纯电动汽车感应电机驱动系统控制建模与仿真研究

【摘要】：当前，各国政府大力推进纯电动汽车的研究与开发。随着纯电动汽车的大力发展，如何对高性能纯电动汽车快速高效的开发成为了新的课题。 高性能纯电动汽车的研发，关键在于蓄电池技术、电机及其控制技术、电动汽车整车技术以及能量管理技术等多项电动汽车关键技术的发展。电机是电气驱动系统的核心,电机的性能、效率及其控制技术直接影响电动汽车的性能。因此，在发展高性能和高效率电机的同时，加强其控制技术的研究，对提高纯电机汽车的性能将具有重要的作用。 传统PID控制算法简单、鲁棒性好和可靠性高，不依赖于被控对象的精确模型，只需了解对象的响应特性就可设计出控制器，因而其设计方法简单，方便易行，从而被广泛应用于工业过程控制中。随着其广泛应用，不足之处也日益突出，如PID控制器参数的整定问题。在实际应用中，由于电机系统机理复杂，具有多输入、多输出的强耦合性、参数时变性和严重的非线性等，因此，传统PID控制电机难以获得满意的控制效果。 同时，在纯电动汽车的研发过程中，由于计算机仿真技术可对各子系统设置的参数进行灵活修改，各个模块也可重复使用，从而仿真模型可有效缩短纯电动汽车的研发周期、提升纯电动汽车的各种性能和加快纯电动汽车的研发及投入生产。 因此，本论文以纯电动汽车为对象，利用仿真分析方法，对控制纯电动汽车驱动电机系统的增量式PID控制算法和模糊PID控制算法等相关理论与方法进行研究。 本文通过对驱动电机进行比较研究，为在满足设计目标的条件下驱动电机的合理选型和参数的合理选择与匹配提供了依据；对驱动电机的数学模型进行分析，给出其转矩和运动方程、电压方程、磁链方程，以及不同坐标系下三相异步电动机数学模型。在此基础上，基于MATLAB/Simulink仿真平台，建立了纯电动汽车驱动电机的仿真模型； 同时，基于仿真软件MATLAB/Simulink，建立纯电动汽车异步电动机控制系统的仿真模型，基于增量式PID控制算法，探讨该算法对三相异步电机控制的影响，论证该算法可提高异步电机励磁绕组所产生的磁链旋转质量，使其速度加快，及时跟随电机对转速的调节需求，有效地提高电机的动态特性，对实现电机的良好控制有着良好的作用； 最后，建立了电机驱动系统、电池、电动机/控制器、能量管理与计算系统、整车动力学等相关部件的仿真模型，在此基础上，建立纯电动汽车整车的仿真模型，利用该仿真模型，基于模糊PID控制算法，探讨该算法对驱动电机控制的影响，论证该方法可提高整车对测试工况速度跟随性、动力性和行驶稳定性，改善整车的动力性、运行效率以及对能源的经济性具有良好的作用。 【关键词】：纯电动汽车 三相异步电机 模糊PID控制算法 建模仿真
【学位授予单位】：广西科技大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2013
【分类号】：U469.72
【目录】：

• 摘要4-6
• Abstract6-11
• 第一章 绪论11-19
• 1.1 本课题主要研究的目的、意义11-12
• 1.2 本课题主要研究的背景12-18
• 1.2.1 电动汽车的发展概况12-14
• 1.2.2 纯电动汽车驱动控制系统研究现状14-15
• 1.2.3 纯电动汽车电机驱动系统的工作原理15-16
• 1.2.4 纯电动汽车电机驱动系统的种类与比较16-18
• 1.3 本文研究的主要内容18
• 1.4 本章小结18-19
• 第二章 纯电动汽车驱动电机控制参数的确定19-33
• 2.1 驱动电机数学模型19-24
• 2.1.1 电机的转矩和运动方程19-20
• 2.1.2 电压方程20-21
• 2.1.3 电动机的磁链方程21-22
• 2.1.4 三相异步电动机在任意的两相旋转坐标系下的数学模型22-23
• 2.1.5 两相静止坐标系下表示的三相异步电动机数学模型23
• 2.1.6 两相同步旋转坐标系下表示三相异步电动机的数学模型23-24
• 2.2 纯电动汽车的驱动电机选型24-26
• 2.2.1 直流电机的驱动系统24-25
• 2.2.2 交流感应电机的驱动系统25-26
• 2.2.3 永磁同步电机驱动系统26
• 2.2.4 开关磁阻电机的驱动系统26
• 2.3 电机参数对电机性能的影响26-27
• 2.4 纯电动汽车的电机驱动系统选择27-28
• 2.5 纯电动汽车驱动电机控制参数确定28-30
• 2.6 电机的仿真模型30-32
• 2.7 本章小结32-33
• 第三章 纯电动汽车用交流异步电机矢量控制方法及仿真33-48
• 3.1 交流异步电机矢量控制的基本原理33-35
• 3.2 纯电动汽车用交流异步电机的矢量控制方法35-36
• 3.2.1 控制方法的分类35
• 3.2.2 控制方案的比较35-36
• 3.3 纯电动汽车用交流异步电机的矢量控制系统建立36-38
• 3.4 PID 控制38-44
• 3.4.1 常规 PID 控制原理39
• 3.4.2 PID 控制器参数的整定方法39-42
• 3.4.3 增量式 PID 控制42-44
• 3.5 系统模型的建立44-45
• 3.6 三相交流异步电动机改进增量式 PID 控制仿真及分析45-47
• 3.6.1 转子磁链分析45-46
• 3.6.2 转速控制仿真分析46-47
• 3.7 本章小结47-48
• 第四章 纯电动汽车整车模型48-57
• 4.1 纯电动汽车电机驱动系统模型48-51
• 4.1.1 电池模型49-50
• 4.1.2 电动机/控制器模型50-51
• 4.2 能量管理与计算系统仿真模型51-53
• 4.3 整车动力学模型53
• 4.4 整车仿真模型53-54
• 4.5 整车工况的选择54-55
• 4.6 系统仿真55-56
• 4.7 本章小结56-57
• 第五章 基于模糊 PID 矢量控制电机驱动系统的整车性能仿真分析57-76
• 5.1 模糊 PID 控制57-62
• 5.1.1 模糊控制器的组成57-58
• 5.1.2 模糊 PID 控制器原理58-60
• 5.1.3 模糊规则表的建立60-62
• 5.2 基于模糊 PID 控制电机驱动系统的整车性能仿真分析62-63
• 5.3 仿真结果分析63-75
• 5.3.1 整车速度仿真及结果分析63-69
• 5.3.2 电机输出转矩仿真及结果分析69-70
• 5.3.3 电机输出转速仿真及结果分析70-75
• 5.4 本章小结75-76
• 第六章 全文总结与展望76-78
• 6.1 全文总结76
• 6.2 展望76-78
• 参考文献78-82
• 发表论文和参加科研情况说明82-83
• 致谢83

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