混合动力汽车电机模型与控制器研究

"此文档是关于混合动力汽车控制系统与能量管理策略的研究，由上海交通大学李卫民博士撰写，导师为徐扬生教授。研究主要关注并联混合动力电动汽车，涉及电机模型、控制系统、能量管理和仿真平台的构建。" 在混合动力汽车中，电机模型是关键组成部分，特别是在“强华一号”混合动力汽车中，电机既可以作为电动机运行，也可以作为发电机运行。2.3.2章节集中讨论了电机模型，特别是电动机及其控制器模型。电机模型的主要任务是将车辆所需的速度和转矩转换为电池功率需求，并根据电池的可用功率输出相应的速度和转矩。电机控制器确保电流不超过预设的最大电流限制。电机模型的构建基于电机的电压、转矩和功率平衡方程以及运行特性方程，包括温度计算、最大允许转矩计算和输出特性计算模块。 电机模型的输入包括电机转矩控制指令（0到1之间的电机油门）、工作模式指令（电动、发电、空转或调速模式等）、电源总线电压U和传动系连接的转速ω。输出则为电机转矩、电机转动惯量和电机控制器母线端子电流。电机的输出转矩计算公式考虑了电机温度对最大转矩的影响，随着温度升高，最大转矩会降低。 为了构建电机模型，采用了实验建模法，重点关注输入输出特性，忽略内部复杂物理过程，这种方法适用于各种类型的电机，只需获取电机的外部特性数据。电机的可用最大转矩通过一个经验公式与电机温度相关联，该公式考虑了温度上升导致的转矩修正。 在混合动力汽车控制系统方面，文章设计了基于DSP芯片TM320F2812的整车控制器，实现了HEV的多工作模式能量管理。作者还提出了基于动态规划、随机动态规划和神经元动态规划的三种能量管理策略，并对比了它们的性能和特点。此外，通过MATLAB/Simulink环境建立的仿真模型，设计了基于Stateflow的多工作模式切换能量管理策略，通过仿真验证了不同工作模式切换的参数条件。 整车控制器的设计是实现混合动力汽车安全、高效运行的关键，它基于深入理解混合动力汽车控制系统的需求。实车测试表明，设计的控制器能够实现预期的工作模式切换，驾驶性能良好。 最后，为了优化HEV的运行效率和减少排放，文章强调了能量管理的重要性，并通过不同的优化策略来实现这一目标。这些策略的应用有助于混合动力汽车在节省燃料和减少污染方面取得显著效果。