应用Simulink电动轮车辆轮边电机输出转矩波动分析
转矩脉动永磁同步电机
转矩脉动永磁同步电机一、转矩脉动永磁同步电机的“神奇”之处你听说过转矩脉动永磁同步电机吗？别急，听我慢慢说。
这玩意儿可有点“奥妙”，尤其是在现代工业和电动汽车领域。
首先要知道，永磁同步电机的“永磁”可是它的特色之一。
这电机的内部有着强力的磁场，简直比你家冰箱门上的磁铁还要猛！但它有个小问题，就是转矩脉动。
这个脉动听起来像是个“病”，好像会让电机的运转不太平稳，其实不是那么回事，它也有其合理性。
让我们细细看，转矩脉动其实就是电机在转动过程中会有些不平稳的波动，不是那种疯狂的抖动，而是像你走路时踩到不平的石头，偶尔有个小小的“颠簸”。
这些脉动的出现，主要和电机的结构、控制系统，还有你猜的对——磁场的分布有关。
永磁同步电机就是靠着这些“永磁”来带动转动的，可是每转一圈，总会有一些小小的不顺。
这些脉动，偶尔会让电机听起来“嗡嗡”作响，但这也正是它和别的电机有区别的地方。
虽然有脉动，但是影响其实没那么大。
反正如果你不是站在电机旁边，谁又能听得出来？二、转矩脉动对电机的影响好，回到正题。
既然转矩脉动这个东西看起来那么“神奇”，那它会对电机造成什么影响呢？答案其实有点复杂。
转矩脉动最直接的影响就是电机的效率。
如果电机每转一圈都要经历一些不均匀的“推力”，那自然耗电也就大了。
就像你跑步的时候，时不时遇到个小石子，你不可能每次都轻松跑完，不是吗？这就像电机转动时遇到的“石子”，它让电流的消耗增大，效率就下降了。
再说，脉动还会让电机的振动和噪音加剧，尤其是在高负载时，这种“脉冲”就像是一把利剑，戳得你电机的运行状态不太稳定，可能会影响到电机的使用寿命。
如果一个电机天天都在“颤抖”，久了就像人累了一样，身体机能总会有点下降。
更别提长期脉动带来的电机内部磨损，谁都不想用个“老态龙钟”的电机。
说白了，脉动越大，问题越明显。
所以，大家在设计电机时都会尽量减小转矩脉动，让它不至于影响到性能。
三、如何应对转矩脉动带来的问题那既然转矩脉动有这么多“麻烦”，该怎么办呢？好吧，聪明的工程师们早就想到这一点了。
基于MATLABSimulink的车辆转向稳定性的仿真研究
10.16638/ki.1671-7988.2021.03.010基于MATLAB/Simulink的车辆转向稳定性的仿真研究马园杰，周旭（湖北汽车工业学院机械工程学院，湖北十堰442000）摘要：汽车的操纵稳定性是衡量汽车安全性最基本的指标之一，影响汽车行驶稳定性的基本因素主要有横摆角速度与质心侧偏角，将汽车简化为二自由度模型，建立关于横摆角速度与质心侧偏角的转向微分方程。
基于MA TLAB/Simulink软件建立仿真模型，对前轮转向与四轮转向典型的二自由度汽车模型进行仿真分析。
对比两轮转向和四轮转向的稳定性。
且四轮转向采用线控转向，将线控转向系统与四轮转向系统的优点结合起来，观察采用线控对汽车稳定性的影响。
关键词：二轮转向；四轮转向；横摆角速度；质心侧偏角中图分类号：TP391.9；U463.41 文献标示码：A 文章编号：1671-7988(2021)03-34-03 Simulation Research on Vehicle steering stability based on MATLAB/SimulinkMa Yuanjie, Zhou Xu（Department of Mechanical Engineering, Hubei University of Automotive Technology, Hubei Shiyan 442000）Abstract:Vehicle handing stability is the index to measure automobile safety. Yaw velocity and side slip angle are the basic factors that affect the vehicle handing stability. Simplify the car to two degree of freedom model. This paper establi -shed the differential equations of Yaw velocity and side slip angle. Using the MA TLAB/Simulinl to create the simulation model and analyze the stability of Vehicle steering system. Combine the advantage of the wire steering system with four wheel steering , Observe its effect on stability.Keywords: Two wheel steering; Four wheel steering; Yaw velocity; Side slip angleCLC NO.: TP391.9; U463.41 Document Code: A Article ID: 1671-7988(2021)03-34-03前言随着人们对现代汽车安全性及操纵稳定性的关注，汽车行驶稳定性越来越成为人们备受关注的焦点。
基于Simulink的振动模态分析
基于Simulink的振动模态分析引言振动模态分析是一种常用的工程分析方法，用于研究结构体在不同频率下的振动特性和模态。
本文将介绍如何使用Simulink软件进行振动模态分析。
Simulink简介Simulink是一种基于模型的设计和仿真工具，常用于解决动态系统建模和仿真问题。
该软件提供了丰富的工具箱，便于用户搭建模型和进行模拟实验。
振动模态分析步骤1. 结构体建模：首先，需要将待分析的结构体进行建模。
在Simulink中，可以使用各种元件来描述结构体的物理特性，例如质量、弹性等参数。
2. 模态分析设置：在建模完成后，可以设置模态分析的参数，包括分析频率范围、模态数量等。
这些参数会影响模态分析的精度和计算效率。
3. 模型求解：通过在Simulink中运行模型求解器，可以得到结构体在不同频率下的振动模态。
求解过程可以得到每一个模态对应的频率、振型和阻尼比等信息。
4. 结果分析：最后，可以对求解得到的振动模态进行进一步分析和可视化。
比如，可以绘制模态频率与振型的关系图，用于评估结构体的振动特性。
模态分析应用领域振动模态分析在工程领域有着广泛的应用。
它可以帮助工程师了解结构体的固有振动特性，从而优化设计和改进结构体的性能。
在航空航天、汽车工程、建筑设计等领域，振动模态分析被广泛应用于结构体的优化和故障诊断。
结论通过Simulink软件进行振动模态分析是一种简单而高效的方法。
它可以帮助工程师更好地理解结构体的振动特性，并在实际工程项目中起到重要作用。
在使用Simulink进行振动模态分析时，合理设置参数和精确分析结果对于获得准确的振动特性信息尤为重要。
车辆两自由度操纵稳定性simulink模型及分析
X AX BU Y CX DU 其中
X
v r
;U
f
(C1 C2 )
A
muc (aC1 bC2
Iuc
)
uc
(aC1 bC2 ) muc
(a 2C1 b2C2 ) Iuc
C1
B
m aC1
C
0
I
1D 0
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利用simulink进行仿真
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以状态方程建立的的仿真图
7、定汽车 ay≤0.4g，轮胎侧偏特性处于线性范围。
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两轮汽车模型及车辆坐标系
在上述假设下，汽车被简化为只有侧向和横摆两个自由度的“自行车模型”。
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微分方程推导
分析时，令车辆坐标系原点与汽车质心重合。 首先确定汽车质心的（绝对）加速度在车辆坐标系中 的分量。
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ox与oy为车辆坐标系的横轴和纵轴。质心速度v1于时刻t 在x轴上的分量为u，在y轴上的分量为v。由于汽车转向行 驶时伴有平移和转动，在t+△t时刻，车辆坐标系中质心 速度的大小与方向均发生变化，而车辆坐标系中的纵轴和 横轴亦发生变化，所以沿x轴速度分量变化为：
横摆角速度根轨迹变化
虚轴
2
1.5
1
0.5
0
-0.5
-1
-1.5
-2
-10
-8
-6
-4
-2
0
实轴
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m(v ucr) Fyf Fyr Ir aFyf bFyr
（公式 1）
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由于假设侧片刚度在线性区域，所以Fy= -Cαα（公式2） 在单轨模型中，前轮的侧向速度为
MATLAB simulink 同步发电机短路的分析
A
Vabc Iabc
B
a b
从测量库中选择三相电压-电流测量元件(Tree-phase V-I Measurement)，进行如下设置：
C
c
Three -Phase V-I Measurement
本例中选择测量相电压，电流也要测量
A B C
Three-Phase Fault
从线路元件库中选择三相电路短路故障发生器（ Three-Phase Fault ），参数设置如下：
电路模型 模块介绍 仿真结果
V
Selector 700 e6 pm 156 e3 VLL rms
i
Pm
m A
E
SSM sm
B C
A Vabc Iabc B a b C c
Three -Phase Parallel RLC Load A B C
Three -Phase V-I Measurement
选择选择器元件（selector），选择A相电流进行观察，设置如下：
仿真参数设置： 故障元件中设置时间为0.05到0.4之间； 在电路图菜单中选择仿真菜单，弹出仿真参数对话框，设置如下：
V
abc
Mag Phase
i
700 e6 pm 156 e3 VLL rms
Pm E
SSM sm
转换状态为[1 0]
转换时间为[0.05 0.4]，即 0.05秒故障，0.4秒故障切 除
缓冲电阻和缓冲电容都取 无穷大
Three -Phase Parallel RLC Load A B C
从线路元件库中选择三相并联RLC负载元件 （3—Phase Parallel RLC Load） ，设置如下：
Mag abc Phase
电动汽车后轮轮毂电机驱动的操纵控制
电动汽车后轮轮毂电机驱动的操纵控制祁新梅;郑寿森;付青【摘要】针对后轮轮毂电机驱动特定中速轻型电动汽车,集成运动学模型、动力学模型和轮毂电机机电模型,形成一个包含车辆纵向平动、横向平动、绕z轴的横摆运动、后轮驱动力、电机速度、电机驱动转矩等特性参数的控制模型;后轮的纵向驱动力与滑转率相关,横向力与侧偏角相关;采用Ackermann模型进行理想化速度分配,以行驶速度、两个电机转速作为控制变量和反馈变量;通过直线行驶速度阶跃变化、直线行驶速度缓慢变化、速度恒定转角阶跃变化和速度恒定转角正弦变化等四种行驶状态的仿真,对比分析了三环节集成PID控制模型、一环节控制模型和初始模型的响应特性,验证了控制模型的有效性.【期刊名称】《中山大学学报（自然科学版）》【年(卷),期】2019(058)001【总页数】8页(P83-90)【关键词】轮毂电机;后轮驱动;电动汽车;PID控制【作者】祁新梅;郑寿森;付青【作者单位】中山大学物理学院, 广东广州510275;中山大学物理学院, 广东广州510275;中山大学物理学院, 广东广州510275【正文语种】中文【中图分类】V469.72电动汽车以车载电源代替石油能源，以电动机代替内燃机，具有能量转换高、零排放等优点，是目前应对石化能源衰竭和环境恶化问题的首选城市交通工具。
现有成熟的电动汽车结构都是基于传统的内燃机汽车的集中驱动机构，除了动力源从内燃机变成电源外，主要动力传递结构与传统汽车类似，由减速器、机械差速和随动系统等把电机输出的力矩传递到车轮上，动力系统体积大、重量大、传动效率低。
分布式驱动电动汽车是动力控制的新形式，主要有轮边电机驱动与轮毂电机驱动[1-3]。
其中，轮毂电机驱动是将驱动电机直接安装在车轮中，传动效率高、不占用车身空间。
另外，适应强振动、多泥水等复杂工况的新型轮毂电机也得到了快速的发展[4-6]。
轮毂电机驱动对每个轮独立控制，实现转向、加速、启动、刹车、减速，去掉了底盘中的机械差速系统，缩短了传动链，减轻了汽车重量，简化了汽车结构，提高了可靠性和汽车续驶里程，具有动力系统体积小、传送效率高、可控性强的优点。
转矩脉动公式推导过程
转矩脉动公式推导过程嘿，朋友！咱们今天来聊聊转矩脉动公式的推导。
你知道吗，这转矩脉动就像是一场神秘的舞蹈，而推导它的公式就像是揭开这场舞蹈背后的秘密。
咱们先从基础的概念入手。
转矩，简单说，就是让物体转动的力量。
想象一下，你转动一个大轮子，那使轮子转动的力就是转矩。
而脉动呢，就像是心跳的跳动，不是一直平稳，而是有起有伏。
那转矩脉动到底是怎么来的呢？这就好比一辆车在路上跑，有时候快，有时候慢，这不就有了速度的波动嘛。
转矩脉动也是类似，是转矩大小的变化。
推导转矩脉动公式，得先搞清楚相关的物理量。
比如说，电流、电压、磁通量，这些可都是关键角色。
咱们假设一个电机，它里面的磁场变化就像天上的云，时而浓密，时而稀薄。
电流通过的时候，就会受到这种变化的影响。
当电流在电机里流动，就像水流在弯曲的河道里，会产生各种复杂的情况。
这不就影响了转矩的大小嘛！然后，我们要运用各种数学知识，什么三角函数啦，微积分啦。
这就好比我们拿着各种工具，去拆解一个复杂的机器。
通过一系列的计算和分析，把那些看似杂乱无章的物理现象，用数学公式清晰地表达出来。
你想想，这是不是很神奇？就像在黑暗中摸索，突然找到了那一束光，照亮了前方的路。
其实，推导这个公式的过程，就像是在解谜。
每一步的计算，都是在寻找线索；每一个假设，都是在尝试打开新的思路。
最后得出的转矩脉动公式，就像是一把万能钥匙，能让我们更好地理解和控制电机的运行。
所以说，转矩脉动公式的推导，可不是一件轻松的事儿，但一旦搞明白了，那可真是收获满满啊！。
电动轮自卸车发展历程正文
第一章介绍1.1电动轮式自卸车发展历程1959年，美国Unite Rigg公司首次将载重68t的矿用车改装为电驱动车。
1 963年开始量产M85 77t电动轮车。
电动轮式自卸车的发展应该归功于1968年美国GE公司引进电动轮式结构，即电动机、传动系统和制动器的一体化。
由于电动轮是一个整体，可以在车上进行维修或整体拆卸，使用和维护非常方便，极大地促进了大型电动轮自卸车的发展。
1990年，世界矿用卡车年产量首次突破600辆。
它在 1996 年达到顶峰，拥有近 800 个单位。
从那时起，由于全球铜矿和金矿的繁荣，需求下降。
1998年，订货量减少到600辆左右。
1990年，154-190吨级运输车占订单的绝大部分，而220吨级运输车占当年订单的不到15%。
到1997年，220吨（包括290吨级930E）运输车辆占当年订单量。
超过 40%。
1998年，这个数字接近50 %。
由于维护良好，定期检修，主要部件更换频繁，这些运输车辆的正常工作寿命约为 60,000+小时。
迄今为止，全球电动轮式自卸车总保有量已超过2万辆[1] 。
尤其是今年，湘电集团刚刚成功研制出具有自主知识产权的300吨“先锋”电动轮式自卸车，将于今年7月运往准格尔旗大型露天煤矿。
其顺利下线，标志着我国大型电动轮式自卸车设备长期依赖进口的局面被打破。
过去，电动轮式自卸车市场仅被五家厂商瓜分。
卡特彼勒进入运输车辆市场较晚，但由于其开发新产品的积极战略，它已经占据了运输车辆市场的主要份额。
小松矿业系统排名第二。
这两家大型运输车辆制造商近几年的销售额约占矿用车辆市场总销售额的3/4。
其他运输车辆制造商，包括Ukrid Hitachi、Unite Rig g等，争夺剩余的市场份额。
但现在随着我国对电动轮式自卸车的研究，特别是湘电集团的研究，逐渐赶上了发达国家，甚至在市场上占有一席之地。
1.2 电动轮式自卸车发展趋势重型电动轮式自卸车以其效率高、运力大、经济性好等特点，成为露天矿山和年开采量超过1000万吨的大型水利建设项目的理想运输工具。
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应用Simulink电动轮车辆轮边电机输出转矩波动分析庞小兰【摘要】电动轮车辆在短距离大载重运输中应用普遍,当驾驶员指令突发大幅度变化时,电机可快速响应,但输出转矩波动较大,对系统冲击较大,针对此进行分析.根据电动轮特点,电机采用低速区转矩输出稳定矢量控制,很好实现异步电机转矩与磁链解耦,进而控制电机输出转速.基于Simulink电机矢量控制模型,搭建电传动系统模型,对不同工况电机响应及转矩波动进行分析.针对转矩波动,从控制模型入手分析影响转矩脉动的原因及应对方法.结果可知:设定转速不加负载、转速发生突变、转速缓慢增加、定负载运行等几种工况下,电机调速性能良好,响应迅速;转速发生突变时,电机对于速度响应很好,但在指令改变瞬间,电机输出转矩波动很大,且衰减很快,0.5s 左右恢复正常;通过减小脉冲发生器中误差宽度、转子磁链给定值、调整转子时间常数等可有效达到稳定转矩的目的;为进一步实车测试提供参考.%Motorized vehicle wheel is widely used in the short distance transportation under load,and when the driver command sudden large amplitude changes although the motor can fast response,but the output torque ripples is largely,which impact the system greater,the analysis is taken for the problem.According to the characteristics of the electric wheel,the motor vector control method is adopted to stabilize the output of the low speed region,which is very good to realize the decoupling of the torque and the flux of the asynchronous motor and control the output speed of the motor.The motor vector control model was built based on Simulink,and the whole model of the electric drive system was built,and the response and torque ripple of the motor under different conditions wereanalyzed.To the problem of torque fluctuation,the reasons and Countermeasures of influencing the torque ripple were analyzed based on the control model.Analysis results show that:set the speed with no load and speed mutation,speed increased slowly,fixed load operation under several operating conditions,speed regulating performance is good and response quickly;mutations in the speed,the motor for speed response is very good,but the change moment in the instruction,the output torque of the motor fluctuations and decay very fast,about 0.5 seconds to return normal;by reducing the pulse generator width error and rotor flux given value,adjustment of rotor time constant can effectively achieve the purpose of steady torque;which provide reference for further real vehicle test analysis.【期刊名称】《机械设计与制造》【年(卷),期】2017(000)005【总页数】5页(P207-211)【关键词】电动轮车辆;矢量控制;电机;输出转矩;波动;模型【作者】庞小兰【作者单位】广东理工学院,广东肇庆526114【正文语种】中文【中图分类】TH16;TM351;U463.23+3电动轮车辆结构简单、功率利用率高而被广泛应用于非公路运输，采用柴油发动机和交流电机组成动力源，通过整流逆变驱动轮边电机，整个过程灵活方便、实现无极变速等[1]。
对于电机控制系统，当驾驶员指令突发大幅度变化时，要求电机应对突发情况应有较好速度响应，但在指令改变瞬间，电机输出转矩波动很大，对整个控制系统及整车动力传递冲击较大，对使用寿命影响较大[2]，因此对电机输出转矩波动进行研究具有重要意义。
对电机控制进行一定研究：文献[3]对电机转矩响应特性进行深入研究，不同控制算法电机转矩响应时间差异较大；文献[4]对电机稳态转矩响应误差进行分析，发现其数值高至36.8%，足以对整车动态切换及响应造成严重影响；文献[5]针对多电机驱动式铰接车辆，采集自由轮转速，采用驱动防滑控制，对转向过程进行分析；文献[6]研究电机转矩响应特性对混合动力多能源控制动态切换以及整车响应进行分析。
以电动轮车辆为研究对象，针对电机输出转矩波动进行研究，基于电机矢量控制，基于Simulink电机控制模型及整车电传动系统模型，针对设定转速不加负载、转速发生突变、转速缓慢增加、定负载运行等典型工况下，电机输出响应和转矩波动进行分析。
针对输出转矩波动较大工况，通过调整相关参数实现对转矩波动控制，以寻找最优解决方案。
2.1 电机模型电机数学模型：矢量控制核心是坐标系变换与磁链定向，变换基本原则：在不同坐标下所产生合成磁动势一致。
从整体看，系统为一台异步电动机，输入为三相电压ua、ub、uc，输出为转速ω。
从内部看，经过一系列坐标变换，它变成一台由it和im输入，由ω输出直流电动机[8]。
矢量控制原理，如图1所示。
信号先经直流调速系统控制器，得到需要的磁链电流和电枢电流，再结合角度差经过反旋转变换得到静止坐标系上两相电流iα、iβ，再通过2/3变换模块得到静止三项坐标系上电流ia、ib、ic。
最后将三个电流信号和由第一步直流调速系统控制器得到的频率信号ω1加到变频器上，即可得到异步电机调速所需的三相电流，将此电流输入异步电机则达到控制异步电机的目的[9]。
2.3 电传动系统模型建立两电机电传动联合控制模型，如图2所示。
所选用异步电机参数，如表1所示。
（1）设定目标速度1200r/min，运行时间2s，不加负载转矩，如图3所示。
可知，0.4s之前，电机转速已稳定在目标转速附近，系统调速效果好，响应速度快，转矩与速度响应一致，转矩波动不大，在4Nm左右。
（2）空载启动，初始目标转速500r/min，经1s后，目标转速1200r/min，如图4所示。
可知，调速效果相对理想，转矩在目标速度改变瞬间波动很大，需改进。
但在运行中，考虑到不会猛踩加速踏板，所以这种情况也很少发生。
速度目标一般逐步靠近，所以波动较小。
（3）输入速度端加积分模块，模拟缓慢加速过程，限制最大速度1500r/min，如图5所示。
可知，目标速度缓缓上升，调速极其平稳，转矩波动也很小，很快恢复至稳定，控制过程良好。
（4）电机负载转矩端加入200Nm负载，目标转速为1200r/min，如图6所示。
可知，仿真结果比较理想，调速响应迅速，而且稳定，转矩波动幅度为50Nm。
车辆行驶中点火启动瞬间或低速运行时车身会出现抖动，原因在于电机输出转矩并非平稳而是存在波动。
抖动对传动齿轮来说会造成冲击，减小使用寿命。
在重型车中尤为严重，工作于低速大转矩区，且启动频繁。
转矩波动影响因素主要有：转矩给定不稳定；电流和转速等反馈信号检测误差较大；电流换向引起的转矩脉动[10]。
4.1 脉冲发生器误差宽度根据电磁转矩和磁链方程，则：可见转矩波动受ist和ist影响。
模型中，由电流滞环跟踪器来控制逆变器。
实际工作情况是：脉冲发生器触发由电流给定值与实际检测值差来控制。
在控制器中给电流差值限定误差范围ΔI，如果参考值与实际反馈值之差超过设定ΔI，则可认为实际电流超过要求。
此时脉冲发生器动作，发出一组脉冲触发逆变器中IGBT，逆变器就会相应减小输入电压，直到给定值与实测值误差重新回到ΔI范围内。
当两者之差小于ΔI时，脉冲发生器发出与之前相同脉冲波控制逆变器中IGBT，使实际电流保持与给定值相近从而实现对电控制。
根据式（6），当电流误差ΔI时，则：如果ΔI设定较大则Δist与和Δism较大，Δist直接反应输出电磁转矩大小，偏差变大即电磁转矩波动变大。
由此可见，若减小电流误差ΔI，电磁转矩波动也将相应减小。
可知，当滞环宽度从20变为10，转矩脉动幅度从100降至50左右，可见对抑制电磁转矩脉动效果非常显著。
但如果把ΔI值设置很小，反馈回来的实际电流值稍有变化就容易使它与设定电流值差超过ΔI，这就意味着只要有一丝偏差就能触发脉动控制逆变器通断。
而逆变器触发频繁将使发热量增大，开关损耗也变大，使用寿命变短。
另外，每个逆变器都有规定开关频率，若超过，逆变器便会失灵。
针对此，可选用开关频率较高的逆变器，为满足控制精度，缩短采样时间，提高处理速度，但最终造成控制成本增加。
滞环宽度影响分析，如图7所示。
ΔI的选择受系统最小电流偏差影响，为了能让系统正常工作，需要让ΔI大于系统规定最小电流偏差。
另外，还需考虑被控对象精度和成本。
所研究模型满足ΔI>5，此处取10。
4.2 转子磁链给定值由式（4）可知，磁链值对转矩波动有较大影响。
当车辆需要稳态输出时，系统给定输出电磁转矩Te保持不变。
磁链给定值相当于一个系数，当ist出现波动时，由于结构放大作用，最后造成转矩波动较大。
又由式（8）可知，当磁链取值减小时，同步角速度取值将会升高，从而造成定子输入电压同步角频率升高。