnet Synchronous Machine, CS-PMSM）結(jié)構(gòu)上由一臺(tái)無(wú)刷雙轉(zhuǎn)子電機(jī)和一臺(tái)傳統(tǒng)永磁電機(jī)復(fù)合而成，能夠?qū)崿F(xiàn)混聯(lián)式混合動(dòng)力所需的能量

2、變換功能，同時(shí)機(jī)械結(jié)構(gòu)上更加簡(jiǎn)單緊湊。本文針對(duì)其工作原理、結(jié)構(gòu)及應(yīng)用背景的特殊性，就該電機(jī)控制系統(tǒng)展開(kāi)深入研究，主要工作包括以下幾個(gè)方面：
　　首先，對(duì)磁場(chǎng)調(diào)制型無(wú)刷CS-PMSM的工作原理展開(kāi)研究。分析了磁場(chǎng)調(diào)制型磁性齒輪的工作原理，并將其轉(zhuǎn)速、轉(zhuǎn)矩特性與行星齒輪機(jī)構(gòu)進(jìn)行了對(duì)比。根據(jù) CS-PMSM在混合動(dòng)力系統(tǒng)中的連接方式，提出了兩種基于CS-PMSM的混合動(dòng)力系統(tǒng)方案，分析了兩種混合動(dòng)力方案輸入、輸出的轉(zhuǎn)速、轉(zhuǎn)矩特性，利用杠

3、桿模型比較了兩方案系統(tǒng)構(gòu)型各自的特點(diǎn)，并從四象限能量變換的角度研究了不同負(fù)載工作點(diǎn)下無(wú)刷 CS-PMSM的工作狀態(tài)，為混合動(dòng)力系統(tǒng)初期設(shè)計(jì)提供理論依據(jù)。
　　建立了磁場(chǎng)調(diào)制型無(wú)刷CS-PMSM的統(tǒng)一數(shù)學(xué)模型并確定了系統(tǒng)控制策略?；谇懊鎸?duì)磁場(chǎng)調(diào)制原理的研究，建立了電機(jī)磁鏈、電壓方程和機(jī)械運(yùn)動(dòng)方程。根據(jù) CS-PMSM在混合動(dòng)力系統(tǒng)的功能，確定了CS-PMSM中兩電機(jī)協(xié)調(diào)控制策略，通過(guò)兩轉(zhuǎn)子位置計(jì)算雙轉(zhuǎn)子電機(jī)電角度，解決了雙轉(zhuǎn)子電機(jī)

4、的矢量控制問(wèn)題。利用Matlab建立了系統(tǒng)仿真模型，仿真結(jié)果證明了CS-PMSM模型及其控制策略的可行性。
　　從汽車(chē)系統(tǒng)的角度研究了磁場(chǎng)調(diào)制型無(wú)刷CS-PMSM混合動(dòng)力系統(tǒng)的功率流模式和電機(jī)特性匹配問(wèn)題。根據(jù)汽車(chē)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的運(yùn)行狀態(tài)，分析了純電動(dòng)驅(qū)動(dòng)、啟動(dòng)內(nèi)燃機(jī)、功率分流模式、并聯(lián)驅(qū)動(dòng)及高速驅(qū)動(dòng)等各模式下的功率流。提出了基于解析分析和標(biāo)準(zhǔn)駕駛工況的CS-PMSM特性匹配方法。為了驗(yàn)證CS-PMSM系統(tǒng)功率流及方案設(shè)計(jì)是否滿足汽車(chē)駕

5、駛需求，基于上面的系統(tǒng)參數(shù)設(shè)計(jì)，利用美國(guó)EPA、歐洲NEDC和日本10-15模式標(biāo)準(zhǔn)駕駛工況進(jìn)行了仿真驗(yàn)證。
　　最后，為磁場(chǎng)調(diào)制型無(wú)刷 CS-PMSM系統(tǒng)設(shè)計(jì)了控制器，并進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)研究。為實(shí)現(xiàn) CS-PMSM中兩電機(jī)協(xié)調(diào)控制，控制器功率單元采用六相半橋的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，使用一個(gè)控制核芯同時(shí)完成兩電機(jī)的控制算法。為節(jié)省控制核芯資源，通過(guò)雙核芯數(shù)據(jù)共享方法使用另一個(gè)通訊核芯處理 CS-PMSM控制子系統(tǒng)與汽車(chē)網(wǎng)絡(luò)的通訊數(shù)據(jù)，為 CS-PM