导　　师： 郝明晖

学科专业： H02

授予学位： 硕士

作　　者： ;

机构地区： 哈尔滨工业大学

摘　　要： 汽车已经成为现代社会人们生活的必备工具之一。然而，燃油汽车污染空气，消耗有限的能源。随着电子电力技术的发展，电动汽车成为解决以上问题的重要手段。但是电池技术的发展限制着电动车的行驶距离，电池报废率高，因此、设计一款高效、低功耗的电动车势在必行。永磁同步电机以其特有的高效性成为电动汽车行业研究的热点。农用电动车作为电动车的一种又具有一定的特殊性，由于其工作环境复杂，因此要求车体的控制系统具有一定的抗扰动性，使转矩控制平稳。另外，考虑农村消费能力的限制，农用电动车的成本要大幅降低，这就对电子元器件的选择，及电路的设计增加了难度。本课题以农用电动车为研究对象，以研发以永磁同步电动机为被控对象，能够输出平滑交流正弦电流并具有一定抗干扰能力的电机驱动器为研究目的。
本课题对农用电动车的物理参数进行获取，确定了满足运动性能的永磁同步电机设计参数。并对样机进行实验确定了电机实际参数值。依据此参数值，确定了电机驱动器的设计参数。为了对驱动器系统的设计提供理论性依据和实验参考依据，搭建了电机数学模型，以空间矢量控制方法为基础搭建了比例、积分计算器及 2/3变换计算器模型。用 MATLAB的 SIMULINK 模块实现各数学模型的链接，验证了系统的可行性，为驱动器设计提供了理论基础，并为电流环控制的计算参数提供了参考值。
以搭建的电流环控制模型为基础，对农用电动车伺服控制器进行设计，本课题针对农用车制造成本限制，设计了MOSFET驱动电路，替代了价格昂贵的IPM驱动模块；依据电路的供电要求，设计了开关电源电路；针对农用电动车的功能要求对NEC的3452引脚进行定义，设计了外围I/O接口电路，依据农用车电机参数设计了电流环软件计算模块，实现驱动器指令电流的输出。对硬件电路设计后，依据车体空间限制，电子器件封装要求，利用SOLIDWORKS设计了驱动器外壳并将驱动器组装成型。对农用车电机驱动器进行了动态响应测试和稳态测试，验证了驱动器良好的动静态响应性能。
本课题针对驱动器电流输出性能的优化进行了分析。理论验证了IP电流环控制结构的良好抗扰动性，并用MATLAB对PI和IP控制结构进行仿真，比较两种结构的抗扰动能力，验证了理论分析结果；分析了电流输出误差对转矩的不良影响，针对驱动器工作的实际过程，确定了电流输出的误差环节。针对电流传感器的零点漂移，进行算法修正，解决了零点偏移引起的电流偏差；针对控制电压计算延时，引入了电流状态观测器，解决了控制系统计算延时；针对编码器计算延时和编码器标定时的机械安装误差，引入了编码器角度补偿算法，消除了角度误差；针对MOSFET死区设置和当电机转速变化时引起的电流波动，进行了算法补偿，实验验证了补偿算法的有效性，实现了转矩控制的优化。
本课题搭建了农用电动车驱动器实验平台，实现了预期的设计参数指标，并且通过实验验证了转矩优化算法的有效性，实现了电机转矩控制的优化。

关 键 词： 电动车伺服控制器 转矩优化控制 永磁同步电机 空间矢量控制

分 类 号： [TM383.4+2]

领　　域： [电气工程]