电动汽车用开绕组永磁同步电动机直接转矩控制研究

Open-end winding three-phase permanent magnet synchronous motor (OW-PMSM）drive with common DC bus is consider as a competitive solution for electrical vehicle and has been paid attention by researchers, owing to its high driving power, good controllability and strong fault-tolerance ability. Direct torque control (DTC) for open-end winding permanent magnet synchronous motor drive system will be further studied in this program, where a control strategy appropriate to it has been proposed. In the application background of electrical vehicle, stator flux linkage optimal control strategy of DTC, position sensorless comprehensive scheme of DTC at low and zero speed, and fault-tolerant control strategy of DTC will be researched, all of these will lay a solid foundation for practical application of OW-PMSM drive system. The research of this program will perfect the theoretical system of direct torque control, and make a contribution to the development of electric drive system of electrical vehicle in China.

三相开绕组永磁电机采用共母线双逆变器驱动，具有驱动功率大，可控性好的优点，特别是具有很强的故障容错驱动能力，被认为是电动汽车驱动具有竞争优势的方案，得到了研究界的重视。本项目针对开绕组永磁同步电动机驱动系统直接转矩控制进行深入研究，提出与之相适应的直接转矩控制理论与实施策略、并以电动车驱动应用为背景，研究直接转矩控制定子磁链优化控制策略、低速及零速无位置传感器技术的直接转矩控制综合方案及直接转矩控制故障容错驱动方案，为开绕组永磁电机驱动系统的实用化打下坚实的基础。本项目的研究将进一步完善电机直接转矩控制理论体系，为我国电动汽车电驱动系统的发展做出贡献。

三相开绕组永磁同步电机(Open-End Winding Permanent Magnet Synchronous Motor, OEW-PMSM)具有驱动功率大、容错能力强的优点，在电动汽车驱动领域具有较强优势。本项目针对开绕组永磁同步电机驱动系统直接转矩控制(Direct Torque Control, DTC)进行深入研究，提出占空比自适应调节的DTC (DRM-DTC)、转矩纹波最小化的DTC (T-DTC)、预测型DTC (PDTC)、无差拍直接转矩磁链控制 (DB-DTFC)以及无差拍直接转矩磁链容错控制 (F-DTFC)等多种DTC策略，为OEW-PMSM系统的实用化打下坚实的基础。.本项目的具体研究内容和主要成果可归结为5个方面。.1、针对OEW-PMSM传统DTC存在零序电流、电磁转矩、定子磁链纹波大等问题，提出一种DRM-DTC。该策略以零序电压无误差跟踪及定子电压控制误差最小化为目标，设计一种占空比自适应调节机制，达到抑制零序电流、电磁转矩、定子磁链纹波的目的。设计了一种新型适应开绕组电机的十二矢量DTC方案，并验证。.2、提出一种T-DTC，该策略将零序电流这一正弦交流量分解为两个直流量，并采用双PI调节器进行控制，对零序电流抑制效果好。此外，推导了电磁转矩纹波最小时有效电压矢量的占空比的调节机制。.3、提出一种PDTC，将零序电流、电磁转矩、定子磁链等不同量纲物理量的控制等效为对定子电压矢量的控制，在评价函数中省去了权重系数。此外，对有限控制集中的元素提出一种两步优化方案，使该系统具有更小的零序电流、电磁转矩、定子磁链纹波。.4、提出一种DB-DTFC新策略，首先，基于有效磁链的概念推导DB-DTFC控制器；其次，提出一种基于零序电流滞环控制的新型空间矢量调制策略，选择零序电压极性与零序电流控制误差极性相反的电压矢量作为基本电压矢量来合成定子电压参考值，具有实现简单、零序电流抑制效果好等优点。.5、提出一种F-DTFC策略以提高系统的故障容错能力。首先，建立了系统发生一相开路故障后的数学模型，揭示了其运行规律。其次，构建故障情况下的无差拍直接转矩磁链控制容错算法；最后，提出一种与之运行工况相适应的改进型空间矢量调制策略。.本项目的研究将共母线型OEW-PMSM的DTC应用于电动汽车电驱动领域以提高系统运行性能，并可推广至其他驱动应用场合.