轮边驱动系统电机控制系统设计及仿真分析
摘 要本文首先介绍了本文首先介绍了本课题的产生的背景和原因，并研究了电动汽车在国内外的发展情况和未来的前景。并在简单的分析了电动汽车所选电机要考虑的几个要点，选出了合适的驱动电机。再选出合适电机的基础上构建了所选电机的数学模型，并合理的分析了所选电机的各种电气参数，为构建合理的控制策略做好准备。在分析过所选电机并提出所选电机的控制策略的几种方法后进行比较，选择一种相对稳定高效的控制策略。为了验证控制策略的合理性以及其稳定性，本文在完成所有分析之后对对所提的方案进行了仿真。在Matlab/Simulink环境下，构建了所选电机的模型，并详细介绍了各个子模块。该系统采用速度环和电流环构成双闭环控制系统，其中速度环采用离散的pid控制，而速度环使用脉冲宽度调制方案进行控制。本文在建立仿真模型的情况下，较为认真的分析了实验结果，并与理论分析的结果对比，验证了控制策略的的正确性和有效性。这个仿真模型也可以用来检验其他控制策略是不是符合实际。
目 录
第一章 绪论 1
1.1课题的背景与意义 1
1.2电动汽车国内外的发展情况 1
1.2.1国外电动汽车发展概况 1
1.2.2国内电动汽车发展概况 2
1.2.3电动汽车发展前景分析 3
1.3电动汽车的基本结构 3
1.4电动汽车的电机选择 4
1.4.1电动汽车车用电机的特性和选择 4
第二章 轮边驱动系统的电机控制系统 6
2.1无刷直流电机的数学模型 6
2.1.1绕组电压方程 6
2.1.2电磁转矩方程 7
2.1.3电机运动方程 7
2.2无刷直流电机的特性 7
2.2.1 机械特性 7
2.2.2 调节特性 8
2.2.3工作特性 9
2.3轮边驱动系统的电机控制系统的控制方式及其选择 9
2.4轮边驱动系统的电机控制系统 10
2.4.1轮边驱动系统的电机控制系统系统结构 10
2.4.1轮边驱动系统的电机控制系统的控制策略 10
第三章 轮边驱动系统的电机驱动系统的建模与仿真
*好棒文|www.hbsrm.com +Q: #351916072#
13
3.1MATLAB/SIMULINK简介 13
3.2MATLAB的语言特点 13
3.3 Simulink简介 14
3.4MATLAB/SIMULINK仿真模型 14
3.4.1 电动汽车驱动系统的Matlab/Simulink仿真 15
3.4.2速度控制模块 16
3.4.3参考电流模块 17
3.4.4电流滞环控制模块 18
3.4.5电压逆变器模块 19
第四章 仿真结果及分析 20
4.1 建模仿真参数设定： 20
4.2仿真结果及分析 21
4.2.1 绕组电流仿真结果 21
4.2.2 反电动势仿真结果 22
4.2.3 转过角度及转子位置仿真结果 23
4.2.4 电机转速仿真结果 24
4.2.5 输出转矩仿真结果 25
4.3.6 结论 25
结束语 26
致 谢 27
参考文献 28
第一章 绪论
1.1课题的背景与意义
自从1886年汽车降生以后，随着技术不断的发展，应用越来越广泛，汽车工业己经成为衡量一个国家综合国力和科技水平的重要指标，汽车产业己经成为世界经济和各国经济的重要产业。汽车给人们带来了方便和快捷的生活，但也增多了许多交通问题，以及越来越严重的大气污染和可能的能源问题。汽车的发展面临着很多的问题，比如环保和节能。每个国家的政府和科研人员都在研发新的方法来改变现状，一方面控制汽车的排放量，各大汽车公司都积极开发和应用节能减排的技术，如废气再循环等，另一方面推进各种汽车清洁技术的研发发和应用，各种超低排放的汽车不断被研究生产，如电动汽车。因为电动汽车具有低排放、低噪声和节约能源等优点。现代电动汽车是融合了电力电子技术和机械控制技术等多种高新技术的产品，是新世纪节能高效的交通工具，它不以石油为能源，有效的缓解了石油短缺的情况。作为节能的交通工具，电动车拥有巨大的优势，是唯一可能做到不排放污染的车辆。它在行驶过程中热辐射低，噪音小，不排放废气，可使用不同的能源，结构简单，使用方便，因此受到所有政府的欢迎。
开发具有高机能的电动汽车获得国际上各大制造商、各大研究所的很高的关注，纷纷开始研制电动汽车，带动了世界的电力汽车研制的高潮。各种以电力为动力的汽车不断的研制，并流行于市场。电力汽车的研发对我国有着不同寻常的意义。我国机动车排放的污染大，不断降低着人们的生活品质。同时，汽车工业的发展可迅速增强我国在工业方面的综合国力，并可带动于之相关产业和技术。因此电力汽车的研究受到我国政府的重视。
电动汽车的关键技术在于一次充电续航里程，由于蓄电池技术并没有突破的进展，所以电动汽车的驱动系统是实现续航能力的关键。这要求电动汽车驱动系统应具有较高的转矩密度、杰出的转矩控制能力，系统运行的稳定性及在整个电机运行范围内具有尽可能高的效率。电动汽车的驱动涉及电动机、电力电子技术、微处理器、蓄电池等多个学科，是创立前沿汽车产业的关键。所以对于人们来说，如果能够研究出新的技术，那对我国追赶世界科技发展，增强综合国力是很有帮助的。
1.2电动汽车在世界范围内的发展情况
1.2.1国外电动汽车发展概况
美国的电动汽车研究与发展受到法令、当局资金和科研实力的支撑。由于法规律例的强烈实施，促进了小批量、商业化生产和实际应用的电动汽车。从那以后，美国当局也颁布了一系列扶持电动汽车发展的政策。以上种种原因加快了美国电动汽车工业化过程。
但在思量成本和技术能力的同时，美国当局似乎也逐渐把重点从无污染能源和燃料电池车转向充电式混合电动汽车和纯电动汽车。促进新型电动汽车的发展是美国当局能源策略的一部分。在奥巴马的提倡下，联邦当局耗费费巨额资金支持电力电池，关键零件的研发和生产，鼓励建设充电桩的等基础设施和消费者购车补贴。美国当局的新能源政策，更一步明确了新型汽车产品开发的方向以及未来要达到的目的。
从电动汽车产业的成长角度看，日本是世界上最早发展电动汽车的国家之一。日本的土地很小，缺乏石油资源，石油价格也很高。同时，日本汽车产业发达，人口密度十分大，都市污染严重。因此，日本执政者高度重视电动汽车的研发，很早就对电动汽车的发展做出了具体的安排和规划。而在日本购置电动车的用户可以减免购买税，固定资产税，特别的土地保护税等。
目前，日本的新能源汽车研发重点是混合动力车。日本是世界上最为成熟的混合动力汽车技术国家。混合动力车在日本已形成一种新的产业。目前，丰田，本田和其他日本制造商的混合动力电动汽车不仅在国内销售，在国际市场也使其他国家的制造商叹为观止。日本科研人员普遍认为锂离子电池技术是未来发展的方向，锂离子电池将在未来逐渐的扩大市场份额。日本主要的汽车公司和电池公司已经投资建设了一个锂离子动力电池的生产基地。
目 录
第一章 绪论 1
1.1课题的背景与意义 1
1.2电动汽车国内外的发展情况 1
1.2.1国外电动汽车发展概况 1
1.2.2国内电动汽车发展概况 2
1.2.3电动汽车发展前景分析 3
1.3电动汽车的基本结构 3
1.4电动汽车的电机选择 4
1.4.1电动汽车车用电机的特性和选择 4
第二章 轮边驱动系统的电机控制系统 6
2.1无刷直流电机的数学模型 6
2.1.1绕组电压方程 6
2.1.2电磁转矩方程 7
2.1.3电机运动方程 7
2.2无刷直流电机的特性 7
2.2.1 机械特性 7
2.2.2 调节特性 8
2.2.3工作特性 9
2.3轮边驱动系统的电机控制系统的控制方式及其选择 9
2.4轮边驱动系统的电机控制系统 10
2.4.1轮边驱动系统的电机控制系统系统结构 10
2.4.1轮边驱动系统的电机控制系统的控制策略 10
第三章 轮边驱动系统的电机驱动系统的建模与仿真
*好棒文|www.hbsrm.com +Q: #351916072#
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3.1MATLAB/SIMULINK简介 13
3.2MATLAB的语言特点 13
3.3 Simulink简介 14
3.4MATLAB/SIMULINK仿真模型 14
3.4.1 电动汽车驱动系统的Matlab/Simulink仿真 15
3.4.2速度控制模块 16
3.4.3参考电流模块 17
3.4.4电流滞环控制模块 18
3.4.5电压逆变器模块 19
第四章 仿真结果及分析 20
4.1 建模仿真参数设定： 20
4.2仿真结果及分析 21
4.2.1 绕组电流仿真结果 21
4.2.2 反电动势仿真结果 22
4.2.3 转过角度及转子位置仿真结果 23
4.2.4 电机转速仿真结果 24
4.2.5 输出转矩仿真结果 25
4.3.6 结论 25
结束语 26
致 谢 27
参考文献 28
第一章 绪论
1.1课题的背景与意义
自从1886年汽车降生以后，随着技术不断的发展，应用越来越广泛，汽车工业己经成为衡量一个国家综合国力和科技水平的重要指标，汽车产业己经成为世界经济和各国经济的重要产业。汽车给人们带来了方便和快捷的生活，但也增多了许多交通问题，以及越来越严重的大气污染和可能的能源问题。汽车的发展面临着很多的问题，比如环保和节能。每个国家的政府和科研人员都在研发新的方法来改变现状，一方面控制汽车的排放量，各大汽车公司都积极开发和应用节能减排的技术，如废气再循环等，另一方面推进各种汽车清洁技术的研发发和应用，各种超低排放的汽车不断被研究生产，如电动汽车。因为电动汽车具有低排放、低噪声和节约能源等优点。现代电动汽车是融合了电力电子技术和机械控制技术等多种高新技术的产品，是新世纪节能高效的交通工具，它不以石油为能源，有效的缓解了石油短缺的情况。作为节能的交通工具，电动车拥有巨大的优势，是唯一可能做到不排放污染的车辆。它在行驶过程中热辐射低，噪音小，不排放废气，可使用不同的能源，结构简单，使用方便，因此受到所有政府的欢迎。
开发具有高机能的电动汽车获得国际上各大制造商、各大研究所的很高的关注，纷纷开始研制电动汽车，带动了世界的电力汽车研制的高潮。各种以电力为动力的汽车不断的研制，并流行于市场。电力汽车的研发对我国有着不同寻常的意义。我国机动车排放的污染大，不断降低着人们的生活品质。同时，汽车工业的发展可迅速增强我国在工业方面的综合国力，并可带动于之相关产业和技术。因此电力汽车的研究受到我国政府的重视。
电动汽车的关键技术在于一次充电续航里程，由于蓄电池技术并没有突破的进展，所以电动汽车的驱动系统是实现续航能力的关键。这要求电动汽车驱动系统应具有较高的转矩密度、杰出的转矩控制能力，系统运行的稳定性及在整个电机运行范围内具有尽可能高的效率。电动汽车的驱动涉及电动机、电力电子技术、微处理器、蓄电池等多个学科，是创立前沿汽车产业的关键。所以对于人们来说，如果能够研究出新的技术，那对我国追赶世界科技发展，增强综合国力是很有帮助的。
1.2电动汽车在世界范围内的发展情况
1.2.1国外电动汽车发展概况
美国的电动汽车研究与发展受到法令、当局资金和科研实力的支撑。由于法规律例的强烈实施，促进了小批量、商业化生产和实际应用的电动汽车。从那以后，美国当局也颁布了一系列扶持电动汽车发展的政策。以上种种原因加快了美国电动汽车工业化过程。
但在思量成本和技术能力的同时，美国当局似乎也逐渐把重点从无污染能源和燃料电池车转向充电式混合电动汽车和纯电动汽车。促进新型电动汽车的发展是美国当局能源策略的一部分。在奥巴马的提倡下，联邦当局耗费费巨额资金支持电力电池，关键零件的研发和生产，鼓励建设充电桩的等基础设施和消费者购车补贴。美国当局的新能源政策，更一步明确了新型汽车产品开发的方向以及未来要达到的目的。
从电动汽车产业的成长角度看，日本是世界上最早发展电动汽车的国家之一。日本的土地很小，缺乏石油资源，石油价格也很高。同时，日本汽车产业发达，人口密度十分大，都市污染严重。因此，日本执政者高度重视电动汽车的研发，很早就对电动汽车的发展做出了具体的安排和规划。而在日本购置电动车的用户可以减免购买税，固定资产税，特别的土地保护税等。
目前，日本的新能源汽车研发重点是混合动力车。日本是世界上最为成熟的混合动力汽车技术国家。混合动力车在日本已形成一种新的产业。目前，丰田，本田和其他日本制造商的混合动力电动汽车不仅在国内销售，在国际市场也使其他国家的制造商叹为观止。日本科研人员普遍认为锂离子电池技术是未来发展的方向，锂离子电池将在未来逐渐的扩大市场份额。日本主要的汽车公司和电池公司已经投资建设了一个锂离子动力电池的生产基地。
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