基于混合动力电动汽车的永磁同步电动机控制系统的研究

【摘要】： 混合动力汽车作为解决汽车节能、降低排放的汽车工业新技术，具有低污染和低油耗的特点，成为国际、国内汽车发展的新热点。电机驱动系统作为混合动力汽车中的主要部分，在混合动力汽车中起着至关重要的作用，对其进行研究具有重要的理论和现实意义。永磁同步电机具有高效、高功率密度以及良好的调速性能，正逐步成为混合动力汽车传动中所使用的首选电机。 本论文主要围绕混联式混合动力汽车用永磁同步电机(PMSM)展开，所做的工作主要包括以下几个部分： 首先对驱动电机进行比较，选择永磁同步电机作为混合动力汽车的驱动电机。 其次，在阐述永磁同步电机的结构和数学模型的基础上，分析了永磁同步电机直接转矩控制的机理，详细叙述了适合于混合动力电动汽车永磁同步电机的直接转矩控制方案。 然后根据设计要求选定了车体参数和车辆传动比，在车辆受力分析的基础上设计了永磁同步电机的额定参数，并对动力蓄电池的参数进行了估算。在此基础上给出了一种基于MATLAB／Simulink环境下的混合动力电动汽车用永磁同步电机的直接转矩控制系统仿真模型，对该系统进行了详细的仿真研究，并分析了混合动力电动汽车在各种工况下的性能曲线，仿真结果说明本文设计的电机驱动系统满足混合动力电动汽车的要求，这也是本文的重点工作。 最后设计了该系统的硬件和软件，给出了硬件设计图和软件流程图。 【关键词】：混合动力电动汽车(HEV) 永磁同步电机(PMSM) 直接转矩控制(DTC) 仿真 MATLAB
【学位授予单位】：江苏大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2007
【分类号】：U469.72
【目录】：

• 摘要5-6
• Abstract6-10
• 第一章 绪论10-18
• 1.1 研究背景及意义10
• 1.2 国内外电动汽车的发展现状与趋势10-12
• 1.3 混合动力电动汽车用电机驱动系统的发展现状12-16
• 1.3.1 混合动力电动汽车中电动机的使用现状12-13
• 1.3.2 混合动力电动汽车用永磁同步电机控制系统的发展现状13-16
• 1.3.3 永磁同步电机直接转矩控制的发展现状16
• 1.4 本文的主要研究内容16-18
• 第二章 混合动力电动汽车驱动系统的结构及其特点18-26
• 2.1 串联式混合动力电动汽车18-19
• 2.1.1 串联式混合动力电动汽车的结构18-19
• 2.1.2 串联式混合动力电动汽车的驱动模式19
• 2.1.3 串联式混合动力电动汽车的特点19
• 2.2 并联式混合动力电动汽车19-22
• 2.2.1 并联式混合动力电动汽车的结构19-20
• 2.2.2 并联式混合动力电动汽车的驱动模式20-21
• 2.2.3 并联式混合动力电动汽车具有以下特点21-22
• 2.3 混联式混合动力电动汽车22-23
• 2.3.1 切换系统22
• 2.3.2 分路系统22-23
• 2.4 混合动力电动汽车各驱动类型的比较分析23-24
• 2.5 混合动力电动汽车电机驱动系统的要求24-25
• 2.6 本章小结25-26
• 第三章 基于混合动力电动汽车的永磁同步电机的直接转矩控制26-49
• 3.1 永磁同步电机的结构及特点26-29
• 3.1.1 表面式转子结构26-27
• 3.1.2 内置式转子结构27-28
• 3.1.3 永磁同步电机的特点28-29
• 3.2 永磁同步电机的数学模型29-37
• 3.2.1 永磁同步电机在三相静止坐标系中的数学模型29-32
• 3.2.2 永磁同步电机在两相静止坐标系中的数学模型32-35
• 3.2.3 永磁同步电机在两相旋转坐标系中的数学模型35-37
• 3.3 永磁同步电机直接转矩控制的基本原理和电压矢量37-44
• 3.3.1 永磁同步电机直接转矩控制的基本原理37-39
• 3.3.2 永磁同步电机直接转矩控制中空间电压矢量的生成39-41
• 3.3.3 空间电压矢量对磁链的影响41-42
• 3.3.4 空间电压矢量对转矩的影响42-43
• 3.3.5 零空间电压矢量对永磁同步电机转矩的控制作用43-44
• 3.4 永磁同步电机直接转矩控制中磁链分区及空间电压矢量开关表的确定44-48
• 3.4.1 定子磁链分区的选择44-46
• 3.4.2 空间电压矢量开关表的选择46-48
• 3.5 本章小结48-49
• 第四章 混合动力电动汽车电机驱动系统主要参数与选型匹配49-67
• 4.1 HEV受力分析及能量转换分析49-51
• 4.2 HEV用驱动电机参数确定51-53
• 4.3 HEV用电池体系的选取53-55
• 4.4 传动比的选定55
• 4.5 混合动力电动汽车电机驱动系统主要参数计算55-60
• 4.5.1 车体参数及传动比的选取55-56
• 4.5.2 电池参数估算56-58
• 4.5.3 电机参数定额58-60
• 4.6 HEV电机驱动系统的建模60-62
• 4.7 HEV电机驱动系统仿真波形分析62-66
• 4.7.1 HEV的起动特性62-64
• 4.7.2 HEV上坡行驶仿真波形64-65
• 4.7.3 突加给定转矩的仿真波形65-66
• 4.8 本章小结66-67
• 第五章 混合动力电动汽车电机驱动系统设计67-87
• 5.1 电机驱动系统的总体结构67-68
• 5.2 DSP控制板68-71
• 5.2.1 TMS320LF2407A简介68-69
• 5.2.2 DSP基本外围电路69-71
• 5.3 电机驱动主电路及驱动控制硬件电路设计71-78
• 5.3.1 主电路结构71
• 5.3.2 软启动电路71-72
• 5.3.3 IPM的选择及隔离72-73
• 5.3.4 IPM故障检测及保护电路73-74
• 5.3.5 档位与油门给定输入电路74-75
• 5.3.6 检测电路75-78
• 5.5 辅助电源设计78-80
• 5.6 故障检测电路80-83
• 5.6.1 过流检测80
• 5.6.2 欠压检测80-81
• 5.6.3 过压检测电路81
• 5.6.4 过温检测电路81-82
• 5.6.5 故障综合及封锁电路82-83
• 5.7 系统软件设计83-86
• 5.7.1 主程序设计83-84
• 5.7.2 HEV用 PMSM驱动子程序84-85
• 5.7.3 换档中断服务程序85
• 5.7.4 故障处理子程序85-86
• 5.8 本章小结86-87
• 第六章 结论与展望87-89
• 致谢89-90
• 参考文献90-93
• 攻读硕士研究生期间发表的论文93

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