基于外转子开关磁阻轮毂电机的四轮独立驱动电动汽车控制系统研究

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采用轮毂电机驱动的四轮独立驱动电动汽车,因其理想的控制特性,被认为是电动汽车的终极形式。开关磁阻电机具有结构简单、启动转矩大、调速范围广等优点,非常适合作为电动汽车的驱动电机。然而在现有的轮毂电机及其改进结构中,未见一种非常理想的自带减速机构的结构。针对这一问题,本文设计了一种新型外转子开关磁阻轮毂电机,在搭建的整车控制系统平台的基础上,设计了配套的控制系统。首先,设计了外转子开关磁阻轮毂电机。给出了新型轮毂电机的结构,并对其基本实现方式进行了分析。以电动汽车的动力性能为目标得到了电机的基本参数,根据参数建立了电机的数学模型,并对其控制策略进行了讨论,为控制系统的研究提供了依据。其次,搭建了四轮独立驱动电动汽车整车控制系统平台。对整车控制器和轮毂电机控制器的功能进行了定义,设计了整车的通信方式,完成了电气系统的搭建。研究了电动汽车的驱动控制策略,并对各个工作模式的实现方法进行了设计。然后,在MATLAB中建立了外转子开关磁阻轮毂电机的仿真模型。利用Ansoft Maxwell 14.0建立了外转子开关磁阻轮毂电机的2D模型,通过仿真得到了电机的磁化特性曲线。研究了常见的开关磁阻电机模型建立方法,采用快速非线性建模方法在MATLAB中建立了外转子开关磁阻轮毂电机的模型。通过闭环调速系统对所建模型进行了验证,结果表明:模型能够准确的体现电机的运行特性。最后,采用机电一体化仿真的方式,研究了电机的直接转矩控制系统。推导了外转子开关磁阻轮毂电机的瞬时转矩方程,根据机电特性,选择了 6个最优的空间电压矢量,并确定出所需的开关表,建立了调速仿真模型。仿真结果表明:直接转矩控制系统能够充分地抑制外转子开关磁阻轮毂电机的转矩波动,使轮毂电机能够满足汽车的行驶要求。同时,设计了基于DSP的轮毂电机控制器的硬件电路和软件实现。
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