電動汽車驅(qū)動控制原理

（優(yōu)選）電動汽車驅(qū)動控制原理當(dāng)前第1頁\共有32頁\編于星期六\8點電控原理圖電機(jī)齒輪箱主減速器動力電池控制器充電器～當(dāng)前第2頁\共有32頁\編于星期六\8點電控原理之示意圖當(dāng)前第3頁\共有32頁\編于星期六\8點電控原理電動汽車對電機(jī)控制系統(tǒng)的要求

1、優(yōu)良的轉(zhuǎn)矩控制性能；

2、寬廣的調(diào)速范圍；

3、寬范圍的高效率運(yùn)行區(qū)域；

4、高功率密度；

5.優(yōu)良的環(huán)境適應(yīng)性和環(huán)保性；

6.高可靠性；

7.有競爭力的價格。當(dāng)前第4頁\共有32頁\編于星期六\8點電動汽車電機(jī)控制系統(tǒng)的主要類型直流電機(jī)控制系統(tǒng)（內(nèi)容略）；無刷直流電機(jī)控制系統(tǒng)；異步電機(jī)控制系統(tǒng)；開關(guān)磁阻電機(jī)控制系統(tǒng)（內(nèi)容略）。電控原理當(dāng)前第5頁\共有32頁\編于星期六\8點電機(jī)特性比較交流電機(jī)的主要類型交流電機(jī)1.同步電機(jī)2.異步電機(jī)（感應(yīng)電機(jī)）轉(zhuǎn)子永磁轉(zhuǎn)子勵磁永磁同步電機(jī)

(自控式）無刷直流電機(jī)轉(zhuǎn)子繞線式轉(zhuǎn)子籠型當(dāng)前第6頁\共有32頁\編于星期六\8點0恒轉(zhuǎn)矩區(qū)恒功率區(qū)降功區(qū)要求異步電機(jī)的輸出特性：1、低速大扭矩；2、高速大功率。電機(jī)特性比較當(dāng)前第7頁\共有32頁\編于星期六\8點

電機(jī)性能直流電機(jī)永磁同步電機(jī)異步電機(jī)開關(guān)磁阻電機(jī)最大效率（％）85～8995～9794～95<90

效率（10％負(fù)載）80～8790～9279～8578～86最高轉(zhuǎn)速（rpm)4000~60004000~100009000~1500015000電機(jī)費(fèi)用/kW($)1010~158~126~10控制器成本12.53.54.5堅固性良良優(yōu)良信賴性普通良優(yōu)良電機(jī)的特性比較

（摘自日本電氣學(xué)會技術(shù)報告）當(dāng)前第8頁\共有32頁\編于星期六\8點永磁同步電機(jī)

異步電機(jī)適性容量數(shù)十W～數(shù)十kW數(shù)百W以上尺寸、重量小☆中～小◎結(jié)構(gòu)相當(dāng)簡單◎非常簡單☆環(huán)境適應(yīng)性相當(dāng)好◎非常好☆維護(hù)有點必要△不要☆生產(chǎn)性好△非常好◎位置傳感器要△不要◎速度傳感器不要◎要△永磁同步電機(jī)與異步電機(jī)的特性比較當(dāng)前第9頁\共有32頁\編于星期六\8點三相交流電機(jī)功率變換器主電路構(gòu)成功率變換器主電路交流電機(jī)電樞繞組當(dāng)前第10頁\共有32頁\編于星期六\8點無刷直流電機(jī)控制系統(tǒng)轉(zhuǎn)子位置傳感器

三相功率變換器控制電路無刷直流電機(jī)控制器1.系統(tǒng)構(gòu)成當(dāng)前第11頁\共有32頁\編于星期六\8點2.無刷直流電機(jī)與永磁同步電機(jī)差別ωt2π0B0(e0)永磁同步電機(jī)無刷直流電機(jī)一對極下不同的氣隙磁密分布圖當(dāng)前第12頁\共有32頁\編于星期六\8點三相無刷直流電機(jī)的無載電勢eAeBeC0t1354266當(dāng)前第13頁\共有32頁\編于星期六\8點無刷直流電機(jī)工作原理iAABiBCiCSNFABFACFBCFBAFCAFCBXYZF0有6個定子空間磁勢。

根據(jù)轉(zhuǎn)子位置傳感器檢測到的轉(zhuǎn)子位置和要求轉(zhuǎn)向來決定產(chǎn)生哪一個磁勢。

產(chǎn)生的平均轉(zhuǎn)矩最大。當(dāng)前第14頁\共有32頁\編于星期六\8點定子磁勢拉轉(zhuǎn)子磁勢旋轉(zhuǎn)，為了使平均轉(zhuǎn)矩最大。兩者的平均空間電角度為900。SNF0nFABFAC60o60o當(dāng)前第15頁\共有32頁\編于星期六\8點無刷直流電機(jī)控制框圖-A+÷2∑iaibiciaibicIREFPIPWM邏輯變換PS+A+B+C-B-CIFPositionSensor三相反饋電流輸出6路驅(qū)動信號當(dāng)前第16頁\共有32頁\編于星期六\8點電動狀態(tài)：＋A管導(dǎo)通，－B管PWM。－B管導(dǎo)通時電流上升，－B管關(guān)斷時電流下降。Ud++A-AC+B-B+C-C轉(zhuǎn)子位置傳感器狀態(tài)：+A、－B相導(dǎo)通?；仞仩顟B(tài)：轉(zhuǎn)子位置傳感器狀態(tài)：+A、－B相導(dǎo)通。+A管、－B管均關(guān)斷，＋B管子PWM。Ud++A-AC+B-B+C-C電流產(chǎn)生拖動轉(zhuǎn)矩電流產(chǎn)生制動轉(zhuǎn)矩當(dāng)前第17頁\共有32頁\編于星期六\8點無刷直流電機(jī)的電動、回饋制動控制邏輯控制PS邏輯變換PWM

輸入+a-a+b-b+c-c轉(zhuǎn)子位置傳感器+++A-A+B-B++C-C驅(qū)動信號輸出電動“1”回饋制動“0”當(dāng)前第18頁\共有32頁\編于星期六\8點無刷直流電機(jī)及其控制系統(tǒng)的優(yōu)缺點

優(yōu)點：

1.具有直流電機(jī)的控制特性。

2.控制相對簡單。

3.電機(jī)效率高，體積小。缺點：

1.由于永磁材料貴，電機(jī)價格較貴。

2.過熱容易導(dǎo)致永久性失磁。

3.弱磁運(yùn)行較困難。

4.需要轉(zhuǎn)子位置傳感器。當(dāng)前第19頁\共有32頁\編于星期六\8點異步電機(jī)及其控制系統(tǒng)1.異步電機(jī)變頻調(diào)速原理轉(zhuǎn)子繞組中的電壓、電流靠感應(yīng)產(chǎn)生。正常運(yùn)行時，電機(jī)轉(zhuǎn)速接近旋轉(zhuǎn)磁場轉(zhuǎn)速。0AB不同頻率下的異步電機(jī)機(jī)械特性當(dāng)前第20頁\共有32頁\編于星期六\8點變頻調(diào)速的主要控制方法基于穩(wěn)態(tài)的控制變壓變頻控制（VariableVoltageVariableFrequency)

簡稱VVVF控制；

脈寬調(diào)節(jié)控制（PulseWidthModulation)

簡稱PWM控制。

1.SPWM;

2.電壓空間矢量PWM；

3.優(yōu)化PWM;

4.隨機(jī)PWM;5.當(dāng)前第21頁\共有32頁\編于星期六\8點高性能的控制方法轉(zhuǎn)子磁場定向矢量控制（等效直流電機(jī)控制）（20世紀(jì)70年代，由德國西門子公司的F.Blaschke提出。）

1.直接矢量控制；

2.間接矢量控制。直接轉(zhuǎn)矩控制直接對轉(zhuǎn)矩和磁鏈閉環(huán)控制。

（1985年德國學(xué)者M(jìn).Depenbrock首次提出。）

當(dāng)前第22頁\共有32頁\編于星期六\8點

異步電機(jī)滑差頻率控制框圖ωs*ωr*PIFG+ωrωs*ωr++ω1I1*cosω1tcos(ω1t-120o)cos(ω1t-240o)乘法器ia*iaib*icic*ib+PIPWMPIPWMPIPWM三角波驅(qū)動信號產(chǎn)生a-ab-bc-cI1

=f(ωs)++基本原理：在機(jī)械特性的線性段，電磁轉(zhuǎn)矩正比于滑差頻率。函數(shù)發(fā)生器當(dāng)前第23頁\共有32頁\編于星期六\8點TMψ2++++I1TI1MI2TI2Mω1(a)直流電機(jī)模型ψ2I1MI1TI2TI1βF0F2F1(b)電流、磁勢向量圖異步電機(jī)矢量控制矢量控制原理經(jīng)3/2變化、旋轉(zhuǎn)變換后，異步電機(jī)變成了直流電機(jī)模型。將M-T坐標(biāo)的M軸定在異步電機(jī)轉(zhuǎn)子磁鏈的方向上，可得到最簡單的方程形式。當(dāng)前第24頁\共有32頁\編于星期六\8點轉(zhuǎn)子磁鏈方程轉(zhuǎn)子電壓方程穩(wěn)態(tài)時所以等效直流機(jī)模型的方程當(dāng)前第25頁\共有32頁\編于星期六\8點轉(zhuǎn)矩控制如何實現(xiàn)？和和和其中矢量控制思路最終控制定子磁場的幅值與空間位置來實現(xiàn)。當(dāng)前第26頁\共有32頁\編于星期六\8點磁鏈觀測算法轉(zhuǎn)速檢測驅(qū)動電路三相逆變器IM蓄電池PG電容3/2變換轉(zhuǎn)矩計算Isyqrw控制算法(PI,空間電壓矢量計算等)轉(zhuǎn)矩和磁鏈設(shè)定算法*1ti*ryry1ti1mi1mi1tiTrwIs*Va*Vbrw給定異步電機(jī)直接矢量控制框圖當(dāng)前第27頁\共有32頁\編于星期六\8點uua,b,cia,b,cn轉(zhuǎn)子磁鏈觀測R坐標(biāo)變換iq*iq+-PIUq*id*id+-PIUd*坐標(biāo)變換ua,b,cu*+PI-+--

控制框圖轉(zhuǎn)子磁鏈準(zhǔn)確定向方法當(dāng)前第28頁\共有32頁\編于星期六\8點

異步電機(jī)直接轉(zhuǎn)矩控制控制原理：

通過檢測電機(jī)定子電壓、電流，借助瞬時空間矢量理論來計算電機(jī)的磁鏈和轉(zhuǎn)矩。

給定的磁鏈和轉(zhuǎn)矩分別與計算值比較，對差值進(jìn)行滯環(huán)調(diào)節(jié)（也稱砰砰控制）。

再根據(jù)定子磁鏈的空間位置、磁鏈與轉(zhuǎn)矩的調(diào)節(jié)結(jié)果，來確定逆變器的開關(guān)信號。當(dāng)前第29頁\共有32頁\編于星期六\8點直接轉(zhuǎn)矩控制的優(yōu)缺點優(yōu)點：電機(jī)模型在定子坐標(biāo)系下，只需3/2變換。觀測的是定子磁鏈，受電機(jī)參數(shù)影響小。強(qiáng)調(diào)對轉(zhuǎn)矩的直接控制，所以轉(zhuǎn)矩響應(yīng)迅速。缺點：低速時的轉(zhuǎn)矩脈動。由于沒有電流閉環(huán)，容易產(chǎn)生過流。當(dāng)前第30頁\共有32頁\編于星期六\8點

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