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电动汽车用异步电动机控制策略研究

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1 绪论

1.1研究背景与意义(Background and Significance)

1.2电动汽车国内外发展现状(EV Development Status at Home and Abroad)

1.3电动汽车的电机控制策略概述(The EV Motor Control Strategy Overview)

1.4本文的主要研究内容(The Main Research Contents of This Thesis)

2 电动汽车电机驱动器与调制方法

2.1异步电动机的数学模型(Mathematical Model of Induction Motor)

2.2 电压型逆变器(Voltage Source Inverter)

2.3 脉宽调制(Pulse Width Modulation)

2.4 本章小结(Summary)

3 异步电动机矢量控制方法

3.1 磁场定向控制(FOC)

3.2 直接转矩控制(Direct Torque Control)

3.3 基于空间电压矢量的直接转矩控制(DTC_SVM)

3.4 本章小结(Summary)

4基于定子磁链定向的异步电动机准比例谐振控制

4.1 异步电动机定子磁链定向控制原理分析( The Control Theory Analysis of Induction Motor Based on Stator Flux Orientated)

4.2异步电机准PR控制(Induction Motor QPR Control)

4.3基于DSOGI_FLL的磁链观测器(Flux Observer Basedon DSOGI_FLL)

4.4 异步电动机基于准 PR 控制系统仿真验证( The Simulation Verification of Induction Motor Based on QPR Controller System)

4.5本章小结(Summary)

5 实验平台硬件与软件设计及实验验证

5.1控制电路核心板设计(The Core Board Design of Control Circuit)

5.2DSP软件与FPGA硬件实现(DSP Software and FPGA Hardware Implementation)

5.3 LabVIEW上位机(Upper Computer Designed by Lab VIEW)

5.4 实验平台(Experiment Platform)

5.5 实验结果(Experiment Results)

5.6本章小结(Summary)

6 总结与展望

参考文献

作者简介

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摘要

近年来,随着化石能源危机与环境污染加剧,电动汽车作为一种绿色的交通工具,迎来了它的发展热潮。异步电动机在电动汽车领域应用十分广泛,然而,异步电动机的控制策略一般采用直接转矩控制(Direct Torque Control简称DTC)和转子磁链定向控制(RotorFiled Oriented Control简称RFOC),这两种控制策略都有不足。DTC的转矩脉动大,开关频率不固定;RFOC需要解耦且太过依赖电机的参数。本文针对这两种控制方法的缺点,从异步电动机的数学模型分析出发,给出了一种新型的异步电动机按定子磁链定向的控制方法。同时,系统引入了准比例谐振(Quasi-Proportional-Resonant简称QPR)控制器,它克服了 PI控制器的缺点,能够在静止坐标系下无静差的跟踪交流信号。本文的主要研究内容如下:
  (1)以异步电动机为控制对象并从空间矢量控制原理的角度对其进行研究;对应用PWM控制方法的电压源型逆变器的原理进行了分析并介绍的几种PWM控制技术,总结了其优缺点。
  (2)给出了RFOC控制框图并总结了其优缺点;对在不同采样频率下的直接转矩控制系统进行了仿真,从仿真结果中总结出了DTC的优缺点;介绍了电压空间矢量PWM(Space Vector PWM简称SVPWM)控制技术并对矢量切换点的时间进行了推导,另外,在此基础上介绍了基于电压空间矢量的直接转矩控制方法(DTC_SVM),给出了其磁链环和转矩环PI控制器的根轨迹设计方法并进行了仿真验证。
  (3)分析了准PR控制器的特性并给出了控制器参数的选择方法;分析了二阶广义积分器(Second Order GeneralizedIntegrator简称SOGI),同时在此基础上对双二重广义积分器的锁频环(Double Second Order Generalized Integrator Frequency Lock Loop简称DSOGI_FLL)进行了理论推导并将其用来锁定异步电动机的同步角频率;理论推导了基于 DSOGI_FLL的新型磁链观测器并将其应用于异步电动机的定子磁链观测;在上述理论基础上,本文给出了一种基于定子磁链定向的异步电动机准比例谐振控制方法并对控制方法进行了 MATLAB/Simulink仿真验证。
  (4)设计电动汽车电机控制器的硬件与编写了DSP实验程序,对控制算法进行了实验验证。
  MATLAB/Simulink仿真验证了本文所给出的控制方法的可行性,实验结果表明在本文所给出的控制方法下,电机转矩脉动小、定子电流谐波含量少、系统具有良好的动态性能。

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