论文总字数：25241字

摘 要

由于日益严峻的能源和环境问题亟需解决，电动汽车已逐步走入我们的生活。其中，电机的调速系统尤为关键。本文是对基于电动汽车的永磁同步电机控制系统进行研究，分析其速度控制原理和方法，并根据实际情况得出控制结果。

首先，在控制电机时选择了矢量控制，应用到了坐标变换原理，因此数学模型得到了简化，方便了控制。其次，在对电机的速度进行控制时，在基速下选择MTPA控制，高于基速时选择弱磁控制。接下来搭建仿真模型时，先单独实现各个模块的功能再实现闭环。对于系统的分析要采用控制变量法，排除无关影响因素，得到结论。

考虑到实际情况，利用转动惯量来得到汽车运行状态，测验出该系统可稳定运行且合理。在分析电机控制系统运行情况时，发现SPWM的调制比和载波比对输出有影响，测试后得到了载波比越高，输出越精确和调制比小于1，输出幅值与调制比成正比的结论。

关键词：永磁同步电机，SPWM，坐标变换

Abstract

As the increasingly serious energy and environmental problems need to be solved, electric vehicles have gradually entered our lives. Among them, the speed control system of the motor is especially critical. This paper is to study the control system of permanent magnet synchronous motor based on electric vehicle, analyze its speed control principle and method, and obtain the control result according to the actual situation.

First, the vector control is selected when controlling the motor, and the coordinate transformation principle is applied. Therefore, the mathematical model is simplified and the control is facilitated. Secondly, when controlling the speed of the motor, the MTPA control is selected at the base speed, and the field weakening control is selected when the speed is higher than the base speed. When building the simulation model, the functions of each module are implemented separately and the closed loop is implemented. For the analysis of the system, the control variable method should be adopted to eliminate the irrelevant influence factors and obtain conclusions.

Taking into account the actual situation, the moment of inertia is used to obtain the running state of the car, and the system is tested to be stable and reasonable. When analyzing the operation of the motor control system, it is found that the modulation ratio of SPWM and the carrier ratio have an influence. After the test, the higher the carrier ratio, the more accurate the output and the modulation ratio is less than 1, the output amplitude is proportional to the modulation ratio.

KEY WORDS: PMSM, SPWM, coordinate transformation

目 录

摘 要 I

Abstract II

第一章 绪论 1

1.1课题背景及意义 1

1.2永磁同步电机发展现状 2

1.3永磁同步电机控制技术现状 2

1.4 SPWM发展现状 3

1.4.1PWM概述 3

1.4.2SPWM概述 3

1.5本文的主要内容 4

1.6本章小结 4

第二章 永磁同步电机与其数学模型 5

2.1永磁同步电机概述 5

2.2静止坐标系下的永磁同步电机数学模型 6

2.3坐标变化理论分析 8

2.3.1坐标变化原理 8

2.3.2Clarke变换 10

2.3.3Park变换 10

2.4旋转坐标系下永磁同步电机的数学模型 11

2.5本章小结 12

第三章 永磁同步电机矢量控制策略 13

3.1永磁同步电机矢量控制概述 13

3.2MTPA控制策略 13

3.3弱磁控制策略 15

3.4本章小结 16

第四章 永磁同步电机控制仿真 18

4.1永磁同步电机矢量控制框图 18

4.2永磁同步电机矢量控制系统仿真模型 18

4.2.1坐标变换模块 19

4.2.2SPWM模块 20

4.2.3逆变器模块 21

4.2.4电机模块 22

4.2.5PI控制器 24

4.3矢量控制系统的仿真模型 25

4.4本章小结 26

第五章 仿真结果与分析 27

5.1实际电动汽车仿真 27

5.2开环环节电机输出不为标准正弦波 28

5.2.1调节PWM发生器的载波比。 29

5.2.2调节调制比 31

5.3 调节仿真步长 33

第六章 总结与展望 34

6.1总结 34

6.2展望 35

参考文献 36

致 谢 37

第一章 绪论

1.1课题背景及意义

80年代改革开放政策贯彻落实以来，在多方政策的引导下，我国经济、工业和开放水平迅速发展，轻重工业发展水平不断提升，从而城镇居民对汽车的要求日益增长。2017年的相干数据显示，我国汽车的年产量已接近3000万，与此同时，我国使用的石油总量也在增长。据数据统计，我国每年大概可以生产出2亿吨的石油，而从国外进口的总量也大抵如此。过多的内燃机汽车使得尾气排放量与日俱增，目前我国面临着巨大的能源压力与环境压力，积极有效地发展电动汽车和其相关产业，将会是我国汽车工业长远发展，稳步向前的必然选择。

电动汽车的发展和进步经过了以下几个阶段：①在20世纪30年代～21世纪电动汽车兴起，对比于内燃机，电动汽车的车辆运行和维护简单、无污染且无噪声，得到公众认可；②在20世纪80年代，内燃机的产量逐渐增加，在发展中取代了电动汽车，由于内燃机技术不断提高，其相关性能也在不断加强。续航里程明显高于电动汽车，而且速度快、购买价格低，汽车市场逐步被内燃机取代；③自20世纪90年代以来，电动汽车复苏。人民生活不仅受到全球能源危机而且还有环境污染严重的影响，电动汽车及其相关产业的研究、开发与应用再次提上议程。现如今，电动汽车主要分为三大类：纯电动汽车、混合动力汽车、燃料电池汽车。^[1]

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