混合动力车载电机直接转矩控制算法优化

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1、混合动力车载电机直接转矩控制算法优化第一章绪论1.1课题研究背景和意义作为人类文明发展和科技进步的重要代表，汽车在人们日常生活中扮演着越来越重要的角色。据统计，截止到15年全球汽车保有量达到11.2亿辆左右，而作为人口大国，我国的汽车保有量已达到1.5亿辆左右。并且在未来七年左右时间，全球汽车保有量仍然有希望保持20%的增长[1]。根据过去增速，我国很可能在2020年左右成为世界汽车保有量最高的国家。随着汽车数量的不断增加，在给人类社会带来重大便利的同时，也给整个社会带来严峻的问题，主要体现在能源消耗和环境污染两方面。传统内燃机汽车是以石油为能量，而石油作为典型的非再生能

2、源总会面临资源枯竭的一天[2]。从图1.1中可以看出，我国从1993年起就成为石油净进口国，并且石油消耗量相比于产量呈显著的增长趋势。据统计，我国交通领域石油消耗量在全国石油消耗量中所占比例已达到40%。伴随着汽车数量的不断增长，这一比例可能在2020年达到60%。与此同时，汽车对能源的消耗过程产生了大量的碳氧化合物、氮氧化合物、二氧化硫等有害气体。近年来，汽车排放的有害气体在大气污染中所占比例已达到70%[3]。面对能源资源紧缺和环境问题凸显的严重形势，汽车行业必须走上一条绿色的可持续发展道路。目前，世界各国为适应节能环保的绿色发展道路，提高在汽车市场的竞争力，争相对绿

3、色环保汽车进行创新研发，其中电动汽车被视为最有效的解决方案之一[4]。从定义上来划分，电动汽车主要可以划分为三大种类，分别为纯电动汽车、燃料电池汽车以及混合动力汽车。但是，纯电动汽车由于技术原因，对电池续航能力以及经济成本要求较高，难以在市场上进行普遍推广。同样，燃料电池汽车也因为电池技术水平尚未突破，难以实现大规模量产，投入市场更需要相当长的一段时间。因此，将发动机和电动机组合作为动力源的混合动力汽车成为了重点研究对象[5]。目前，混合动力汽车是电动汽车中最具希望实现规模生产化和市场化的车型。.........1.2混合动力汽车概况从能量合成的角度进行分类，混合动力汽车

4、动力源可划分为串联式、并联式以及混联式三种[6]。如图1.2所示，串联式结构混合动力汽车由发动机、发电机和电动机提供动力驱动。这种结构的混合动力汽车排放较低，但是由于驱动过程发生多次能量转换，导致系统效率相对低下。如图1.3所示，并联式混合动力系统能够分别利用电动机和发动机完成车轮驱动，既可以单独驱动，也可以实现共同驱动。这种系统结构具有较高效率，适用于多种条件路况，在实际中具有广泛应用范围。其缺点是系统构造较为复杂，经济成本较高。在混合动力汽车控制系统中，驱动电机的选择需要对经济成本、控制效率、维护难易、体积大小、控制性能以及使用寿命等多种因素综合衡量。如表1.1所示，

5、永磁无刷电机经济成本过高，开关磁阻电机转矩脉动和噪声过大，而多态电机的应用还需要技术上更多突破，交流感应电机特性更符合车载电机的控制性能要求。因此，交流感应电机在混合动力汽车驱动系统中应用最为广泛。........第二章直接转矩控制原理混合动力汽车在运行过程中，在不同路况条件下电机转矩会发生迅速变化。直接转矩控制是对电机转矩进行直接控制，具有快速的转矩响应，更符合混合动力车载电机性能要求。本章重点介绍基于圆形磁链轨迹控制的直接转矩控制系统工作原理。以分析交流感应电机数学模型为出发点。根据逆变器工作原理说明电压空间矢量概念，并阐述电压空间矢量对定子磁链和转矩的作用机理。最后

6、详细介绍直接转矩控制系统各个子模块，并在MATLAB/Simulink搭建控制系统的仿真模型，对系统控制性能进行分析。2.1交流感应电机数学模型交流感应电机在调速过程中，需要有电压、电流、频率、磁通以及转速多种变量的输入和输出，而且在各个变量之间还存在相互作用。受交流感应电机的特性所约束，为了能够更好的研究交流感应电机数学模型就要对绕组自感与互感、铁芯损耗、电阻以及空间谐波进行下列理想化假设[27-29]。（1）交流电机的三相定子绕组、转子绕组在空间互为120°电角度。每相电流所产生的电动势在空间呈规则的正弦分布。（2）忽略磁滞、涡流、铁芯和导线的集肤效应以及磁路

7、饱和的影响，设各绕组感应系数恒定。（3）不考虑温度以及频率变化对电机参数的影响。.......2.2电压空间矢量如图2.4所示，逆变器使用上、下管换流。从图中可以看出，功率开关器件共有8种工作状态，即VT5、VT6、VT1导通，VT4、VT5、VT6导通，VT3、VT4、VT5导通，VT2、VT3、VT4导通，VT1、VT2、VT3导通，VT6、VT1、VT2导通，VT2、VT4、VT6导通，VT1、VT3、VT5导通。将上桥臂器件导通用数字1表示，下桥臂器件导通用0表示。则工作状态按ABC相序可表示为101、001、011、