摘 要

近些年来，随着新能源汽车的越来越火，许多专家和学者都开始研究车用电机的控制技术。其中，永磁同步电机因其在组成结构、输出性能以及维修保养等方面的突出表现受到了越来越多人的喜爱，逐渐成为车用电机的首选。根据物理结构的不同，永磁同步电机大致可分为三类：表贴式、插入式和内嵌式。

本文以其中最为常见的表贴式永磁同步电机为研究对象，在分析了永磁同步电机的特点和工作原理的基础上，描述了其在三种坐标系下的数学模型以及相互之间的转换方式。然后，采用id=0控制思想设计了双闭环方案。其中内环为电流环，采用滞环控制，外环为转速环，采用传统PI控制。

最后，在Matlab/Simulink平台上搭建了该方案的仿真模型，并从电动汽车面临的复杂工况中选取出了四种，分别进行了仿真分析。仿真结果表明，当给定转速和负载转矩发生变化时，系统能较快地恢复平衡。

关键词:永磁同步电机；id=0控制；Matlab仿真

Abstract

In recent years, with the increasing popularity of new energy vehicles, many experts and scholars have begun to study the control technology of automotive motors. Among these motors, Permanent Magnet Synchronous Motor (PMSM) has been loved by more and more people because of its outstanding performance in terms of composition structure, output performance and maintenance, and has gradually become the first choice for automotive motors. According to different physical structures, PMSM can be roughly divided into three categories: surface mount, plug-in and embedded.

This thesis takes the most common surface-mount PMSM as the research object, analyzes the characteristics and working principles of PMSM, and describes its mathematical model in three coordinate systems and the conversion method between each other. Then, a double closed-loop scheme is designed using id = 0 control idea. The inner loop is a current loop, using hysteresis control, and the outer loop is a speed loop, using traditional PI control.

Finally, the simulation model of the scheme is built on the MATLAB/Simulink platform. Then, four kinds are selected from the complex working conditions faced by electric vehicles, and the simulation analysis is carried out respectively. The simulation results show that the system can restore balance quickly, when the given speed and load torque change.

Key words：PMSM；id=0 control；MATLAB simulation

目 录

摘要 I

Abstract II

第1章 绪论 1

1.1课题研究的背景 1

1.2永磁同步电动机控制策略的发展 2

1.3国内外研究现状 3

1.3.1国内研究现状 3

1.3.2国外研究现状 4

1.4研究内容及章节安排 5

第2章 车用永磁同步电机的数学模型 6

2.1永磁同步电机的物理结构 6

2.2永磁同步电机的数学模型 6

2.2.1自然坐标系下的数学模型 7

2.2.2坐标变换 8

2.2.3静止两相坐标系下的数学模型 11

2.2.4同步旋转坐标系下的数学模型 12

第3章 车用永磁同步电机的矢量控制方式 13

3.1 PMSM运行的制约条件 13

3.2 id=0控制 14

3.3 MTPA控制 15

3.4弱磁控制 16

第4章 车用永磁同步电机的双闭环控制方案 18

4.1电流环的设计原理 18

4.2转速环的设计原理 19

第5章 车用永磁同步电机调速系统的仿真与分析 22

5.1仿真模型的搭建 22

5.1.1整体仿真模型的搭建 22

5.1.2各仿真模块的搭建 22

5.2仿真结果的分析 26

第6章 结论 33

参考文献 35

致谢 37

第1章 绪论

1.1 课题研究的背景

自1953年实施“一五”计划以来，我国汽车工业从当初只能生产制造解放牌卡车，逐步成长到如今轿车、SUV等各种车型遍地开花，使得汽车这一现代工业的结晶也从当初的奢侈品逐渐地走入了千家万户。根据国家统计局发布的信息可知，2018年我国居民汽车保有数量为2.4亿辆，2019年则达到2.6亿辆，增长了大约两千万辆，并有望一直增长下去。汽车的大面积推广为人们的出行带来极大便利，让人们可以划定诸如一小时生活圈之类的范围，充分地体会现代社会的魅力。但是汽车数量的激增也加剧其废气的排放和燃料的消耗，造成了越来越严重的环境和能源问题。另外，这个恶劣的现状还呈现出了日益全球化的趋势，并渐渐地对人类社会的发展形成遏制。

为了应对环境和能源危机带来的挑战，以实现环境友好为理念的新能源汽车便应运而生。从能源和动力系统的构成上来说，新能源汽车大致可分为纯电动汽车(EV)，混合动力电动汽车(HEV)和燃料电池电动汽车(FCEV)等^[1]。各国政府也在发现新能源汽车出色的环保和节能表现后，纷纷出台了相关的扶持政策。其中，英法两国早2017年下半年就已明确声明在2040年后只允许以EV和FCEV为主的环保型汽车出现在市场上。印度、荷兰规划从2030年开始要实现所有销售车辆的电动化。德国打算从2030年开始禁止销售柴油和汽油汽车。日本期望在2030年后出售的汽车中新能源车型至少要达到70%。而我国则是推出了“双积分”政策，强制所有汽车厂家要降低燃油汽车的生产比例，并提出了到2025年新能源汽车的年销量要占汽车总销量的20%。新能源汽车的持续火爆，极大地推动了相关产业链的发展，使日渐严峻的环境和能源现状看到了缓解的曙光。

在我国推广的新能源汽车中，EV的扶持力度最大，因此其在三种车型中占据了极大优势。这是因为EV所需的技术相对简单，比较适合我国较弱的机械工业基础。其次，因其使用的能源为电能，是二次能源，获取途径多，完全不用考虑其可能会枯竭。另外，因其驱动装置选取的是电动机，在道路行驶过程中，完全不产生任何废气，对环境十分友好，并且还有运行安静、能量转化率高等优点。所以，EV是解决我国环境和能源问题的最佳发展方向。