電動汽車雙向準Z源逆變器系統(tǒng)及控制研究.pdf

1、作為電動汽車關鍵部件之一的電驅動系統(tǒng)，其性能直接決定著電動汽車運行性能的優(yōu)劣。當車輛運行于啟動、加減速等復雜工況下，蓄電池端電壓會在較大范圍內頻繁波動，這將導致電機運行性能的惡化及車輛高速區(qū)加速困難，給電機驅動系統(tǒng)的設計與控制帶來巨大挑戰(zhàn)。目前驅動系統(tǒng)的解決方案主要采用 DC/DC升壓變換器與電壓型逆變器級聯(lián)的兩級變換拓撲，但它存在轉換效率、可靠性和成本等方面的局限性，準Z源逆變器作為一種新型能量變換拓撲結構，它具備單級系統(tǒng)同時實現(xiàn)升壓

2、和逆變的功能、允許橋臂直通大大提高逆變器的可靠性等諸多優(yōu)點，可成為未來電動汽車高性能電機驅動系統(tǒng)的一種有力競爭方案。本論文針對低壓電池組直接供電的微型純電動汽車，綜合應用變換器理論及其數(shù)字控制技術、電機控制理論和車輛動力學理論，探討了電動汽車雙向準Z源逆變器系統(tǒng)設計與控制中的若干關鍵技術問題。該研究不僅對基于新型拓撲的電機控制學科的發(fā)展具有重要的理論和學術價值，而且對發(fā)展先進電動汽車技術和盡早實現(xiàn)電動汽車的產(chǎn)業(yè)化和高性能化具有重要的工程

3、實用價值。
　　首先，針對48V電池組直接供電的純電動汽車感應電機驅動系統(tǒng)，分析了感應電機的工作特性及傳統(tǒng)逆變器驅動對其輸出能力的影響，結合峰值輸出實例分析，研究了低壓電池組直接供電的傳統(tǒng)電驅動系統(tǒng)存在的問題。在此基礎上討論了其對電動汽車驅動性能的影響。結果表明電池組直接供電引起直流母線電壓極不穩(wěn)定，惡化了電機驅動系統(tǒng)的性能，導致系統(tǒng)大功率需求時電機的實際峰值輸出很難滿足車輛動力性需求。電壓波動越大電機驅動系統(tǒng)的實際峰值輸出能力越

4、差，電機損耗也越大。
　　為此，本文將準Z源逆變器應用于電動汽車感應電機驅動系統(tǒng)。為了給逆變器的設計與控制提供理論基礎，首先針對輸入電流連續(xù)的電壓型準Z源變換器建立了系統(tǒng)數(shù)學模型，推導出輸入電壓及控制至網(wǎng)絡各狀態(tài)變量的傳遞函數(shù)。研究并比較了準Z源逆變器的四種PWM調制策略，為選擇適用于準Z源逆變器升壓控制和感應電機矢量控制的統(tǒng)一調制方法提供理論指導。
　　為了驗證準Z源逆變器的升/降壓工作原理及后續(xù)控制策略，本文設計實現(xiàn)了雙

5、向準 Z源逆變器樣機。針對由直通到非直通狀態(tài)轉換時存在的母線電壓瞬時尖峰和寄生振蕩現(xiàn)象，提出了準 Z源逆變器的高頻等效模型，通過仿真與實驗對比驗證了此等效模型的正確性和可用性。從逆變器結構設計和滿足工程應用角度出發(fā)，探討了抑制電壓寄生振蕩的措施，在實驗中得以證實。最后，進行了準 Z源逆變器四種PWM調制與系統(tǒng)升降壓運行實驗，與仿真結果對比驗證了理論分析的正確性。
　　由于直流母線電壓具有直通零電壓難以直接檢測，本文根據(jù)電路等效運行

6、狀態(tài)和大信號模型重構出直流母線電壓峰值反饋量，實現(xiàn)非直接測量的直接控制。在此基礎上，提出了準 Z源變換器直流母線電壓峰值的電壓模式和電流模式閉環(huán)數(shù)字控制，減少了準Z源逆變器的非最小相位特性帶給電壓對象的逆向響應行為。結果表明這兩種控制都具有良好的抗擾能力和動、靜態(tài)性能；而電流模式控制的補償器設計更簡單、穩(wěn)態(tài)和動態(tài)性能更好；另外這兩種控制策略的實現(xiàn)都是采用的基于模型的現(xiàn)代軟件設計方法，它快速地實現(xiàn)了算法設計和代碼生成的統(tǒng)一，加速了系統(tǒng)驗證