【正文】 廉，性能良好。日前， 全世界擁有各類汽車約 5億輛，年消耗燃油約 7億噸，排放的有害物質(zhì)超過 2億噸，約占空氣污染總量的 61％。 調(diào)查顯示，截止 2020 年底，我國年機動車保有量接近 3億輛，與 1980 年相比增加了近 30 倍。機動車尾氣排放污染物對空氣的影響越來越嚴重，給區(qū)域和城市的環(huán)境帶來巨大的壓力。據(jù)調(diào)查，全國幾乎所有城市汽車保有量都在不斷增加，大量的機動車導(dǎo)致中心城區(qū)車流高峰期越演越烈，給城市居民出行帶來嚴重不便，大 、中型城市這種現(xiàn)象猶為脫出，嚴重的甚至導(dǎo)致大面積交通堵塞，交通事故頻發(fā)。而隨著農(nóng)村城鎮(zhèn)化步伐的加快，老百姓對交通工具的需求也與日劇增。固此，電動 汽車已成為世界各國的研究熱點。電動汽車的研制也有利于促 進高科技的發(fā)展、新興丁業(yè)的興起以及經(jīng)濟的發(fā) 展。 隨著能源危機和城市交通擁擠的加劇，電動車作為國家“十二五規(guī)劃”重點發(fā)展的節(jié)能環(huán)保項目，獲得了廣泛應(yīng)用和發(fā)展。項目提出的目標是：要提高我國電動汽車及相關(guān)領(lǐng)域的技術(shù)創(chuàng)新能力，培育一支具有汽車產(chǎn)品自主開發(fā)能力的隊伍，并充分利用社會各方面的科技資源，在國際競爭中搶占新一代汽車技術(shù)制高點，促進我國汽車工業(yè)實現(xiàn)跨越式發(fā)展。電動車用電機驅(qū)動控制系統(tǒng)技術(shù)的優(yōu)良直 畢業(yè)設(shè)計（論文）報告紙 共 頁 第 頁 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 裝 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 訂 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 線 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 接影響著整車的安全性、舒適性、環(huán)保性和經(jīng)濟性。 永磁無刷直流電機發(fā)展與現(xiàn)狀 1955 年美國 D． H枷 son 等人首次申請了用晶體管換相電路代替機械電刷的專利，標志著現(xiàn)代無刷電動機的誕生。 1978 年，當時的 M秈 esmaIlIl 公 司 MAC 經(jīng)典無刷直流電動機及其驅(qū)動系統(tǒng)問世，電子換相式無刷直流電機進入實際應(yīng)用階段。由于電機的永磁體、電機控制技術(shù)、電力電子技術(shù)尤其是功率開關(guān)器件的技術(shù)進步，永磁無刷直流電機的發(fā)展日新月異。近三十年，特別是改革開放以后，由于出口和內(nèi)需的拉動，以及外資企業(yè)的進入和國內(nèi)企業(yè)的高速發(fā)展 ，我國對永磁無刷直流電機技術(shù)的研究也緊跟時代的腳步。隨著改革開放以來工業(yè)生產(chǎn)及民用設(shè)備對無刷直流電機需求逐漸增加，其控制技術(shù)也得到了快速發(fā)展，相關(guān)產(chǎn)業(yè)也已經(jīng)成型。電機不采用機械式換向器和電刷，而是采用由固態(tài)逆變器和轉(zhuǎn)子位置檢測器組成的電子換向器。永磁無刷直流電動機在工作時，直接將方波電流輸入永磁無刷直流電動機的定子中，控制永磁無刷直流電動機運轉(zhuǎn)。 電動車的大量使用極大帶動永磁無刷直流電機的發(fā)展，同時，也對永磁無刷直流電機驅(qū)動控制技術(shù)提出了更高的要求?；谶@些要求，國內(nèi)、外相關(guān)科研單位及企業(yè)對應(yīng)用于電動車領(lǐng)域的永磁無刷直流電機驅(qū)動控制技術(shù)進行了深入的研究，在傳統(tǒng)方波控制技術(shù)中加入改進的 PI調(diào)節(jié)控制、模糊控制及滑模變結(jié)構(gòu)控制等先進技術(shù)。對電機的控制其實就是對電機轉(zhuǎn)矩的控制，無刷直流電機磁場定向控制通過對交直軸電流分別控制實現(xiàn)對電機轉(zhuǎn)矩的間接控制。在這些理論研究基礎(chǔ)之上， 1971 年德國西門子公司 F． Blaschke 等與美國 P． C． Custman 等幾乎同時提出了交流電機磁場定向控制的原理，經(jīng)過不斷的研究與實踐，形成了現(xiàn)在獲得廣泛應(yīng)用的矢量控制系統(tǒng)。 1972 年德國西門子公司的 Bayer 繼 F． Blaschke 的異步電機磁場定向控制原理發(fā)表之后，提出了同步電機磁場定向控制原理。矢量控制基本思想是在普通交流電動機上設(shè)法模擬直流電動機轉(zhuǎn)矩控制方式，通過電動機外部的控制系統(tǒng)，實現(xiàn)對電樞磁動勢和勵磁磁場進行空間定向控制，即控制兩者的空間電角度。矢量控制是以永磁同步電動機在不同坐標系下的數(shù)學(xué)模型為 基礎(chǔ)，將原來數(shù)學(xué)模型經(jīng)過一系列矢量變換 (3S/2S 變換、 2S/2R 變換 )，變換到與同步坐標系統(tǒng)等效的正交兩相坐標系中，通過對相關(guān)矢量 (電流、磁鏈 )在該坐標系統(tǒng)中各分量的獨立控制，得出此時的控制指令值，再經(jīng)逆變換計算得到系統(tǒng)控制量 (電流、電壓 ) 在三相坐標系中的大小，實現(xiàn)快速高效的調(diào)速控制。由于定子側(cè)的各個物理量（電流、電壓、磁動勢、電動勢等）都是交流量，其空間矢量以相同轉(zhuǎn)速同步旋轉(zhuǎn)，直接對其控制、調(diào)節(jié)和計算都很不方便，因此，要 借助坐標變換將定子側(cè)的各個物理量從三相靜止坐標系變換到同步旋轉(zhuǎn)坐標系中?？刂葡到y(tǒng)按照這些分量值進行實時地控制，就能使交流電動機得到像直流電動機一樣的控制性能。 進入 21 世紀，對矢量控制理論的研究仍在繼續(xù)，德日美三國走在世界前列。無速度傳感器控制系統(tǒng)的出現(xiàn)，神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制、模糊控制 理論在電動機調(diào)速控制系統(tǒng)中的應(yīng)用，以及大功率交流傳動系統(tǒng)中矢量控制方法的成功應(yīng)用，將矢量控制推向新的高度。該理論出發(fā)點是異步電機的轉(zhuǎn)矩主要由電機的轉(zhuǎn)差頻率來決定。 根據(jù)控制目標的不同，定子直交軸電流的具體控制方法可分為如下幾類： id = 0 控制、最大轉(zhuǎn)矩電流比控 制、恒磁鏈控制、最大輸出功率控制等。 論文研究內(nèi)容及章節(jié)安排 本 文 主 要 以電 動 車用 無 刷 直流 電 機矢 量 控 制技 術(shù) 實現(xiàn) 展 開 研究 ， 用Matlab/Simulink 實現(xiàn)模擬仿真。主要介紹課題研究背景及意義，介紹了無刷直流電機的發(fā)展歷史及現(xiàn)狀，對矢量控制進行了簡介。 第三章為矢量控制坐標變換，主要對矢量控制理論及其數(shù)學(xué)推導(dǎo)、坐標變換進行了分析和研究。 第六章為全文的總結(jié)與展望。其框圖如圖： 圖 無刷直流電機的構(gòu)成框圖 電動機主體 直流無刷電機的電機本體的主要特點是采用永磁轉(zhuǎn)子，轉(zhuǎn)子磁鋼由稀土永磁材料構(gòu)成，具有較強的矯頑力和高密度的剩余磁通；另一方面，稀土永磁材料的磁導(dǎo)率接近空氣，對電機直、交軸磁阻均較大，可以減小電樞反應(yīng)；而定子結(jié)構(gòu)則于交流感應(yīng)電動機的相似，都是采用三相或二相繞組；直流無刷電機的電機本體通常采用整距疊繞組制作定子繞組，針對極對數(shù)較多的情況，采用分 數(shù)槽繞組方式。轉(zhuǎn)子由永久性磁材按一定偶數(shù)對的極對數(shù)組成，其結(jié)構(gòu)有很多種，常用的有永磁環(huán)直接套在轉(zhuǎn)軸上、在導(dǎo)磁鐵心里嵌上永磁體等。功率邏輯開關(guān)模塊是電機控制系統(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)系分配給無刷直流電機定子上的各相繞組，從而使電動機產(chǎn)生連續(xù)的轉(zhuǎn)矩。 位置傳感器 轉(zhuǎn)子位置傳感器主要是通過檢測實際的轉(zhuǎn)子磁極位置為控制器提供正確的換向 畢業(yè)設(shè)計（論文）報告紙 共 頁 第 頁 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 裝 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 訂 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 線 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 信息。常用的位置傳感器有光電式、電磁式和磁敏式三種； (1)磁敏式位置傳感器 控制系統(tǒng)中所用的霍爾位置傳感器是一種磁敏式位置傳感器，它是利用霍爾效應(yīng)制成的一種半導(dǎo)體器件，該傳感器 安置于外磁場中，在通電的情況下即可產(chǎn)生霍爾效應(yīng)輸出霍爾電勢信號；如果沒有外部磁場的作用，該傳感器也不能發(fā)揮作用。 (2)光電式位置傳感器 光電式位置傳感器由光電耦合開關(guān)和遮光板組成，其中，光電耦合開關(guān)沿圓周均勻分布，并且固定在定子上。 這種位置傳感器具有抗干擾能力強、輕巧便于安裝、調(diào)整更換較為方便等優(yōu) 點，其缺點為對環(huán)境要求高、輸出信號需處理。 這種傳感器輸出的信號比較強、工作性能相對可靠、具有較長的使用壽命長、 對于應(yīng)用環(huán)境場合要求不高、具有較強的適應(yīng)性、物理結(jié)構(gòu)緊湊可承受較大的振動沖擊等；但是，這種傳感器信噪比較低、體積較大，同時其輸出波形為交流，一般需經(jīng)整流、濾波后才可以使用，因而限制該傳感器的使用范圍。 畢業(yè)設(shè)計（論文）報告紙 共 頁 第 頁 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 裝 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 訂 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 線 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 圖 永磁無刷直流電機系統(tǒng)圖 圖 無刷直流電機工作原理示意圖 圖 22 中 BLDCM 表示三相兩極無刷直流電機本體， PS 為轉(zhuǎn)子位置傳感器，其 與電機轉(zhuǎn)軸一同旋轉(zhuǎn)，主電路采用三相逆變橋供電，由 V1V6 六個功率開關(guān)器件與 A、 B、 C 三相繞組連接。下面以兩相導(dǎo)通三 相星形六狀態(tài)無刷直流電機為例說明其工作原理。定子磁勢 Fa 與 轉(zhuǎn)子磁勢 Ff 的相互作用，拖動轉(zhuǎn)子以順時針方向進行旋轉(zhuǎn)。 當轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)過 60176。由于轉(zhuǎn)子位置的不同導(dǎo)致驅(qū)動的開關(guān)器件也不同，此時導(dǎo)通的開關(guān)器件為 V1 和 V2，與 V1 和 V2 連接的 AC 兩相繞組通電， A 進 C 出，電樞繞組合成的氣隙磁勢 Fa 如圖中所示。該過程中電流的流經(jīng)的途徑為： E+→ V1 管→ A 相繞組→ C 相繞組→ V2 管→ E。電角度時，逆變器 中 的 開 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)。為了簡化模型便于分析，在不影響分析結(jié)果的前提下，特做出下面的假定條件： （ 1）假定氣隙磁場是理想狀態(tài)下按照平頂部分為 120176。 （ 2）假定磁路不飽和，不計渦流損耗和磁滯損耗。 （ 4）逆變電路中功率開關(guān)管以及續(xù)流二極管都有理想開關(guān)特性。 則根據(jù)無刷直流電機的特性，可得到如下電壓、轉(zhuǎn)矩和運動狀態(tài)方程。 每相繞組的磁鏈包括自身電流產(chǎn)生磁通交鏈的磁 鏈、其他相電流產(chǎn)生磁通交鏈 畢業(yè)設(shè)計（論文）報告紙 共 頁 第 頁 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 裝 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 訂 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 線 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 的磁鏈和永磁體磁通交鏈的磁鏈三部分。由假設(shè)可以得到 cbacba LLLRRR ???? 。由于電機繞組是采用 Y 型 接 法 ，所 以 按 照 基 爾 霍 夫 電 流定 律 可 以 得 到0??? cba iii ； 由于三相繞組為星形連接，且沒有中線，所以有： 0??? cba MiMiMi （ ） 綜上所述，再將式（ ）帶入（ ）得無刷直流電機的電壓方程式（ ）： ??????????????????????????????????????????????????????????????????cbacbacbacbaeeeiiipMLMLMLiiirrruuu000000000000 （ ） （ 2） 轉(zhuǎn)矩方程 電源提供的功率，主要部分通過氣隙轉(zhuǎn)換為機械能，其他部分作為損耗功率消 耗在了功 率開關(guān)器件上和電機的銅耗、鐵耗上。 無刷直流電機的逆變模塊采用兩兩導(dǎo)通的工作方式，任意時刻只有兩相繞組導(dǎo)通存在電流，其余繞組關(guān)斷，電流為零。 m2） ,dtd?為轉(zhuǎn)子角加速度（ rad/s2）， LT 為負載轉(zhuǎn)矩（ N 一般在實際工程應(yīng)用中，通常采用轉(zhuǎn)速 n 代替機械角速度Ω來表示轉(zhuǎn)子速度，用飛輪慣量 2GD 代替轉(zhuǎn)動慣量 J 表示機械慣性，換算方法式子（ ）和（ ）所示： 602 n??? （