高性能车用永磁同步电机控制技术研究

• 作 者: 邱腾飞
• 机 构: 中国科学院大学
• 出 处: 中国科学院大学
• 发表日期: 2016年期
• 关键词: 电动汽车 永磁同步电机 电流环 优化设计 电流控制

动力系统电气化是汽车工业转型发展的趋势。永磁同步电机具有效率高、功率密度高和运行可靠等优点，广泛应用于电动汽车驱动系统中。论文针对车用永磁同步电机高性能控制技术开展研究，主要研究成果总结如下:　　采用双电流调节器的电流环决定了永磁电机矢量控制系统的电流控制能力。针对电流环优化设计的问题，采用多输入多输出系统的分析方法对电流环传递函数矩阵进行分析。利用电机参数对PI控制器进行等效变换，将凸极效应隐含到PI控制器中，统一了永磁电机矢量控制电流环传递函数。研究了PI参数与电流环带宽、交叉耦合和低频衰减等性能指标之间的关系，提出了一种能够满足全转速范围控制性能要求的电流环控制参数设计方法。设计得到的PI参数具有普适性，能够适用于不同参数的电机。分析了数字延迟对控制性能的影响，通过角度补偿解决了数字延迟引起的转矩精度降低和系统控制稳定性下降的问题。　　针对永磁电机在弱磁区的高动态转矩控制性能要求，分别分析了电压反馈弱磁方法在电流环控制模式和转矩环控制模式下的弱磁动态轨迹。针对电流环控制模式，提出了一种d轴电流前馈补偿策略，优化了电流动态轨迹，解决了电流阶跃时的电流尖峰和转矩超调的问题。针对转矩环控制模式，分析了转矩阶跃引起电流饱和失控的机理。通过计算电机电流工作点与饱和电流点之间的相对位置关系，给出了电机稳定运行的判断依据和避免饱和失控的优化设计方法。提出了一种基于BP神经网络的前馈弱磁控制方法，提高了电机在弱磁区下的转矩动态性能和稳态控制精度。仿真和实验验证了方法的有效性。　　针对电动汽车在位置传感器发生故障后仍需可靠运行的要求，对永磁同步电机无位置控制算法进行了研究。利用BP神经网络结构实现了内嵌式永磁电机在中高速工况下的角度观测。实验结果表明，电机在各工况下均能够保证可靠的无位置运行。提出了一种基于自适应线性神经网络的死区补偿方法，将其应用于无位置控制系统中，解决了电机低速运行时死区效应引起的电流畸变和角度观测误差等问题。该方法能够在线计算出谐波电压补偿量，并且具有无需依赖电流极性和电机参数的优点。实验结果表明，该死区补偿方法有效降低了电流畸变，提高了角度观测精度。