【摘 要】
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永磁同步电机与减速器的集成应用具有功率密度高、体积小、成本低等优点,已逐渐成为国内外纯电动汽车动力系统应用的主流。由于该系统自身特性,它受到电机电磁场、温度场和系统间的机械动力耦合作用,使得该系统的多场域综合高效控制较为困难,不利于其节能潜力的进一步挖掘,也不利于纯电动汽车的进一步推广。本文以一款由内置式永磁同步电机和减速器集成的一体化电驱动系统为研究对象,开展考虑一体化电驱动系统“机-电-磁-热
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永磁同步电机与减速器的集成应用具有功率密度高、体积小、成本低等优点,已逐渐成为国内外纯电动汽车动力系统应用的主流。由于该系统自身特性,它受到电机电磁场、温度场和系统间的机械动力耦合作用,使得该系统的多场域综合高效控制较为困难,不利于其节能潜力的进一步挖掘,也不利于纯电动汽车的进一步推广。本文以一款由内置式永磁同步电机和减速器集成的一体化电驱动系统为研究对象,开展考虑一体化电驱动系统“机-电-磁-热”耦合特性的工作性能特性研究和相应的性能优化控制策略研究。本文主要研究内容如下:（1）分析对比了永磁同步电机的传统数学建模原理与有限元建模方式的优缺点,基于有限元模型研究电机参数随温度变化的规律。然后基于矢量控制理论,考虑电机的最大电压圆和最大电流圆的限制,利用SVPWM对逆变器实现控制,采用最大转矩电流比与弱磁控制策略对电机实现控制,构建完整的电机控制系统模型。最后采用有限元电机模型与控制系统数学模型结合的方式,最终搭建了IEDS电机及其控制系统的“电-磁-热”耦合模型。采用ECE方法对有限元电机模型降阶,同时保证了仿真精度和仿真速度并通过实验对模型进行了验证。（2）基于集中参数法,考虑斜齿轮副刚度、阻尼和啮合误差等因素,搭建了齿轮传动系统的非线性动态模型。以电机的转矩输出和齿轮系统的转矩输入为桥梁,根据永磁同步电机与减速器齿轮副的扭转振动动力学公式实现了电机模型和齿轮传动系统模型的耦合,最终构建了IEDS的“机-电”耦合模型。（3）结合电机-电控“电-磁-热”耦合模型与电机-齿轮“机-电”耦合模型,搭建包含电机、电控和齿轮传动系统在内的一体化电驱动系统的“机-电-磁-热”耦合模型。针对一体化电驱动系统在“机-电-磁-热”多场耦合情况下的动力学表现情况,研究传统控制策略对该系统在“机-电-磁-热”耦合作用下的动力性控制效能、损耗控制效能,研究在“机-电-磁-热”耦合情况下谐波电流对一体化电驱动系统输出动态性能的影响。（4）以一体化电驱动系统的“机-电-磁-热”耦合模型为研究对象,针对传统控制策略在变温情况下不能很好的控制一体化电驱动系统实现最大节能潜力的问题,以及系统在电流畸变下出现的转矩波动问题,提出了一种基于转矩、转速、温度三参数查询表的一体化电驱动系统“机-电-磁-热”能耗最优和转矩波动抑制控制策略。采用场路耦合仿真和有限元仿真验证了所提控制策略的有效性,最后通过实验验证了所提模型与控制策略的有效性。
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