基于永磁同步电机的EV动态负载模拟系统研究

作     者：谷靖 

作者单位：南京邮电大学 

学位级别：硕士

导师姓名：郭前岗

授予年度：2021年

学科分类：080801[工学-电机与电器] 0808[工学-电气工程] 08[工学] 

主      题：纯电动汽车负载模拟 永磁同步电机 加速度反馈模拟策略 转矩前馈模拟策略 滑移特性模拟 

摘      要：纯电动汽车（Electric Vehicle,EV）负载模拟系统采用电机对拖的控制方式来模拟EV驱动电机在不同路面的负载特性,其不受自然环境约束,灵活设定实验参数,极大地提高了研究效率,可准确地在实验室条件下复现出实际EV理论的负载特性。永磁同步电机（PMSM）具有功率密度高、调速范围广、运行效率高等优点,基于永磁同步电机实现EV负载特性的模拟时,有利于简化模拟系统的控制复杂性,对于EV负载模拟系统的研究具有重要的应用价值和实现意义。本文通过理论推导、仿真分析和实验验证等方式来实现实验室条件下的EV负载模拟,主要对EV负载系统建模、动态负载模拟策略和模拟系统稳定性、模拟准确性进行探究。首先,建立EV实际理论系统的数学模型,为后续模拟提供参考和对比。为此,对EV驱动电机（PMSM）的基本结构、数学模型、控制策略以及EV负载特征的数学模型进行研究,并对实际系统进行稳定性分析,通过EV在不同路面的仿真结果分析EV驱动电机的负载特性,为后续模拟系统的稳定性推导、仿真分析和实验结果提供对比与参考。其次,运用机电类比的方法对稳态模拟策略进行了改进,动态负载模拟策略则研究了加速度反馈的模拟策略,对此种模拟策略下的模拟系统稳定性进行分析,得出待模拟的EV转动惯量远大于模拟系统可模拟的转动惯量,致使EV模拟系统发散且失稳;为了拓展模拟系统的转动惯量范围,在加速度反馈回路中加入一阶低通滤波器,推导了引入低通滤波器后的模拟系统稳定条件,即阐述滤波时间常数和离散时间对模拟系统稳定性的影响分析。为避免低通滤波器的引入在很大程度上降低了模拟准确性问题,研究了转矩前馈的动态模拟策略,在离散状态下分析此模拟策略下的模拟系统稳定性和模拟准确性,对比分析结果表明,与加速度反馈模拟策略相比,转矩前馈模拟策略具有良好的稳定性和模拟准确性。考虑了EV在极端运动状态下的驱动滑移,建立考虑滑移特性的EV理论系统数学模型并进行仿真研究,对考虑滑移特性的EV理论系统进行稳定性分析,为后续模拟系统的稳定性探究提供对比与参考。为准确再现EV滑移的变化历程,提出了考虑滑移特性的加速度反馈模拟策略,对此动态模拟策略下的模拟系统稳定性进行分析,即探究加速度滤波深度和离散时间对考虑滑移特性的模拟系统稳定性影响分析;为避免低通滤波器的引入会降低模拟准确性问题,提出了考虑滑移特性的转矩前馈动态模拟策略,并对此动态模拟策略下的模拟系统离散域传递函数进行了推导和分析,结果表明,相比于考虑滑移特性的加速度反馈模拟策略,考虑滑移特性的转矩前馈模拟策略具有良好的稳定性和模拟准确性。最后,基于RT-LAB实时仿真器搭建了EV负载模拟系统实验平台,对不考虑滑移特性的模拟策略和考虑滑移特性的模拟策略下的EV模拟系统分别进行实验,以验证理论推导的正确性和所提模拟策略的可行性。