1绪论
1.1论文的背景与意义
本课题属于国家自然基金项目"工程车辆传动系统的稱合混沌特性辨识与控制研究"的子课题。
1.1.2 电动汽车的介绍
随着世界经济与科技的不断发展与进步，汽车对于人们的日常生活变得越来越不可或缺。然而在汽车的总量中占绝大多数的传统的内燃机汽车会消耗大量的石油等不可再生能源，并且效率不高，污染严重，从而带来了严重的环境问题。尽管世界各国都在不断开展关于燃油汽车的节能减排技术的研究，并取得了一定的成果，但是这些问题不能从根本上得到解决。为了应对近些年来爆发的全球能源危机和环境危机等问题，电动汽车的开发成为必然的趋势。和传统的内燃机汽车相比，电动汽车具有清洁无污染、能源多样化、能量转换效率高、噪声小、结构简单、便于使用维修以及智能化管理等优点，因而成为各国研究的热点。
电动汽车的分类电动汽车（Electric Vehicle,简称EV)是指以车载电源为动力，用电机驱动车轮行驶，符合道路交通、安全法规各项要求的车辆。包括燃料电池电动汽车（FuelCell Electric Vehicle,简称FCEV)、混合动力汽车（Hybrid Electric Vehicle ，简称HEV)和纯电动汽车（Battery Electric Vehicle,简称BEV))"]。各种类型的电动汽车的特点的归纳如表1-1所示：从表中可以看出，与其它类型电动汽车相比，BEV具有以下优势：
1) 纯电力驱动，摆脱对石油的依赖，电能具有广泛的能源来源；
2) 取消内燃机，减排更彻底，噪声减小明显；
3) 与HEV相比系统复杂度降低，可靠性和经济性提高潜力巨大。
纯电动汽车整体结构如图1-1所示。主要3个子系统构成：电力驱动子系统、.能源子系统和辅助子系统。电力驱动子系统由电子控制器、功率转换器、电动机和机械传动装置组成。能源子系统由电池及其管理系统组成。辅助系统由电动助力单元、温控单元和辅助动力供给单元组成。图中的机械连接用双线表示，电气连接用粗线表示，控制连接用细线表示，控制信息或电能的流向用箭头表示。电子控制器接收加速踏板和制动踏板传来的信号，经过处理后发出相应的控制信号来对功率转换器中功率器件的开关进行控制。功率转换器用来调节能源和电机的能源流。汽车制动产生的回流的再生的能量可以被能源所吸收。能量控制单元和电子控制器一起来控制可再生制动，以实现能量流的最优化。能量控制单元也和能量单元一起对能源的使用进行控制与监测。辅助动力供给单元将不同电压的电源提供给汽车所有的辅助装置。
1.1.3 电动汽车电力驱动系统中的混沌现象
一、 混沌介绍
混沌是指发生在确定性系统中的貌似随机的不规则运动，一个确定性理论描述的系统，其行为却表现为不确定性、不可重复、不可预测，这就是混沌现象。混沌是普遍存在的复杂运动形式和自然现象，是在确定性系统中局限于有限相空间的高度不稳定的运动，而产生混沌的机制往往又是简单的非线性，是丝亳不带随机因素的固定规则。混沌所表示的无序和不规则状态指出了在确定性系统中的随机现象，事物的混沌现象又揭示了自然界和人类社会中普遍存在的确定性和随机性的统一、有序和无序的统一，正是这种确定性和随机性之间的由此及彼的桥梁作用，使得混沌学被誉为二十世纪科学发展的第三个里程碑。著名物理学家J. Ford曾说："相对论消除了关于绝对空间与时间的幻想；量子力学则消除了关于可控测量过程牛顿式的梦；而混沌则彻底消除了拉普拉斯关于决定论式可预测性的幻想。
2永磁同步电机的混沌特性研究
永磁同步电动机的定子与普通感应电动机相似，采用分布及短距的三相对称定子绕组，以得到接近正弦的相电动势。永磁同歩电动机的转子结构有很多种，主要分为表面张贴式、表面插入式和内置式，其中表面张贴式的直轴磁阻与交轴磁阻相等，所以交、直轴电感相等，即Zd=4>，表现出隐极性质；其他结构的直轴磁阻大于交轴磁阻，所以Ld<Lq，表现出凸极电机的性质。本章首先根据空间坐标系的知识建立永磁同歩电机在各个坐标系下的数学模型，接着选取d-q坐标系，并通过一定的变换建立适合于分析的混沌模型，最后利用该混沌模型进行相关混沌特性的分析。
2.1永磁同步电机空间坐标及数学模型
2.1.1空间坐标系定义及变换
1、空间坐标系定义在交流电机坐标系中，常用的主要有三相定子坐标系(A-B-C坐标系)、两相静止坐标系(a-p坐标系)、两相转子旋转坐标系(d-q坐标系)。各坐标系之间的关系如图2-1所示。绕,组为基准，建立的三相静止A-B-C坐标系。三个坐标系分别位于A相、B相和C相绕组的轴线上，在空间上相差120°。
2. 两相静止坐标系（a-P坐标系)是以三相永磁同歩电机定子的A相绕组为基准，建立的两相静止a-P坐标系。a轴与定子A相绕组重合，P轴与a轴相互垂直且逆时针超前a轴90°。
3. 两相转子旋转坐标系（d-q坐标系)是以三相永磁同歩电机转子的磁极为基准，建立的两相旋转d-q坐标系。d轴方向与永磁体磁链方向水平，q轴与d轴相互垂直且逆时针超前q轴90°。 d-q坐标系在空间上随转子以电角度旋转，故称之为旋转坐标系，其中，d轴与A轴的夹角为电角度屺。
3 无刷直流电机混沌特性研究………………………. 40-52
3.1 无刷直流电机的基本结构和工作原理………………………. 40-43
3.2 数学模型……………………….43-48
3.3 无刷直流电机的混沌现象分析………………………. 48-50
3.4 本章小结……………………….50-52
4 混沌化控制………………………. 52-80
4.1 延迟反馈混沌化理论介绍………………………. 52-58
4.2 基于直接延迟反馈的混沌反控制……………………….58-59
4.3 永磁同步电机的混沌化研究……………………….59-65
4.4 无刷直流电机的混沌化研究………………………. 65-78
4.5 本章小结……………………….78-80
5 实验验证……………………….80-92
5.1 虚拟仪器发展现状………………………. 80
5.2 无刷直流电机系统硬件连接………………………. 80-82
5.2.1 NI-DAQ板卡连线………………………. 81
5.2.2 电机控制器连线……………………….81-82
5.3 软件方案………………………. 82-88
结论
本文应用经典的混沌分析方法如时域曲线、相平面图、分岔图等对电动汽车用永磁同歩电机和无刷直流电机的混沌特性进行了分析，并使用时延反馈、直接延迟反馈等方法研究电机的混沌化问题。应用Matlab/Simulink工具做了相应的仿真，并编写了 LabVIEW程序，利用数据采集卡对电机实物做了电机混沌化实验，实验结果表明该方法正确可行。该本文的研究成果如下：
1. 分别建立了永磁同步电机、无刷直流电机的混沌模型。基于Hopf分岔条件，采用稳定性分析与分岔图法求解出了永磁同步电机和无刷直流电机出现混沌行为时的临界参数。
2. 将时间延迟反馈和直接时间延迟反馈法应用到基于d-q坐标系的永磁同歩电机和无刷直流电机上来，实现了电机的混沌化控制。建立了两相导通状态下的无刷直流电机模型，并根据母线电压调速的原理，利用间接延迟反馈法，不仅实现了电机的混沌化，还能够将混沌化的转速控制在期望的范围内。
3. 利用LabVIEW和数据采集卡针对无刷直流电机实物来进行混沌反控制的实验验证。通过调节相应的参数，得到了产生不同状态的运行结果，通过对结果的分析处理，验证了理论方法的正确性。