电动汽车用串励直流电机控制原理的研究

作     者：姚泽胜 

作者单位：武汉理工大学 

学位级别：硕士

导师姓名：乐玉汉

授予年度：2011年

学科分类：08[工学] 0807[工学-动力工程及工程热物理] 

主      题：电动汽车 串励直流电动机 仿真模型 双闭环调速 PWM 

摘      要：随着社会的发展和人类生活水平的提高,汽车已经由奢侈品成为人类生活中的必需品,并使汽车产业得到了飞速发展。而且随着人类对节能环保要求的提高,电动汽车以其节能、无污染等优点,已经成为世界各国汽车制造商竞相发展的产业,将引领世界汽车产业的发展。目前,各大汽车制造商为了能够在未来电动汽车领域中获得一席之地,竞相研发出多种类型的电动汽车,包括纯电动汽车、混合动力电动汽车、燃料电池电动汽车,并且有相当一部分车型已经实现量产,且在市场上的销量表现良好。 电动汽车的发展有赖于核心技术的发展,亦即电池、驱动电机和电控系统的发展。直流电动机具有控制技术简单成熟,转矩／转速特性较为符合理想牵引特性的要求等特点,且由于串励直流电动机具有较大的启动转矩和过载能力,可以满足电动汽车快速启动、加速、爬坡、频繁启／停等要求,项目中选用串励直流电动机作为驱动源,且自主研发了串励直流电动机的控制器。本文主要针对串励直流电动机的控制原理和控制模型进行研究,并对该控制器的软硬件进行简单介绍。 本文对现阶段电动汽车的研究现状和相关技术进行了调研,提出了电动汽车的改装思路与电动机匹配理论。通过对直流电动机控制原理及控制方法的研究,制定了串励直流电动机控制器的控制策略。该课题研究的串励直流电动机控制器采用双闭环调速原理：内环采用电流负反馈构成电流环,对电枢电流和电流变化率进行控制;外环采用转速负反馈构成转速环,对电动机转速进行调节。根据项目中电动机的实际参数,建立了直流电动机单闭环和双闭环调速系统的仿真模型,并根据仿真结果着重对双闭环调速系统的跟随性能与抗干扰性能进行了分析,结果表明双闭环控制较单闭环控制存在较强的优越性,能够改善电动汽车的启动性能。 结合电动汽车结构和性能的特殊性,给出了电动机控制器功能的需求定义。对电动汽车控制器进行了总体性设计分析,且对其主要硬件结构进行了设计,编写了该控制器的电动机双闭环调速模块的程序,对其主要的软件模块进行了分析。最后将控制器进行装车,并结合《电动汽车用电动机及控制器》试验标准进行了控制器性能的测试,通过相关试验证明该控制器能够达到目标要求,充分证明了双闭环调速控制策略的可行性和实用性。