混合動(dòng)力汽車感應(yīng)電機(jī)轉(zhuǎn)矩控制系統(tǒng)研究.pdf

1、混合動(dòng)力汽車是混合使用內(nèi)燃機(jī)和電動(dòng)機(jī)兩套系統(tǒng)驅(qū)動(dòng)的汽車，具有減少廢氣排放、降低油耗等優(yōu)點(diǎn)，是未來汽車工業(yè)發(fā)展的新方向。電機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)是混合動(dòng)力汽車中的主要部件，快速、準(zhǔn)確的電磁轉(zhuǎn)矩控制在混合動(dòng)力汽車驅(qū)動(dòng)中起著至關(guān)重要的作用，因此對(duì)車用電機(jī)轉(zhuǎn)矩控制系統(tǒng)進(jìn)行研究具有重要的理論意義和實(shí)際意義。 電機(jī)轉(zhuǎn)矩控制精度依賴于位置、電流及電壓傳感器精度，一旦這些傳感器出現(xiàn)故障，輕者造成車輛性能永久下降，重者引發(fā)嚴(yán)重安全事故；在實(shí)際應(yīng)用中，控制系統(tǒng)

2、傳感器出現(xiàn)故障頻率最高，因此對(duì)傳感器故障狀態(tài)下的車用電機(jī)轉(zhuǎn)矩控制研究具有同樣重要的意義。由于感應(yīng)電動(dòng)機(jī)具有高效、高可靠性、免維護(hù)及低成本等特性，因而在混合動(dòng)力汽車中應(yīng)用最為廣泛。本文以混合動(dòng)力汽車中的感應(yīng)電機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)為研究對(duì)象，對(duì)車用電機(jī)復(fù)雜時(shí)變工況及傳感器故障狀態(tài)下的轉(zhuǎn)矩控制問題進(jìn)行了系統(tǒng)的理論分析和仿真實(shí)驗(yàn)研究，主要工作歸納如下： 1、針對(duì)電動(dòng)汽車運(yùn)行狀態(tài)復(fù)雜多變、車用感應(yīng)電機(jī)運(yùn)行中參數(shù)變化較大較頻繁、車用電機(jī)參數(shù)時(shí)變性突出

3、、現(xiàn)有感應(yīng)電機(jī)模型誤差較大的問題，本文提出了利用電機(jī)暫態(tài)運(yùn)行數(shù)據(jù)離線辨識(shí)電機(jī)在各種工況下相應(yīng)參數(shù)值、用“相關(guān)分析法”確定電機(jī)參數(shù)與運(yùn)行條件之間函數(shù)匹配關(guān)系、建立能向時(shí)反映電機(jī)多個(gè)參數(shù)實(shí)時(shí)變化特性的車用感應(yīng)電機(jī)時(shí)變數(shù)學(xué)模型的新方法，并通過與實(shí)驗(yàn)結(jié)果對(duì)比，驗(yàn)證了所建電機(jī)模型的有效性，為車用電機(jī)轉(zhuǎn)矩控制器的設(shè)計(jì)奠定了基礎(chǔ)。 2、針對(duì)傳統(tǒng)磁場(chǎng)定向控制技術(shù)對(duì)電機(jī)參數(shù)變化敏感和被調(diào)參數(shù)較多的缺點(diǎn)，基于轉(zhuǎn)子磁場(chǎng)定向(FOC)技術(shù)提出了一種新型

4、魯棒性PI控制器，用對(duì)同步角頻率(ω<,e>)的PI控制代替?zhèn)鹘y(tǒng)的定子電流q軸分量(i<,qs>)的PI控制，不僅減少了需要調(diào)整的調(diào)節(jié)器參數(shù)數(shù)量，而且能更好地對(duì)轉(zhuǎn)子磁鏈(λ<,r>)的幅值和相位進(jìn)行實(shí)時(shí)跟蹤控制，對(duì)模型的不確定性具有良好的抑制作用，保證了電機(jī)轉(zhuǎn)矩控制的跟蹤精度。為了節(jié)能和提高汽車的續(xù)駛里程，在對(duì)電機(jī)轉(zhuǎn)矩實(shí)施高精度、高可靠性和高魯棒性控制的同時(shí)，如何使電機(jī)效率最大化是車用電機(jī)控制領(lǐng)域的熱點(diǎn)研究問題之一，本文以電機(jī)功率損耗最

5、小為目標(biāo)，優(yōu)化了轉(zhuǎn)子參考磁鏈，有效降低了電機(jī)運(yùn)行中的能量損耗。以磁鏈控制作內(nèi)環(huán)，轉(zhuǎn)矩控制作外環(huán)，提出了車用電機(jī)轉(zhuǎn)矩控制系統(tǒng)及效率優(yōu)化控制的新方案，以典型的混合動(dòng)力汽車行駛過程為仿真示例，驗(yàn)證了所提出的轉(zhuǎn)矩控制策略的有效性。 3、針對(duì)許多無速度傳感器控制算法對(duì)電機(jī)參數(shù)變化魯棒性差的問題，本文基于滑模變結(jié)構(gòu)控制技術(shù)，設(shè)計(jì)了自適應(yīng)轉(zhuǎn)速——磁鏈觀測(cè)器，這樣不僅改善了觀測(cè)器的魯棒性，而且可實(shí)現(xiàn)對(duì)轉(zhuǎn)速和磁鏈的同時(shí)觀測(cè)，減少了觀測(cè)器的數(shù)量，保

6、證了中、高速時(shí)觀測(cè)器的精度；針對(duì)電機(jī)在轉(zhuǎn)速低、定子頻率低時(shí)無速度傳感器控制算法存在的估計(jì)精度低、收斂速度慢的問題，本文設(shè)計(jì)了新的定子頻率觀測(cè)器，并在低速時(shí)用它取代轉(zhuǎn)速一一磁鏈滑模觀測(cè)器，以便改善電機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)低速運(yùn)行性能。仿真結(jié)果表明，所設(shè)計(jì)的轉(zhuǎn)速——磁鏈滑模觀測(cè)器和定子頻率觀測(cè)器保證了無速度傳感器電機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)能夠在較寬轉(zhuǎn)速變化范圍內(nèi)具有良好的轉(zhuǎn)矩控制性能。 4、為了提高相電流傳感器故障時(shí)電機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的轉(zhuǎn)矩控制能力，本文在對(duì)三相電

7、壓源型PWM逆變器中的直流電流、開關(guān)狀態(tài)及交流相電流之間關(guān)系分析的基礎(chǔ)上，提出了基于一個(gè)直流電流傳感器和開關(guān)狀態(tài)信息進(jìn)行逆變器相電流重構(gòu)的新策略；在數(shù)字電流滯環(huán)控制基礎(chǔ)上，設(shè)計(jì)了開關(guān)狀態(tài)發(fā)生器；為消除測(cè)量噪聲和開關(guān)控制對(duì)重構(gòu)電流的影響，本文還設(shè)計(jì)了一個(gè)IIR數(shù)字濾波器，以改善重構(gòu)電流質(zhì)量；所提出的相電流重構(gòu)方法不受電機(jī)模型參數(shù)及負(fù)載變化影響，可推廣到所有三相平衡電流交流電機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)中，通過仿真實(shí)驗(yàn)，驗(yàn)證了新方法的有效性。 5、針

8、對(duì)混合動(dòng)力汽車感應(yīng)電機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)傳感器的不同故障情況，提出了各種故障狀態(tài)下的相應(yīng)最優(yōu)控制策略；在電機(jī)轉(zhuǎn)矩控制系統(tǒng)中，充分利用無故障傳感器信息，設(shè)計(jì)了主動(dòng)容錯(cuò)控制器，使得在多數(shù)傳感器故障狀態(tài)下仍能對(duì)電機(jī)實(shí)施矢量控制，最大限度地維持了驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的轉(zhuǎn)矩控制性能；為解決轉(zhuǎn)矩控制策略切換中電機(jī)轉(zhuǎn)矩的平滑切換問題，本文還設(shè)計(jì)了平滑切換模糊控制器，對(duì)切換過程中的定子電壓偏差進(jìn)行補(bǔ)償。仿真實(shí)驗(yàn)表明，在傳感器發(fā)生故障時(shí)，所設(shè)計(jì)的轉(zhuǎn)矩控制系統(tǒng)仍能有效地保證車輛