微型电动车电机驱动控制研究
微型电动车电机驱动控制研究[20200408212326]
摘 要
随着社会的不断发展，汽车的快速发展也带来了能源与环境问题，这就致使各国加大了发展新能源汽车的力度。而电动汽车的电机驱动系统影响着电动汽车的动力性能，成为了重要的研究热点。
本文介绍了国内外电动汽车的发展状况，电动汽车常用的几种电机的结构与特点。主要阐述永磁同步电动机的数学模型、工作原理及性能优点。对电动汽车的受力进行分析以及驱动电机参数的选择并研究永磁同步电动机的控制策略，针对电动汽车永磁同步电动机的 控制策略进行建模与仿真。
*查看完整论文请 +Q: 3 5 1 9 1 6 0 7 2
关键字:电动汽车永磁同步电动机控制策略simulink仿真
目录
1. 绪论 1
1.1 选题的背景及意义 1
1.2 电动汽车国内外现状及分析 2
1.2.1国内电动汽车的研究现状及分析 2
1.2.2国外电动汽车的研究现状及分析 3
1.3 永磁电机发展现状及分析 4
1.4 本文主要研究工作 5
2. 电动汽车驱动电机的种类结构及各自的特性 6
2.1 永磁同步电机的原理、结构与数学模型 6
2.1.1 永磁同步电机的原理与基本结构 6
2.1.2永磁同步电机的数学模型 7
2.1.3永磁同步电机的优点 8
2.2 直流电机的结构与特点 8
2.3 开关磁阻电机的结构与特点 9
2.4 感应电机的特点 9
2.5 直流无刷电机的特点 9
2.6本章小结 10
3.电动车牵引电机驱动系统的分析 11
3.1引言 11
3.2电动汽车的受力分析 11
3.3电动汽车的能量管理与回收分析 13
3.4驱动系统电机参数选择 14
3.4.1额定电压选择 14
3.4.2额定转速选择 14
3.4.3额定功率选择 15
3.4.4额定转矩选择 15
3.5本章小结 15
4. 永磁同步电机的控制策略研究 16
4.1 引言 16
4.2 恒压频比开环控制策略 16
4.3 矢量控制策略 16
4.3.1 控制 17
4.3.2 最大转矩/电流比控制 17
4.3.3弱磁控制 18
4.3.4矢量控制本身存在的缺陷与优点 18
4.4直接转矩控制策略 19
4.5智能控制策略 20
4.6本章小结 20
5. 永磁同步电机 控制仿真分析 21
5.1 引言 21
5.2 控制策略 21
5.3 控制的仿真 22
5.4本章小结 26
6. 全文总结 27
参考文献 28
致 谢 29
1. 绪论
1.1 选题的背景及意义
随着我国国民生活水平及质量的不断提高，在我国，日益增多的人已经开始选择购买汽车。虽然汽车给人们带来了许多的便利，但随着汽车不断的增加，也带来了许多问题。能源的不断消耗使资源也越来越短缺，环境受到污染等问题不断地被人们所提及。这些问题让各个大型汽车企业看到了未来的发展前景，并着手研制各种污染小或者无污染的绿色环保汽车。在环保汽车中，电动汽车是把电能作为动力源的。这种以电力作为能源的汽车在驱动电机的工作下将电能转变为动能推动汽车的前行或倒退，是一种无污染的概念汽车联合发展的结果。
众所周知，我国是一个石油能源匮乏之国。在我国，已探索出的石油储量估计有一百五十亿桶，大约是总储量的百分之一左右。但我国却是一个能源消费的大国，是世界第二大的消费国，石油的消耗量仅仅位于美国之下，图1-1所示的是中国的原油进口量（单位吨）。根据专家估计，再过15年时间，我国近八成的石油消耗需仰赖进口。
图1-1 中国2001到2009年原油进口量
当下全球的汽车保有量在8亿辆左右，预计在2030年，全球汽车保有量将突破20亿辆，而增加量主要是来自像中国这样的一些发展中的国家。2009年我国的制造量已跃居全球之首，一共制造的汽车在13800000辆左右，也是日本制造量的近一倍。到2010年，我国成为了世界上第一的生产大国和第一的新车销售市场。我国在用状态的汽车到2020年之时，将达到2亿辆，因此面临的能源消费问题也将越加明显。
中国正在快速的发展，污染问题十分严重。传统汽油机在行驶的时候会制造许多危害身体健康的气体，污染环境同时也会危及人们健康。燃油汽车释放到大气中的主要污染物有HC、CO、微小颗粒物等。这些污染物会在大气中发生一系列反应，从而带来酸雨、光化学烟雾等二次污染。全世界42%的大气污染均来自交通车辆产生的污染。所有必须要研究改善机动车排放污染的一些对策与措施。
能源消耗还会带来温室气体排放的一系列问题，随着气候变化风险的不断加剧，交通领域的二氧化碳的排放越来越受到人们的重点关注。根据国际能源机构的估计，2020年汽车制造的温室气体总量约六十亿吨是上世纪九十年代初制造量的一倍多。也就是说汽车对地球的环境造成了巨大的影响。减少二氧化碳排放量的重要途径有控制消费和节约能源，我们可以考虑在保持适当消费水平的同时，使用一些不会产生温室气体的代替品以取代会造成污染的能源。
在能源与环保的双重压迫下，新能源汽车会变为将来汽车主流。因此，给电动汽车的发展带来了巨大的机遇。电动车的牵引电机种类繁多，其中把永磁同步电机作驱动电机，其各个性能都较好。而且在我国，稀土拥有量占世界上的80％。我国在使用永磁同步电机作为电动车的牵引电机方面有着十分明显的优势，并且能够使我国巨大的稀土资源量转化成经济优势。虽然目前我国的电动车技术已经取得了一些不错的成果，而且在某些混合动力汽车和纯电动汽车的技术上，达到国际先进的水平。可是总体技术水平与国际的先进技术水平相比较，尤其在整车设计、结构、系统控制等方面我国依然存在一定的差距。本论文主要在永磁同步电动机基础上，对电动车永磁同步电机控制等方面进行了阐明与推敲。个人认为论文研究成果对研制电动车电机驱动控制，具有重要的理论和使用价值。
1.2 电动汽车国内外现状及分析
1.2.1国内电动汽车的研究现状及分析
虽然我国在燃油汽车方面比发达国家差了将近半世纪，但是在电动汽车方面，我们国家的电动车科技以及生产规模和国外处在相同的起点上。我国早在九十年代初的第十三届中央委员会期间就提出了电动汽车的研究和开发建议。在这样的大环境下，我国国内的众多单位响应国家号召，投入巨大的力量来援助研发电动汽车，并且在电动汽车上取得一项又一项硕果。2001至2005年间，我国确定“三横三纵”的长远计划。从2001年起，我国拨款近9亿元为这个规划作经费。我国电动汽车研发计划在经过企业和科研院校等多家联合的共同努力下，取得了各种新能源车型上的重要进展。并且成功地研发出燃料电池车的试制车并进行了现场运行。因采用混合驱动方式，整车的各项性能都有了明显提升。如动力性和经济性等。在2004年北京召开世界氢能大会，在氢能大会上，我国制造的燃料电池车的出现诱惑了全世界人民眼球。在随后的全球清洁汽车赛上，我国制造的燃料电池车的收获同样令人骄傲。在对新能源汽车的研发过程中，我国的奇瑞、东风、长安、一汽等多家汽车公司都集中力量实现了技术上的攻坚，并取得了较好的成效。到了2006年，在国家节约物质与能源资源，减少废弃物排放的大方针下，第十一个五年计划中科技部启动了“高科技研究发展”计划。到第十二个五年计划时，新能源汽车被认为是我国汽车领域将来的五年发展中最重要的。制定的长远计划中提出了到2015年，国内新能源汽车一年的卖出量要实现一百万辆。随着中国综合实力的日益强大，为了降低对石油的依赖以及汽车废气制造量。节约能源和提高利用效率，研究电动汽车已经成为国内的一个热点。发展电动汽车既可以促进汽车技术水平的提高和制造业的水平提高，也可以缓解能源压力，发展电动汽车对中国来说是必不可少的。图1-2显示的是全球新能源汽车的发展，图1-3显示的是我国近几年新能源乘用车的月均投入量，图中的数据都表明了新能源汽车正在逐步壮大。
摘 要
随着社会的不断发展，汽车的快速发展也带来了能源与环境问题，这就致使各国加大了发展新能源汽车的力度。而电动汽车的电机驱动系统影响着电动汽车的动力性能，成为了重要的研究热点。
本文介绍了国内外电动汽车的发展状况，电动汽车常用的几种电机的结构与特点。主要阐述永磁同步电动机的数学模型、工作原理及性能优点。对电动汽车的受力进行分析以及驱动电机参数的选择并研究永磁同步电动机的控制策略，针对电动汽车永磁同步电动机的 控制策略进行建模与仿真。
*查看完整论文请 +Q: 3 5 1 9 1 6 0 7 2
关键字:电动汽车永磁同步电动机控制策略simulink仿真
目录
1. 绪论 1
1.1 选题的背景及意义 1
1.2 电动汽车国内外现状及分析 2
1.2.1国内电动汽车的研究现状及分析 2
1.2.2国外电动汽车的研究现状及分析 3
1.3 永磁电机发展现状及分析 4
1.4 本文主要研究工作 5
2. 电动汽车驱动电机的种类结构及各自的特性 6
2.1 永磁同步电机的原理、结构与数学模型 6
2.1.1 永磁同步电机的原理与基本结构 6
2.1.2永磁同步电机的数学模型 7
2.1.3永磁同步电机的优点 8
2.2 直流电机的结构与特点 8
2.3 开关磁阻电机的结构与特点 9
2.4 感应电机的特点 9
2.5 直流无刷电机的特点 9
2.6本章小结 10
3.电动车牵引电机驱动系统的分析 11
3.1引言 11
3.2电动汽车的受力分析 11
3.3电动汽车的能量管理与回收分析 13
3.4驱动系统电机参数选择 14
3.4.1额定电压选择 14
3.4.2额定转速选择 14
3.4.3额定功率选择 15
3.4.4额定转矩选择 15
3.5本章小结 15
4. 永磁同步电机的控制策略研究 16
4.1 引言 16
4.2 恒压频比开环控制策略 16
4.3 矢量控制策略 16
4.3.1 控制 17
4.3.2 最大转矩/电流比控制 17
4.3.3弱磁控制 18
4.3.4矢量控制本身存在的缺陷与优点 18
4.4直接转矩控制策略 19
4.5智能控制策略 20
4.6本章小结 20
5. 永磁同步电机 控制仿真分析 21
5.1 引言 21
5.2 控制策略 21
5.3 控制的仿真 22
5.4本章小结 26
6. 全文总结 27
参考文献 28
致 谢 29
1. 绪论
1.1 选题的背景及意义
随着我国国民生活水平及质量的不断提高，在我国，日益增多的人已经开始选择购买汽车。虽然汽车给人们带来了许多的便利，但随着汽车不断的增加，也带来了许多问题。能源的不断消耗使资源也越来越短缺，环境受到污染等问题不断地被人们所提及。这些问题让各个大型汽车企业看到了未来的发展前景，并着手研制各种污染小或者无污染的绿色环保汽车。在环保汽车中，电动汽车是把电能作为动力源的。这种以电力作为能源的汽车在驱动电机的工作下将电能转变为动能推动汽车的前行或倒退，是一种无污染的概念汽车联合发展的结果。
众所周知，我国是一个石油能源匮乏之国。在我国，已探索出的石油储量估计有一百五十亿桶，大约是总储量的百分之一左右。但我国却是一个能源消费的大国，是世界第二大的消费国，石油的消耗量仅仅位于美国之下，图1-1所示的是中国的原油进口量（单位吨）。根据专家估计，再过15年时间，我国近八成的石油消耗需仰赖进口。
图1-1 中国2001到2009年原油进口量
当下全球的汽车保有量在8亿辆左右，预计在2030年，全球汽车保有量将突破20亿辆，而增加量主要是来自像中国这样的一些发展中的国家。2009年我国的制造量已跃居全球之首，一共制造的汽车在13800000辆左右，也是日本制造量的近一倍。到2010年，我国成为了世界上第一的生产大国和第一的新车销售市场。我国在用状态的汽车到2020年之时，将达到2亿辆，因此面临的能源消费问题也将越加明显。
中国正在快速的发展，污染问题十分严重。传统汽油机在行驶的时候会制造许多危害身体健康的气体，污染环境同时也会危及人们健康。燃油汽车释放到大气中的主要污染物有HC、CO、微小颗粒物等。这些污染物会在大气中发生一系列反应，从而带来酸雨、光化学烟雾等二次污染。全世界42%的大气污染均来自交通车辆产生的污染。所有必须要研究改善机动车排放污染的一些对策与措施。
能源消耗还会带来温室气体排放的一系列问题，随着气候变化风险的不断加剧，交通领域的二氧化碳的排放越来越受到人们的重点关注。根据国际能源机构的估计，2020年汽车制造的温室气体总量约六十亿吨是上世纪九十年代初制造量的一倍多。也就是说汽车对地球的环境造成了巨大的影响。减少二氧化碳排放量的重要途径有控制消费和节约能源，我们可以考虑在保持适当消费水平的同时，使用一些不会产生温室气体的代替品以取代会造成污染的能源。
在能源与环保的双重压迫下，新能源汽车会变为将来汽车主流。因此，给电动汽车的发展带来了巨大的机遇。电动车的牵引电机种类繁多，其中把永磁同步电机作驱动电机，其各个性能都较好。而且在我国，稀土拥有量占世界上的80％。我国在使用永磁同步电机作为电动车的牵引电机方面有着十分明显的优势，并且能够使我国巨大的稀土资源量转化成经济优势。虽然目前我国的电动车技术已经取得了一些不错的成果，而且在某些混合动力汽车和纯电动汽车的技术上，达到国际先进的水平。可是总体技术水平与国际的先进技术水平相比较，尤其在整车设计、结构、系统控制等方面我国依然存在一定的差距。本论文主要在永磁同步电动机基础上，对电动车永磁同步电机控制等方面进行了阐明与推敲。个人认为论文研究成果对研制电动车电机驱动控制，具有重要的理论和使用价值。
1.2 电动汽车国内外现状及分析
1.2.1国内电动汽车的研究现状及分析
虽然我国在燃油汽车方面比发达国家差了将近半世纪，但是在电动汽车方面，我们国家的电动车科技以及生产规模和国外处在相同的起点上。我国早在九十年代初的第十三届中央委员会期间就提出了电动汽车的研究和开发建议。在这样的大环境下，我国国内的众多单位响应国家号召，投入巨大的力量来援助研发电动汽车，并且在电动汽车上取得一项又一项硕果。2001至2005年间，我国确定“三横三纵”的长远计划。从2001年起，我国拨款近9亿元为这个规划作经费。我国电动汽车研发计划在经过企业和科研院校等多家联合的共同努力下，取得了各种新能源车型上的重要进展。并且成功地研发出燃料电池车的试制车并进行了现场运行。因采用混合驱动方式，整车的各项性能都有了明显提升。如动力性和经济性等。在2004年北京召开世界氢能大会，在氢能大会上，我国制造的燃料电池车的出现诱惑了全世界人民眼球。在随后的全球清洁汽车赛上，我国制造的燃料电池车的收获同样令人骄傲。在对新能源汽车的研发过程中，我国的奇瑞、东风、长安、一汽等多家汽车公司都集中力量实现了技术上的攻坚，并取得了较好的成效。到了2006年，在国家节约物质与能源资源，减少废弃物排放的大方针下，第十一个五年计划中科技部启动了“高科技研究发展”计划。到第十二个五年计划时，新能源汽车被认为是我国汽车领域将来的五年发展中最重要的。制定的长远计划中提出了到2015年，国内新能源汽车一年的卖出量要实现一百万辆。随着中国综合实力的日益强大，为了降低对石油的依赖以及汽车废气制造量。节约能源和提高利用效率，研究电动汽车已经成为国内的一个热点。发展电动汽车既可以促进汽车技术水平的提高和制造业的水平提高，也可以缓解能源压力，发展电动汽车对中国来说是必不可少的。图1-2显示的是全球新能源汽车的发展，图1-3显示的是我国近几年新能源乘用车的月均投入量，图中的数据都表明了新能源汽车正在逐步壮大。
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