关键词：电动汽车;;永磁同步电机;;混沌分子动理论优化算法;;矢量控制;;直接转矩控制;;核函数极限学习机;;自抗扰控制器
摘 要：随着世界能源危机和环境污染不断恶化,电动汽车作为新时代的经济增长点,是实现能源转型突破的根本途径。电动汽车运行情况复杂多样,不仅要求高效和可靠的电机,而且要求电机驱动控制系统拥有较强的抗干扰能力、较快的动态响应速度和较强的鲁棒性等能力。本文对电动汽车用的永磁同步电机驱动控制策略进行了改进研究,采用智能优化算法对永磁同步电机驱动控制系统参数进行优化整定,提出了基于混沌分子动理论优化算法优化PID控制器参数的永磁同步电机矢量控制和基于改进的自抗扰控制器的永磁同步电机直接转矩控制策略。主要研究内容可论述如下所示:(1)阐述了电动汽车用永磁同步电机驱动控制系统的研究难点与关键技术通过国内外电动汽车的发展现状,对比电动汽车用各种电机优缺点及应用场合,综合选择永磁同步电机作为电动汽车驱动电机。结合电动汽车用永磁同步电机的基本结构推导了其不同坐标下数学模型,分析了永磁同步电机矢量控制和直接转矩控制的原理,阐述了电动汽车用永磁同步电机驱动控制系统的控制方法,总结了控制策略所达到的控制效果和目前存在的问题,提出基于改进分子理论优化算法的永磁同步电机驱动系统的优化控制策略。(2)改进了现有分子动理论优化算法,提出了基于改进分子动理论优化算法自整定PID控制器参数的永磁同步电机矢量控制策略依据分子热力学原理,阐述分子动理论优化算法(KMTOA)的基本原理和优化迭代方程式,由于分子动理论优化算法存在陷入局部最优和收敛性慢的缺点,本文通过引入混沌理论进行局部搜索防止算法陷入局部最优值,并采用自适应惯性权重因子提高算法的收敛速度,提出了混沌分子动理论优化算法(CKMTOA)。通过CKMTOA算法自整定PID控制器参数,解决了永磁同步电机矢量控制系统中速度环PID控制器参数难以整定的问题。基于MATLAB/Simulink仿真平台,搭建CKMTOA PID参数整定的永磁同步电机矢量控制仿真模型,通过与传统PID和粒子群算法优化PID控制器对比实验可以看出,本文改进算法在永磁同步电机矢量控制系统中的PID控制器参数寻优时,具有收敛速度更快、全局寻优能力强、转矩和转速响应更快和稳定性更高等特点。(3)提出了一种基于混沌分子动理论优化算法、核函数极限学习机和自抗扰控制器的永磁同步电机直接转矩控制策略由于电动汽车的运行情况复杂多样,要求其永磁同步电机驱动控制系统拥有较强的抗干扰能力和较快的动态响应速度等特性,基于此本文提出一种基于改进核函数极限学习机优化自抗扰控制器的永磁同步电机直接转矩控制方法。采用混沌分子动理论优化算法优化核函数极限学习机模型的核参数和惩罚系数,得到CKMTOA-KELM最优回归模型;最后,将该模型嵌入ADRC中对其进行优化及分析,以提高系统动态响应速度和抗干扰能力,增强系统鲁棒性。仿真实验结果验证了该方法的有效性和可行性。(4)电动汽车用永磁同步电机控制系统硬件实验平台和GUI界面设计为了理论与实际相结合,方便用户理解和应用,根据电动汽车用永磁同步电机驱动控制系统所需要的必要条件,设计了 DSP芯片控制电路,DSP供电电路,主功率电路,、信号采样电路,光电耦合驱动电路等,搭建了基于TMS320F28035 DSP芯片为核心主控制器的电动汽车用永磁同步电机驱动系统硬件实验平台,并基于Matlab仿真平台设计了电动汽车用永磁同步电机控制系统的图形化用户GUI界面。通过系统硬件实验平台和GUI仿真软件平台界面,将本文所提出的控制方法可以更加直观的向用户推广应用,使用户更方便理解。
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