純電動汽車用永磁同步電機轉(zhuǎn)矩控制仿真研究

1、純電動汽車用永磁同步電機轉(zhuǎn)矩控制仿真研究楊雪靜，張青青，王飛雁(長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：基于純電動汽車低速下的行車要求及永磁同步電機的結(jié)構(gòu)特點，分析電機低速下轉(zhuǎn)矩輸出實現(xiàn)采用的最大轉(zhuǎn)矩電流比控制方法；利用Matlab／Simulink32具對控制算法進行仿真分析。仿真結(jié)果證明這種控制方式可以滿足電動汽車低速大轉(zhuǎn)矩的行駛需求。關(guān)鍵詞：電動汽車；永磁同步電動機；MTPA控制；Mat

2、lab／Simulink仿真中圖分類號：U463645文獻標(biāo)識碼：A文章編號：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電機驅(qū)動系統(tǒng)是電動汽車的核心。為使電動汽車有良好的性能要求電機系統(tǒng)應(yīng)具有調(diào)速范圍寬、轉(zhuǎn)速高、啟動轉(zhuǎn)矩大、體積小、質(zhì)量輕、效率高且動態(tài)制動能力強和能量回饋等特性。而永磁同步電動機(PMSM)的特點符合電動汽車高性能要求，并具有快速響應(yīng)需要。然而，動態(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，因為電磁轉(zhuǎn)矩的大小取決于定子電流的兩個分量，對于給定的輸出轉(zhuǎn)矩，可以對應(yīng)多個不同的交直軸電流的組合。不同的組

6、合對應(yīng)不同的效率、功率因數(shù)以及負載能力，這就需要一個定子電流的匹配原則。也即存在永磁同步電動機定子電流的優(yōu)化控制問題。為了進一步提高系統(tǒng)的動態(tài)性能，針對內(nèi)置式永磁同步電動機交直軸電感不相等的特性，按照轉(zhuǎn)矩／電流最大的原則來控制定子電流。本文基于空間電壓脈寬調(diào)制技術(shù)對最大轉(zhuǎn)矩／電流輸出轉(zhuǎn)矩的特性進行分析研究，并利用Simulink仿真得到其動態(tài)特性。結(jié)果表明最大轉(zhuǎn)矩／電流能夠使電機轉(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擔(dān)。1永磁同步電動機數(shù)學(xué)模型理想的PMSM電機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

8、極對數(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，dq軸電流、電壓滿足極限條件為=蠕≤^i=、／22≤i(4)(5)2永磁同步電動機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基金項目：國家863項目計劃節(jié)能與新能源重大專項資助項目(2012AA111202)；河北重大技術(shù)創(chuàng)新項目(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，完成對電機低速下輸出轉(zhuǎn)矩的控制最終使其能夠滿足電動汽車在低速時加速及爬坡能力的要求。本文根據(jù)純電動汽車中使用的額定32kW電機在SVPWM調(diào)制算法的基礎(chǔ)上利用Matlab／Simulink工具搭建仿真模型，對MTPA(最大轉(zhuǎn)矩／電流)控制算法進行仿真分析研究，并得到低速行車時電機系統(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，經(jīng)處理后直接驅(qū)動控制器中6個IGBT功率管的開關(guān)動作，以實現(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)矩對應(yīng)的交直軸電流值，經(jīng)PI調(diào)節(jié)后進行SVPWM調(diào)制。輸出轉(zhuǎn)矩經(jīng)過短暫的振蕩后很快穩(wěn)定在80Nm轉(zhuǎn)速及時響應(yīng)整車的要求在很短的時間內(nèi)也

11、穩(wěn)定在l000r／min。這符合電動車在低速大轉(zhuǎn)矩(加速或者爬坡)行駛時要求電機轉(zhuǎn)矩平穩(wěn)快速地達到需求轉(zhuǎn)矩，使車輛能夠順利爬坡或加速到駕駛員需求的車速，提高車輛的動力性。在純電動車上已經(jīng)經(jīng)過實際路況的行車試驗。實車試驗表明，電機系統(tǒng)在MTPA的控制下完全滿足電動汽車在低速大轉(zhuǎn)矩(爬坡或加速)時的行駛性能要求。5結(jié)論本文針對純電動汽車在低速下的行駛要求，研究了永磁同步電機低速大轉(zhuǎn)矩的實現(xiàn)方法，并利用Matlab／Simulink工具進行了

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凸極式電機的特點。在相同電流下能夠得到更大的轉(zhuǎn)矩。使電機系統(tǒng)在有限的容量下能夠發(fā)揮出其最優(yōu)的性能，同時改善了電動汽車動力系統(tǒng)的動力性能，提高系統(tǒng)運行效率約3％。但最大轉(zhuǎn)矩／電流控制是通過直軸的去磁作用實現(xiàn)的，去磁作用是隨著電磁轉(zhuǎn)矩的增大而增大的，這將使電機功角迅速加大，不利于電機穩(wěn)定運行，因此必須注意電機的額定工作范圍，采取合適的切換點，適時切換到高速工作區(qū)控制方式上，以更好地滿足電動汽車

13、的行駛要求。參考文獻：[1]唐任遠現(xiàn)代永磁電機理論與設(shè)計[M]北京：機械工業(yè)出版社1997[2]王成元現(xiàn)代電機控制技術(shù)[M]北京：機械工業(yè)出版社2008[3]趙景波MATLAB控制系統(tǒng)仿真與設(shè)計[M]北京：機械工業(yè)出版社2010(編輯楊景)尊敬的作者：i2013年12月，通過中國知網(wǎng)代；理注冊，國際DOI中國注冊與服務(wù)中十心已經(jīng)接受了《汽車電器》的申請。t現(xiàn)已經(jīng)頒發(fā)《國際DOI中國注冊與服務(wù)中心(學(xué)術(shù)期刊)會員證》。i《汽車電器》按照《

14、國際DOI中i國出版物注冊與服務(wù)中心學(xué)術(shù)期刊會員制服務(wù)章程》的要求，在享有十會員權(quán)利的同時。履行會員責(zé)任和t義務(wù)，承擔(dān)起促進國際DOI在中國發(fā)；展、繁榮的重任。i2013年1月，中國知網(wǎng)正式成為j_DOI注冊代理機構(gòu)(RA)，開展各種數(shù)字化資源的DOI注冊及服務(wù)在中t國進行DOI的推廣應(yīng)用。t有關(guān)DOI的詳細信息。請訪問中國知網(wǎng)的互聯(lián)網(wǎng)站點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，有利于數(shù)字資源的長久保存和惟一識別。②通過DOI之間的互相操作。實現(xiàn)動態(tài)的、開放式的知識鏈接整體提升數(shù)字化資源的使用率，也就是說提升數(shù)字化資源的訪問量和下載量。(為中文數(shù)字化資源提供符合國際標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)范的惟一標(biāo)識，有利于促進中外文信息融合，逐步實現(xiàn)中西文數(shù)字資源的鏈接，為建立統(tǒng)一的中英文知識鏈接系統(tǒng)提供技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)和平臺。(它使全球性的知識互聯(lián)系統(tǒng)成為可能。(它延伸了行業(yè)中每個個體的鏈接空間和合作空間。汽車電器雜志社