混合動力電動汽車永磁同步電機弱磁控制的研究.pdf

1、由于能源與環(huán)境問題帶來的影響，傳統(tǒng)汽車正在向“電動”轉變，世界各國和各大汽車廠商無不投入巨資進行電動汽車的研究。作為電動汽車核心驅動部件的電機系統(tǒng)，是這一方向的研究熱點。其中永磁同步電動機以其體積小、重量輕、效率高、功率密度大、調速范圍寬、維護簡單等優(yōu)點，逐漸成為電動汽車電機驅動系統(tǒng)的主流。由于永磁同步電機轉子使用永磁體，其激磁磁場不可調節(jié)，對其在有恒功率、寬調速范圍運行要求的車載電機驅動應用上提出了挑戰(zhàn)，引起了國內外學者的高度重視。因

2、此，為了提高混合動力電動汽車高速運行時轉矩輸出的穩(wěn)定性及響應轉矩突變的動態(tài)響應特性，本文圍繞永磁同步電機的弱磁控制系統(tǒng)展開深入的研究工作。
　　完善的弱磁控制系統(tǒng)包含內環(huán)電流追蹤控制和外環(huán)電流指令調節(jié)控制兩部分組成。永磁同步電機是多變量、非線性、強耦合的系統(tǒng)，對參數和干擾極為敏感，因此傳統(tǒng)的線性控制方法無法準確描述內環(huán)電流追蹤調節(jié)過程，難以保證電機在高轉速運行范圍內輸出轉矩的穩(wěn)定性。針對這一問題，本文深入分析反饋線性化理論，研究通

3、過對輸出變量進行Lie微分運算，得到所需坐標變換及非線性系統(tǒng)狀態(tài)反饋量，進而實現永磁同步電機盼輸入輸出線性化控制的方法，設計出基于輸入輸出反饋線性化算法的內環(huán)電流調節(jié)控制器。該電流控制器具有動態(tài)響應速度快、穩(wěn)態(tài)追蹤誤差小、實現簡單等優(yōu)點，然而這種控制方法的效果要受到電機參數的影響。為了提高其對電機參數變化的魯棒性，本文分析比較了若干典型的電機參數在線、離線計算方法，提出了基于電機磁鏈信息的輸入輸出反饋線性化電流控制算法。該方法重新設定系

4、統(tǒng)輸入量信息、反饋變量信息及系統(tǒng)控制方程，選取電機磁鏈作為電流調節(jié)器的輸入控制信息，通過電壓、電流基波分量離線計算電機磁鏈參數，不但有效地降低了參數估算的復雜程度，而且充分考慮了永磁同步電機諧波分量對參數計算的影響。改進后的內環(huán)電流控制器的魯棒性得到了明顯的提升。
　　永磁同步電機外環(huán)電流指令調節(jié)控制方式多采用閉環(huán)反饋式調節(jié)或前饋開環(huán)式調節(jié)。傳統(tǒng)的前饋開環(huán)式調節(jié)方法獲取當前電機的轉速、電壓、轉矩的實時信息，利用數學公式計算出dq軸

5、電流的最佳期望值，該類算法的特點在于實時性好，系統(tǒng)動態(tài)響應性能較好，但由于采用開環(huán)控制，系統(tǒng)的抗擾動特性較差;傳統(tǒng)的閉環(huán)調節(jié)方法將輸出的控制指令電壓幅值與逆變器設定的電壓門限值作為PI調節(jié)器的輸入，而PI調節(jié)器的輸出作為d軸電流指令的補償量對其進行修正，該類算法的特點是反饋調節(jié)環(huán)節(jié)不依賴于電機參數，系統(tǒng)的魯棒性有所提高，但不足之處在于當電機高速運行時一旦轉矩指令發(fā)生突變，單純的PI調節(jié)難以保證系統(tǒng)的快速動態(tài)響應特性，嚴重時會影響到系統(tǒng)的

6、穩(wěn)定性。針對上述分析，本文提出一種含有電壓指令補償環(huán)節(jié)的混合式弱磁電流指令調節(jié)控制方法，該方法的前饋通道包含一個電機磁鏈與轉矩/電流的二維表格，根據當前轉矩和磁鏈信息快速查取dq軸電流期望值，保證了系統(tǒng)的實時性及動態(tài)特性要求;其反饋通道利用電壓輸出指令與電壓指令補償環(huán)節(jié)的偏差進行PI調節(jié)，得到當前電機的磁鏈信息，保證了系統(tǒng)的抗擾動特性以及高速弱磁運行時的穩(wěn)定性要求。
　　本文針對永磁同步電機弱磁控制系統(tǒng)進行了仿真和實驗研究。仿真和