哈尔滨工业大学硕士学位论文
摘要
随着近几年中国双碳政策的提出，纯电动汽车因为其出色的环保性能在近几
年来得到飞速的发展。电机控制器为负责控制电机的电动汽车核心部分，对电动
汽车的性能优劣和效率高低有着重要的影响。电机模拟器在电机控制器的测试中
十分重要，它可以模拟不同负载和工况下电机的运行情况，在电机控制器与真实
电机台架对拖之前，对电机控制器的性能进行较为准确的验证。本文对基于LCL
耦合网络的永磁同步电机模拟器中电流跟踪控制算法研究，算法保证了电机模拟
器的电流跟踪快速响应及良好的谐波抑制。
首先，对永磁同步电机的数学模型进行推导，推导得到连续系统下线性定参
数永磁同步电机在同步坐标系下的d-q轴电压方程，对电机模型的离散方法进行
对比分析，选择一步欧拉法作为本文电机模型的离散方法，采用奇异值分析的方
法对永磁同步电机模型进行输出特性分析。然后，对LCL型耦合网络的电机模拟
器拓扑结构进行设计，完成LCL型耦合网络电机模拟器数学建模，建立在d-q坐
标系下的电压方程，与永磁同步电机d-q坐标系下的电压方程进行对比分析，结
果证明该电机模拟器的电压方程与永磁同步电机的电压方程具有较高的一致性。
其次，对电机模拟器的实际被控对象LCL耦合网络进行数学建模，采用奇异
值分析的方法对耦合网络进行接口特性分析，与电机的奇异值分析图进行对比，
推导基于LCL耦合网络的电机模拟器前馈控制算法和状态反馈控制算法，搭建
MCU与EME对拖仿真模型，在转子堵转工况下和60Hz转子电频率工况下对两种
电流控制算法进行仿真验证，仿真结果表明状态反馈控制算法电流跟踪精度更高。
再次，对采用PI控制的L型耦合网络电机模拟器及采用状态反馈控制的LCL
型耦合网络电机模拟器的传递函数进行推导，并通过奈奎斯特图、Bode图、传递
函数之差的模进行理论分析对比，通过仿真对相电流跟踪情况及总谐波失真值进
行进一步的对比。
最后，基于LabVIEWFPGA软件完成EME数字运算编程，搭建由LCL耦合
网络接口、SiCMOSFET功率逆变单元、FPGA高速运算单元组成的EME实验平
台，采用多运算单元并行运算拓扑结构，与被测电机控制器进行对拖实验，验证
所提出的电流控制算法的有效性，并与采用PI控制策略的L型耦合网络的电机模
拟器进行性能对比，验证该结构电机模拟器性能上的优越性。
关键词：车用电机模拟器；LCL耦合网络；永磁同步电机；电流控制算法
-I-
哈尔滨工业大学硕士学位论文
Abstract
WiththeintroductionofChinastwo-carbonpolicyinrecentyears,pureelectric
vehicles(EV)havecomealongwayintheprecedingyearsowingtotheirremarkable
sustainabilityperformance.Themotorcontrolleristhemainpartoftheelectricvehicle
thatisresponsibleforcontrollingthemotor.Ithasanimportantimpactonthe
performanceandefficiencyoftheelectricvehicle.Themotorsimulatorisveryimportant
inthetestofthemotorcontroller,itcansimulatetheoperationofthemotorunderdifferent
loadsandworkingconditions,beforethemotorcontrolleristowedwiththerealmotor
platform,theperfo