永磁同步电机的毕业论文

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毕业设计开题报告 课题名称：电动汽车用永磁同步电机及其控制系统 一 、本课题设计的目的： 1、学习了解电动汽车的发展现状及未来的发展趋势。 2、学习电动汽车驱动系统的相关知识，掌握永磁同步电机的数学模型以及永磁同步电动机控制系统的主流控制策略。 3、深入学习电动汽车用永磁同步电机的控制原理、控制方法及运用仿真软件对控制过程进行仿真。 4、运用matlab/simulink软件建立一个初级的永磁同步电机的控制系统，包括硬件和软件部分并进行仿真实验。 二 、课题现状和发展趋势： 目前车用永磁电机的发展现状：（1）永磁同步电机驱动系统已形成了一定的研发和生产能力，开发了不同系列产品，可应用于各类电动汽车；产品部分技术指标接近国际先进水平，但总体水平与国外仍有一定差距；基本具备永磁同步电机集成化设计能力；多数公司仍处于小规模试制生产，少数公司已投资建立车用驱动电机系统专用生产线。 (2)电机控制器关键部件电机控制器用位置／转速传感器多为旋转变压器，目前基本采用进口产品，我国部分公司已具备旋转变压器的研发生产能力，但产品精度、可靠性与国外仍有差距。IGBT基本依赖进口，价格昂贵，国产车用IGBT尚处于研究阶段。 我国驱动电机及其控制器存在的主要问题：(1)电机原材料、控制器核心部件研发能力较弱，依赖进口，如硅钢片、电机高速轴承、位置／转速传感器、IGBT模块等。进口产品成本高，影响电机系统产业化。 (2)我国车用电机的机电集成水平与国外差距较大。控制器集成度较 低，体积、重量相对偏大。 (3)现阶段国家出台的电动汽车驱动电机系统标准较少，且不完善。如：不同类型电机系统采用同一检测标准，缺乏可靠性、耐久性评价方法等。 车用电机及控制系统的发展趋势如下：(1)电机本体永磁化：永磁电机具有高转矩密度、高功率密度、高效率、高可靠性等优点。我国具有世界最为丰富的稀土资源，因此高性能永磁电机是我国车用驱动电机的重要发展方向。 (2)电机控制数字化：专用芯片及数字信号处理器的出现，促进了电机控制器的数字化，提高了电机系统的控制精度，有效减小了系统体积。 (3)电机系统集成化：通过机电集成（电机与发动机集成或电机与变速箱集成）和控制器集成，有利于减小驱动系统的重量和体积，可有效降低系统制造成本。 三 、设计的重点与难点，拟采用的途径： （一）课题设计的重点难点是：1、学习分析车用永磁同步电机的优势；2、学习永磁同步电机的数学模型；3、根据永磁同步电机的数学模型分析最优控制策略；4、利用matlab/simulink建立控制系统并进行仿真试验。 （二）难点突破途径：1、查阅相关文献，对永磁同步电机进行系统的深入的学习与认识；2、学习matlab/simulink软件的使用，通过上机练习深入掌握。 四 、设计进度计划： 课题设计主要分为三个阶段： 第一阶段：1、复习永磁同步电机的相关知识，查阅资料学习永磁同步电机的优点；2、学习永磁同步电机的数学模型，总结其特点，可行的控制方法；3、根据其数学模型，研究不同控制策略的区别，并找出最优控制策略。 第二阶段：学习matlab/simulink软件的使用。 第三阶段：结合前期的学习，对简单的永磁同步电机控制系统的软件和硬件进行设计。

[摘 要]本文通过对永磁同步电机及其控制方法的研究设计出一利用数字信号处理器(DSP)为内核的电动汽车永磁同步电机控制器,并运用MATLAB/Simulink对搭建的永磁同步电机直接转矩控制系统进行仿真实验。实验结果表明该系统灵活性高,稳定性好,运行性能良好。 [关键词]电动汽车 永磁同步电机 直接转矩控制 DSP [中图分类号]TM341[文献标识码]A[文章编号]1007-9416(2010)02-0123-02 1 引言 电动汽车电机驱动系统应具有尽可能高的转矩密度、良好的转矩控制能力、高可靠性及在宽车速范围内的高效率。[1-2]永磁同步电机(PMSM)以其体积小、质量轻、效率高、调速范围广等优点尤其适台于电动汽车等转动系统。直接转矩控制方法具有原理简单,DSP软件算法简单,速度动态响应快,需要的传感器较少等优点。因此在电动汽车驱动控制系统中有着非常实用的价值。 2 永磁同步电机直接转矩控制原理 理论基础 PMSM DTC的理论基础是满足电机转矩和转矩角变化方向一致的条件下,保持电机磁链幅值不变,控制定转子磁链之间夹角即可控制电机转矩,通过快速改变转矩角以获得快速的转矩响应。 磁链的分区及开关电压矢量表的确定 永磁同步电机在静止坐标系的磁链模型: [3] 在空间矢量作用的时间间隔△t内,其综合矢量可描述为: 当输入电压为一非零矢量时且忽略定子电阻压降的影响,定子磁链将沿输入空间电压矢量的方向,以正比与输入电压的速度移动,为了保持磁链幅值恒定,可根据磁链偏差的大小及磁链的具体方向适当选取空间电压矢量达到控制磁链的目的。逆变器的六个运动矢量相差60度,通常将空间划分为六个区域,用表示(i=1～6)。不同区域采用不同的电压矢量来增大或减小磁链。转矩的增大或减少依靠的是对负载角δ角的控制,相应的也是采用不同的电压矢量来增大或减小δ角。基于以上分析,可以得出开关电压矢量表1。 永磁同步电机直接转矩控制系统的控制过程 对于逆变器输出的三相电流,,通过3/2变换得到,,由逆变器的开关状态以及直流电压之间的关系,可以得到,。由定子磁链模型得到磁链在αβ坐标系上的分量,,再由,计算出负载角度进而判断出磁链所在扇区。由,可以计算出磁链幅值。再通过磁链转矩误差信号结合磁链所在扇区以及开关电压矢量表,合理选择开关矢量以确定逆变器的开关状态。 3 控制系统设计 Freescale公司的DSP56F807 很适合于电机控制, 结合了DSP的数据运算快和单片机控制能力强的特点,所以我们以电压空间矢量PWM控制为核心,利用其对控制系统进行了总体设计。这里对给定信号输入模块进行说明: 档位输入 行车操作需要的六个档位采用开关控制DSP的I/O口来模拟,六个I/O口通过或门连接到DSP的外部中断引脚,当档位变换时触发中断,在中断程序中通过查询I/O口的状态,确定输入的档位,从而进行相应的操作。 油门输入 行车中驾驶员通过油门变化来控制发动机输出转矩的改变,从而实现车辆的启动,加速等动作。这里采用旋转电位器分压模拟给定转矩输入。 另外PWM中断响应模块包括A/D转换,定子磁链计算,转速估计以及转矩计算及PWM实现等子程序。在中断模块中最为关键的是PWM的实现。[4] 4 实验仿真与结果分析(图1) 用MATLAB/Simulink对搭建的永磁同步电机直接转矩控制系统进行仿真实验,仿真所用电动机参数为:额定功率=800W,=,额定相电流=,磁极对数P=4,转动惯量J=。仿真参数:死区时间Td=5,采样时间100。电流输出波形f=33Hz。速度响应曲线如图2。 由实验仿真结果可以看出该控制方法具有原理简单,速度动态响应快,需要的传感器较少的优点。良好的动态性能对于提高电动汽车的动力性是十分必要的,总体来说,基于DSP56F807的永磁同步电机直接转矩控制系统基本满足了电动汽车的驱动要求。 [参考文献] [1] Kashima present condition and the future of EV sharing in Japan. IEEE Vehicle Electronics Conference,2001,9-149. [2] Chan C state of the art of electric and hybrid of (2):247-275. [3] 李夙.异步电动机直接转矩控制[M].北京:机械工业出版社,1994. [4] 阮虎.基于DSP的永磁同步电机控制系统研究.硕士学位论文.武汉理工大学,. 本文为全文原貌 未安装PDF浏览器用户请先下载安装 原版全文