双源输入的开关磁阻电机集成驱动拓扑及控制研究

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电机驱动系统是电动汽车最为核心的部分,开关磁阻电机(SRM)结构简单、控制灵活和调速性能优越,因而成为目前电动汽车驱动电机类型的一种重要选择。功率变换器拓扑及其控制一直是电动汽车SRM系统研究的重要分支,研究兼具电机驱动和储能源充电能力的紧凑型变换器拓扑和优化控制策略,是未来电动汽车轻型化、智能化的关键。本文针对双电源输入的电动汽车SRM驱动系统提出了一种新型的集成驱动-充电功率拓扑,并对其双电源接入控制方法、SRM多模式驱动优化控制策略、制动回馈控制策略,以及直流车载充电方法进行了系统的研究,具体研究内容如下:首先,为实现电动汽车SRM驱动系统的双电源接入控制,研究了一种基于三开关管级联的双输入双向DC-DC变换器的集成功率拓扑。为分析该集成功率拓扑的有效性,分别从变换器运行模式、控制策略、衍生方式和损耗分析等方面将该变换器与传统的采用两组Buck/Boost DC-DC变换器并联的双源接入拓扑进行了系统的对比。从运行模式和控制策略的角度可知,通过对中间开关管的复用,可以实现两种拓扑的等效,从而实现各源端和负载端的功率双向。从拓扑衍生的角度,集成功率变换器可以有效的减少开关器件和驱动资源,更有利于功率系统的集成化。从损耗分析的角度,可知采用锯齿波载波控制能够减少集成功率变换器的损耗。本文基于该双向集成功率变换器,对不同功率方向的运行模式进行了系统的仿真分析,并基于实验平台进行了系统的实验。然后,为实现电动汽车SRM驱动系统的双电源驱动控制,提出了一种三开关管级联的双输入双向DC-DC变换器与三相不对称半桥功率变换器级联的两级式集成功率拓扑。该拓扑的前级变换器具备各端口功率双向能力且有效控制后级不对称半桥功率变换器母线电压,从而可以实现电动汽车SRM的双源多模式驱动控制、制动回馈控制,以及直流车载充电控制。本文基于该集成功率拓扑,对上述运行模式的控制策略进行了系统的理论和仿真分析,并基于一套1k W的12/8结构SRM实验平台进行了系统的实验。最后,本文针对传统PI控制的不足,将传统PI控制与滑模变结构控制、线性自抗扰控制、多维泰勒网控制这三类优化控制方法进行了系统的理论分析和仿真实验比较。结果表明电流调节模块,电压调节模块选用多维泰勒网控制,转速调节模块可以选用多维泰勒网控制或线性自抗扰控制,可以有效改善集成驱动控制效果。
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