基于自抗扰算法的永磁同步电机矢量控制优化研究

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电动汽车通常采用永磁同步电机(Permanent magnet synchronous motor,PMSM)驱动行驶,对环境影响相对内燃机较小,是汽车工业未来发展方向。矢量控制技术凭借良好的转矩负载能力、扭矩输出大、调速范围宽等方面优势被广泛应用于电动汽车PMSM驱动控制中。由于PMSM强耦合、多变量的复杂非线性特性以及汽车行驶过程灰尘、砂石、泥水等路况复杂变化,使得汽车行驶过程存在多重未知扰动,影响矢量控制过程动态品质明显。为保证电动汽车行驶状态安全稳定,需要提高电驱动系统矢量控制过程的抗扰动性能和参数辨识能力,因此对电动汽车PMSM矢量控制驱动技术进行抗扰动优化研究具有重要意义。本文针对电动汽车PMSM矢量控制驱动系统,研究轮毂电机d-q轴电感准确检测方案,并以自抗扰控制(Active disturbance rejection control,ADRC)技术植入电动汽车PMSM矢量控制的方法提高车辆坡道电子驻车和转向过程抗扰能力,提高系统响应速度和稳定性能,达到矢量控制优化效果。首先建立永磁同步电驱动模型,指出以提高系统抗干扰能力和响应速度为目的高效矢量控制算法优化对电驱动系统的影响;阐述矢量控制原理,研究d-q轴电感离线交流静止法,并对电动汽车转向过程和坡道电子驻车过程进行扰动分析;对传统矢量控制算法进行抗干扰能力分析,选择ADRC为本文主要算法。其次针对轮毂电机外转子大和离线测量d-q轴电感工装复杂问题,提出一种两相线同相位交流静止法(AC standstill measurement,ACSM)检测方案。根据d-q轴系下的定子电压和电流方程推导出d-q轴等值电感Ldeq(θr)和Lqeq(θr)表达式。并试验验证基于两相线同相位接入方式的d-q轴电感ACSM在不需要堵转工装,不产生旋转电磁转矩基础上,调整转子角θr,可实现电感更精确测量,数据更加稳定,装置更加简化,更贴近于实际情况。再次针对车辆转向过程行驶环境复杂多变、外部干扰不定等问题,将ADRC植入六轮车辆的PMSM矢量控制系统,建立车辆转向特性方程并将其拉氏变换,根据特征根值分析车速变化对转向瞬态响应影响,结合转向输入响应横摆角速度和质心侧偏角的传递函数,分析车辆转向协同控制过程。建立六轮车辆转向自抗扰控制模型,仿真对比研究模糊PID和ADRC下六轮车辆转向过程性状参数变化,验证ADRC的六轮车辆转向过程具有良好的响应速度和稳定性能。最后对车辆坡道电子驻车的制动过程和静止状态进行非线性动力学及扰动分析,将自抗扰控制技术融于电机矢量控制策略,提出来一种采用ADRC技术驱动电机实现驻车制动的有效方法,完成了二阶位置环非线性ADRC和一阶电流环线性ADRC的设计和参数整定;应用Simulink仿真和TI公司的TMS320F28069主控芯片实车验证ADRC技术的坡道电子驻车比采用PID技术的性能更优,驻车制动效率更高。
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