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1、純電動(dòng)汽車用永磁同步電機(jī)轉(zhuǎn)矩控制仿真研究楊雪靜,張青青,王飛雁(長(zhǎng)城汽車股份有限公司技術(shù)中心河北省汽車工程技術(shù)研究中心,河北保定071000)摘要:基于純電動(dòng)汽車低速下的行車要求及永磁同步電機(jī)的結(jié)構(gòu)特點(diǎn),分析電機(jī)低速下轉(zhuǎn)矩輸出實(shí)現(xiàn)采用的最大轉(zhuǎn)矩電流比控制方法;利用Matlab/Simulink32具對(duì)控制算法進(jìn)行仿真分析。仿真結(jié)果證明這種控制方式可以滿足電動(dòng)汽車低速大轉(zhuǎn)矩的行駛需求。關(guān)鍵詞:電動(dòng)汽車;永磁同步電動(dòng)機(jī);MTPA控制;Mat
2、lab/Simulink仿真中圖分類號(hào):U463645文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼:A文章編號(hào):1003—8639(2014)05—0044—03TorqueControlSimulationResearchofPermanentMagnetSynchronousMotorforPureEVYANGXuejing,ZHANGQing—qing,WANGFei—yan(R&DCenterofGreatWallMotorCo,Ltd,Baoding07100
3、0,China)Abstract:BasedontherequirementofpureEVforlowspeedrunningandthestructuralcharacteristicofpermanentmagnetsynchronousmotor,themethodofmaximumtorqueperamperecontrolatlowspeedisanalyzed,andthecontrolalgorithmisanalyze
4、dinsimulationwithMatlab/SimulinkThesimulationresultsprovethatthismethodcanfulfilltherequirementswhenpureEVrunsatlowspeedandhightorqueKeywords:EV(ElectricVehicle);permanentmagnetsynchronousmotor;MTPAcontrol;simulationwith
5、Matlab/Simulink電機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)是電動(dòng)汽車的核心。為使電動(dòng)汽車有良好的性能要求電機(jī)系統(tǒng)應(yīng)具有調(diào)速范圍寬、轉(zhuǎn)速高、啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩大、體積小、質(zhì)量輕、效率高且動(dòng)態(tài)制動(dòng)能力強(qiáng)和能量回饋等特性。而永磁同步電動(dòng)機(jī)(PMSM)的特點(diǎn)符合電動(dòng)汽車高性能要求,并具有快速響應(yīng)需要。然而,動(dòng)態(tài)性能的提高最終要受到控制系統(tǒng)所能輸出轉(zhuǎn)矩極限值的限制,因?yàn)殡姶呸D(zhuǎn)矩的大小取決于定子電流的兩個(gè)分量,對(duì)于給定的輸出轉(zhuǎn)矩,可以對(duì)應(yīng)多個(gè)不同的交直軸電流的組合。不同的組
6、合對(duì)應(yīng)不同的效率、功率因數(shù)以及負(fù)載能力,這就需要一個(gè)定子電流的匹配原則。也即存在永磁同步電動(dòng)機(jī)定子電流的優(yōu)化控制問(wèn)題。為了進(jìn)一步提高系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)性能,針對(duì)內(nèi)置式永磁同步電動(dòng)機(jī)交直軸電感不相等的特性,按照轉(zhuǎn)矩/電流最大的原則來(lái)控制定子電流。本文基于空間電壓脈寬調(diào)制技術(shù)對(duì)最大轉(zhuǎn)矩/電流輸出轉(zhuǎn)矩的特性進(jìn)行分析研究,并利用Simulink仿真得到其動(dòng)態(tài)特性。結(jié)果表明最大轉(zhuǎn)矩/電流能夠使電機(jī)轉(zhuǎn)矩在滿足要求的條件下定子電流最小,不僅減小了電機(jī)的銅耗,
7、提高了系統(tǒng)的效率,而且減輕了逆變器的工作負(fù)擔(dān)。1永磁同步電動(dòng)機(jī)數(shù)學(xué)模型理想的PMSM電機(jī)d、g軸數(shù)學(xué)模型的電壓方程為Ud=RdidpLdidW~Oq(1)uq=R~qpLqiqto~oa定子交直軸的磁鏈方程為(2)=、電磁轉(zhuǎn)矩的方程為=15n(Ld—L)i](3)式中:、M定子d、q軸上的電壓;Rd、R廣_三相繞組在d、q軸上的電阻;id、廣定子三相電流在d、q軸上的電流;Ld、廣定子三相電感在d、q軸上的電感值;P_微分算子;n廠電機(jī)
8、極對(duì)數(shù);一轉(zhuǎn)子電角速度;廠一永磁體磁鏈。且在直流側(cè)電壓固定時(shí),dq軸電流、電壓滿足極限條件為=蠕≤^i=、/22≤i(4)(5)2永磁同步電動(dòng)機(jī)MTPA控制原理MTPA控制即最大轉(zhuǎn)矩/電流控制,又稱定子電收稿日期:2013—07—03:修回日期:2013—09—27基金項(xiàng)目:國(guó)家863項(xiàng)目計(jì)劃節(jié)能與新能源重大專項(xiàng)資助項(xiàng)目(2012AA111202);河北重大技術(shù)創(chuàng)新項(xiàng)目(12213906Z)~2014年第5期式(3)中磁阻轉(zhuǎn)矩的作用,采
9、用最大轉(zhuǎn)矩/電流控制算法,完成對(duì)電機(jī)低速下輸出轉(zhuǎn)矩的控制最終使其能夠滿足電動(dòng)汽車在低速時(shí)加速及爬坡能力的要求。本文根據(jù)純電動(dòng)汽車中使用的額定32kW電機(jī)在SVPWM調(diào)制算法的基礎(chǔ)上利用Matlab/Simulink工具搭建仿真模型,對(duì)MTPA(最大轉(zhuǎn)矩/電流)控制算法進(jìn)行仿真分析研究,并得到低速行車時(shí)電機(jī)系統(tǒng)轉(zhuǎn)矩輸出響應(yīng)曲線。其中直流側(cè)電壓380V永磁同步電機(jī)主要參數(shù)為:=018il,La=00003H,Lq=00008H,tpf=O0
10、8Wb,no=4,J=O0062kgm。SVPWM調(diào)制后輸出的三相電壓占空比信號(hào),經(jīng)處理后直接驅(qū)動(dòng)控制器中6個(gè)IGBT功率管的開(kāi)關(guān)動(dòng)作,以實(shí)現(xiàn)需求轉(zhuǎn)矩的輸出。占空比的輸出值是在需求轉(zhuǎn)矩為80Nm的情況下仿真得到。將MTPA算法得到的dq軸電流數(shù)據(jù)利用Lookuptable生成數(shù)據(jù)表格,經(jīng)查表得N8oNm轉(zhuǎn)矩對(duì)應(yīng)的交直軸電流值,經(jīng)PI調(diào)節(jié)后進(jìn)行SVPWM調(diào)制。輸出轉(zhuǎn)矩經(jīng)過(guò)短暫的振蕩后很快穩(wěn)定在80Nm轉(zhuǎn)速及時(shí)響應(yīng)整車的要求在很短的時(shí)間內(nèi)也
11、穩(wěn)定在l000r/min。這符合電動(dòng)車在低速大轉(zhuǎn)矩(加速或者爬坡)行駛時(shí)要求電機(jī)轉(zhuǎn)矩平穩(wěn)快速地達(dá)到需求轉(zhuǎn)矩,使車輛能夠順利爬坡或加速到駕駛員需求的車速,提高車輛的動(dòng)力性。在純電動(dòng)車上已經(jīng)經(jīng)過(guò)實(shí)際路況的行車試驗(yàn)。實(shí)車試驗(yàn)表明,電機(jī)系統(tǒng)在MTPA的控制下完全滿足電動(dòng)汽車在低速大轉(zhuǎn)矩(爬坡或加速)時(shí)的行駛性能要求。5結(jié)論本文針對(duì)純電動(dòng)汽車在低速下的行駛要求,研究了永磁同步電機(jī)低速大轉(zhuǎn)矩的實(shí)現(xiàn)方法,并利用Matlab/Simulink工具進(jìn)行了
12、軟件在環(huán)的仿真,得出最大轉(zhuǎn)矩/電流的控制算法針對(duì)凸極式電機(jī)的特點(diǎn)。在相同電流下能夠得到更大的轉(zhuǎn)矩。使電機(jī)系統(tǒng)在有限的容量下能夠發(fā)揮出其最優(yōu)的性能,同時(shí)改善了電動(dòng)汽車動(dòng)力系統(tǒng)的動(dòng)力性能,提高系統(tǒng)運(yùn)行效率約3%。但最大轉(zhuǎn)矩/電流控制是通過(guò)直軸的去磁作用實(shí)現(xiàn)的,去磁作用是隨著電磁轉(zhuǎn)矩的增大而增大的,這將使電機(jī)功角迅速加大,不利于電機(jī)穩(wěn)定運(yùn)行,因此必須注意電機(jī)的額定工作范圍,采取合適的切換點(diǎn),適時(shí)切換到高速工作區(qū)控制方式上,以更好地滿足電動(dòng)汽車
13、的行駛要求。參考文獻(xiàn):[1]唐任遠(yuǎn)現(xiàn)代永磁電機(jī)理論與設(shè)計(jì)[M]北京:機(jī)械工業(yè)出版社1997[2]王成元現(xiàn)代電機(jī)控制技術(shù)[M]北京:機(jī)械工業(yè)出版社2008[3]趙景波MATLAB控制系統(tǒng)仿真與設(shè)計(jì)[M]北京:機(jī)械工業(yè)出版社2010(編輯楊景)尊敬的作者:i2013年12月,通過(guò)中國(guó)知網(wǎng)代;理注冊(cè),國(guó)際DOI中國(guó)注冊(cè)與服務(wù)中十心已經(jīng)接受了《汽車電器》的申請(qǐng)。t現(xiàn)已經(jīng)頒發(fā)《國(guó)際DOI中國(guó)注冊(cè)與服務(wù)中心(學(xué)術(shù)期刊)會(huì)員證》。i《汽車電器》按照《
14、國(guó)際DOI中i國(guó)出版物注冊(cè)與服務(wù)中心學(xué)術(shù)期刊會(huì)員制服務(wù)章程》的要求,在享有十會(huì)員權(quán)利的同時(shí)。履行會(huì)員責(zé)任和t義務(wù),承擔(dān)起促進(jìn)國(guó)際DOI在中國(guó)發(fā);展、繁榮的重任。i2013年1月,中國(guó)知網(wǎng)正式成為j_DOI注冊(cè)代理機(jī)構(gòu)(RA),開(kāi)展各種數(shù)字化資源的DOI注冊(cè)及服務(wù)在中t國(guó)進(jìn)行DOI的推廣應(yīng)用。t有關(guān)DOI的詳細(xì)信息。請(qǐng)?jiān)L問(wèn)中國(guó)知網(wǎng)的互聯(lián)網(wǎng)站點(diǎn)http://wwwichnd。i螂。i自《汽車電器》2014年第5期DOI作用如下:①它為數(shù)字化
15、信息提供永久和惟一的標(biāo)識(shí),有利于數(shù)字資源的長(zhǎng)久保存和惟一識(shí)別。②通過(guò)DOI之間的互相操作。實(shí)現(xiàn)動(dòng)態(tài)的、開(kāi)放式的知識(shí)鏈接整體提升數(shù)字化資源的使用率,也就是說(shuō)提升數(shù)字化資源的訪問(wèn)量和下載量。(為中文數(shù)字化資源提供符合國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)范的惟一標(biāo)識(shí),有利于促進(jìn)中外文信息融合,逐步實(shí)現(xiàn)中西文數(shù)字資源的鏈接,為建立統(tǒng)一的中英文知識(shí)鏈接系統(tǒng)提供技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)和平臺(tái)。(它使全球性的知識(shí)互聯(lián)系統(tǒng)成為可能。(它延伸了行業(yè)中每個(gè)個(gè)體的鏈接空間和合作空間。汽車電器雜志社
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