開關(guān)磁阻輪轂電機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的研究.pdf

1、與單電機(jī)驅(qū)動(dòng)電動(dòng)汽車相比，輪轂電機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)驅(qū)動(dòng)的電動(dòng)汽車在動(dòng)力源配置、底盤結(jié)構(gòu)和車輛操控性等方面有其獨(dú)特的技術(shù)特征和優(yōu)勢(shì)，是電動(dòng)汽車發(fā)展的一個(gè)獨(dú)特方向。電機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)是電動(dòng)汽車的三大關(guān)鍵零部件之一，可供選用的電機(jī)型式多種多樣，性能各有千秋。其中開關(guān)磁阻電機(jī)(SR電機(jī))以其簡(jiǎn)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(shí)際應(yīng)用，發(fā)揮了巨大的社會(huì)效益和經(jīng)濟(jì)效益。在此基礎(chǔ)上開展開

2、關(guān)磁阻電機(jī)輪轂驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的研究已成為必然。全文共分為七部分：
　　 簡(jiǎn)要介紹了電動(dòng)汽車的發(fā)展概況和關(guān)鍵技術(shù)，對(duì)關(guān)鍵技術(shù)之一的各種電機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)進(jìn)行了分析比較，詳細(xì)介紹了SR電機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的最新發(fā)展水平和研究方向及其應(yīng)用于電動(dòng)汽車的優(yōu)缺點(diǎn)。對(duì)輪轂電機(jī)電動(dòng)汽車的優(yōu)點(diǎn)進(jìn)行了闡述，總結(jié)了國(guó)內(nèi)外輪轂電機(jī)電動(dòng)汽車的發(fā)展近況。
　　 通過對(duì)現(xiàn)代汽車控制理論和技術(shù)的簡(jiǎn)要綜述，明確指出對(duì)汽車的控制實(shí)質(zhì)上是控制輪胎與路面間的作用力(包含驅(qū)動(dòng)力和制

3、動(dòng)力)，合理控制作用力能夠?qū)崿F(xiàn)先進(jìn)的車輛控制技術(shù)，如驅(qū)動(dòng)力控制(TCS)和穩(wěn)定性控制(VSC)，使得駕駛員對(duì)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(jī)型式的電動(dòng)汽車上各驅(qū)動(dòng)輪具有各自獨(dú)立的電機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)，輪轂電機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的研究目標(biāo)應(yīng)是實(shí)現(xiàn)驅(qū)動(dòng)輪驅(qū)動(dòng)力矩、制動(dòng)力矩的閉環(huán)控制。
　　 在分析常用的SR電機(jī)轉(zhuǎn)矩閉環(huán)控制策略的基礎(chǔ)上，針對(duì)其中的不足之處，提出了基于磁鏈檢測(cè)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(shí)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(jī)效率和功率器件利用率的角度對(duì)開通角進(jìn)行了優(yōu)化；從控制定轉(zhuǎn)子對(duì)齊位置相電流值減輕電機(jī)振動(dòng)噪聲的角度對(duì)熄弧角進(jìn)行了優(yōu)化，并詳盡闡述了基于磁鏈平衡實(shí)現(xiàn)熄弧角控制的方法，最后進(jìn)行了MATLAB/Simulink仿真研究。
　　 對(duì)磁鏈檢測(cè)的精度進(jìn)行了深入研究。運(yùn)用有限元分析軟件ANS

5、YS7.0，對(duì)SR電機(jī)內(nèi)部磁場(chǎng)分布進(jìn)行了仿真分析，分別計(jì)算出電機(jī)繞組和檢測(cè)繞組磁鏈及其相對(duì)誤差，分析了檢測(cè)繞組的匝數(shù)以及布置方式對(duì)相對(duì)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(duì)NSNSNS、NNNSSS兩者連接方式的磁場(chǎng)分布和電感矩陣進(jìn)行了分析計(jì)算并結(jié)合實(shí)驗(yàn)，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(jī)轉(zhuǎn)矩估算將具有更高的精度和準(zhǔn)確性。詳細(xì)闡述了硬件積分器的

6、各種誤差源，并針對(duì)每一種誤差源給出了誤差的解析表達(dá)式，通過分析可知采用低噪聲高精度運(yùn)算放大器OP-27構(gòu)建的積分器在SR電機(jī)的各種工況下均具有非常高的精度。
　　 采用對(duì)比分析的方法對(duì)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(jìn)行了研究。提出了基于磁鏈平衡的 控制方法。對(duì)SRG中可能出現(xiàn)的繞組電流失控問題進(jìn)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(duì)性的控制措施。最后對(duì)

7、轉(zhuǎn)矩閉環(huán)控制策略進(jìn)行了仿真計(jì)算，結(jié)果表明所采用的控制策略具有良好的動(dòng)靜態(tài)特性。
　　 構(gòu)建了SR電機(jī)實(shí)驗(yàn)平臺(tái)并進(jìn)行了詳盡的實(shí)驗(yàn)研究。設(shè)計(jì)并制作SR電機(jī)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(duì)稱半橋電路，功率器件采用FUJI公司的IGBT 2MBI100-060L。為便于制動(dòng)實(shí)驗(yàn)，研制了高頻斬波負(fù)載裝置，實(shí)現(xiàn)了發(fā)電電壓的穩(wěn)定和任意調(diào)節(jié)。設(shè)計(jì)了硬件積分器的校正電路。實(shí)驗(yàn)

8、項(xiàng)目主要包括：電動(dòng)(和制動(dòng))轉(zhuǎn)矩-轉(zhuǎn)速靜態(tài)特性、電動(dòng)(和制動(dòng))轉(zhuǎn)矩階躍響應(yīng)動(dòng)態(tài)特性、電動(dòng)-制動(dòng)間轉(zhuǎn)換轉(zhuǎn)矩階躍響應(yīng)特性。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，采用本文提出的轉(zhuǎn)矩控制策略，SR電機(jī)具有良好的轉(zhuǎn)矩動(dòng)靜態(tài)特性。
　　 為了實(shí)現(xiàn)SR電機(jī)繞組電流或磁鏈的精確控制，必須提高SR電機(jī)功率變換器的工作頻率以提高系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)響應(yīng)速度。然而，較高的工作頻率會(huì)引起嚴(yán)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