【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(shuō)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(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速的增加，電機(jī)定子繞組的反電動(dòng)勢(shì)必然升高，當(dāng)反電動(dòng)勢(shì)達(dá)到電機(jī)的額定電壓或是逆變器的直流側(cè)電壓時(shí)，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(shí)間上明顯優(yōu)于其他電池的電動(dòng)汽車 ， 并且燃料電池所用的燃料 (甲醇 、 汽油 、 柴油 、 天然氣等 )來(lái)源廣泛 ， 可實(shí)現(xiàn)無(wú)污染 、零排放等環(huán)保標(biāo)準(zhǔn)。 目前我國(guó)也研制成了稀土永磁無(wú)刷直流電機(jī)和開(kāi)關(guān)磁阻電機(jī) 。 電動(dòng)汽車的發(fā)展趨勢(shì) 1) 純蓄電池驅(qū)動(dòng)的超微型汽車 這種汽車降低 了汽車的動(dòng)力性和續(xù)駛里程的要求 ，充電過(guò)程比較簡(jiǎn)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(dòng)轎車和純電動(dòng)客車均已通過(guò)國(guó)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(guó)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(dòng)武漢電動(dòng)汽車試驗(yàn)示范運(yùn)行工作 ， 先后投入 6 輛由東風(fēng)電 動(dòng)車輛股份有限公司研制的混合動(dòng)力客車 ， 已累計(jì)運(yùn)行 14 萬(wàn) k m，載客 15 萬(wàn)人次 ；混合動(dòng)力轎車按 ECE城市工況與基本車型進(jìn)行的對(duì)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(guó)自主研發(fā)的燃料電池轎車在 7 個(gè)單項(xiàng)獎(jiǎng)中獲得 5 個(gè) A ( 在高速蛇行障礙賽 、 噪音 、 排放 、 能耗 、 溫室氣體減排 5 個(gè)單項(xiàng)指標(biāo)方面的最高等級(jí) )的好成績(jī) ，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(jī)。 燃料電池汽車已經(jīng)成功開(kāi)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(dòng)力客車已在武漢等地公交線路上試驗(yàn)運(yùn)行超過(guò) 14 萬(wàn) k m；純電動(dòng)轎車和純電動(dòng)客車均已通過(guò)國(guó)家有關(guān)認(rèn)證試驗(yàn)。 與世界其他國(guó)家一樣 ， 電動(dòng)汽車研發(fā)工作在我國(guó)也正在如火如荼的進(jìn)行著。 美國(guó)的汽車公司在電動(dòng)汽車產(chǎn)業(yè)化方面比來(lái)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(guò)純電動(dòng)汽車，而混合動(dòng)力和燃料電池電動(dòng) 汽車目前還未能實(shí)現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化，來(lái)自日本的混和動(dòng)力電動(dòng)汽車在美國(guó)市場(chǎng)上占據(jù)了主導(dǎo)地位。豐田汽車公司在普及混合動(dòng)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(dòng)力汽車市場(chǎng) 9 0％的份額。 1997 年 12 月 ，豐田汽車公司首先在日本市場(chǎng)上推出了世界上第一款批量生產(chǎn)的混合動(dòng)力轎車PRIUS。開(kāi)發(fā)出一系列機(jī)電一體化 —集驅(qū)動(dòng)、制動(dòng)、測(cè)速、轉(zhuǎn)向?yàn)橐惑w的高度集成化的驅(qū)動(dòng)模塊，具有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的高性能車用永磁電機(jī)系統(tǒng)，可以加快我國(guó)電動(dòng)汽車的產(chǎn)業(yè)化進(jìn)程。 目前，國(guó)內(nèi)外電動(dòng)汽車用電機(jī)系統(tǒng)涵蓋了交流感應(yīng)、永磁電機(jī)、開(kāi)關(guān)磁阻等各種類型。其中 關(guān)鍵問(wèn)題是一次充電續(xù)行里程和價(jià)格，目前在車載蓄電池技術(shù)未能突破的條件下，電動(dòng)汽車調(diào)速系統(tǒng)是實(shí)現(xiàn)電動(dòng)汽車基本性能和解決這一關(guān)鍵問(wèn)題的重要因素。 到 “ 十五 ” 末期我國(guó)在電動(dòng)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(kāi)發(fā)電機(jī)產(chǎn)品的基本能力，開(kāi)發(fā)出包括交流感應(yīng)、開(kāi)關(guān)磁阻、直流無(wú)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(guó)機(jī)動(dòng)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(guò)程中沒(méi)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(jiǎn)單，使用維修方便，因此受到世界各國(guó)的歡迎。電動(dòng)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(kāi)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(lái)，應(yīng)用越來(lái)越廣泛，技術(shù)不斷發(fā)展，已經(jīng)成為衡量一個(gè)國(guó)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(guó)經(jīng)濟(jì)發(fā)展的支柱產(chǎn)業(yè)。 44 軟件控制簡(jiǎn)要說(shuō)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(dòng)機(jī)矢量控制原理 13 永磁同步電動(dòng)及數(shù)學(xué)模型 11 2 電動(dòng)汽車永磁同步電動(dòng)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(dòng)機(jī)的弱磁能力 6 電動(dòng)汽車的發(fā)展趨勢(shì) 5 課題背景及意義 最后對(duì)所設(shè)計(jì)的電動(dòng)汽車用永磁同步電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)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(dòng) 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(dòng)機(jī)矢量控制 的前沿課題。永磁同步電 動(dòng) 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(gè)世紀(jì)80 年代 以來(lái) ，隨著 稀土 永磁材料性價(jià)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(dòng)機(jī)的研究也進(jìn)入了一個(gè)新的階段。 論文分析了永 磁同步電動(dòng)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(dòng)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(dòng)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(dòng)機(jī)的弱磁控制 32 永磁同步電動(dòng)機(jī)弱磁擴(kuò)速能力的提高 33 永磁同步電動(dòng)機(jī)弱磁擴(kuò)速困難原因分析 42 位置檢測(cè)接口電路 46 轉(zhuǎn)子位置檢測(cè) 47 轉(zhuǎn)子速度檢測(cè) 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(shí)，也帶來(lái)了日益增多的交通安全問(wèn)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(dòng)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(kāi)發(fā)高性能、無(wú)污染的電動(dòng)汽車得到各國(guó)政府、汽車制造商、科研院所的高度重視，紛紛制定電動(dòng)汽車研制計(jì)劃，掀起全球范圍內(nèi)的電動(dòng)汽車開(kāi)發(fā)熱潮。中國(guó)是一個(gè)多煤少油的國(guó)家，自 1994 年起，中國(guó)已成為純石油進(jìn)口國(guó)。 主要有 :高性能動(dòng)力電池系統(tǒng)的開(kāi)發(fā) 。這要求電動(dòng)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(gè)電動(dòng)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(guò)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(dòng)汽車特別是高檔電動(dòng)汽車驅(qū)動(dòng)方面具有很高的應(yīng)用價(jià)值，作為電動(dòng)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(jiǎn)單、操作方便、可 實(shí)現(xiàn)制動(dòng)能量回收、系統(tǒng)響應(yīng)時(shí)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(dòng)汽車的發(fā)展現(xiàn)狀及趨勢(shì) 國(guó)內(nèi)外主要國(guó)家電動(dòng)汽車發(fā)展 概 況 一直以來(lái) ，出于對(duì)能源危機(jī)和環(huán)境保護(hù)的關(guān)注及占領(lǐng)未來(lái)世界汽車市場(chǎng)的 考慮 ，日本十分重視電 動(dòng)汽車的研制與開(kāi)發(fā)。該轎車于 20xx 年 7 月開(kāi)始出口北美，同年 9 月開(kāi)始出口歐洲 ，到 20xx年 已經(jīng)在全世界 2 0 多個(gè)國(guó)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(dòng)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(dòng)力轎車。此外 ， 本田汽車公司開(kāi)發(fā)的 Insight 混合動(dòng)力電動(dòng)汽車也已投放市場(chǎng) ， 供不應(yīng)求。 美國(guó)能源部與三大汽車公司于 1993 年簽訂了混合動(dòng)力電動(dòng)汽車開(kāi)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(wàn)美元 ，進(jìn)行為期 5 年的研制開(kāi)發(fā)工作 ，并于 1998年北美國(guó)際汽車展上展出了樣車 。“ 十五 ” 期間，國(guó)家從維護(hù)我國(guó)能源安全 、 改善大氣環(huán)境 、 提高汽車工業(yè)競(jìng)爭(zhēng)力 、實(shí)現(xiàn)我國(guó)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(dòng)汽車重大科技專項(xiàng) ” ，通過(guò)組織企業(yè) 、 高等院校和科研機(jī)構(gòu) ， 集中國(guó)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