基于转子位置角预测的电动汽车异步电机控制系统研究

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随着全球一次能源短缺、大气环境污染等问题的出现,具有少污染、高效节能等优点的电动汽车成为汽车行业近二十年来的发展重点。电机驱动技术是电动汽车的关键技术之一,其水平高低直接影响了电动汽车的性能好坏。异步电机具有成本低廉、坚固性高等优点,数年来广泛应用于电动汽车领域。因此,研究应用于电动汽车的低电压大电流异步电机驱动控制系统具有重要意义。本文首先建立了异步电机的数学模型,并结合矢量控制理论推导了其在三相静止坐标系、两相静止坐标系及两相旋转坐标系下的电机模型,继而分析了基于转子磁场定向的异步电机控制方案。在此基础上,对异步电机驱动系统矢量控制的关键技术——空间矢量脉宽调制技术进行了推导分析。为完善基于间接转子磁场定向的异步电机控制方案,本文对控制所需的电机参数辨识方法以及给定转矩下的定子电流分配方案进行了研究。设计了一种静止电机参数辨识方法,无需电机空载及堵转,通过三相电压脉宽调制实现对电机参数的离线辨识,并对逆变器及死区造成的误差电压进行了补偿,该方法操作简单、具有良好的辨识精度;同时,结合电动汽车的控制特性及节能要求,设计了一种基于最大转矩电流比的定子电流分配方案,在Simulink环境下搭建了考虑铁损的异步电机模型,验证了该方案的节能有效性。最后,针对低线数光电编码器应用于电动汽车电机驱动系统时,存在的位置检测以及速度计算精度不足问题,分析了该问题对电动汽车加速性能的影响。在传统异步电机控制方案基础上,设计了基于位置而非速度的转子磁链角观测模块,从而规避了低线数光电编码器造成的速度计算误差干扰。同时,提出了一种基于加速度在线辨识的转子位置角预测算法,结合转动惯量在线辨识及负载观测器实现转子加速度的实时观测,从而预测出下一时刻的转子位置角,并在光电编码器的位置更新点对该预测值进行修正,提高位置精度。该方案能够有效提高应用低线数光电编码器异步电机控制系统的解耦精度,从而改善加速性能。
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