混合動(dòng)力電動(dòng)汽車(chē)永磁同步電機(jī)弱磁控制的研究.pdf

1、由于能源與環(huán)境問(wèn)題帶來(lái)的影響，傳統(tǒng)汽車(chē)正在向“電動(dòng)”轉(zhuǎn)變，世界各國(guó)和各大汽車(chē)廠(chǎng)商無(wú)不投入巨資進(jìn)行電動(dòng)汽車(chē)的研究。作為電動(dòng)汽車(chē)核心驅(qū)動(dòng)部件的電機(jī)系統(tǒng)，是這一方向的研究熱點(diǎn)。其中永磁同步電動(dòng)機(jī)以其體積小、重量輕、效率高、功率密度大、調(diào)速范圍寬、維護(hù)簡(jiǎn)單等優(yōu)點(diǎn)，逐漸成為電動(dòng)汽車(chē)電機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的主流。由于永磁同步電機(jī)轉(zhuǎn)子使用永磁體，其激磁磁場(chǎng)不可調(diào)節(jié)，對(duì)其在有恒功率、寬調(diào)速范圍運(yùn)行要求的車(chē)載電機(jī)驅(qū)動(dòng)應(yīng)用上提出了挑戰(zhàn)，引起了國(guó)內(nèi)外學(xué)者的高度重視。因

2、此，為了提高混合動(dòng)力電動(dòng)汽車(chē)高速運(yùn)行時(shí)轉(zhuǎn)矩輸出的穩(wěn)定性及響應(yīng)轉(zhuǎn)矩突變的動(dòng)態(tài)響應(yīng)特性，本文圍繞永磁同步電機(jī)的弱磁控制系統(tǒng)展開(kāi)深入的研究工作。
　　完善的弱磁控制系統(tǒng)包含內(nèi)環(huán)電流追蹤控制和外環(huán)電流指令調(diào)節(jié)控制兩部分組成。永磁同步電機(jī)是多變量、非線(xiàn)性、強(qiáng)耦合的系統(tǒng)，對(duì)參數(shù)和干擾極為敏感，因此傳統(tǒng)的線(xiàn)性控制方法無(wú)法準(zhǔn)確描述內(nèi)環(huán)電流追蹤調(diào)節(jié)過(guò)程，難以保證電機(jī)在高轉(zhuǎn)速運(yùn)行范圍內(nèi)輸出轉(zhuǎn)矩的穩(wěn)定性。針對(duì)這一問(wèn)題，本文深入分析反饋線(xiàn)性化理論，研究通

3、過(guò)對(duì)輸出變量進(jìn)行Lie微分運(yùn)算，得到所需坐標(biāo)變換及非線(xiàn)性系統(tǒng)狀態(tài)反饋量，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)永磁同步電機(jī)盼輸入輸出線(xiàn)性化控制的方法，設(shè)計(jì)出基于輸入輸出反饋線(xiàn)性化算法的內(nèi)環(huán)電流調(diào)節(jié)控制器。該電流控制器具有動(dòng)態(tài)響應(yīng)速度快、穩(wěn)態(tài)追蹤誤差小、實(shí)現(xiàn)簡(jiǎn)單等優(yōu)點(diǎn)，然而這種控制方法的效果要受到電機(jī)參數(shù)的影響。為了提高其對(duì)電機(jī)參數(shù)變化的魯棒性，本文分析比較了若干典型的電機(jī)參數(shù)在線(xiàn)、離線(xiàn)計(jì)算方法，提出了基于電機(jī)磁鏈信息的輸入輸出反饋線(xiàn)性化電流控制算法。該方法重新設(shè)定系

4、統(tǒng)輸入量信息、反饋?zhàn)兞啃畔⒓跋到y(tǒng)控制方程，選取電機(jī)磁鏈作為電流調(diào)節(jié)器的輸入控制信息，通過(guò)電壓、電流基波分量離線(xiàn)計(jì)算電機(jī)磁鏈參數(shù)，不但有效地降低了參數(shù)估算的復(fù)雜程度，而且充分考慮了永磁同步電機(jī)諧波分量對(duì)參數(shù)計(jì)算的影響。改進(jìn)后的內(nèi)環(huán)電流控制器的魯棒性得到了明顯的提升。
　　永磁同步電機(jī)外環(huán)電流指令調(diào)節(jié)控制方式多采用閉環(huán)反饋式調(diào)節(jié)或前饋開(kāi)環(huán)式調(diào)節(jié)。傳統(tǒng)的前饋開(kāi)環(huán)式調(diào)節(jié)方法獲取當(dāng)前電機(jī)的轉(zhuǎn)速、電壓、轉(zhuǎn)矩的實(shí)時(shí)信息，利用數(shù)學(xué)公式計(jì)算出dq軸

5、電流的最佳期望值，該類(lèi)算法的特點(diǎn)在于實(shí)時(shí)性好，系統(tǒng)動(dòng)態(tài)響應(yīng)性能較好，但由于采用開(kāi)環(huán)控制，系統(tǒng)的抗擾動(dòng)特性較差;傳統(tǒng)的閉環(huán)調(diào)節(jié)方法將輸出的控制指令電壓幅值與逆變器設(shè)定的電壓門(mén)限值作為PI調(diào)節(jié)器的輸入，而PI調(diào)節(jié)器的輸出作為d軸電流指令的補(bǔ)償量對(duì)其進(jìn)行修正，該類(lèi)算法的特點(diǎn)是反饋調(diào)節(jié)環(huán)節(jié)不依賴(lài)于電機(jī)參數(shù)，系統(tǒng)的魯棒性有所提高，但不足之處在于當(dāng)電機(jī)高速運(yùn)行時(shí)一旦轉(zhuǎn)矩指令發(fā)生突變，單純的PI調(diào)節(jié)難以保證系統(tǒng)的快速動(dòng)態(tài)響應(yīng)特性，嚴(yán)重時(shí)會(huì)影響到系統(tǒng)的

6、穩(wěn)定性。針對(duì)上述分析，本文提出一種含有電壓指令補(bǔ)償環(huán)節(jié)的混合式弱磁電流指令調(diào)節(jié)控制方法，該方法的前饋通道包含一個(gè)電機(jī)磁鏈與轉(zhuǎn)矩/電流的二維表格，根據(jù)當(dāng)前轉(zhuǎn)矩和磁鏈信息快速查取dq軸電流期望值，保證了系統(tǒng)的實(shí)時(shí)性及動(dòng)態(tài)特性要求;其反饋通道利用電壓輸出指令與電壓指令補(bǔ)償環(huán)節(jié)的偏差進(jìn)行PI調(diào)節(jié)，得到當(dāng)前電機(jī)的磁鏈信息，保證了系統(tǒng)的抗擾動(dòng)特性以及高速弱磁運(yùn)行時(shí)的穩(wěn)定性要求。
　　本文針對(duì)永磁同步電機(jī)弱磁控制系統(tǒng)進(jìn)行了仿真和實(shí)驗(yàn)研究。仿真和