摘 要

电动汽车有低排放低污染等优点，是未来汽车的发展趋势，前景非常广阔。电动汽车电机驱动及其控制系统电动汽车的核心技术之一。本文首先搭建半桥式双向DC-DC变换器模型，将超级电容器作为电动汽车辅助能源,分析了超级电容器参与下对直流母线电压的维持作用。然后，在比较多种电机后，选择永磁同步电机作为研究对象，借助数学仿真软件Matlab的可视化仿真工具simulink，搭建永磁同步电机驱动及其控制系统模型并进行仿真，分析了起步制动两种常见工况。将多个学科知识综合运用，为以后的学习和科研奠定了集成。

本文提出了双向DC-DC的设计方案，并通过仿真验证了方案的可行性，并得出结论，纯电动汽车运行时，超级电容器能提供瞬态功率，很好的维持母线电压。同时，运用课本知识及文献资料，搭建了永磁同步电机驱动系统控制模型，并对起步加速及减速制动工况进行仿真，发现所选的零d轴控制模型在低速时具有较好的转矩、转速响应特性。

关键词：永磁同步电机；驱动系统；simulink；超级电容器

Abstract

Electric vehicle (EV) have many advantages such as high efficiency and low pollution. So, it become the future development trend of the car. The motor drive and its control system is one of the core technology of EV. In the first of this article, I built the model of Half-bridge converter, and made super capacitor become auxiliary energy for EV, as well as analyzed effect of the super capacitor on the DC bus voltage. Then, after comparing a variety of motors, the permanent magnet synchronous motor is selected as the research object, with the help of simulink, I built permanent magnet synchronous motor drive and its control system model, analyzed two common conditions of EV.

In this paper, the DC-DC design scheme is proposed, and the feasibility of the scheme is verified by simulation. It is concluded that when a EV is running, the super capacitor provides transient power and maintains the bus voltage. Then, by simulation, it is found that the selected zero d-axis control model has good torque and speed response characteristics at low speed.

Key Words：PSMS；drive system； simulink； super capacitor

目录

摘要 1

Abstract 1

第1章 绪论 4

1.1 课题研究的背景和意义 4

1.2 国内外研究现状 4

1.3 电动汽车混合能源系统概况 5

1.4 电动汽车电机的概况 5

1.4.1电机驱动系统的技术指标 5

1.4.2 常见电动汽车驱动电机性能比较 5

1.5 论文的主要研究内容 6

第2章 电动汽车能源系统结构设计及仿真 7

2.1 常见电动汽车混合能源系统结构概述 7

2.2混合能源系统DC-DC设计 7

2.2.1纯电动汽车混合能源系统DC-DC设计要求 7

2.2.2 双向DC-DC变换器的拓扑结构比较 8

2.2.3 双向半桥变换器工作原理 9

2.3混合能源系统双向DC-DC建模及仿真 11

2.3.1 混合能源系统双向DC-DC建模 11

2.3.2 混合能源系统双向DC-DC仿真 12

2.4 本章小结 14

第3章 永磁同步电机驱动系统建模仿真 15

3.1 永磁同步电机控制策略研究现状 15

3.2 永磁同步电机驱动及其控制系统建模及仿真 16

3.2.1零d轴控制模型建模 16

3.2.2 永磁同步电机仿真 17

3.3 电动汽车典型工况仿真 18

3.3.1电动汽车起步加速工况建模及仿真 18

3.3.2 电动汽车的纯电机减速制动工况建模及仿真 21

3.4 本章小结 22

第4章 总结 23

参考文献 24

致谢 25

第1章 绪论

1.1 课题研究的背景和意义

电动汽车有比内燃机汽车更悠久的的历史，可以追溯到1834年，当时Thomas Davenport 制造出了世界上第一辆电动汽车，这台电动汽车由干电池供电，仅能行驶很近一段距离。第一辆用可充电电池的电动汽车出现于1881年，也早于内燃机汽车的出现。但由于内燃机技术的快速发展，1940年后，内燃机汽车占据了全部的汽车市场。

内燃机汽车给人们的生活带来了方便快捷，也带来了高能耗和高污染，由此引发的化石能源枯竭及各种环境问题深深困扰着人们，设计一种低化石能源需求、低污染的汽车迫在眉睫，因此，电动汽车重新出现在人们的眼前。

电动汽车一般是指以电力为动力源，通过电动机将电能转化为机械能以驱动汽车行驶的车辆。相比于传统的内燃机汽车，电动汽车的优点有很多：噪声污染小，行驶成本低，低排放甚至零排放，操纵性能好，结构简单维修方便。因此，电动汽车的研发和生产日益受到重视。

电动汽车的设计与研发具有十分重要的意义，不仅降低对化石能源的依赖，也将极大减少汽车尾气带来的污染，符合生态友好的发展之路。

1.2 国内外研究现状

作为一项电动汽车的关键技术，电机驱动及其控制技术搜到全世界各个国家及企业的广泛重视。自20世纪70年代开始，包括美国、德国、日本、法国在内的多个汽车工业发达的国家就已经展开了电机驱动控制的研究，现已形成了对直流电机、交流感应电机、永磁同步电机、开关磁阻电机等众多电机研究百花齐放的格局。

现阶段我国形成了电动汽车“三纵三横”的发展战略。在我国第十个五年计划期间通过了“电动汽车重大科技专项”，紧跟着“十一五”初期我国启动了节能与新能源汽车重大项目，引导各汽车相关的企业、高等院校及科研机构进行联合攻关，以减小与发达国家汽车制造工业的差距。

1.3 电动汽车混合能源系统概况

不同的能量系统有其独特的优势：内燃机加油方便，续航里程长，动力足，但是转矩波动大，能量利用效率低；动力电池使用电力，污染小，效率高，但充电慢，相对应内燃机电磁组价格高；超级电容器功率密度很高但能量密度低，充电很快，一般只用作辅助电源；燃料电池能量充值快，效率高，但启动慢，动态性能不好，价格高，还未在市场普及。一般选用不同的能量供给方式进行组合，将各能量系统的优点发挥出来，这就形成了混合能源系统。目前最常见的混合能源系统有动力电池 超级电容、动力电池 燃料电池、燃料电池 动力电池、动力电池 内燃机等多种形式。

1.4 电动汽车电机的概况

1.4.1电机驱动系统的技术指标

电动汽车是一门交叉学科，涵盖了机械、电力电子、自动控制控制等多个学科。电机驱动及其控制系统是电动汽车的最重要的技术的一种。电动汽车的电机不仅仅需要具备普通电气传动的特点，还应能满足电动汽车的特殊要求：在露天工况下运行，能承受频繁的颠簸，需要适应十分差的气候条件，还必须满足能频繁启动、制动，最重要的一点，要足够稳定，以保证乘员的安全。由此，电机驱动及其控制系统应满足的要求如下：

1．低速大转矩，以适应汽车的启动、加速、爬坡等车速低而需求动力大的工况；