電動汽車直接轉(zhuǎn)矩控制系統(tǒng)分析與設(shè)計【開題報告】

1、<p><b>　　畢業(yè)設(shè)計開題報告</b></p><p><b>　　電氣工程及其自動化</b></p><p>　　電動汽車直接轉(zhuǎn)矩控制系統(tǒng)分析與設(shè)計</p><p><b>　　1前言</b></p><p>　　電動汽車具有低噪聲、零排放、高效、節(jié)能及能源多

2、樣化和綜合利用等顯著優(yōu)點, 成為各國開發(fā)的主流。電動汽車的發(fā)展有賴于技術(shù)的進(jìn)步, 尤其是需要進(jìn)一步提高其驅(qū)動系統(tǒng)的性能。電動汽車是一個新的行業(yè)，雖然已發(fā)展了幾十年，但在我國基本上還是一個新生事物，按其發(fā)展可分為以下三種類型，即純電動汽車（PEV） 、混合動力汽車（HEV）以及燃料電池電動汽車（FCEV）和派生出的一種外接充電式混合動力汽車（Plug—in）[1-4]。 </p><p>　　電動汽車和傳統(tǒng)的汽車相

3、比較，首先其優(yōu)勢在于其運行成本，一般普通轎車每百公里油耗為7升，按現(xiàn)在93號汽油的油價6.23元計算，約為43.61元/100Km.，而電動汽車按每度電0.6元，經(jīng)測算約為13.25元/100Km。例如，比亞迪純電動汽車，快速充電2小時可充電57度，而行駛里程可達(dá)300公里，每百公里只需要11.4元，而奇瑞生產(chǎn)的一款純電動汽車，一次充電可續(xù)行里程120~150公里，每百公里僅耗電8~11度，每百公里只需要6元。電動汽車的運行成本僅為普通

4、轎車的1/3，所以電動汽車在運行費用方面是很有競爭力的。其次，電動汽車在制造成本方面有的成本及技術(shù)比傳統(tǒng)燃油汽車價格更低。第三，電動汽車的售后服務(wù)工作建設(shè)如充電站的建設(shè)和汽車相關(guān)方面技術(shù)的突破如電池的更新?lián)Q代對電動車的技術(shù)支持等等。最后加上國家對電動汽車的大力扶持和相應(yīng)的政策優(yōu)惠，電動汽車在我國及世界范圍內(nèi)的發(fā)展?jié)摿o限。</p><p>　　本設(shè)計將介紹永磁同步電機直接轉(zhuǎn)矩控制理論和電動車的發(fā)展?fàn)顩r。發(fā)展電動汽

5、車不但解決了排放問題，也是減少石油依賴的好方法。國外發(fā)展電動汽車，優(yōu)先考慮的是環(huán)保，而中國優(yōu)先考慮的則是石油安全。因此，發(fā)展電動汽車在中國尤為緊迫。本文介紹了電動汽車業(yè)的發(fā)展情況和一些相關(guān)技術(shù)，在現(xiàn)在的情況下業(yè)內(nèi)人士認(rèn)為，汽車工業(yè)向小型化、節(jié)能化、電動化發(fā)展已成為必然趨勢，大力發(fā)展電動汽車符合中國能源戰(zhàn)略。</p><p>　　2相關(guān)研究的最新成果及動態(tài)</p><p>　　2.1電動汽車

6、的發(fā)展?fàn)顩r[5-8]</p><p>　　豐田、通用、日產(chǎn)、雷諾等世界大汽車公司以及我國的眾多汽車公司都紛紛制訂電動汽車發(fā)展計劃，推出各種電動汽車。目前，日本已經(jīng)開發(fā)出了一些比較成熟的電動汽車。例如日本慶應(yīng)義塾大學(xué)2004年與38家企業(yè)合作，開發(fā)出了時速可達(dá)370公里的電動汽車“E liica”。三菱汽車公司2009年6月宣布開發(fā)出輕型電動汽車“i-M iEV”。它采用高性能鋰電池，一次充電可以行駛160公里，充

7、電需7小時，如使用快速充電器，約30分鐘就可充電80%。但由于電動汽車中的電池及快速充電等相關(guān)技術(shù)這些汽車的價格要比普通燃油汽車高出很多。技術(shù)及成本問題是電動汽車發(fā)展普及所面臨的最大障礙。一次充電的最大行駛距離提高至300公里，將大大促進(jìn)電動汽車的推廣和普及。日本有關(guān)人士認(rèn)為，由于電動汽車價格高昂，且相關(guān)基礎(chǔ)設(shè)施不完備，所以目前仍不能完全普及，電動汽車產(chǎn)業(yè)高速發(fā)展尚需時日。</p><p>　　德國政府于2009

8、年8月頒布了“國家電動汽車發(fā)展計劃”，目標(biāo)是至2020年使德國擁有1 100萬輛電動汽車。歐盟輪值主席國西班牙首相薩帕特羅2010年表示，作為未來經(jīng)濟發(fā)展戰(zhàn)略的一個組成部分，歐盟將出臺計劃大力推動電動汽車的研發(fā)和使用。法國總統(tǒng)薩科齊在2008年的巴黎國際車展上宣布，政府會投入4億歐元，用于研發(fā)新能源汽車。</p><p>　　與發(fā)達(dá)國家相比，中國發(fā)展電動汽車雖稍晚，但在這方面正迎頭趕上西方同行。比亞迪、吉利、東風(fēng)

9、、長安等汽車廠家開始順勢而上，大力發(fā)展電動汽車。比亞迪是我國發(fā)展電動汽車的排頭兵，已推出了新能源車F3DM雙?；旌蟿恿﹄妱悠嚭图冸妱悠噀6，并積極籌劃把這兩款車投放到歐洲市場。e6純電動汽車，一次充電能跑330公里，沒有任何污染排放，車體大，適合作公務(wù)用車和出租車，而且這款車動力強勁，造型和四輪驅(qū)動的設(shè)計都非常符合潮流。2009 年以來，受國家政策導(dǎo)向影響，我國許多省市紛紛鼓勵本地企業(yè)增加投資、擴大電動汽車產(chǎn)能，僅上海、重慶、吉林、

10、北京四省市2012 年的規(guī)劃產(chǎn)能就達(dá)近50 萬輛。雖然國內(nèi)電動汽車取得了一定成績但是中國純電動汽車的發(fā)展存在多方面的問題：整車產(chǎn)品在續(xù)駛里程、可靠性和工程化上仍落后于國外先進(jìn)產(chǎn)品：電池的安全性、可靠性、使用壽命等還不能滿足整車要求；電機、電池所需部分部件、材料需進(jìn)口，同時控制器基礎(chǔ)硬件、高速CAN網(wǎng)關(guān)和信號處理放大部件等也依賴進(jìn)口；電動附件還沒有成熟的產(chǎn)品可用，成本高并依賴進(jìn)口</p><p>　　2.2直接轉(zhuǎn)矩

11、控制的幾種方法</p><p>　　傳統(tǒng)的直接轉(zhuǎn)矩控制,利用磁鏈和轉(zhuǎn)矩滯環(huán)比較的方式實現(xiàn)了對定子電壓的直接控制,避免了坐標(biāo)變換的繁瑣,簡化了控制系統(tǒng)。但是,這種控制方式在一個控制周期內(nèi),只有一個電壓矢量作用在電機上,這就導(dǎo)致了控制過程中轉(zhuǎn)矩脈動大,低速性能不理想、采樣頻率要求較高等缺點,即使采用多級滯環(huán)或離散空間電壓矢量調(diào)制的方法,仍難以從根本上解決這些問題,因此限制了直接轉(zhuǎn)矩控制技術(shù)在電力機車低速段的控制性能[

12、9-10]。本文介紹幾種常見的直接轉(zhuǎn)矩控制方法：</p><p>　　基于定子磁鏈直接轉(zhuǎn)矩控制[11-14]：</p><p>　　將電磁轉(zhuǎn)矩的設(shè)定值和反饋值的誤差通過一個PI 調(diào)節(jié)器,其輸出可定義為消除轉(zhuǎn)矩誤差所需要的轉(zhuǎn)差頻率(定、轉(zhuǎn)子相對角速度) ,與轉(zhuǎn)速反饋值疊加可以獲得定子在下個周期的平均轉(zhuǎn)速,并可計算出下一個周期定子磁鏈走過的角度。磁鏈目標(biāo)值給定,結(jié)合反饋值,根據(jù)磁鏈方程可求出作

13、用在逆變器上的電壓矢量。</p><p>　　基于開關(guān)表的直接轉(zhuǎn)矩控制[15-18]：</p><p>　　永磁同步電機直接轉(zhuǎn)矩控制系統(tǒng)施加的電壓可通過開關(guān)表、PI 調(diào)節(jié)器和滑模變結(jié)構(gòu)控制器得到。目前研究和應(yīng)用較多的是基于開關(guān)表的直接轉(zhuǎn)矩控制系統(tǒng)。</p><p>　　基于電流勵磁直接轉(zhuǎn)矩控制方案[19-21]：</p><p>　　此方法能

14、減小銅耗和轉(zhuǎn)矩脈動, 但是它是基于d - q坐標(biāo)變換,對轉(zhuǎn)矩的動態(tài)響應(yīng)慢。采用六個布爾數(shù)值的組合來實現(xiàn)逆變器的控制, 即每個布爾數(shù)值控制對應(yīng)的功率管。</p><p>　　2.3 一種新穎的無刷直流電機直接轉(zhuǎn)矩控制方法研究[22-25]</p><p>　　針對無刷直流電機直接轉(zhuǎn)矩控制(BLDCM DTC) 中磁鏈觀測困難、控制復(fù)雜等問題,提出了一種應(yīng)用于無刷直流電機二二導(dǎo)通方式下的新型直

15、接轉(zhuǎn)矩控制方法: 在電機基頻以下調(diào)速時, 略去了常規(guī)的磁鏈觀測控制環(huán)節(jié), 改進(jìn)了轉(zhuǎn)矩計算方法, 通過轉(zhuǎn)矩滯環(huán)控制選擇所施加的空間電壓矢量。該方法簡化了控制結(jié)構(gòu), 降低了控制成本, 實現(xiàn)了無刷直流電機的直接轉(zhuǎn)矩控制運行。是繼矢量控制之后一種高性能交流調(diào)速技術(shù)。它采用空間電壓矢量直接控制轉(zhuǎn)矩, 不需要復(fù)雜的坐標(biāo)變換, 因此這種新型的控制方法簡化了系統(tǒng)的控制結(jié)構(gòu), 改進(jìn)了電磁轉(zhuǎn)矩的估算, 提供了一種低成本的直接轉(zhuǎn)矩控制實現(xiàn)方案, 易于工程應(yīng)用

16、。</p><p>　　3 課題的研究內(nèi)容及擬采取的研究方法、研究難點及預(yù)期</p><p>　　本次課題研究的主要內(nèi)容為電動汽車直接轉(zhuǎn)矩控制系統(tǒng)的分析與設(shè)計。在Matlab上模擬直接轉(zhuǎn)矩的控制并在實驗平臺上獨立完成相關(guān)直流電機轉(zhuǎn)矩下電流電壓及系統(tǒng)穩(wěn)定性的操作和調(diào)試。比較不同轉(zhuǎn)矩控制方法的性能。</p><p>　　3.1 直流電機直接轉(zhuǎn)矩控制的MATLAB仿真&l

17、t;/p><p>　　本設(shè)計主要的研究方法是使用MATLAB中用于仿真模擬系統(tǒng)的SIMULINK對系統(tǒng)的各個部分進(jìn)行封裝及連接，系統(tǒng)總體分為電源、abc/dq轉(zhuǎn)換器、電機內(nèi)部模擬、控制反饋四個主要部分，并模擬直接轉(zhuǎn)矩控制和其他轉(zhuǎn)矩控制之間的區(qū)別及其優(yōu)點。</p><p>　　3.2 建立電動汽車直接轉(zhuǎn)矩控制的模型</p><p>　　根據(jù)Matlab仿真所得到系統(tǒng)的構(gòu)造

18、嘗試用實物小模型來模擬電動汽車的直接轉(zhuǎn)矩控制。并測試其啟動電流電壓轉(zhuǎn)矩大小穩(wěn)定性等數(shù)據(jù)。</p><p>　　3.3 對直流電機轉(zhuǎn)矩的測試</p><p>　　這部分內(nèi)容將在實驗室里進(jìn)行，其內(nèi)容為對直流電機在直接轉(zhuǎn)矩控制下的性能，如輸出轉(zhuǎn)矩功率等。</p><p><b>　　研究難點</b></p><p>　?。?）

19、本次設(shè)計主要在Matlab上仿真進(jìn)行，沒有條件對實物系統(tǒng)的測試和調(diào)整。</p><p>　?。?）建立電動汽車直接轉(zhuǎn)矩控制的小實物模型。</p><p><b>　　預(yù)期目標(biāo)</b></p><p>　　在Matlab上建立電動汽車直接轉(zhuǎn)矩的模型，獨立完成相關(guān)程序編寫，在仿真時系統(tǒng)控制靈活、動態(tài)響應(yīng)快、調(diào)速性能好、轉(zhuǎn)矩電流比大、可實現(xiàn)各種特殊要

20、求的轉(zhuǎn)矩轉(zhuǎn)速特性和效率高等優(yōu)點。建立實物小模型。并在試驗室對直流電機進(jìn)行性能參數(shù)測試完成實驗相關(guān)操作和調(diào)試。</p><p>　　4 研究工作詳細(xì)進(jìn)度和安排 </p><p><b>　　5參考文獻(xiàn)</b></p><p>　　[1] 王書賢, 鄧楚南. 電動汽車用電機技術(shù)研究[ J ]. 微電機,2006, 39 (8) : 83-85.&

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