開關(guān)磁阻輪轂電機驅(qū)動系統(tǒng)的研究.pdf

1、與單電機驅(qū)動電動汽車相比，輪轂電機驅(qū)動系統(tǒng)驅(qū)動的電動汽車在動力源配置、底盤結(jié)構(gòu)和車輛操控性等方面有其獨特的技術(shù)特征和優(yōu)勢，是電動汽車發(fā)展的一個獨特方向。電機驅(qū)動系統(tǒng)是電動汽車的三大關(guān)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(guān)磁阻電機(SR電機)以其簡單牢固的結(jié)構(gòu)、優(yōu)異的性能而成為優(yōu)選方案之一，經(jīng)過近20年的不斷努力，在汽車應(yīng)用領(lǐng)域已取得了一大批研究成果并投入實際應(yīng)用，發(fā)揮了巨大的社會效益和經(jīng)濟效益。在此基礎(chǔ)上開展開

2、關(guān)磁阻電機輪轂驅(qū)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(guān)鍵技術(shù)，對關(guān)鍵技術(shù)之一的各種電機驅(qū)動系統(tǒng)進行了分析比較，詳細介紹了SR電機驅(qū)動系統(tǒng)的最新發(fā)展水平和研究方向及其應(yīng)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(jié)了國內(nèi)外輪轂電機電動汽車的發(fā)展近況。
　　 通過對現(xiàn)代汽車控制理論和技術(shù)的簡要綜述，明確指出對汽車的控制實質(zhì)上是控制輪胎與路面間的作用力(包含驅(qū)動力和制

3、動力)，合理控制作用力能夠?qū)崿F(xiàn)先進的車輛控制技術(shù)，如驅(qū)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(qū)動輪具有各自獨立的電機驅(qū)動系統(tǒng)，輪轂電機驅(qū)動系統(tǒng)的研究目標應(yīng)是實現(xiàn)驅(qū)動輪驅(qū)動力矩、制動力矩的閉環(huán)控制。
　　 在分析常用的SR電機轉(zhuǎn)矩閉環(huán)控制策略的基礎(chǔ)上，針對其中的不足之處，提出了基于磁鏈檢測的轉(zhuǎn)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(shù)，徹底消除了傳統(tǒng)控制中由于控制模式切換引起的轉(zhuǎn)矩不平順性。采用變結(jié)構(gòu)PID控制相電流實現(xiàn)轉(zhuǎn)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(zhuǎn)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(xiàn)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(nèi)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(shù)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(jié)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(shù)據(jù)可精確地代表其余兩相，電機轉(zhuǎn)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(gòu)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(zhuǎn)矩閉環(huán)控制策略中轉(zhuǎn)矩估算、電流滯環(huán)控制以及開關(guān)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(xiàn)的繞組電流失控問題進行了較為深入的分析，總結(jié)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(zhuǎn)矩閉環(huán)控制策略進行了仿真計算，結(jié)果表明所采用的控制策略具有良好的動靜態(tài)特性。
　　 構(gòu)建了SR電機實驗平臺并進行了詳盡的實驗研究。設(shè)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(yīng)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(xiàn)了發(fā)電電壓的穩(wěn)定和任意調(diào)節(jié)。設(shè)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(zhuǎn)矩-轉(zhuǎn)速靜態(tài)特性、電動(和制動)轉(zhuǎn)矩階躍響應(yīng)動態(tài)特性、電動-制動間轉(zhuǎn)換轉(zhuǎn)矩階躍響應(yīng)特性。實驗結(jié)果表明，采用本文提出的轉(zhuǎn)矩控制策略，SR電機具有良好的轉(zhuǎn)矩動靜態(tài)特性。
　　 為了實現(xiàn)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(yīng)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(guān)損耗從而導(dǎo)致系統(tǒng)整體效率降低。結(jié)合諧振開關(guān)(RS)、直流諧振環(huán)(RDC