CN103888038A - 电动汽车用异步电机矢量控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明属于异步电机矢量控制技术领域，是一种电动汽车用异步电机矢量控制方法。由司机根据需要确定转矩给定后，确定d轴电流给定q轴电流给定由电流传感器检测后，经3s/2s、2s/2r变换得到d、q轴电流反馈i_sd、i_sq，分别对d、q轴电流给定和电流反馈i_sd、i_sq的差值进行PI调节，输出电压经过2r/2s变换得到控制空间矢量PWM逆变器，调制获得三相交流电，从而驱动异步电机运行。本发明方法达到对异步电机的转矩进行直接控制，提高异步电机的转矩响应速度，达到电动汽车驱动系统的要求，实现电动汽车的全速平稳安全运行。

Description

电动汽车用异步电机矢量控制方法

技术领域

本发明属于异步电机矢量控制技术领域，特别是一种电动汽车用异步电机矢量控制方法。

背景技术

电动汽车的能源效率高于传统汽车，可适应复杂工况，并且可以利用电机实现再生回馈制动，有效回收制动、减速及下坡时的能量。由于异步电机体积小、可靠性高、，维护简单、易于制造、价格低廉，以及控制技术的成熟，因而在电动汽车驱动系统中仍占据重要地位。目前，电动汽车交流驱动系统主要采用变压变频控制，转差频率控制和矢量控制三种变频调速技术。现有的异步电机矢量控制系统只对异步电机电流进行解耦控制，而不直接对异步电机转矩进行控制，而电动汽车在公路上行驶时会遇到各种各样的情况，如急刹车、快速启动等等，这些情况都要求电动汽车用异步电机驱动系统的转矩响应非常快，转矩响应慢，就无法满足电动汽车驱动系统的要求。

发明内容

本发明的目的是提出一种新的异步电机矢量控制方法，达到对异步电机的转矩进行直接控制，提高异步电机的转矩响应速度，达到电动汽车驱动系统的要求。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：电动汽车用异步电机矢量控制方法，包括经过编码器获得异步电机的转速ω_r，转子磁链ψ_r，异步电机互感L_m，转子时间常数T_r，转矩给定其步骤是：

确定所述异步电机d轴电流给定

q轴电流给定

确定转子位置角 ${\mathrm{\θ}}_s=\∫({\mathrm{\ω}}_r+{\mathrm{\ω}}_{\mathrm{sl}}^{*})\mathrm{dt},{\mathrm{\ω}}_{\mathrm{sl}}^{*}=\frac{L_m{i}_{\mathrm{sq}}^{*}}{T_r{\mathrm{\ψ}}_r};$

由电流传感器检测d轴、q轴电流反馈，分别经3相静止坐标系到2相静止坐标系变换3s/2s、2相静止坐标系到2相旋转坐标系变换2s/2r，变换得到电流反馈i_sd、i_sq；

由d轴、q轴电流给定

和电流反馈i_sd、i_sq的差值，经PI调节器输出电压

经2相旋转坐标系到2相静止坐标系变换2r/2s，变换得到

控制空间矢量PWM逆变器SVPWM VSI，调制获得三相交流电，驱动异步电机运行。

更进一步是：所述PI调节器，PI调节器的输出量

比例调节系数；K_I：积分调节系数；e(t)：给定量与反馈量的差值；PI调节器的传递函数为： $G\left(s\right)=K_p+\frac{K_I}{s}.$

所述转子磁链

ψ_re：电机额定磁场，f：电机运行频率，f_e：电机额定频率。

本发明的积极效果：

本发明电动汽车用异步电机矢量控制方法，在司机给出转矩给定

确定后，通过计算公式获得异步驱动电机d轴电流给定和q轴电流给定

这样的确定方式，使司机给出的转矩给定能快速转变成d、q轴电流给定，从而达到了转矩快速响应的目的。将该矢量控制方法用于电动汽车传动系统，实现了电动汽车的全速平稳安全运行，满足了电动汽车对传动系统响应快速的要求。

附图说明

图1是本发明电动汽车用异步电机矢量控制方法框图

图2是本发明空间电压矢量控制的电压型逆变器电路图

图3是本发明励磁电流给定曲线图

具体实施方式

下面结合附图对本发明做进一步详细说明。

实施例：如图1所示，本发明的步骤就是如图1所示的控制框图，它是电机控制系统的核心部分，下面对控制框图进行详细分析说明。异步电机的转速ω_r经过编码器获得。转矩给定由司机根据需要确定，转子磁链ψ_r根据速度由图3中曲线进行确定，d轴电流给定

由公式

确定，q轴电流给定

由公式 $i_{\mathrm{sq}}^{*}=K_m{T}_e^{*}/i_{\mathrm{sd}}^{*}$ 确定。转子位置角 ${\mathrm{\θ}}_s=\∫({\mathrm{\ω}}_r+{\mathrm{\ω}}_{\mathrm{sl}}^{*})\mathrm{dt},$ 而 ${\mathrm{\ω}}_{\mathrm{sl}}^{*}=\frac{L_m{i}_{\mathrm{sq}}^{*}}{T_r{\mathrm{\ψ}}_r}.$ d、q轴电流反馈i_sd、i_sq由电流传感器进行检测，然后分别通过3s/2s、2s/2r变换得到。控制器通过对d、q轴电流进行PI调节，即：分别对d、q轴电流给定

和电流反馈i_sd、i_sq的差值进行PI调节，输出电压

经过2r/2s变换得到控制空间矢量PWM逆变器SVPWM VSI调制获得三相交流电，从而驱动异步电机运行。

上述公式和附图中的符号表示是：

—给定转矩      K_m—电机转矩系数   

—d轴给定电流

—q轴给定电流   i_sd—d轴反馈电流   i_sq—q轴反馈电流

—d轴电压      

—q轴电压      

—α轴电压

—β轴电压     

—给定转差频率  ω_r—转子电角速度

θ_s—转子位置角   ψ_r—转子磁链      L_m—电机互感

T_r—转子时间常数 IM—异步电机

SVPWM VSI—空间矢量PWM逆变器

2r/2s—2相旋转坐标系到2相静止坐标系变换

3s/2s—3相静止坐标系到2相静止坐标系变换

2s/2r—2相静止坐标系到2相旋转坐标系变换

2r/2s $\left\{\begin{array}{c}{u}_{\mathrm{s\α}}^{*}=u_{\mathrm{sd}}^{*}\cos {\mathrm{\θ}}_s-u_{\mathrm{sq}}^{*}\sin {\mathrm{\θ}}_s\\ u_{\mathrm{s\β}}^{*}=u_{\mathrm{sd}}^{*}\sin {\mathrm{\θ}}_s+u_{\mathrm{sq}}^{*}\cos {\mathrm{\θ}}_s\end{array}\right.$   2s/2r $\left\{\begin{array}{c}{i}_d=i_{\mathrm{s\α}}\cos {\mathrm{\θ}}_s+i_{\mathrm{s\β}}\sin {\mathrm{\θ}}_s\\ i_q=i_{\mathrm{s\β}}\cos {\mathrm{\θ}}_s-i_{\mathrm{s\α}}\sin {\mathrm{\θ}}_s\end{array}\right.$

3s/2s $\left\{\begin{array}{c}{i}_{\mathrm{s\α}}=i_a\\ i_{\mathrm{s\β}}=({2i}_b+i_a)/\sqrt{3}\end{array}\right.$ 积分 ${\mathrm{\θ}}_s=\∫({\mathrm{\ω}}_{\mathrm{sl}}^{*}+{\mathrm{\ω}}_r)\mathrm{dt}$

PI调节器的数学函数为： $u\left(t\right)=K_{p}e\left(t\right)+K_I{\∫}_0^{t}e\left(t\right)\mathrm{dt}$

其中：K_p—比例调节系数；K_I—积分调节系数；e(t)—给定量与反馈量的差值；u(t)—PI调节器的输出量。

PI调节器的传递函数为：

如图2所示:空间矢量PWM逆变器SVPWM VSI,图中所用符号：V_dc—直流电压；C—电容；R_g—制动电阻，V₁—V₇：IGBT功率器件组成逆变电路；PWM1—PWM6：主回路的控制脉冲信号；PWM7—制动电路的控制脉冲信号，α轴电压

和β轴电压输入至控制电路，通过SVPWM算法获得PW1—PWM6的六路开关信号，从而控制六个功率器件IGBT，输出需要的三相电压波形。当电机需要进行能耗制动时，通过控制PWM7开通实现能耗制动功能。

如图3所示:励磁电流给定曲线，当异步电机转速大于它的额定频率f_e时，由于逆变器无法提供更高的电压，为了使异步电机运行在更高频率,正向运行频率大于额定频率，反向运行频率小于额定频率的负值，就需要降低异步电机的磁场ψ_r，磁场大小由下式决定：

其中：ψ_re—电机额定磁场 f—电机运行频率 f_e—电机额定频率。

本发明电动汽车用异步电机矢量控制方法，每个参数的明确定义已经说明，对不同的电机，它的取值是不一样的。这里本发明主要是发明了一种异步电机的控制方法，适应于任何异步电机，因此，这些参数是没有确切的取值，这与不同的异步电机有关。电动汽车用异步电机矢量控制方法成功用于电动汽车传动系统中，其产品成功装配于电动客车和电动卡车中运用。

Claims (3)

1.一种电动汽车用异步电机矢量控制方法，包括经过编码器获得异步电机的转速ω_r，转子磁链ψ_r，异步电机互感L_m，转子时间常数T_r，转矩给定，其特征是：包括以下步骤：

步骤1、确定所述异步电机d轴电流给定

q轴电流给定

确定转子位置角 ${\mathrm{\θ}}_s=\∫({\mathrm{\ω}}_r+{\mathrm{\ω}}_{\mathrm{sl}}^{*})\mathrm{dt},{\mathrm{\ω}}_{\mathrm{sl}}^{*}=\frac{L_m{i}_{\mathrm{sq}}^{*}}{T_r{\mathrm{\ψ}}_r};$

步骤2：由电流传感器检测d轴、q轴电流反馈，分别经3相静止坐标系到2相静止坐标系变换3s/2s、2相静止坐标系到2相旋转坐标系变换2s/2r，变换得到电流反馈i_sd、i_sq；

步骤3：由d轴、q轴电流给定和电流反馈i_sd、i_sq的差值，经PI调节器输出电压

经2相旋转坐标系到2相静止坐标系变换2r/2s，变换得到

控制空间矢量PWM逆变器SVPWM VSI，调制获得三相交流电，驱动异步电机运行。

2.根据权利要求1所述电动汽车用异步电机矢量控制方法，其特征在于确定PI调节器的输出量 $u\left(t\right)=K_{p}e\left(t\right)+K_I{\∫}_0^{t}e\left(t\right)\mathrm{dt},$

K_p：比例调节系数；K_I：积分调节系数；e(t)：给定量与反馈量的差值，PI调节器的传递函数为：

3.根据权利要求1所述电动汽车用异步电机矢量控制方法，其特征在于确定转子磁链

ψ_re：电机额定磁场；f：电机运行频率；f_e：电机额定频率。

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