关键词：电动汽车;;永磁同步电机;;直接转矩控制;;效率优化
摘 要：近年来我国的汽车行业迅速发展,为能源消耗和环境污染问题带来了巨大的压力。因此新能源汽车,尤其是纯电动汽车成为了未来汽车行业的发展新方向。永磁同步电机作为具有高效、高功率密度特点的一类电机,将其应用于电动汽车的驱动系统对于我国的汽车行业发展有着巨大的潜力和广阔的前景。因此,本文结合电动汽车实际的运行需求,对基于直接转矩控制的永磁同步电机驱动系统进行了深入研究。本文首先介绍了永磁同步电机的结构与分类,以及永磁同步电机在不同坐标系下的数学模型,并据此分析了永磁同步电机直接转矩调速系统的控制原理及实现方法。在MATLAB/Simulink环境下对永磁同步电机直接转矩控制调速系统模型进行建模仿真,探讨了该调速系统的各项性能,为电机运行效率优化和弱磁扩速运行提供理论基础。针对电动汽车一次充电行驶里程数较短的问题,提出了对电机运行进行效率优化,提高其续航能力。首先研究了直接转矩控制下使电机高效运行的最大转矩电流比控制方法,指出在电机实际运行中参数变化会使其脱离效率最优点运行导致控制精度下降的不足。针对这一问题,分析了判断实际运行点与效率最优点相对位置的方法,并结合实际运行情况下调节速度必须快的要求,选择了模糊控制方法对效率最优点进行变步长自适应寻优,使电机始终保持最高效率运行。在仿真过程中,发现了模糊优化系统存在转矩脉动增大的现象。随后,深入探讨分析了使转矩脉动增大的原因,并据此将产生脉动增大的因素进行筛选和排除,形成了最终的模糊自适应最大转矩电流比控制系统。通过仿真分析其结果,验证了优化后的系统效率得到提高,且保持了原有系统良好的转速和转矩特性。之后针对永磁同步电机的高速运行能力,研究了其弱磁扩速的基本原理,以及在直接转矩控制中的实现方法。深入分析了零矢量插入在永磁同步电机直接转矩控制中的作用,得出了零矢量在低速时保持转矩,在高速时减弱转矩的结论,据此特点提出了将零矢量运用到弱磁运行中,并将零矢量作为对转矩角限幅的控制手段。最后对永磁同步电机直接转矩控制系统的硬件结构进行了设计,并对各个硬件选型进行了分析介绍,同时设计了整个系统的软件算法。
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