双向DC/DC变换的车用电机驱动系统控制策略研究

针对车用永磁同步电机控制系统，需要满足起动转矩大，满足起动、爬坡等要求，同时也要求电机系统具有较宽的调速范围。为了满足低速大转矩的要求，需要电机拥有较大的转矩系数。但是由于蓄电池电动汽车的传动系统无离合器和变速器结构，车速的控制通过调速控制系统改变电动机的转速来实现，较大的转矩系数会使得电机的反电动势增大，当蓄电池的电压一定，随着转速的升高，反电动势增大，那么电机的高速性能将会受到很大的影响。如何平衡车用电机低速大转矩和较宽的调速范围这两个重要的性能指标，是电动汽车发展面临的一个关键技术问题。 本文研究在传统的电压源逆变器前级加入双向DC/DC变换器，在电机需要扩速的时候，让DC-DC变换器工作在BOOST升压方式，提高直流侧的电压，即增大了逆变器的电压极限值，调整电机的恒转矩运行区域，最大限度的利用逆变器的容量，使电机在整个运行过程中，工作区域均处于在恒转矩区，采用最大转矩电流比进行电机的控制。由于传统最大转矩电流比控制方法需要进行开方和反正弦运算等，在实际工程应用中求取非常困难，而且其严格依赖于电机的电感以及永磁体磁链参数。本文针对传统算法的不足，提出了一种改进的MTPA控制算法，将IPMSM转矩角的复杂公式进行多项式拟合，利用拟合的多项式近似求取转矩角，并将该转矩角作为初始值进行变步长搜索，寻优得到最优转矩角，实现最大转矩电流比的控制效果。 本文根据系统要求，设计了双向DC/DC的电气参数，根据其小信号模型分析了系统的稳定性，并进行了变换器的补偿器设计。利用MATLAB/Simulink工具箱建立了车用电机矢量控制策略的仿真模型，验证所提算法的可行性。 在理论分析和仿真的基础上设计了基于TMS320F2812的具有双向DC/DC变换的车用永磁同步电机控制系统的硬件电路和软件结构。最后，对具有双向DC/DC变换的车用永磁电机控制驱动系统进行了台架试验，结果表明，该控制系统基本上能够实现控制目标，验证了所提算法的准确性和可行性，为车用电机控制系统的研究提供了一定的理论依据，为工程实践的运用奠定了基础。