電動汽車用無刷復(fù)合結(jié)構(gòu)永磁同步電機控制系統(tǒng)研究.pdf

1、混聯(lián)式混合動力汽車由于其較好的駕駛性能和燃油經(jīng)濟性在近些年被廣大消費者和汽車生產(chǎn)商接受，但由于混聯(lián)式混合動力系統(tǒng)中使用行星齒輪機構(gòu)作為動力分配裝置，存在機械結(jié)構(gòu)復(fù)雜、傳動噪聲及潤滑維護等問題。磁場調(diào)制型復(fù)合結(jié)構(gòu)永磁同步電機（Compound-Structure Permanent-Magnet Synchronous Machine, CS-PMSM）結(jié)構(gòu)上由一臺無刷雙轉(zhuǎn)子電機和一臺傳統(tǒng)永磁電機復(fù)合而成，能夠?qū)崿F(xiàn)混聯(lián)式混合動力所需的能量

2、變換功能，同時機械結(jié)構(gòu)上更加簡單緊湊。本文針對其工作原理、結(jié)構(gòu)及應(yīng)用背景的特殊性，就該電機控制系統(tǒng)展開深入研究，主要工作包括以下幾個方面：
　　首先，對磁場調(diào)制型無刷CS-PMSM的工作原理展開研究。分析了磁場調(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構(gòu)進行了對比。根據(jù) CS-PMSM在混合動力系統(tǒng)中的連接方式，提出了兩種基于CS-PMSM的混合動力系統(tǒng)方案，分析了兩種混合動力方案輸入、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，并從四象限能量變換的角度研究了不同負載工作點下無刷 CS-PMSM的工作狀態(tài)，為混合動力系統(tǒng)初期設(shè)計提供理論依據(jù)。
　　建立了磁場調(diào)制型無刷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Υ艌稣{(diào)制原理的研究，建立了電機磁鏈、電壓方程和機械運動方程。根據(jù) CS-PMSM在混合動力系統(tǒng)的功能，確定了CS-PMSM中兩電機協(xié)調(diào)控制策略，通過兩轉(zhuǎn)子位置計算雙轉(zhuǎn)子電機電角度，解決了雙轉(zhuǎn)子電機

4、的矢量控制問題。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。
　　從汽車系統(tǒng)的角度研究了磁場調(diào)制型無刷CS-PMSM混合動力系統(tǒng)的功率流模式和電機特性匹配問題。根據(jù)汽車驅(qū)動系統(tǒng)的運行狀態(tài)，分析了純電動驅(qū)動、啟動內(nèi)燃機、功率分流模式、并聯(lián)驅(qū)動及高速驅(qū)動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。為了驗證CS-PMSM系統(tǒng)功率流及方案設(shè)計是否滿足汽車駕

5、駛需求，基于上面的系統(tǒng)參數(shù)設(shè)計，利用美國EPA、歐洲NEDC和日本10-15模式標(biāo)準(zhǔn)駕駛工況進行了仿真驗證。
　　最后，為磁場調(diào)制型無刷 CS-PMSM系統(tǒng)設(shè)計了控制器，并進行了實驗研究。為實現(xiàn) CS-PMSM中兩電機協(xié)調(diào)控制，控制器功率單元采用六相半橋的拓撲結(jié)構(gòu)，使用一個控制核芯同時完成兩電機的控制算法。為節(jié)省控制核芯資源，通過雙核芯數(shù)據(jù)共享方法使用另一個通訊核芯處理 CS-PMSM控制子系統(tǒng)與汽車網(wǎng)絡(luò)的通訊數(shù)據(jù)，為 CS-PM