【正文】 此時(shí)，電機(jī)定子電流綜合矢量與轉(zhuǎn)子直軸間的夾角為 90176。當(dāng)電壓達(dá)到極限時(shí)，為 了使電機(jī)能以更高的轉(zhuǎn)速運(yùn)行，必須維持電機(jī)內(nèi)部反電動(dòng)勢(shì)等于額定狀態(tài)時(shí)的大小。但無(wú)刷直流電機(jī)無(wú)法調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)子勵(lì)磁，所以當(dāng)電機(jī)負(fù)載變化時(shí)，電樞繞組的總磁鏈不能確定，轉(zhuǎn)矩和電樞電流不是線性關(guān)系，所以控制方式變得很復(fù)雜，難以實(shí)現(xiàn)，應(yīng)用空間很有限。 無(wú)刷直流電機(jī)矢量控制系統(tǒng)控制策略 矢量控制常用策略 無(wú)刷直流電機(jī)兩相旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系 M、 T 軸也分別稱(chēng)為 d、 q 軸，對(duì)應(yīng)的電流也稱(chēng)為 id、iq。 由上述的分析，我們可以看出，矢量控制的基本想法是在普通交流電動(dòng)機(jī)上模擬出直流電動(dòng)機(jī)的控制方式。 dq 坐標(biāo)系產(chǎn)生的氣隙磁動(dòng)勢(shì)同 ɑβ坐標(biāo)系一樣，也正是 ABC 坐標(biāo)系中三相繞組產(chǎn)生的氣隙旋轉(zhuǎn)磁動(dòng)勢(shì)。 （ a) (b) (c) 圖 等效電機(jī)模型 （ a)三相交流繞組（ b)兩相靜止交流繞組（ c)旋轉(zhuǎn)直流繞組 三相靜止坐標(biāo)系和兩相靜止坐標(biāo)系間變換 三相靜止 ABC 坐標(biāo)系向兩相靜止αβ坐標(biāo)系變換，稱(chēng)之為 3/2 變換。產(chǎn)生的合成旋轉(zhuǎn)磁動(dòng)勢(shì)為 F，當(dāng)圖 (a)和圖 (b)中的兩個(gè)旋轉(zhuǎn)磁動(dòng)勢(shì)以相同的角速度和大小旋轉(zhuǎn)時(shí)，可以看成圖中 (a)、 (b)兩個(gè)繞組等效。 調(diào)速的關(guān)鍵問(wèn)題是轉(zhuǎn)矩控制，直流電動(dòng)機(jī)調(diào) 速性能好的根本原因就在于其轉(zhuǎn)矩易于控制。在進(jìn)行坐標(biāo)變換時(shí)，只要能使變換前后產(chǎn)生的氣隙基波合成磁動(dòng)勢(shì)不變（幅值和空間相位相同），兩者就是等效的。 無(wú)刷直流電機(jī)的逆變模塊采用兩兩導(dǎo)通的工作方式，任意時(shí)刻只有兩相繞組導(dǎo)通存在電流，其余繞組關(guān)斷，電流為零。 則根據(jù)無(wú)刷直流電機(jī)的特性，可得到如下電壓、轉(zhuǎn)矩和運(yùn)動(dòng)狀態(tài)方程。電角度時(shí)，逆變器 中 的 開(kāi) 關(guān) 器 件 要 輪 換 導(dǎo) 通 ， 其 導(dǎo) 通 的 邏 輯 為 V2V3 → V3V4→ V4V5→ V5V6→ V1V6→ V1V2??，依次循環(huán)。定子磁勢(shì) Fa 與 轉(zhuǎn)子磁勢(shì) Ff 的相互作用，拖動(dòng)轉(zhuǎn)子以順時(shí)針?lè)较蜻M(jìn)行旋轉(zhuǎn)。 這種位置傳感器具有抗干擾能力強(qiáng)、輕巧便于安裝、調(diào)整更換較為方便等優(yōu) 點(diǎn)，其缺點(diǎn)為對(duì)環(huán)境要求高、輸出信號(hào)需處理。功率邏輯開(kāi)關(guān)模塊是電機(jī)控制系統(tǒng)的核心，其功能是將電源所提供的電能按 照一定的邏輯關(guān)系分配給無(wú)刷直流電機(jī)定子上的各相繞組，從而使電動(dòng)機(jī)產(chǎn)生連續(xù)的轉(zhuǎn)矩。 第三章為矢量控制坐標(biāo)變換，主要對(duì)矢量控制理論及其數(shù)學(xué)推導(dǎo)、坐標(biāo)變換進(jìn)行了分析和研究。該理論出發(fā)點(diǎn)是異步電機(jī)的轉(zhuǎn)矩主要由電機(jī)的轉(zhuǎn)差頻率來(lái)決定。由于定子側(cè)的各個(gè)物理量（電流、電壓、磁動(dòng)勢(shì)、電動(dòng)勢(shì)等）都是交流量，其空間矢量以相同轉(zhuǎn)速同步旋轉(zhuǎn)，直接對(duì)其控制、調(diào)節(jié)和計(jì)算都很不方便，因此，要 借助坐標(biāo)變換將定子側(cè)的各個(gè)物理量從三相靜止坐標(biāo)系變換到同步旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系中。在這些理論研究基礎(chǔ)之上， 1971 年德國(guó)西門(mén)子公司 F． Blaschke 等與美國(guó) P． C． Custman 等幾乎同時(shí)提出了交流電機(jī)磁場(chǎng)定向控制的原理，經(jīng)過(guò)不斷的研究與實(shí)踐，形成了現(xiàn)在獲得廣泛應(yīng)用的矢量控制系統(tǒng)。永磁無(wú)刷直流電動(dòng)機(jī)在工作時(shí)，直接將方波電流輸入永磁無(wú)刷直流電動(dòng)機(jī)的定子中，控制永磁無(wú)刷直流電動(dòng)機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)。由于電機(jī)的永磁體、電機(jī)控制技術(shù)、電力電子技術(shù)尤其是功率開(kāi)關(guān)器件的技術(shù)進(jìn)步，永磁無(wú)刷直流電機(jī)的發(fā)展日新月異。項(xiàng)目提出的目標(biāo)是：要提高我國(guó)電動(dòng)汽車(chē)及相關(guān)領(lǐng)域的技術(shù)創(chuàng)新能力，培育一支具有汽車(chē)產(chǎn)品自主開(kāi)發(fā)能力的隊(duì)伍，并充分利用社會(huì)各方面的科技資源，在國(guó)際競(jìng)爭(zhēng)中搶占新一代汽車(chē)技術(shù)制高點(diǎn)，促進(jìn)我國(guó)汽車(chē)工業(yè)實(shí)現(xiàn)跨越式發(fā)展。而隨著農(nóng)村城鎮(zhèn)化步伐的加快，老百姓對(duì)交通工具的需求也與日劇增。日前， 全世界擁有各類(lèi)汽車(chē)約 5億輛，年消耗燃油約 7億噸，排放的有害物質(zhì)超過(guò) 2億噸，約占空氣污染總量的 61％。電動(dòng)車(chē)作為國(guó)家“十二五規(guī)劃”重點(diǎn)發(fā)展的節(jié)能環(huán)保項(xiàng)目，獲得了廣泛應(yīng)用和發(fā)展。 ，首先分析 電動(dòng)汽車(chē)用永磁無(wú)刷直流電機(jī)矢量控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu) ，最后將 電動(dòng)汽車(chē)用永磁無(wú)刷直流電機(jī)矢量控制系統(tǒng) 用Matlab/Simulink 仿真 。另一方面，城市交通擁堵問(wèn)題己成為阻礙我國(guó)許多城市發(fā)展的重要問(wèn)題。因此，電動(dòng)汽車(chē)的研制對(duì)我國(guó)具有特別重要的意義。 1964 年，它被美國(guó)航空航天局應(yīng)用于衛(wèi)星姿態(tài)控制、太陽(yáng)能電池板的跟蹤控制等領(lǐng)域。 永磁無(wú)刷直流電機(jī)采用永磁轉(zhuǎn)子，其轉(zhuǎn)子磁鋼結(jié)構(gòu)經(jīng)過(guò)專(zhuān)門(mén)的磁路設(shè)計(jì)，使電機(jī)可以獲得梯形波的氣隙磁場(chǎng)。 矢量控制策略概述 矢量控制理論以及基于磁場(chǎng)定向控制技術(shù)的交流調(diào)速系統(tǒng)已經(jīng)在工業(yè)界得到廣泛 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）報(bào)告紙 共 頁(yè) 第 頁(yè) ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 裝 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 訂 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 線 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 的應(yīng)用。若電樞電流矢量的幅值也能控制，就可以獲得與直流電動(dòng)機(jī)同樣的調(diào)速性能。日本在研究無(wú)速度傳感器方面較為先進(jìn)，主要體現(xiàn)在結(jié)合了通用變頻器的應(yīng)用方面；美國(guó)則是對(duì)電動(dòng)機(jī)參數(shù)的識(shí)別進(jìn)行了深入地研究，并且將模糊控制、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制等一些智能控制技術(shù)應(yīng)用其中；而德國(guó)則致力于大功率系統(tǒng)中矢量控制方法的應(yīng)用，西門(mén)子 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）報(bào)告紙 共 頁(yè) 第 頁(yè) ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 裝 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 訂 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 線 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 公司已經(jīng)開(kāi)始在交流傳動(dòng)電力機(jī)車(chē)等兆瓦級(jí)功率場(chǎng)合應(yīng)用矢量控制技術(shù)。主要內(nèi)容及章節(jié)安排如下： 第一章為緒論。單一繞組的轉(zhuǎn)矩波動(dòng)比較大，但是用戶(hù)一般對(duì)無(wú)刷電機(jī)的轉(zhuǎn)矩要求較高，通常為了獲得較為平穩(wěn)的轉(zhuǎn)矩而采用多相繞組結(jié)構(gòu)。 霍爾位置傳感器體積較小、制造結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、可靠性較高、價(jià)格相對(duì)比較低， 但是其抗干擾能力較差，受工作環(huán)境的溫度影響比較大，因此，該傳感器一般應(yīng) 用于對(duì)性能要求不高和環(huán)境適宜的場(chǎng)合。通過(guò)檢測(cè)轉(zhuǎn)子的位置，經(jīng)控制電路對(duì)轉(zhuǎn)子信號(hào)進(jìn)行邏輯變 換后產(chǎn)生脈寬調(diào)制 PWM 信號(hào)，驅(qū)動(dòng)電路對(duì) PWM 信號(hào)的放大后控制開(kāi)關(guān)器件的開(kāi)通 與關(guān)斷讓各相繞組按照一定順序通電，從而保證電機(jī)連續(xù)旋轉(zhuǎn)。定子磁勢(shì) Fa 與轉(zhuǎn)子磁勢(shì) Ff 的相互作用繼續(xù)拖動(dòng)轉(zhuǎn)子以順時(shí)針?lè)较蜻M(jìn)行旋轉(zhuǎn)。 （ 3）忽略齒槽效應(yīng)和電樞反應(yīng)。 ；互感均相等為 M。將式子（ ）和（ ） 代入（ ）式子中得到： dtdnGDTT Le ??? 3 7 52 （ ） 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）報(bào)告紙 共 頁(yè) 第 頁(yè) ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 裝 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 訂 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 線 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 第三章 矢量控制坐標(biāo)變換 坐標(biāo)變換 從一種坐標(biāo)系轉(zhuǎn)換到另一種坐標(biāo)系的變換稱(chēng)為坐標(biāo)變換。在三相靜止坐標(biāo)系上，永磁無(wú)刷直流電機(jī)的數(shù)學(xué)模型是一個(gè)多變量、非線性、強(qiáng)耦合的復(fù)雜模型。永磁無(wú)刷直流電機(jī)的物理模型可以等效變換成類(lèi)似直流電機(jī)模型，分析和控制就可以大大簡(jiǎn)化，而這些都是基于坐標(biāo)變換實(shí)現(xiàn)的。更進(jìn)一步如果磁通方向是固定在 d 軸上，那這個(gè)模型基本上就等效于直流電動(dòng)機(jī)物理模型。不過(guò)需要特別注意的是，這里的電流都是空間矢量，而不是時(shí)間矢量。 確定了 id、 iq 的控制策略后，只要進(jìn)行相應(yīng)的坐標(biāo)反變換就能得到三相 ABC 電流的控制方法，這樣就能像控制普通直流電動(dòng)機(jī)一樣控制無(wú)刷直流電機(jī)了。但如果直接使用三相電流來(lái)控制，計(jì)算很復(fù)雜，所以需要將定子側(cè)的各個(gè)物理量經(jīng)過(guò)坐標(biāo)變換變換到兩相旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系上，從這個(gè)坐標(biāo)系上看，電流等空間矢量就變成了直流矢量，所以找到這個(gè)坐標(biāo)系中 的各個(gè)分量和轉(zhuǎn)矩之間的關(guān)系，就可以計(jì)算出控制轉(zhuǎn)矩所需要的各個(gè)分量的值，然后將這些值逆變換回三相靜止坐標(biāo)系，這就能夠獲得像直流電動(dòng)機(jī)一樣的控制性能。這種控制方法簡(jiǎn)單易行，轉(zhuǎn)矩性能良好、計(jì)算簡(jiǎn)單、調(diào)速性能好。同樣與（ 1）相比，在同樣大小定子電流情況下，這種方式的轉(zhuǎn)矩相對(duì)較大。 綜上所述的各種控制策略各有不同的應(yīng)用場(chǎng)合，本文所采用的控制方式為 id=0 控制。 =0 控制理論 由式子（ ）我們可以描述無(wú)刷直流電機(jī)電磁轉(zhuǎn)矩為： ? ??? CCBBAAe ieieieT 在一定轉(zhuǎn)速下，三相反電動(dòng)勢(shì)的傅里葉級(jí)數(shù)形式如下式子（ ）所示： 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）報(bào)告紙 共 頁(yè) 第 頁(yè) ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 裝 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 訂 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 線 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ )34(5s i n)34(3s i n)34s i n ()()32(5s i n)32(3s i n)32s i n ()(...53s i ns i n)(531531531???????????????????????????????tEtEtEtetEtEtEtetEtEtEtemmmCmmmBmmmA （ ） 式子中的ω為基波電角頻率，因?yàn)闊o(wú)刷直流電機(jī)的定子采用的是 Y 型接法，并且沒(méi)有連接中線，所以定子三相電流中不包括三次和三的倍數(shù)次諧波，所以三相電流可以展開(kāi)得到式子（ ），如下所示： )34(5s i n)34(3s i n)34s i n ()()32(5s i n)32(3s i n)32s i n ()(...53s i ns i n)(751751531???????????????????????????????tItItItitItItItitItItItimmmCmmmBmmmA () 將式子（ ）、（ ）代入式子（ ）整理之后可以得到無(wú)刷直流電機(jī)電磁轉(zhuǎn)矩的另一種表達(dá)方式，如式子（ ）所示： ...24c o s12c o s6c o s 241260 ????? tTtTtTTT eeeee ??? （ ） 式子中， 0eT 等的具體表達(dá)式如式子（ ）所示： )(2 3 11117755110 mmmmmmmmmeIEIEIEIET ???? ? （ ） ? ?? ?? ?...)()()(23...)()()(23...)()()(237173151929123252471125513231171918711155111576?????????????????????mmmmmmmmmmemmmmmmmmmmemmmmmmmmmmeIEEIEEIEETIEEIEEIEETIEEIEEIEET??? 可以從式子（ ）看到，無(wú)刷直流電機(jī)的電磁轉(zhuǎn)矩分解后，它的諧波僅僅由含六倍次基頻率的轉(zhuǎn)矩紋波組成，它的幅值由對(duì)應(yīng)的電流和反電動(dòng)勢(shì)幅值的乘積所決定的，在紋波中，六次諧波轉(zhuǎn)矩是電磁轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)的主要分 量，而在 ABC 三相反電動(dòng)勢(shì)中五次、七次諧波是主要分量，所以把三相反電動(dòng)勢(shì)寫(xiě)成如式子（ ）所示： 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）報(bào)告紙 共 頁(yè) 第 頁(yè) ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 裝 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 訂 ┊