基于时间谐波控制的电动大巴用异步电机平稳起动方法研究

Asynchronous motor has very broad application prospect in electric bus, but its time harmonics have great effect on smooth running at start-up mode because of less torque and torque ripple. The project studies a maximum torque based on improving the characteristic values of fundamental harmonic to overcome the disadvantage of less torque. Meanwhile the project studies switching strategy of zero vectors to reduce torque ripple. The main research contents are as follows: (1) Research the relationship and character expression between fundamental harmonic and output torque, harmonic and torque ripple.(2)In order to obtain the data between fundamental harmonic and output, the joint simulation method of magnetic and electric fields based on time-stepping finite element method is adopted. By the Muti-SVM (support vector machine) modeling method, the nonlinear model between amplitude and phase of fundamental harmonic and electromagnetic torque is established to achieve effective torque control.(3) The optimization goal is that the harmonic content is lowest. The project reinvents switching at different zero vectors distribution ways to reduce torque ripple and the experiment is carried out. The research of the project provides a new idea for the maximum torque control and harmonic suppression of asynchronous motors used in electric bus at start-up mode. The study has the important meaning of theory for solving the torque fluctuation.

异步电机在电动大巴上应用前景广阔，但由于时间谐波的影响，起步时会出现转矩不足和转矩脉动，严重影响了电动大巴起步的平稳性。本项目拟通过改善基波特性实现输出转矩最大化，解决转矩不足的问题；通过零矢量分配的切换策略抑制谐波，实现转矩脉动的抑制。主要研究内容如下：（1）研究时间谐波中基波与输出转矩、谐波与转矩脉动之间的关系及其特征表达；（2）基于时步有限元的场路联合仿真，获得基波与输出性能之间的关系数据，采用多支持向量机建模方法，建立基波幅值、相位与最大转矩的非线性模型，实现对起动转矩的有效调控；（3）以谐波含量最小为目标，通过不同零矢量分配的切换策略，实现谐波抑制，并进行实验研究。本项目的研究为电动大巴用异步电机起动时的转矩最大化控制和谐波抑制提供一种新思路，对解决电机起动状态下的转矩波动问题具有重要的理论意义。

本项目以提升电动大巴用异步电机在起动、加速、上坡等多工况下运行的稳定性和驾乘的舒适性为目标，通过谐波的抑制和基波的改善，解决了转矩不足和脉动问题。主要研究内容和结论如下：. （1）引入随机脉宽调制方法进行谐波抑制研究。提出随机零矢量和随机脉冲位置等脉宽调制方法，能有效降低控制器输出电流的总谐波含量，得到高质量的输出电流，直流电压利用率高。研究表明，随机脉宽SVPWM调制策略比固定脉宽SVPWM具有更好的谐波抑制作用，同时，研究表明，随机脉冲位置脉宽调制策略又要比随机零矢量具有更高的谐波抑制能力。. （2）在控制系统的反馈通道上引入特定滤波器进行谐波抑制研究。提出混合形态学滤波器，能有效抑制来自电流反馈中的谐波电流，降低电流的总谐波含量。相比于传统的巴特沃斯滤波器和不使用滤波器的情况，该方法能有效地防止电流谐波对控制器的二次污染。. （3）根据速矩特性的要求进行了基波控制策略的研究，实现了最大转矩输出。引入随机森林算法、高斯过程等回归算法，结合实际实验平台数据，实现任意速度点下的电流最优配比，实现了配比电流在各区域临界点的平稳过渡，减小了转矩在区域变化节点处的抖动，增强了参数变化的鲁棒性，有效的提高了电机运行的速矩特性。.本项目的研究内容为电动大巴用异步电机运行时的转矩最大化控制、谐波抑制和基波改善提供一种新思路，对解决电机运行的转矩波动问题具有重要的理论意义。