【正文】 究，提出了眾多方案。較強(qiáng)的弱磁性能能夠在逆變器容量不變的情況下提高系統(tǒng)性能 ； 或者說在保持系統(tǒng)性能不變的前提下降低電機(jī)的最大功率，從而降低逆變器的容量。隨著永磁同步電動機(jī)轉(zhuǎn)速的增加，電機(jī)定子繞組的反電動勢必然升高，當(dāng)反電動勢達(dá)到電機(jī)的額定電壓或是逆變器的直流側(cè)電壓時，電機(jī)的輸入電流將不能跟蹤控制器的輸出給定電流，電流調(diào)節(jié)器處于飽和狀態(tài)。 4) 燃料電池汽車 燃料電池汽車在成本和整體性能上 ， 特別是行程和補(bǔ)充燃料時間上明顯優(yōu)于其他電池的電動汽車 ， 并且燃料電池所用的燃料 (甲醇 、 汽油 、 柴油 、 天然氣等 )來源廣泛 ， 可實(shí)現(xiàn)無污染 、零排放等環(huán)保標(biāo)準(zhǔn)。 目前我國也研制成了稀土永磁無刷直流電機(jī)和開關(guān)磁阻電機(jī) 。 電動汽車的發(fā)展趨勢 1) 純蓄電池驅(qū)動的超微型汽車 這種汽車降低 了汽車的動力性和續(xù)駛里程的要求 ，充電過程比較簡單 ，車速不高 ，較適合于市內(nèi)或社區(qū)小范圍內(nèi)使用。目前純電動轎車和純電動客車均已通過國家質(zhì)檢中心的型式認(rèn)證試驗(yàn)，各項(xiàng)指標(biāo)均滿足有關(guān) 國家標(biāo)準(zhǔn)和企業(yè)標(biāo) 準(zhǔn)的規(guī)定。 20xx 年 11 月 8 日，湖北省啟動武漢電動汽車試驗(yàn)示范運(yùn)行工作 ， 先后投入 6 輛由東風(fēng)電 動車輛股份有限公司研制的混合動力客車 ， 已累計(jì)運(yùn)行 14 萬 k m，載客 15 萬人次 ；混合動力轎車按 ECE城市工況與基本車型進(jìn)行的對比試驗(yàn)顯示 ， 其燃料經(jīng)濟(jì)性提高 40％左 右 ，達(dá)到了節(jié)油的目的。在 10 月舉行的必比登世界清潔汽車挑戰(zhàn)賽上 ， 我國自主研發(fā)的燃料電池轎車在 7 個單項(xiàng)獎中獲得 5 個 A ( 在高速蛇行障礙賽 、 噪音 、 排放 、 能耗 、 溫室氣體減排 5 個單項(xiàng)指標(biāo)方面的最高等級 )的好成績 ，燃料電池城市客車也以較高的技術(shù)性能和可靠性在挑戰(zhàn)賽中取得了良好的成績。 燃料電池汽車已經(jīng)成功開發(fā)出性能樣車 ， 燃料電池轎車?yán)塾?jì)運(yùn)行 4000 k m，燃料電池客車?yán)塾?jì)運(yùn)行8000k m；混合動力客車已在武漢等地公交線路上試驗(yàn)運(yùn)行超過 14 萬 k m；純電動轎車和純電動客車均已通過國家有關(guān)認(rèn)證試驗(yàn)。 與世界其他國家一樣 ， 電動汽車研發(fā)工作在我國也正在如火如荼的進(jìn)行著。 美國的汽車公司在電動汽車產(chǎn)業(yè)化方面比來自日本的同行遜色不少 ， 三大汽車公司僅僅小批量生產(chǎn) 、 銷售過純電動汽車，而混合動力和燃料電池電動 汽車目前還未能實(shí)現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化，來自日本的混和動力電動汽車在美國市場上占據(jù)了主導(dǎo)地位。豐田汽車公司在普及混合動力系統(tǒng)的低燃耗 、 低排放和改進(jìn)行駛性能方面已經(jīng)走在了世界的前列。有關(guān)統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)顯示 ，豐田汽車公司已占有全球混合動力汽車市場 9 0％的份額。 1997 年 12 月 ，豐田汽車公司首先在日本市場上推出了世界上第一款批量生產(chǎn)的混合動力轎車PRIUS。開發(fā)出一系列機(jī)電一體化 —集驅(qū)動、制動、測速、轉(zhuǎn)向?yàn)橐惑w的高度集成化的驅(qū)動模塊，具有自主知識產(chǎn)權(quán)的高性能車用永磁電機(jī)系統(tǒng)，可以加快我國電動汽車的產(chǎn)業(yè)化進(jìn)程。 目前，國內(nèi)外電動汽車用電機(jī)系統(tǒng)涵蓋了交流感應(yīng)、永磁電機(jī)、開關(guān)磁阻等各種類型。其中 關(guān)鍵問題是一次充電續(xù)行里程和價格，目前在車載蓄電池技術(shù)未能突破的條件下，電動汽車調(diào)速系統(tǒng)是實(shí)現(xiàn)電動汽車基本性能和解決這一關(guān)鍵問題的重要因素。 到 “ 十五 ” 末期我國在電動汽車的三大領(lǐng)域 (電池、電機(jī)、電控系統(tǒng) )等方面 取得了一定突破 ； 己經(jīng)具備了自主開發(fā)電機(jī)產(chǎn)品的基本能力，開發(fā)出包括交流感應(yīng)、開關(guān)磁阻、直流無刷、永磁磁阻同步等各種類型電機(jī)，雖然在電機(jī)系統(tǒng)研究上取得了相應(yīng)的進(jìn)展，在整車控制器方面也積累了一定的經(jīng)驗(yàn)，但控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)和功能還有待于進(jìn)一步的調(diào)整和完善。我國機(jī)動車排放引起的環(huán)境污染日趨嚴(yán)重，極大地影響著人們的生活質(zhì)量。它在行駛過程中沒有污染，熱輻射低，噪音小，不消耗汽油，可應(yīng)用多種能源，結(jié)構(gòu)簡單，使用維修方便，因此受到世界各國的歡迎。電動汽車由于具有低排放甚至零排放、低噪聲和節(jié)能等優(yōu)點(diǎn)，成為當(dāng)今汽車研究、開發(fā)和推廣應(yīng)用的熱點(diǎn)之一。 48 1 緒論 課題背景及意義 汽車自 1866 年誕生以來，應(yīng)用越來越廣泛，技術(shù)不斷發(fā)展，已經(jīng)成為衡量一個國家物質(zhì)生活和科學(xué)技術(shù)發(fā)展水平的重要標(biāo)志，汽車工業(yè)己經(jīng)成為世界經(jīng)濟(jì)和各國經(jīng)濟(jì)發(fā)展的支柱產(chǎn)業(yè)。 44 軟件控制簡要說明 35 本章小結(jié) 25 三種電流控制策略的比較 23 1cos ?? 控制 13 永磁同步電動機(jī)矢量控制原理 13 永磁同步電動及數(shù)學(xué)模型 11 2 電動汽車永磁同步電動機(jī)弱磁調(diào)速控制策略分析 11 課題主要工作 10 從改進(jìn)控制方法角度提高永磁同步電動機(jī)的弱磁能力 6 電動汽車的發(fā)展趨勢 5 課題背景及意義 最后對所設(shè)計(jì)的電動汽車用永磁同步電動機(jī)驅(qū)動系統(tǒng)進(jìn)行了初步的 實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證，表明采用本文所提出的全速范圍弱磁控制算法具有較快的動 態(tài)響應(yīng)速度，可以滿足調(diào)速系統(tǒng)弱磁性能要求。弱磁控制是永磁同步電動機(jī)矢量控制 的前沿課題。永磁同步電 動 機(jī)具有體積小、效率高以及功率密度大等優(yōu)點(diǎn) ，特別是內(nèi)置式 PMSM 具有較寬的弱磁調(diào)速能力。 上個世紀(jì)80 年代 以來 ，隨著 稀土 永磁材料性價比的不斷提高，以及電力電子器件的 快速發(fā)展，永磁同步電動機(jī)的研究也進(jìn)入了一個新的階段。 論文分析了永 磁同步電動機(jī)弱磁調(diào)速原理，提出了三 種特殊轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)的新弱磁方案。 關(guān)鍵詞 ： 永磁同步電動機(jī)； 矢量控制；弱磁控制 ；控制器 Abstract This dissertation is devoted to the study on Permanent mag synchronous motor (PMSM) drive system for electric vehicle (EV) application. It is mainly to improve the control of motors, then expand the scope of the motor speed. PMSM has the advantage of small volume, high efficiency and power density, especially inner permanent mag synchronous motor have the ability of wide fieldweakened operation. Therefore there search on PMSM has entered a new stage since the 1980’s with the improvement of ratio between the performance and the price of the rare earths PM material and the development of the power electronics devices. Vector control (VC) theory is a great breakthrough in the AC speed control field. Also details of the VC of PMSM is presented in the paper， and the analysis of several circuit control strategies of VC theory applied to the PMSM control， which include the id=0 control， cosφ =1 control and the max torque/current control. The paper discusses the theory of weaking flux speed control of PMSM which is a new development direction. Then it brings out three new weaking flux plans， which have special rotor structures. This dissertation is devoted to the study of hardware on PMSM drive system for EV application. Based on TI pany DSP specialdesigned for motor control on TMS320LF2407A designs and develops a fulldigital PMSM vector control system, and hardware of the system is acplished. Finally, the experiment has been done for the drive which design in the paper. Result of the experiment indicate validity of the fieldweakening method which introduced in the paper. Key word : PMSM Vector control fieldweakened operation controller 目 錄 1 緒論 9 永磁同步電動機(jī)弱磁控制研究現(xiàn)狀 21 最大轉(zhuǎn)矩 /電流軌跡 29 永磁同步電動機(jī)的弱磁控制 32 永磁同步電動機(jī)弱磁擴(kuò)速能力的提高 33 永磁同步電動機(jī)弱磁擴(kuò)速困難原因分析 42 位置檢測接口電路 46 轉(zhuǎn)子位置檢測 47 轉(zhuǎn)子速度檢測 48 最小和最大轉(zhuǎn)速計(jì)算 汽車帶給人們方便、快捷和舒適的現(xiàn)代生活的同時，也帶來了日益增多的交通安全問題、日趨嚴(yán)重的環(huán)境污染和潛在的能源危機(jī)。 現(xiàn)代電動汽車是融合了電力、電子、機(jī)械控制以及化工技術(shù)等多種高新技術(shù)的綜合產(chǎn)品，是 21 世紀(jì)清潔有效的城市交通工具。 開發(fā)高性能、無污染的電動汽車得到各國政府、汽車制造商、科研院所的高度重視，紛紛制定電動汽車研制計(jì)劃，掀起全球范圍內(nèi)的電動汽車開發(fā)熱潮。中國是一個多煤少油的國家，自 1994 年起，中國已成為純石油進(jìn)口國。 主要有 :高性能動力電池系統(tǒng)的開發(fā) 。這要求電動汽車調(diào)速系統(tǒng)應(yīng)具有盡可能高的轉(zhuǎn)矩密度、良好的轉(zhuǎn)矩控制能力、高的運(yùn)行可靠性及在整個電動汽車調(diào)速范圍內(nèi)具有盡可能高的效 率。其中永磁電機(jī)具有高效、高控制精度、高轉(zhuǎn)矩密度、低噪聲的特點(diǎn)，通過合理設(shè)計(jì)磁路結(jié)構(gòu)能夠獲得較高的弱磁性能，在電動汽車特別是高檔電動汽車驅(qū)動方面具有很高的應(yīng)用價值，作為電動汽車用永磁電機(jī)調(diào)速系統(tǒng)，可實(shí)現(xiàn)機(jī)電一體化和集成化，具有系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡單、操作方便、可 實(shí)現(xiàn)制動能量回收、系統(tǒng)響應(yīng)時間短、轉(zhuǎn)矩控制準(zhǔn)確等優(yōu)點(diǎn)，改善了車輛的性能。 電動汽車的發(fā)展現(xiàn)狀及趨勢 國內(nèi)外主要國家電動汽車發(fā)展 概 況 一直以來 ，出于對能源危機(jī)和環(huán)境保護(hù)的關(guān)注及占領(lǐng)未來世界汽車市場的 考慮 ，日本十分重視電 動汽車的研制與開發(fā)。該轎車于 20xx 年 7 月開始出口北美，同年 9 月開始出口歐洲 ，到 20xx年 已經(jīng)在全世界 2 0 多個國家上市銷售。 20xx 年 9 月 15 日 ，一汽集團(tuán)與日本豐田汽車公司在北京舉行了混合動力汽車合作項(xiàng)目簽字儀式 ，宣布雙方在 20xx 年內(nèi)，共同生產(chǎn)豐田 PRIUS 混 合動力轎車。此外 ， 本田汽車公司開發(fā)的 Insight 混合動力電動汽車也已投放市場 ， 供不應(yīng)求。 美國能源部與三大汽車公司于 1993 年簽訂了混合動力電動汽車開發(fā)合 同 ，其中通用汽車公司投入 億美元 ，福特汽車公司投入 億美元 ，克萊斯勒汽車公司投入 8480 萬美元 ，進(jìn)行為期 5 年的研制開發(fā)工作 ，并于 1998年北美國際汽車展上展出了樣車 ?！?十五 ” 期間，國家從維護(hù)我國能源安全 、 改善大氣環(huán)境 、 提高汽車工業(yè)競爭力 、實(shí)現(xiàn)我國汽車工業(yè)的跨越式發(fā)展的戰(zhàn)略高度考慮 ， 設(shè)立 “ 電動汽車重大科技專項(xiàng) ” ，通過組織企業(yè) 、 高等院校和科研機(jī)構(gòu) ， 集中國家 、 地方 、 企業(yè) 、 高校 、科研院所等方面的力量進(jìn)行聯(lián)合攻關(guān)。 燃料電