电动汽车用永磁同步电机模糊直接转矩控制.pdf

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1、第36卷第5期河南科技大学学报：自然科学版Vol_36NO．52015年l0月JournalofHenanUniversityofScienceandTechnology：NaturalScienceOct．2Ol5文章编号：1672—6871(2015)05—0019—06电动汽车用永磁同步电机模糊直接转矩控制付主木，高爱云(河南科技大学a．信息工程学院；b．车辆与交通工程学院，河南洛阳471023)摘要：为了提升电动汽车电机驱动系统的动态性能和稳态效率，本文提出了一种基于电动汽车行驶模式切换的永磁同步电机(PMSM)模糊直接转矩控制策略。在分析电动汽车行驶模式的基础上，对传统P

2、MSM直接转矩控制(DTC)系统进行了改进，采用模糊控制器取代传统DTC系统中的滞环比较器和电压矢量选择器。针对不同的行驶模式，分别设计了相应的模糊控制规则和控制器。在Matlab／Simulink中搭建了PMSM模糊DTC系统模型。仿真结果表明：所设计的PMSM模糊DTC策略与传统DTC相比，PMSM驱动系统不仅转矩动态响应速度快，转矩脉动小，而且其高速运行时的稳态效率提高了10．26％。关键词：永磁同步电机；直接转矩控制；模糊控制；行驶模式切换中图分类号：TP273文献标志码：A0引言电动汽车是未来汽车行业发展的主要方向，由于车载动力电池容量有限，电动汽车的续航能力远远无法与传

3、统燃油汽车相匹敌，在电池技术还未取得突破性进展时，研究高性能和高效率的电机驱动系统具有非常重要的意义¨]。永磁同步电机(PMSM)具有体积小、质量轻、效率高、电磁转矩大、过载能力强等优点，特别适合用作电动汽车的牵引电机。目前，永磁同步电机驱动系统普遍采用矢量控制技术和直接转矩控制(DTC)技术，由于电动汽车行驶工况复杂，转子参数变化幅度大，严重影响了矢量控制效果，而直接转矩控制技术不受转子参数变化的影响，结构简单，易于实现，且转矩动态响应快，成为电动汽车用永磁同步电机驱动技术的研究热点H。PMSM传统直接转矩控制系统中定子磁链和电磁转矩采用滞环控制，在一个控制周期内仅作用一次有效的

4、电压空间矢量，因而不可避免地产生较大的转矩脉动。针对此问题，国内外学者提出了许多改进方案。文献[9]将空间矢量脉宽调制(SVPWM)控制技术应用到直接转矩控制方案中，可以有效地提高逆变器开关频率，降低转矩脉动，但系统实现较复杂。文献[10—11]将滑模变结构控制与直接转矩控制系统相结合，明显地减小磁链和转矩脉动，但在滑模面会产生不良抖动。文献[12—13]用模糊控制器取代滞环比较器，并利用零矢量，有效地抑制了转矩脉动。文献[14]研究了使转矩脉动最小的零矢量作用范围，为转矩调节器的优化设计提供了参考。然而以上研究仅针对独立的电机驱动系统进行优化和改进，专门适用于电动汽车且与电动汽车

5、行驶模式相结合的改进方案尚不多见。为了提高电动汽车用电机驱动系统的动态性能和稳态效率本文结合国内外的研究成果，提出了一种基于电动汽车行驶模式切换的PMSM模糊直接转矩控制方案，并在Matlab／Simulink中进行了仿真和对比分析。1电动汽车行驶模式分析通常电动汽车行驶工况较为复杂，根据道路环境以及行驶速度、加速度等参数可将其简化为如图1所示的5种典型行驶模式。、图l中，在I阶段，电动汽车处于加速(起动)模式，加速度方向为正，电机电磁转矩正向快速增大；基金项目：国家自然科学基金项目(61473115，51277116，51375145)；中国博士后科学基金项目(2013T6067

6、0)；河南省科技创新人才杰出青年计划基金项目(144100510004)；河南省高校科技创新人才支持计划项目(13HASTIT038)作者简介：付主木(1974一)，男，湖北仙桃人，副教授，博士，硕士生导师，主要研究方向为混合动力汽车能量管理策略及电机控制．F收稿日期：2015—03—27·20·河南科技大学学报：自然科学版Ⅱ阶段为巡航行驶模式，汽车行驶速度基本恒定，电磁转矩为正且波动幅度小，主要用来克服汽车行驶I11L阻力；lU阶段为匀速爬坡模式，电机需求电磁转矩较大，其值跟路面坡图1电动汽车行驶模式度有关；IV阶段为匀速下坡模式，电机提供的电磁转矩为负，即工作于再生制动状态；V

7、阶段为减速(停车)模式，为了使汽车速度迅速降低，电机电磁转矩需反向快速增大。不同的行驶模式对电机驱动系统的性能要求不同。当系统处于加速、减速等动态运行模式时，为保证汽车的动力性能，系统应具有快速精确的转矩响应能力；当系统处于巡航行驶、匀速上坡、匀速下坡等稳态运行模式时，汽车对系统的转矩响应能力要求较低，应尽可能地提高电机驱动系统的稳态效率，来延长电动汽车的续驶里程。因此，在电动汽车用PMSM直接转矩控制系统的设计中，有必要针对各个行驶模式分别制定相应的控制规则。2PM