35KW300V电动车交流异步电机矢量控制vc控制器的设计开题报告.docx

理工学院毕业设计开题报告 题 目： 35kw/300v电动车交流异步电机矢量控制（vc）控制器的设计及matlab仿真 学生姓名： 张志壮 学 号：12l0851328 专 业： 电气工程及其自动化 指导教师： 李斌（教授） 2015 年 4月 10 / 12毕业设计开题报告1文献综述1.1 本课题的意义相对于直流电机，交流电机具有结构简单，成本低廉，可靠性高，维护方便，转动惯量小等优点，但是交流异步电动机也有自身结构特点的限制，其数学模型为高阶、非线性、多变量和强耦合的复杂系统，在控制上存在一定困难1，所以进行控制技术的研究变得尤为重要。目前广泛研究应用的异步电动机调速技术有恒压频比控制方式，矢量控制，直接转矩控制等，而在众多控制技术中，矢量控制具有动态性能和低速性能好，调速范围宽等优点2。矢量控制技术通过坐标变换把交流电机的定子电流分解成励磁分量和转矩分量，用来分别控制磁通和转矩，就可以获得和直流电机相仿的高动态性能。极高转速的直流电机换向器的换向能力限制了它的容量和转速，交流电机就不受这个限制2。矢量控制作为一种先进的控制策略，是在电机统一理论、机电能量转换和坐标变换理论的基础上发展起来的，具有先进性、新颖性和实用性的特点。矢量控制基本思想：将交流异步电动机经过坐标变换后等效成直流电动机，然后就像控制直流电动机一样控制交流异步电动机。伴随电力电子学、控制技术、计算机技术的发展，交流异步电动机系统得到广泛关注，逐渐取代直流电动机系统。经过近十几年的应用开发，交流异步电动机的变频调速性能已经优于直流调速系统3。1.2 国内外发展状况 20世纪70年代以前，交流调速系统的发展长期处于调速性能差、低效耗能的阶段,交流调速系统虽然早已有多种方案问世，并已经获得一些实际应用的领域，但其性能却始终无法与直流调速系统相匹敌2。由于交流异步电动机自身结构特点，其数学模型为高阶、非线性、多变量和强耦合的复杂系统，在控制上存在一定困难所以一直被限制发展。直到本世纪70年代初，席卷世界先进工业国家的石油危机，使得汽车行业受到巨大冲击，迫使他们投入大量的人力和财力去研究高效节能的交流调速系统，电动车以其高效节能、低排放的优势，受到了各国的共同关注。科学技术的迅速发展为交流调速技术的发展创造了极有利的技术条件和物质基础3。新能源和电动车发展现状1）近年来，我国汽车产业发展迅速，国内汽车保有量呈递增趋势。预计2015年的汽车保有量将达到1.5亿辆，2020 年中国的汽车保有量更是将达到2亿辆以上。传统汽车在行驶过程中会产生大量的有害气体，排放的污染物有碳氢化合物、氮氢化合物、一氧化碳、二氧化硫等，对人类健康也有很大的影响4。2）国外在新能源汽车的研究方面比我们国家起步要早得多，在美国和日本已经有很多汽车厂推出了新能源车型并上市销售。如日本为了解决能源安全问题，欧洲和美国为了解决温室效应和石油依赖的问题，从国家和地区的层面都推出了鼓励新能源汽车发展和推广的政策，寻找替代能源，如：欧盟持续加强清洁柴油车技术，推动燃料电池的研发5。3） 发展新能源汽车需要掌握电池技术、电机驱动及控制技术、能源管理系统以及整车技术等核心技术4。 4）电力电子、电动机及控制技术一体化。国外主要电动机生产公司早已迅速摆脱了单一电动机生产制造模式，而大大扩展了电动机的外延和内涵，以成套机电产品形式走向市场6.伴随电力电子学、控制技术、计算机技术的发展，交流异步电动机系统得到广泛关注，逐渐取代直流电动机系统。经过近十几年的应用开发，交流异步电动机的变频调速性能已经优于直流调速系统3。1.3发展趋势 据预测，2020年，国内石油需求将达到5亿吨以上，自产约2.5亿吨左右，替代约3000余万吨，进口约2亿余吨。如果我ici的汽车行业以当前12%的年均增长率发展下去，如此庞大的汽车总量将对能源和环境产生巨大压力。据预测，我国在2030年将需要进口近10亿吨石油来提供汽车燃油，如果我国汽车行业按传统能源动力系统发展下去，势必对我国的国家能源安全及生态环境带来极大的潜在危机7。且由于电机控制技术和控制装置的发展，异步电动机的应用范围越来越广泛。变频调速技术的不断完善，使得异步电动机也能应用于过去只能使用直流电动机的领域，并有逐渐取代直流电动机的趋势8。综上所述，从解决能源紧缺和环境污染的角度来看，以纯净能源尤其是纯电动汽车和燃料电池的汽车将成为新能源汽车未来的发展方向。我国汽车工业的发展应该以纯电动汽车的产业化为重点，着力解决电机控制关键技术，集成化和智能化，将高新技术越来越多的应用于电动汽车行业。使电动机本体内不仅仅包含定、转子，而且内含电力电子元器件及各种控制线路，使得电力电子、电动机、控制不仅在运行上形成一体，在外观上亦融为一体，具有相当高的智能积极推进电动汽车的产业化，提高我国在电动车交流异步电机控制器的竞争实力参 考 文 献1张德丰.matlab控制系统设计与仿真m.北京:电子工业出版社，2011.2 李飞.基于矢量控制的交流电机控制器的设计，合肥工业大学,2010年3吴晓凡,罗平.基于matlab环境下交流电动机矢量控制变频调速系统的仿真. 电工术杂志,2002, 3：20-234宇文雄.新能源汽车发展现状及趋势探讨，科教导刊，2015年12月（上），第153期5孙俊秀,陈洁,殷正远.美日欧新能源汽车政策辨析及启示j.上海管理科学,2012.34(2):63-66.6曾国树.基于matlab的异步电动机变频调速系统的仿真研究.防爆电机,2006年.7胡海林.纯电动汽车用交流异步电动机控制器的研究，j工程科技，2011年，第s1期8鲜 戎,樊 尚等.三相异步电机新模型及其仿真与实验 ，j中国电机工程学报，2003.08，第23卷，第8期9赵 晨，周洁敏，李小明.pmsm变频调速系统的建模仿真与分析,j重庆理工大学学报(自然科学),2016.01.16,第1期10秦文东.纯电动汽车感应电机驱动系统控制建模与仿真研究，2013年11王敏，陈芬，李想，潘永春.交流调速直接转矩控制技术研究综述，j自动化与仪器仪，2016年，第1期 2.本课题要研究或解决的问题和拟采用的研究手段及途径 2.1本课题要研究的问题完成35kw 6000rpm 300v电动车交流异步电机vc控制器的硬件设计并进行matlab仿真及算法优化。基本要求：(1) 主控芯片采用stm32f303c6，逆变桥采用igbt，驱动芯片自选；(2) 学习和掌握matlab使用方法；(3) 学习和掌握交流异步电机矢量控制器的基本结构并进行硬件参数计算；(4) 学习和掌握矢量控制基本理论，完成matlab仿真并进行算法优化。2.2主要技术要求 (1)额定功率35kw (2)额定电压300v (3)额定转速6000r/min 2.3本课题拟采用的研究手段 如上图所示，由于三相交流异步电机是一个多变量、非线性、高阶、强耦合的系统，难以建立数学模型，为了准确的建立三相交流异步电机数学模型，我们可以将交流异步电动机经过坐标变换等效成直流电动机，像控制直流电动机一样控制交流电动机。具体方法就是将磁链和转矩解耦合，然后分别设计两者的调节器，在进行相应的坐标变换，就可以将一台三相交流异步电动机等效为直流电动机来控制，从而获得和直流调速系统一样的动静态性能。图中，3/2为三相/两相交换，vr为同步旋转变换，为m轴与a轴的夹角。 35kw/300v电动车交流异步电机矢量控制（vc）控制器的设计及matlab仿真流程图：开始 交流异步电机vc矢量控制器硬件参数的计算 输入数据使用matlab软件对控制器进行仿真否条件判断是输出最优控制 结束 3现在所做的工作