电动汽车用混合励磁同步电机关键技术的研究

【摘要】： 混合励磁同步电机具有转矩输出能力强、转矩密度大、效率高及调磁方便等特点,同时克服了永磁同步电机高温易失磁、调速范围有限等问题,更适用于电动汽车等宽调速领域,因此混合励磁同步电机的控制技术研究具有重要的理论意义和工程价值。本文以非对称交错混合励磁同步电机作为研究对象,首先,以研究该类型电机的拓扑结构与数学模型为基础,在MATLAB/Simulink中建立了仿真控制系统模型。其次,针对低速运行工况,在提出了一种基于负载观测器的励磁电流控制策略与q轴电流前馈补偿策略的电流控制策略基础上,设计了滑模速度控制器,不仅提高了混合励磁同步电机的动态调速性能与低速时的带载能力,还克服了因负载时变对控制性能的影响。然后,针对高速运行工况,提出了基于模糊控制的励磁电流弱磁控制策略,以转速误差与负载观测值为模糊控制输入,实现励磁给定电流的动态调整,协调励磁电流在混合励磁同步电机中带载与弱磁扩速之间的矛盾;并设计了自抗扰速度控制器,使其在满足弱磁扩速要求的基础上,提高了高速运行时的带载能力与抗扰动能力。在高低速控制策略研究的基础上,对混合励磁同步电机在整个运行区间的运行性能进行了仿真分析,验证了本文提出控制策略的有效性。最后,设计了以TMS320F28335高性能DSP芯片为核心的电机驱动系统,以检测、驱动与控制为主进行了硬件电路的原理设计及其软件系统设计,并利用现有的实验条件,进行了部分功能验证。本文针对混合励磁同步电机不同的运行工况,分别采用了不同的电流控制策略及速度控制策略,实现了电枢电流与励磁电流的优化配置及高性能动态调速品质,仿真结果表明,本文的控制策略满足了电动汽车低速大转矩、宽调速的良好调速效果,为混合励磁同步电机进一步研究和工业领域的实际应用奠定基础。