永磁无刷直流电机矢量控制系统实现毕业论文Word下载.docx

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1.对永磁无刷直流电机数学模型与矢量控制工作原理分析，首先对永磁无刷直流电机本体及数学模型分析，接着对矢量控制坐标变换和空间电压矢量脉宽调制技术的原理和实现进行分析。

2.电动汽车用永磁无刷直流电机矢量控制系统实现，首先分析电动汽车用永磁无刷直流电机矢量控制系统结构，最后将电动汽车用永磁无刷直流电机矢量控制系统用Matlab/Simulink仿真。

关键词：

电动汽车，无刷直流电机，矢量控制，SVPWM，Simulink

ABSTRACT

ElectricVehiclehasnopollutionanditcansupplywithdiversifyenergysources.Alsoit’senergyefficientishigh.Theseadvantagescansolvetheproblemsofglobalenergycrisisincreasingandcity’strafficjam.ElectricVehicleiswidelydevelopedandappliedwhichiscalledasanational‘fiveyearsplan’focusedondevelopmentofenergyconservationandenvironmentprotectionprojects.ThebrushlessDCmotorwithelectroniccommutatorwhichreplacesthenormalDCmotormechanicalswitchbackunitemerged,anditeliminatesafewproblemssuchascommutationsparks,brushwear,alargeamountofmaintenance,electromagneticinterferenceandsoon,becomingthemainstreamselectionoftheElectricVehicledrivemotorselection.

Thepaperadoptedthesinusoidalcurrentdrivebasedonspacevectorpulsewithmodulation（SVPWM）methodwasproposedtosolvetheproblemsofstartshaking,largetorquerippleandloudnoiseofbrushlessdirectcurrentmotorunderthecontrolofsquare-wave.ThecontrolsystemenabledBLDCMwithdifferentloadoperatingintheconditionofthelowtorqueripplesmoothrotation,lownoiseandhighefficiency.

Themainstudieswereasfollows:

（1）AnalyzingthemathematicalmodelofBLDCMandtheprincipleofthevectorcontrol.firstly,toanalyzetheontologyoftheBLDCMandmathematicalmodel,thenanalyzethevectorcontrolcoordinatetransformationandtheoryofspacevectorpulsewidthmodulation.

（2）Electricvehicleswithapermanentmagnetbrushlessdcmotorvectorcontrolsystemimplementation.Firstlyanalyzetheelectriccarwithapermanentmagnetbrushlessdcmotorvectorcontrolsystemstructure,finallytotheelectriccarwithpermanentmagnetbrushlessdcmotorvectorcontrolsystemwithMatlab/Simulink.

KEYWORDS:

ElectricVehicle,BLDCM,Vectorcontrol,SVPWM,Simulink

第1章绪论

1.1课题研究的背景和意义

燃油汽车在经过了一百多年的发展之后已经非常成熟丁，它使用方便、价格低

廉，性能良好。

但随着燃油汽车的发展，汽车尾气的污染问题越来越严重。

日前，

全世界拥有各类汽车约5亿辆，年消耗燃油约7亿吨，排放的有害物质超过2亿吨，约占空气污染总量的61％。

燃油汽车使用的燃料来自于石油，而石油足有限的不可再生资源，作为全世界重要的化工资源的石油被世界各国在汽车上大量地消耗，据近

年的有关石油的国际会议估计，全世界探明的石油储量在未来50年内即可用完。

调查显示，截止2013年底，我国年机动车保有量接近3亿辆，与1980年相比增加了近30倍。

随着机动车保有量的快速增加。

机动车尾气排放污染物对空气的影响越来越严重，给区域和城市的环境带来巨大的压力。

另一方面，城市交通拥堵问题己成为阻碍我国许多城市发展的重要问题。

据调查，全国几乎所有城市汽车保有量都在不断增加，大量的机动车导致中心城区车流高峰期越演越烈，给城市居民出行带来严重不便，大、中型城市这种现象犹为脱出，严重的甚至导致大面积交通堵塞，交通事故频发。

长期以往，必将影响城市经济发展和生活水平的提高。

而随着农村城镇化步伐的加快，老百姓对交通工具的需求也与日剧增。

电动汽车具有清洁无污染、能量来源多样化、能量效率高的特点：

同时电动汽

车在改善交通安全以及道路使用等问题上，又便于实现智能化的管理。

固此，电动

汽车已成为世界各国的研究热点。

我国的汽车工业的发展与世界其他国家相距甚远，

电动汽车的开发为我国在新的起点上赶上世界先进水平提供了一个不可多得的大好

时机。

电动汽车的研制也有利于促进高科技的发展、新兴丁业的兴起以及经济的发

展。

因此，电动汽车的研制对我国具有特别重要的意义。

随着能源危机和城市交通拥挤的加剧，电动车作为国家“十二五规划”重点发展的节能环保项目，获得了广泛应用和发展。

在上述形势下，发展电动车辆是必然趋势，也是符合绿色、低碳、可持续发展的客观需求。

项目提出的目标是：

要提高我国电动汽车及相关领域的技术创新能力，培育一支具有汽车产品自主开发能力的队伍，并充分利用社会各方面的科技资源，在国际竞争中抢占新一代汽车技术制高点，促进我国汽车工业实现跨越式发展。

永磁无刷直流电机以其结构简单、可靠性高、效率高、体积小、重量轻等优

点被广泛应用于车用电机驱动系统中。

电动车用电机驱动控制系统技术的优良直

接影响着整车的安全性、舒适性、环保性和经济性。

因此研究更加可靠舒适、环

境友好、经济的电动车用电机驱动系统势在必行。

1.2永磁无刷直流电机发展与现状

1955年美国D．H枷son等人首次申请了用晶体管换相电路代替机械电刷的专利，标志着现代无刷电动机的诞生。

1964年，它被美国航空航天局应用于卫星姿态控制、太阳能电池板的跟踪控制等领域。

1978年，当时的M籼esmaIlIl公司MAC经典无刷直流电动机及其驱动系统问世，电子换相式无刷直流电机进入实际应用阶段。

一直以来，各国学者对无刷直流电动机本体进行了深入的研究，先后成功研制方波直流永磁无刷电机和正弦波直流永磁无刷电机（被称为新一代的永磁同步电机）。

由于电机的永磁体、电机控制技术、电力电子技术尤其是功率开关器件的技术进步，永磁无刷直流电机的发展日新月异。

50年来，它被逐步推广到军工装备、工业、民用控制等领域，现已成为最具发展前途的电机产品。

近三十年，特别是改革开放以后，由于出口和内需的拉动，以及外资企业的进入和国内企业的高速发展，我国对永磁无刷直流电机技术的研究也紧跟时代的脚步。

自从上个世纪80年代初开始，国家科研院所、企业研发部门及部分高校的科研工作者就开始对永磁无刷直流电机及其驱动技术进行了深入的研究。

随着改革开放以来工业生产及民用设备对无刷直流电机需求逐渐增加，其控制技术也得到了快速发展，相关产业也已经成型。

永磁无刷直流电机采用永磁转子，其转子磁钢结构经过专门的磁路设计，使电机可以获得梯形波的气隙磁场。

电机不采用机械式换向器和电刷，而是采用由固态逆变器和转子位置检测器组成的电子换向器。

位置传感器用来检测转予在运动过程中的位置，并将位置信号转换为电信号，保证各相绕组的正确换流。

永磁无刷直流电动机在工作时，直接将方波电流输入永磁无刷直流电动机的定子中，控制永磁无刷直流电动机运转。

永磁无刷直流电动机的优点是效率高，起动转矩大，过载能力强，高速操作性能好，无电刷，结构简单牢固，免维护或少维护，体积小质量轻，但会产生转矩脉动，电流损耗大，工作噪声大。

电动车的大量使用极大带动永磁无刷直流电机的发展，同时，也对永磁无刷直流电机驱动控制技术提出了更高的要求。

对比一般工业及民用家电用永磁无刷直流电机的控制技术，电动车用永磁无刷直流电机的驱动控制技术难度更大，对运行安全性、驾驶舒适性、运行效率要求都更高。

基于这些要求，国内、外相关科研单位及企业对应用于电动车领域的永磁无刷直流电机驱动控制技术进行了深入的研究，在传统方波控制技术中加入改进的PI调节控制、模糊控制及滑模变结构控制等先进技术。

1.3矢量控制策略概述

矢量控制理论以及基于磁场定向控制技术的交流调速系统已经在工业界得到广泛的应用。

对电机的控制其实就是对电机转矩的控制，无刷直流电机磁场定向控制通过对交直轴电流分别控制实现对电机转矩的间接控制。

20世纪30年代以来，交流电机理论在同步电机双反应原理、旋转坐标变换等理论基础上逐步形成了交流电机的Park方程，而后又由布朗进一步建立了电机的同一理论，从理论上证明了交流电机与直流电机的同一性。

在这些理论研究基础之上，1971年德国西门子公司F．Blaschke等与美国P．C．Custman等几乎同时提出了交流电机磁场定向控制的原理，经过不断的研究与实践，形成了现在获得广泛应用的矢量控制系统。

矢量控制系统是通过坐标变换，把交流电机在按照磁链定向的旋转坐标系上等效成直流电机，从而模仿直流电机进行控制，使交流电机的调速性能达到或超过直流电机的性能。

1972年德国西门子公司的Bayer继F．Blaschke的异步电机磁场定向控制原理发表之后，提出了同步电机磁