混合动力车用电机无位置传感器控制研究

论文摘要

随着石油价格的上涨及环境问题的日益突出,改善传统内燃机汽车给能源和环境带来的负面影响已经刻不容缓。混合动力汽车作为目前解决这些问题最有效的途径,已经成为世界各个国家研究的重心和未来的发展方向。作为混合动力汽车的关键技术之一,车用驱动电机控制方式的优劣直接反映了整车的燃油经济性、控制安全性及尾气排放指标等。矢量控制方法作为电机控制系统最常见的控制方法,其原理是利用转子磁场位置对定子电流空间矢量的相位进行控制。因此,要有效地进行电机矢量控制必须精确地检测到转子磁场位置。传统检测转子磁场位置的方法是在电机控制系统中安装一个位置传感器,由于位置传感器在检测过程中存在发生故障的隐患,其测量误差也会使电机控制在瞬间出现错误,导致电机控制噪音过大。于是无位置传感器控制技术作为车用驱动电机容错的一种辅助措施非常必要。本文以车用永磁同步电机为研究对象,围绕电机控制的主题,进行了如下研究工作：第一,分析了目前国内外常用电机无位置传感器控制方法,并根据车用驱动电机的特点,提出一种适合车用永磁同步电机无位置传感器矢量控制方法。第二,分析了矢量坐标变换原理,建立了永磁同步电机的矢量控制数学模型,研究了电机矢量控制基本原理。第三,提出了适合车用永磁同步电机的无位置传感器矢量控制基本原理,对电机转速和转子磁场位置进行了理论分析与研究计算,利用Matlab/Simulink仿真平台对其进行了仿真分析,以验证所提出理论的正确性和可行性。第四,进行了永磁同步电机控制系统的设计与开发,改进了控制系统的硬件电路、软件设计及上位机监控界面。最后,对整个软硬件系统进行了调试与检验,以保证电机控制系统能够正常、安全工作,并在保证各项指标均正常的情况下,对永磁同步电机进行了台架实验分析,利用本文所提出的无位置传感器矢量控制方法对电机转速和转子磁场位置进行估计,同时与有位置传感器矢量控制进行对比实验,最终,在两种控制模式稳定运行的情况下,对二者进行控制模式切换实验。台架实验证明该方法简单、可操作性好、容错能力强,可以作为车用电机的一种辅助控制方式,实现多模式控制。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 1 绪论
• 1.1 课题研究的背景和意义
• 1.2 混合动力汽车用电机应用状况与发展趋势
• 1.2.1 国外混合动力车用电机应用状况与发展趋势
• 1.2.2 国内混合动力车用电机应用状况与发展趋势
• 1.3 无位置传感器控制研究现状及控制方法
• 1.3.1 无位置传感器控制控制研究现状
• 1.3.2 无位置传感器控制控制方法介绍
• 1.4 课题的主要研究内容和创新点
• 1.4.1 课题的主要研究内容
• 1.4.2 课题的创新点
• 2 永磁同步电机及矢量控制系统
• 2.1 永磁电机的发展及特点
• 2.1.1 永磁电机的发展历史
• 2.1.2 永磁同步电机的特点
• 2.2 永磁同步电机的基本结构和数学模型
• 2.2.1 基本结构
• 2.2.2 坐标变换
• 2.2.3 数学模型
• 2.3 永磁同步电机的矢量控制系统
• 2.3.1 永磁同步电机的矢量控制
• 2.3.2 永磁同步电机的直接转矩控制
• 2.3.3 矢量控制与直接转矩控制的比较与联系
• 2.4 本章小结
• 3 无位置传感器电机控制原理及仿真分析
• 3.1 无位置传感器电机控制原理及理论计算
• 3.1.1 无位置传感器控制原理
• 3.1.2 理论分析与计算
• 3.2 仿真分析
• 3.2.1 仿真模型的搭建
• 3.2.2 仿真结果与分析
• 3.3 本章小结
• 4 永磁同步电机控制系统的设计
• 4.1 控制系统的硬件设计
• 4.1.1 控制系统的总体结构
• 4.1.2 主控芯片简介
• 4.1.3 逆变电路的设计
• 4.1.4 温度检测电路的设计
• 4.1.5 系统保护电路的设计
• 4.1.6 CAN通讯电路的设计
• 4.1.7 信号隔离电路的设计
• 4.1.8 无位置传感器控制电路硬件设计
• 4.2 控制系统的软件设计
• 4.2.1 软件开发平台的搭建
• 4.2.2 控制软件程序的实现
• 4.2.3 上位机监控界面的设计
• 4.3 本章小结
• 5 台架实验与结果分析
• 5.1 实验平台的搭建
• 5.2 硬件系统的性能测试与检验
• 5.2.1 励磁信号的测试
• 5.2.2 PWM信号输出的测试
• 5.2.3 电机反电动势波形的测试
• 5.2.4 无位置传感器电路信号‘的测试
• 5.3 电机转速与转子位置分析
• 5.3.1 电机转速分析
• 5.3.2 转子位置分析
• 5.4 优化无位置传感器矢量控制实验分析
• 5.4.1 电机主磁链的标定
• 5.4.2 电机主磁链的补偿
• 5.4.3 电机主磁链的补偿结果分析
• 5.5 模式切换控制实验分析
• 5.6 本章小结
• 结论
• 参考文献
• 附录A 无位置传感器矢量控制子程序
• 攻读硕士学位期间发表学术论文情况
• 致谢