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1、2004年7月重庆大学学报Jul.2004第27卷第7期JournalofChongqingUniversityVol.27No.7 文章编号:1000-582X(2004)07-0032-04X永磁同步电动机调速系统的模糊控制与仿真1111,21冉振亚,杨 超,曹文明,赵树恩,庞 迪(1.重庆大学机械工程学院,重庆 400030;2.陕西理工学院,陕西汉中 723001)摘 要:对电动汽车驱动用永磁同步电动机(PermanentMagnetSynchronousMotor缩写为PMSM)的调速系统进行
2、模糊控制并对其结果进行仿真。对PMSM进行数学建模,根据其数学模型在MATLAB/Simulink下建立PMSM、PMSM测量环节、dq/abc转换器和PWM三相逆变器的仿真模块并进行封装。采用二维模糊设计,以电动汽车行驶时所要求的电动机转速n′与电动机的实际转速n之间的偏差E和其偏差变化率EC作为系统的输入变量,把控制占空比的电流信号U作为输出语言变量,进行模糊控制器的设计。根据PMSM的各模块和所设计的模糊控制器,在MATLAB/SIMULINK下创建电动汽车PMSM调速系统的模糊控制仿真结构模型,并
3、进行仿真,从而验证控制方法的正确性。关键词:电动汽车;永磁同步电动机;调速系统;模糊控制;仿真中图分类号:U469.72文献标识码:A 为了保护人类赖以生存的环境,汽车的绿色技术化成为当今世界的热门话题;特别是当前石油资源面临枯竭,促使绿色汽车的开发成为世界汽车发展的主流。电动机驱动系统(亦称电动机及其控制系统)是电动汽车的心脏,电动汽车研制的关键技术之一,解决图1 磁同步电动机模糊控制系统框图电动汽车中“电动机及其驱动系统”这个关键技术意义深远。在电动汽车驱动系统中,PMSM由于具有动态汽车行驶时所要
4、求的电动机转速n′与电动机的实际性能好、体积小、重量轻等优点,成为电动汽车驱动系转速n之间的偏差e以及偏差变化率e′作为系统的输[1]统的最理想的选择。为适应电动汽车复杂的运行工入变量,并将偏差e以及偏差变化率e′送给模糊控制况要求,其驱动系统应具有尽可能高的转矩密度、良好器,由模糊控制器计算出电动机控制量U,送给电动的转矩控制能力、高的运行可靠性及在整个电动汽车机,实现电动机的调速控制。调速范围内具有尽可能高的效率。2 永磁同步电动机1 电动汽车永磁同步电动机调速系统模型PMSM是一个多输入、多输出、强
5、耦合、非线性的为保证电动汽车驱动系统在复杂的运行工况具有系统。具有转矩密度大、调速性能高,动态性能好等特高的运行可靠性、恒功率运行区域及在整个电动汽车点,在高性能的调速系统中得到了广泛应用。调速范围内具有尽可能高的效率,需要对电动汽车的2.1 永磁同步电动机的数学模型[2]驱动系统进行调速控制。电动汽车PMSM调速系统在对电动汽车进行计算机仿真、数学建模时,以模糊控制的结构图为:PMSM为中心将电动汽车的负载特性转换到电动机的由图1可见,PMSM调速系统的过程为:以电动轴输出端,并以电动汽车车速V作为电动
6、机速度变量,X收稿日期:2004-03-13作者简介:冉振亚(1949-),男,重庆人,重庆大学副教授,从事汽车绿色技术及天然气汽车技术的开发工作。第27卷第7期 冉振亚等:永磁同步电动机调速系统的模糊控制与仿真33[3]则PMSM的仿真数学模型为:did1=(ud-R1id+ωLqiq)dtLddiq1=(uq-R1iq-ωΨf-ωLdid)dtLqdv18ηTiz图4 模糊控制系统结构=·dt5εrm2电动机转速n′与电动机的实际转速n之间的偏差E以rCDAvT2-ηGf+21+G
7、i∞及偏差变化率EC作为系统的输入变量,把控制占空Tiz.15比的电流信号U作为输出语言变量,如图5所示。这种dθpiiq=ω=vdt3.6r双输入单输出结构的模糊控制器具有PD控制规律,有式中Ld、Lq为直、交轴电感;Ψf为永磁磁链;ω为角利于保证系统的稳定性,减少响应过程的超调量以及[7]速度;p为电动机极对数;θ为转子磁极轴线与定子a削弱其振荡现象。相绕组轴线的夹角(电角度)。2.2SIMULINK下永磁同步电动机的仿真模型基于以上PMSM的数学模型,在Matlab的图形仿真环境Simulink下,
8、创建PMSM及其测量环节的模块,并进行封装[4],可得到如下模型,如图2、图3所示:图2PMSM模块图5 模糊控制变量选取输入变量E和EC以及输出变量U的模糊子集均为:{负大(NB),负中(NM),负小(NS),零(ZE),正小(PS),正中(PM),正大(PB)}图3PMSM测量环节模块利用NB,NM,NS,ZE,PS,PM,PB这些模糊量,根据仿真结果反复地进行综合分析,将连续变化的3 模糊控制器的设计精确量进行离散模糊化
