【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 畢業(yè) 論文 7 機(jī)數(shù)學(xué)模型在此基礎(chǔ)上，基于 MATLAB/Simulink 仿真平臺(tái)，建立了電機(jī)控制系統(tǒng)的仿真模型； (2) 對(duì) PID 控制和矢量控制方法的 相關(guān)理論與方法進(jìn)行了研究，并基于模糊PID 的矢量控制方法，探討對(duì)整車控制的影響，論證該方法提高整車對(duì)測(cè)試工況的跟隨性、動(dòng)力性和行駛穩(wěn)定性，改善整車的動(dòng)力性、運(yùn)行效率以及對(duì)能源的經(jīng)濟(jì)性具有良好的作用 ； (3) 基于系統(tǒng)仿真 MATLAB/Simulink，對(duì)純電動(dòng)汽車異步電動(dòng)機(jī)的控制系統(tǒng)建立仿真模型，基于增量式 PID 控制算法，探討該算法對(duì)三相異步電機(jī)控制的影響，論證該算法對(duì)提高三相異步電機(jī)勵(lì)磁繞組所產(chǎn)生的磁鏈旋轉(zhuǎn)質(zhì)量，使其速度加快，及時(shí)跟隨電機(jī)對(duì)轉(zhuǎn)速的調(diào)節(jié)需求，有效地提高電機(jī)的動(dòng)態(tài)特性，對(duì)實(shí)現(xiàn)電機(jī)的良好控制有 著良好的作用 。 綜上所示， 本章對(duì)國(guó)內(nèi)外電動(dòng)汽車的發(fā)展，驅(qū)動(dòng)控制系統(tǒng)研究現(xiàn)狀進(jìn)行了介紹和概述，并對(duì)純電動(dòng)汽車的電機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的工作原理進(jìn)行了分析。同時(shí)，給出了本論文的主要研究?jī)?nèi)容與研究的目的和意義。 杭州電子科技大學(xué) 信息工程學(xué)院 本科畢業(yè) 論文 8 第二章 純電動(dòng)汽車驅(qū)動(dòng)電機(jī) 模型的建立 驅(qū)動(dòng)電機(jī)及其控制技術(shù)是純電動(dòng)汽車的關(guān)鍵技術(shù)之一，純電動(dòng)汽車電機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)與其它的電力驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)不同，它有其特殊的要求： (1)要求能頻繁的啟動(dòng)、停車、加速、減速，以及良好的扭矩控制動(dòng)態(tài)性能； (2)運(yùn)行速度在一個(gè)更廣泛的范圍，純電動(dòng)汽車驅(qū)動(dòng) 系統(tǒng)應(yīng)該在恒轉(zhuǎn)矩和功率區(qū)內(nèi)工作，在同一時(shí)間內(nèi)也要有更高的效率； (3)在壞的工作環(huán)境時(shí)，要求工作可靠。 在設(shè)計(jì)純電動(dòng)汽車的電機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)時(shí)，考慮純電動(dòng)汽車對(duì)其驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的特殊要求，從而對(duì)于驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)來(lái)說(shuō)，選擇電機(jī)和設(shè)計(jì)變流器與控制器，都需應(yīng)對(duì)這些特殊要求進(jìn)行考慮。目前純電動(dòng)汽車按照電機(jī)種類劃分，常用驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)可分為：交流感應(yīng)電動(dòng)機(jī)系統(tǒng)、永磁同步電機(jī)、直流電機(jī)和開關(guān)磁阻電動(dòng)機(jī)系統(tǒng)四類。 各種控制算法應(yīng)用于純電動(dòng)汽車驅(qū)動(dòng)電機(jī)時(shí)，為了探討控制算法對(duì)電機(jī)控制的影響，需對(duì)驅(qū)動(dòng)電機(jī)進(jìn)行相關(guān)的討論，從而首先需選定純電動(dòng)汽車的驅(qū)動(dòng) 電機(jī)，再確定驅(qū)動(dòng)電機(jī)控制的參數(shù)，最后建立其仿真的模型。 異步電機(jī)的物理模型 異步電機(jī)是一個(gè)高階、非線性、強(qiáng)耦合的多變量系統(tǒng)，在研究其數(shù)學(xué)模型時(shí)所做的假設(shè) 分別 為： 第一， 忽略空間諧波，認(rèn)為三相繞組對(duì)稱，所產(chǎn)生的磁動(dòng)勢(shì)沿氣隙圓周按正弦規(guī)律分布 ；第二， 忽略磁路飽和影響，認(rèn)為各繞組的自感和互感都是恒定的 ；第三， 忽略鐵芯損耗 ；第四， 不考慮頻率和溫度變化對(duì)繞組電阻的影響 。 圖 21 為矢量控制中異步電機(jī)的物理模型。其中，定子三相繞組軸線 A, B, C在空間是固定的，以 A 軸為參考坐標(biāo)軸，轉(zhuǎn)子繞組 a， b， c 隨轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)， 轉(zhuǎn)子 a軸和定子 A 軸之間的電角度 ? 為空間角位移變量 [1]。 θωaBbCcUbA 圖 21 三相異步電機(jī)的物理模型 杭州電子科技大學(xué) 信息工程學(xué)院 本科畢業(yè) 論文 9 對(duì)于交流電機(jī)三相對(duì)稱的靜止繞組 A， B， C，通過(guò)三相平衡的正弦電流 Ai 、Bi 、 Ci 時(shí)，所產(chǎn)生的合成磁動(dòng)勢(shì)是旋轉(zhuǎn)磁動(dòng)勢(shì) F，它在空間呈正弦分布，以同步轉(zhuǎn)速 ω順著 ABC 的相序旋轉(zhuǎn)。 由電機(jī)學(xué)可知 ，在兩相、三相、四相等多相對(duì)稱繞組中通以多相對(duì)稱電流時(shí)，都能夠產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)磁動(dòng)勢(shì)，其中以兩相最為簡(jiǎn)單，兩相靜止繞組 α 和 β，它們?cè)诳臻g互差 90 度，通以時(shí)間上互差 90 度的兩相平衡交流電流 ?i 、 ?i ，也可以產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)磁動(dòng)勢(shì) F，該磁動(dòng)勢(shì)與三相對(duì)稱的靜止繞組 A， B， C 所產(chǎn)生的磁動(dòng)勢(shì)的大小和轉(zhuǎn)速都相等時(shí)，即認(rèn)為二者是等效的。 兩個(gè)匝數(shù)相等且互相垂直的繞組 M 與 T，其中分別通以直流電流 mi 和 ti ，產(chǎn)生合成磁動(dòng)勢(shì) F，其位置相對(duì)于繞組來(lái)說(shuō)是固定的。讓包含兩個(gè)繞組在內(nèi)的整個(gè)鐵心以同步轉(zhuǎn)速旋轉(zhuǎn)，則磁動(dòng)勢(shì) F 自然也隨之旋轉(zhuǎn)起來(lái)，成為旋轉(zhuǎn)磁動(dòng)勢(shì)。如果這個(gè)磁動(dòng)勢(shì)的大小和轉(zhuǎn)速與三相對(duì)稱的靜止繞組 A， B， C 所產(chǎn)生的磁動(dòng)勢(shì)的大小和轉(zhuǎn)速都相等時(shí)，也認(rèn)為二者是等效的。 根據(jù)旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)等效的原則，經(jīng)過(guò)三相兩相變換和旋轉(zhuǎn)變換等矢量變換，使三相交流電機(jī)的三相繞組和直流電機(jī)的直流繞組等效，從而能模擬直流電機(jī)控制轉(zhuǎn)矩的方法對(duì)交流電機(jī)的轉(zhuǎn)矩進(jìn)行控制，這就是矢量變換控制。 按照上述分析 ，以產(chǎn)生同樣的旋轉(zhuǎn)磁動(dòng)勢(shì)為準(zhǔn)則，三相坐標(biāo)系下的 Ai 、 Bi 、 Ci ，靜止兩相坐標(biāo)系下 ?i 、 ?i 和旋轉(zhuǎn)兩相坐標(biāo)系下的直流 mi 和 ti 是等效的。這樣，通過(guò)坐標(biāo)變換，可以找到與交流三相繞組等效的直流電機(jī)模型 [2]。 qdcicifiaAF 圖 22 二極直流電機(jī)的物理模型 圖 22 所示為二極直流電機(jī)的物理模型，它可以等效為交流三相繞組的電機(jī)。圖中 F 為勵(lì)磁繞組， A 為電樞繞組， C 為補(bǔ)償繞組。 F 和 C 都在定子上，只有 A在轉(zhuǎn)子上。把 F 的軸線稱為直軸或 d 軸，主磁通的方向就在 d 軸上， A 和 C 的軸線則稱為交軸或 q 軸。由于電樞磁動(dòng)勢(shì)的軸線始終被電刷限定在 q 軸位置上，好杭州電子科技大學(xué) 信息工程學(xué)院 本科畢業(yè) 論文 10 像一個(gè)在 q 軸上靜止的繞組，但由于它不切割磁力線且與 d 軸垂直，故而對(duì)主磁通影響甚微，所以其主磁通基本上唯一地由勵(lì)磁電流決定，使直流電動(dòng)機(jī)的數(shù)學(xué)模型比較簡(jiǎn) 單，這也是直流電機(jī)的數(shù)學(xué)模型及其控制系統(tǒng)比較簡(jiǎn)單的根本原因。 如果能將異步電動(dòng)機(jī)的物理模型等效地變換成類似直流電機(jī)的模式，分析和控制問(wèn)題就可以大為簡(jiǎn)化。坐標(biāo)變換正是按照這種思路進(jìn)行的，而不同電機(jī)模型之間彼此等效的原則是，在不同坐標(biāo)系下所產(chǎn)生的磁動(dòng)勢(shì)相同。 異步電機(jī)的數(shù)學(xué)模型 . 轉(zhuǎn)矩方程 由機(jī)電能量轉(zhuǎn) 換原理，在線性電感的條件下的多繞組電機(jī)中，磁共能和磁場(chǎng)的儲(chǔ)能為： 1122TTmiW i i L??? (21) 電磁轉(zhuǎn)矩等于磁共能的變化率 mmW??? （電流不變）， 機(jī)械角位移m pn???，則： mme i c o n s t p i c o n s tmWWTn???????? (22) 根據(jù)上述兩式可得： 012 0srTeprsLT n i L???????? ??????? (23) 將 ? ?8T T Tri i i? 和 srL 、 srL 的代入上式并整理得： ? ?? ? ? ? ? ? ? ?1 si n2si n 120 si n 240T sre p s s p m A a B b C cA a B b C c A a B b C cLT n i i n L i i i i i ii i i i i i i i i i i i?????? ? ? ? ? ???? ?????? ? ? ? ? ? ? ?? (24) 運(yùn)動(dòng)方程 電動(dòng)機(jī)的機(jī)械運(yùn)動(dòng)方程為： eL pJdTT n d t??? (26) 其中 eT ， LT ， J ， pn 分別為電機(jī)的額定輸出轉(zhuǎn)矩、負(fù)載轉(zhuǎn)矩、轉(zhuǎn)軸上總的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量和極對(duì)數(shù)。 杭州電子科技大學(xué) 信息工程學(xué)院 本科畢業(yè) 論文 11 電壓方程 定子三相繞組的電壓平衡方程為 ： 1 AAA dU i R dt??? (27) 1 BBB dU i R dt??? (28) 1 CCC dU i R dt??? (29) 轉(zhuǎn)子三相繞組折算到定子側(cè)的電壓平衡方程為： 2 aaa dU i R dt??? (210) 2 bbb dU i R dt??? (211) 2 ccc dU i R dt??? (212) BU ， CU 分別三相定子電壓 ； Ai ， Bi ， Ci 分別為三相定子電流 ； aU ， bU ， cU分別為三相轉(zhuǎn)子電壓 ； ai ， bi ， ci 分別為三相轉(zhuǎn)子電流 ； A? ， B? ， C? 分別為三相定子磁鏈 ； a? ， b? ， c? 分別為三相轉(zhuǎn)子磁鏈 ； 1R ， 2R 分別為定轉(zhuǎn)子電阻。 把上面兩個(gè)式子寫成矩陣形式，并用 p 代替微分算子得到： 1112220 0 0 0 00 0 0 000000000000000000 0 0 0 0A A AB B BC C Ca a ab b bc c cUiRRUi RRRUiR??????? ? ? ? ? ???? ? ? ? ? ???? ? ? ? ? ?? ? ? ? ? ?????? ? ? ? ? ?? ? ? ? ? ???? ? ? ? ? ?? ? ? ? ? ???? ? ? ? ? ?? ? ? ? ? ? (213) 向量表示為 ： u = Ri+p? 。 杭州電子科技大學(xué) 信息工程學(xué)院 本科畢業(yè) 論文 12 電動(dòng)機(jī)的磁鏈方程 各繞組磁鏈?zhǔn)瞧渥陨碜愿写沛湥瑥亩捎镁仃嚤硎玖鶄€(gè)繞組的磁 鏈方程 ： A C A a A b A cA A A A B AB B A B B B C B a B b B c BC CA CB CCC Ca Cb Cca aA aB aaC aa ab acb bA bB bbC ba bb bcc c A c B cc C c a c b c cL L L LL L iL L L L L L iL L iL L L LL L iL L L LL L iL L L LL L iL L L L????????? ? ? ???? ? ? ?? ? ? ?? ? ? ?? ??? ? ? ?? ? ? ?? ? ? ???? ? ? ?? ? ? ? ? ?? ? ? ? (214) 用向量可表示為： i=L? ,其中 是 6 6 的電感矩陣，現(xiàn)對(duì)該矩陣的各元素分析如下： （ 1）對(duì)角線的各元素 AAL , BBL , CCL , aaL , bbL , ccL 分別為各個(gè)繞組自感；與各繞組相交鏈的磁通對(duì)其劃分，可分為兩類：①只與其中一相繞組交鏈，但保證不穿過(guò)氣隙的漏磁通；②穿過(guò)氣隙的主磁通。假設(shè)兩相平行的繞組的互感為 mL ,而設(shè) 1L 為繞組的漏感。因定轉(zhuǎn)子繞組匝數(shù)對(duì)其進(jìn)行折算后相等， 即 12mmLL? 從而轉(zhuǎn)子三相繞組的自感 12a a b b cc mL L L L L? ? ? ?； 定子三相繞組的自感11AA BB C C mL L L L L? ? ? ?； （ 2）非對(duì)角線的元素分別為定轉(zhuǎn)子繞組的互感、定子與轉(zhuǎn)子繞組的互感 ，定子 繞組在位置上 角度固定相差 120 ， 由此可得到三相定子繞組間的互感為： 11 1c o s 1 2 0 2A B B C C A B A C B A C m mL L L L L L L L? ? ? ? ? ? ? ? ? (215) 同理，可得到三相轉(zhuǎn)子繞組間的互感為： 22 1c o s 1 2 0 2a b b c c a b a c b a c m mL L L L L L L L? ? ? ? ? ? ? ? ? (216) 由于定轉(zhuǎn)子各繞組間的夾角 ? 為變量，所以對(duì)于定子和轉(zhuǎn)子的繞組間的互感而言，該互感參數(shù)將轉(zhuǎn)化為關(guān)于角位移 ? 的函數(shù)，從而定轉(zhuǎn)子間的互感可表達(dá)為： 1 c o sA b b A B c c B Ca a C mL L L L L L L ?? ? ? ? ? ? ? (217) ? ?1 c o s 1 2 0A a a A B b b B C c c C mL L L L L L L ?? ? ? ? ? ? ? ? (218) ? ?1 c o s 2 4 0A c c A B a a B C b b C mL L L L L L L ?? ? ? ? ? ? ? ? (219) 杭州電子科技大學(xué) 信息工程學(xué)院 本科畢業(yè) 論文 13 根據(jù)以上的討論，將式（ 212）寫成分塊矩陣為： s sss srrs rrs riLLLL i???? ??????? ??????