開關磁阻輪轂電機驅動系統(tǒng)的研究.pdf

1、與單電機驅動電動汽車相比，輪轂電機驅動系統(tǒng)驅動的電動汽車在動力源配置、底盤結構和車輛操控性等方面有其獨特的技術特征和優(yōu)勢，是電動汽車發(fā)展的一個獨特方向。電機驅動系統(tǒng)是電動汽車的三大關鍵零部件之一，可供選用的電機型式多種多樣，性能各有千秋。其中開關磁阻電機(SR電機)以其簡單牢固的結構、優(yōu)異的性能而成為優(yōu)選方案之一，經過近20年的不斷努力，在汽車應用領域已取得了一大批研究成果并投入實際應用，發(fā)揮了巨大的社會效益和經濟效益。在此基礎上開展開

2、關磁阻電機輪轂驅動系統(tǒng)的研究已成為必然。全文共分為七部分：
　　 簡要介紹了電動汽車的發(fā)展概況和關鍵技術，對關鍵技術之一的各種電機驅動系統(tǒng)進行了分析比較，詳細介紹了SR電機驅動系統(tǒng)的最新發(fā)展水平和研究方向及其應用于電動汽車的優(yōu)缺點。對輪轂電機電動汽車的優(yōu)點進行了闡述，總結了國內外輪轂電機電動汽車的發(fā)展近況。
　　 通過對現代汽車控制理論和技術的簡要綜述，明確指出對汽車的控制實質上是控制輪胎與路面間的作用力(包含驅動力和制

3、動力)，合理控制作用力能夠實現先進的車輛控制技術，如驅動力控制(TCS)和穩(wěn)定性控制(VSC)，使得駕駛員對車輛的控制更為靈活穩(wěn)定，提高了車輛在各種路面條件下的行駛性能。輪轂電機型式的電動汽車上各驅動輪具有各自獨立的電機驅動系統(tǒng)，輪轂電機驅動系統(tǒng)的研究目標應是實現驅動輪驅動力矩、制動力矩的閉環(huán)控制。
　　 在分析常用的SR電機轉矩閉環(huán)控制策略的基礎上，針對其中的不足之處，提出了基于磁鏈檢測的轉矩控制策略。采用多變量(相電流、開通

4、角和熄弧角)控制技術，徹底消除了傳統(tǒng)控制中由于控制模式切換引起的轉矩不平順性。采用變結構PID控制相電流實現轉矩閉環(huán)控制；從減小相電流峰值、有效值，提高電機效率和功率器件利用率的角度對開通角進行了優(yōu)化；從控制定轉子對齊位置相電流值減輕電機振動噪聲的角度對熄弧角進行了優(yōu)化，并詳盡闡述了基于磁鏈平衡實現熄弧角控制的方法，最后進行了MATLAB/Simulink仿真研究。
　　 對磁鏈檢測的精度進行了深入研究。運用有限元分析軟件ANS

5、YS7.0，對SR電機內部磁場分布進行了仿真分析，分別計算出電機繞組和檢測繞組磁鏈及其相對誤差，分析了檢測繞組的匝數以及布置方式對相對誤差的影響，得出了具有普遍意義的布置原則。研究了相間互感的影響，分別對NSNSNS、NNNSSS兩者連接方式的磁場分布和電感矩陣進行了分析計算并結合實驗，得出采用NSNSNS連接方式，相間的影響相互一致，一相的磁鏈、電流數據可精確地代表其余兩相，電機轉矩估算將具有更高的精度和準確性。詳細闡述了硬件積分器的

6、各種誤差源，并針對每一種誤差源給出了誤差的解析表達式，通過分析可知采用低噪聲高精度運算放大器OP-27構建的積分器在SR電機的各種工況下均具有非常高的精度。
　　 采用對比分析的方法對SRG的基本工作原理和特性、轉矩閉環(huán)控制策略中轉矩估算、電流滯環(huán)控制以及開關角度控制進行了研究。提出了基于磁鏈平衡的 控制方法。對SRG中可能出現的繞組電流失控問題進行了較為深入的分析，總結出了失控電流的變化規(guī)律，提出了具有針對性的控制措施。最后對

7、轉矩閉環(huán)控制策略進行了仿真計算，結果表明所采用的控制策略具有良好的動靜態(tài)特性。
　　 構建了SR電機實驗平臺并進行了詳盡的實驗研究。設計并制作SR電機控制器，控制部分采用TI公司的DSP TMS320LF2407A并配合相應的外圍元件，功率變換器采用非對稱半橋電路，功率器件采用FUJI公司的IGBT 2MBI100-060L。為便于制動實驗，研制了高頻斬波負載裝置，實現了發(fā)電電壓的穩(wěn)定和任意調節(jié)。設計了硬件積分器的校正電路。實驗

8、項目主要包括：電動(和制動)轉矩-轉速靜態(tài)特性、電動(和制動)轉矩階躍響應動態(tài)特性、電動-制動間轉換轉矩階躍響應特性。實驗結果表明，采用本文提出的轉矩控制策略，SR電機具有良好的轉矩動靜態(tài)特性。
　　 為了實現SR電機繞組電流或磁鏈的精確控制，必須提高SR電機功率變換器的工作頻率以提高系統(tǒng)的動態(tài)響應速度。然而，較高的工作頻率會引起嚴重的電磁干擾(EMI)和開關損耗從而導致系統(tǒng)整體效率降低。結合諧振開關(RS)、直流諧振環(huán)(RDC