随着环境污染和能源危机等问题的加剧,电动汽车将成为未来汽车工业发展的必然方向,其中四轮独立驱动电动汽车具有结构布置紧凑、传递效率高和响应速度快等优点,被视为电动汽车的最终驱动形式。开关磁阻电机具有结构简单可靠、成本低、起动电流小、起动转矩大、调速范围宽和系统效率高等优点,是极具发展潜力的电动汽车用驱动电机。但是,开关磁阻电机存在转矩波动较大的问题,且该转矩波动直接作用于车轮上,使车辆的平顺性和操稳性恶化。因此,高性能开关磁阻电机控制系统的研究与开发具有重要的理论意义和实用价值。本文针对轮毂电机选用的开关磁阻电机存在转矩波动严重的问题,从电机控制的角度出发,研究降低转矩波动的控制方法,并设计电机控制系统的硬件电路。论文的主要研究内容如下:
①根据电动汽车的整车参数和动力性能设计目标,计算开关磁阻电机的设计参数,建立电机的基本方程式和非线性模型,为开关磁阻电机控制方法的研究奠定了基础。
②分析和比较开关磁阻电机三种传统控制方法如电流斩波控制、电压斩波控制以及角度位置控制的特点,针对角度位置控制方法,考虑不同的转速和负载情况,以转矩波动最小化为目标,优化开关磁阻电机的开通角和关断角,仿真验证角度位置控制方法的有效性。
③针对开关磁阻电机传统控制方法存在的缺陷,研究了电机的直接转矩分配控制,以降低开关磁阻电机的输出转矩波动。考虑到 PID算法在非线性系统控制应用中的局限性,采用终端滑模算法与直接转矩分配相结合,对开关磁阻电机进行了控制。仿真结果表明:该方法不仅改善了电机的转矩波动,而且提高了控制系统的鲁棒性。
④基于Freescale单片机MC9S12XF512,设计了控制系统的硬件电路,包括最小系统电路、相电流检测电路、相电压检测电路、转子位置检测电路和驱动电路,并进行了硬件测试。结果表明:各模块电路设计合理,整个控制系统硬件能够正常工作,为开关磁阻电机控制系统的设计和性能调试奠定了基础。
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