电动汽车用电机控制策略分析

电动汽车用电机控制策略分析

摘要

第一章绪论

1.1 引言

1.2电动汽车的定义及优势 1.2.1电动汽车的定义 1.2.2电动汽车的优势

1.3 电动汽车的基本结构 1.4 本论文选题的意义及主要内容 1.4.1选题的意义 1.4.2本文的主要内容

第二章电动汽车电机驱动系统介绍

2.1 电动汽车驱动电机分类 2.2 电机驱动系统系统构成与布置方式

2.3电动汽车中电动机类型及其驱动系统 2.4 电动汽车电机驱动控制的发展现状和趋势

第三章交流感应电动机及其控制策略 第四章无刷直流电动机及其控制策略 第五章永磁同步电动机及其控制策略

5.1 永磁同步电机的结构和特点

5.2 永磁同步电机矢量控制理论

5.2.1电动机的转矩控制 5.2.2 PMSM 坐标变换 5.2.3 PMSM 数学模型

5.2.4电流极限圆和电压极限圆

5.3 永磁同步电动机恒转矩控制

5.3.1 id =0 控制

5.3.2最大转矩／电流比控制

5.3.3恒磁链控制 5.3.4 cos? =1 控制

5.4 永磁同步电动机弱磁控制

第六章全文总结与展望 摘要

第一章绪论

1.1 引言 在未来的一段时间内，我国将成为世界最大的汽

车消费国， 201 0年我国汽车增加到五千六百万辆以 上，不过空气污染源也会大幅度提高，空气污染将有 64%来自于汽车尾气的排放，在 2024 年左右，我 国石油消费量将超过 4.5亿吨，而我国能源系统效率平均低于国际先进水平 10%，但是我国 60%石油消 费量依赖于进口，要是仍然采用传统的内燃机技术发展汽车工业将会使我国为此付出巨大代价和对环境 保护也会造成巨大的压力。在这种严峻的形势下，我国汽车工业的未来发展需要我们好好思考。

根据现在世界人口和汽车的增长趋势来看，今后 50 年中，世界人口和汽车数量分别从 60亿增加到 100亿和 7 千万增加到 2 亿 5 千万辆以上。若这些车辆都采用内燃机，能源需求和空气污染将会给人类 造成巨大的压力和损坏。因此我们必须开发节能环保型以及高效智能型的交通车辆，只有这样才能在本 世纪实现交通的可持续发展。能源危机曾经对世界经济带来严重影响，因此石油毕源的争夺更加强烈， 石油纠纷在国际上也不断发生，甚至为了争夺石油资源而爆发的战争在近几年也不断发生。因此石油资 源的解决是当今世界每个国家所面临的首要考虑的问题，石油资源解决的好坏是当今世界是否稳定的重 要因素。

电动汽车是将机算机、电子与化学各学科领域中的高新技术于一体，是汽车、计算机、电力拖动、 新材料、新能源、功率电子、自动控制、化学电源等工程技术中最新成果的集成产物。混合动力电动汽 车、燃料电池汽车和纯电动汽车对世界汽车的发展以及环境的保护都起到一个前所未有的阶段，具有里 程碑的意义。

1.2电动汽车的定义及优势

我国政府已将电动汽车的快速发展列入我国“十五”国家 863计划，加大了对电动汽车开发和产业化的 投入，与世界发达国家电动汽车发展接轨，目前已经取得了一定得成就。我国不少高等院校、相关的研 究以及国内部分企业都加强了对电动汽车研究开发的力度，加快了汽车事业的发展速度。目前我国纯电 动汽车研发比较顺利， 可以小批量生产与应用 ;与此同时混合动力汽车的发展目前它的产业化也可以说具 备条件 ;值得炫耀的是我国的燃料电池汽车研发目前达到国际先进水平。 因此我国建立电动汽车产业， 逐 步实施车用能源动为系统转型，实现节能环保目标奠定了技术基础。

1.2.1 电动汽车的定义

电动汽车是指以车载电源为动力，用全部或部分由电机驱动，并配置大容量电能储存装置 项要求的车辆

1.2.2 电动汽车的优势

,符合道路交通、安全法规各

现如今各国都在发展电动汽车事业，是由于它具有以下几个方面的优点

(I)污染小。电动汽车在本质上是一种零排放汽车，一般无直接排放污染物，大多是间接污染，如电池废 弃物和发电

的时候所消耗的能源而造成的污染都属于间接污染。然而国家目前也在大力改进间接污染， 再加上电池废弃物的回收技术逐渐成熟。其次水力、原子能发电等均十分清洁，只是火力发电污染比较 严重，但相对于燃油汽车而言，它的控制难度就比较容易了，这样电动车就可以实现人们想要的“清洁 车辆”。根据国内外相关资料调查显示，电动

汽车的噪音比燃油车辆要低 5dB以上。而目前世界各大城 市的噪音污染比较严重，因此要想大幅度降低噪音污染，在世界范围内电动汽车的广泛使用是必不可少 的。 ⑵节约能源，改善能源消耗结构。据测算，将原油提炼成柴油和汽油，要是用它们作为燃油汽车驱动 能源时，它们平均只有大约14%的能量利用效率。我国石油储量仅占世界石油储量的 2% — 3%左右，因 此我国以石油为主的能源消耗，只能通过进口才能满足国内的能源需求因此电动汽车的广泛使用，对减 少石油资源消耗具有举足轻重的影响。

(3)

响应迅速、加速快，比燃油汽车高出

可直接控制车轮转速，易实现四轮独立驱动和四轮转向。

优越的车辆性能。电动汽车的转矩2个数量级;电机可分散配置,

(4) 提高道路利用率和交通安全性。由于信息技术和控制技术的广泛应用，电动汽车的安全性和可靠性 大幅提高。

电动车比传统的燃料汽车更易实现精确的控制，智能交通系统则有可能率先通过电动车来实 现，从而提高道路利用率和交通安全性。

(5) 改善电网负荷。世界各国供电系统都存在负荷平衡冋题。也就是说白天是用电咼峰，夜间人们相对于 白天而言

用电量要少得多，因此我们利用夜间对电动汽车充电，这样不但有利于电动汽车的能量补充也 能使电网负荷得到平衡，这样对降低维护电网的成本也起着至关重要的作用。

(6) 树立节能环保的国家形象。随着我国对外开放，我国经济发展迅速，在世界上的地位逐年不断提咼, 与世界各

国的交往更加密切，而电动汽车的发展和广泛使用对树立中国在国际上的良好形象有着重要意 义。

1.3电动汽车的基本结构

如图2.1所示，主要由电力驱动子系统、主能源子系统和辅助控制子系统等组成

各个子系统的组成如图2.1所示，加速和制动踏板作为信号的输入端，主控制器在接受到信号后, 发出相应的控制指令来控制PWM功率转换器，通过功率转换器的状态来控制电动机的制动或者加速。 能源子系统为电机正常运行提供能源。辅助子系统主要给电机提供动力转向以及车内温度的控制等作 用。

电力驱动子系统是整个系统运行的智能核心，它由电控单元、功率转换器、电动机组成。电控单元 的作用是接收加速踏板输入的信号，以及电机反馈的速度信号和电流信号，发出相应的控制指令来控制 功率转换器的功率装置的通断，以获得电动汽车良好的动、静态运行特性和能量利用率。因此，驱动系 统在很大程度上决定了整车的运行性能和效率。

主能源子系统由主电源和能量管理系统构成，能源管理系统是实现能源利用监控、能量再生、协调 控制等功能的关键部件。