电动汽车用开关磁阻电机振动产生机理及抑制策略研究

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电动汽车作为新型交通工具,具有能耗低、污染小的特点,能够有效解决交通带来的巨大能源消耗与环境污染问题。驱动电机及其控制系统作为电动汽车三大核心技术之一,其性能优劣将直接影响电动汽车整体性能。开关磁阻电机(Switched Reluctance Motor,SRM)从其诞生以来一直受到学术界及产业界关注,其在最高效率、效率平台宽度、功率密度等方面与目前公认性能指标最好的永磁电机差别并不明显,甚至在高速时效率及调速性能更胜于永磁电机。但是,由于其双凸极特性,使得其电流激励不连续,造成其运行时振动噪声明显大于永磁电机,导致用户体验不佳,尤其在电动汽车等讲究舒适性的众多行业中难以推广应用。然而,开关磁阻电机相比永磁电机,无需稀土永磁材料,从稀土资源不可再生,以及磁钢高温易退磁的致命缺陷来看,开关磁阻电机具有更广泛的发展空间和应用需求。因此,研究电动汽车用开关磁阻电机振动产生机理及抑制策略具有重要的学术意义与应用价值。本文主要研究了开关磁阻电机振动产生机理及其抑制策略。首先对振动与电参数相关性进行定性分析,并基于此相关性,初步建立了振动加速度基础模型;在此基础上,进一步对振动与电参数的相关性进行准确数学描述,建立了振动加速度快速计算模型;基于振动模型,分析了振动谐波与电流谐波的相关性,分析了开关角度对电流谐波及振动谐波的影响,进而提出通过优化开关角度从而抑制振动;最后,提出了一种基于扰频理论的振动抑制方法,进一步抑制振动。主要创新工作如下:1、提出了一种基于最小二乘支持向量机(Least Square Support Vector Machine,LSSVM)与模态叠加相结合的振动加速度建模方法。通过对原始数据的详细分析,揭示了冲激、固有频率阻尼振动的物理机理,并采用LSSVM与模态叠加两种方法,综合时域和频域,建立了高精度振动加速度模型,精确复现SRM振动情况,其预测值与实测值误差小于10%;2、提出了一种基于解析的振动快速计算方法。首次从径向力变化角度分析振动加速度产生原因,并对振动加速度与电控参数,尤其是与电流变化率的关系进行准确表达,创新性地构建了基于解析计算的振动加速度快速计算模型,相比传统复杂解析、人工智能等方法,仿真时间从秒级甚至小时级缩短至毫秒级;3、提出了一种基于最优开关角度选取的振动抑制方法。通过分别分析径向力谐波与振动谐波、电流谐波相关性,间接通过径向力建立电流谐波与振动谐波关联性;推导了电流谐波与开关角度之间的解析关系,进而提出了通过对控制参数,重点是开关角度优化,达到抑制电流谐波,进而抑制振动谐波的目的。该方法简单易实现,且在主要振动频点处,振动幅值抑制达到76.2%;4、提出了一种基于扰频理论的随机开通角振动抑制方法。将通信领域的信号扰动理论引入振动抑制研究中,提出了基于扰频技术的多频点振动抑制技术,拓宽振动抑制算法的有效应用面,整体降低SRM振动,特别是1kHz~3kHz人耳敏感频谱区域分量,主要振动频点处振动抑制达到50%,其它频域区域振动幅值最大抑制达到90%以上。
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