新能源汽车永磁同步电机建模及控制算法研究

来源 :辽宁工业大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:zhang504752895
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在新能源汽车中,电机作为其驱动系统主要动力来源,决定了新能源汽车的安全性、动力性等主要性能指标。其中,永磁同步电机具有结构简单、振动噪声低、功率因数高及转矩惯性大等特点,在新能源汽车中得到了广泛的应用。因此,本文以永磁同步电机为研究对象,进行了建模及控制算法研究,本文主要研究内容如下:(1)在传统永磁同步电机数学模型中,忽略了损耗、铁芯饱和及交叉耦合等非线性因素的影响,而导致对电机控制算法的验证存在一定的误差。因此,本文采用有限元方法建立了永磁同步电机有限元模型,还原出电机内部真实的参数变化情况。(2)针对永磁同步电机这一具有复杂非线性的系统,本文采用一种具有不依赖被控对象数学模型特性的自抗扰控制策略,进行永磁同步电机速度控制器的设计。并在传统自抗扰控制的非线性扩张状态观测器中,引入了一种基于有限时间收敛的非线性函数。在MATLAB/Simulink中搭建了系统仿真模型,仿真结果表明,基于新型非线性函数的扩张状态观测器,在收敛速度及跟踪误差性能方面得到了改善,速度控制系统响应速度提高,抗扰动能力增强。(3)根据新能源汽车用永磁同步电机的实际工况需求,进行速度分区控制,基速以下采用改进自抗扰控制与id=0控制策略。基速以上,采用改进自抗扰控制与弱磁控制相结合的控制策略。为了验证所提出的永磁同步电机速度控制策略的有效性,结合永磁同步电机有限元模型在MATLAB/Simulink中进行了永磁同步电机低速、高速和高低速切换控制策略仿真研究。仿真结果表明,本文提出的速度控制策略满足系统所需的精度及稳定性要求。(4)为进一步验证本文所提出的永磁同步电机速度控制策略的有效性,构建了模型在环仿真实验平台及具有真实控制器的硬件在环仿真实验平台对本文所设计的控制策略进行实验验证。并且为方便实验数据的观测,设计了PMSM硬件在环上位机监控平台。通过实验验证表明,本文所设计的永磁同步电机速度分区控制策略具有良好鲁棒性和运行稳定性,满足新能源汽车各工况下的性能要求。
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