CN112688409B - 一种基于eso的纯电动汽车母线电容放电系统及方法 - Google Patents

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Abstract

一种基于ESO的纯电动汽车母线电容放电系统及方法，该系统主要包括控制器、动力电池、断路器、DC/DC变换器、母线电容、逆变器和三相永磁同步电机。该方法将永磁同步电机绕组作为能量泄放器。该方法将放电过程分为三个阶段，首先在弱磁降压阶段通过在d轴施加一固定电流，使母线电压迅速下降到安全电压，系统进入恒压阶段；在恒压阶段采用ESO对系统放电阶段的总损耗进行观测，并进行前馈补偿，将母线电压稳定在安全电压，当转速降至安全转速以下，进入自由减速阶段，d轴和q轴电流逐渐减小到0；通过上述三个阶段，实现了紧急情况下纯电动汽车驱动系统母线电容安全、快速地放电，避免了母线电压出现浪涌现象，具有鲁棒性强，安全性高。

Description

一种基于ESO的纯电动汽车母线电容放电系统及方法
技术领域
本发明涉及一种母线电容放电方法，具体来说涉及一种基于ESO的纯电动汽车母线电容放电系统及方法。
背景技术
由于永磁同步电机具有功率密度高、效率高和控制简单，在纯电动汽车动力驱动中获得了越来越广泛的应用。电动汽车驱动系统主要包括电机、电机驱动器和电机控制器，其中电机驱动器又包括三相逆变器、双向DC/DC功率变换器、母线电容以及在电池和电容之间的断路器。驱动器中的母线电容具有平波和功率交换的作用；在电动汽车行驶过程中，遇到突发情况(例如车祸)时，驱动器的断路器会迅速动作，切断电池和驱动器之间的连接，防止对乘客造成二次伤害。根据联合国车辆监管条例ECE R94，在发生紧急情况下，断路器应迅速断开，并且驱动系统的电压要在5s内迅速降低到安全电压(vsafe，通常为60V)。但目前电动汽车的电压等级越来越高，例如特斯拉Model 3和蔚来ES8汽车的电池电压都是350V，所以在紧急情况下将驱动系统电压降至安全电压的快速性和安全性显得尤为重要。
一般遇到紧急情况时，电动汽车永磁同步电机驱动器会关闭功率管，防止产生其他问题，但这会造成母线电容中的能量无法释放，将母线电压维持在一个危险的高压水平。所以目前主要有三种放电策略，一种是在母线电容和电池之间增加放电回路，但这会增加驱动器的成本和体积；第二种是将三相驱动器短路，从而使能量消耗在三相驱动器功率器件上，但这样存在放电电流不可控，会损毁三相驱动器的功率器件；还有一种是将永磁同步电机绕组作为放电电阻，将能量耗散在绕组上，该方法具有结构简单，成本低和可靠性高等优点，但可能会存在母线电压浪涌现象以及放电速度慢的问题。
ESO(Extended State Observer，扩张状态观测器)可以对系统中所有的内部、外部以及未建模动态都进行估计，可以实现对系统所有未知部分的实时估计和补偿，所以应用于电动汽车母线电容放电可以实现对系统所有损耗的估计和补偿，实现母线电压的稳定和抑制浪涌，提高了系统的鲁棒性。
发明内容
针对现有技术所存在的上述技术问题，本发明提供了一种基于ESO的纯电动汽车母线电容放电系统及方法，本方法具有放电速度快、鲁棒性强和不产生浪涌电压等优点，通过扩张状态观测器观测系统总损耗功率，在转速下降到安全转速前将母线电压稳定在安全电压，抑制了母线电压浪涌现象，提高了系统抗参数摄动和外界扰动能力，缩短了母线电压放电时间。
为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：
本发明的其中一个目的在于提供一种基于ESO的纯电动汽车母线电容放电系统，包括动力电池、断路器、DC/DC变换器、母线电容、逆变器、永磁同步电机和控制器；所述DC/DC变换器的输入侧接动力电池，DC/DC变换器的输出侧与母线电容、逆变器三者并联；逆变器输出侧接三相永磁同步电机；断路器设置在动力电池的动力输出电路上；
所述的控制器包括：
第一坐标系变换模块，其用于采集永磁同步电机的三相电流并将其进行坐标转换，得到实时测量的d轴电流和q轴电流；
PI控制器模块，其用于根据d轴电流、q轴电流的给定值和实时测量值，根据给定值和实时测量值的误差，计算d轴和q轴对应的需要施加到逆变器的电压值；
第二坐标系变换模块，其用于将PI控制器模块输出的d轴和q轴的电压值转换为
Figure 171307DEST_PATH_IMAGE001
坐标系下的电压值；
SVPWM控制模块，其用于根据
Figure 619606DEST_PATH_IMAGE001
坐标系下的电压值，采用SVPWM控制算法对逆 变器进行控制；
ESO模块，其用于对永磁同步电机的总损耗功率进行观测，并对q轴电流进行前馈补偿；
状态切换模块，其用于控制ESO模块的使能与否。
本发明的另一个目的在于提供一种基于上述的纯电动汽车母线电容放电系统的放电方法，包括以下步骤：
（1）根据永磁同步电机在dq坐标系下的数学模型，建立基于母线电容存储的系统能量模型，并针对系统能量模型建立基于扩张状态观测器的观测模型；
（2）当发生紧急情况时，断开断路器，进入放电状态，在PI控制器模块对应的d轴和 q轴分别给定一固定电流值
Figure 805867DEST_PATH_IMAGE002
和
Figure 732235DEST_PATH_IMAGE003
，状态切换模块切换到第一状态，ESO模块不使能，且
Figure 953132DEST_PATH_IMAGE004
，并实时获取母线电压值和永磁同步电机转速值；
（3）当母线电压下降到预设的安全电压值时，状态切换模块切换到第二状态，ESO模块使能，由ESO的控制律得到q轴电流的最终给定值，从而将母线电压一直维持在安全电压值，直至永磁同步电机转速值达到预设的安全转速值；
（4）状态切换模块切换到第一状态，ESO模块不使能，
Figure 41174DEST_PATH_IMAGE005
且逐渐变为0。
与现有技术相比，本发明的有益技术效果如下：
（1）传统的放电方法为了实现快速放电，通常会给q轴通入电流，较大的q轴电流会导致从动能转换为电能的速率加快，但是系统总的能量消耗能力并没有增加，所以增加的电能会给电容充电，使母线电压快速升高，形成浪涌。本发明通过将初始给定的q轴电流作为扩张状态观测器的输入，将总的功率损耗作为新的扩张量，估算出系统总的损耗功率，并进行前馈补偿，得到q轴电流的最终实时给定值，实现了恒压控制，有效避免了母线电容和逆变器开关管击穿的现象发生，放电安全性能高，能够适应于目前电动汽车的电压等级越来越高的发展趋势。
（2）基于本发明提出的在恒压阶段的放电控制策略，使得本发明能够实现快速将母线电压降至安全电压，实现了母线电压的快速放电，减少了电击的危险。
（3）本发明的放电系统直接将永磁同步电机绕组作为放电器，省去了常规驱动器的母线电容电压泄放电路，具有结构简单、体积小和工程性强的特点。
附图说明
图1为本发明实施例示出的一种基于ESO的纯电动汽车母线电容放电系统的结构示意图；
图2为本发明实施例示出的一种基于ESO的纯电动汽车母线电容放电方法的控制框图；
图3为本发明实施例示出的一种基于ESO的纯电动汽车母线电容放电方法流程图；
图4 为图3所示的放电方法原理曲线图；
图5为放电过程母线电压出现浪涌的仿真波形图示意图；
图6 为采用本发明放电方法下永磁同步电机的转速下降波形示意图；
图7为采用本发明放电方法下母线电压放电的波形示意图。
具体实施方式
为了更为具体地描述本发明，下面结合附图及具体实施方式对本发明的技术方案进行详细说明。
如图1所示，本实施中，基于ESO的纯电动汽车母线电容放电系统包括动力电池、断路器、DC/DC变换器、母线电容、逆变器、永磁同步电机和控制器；所述DC/DC变换器的输入侧接动力电池，DC/DC变换器的输出侧与母线电容、逆变器三者并联；逆变器输出侧接三相永磁同步电机；断路器设置在动力电池的动力输出电路上；
所述的控制器包括：
第一坐标系变换模块，其用于采集永磁同步电机的三相电流并将其进行坐标转换，得到实时测量的d轴电流和q轴电流；
PI控制器模块，其用于根据d轴电流、q轴电流的给定值和实时测量值，根据给定值和实时测量值的误差，计算d轴和q轴对应的需要施加到逆变器的电压值；
第二坐标系变换模块，其用于将PI控制器模块输出的d轴和q轴的电压值转换为
Figure 839366DEST_PATH_IMAGE006
坐标系下的电压值；
SVPWM控制模块，其用于根据
Figure 179211DEST_PATH_IMAGE007
坐标系下的电压值，采用SVPWM控制算法对逆变 器进行控制；
ESO模块，其用于对永磁同步电机的总损耗功率进行观测，并对q轴电流进行前馈补偿；
状态切换模块，其用于控制ESO模块的使能与否。
上述系统的工作原理为：将永磁同步电机绕组作为能量泄放器，省去常规驱动器的母线电容电压泄放电路，根据永磁同步电机在dq坐标系下的数学模型，建立基于母线电容存储的系统能量模型，并针对系统能量模型建立基于扩张状态观测器的观测模型。
以上所描述的系统实施例仅仅是示意性的，例如所述模块的划分，可以为一种逻辑功能划分，实际实现时可以有另外的划分方式，例如多个模块可以结合或者可以集成到另一个系统，或一些特征可以忽略，或不执行。另一点，所显示或讨论的相互之间的模块可以是通过一些接口实现连接，可以是电性或其它的形式。
利用上述系统实现纯电动汽车母线电容放电的过程分为三个阶段，分别是弱磁降压阶段，恒压阶段，自由减速阶段。
弱磁降压阶段：当发生紧急情况时，断开断路器，进入放电状态，在PI控制器模块 对应的d轴和q轴分别给定一固定电流值
Figure 379248DEST_PATH_IMAGE008
和
Figure 782066DEST_PATH_IMAGE009
，状态切换模块切换到第一状态，ESO模块 不使能，且
Figure 67554DEST_PATH_IMAGE010
，并实时获取母线电压值和永磁同步电机转速值。在该阶段中，通过 在d轴施加一固定电流，对永磁同步电机进行弱磁控制，保证了母线电压迅速下降到安全电 压。
恒压阶段：当母线电压下降到预设的安全电压值时，状态切换模块切换到第二状态，ESO模块使能，由ESO的控制律得到q轴电流的最终给定值，从而将母线电压一直维持在安全电压值，直至永磁同步电机转速值达到预设的安全转速值。在该阶段中，采用扩张状态观测器对系统放电阶段的总损耗进行观测，并进行前馈补偿，保证了母线电压稳定在安全电压。
自由减速阶段：状态切换模块切换到第一状态，ESO模块不使能，
Figure 70145DEST_PATH_IMAGE011
且 逐渐变为0，实现在紧急情况下纯电动汽车驱动系统母线电容安全、快速地放电。
下面结合图3，对各个阶段进行详细介绍。
（1）电动汽车出现紧急情况时，断路器断开，并立即在d轴施加一固定电流
Figure 55DEST_PATH_IMAGE012
， 使永磁同步电机的反电势迅速降至安全电压，对应于图4中a~b段。
（2）当母线电压降至安全电压时，控制方法切换到基于ESO的恒压控制，通过对放电阶段系统总的损耗功率的估计使母线电压一直维持在安全电压，防止母线出现电压浪涌现象，对应于图4中b~c段。浪涌现象产生是由于为了实现快速放电，通常会给q轴也通入电流，比较大的q轴电流会导致从动能转换为电能的速率加快，但是系统总的能量消耗能力并没有增加，所以增加的电能会给电容充电，使母线电压快速升高，形成浪涌，如图5所示。浪涌会导致母线电压迅速升高超过额定电压，造成母线电容和逆变器开关管的击穿，还有可能造成对乘客的二次伤害。
上述总的损耗功率的估计的具体实施过程如下：
以三相表贴式永磁同步电机为例，建立三相表贴式永磁同步电机dq坐标系下的数学模型：
Figure 961058DEST_PATH_IMAGE013
其中，
Figure 343629DEST_PATH_IMAGE014
分别是永磁同步电机的d轴电流和q轴电流，
Figure 149911DEST_PATH_IMAGE015
分别是永磁同步 电机的d轴电压和q轴电压，
Figure 199907DEST_PATH_IMAGE016
分别是永磁同步电机的d轴电感和q轴电感，
Figure 800652DEST_PATH_IMAGE017
为定子 相电阻，
Figure 60732DEST_PATH_IMAGE018
是机械角速度，
Figure 546071DEST_PATH_IMAGE019
是电气角速度，
Figure 309628DEST_PATH_IMAGE020
是极对数，
Figure 487800DEST_PATH_IMAGE021
是永磁体磁链，
Figure 969596DEST_PATH_IMAGE022
是摩擦 系数，
Figure 258626DEST_PATH_IMAGE023
是永磁同步电机的转动惯量，
Figure 876690DEST_PATH_IMAGE024
是电磁转矩，
Figure 350396DEST_PATH_IMAGE025
是母线电容值，
Figure 194856DEST_PATH_IMAGE026
为开关损耗，
Figure 881052DEST_PATH_IMAGE027
和
Figure 757216DEST_PATH_IMAGE028
分别是母线电压和电流。
联立上式得到母线电容存储的系统能量模型，表示为：
Figure 401824DEST_PATH_IMAGE029
其中，左侧的
Figure 733580DEST_PATH_IMAGE030
代表母线电容的存储能量，
Figure 223467DEST_PATH_IMAGE031
；右侧第一项表示永磁同步 电机输出的电磁功率，右侧第二项表示逆变器的开关损耗功率，右侧第三项表示永磁同步 电机的电阻消耗的功率，右侧第四项表示永磁同步电机等效电感上储存的能量。
上式表明永磁同步电机输出的电磁功率经过开关损耗、电机自身电阻损耗和等效储能后，用于增加电容的能量，即电容的母线电压调节。
定义上式中
Figure 816122DEST_PATH_IMAGE032
，其中：
Figure 506998DEST_PATH_IMAGE033
为电容储存能量，
Figure 591628DEST_PATH_IMAGE034
是与转速相关的非线性函数，
Figure 150786DEST_PATH_IMAGE035
是电气角速度。
则方程可写为
Figure 738893DEST_PATH_IMAGE036
定义
Figure 194145DEST_PATH_IMAGE037
为系统总的损耗功率，用
Figure 625126DEST_PATH_IMAGE038
表示，即
Figure 597762DEST_PATH_IMAGE039
联立上式得
Figure 430588DEST_PATH_IMAGE040
式中
Figure 197687DEST_PATH_IMAGE041
是
Figure 850385DEST_PATH_IMAGE042
的一阶导数，
Figure 626712DEST_PATH_IMAGE043
是输出值。
考虑到在制动放电过程中，永磁同步电机绕组温度会改变很大，导致电阻会发生 较大变化，所以
Figure 48466DEST_PATH_IMAGE044
可以重新写为：
Figure 111100DEST_PATH_IMAGE045
式中，
Figure 141109DEST_PATH_IMAGE046
表示定子相电阻，
Figure 845759DEST_PATH_IMAGE047
表示因为温度增加导致的定子相电阻偏移值，而 这部分变化并不需要实际获取到，这部分误差导致的功率变化也包含在
Figure 997386DEST_PATH_IMAGE048
中，所以
Figure 496501DEST_PATH_IMAGE048
中 包含了参数摄动的误差和未建模动态，因此具有较强的鲁棒性。
根据上述的理论分析结果，建立基于扩张状态观测器的二阶观测模型，表示为：
Figure 999157DEST_PATH_IMAGE049
其中，
Figure 976341DEST_PATH_IMAGE050
为母线电容能量的估计值和反馈值之间的误差；
Figure 372687DEST_PATH_IMAGE051
为母线电容能量的 估计值，是系统母线电容能量
Figure 918069DEST_PATH_IMAGE052
的观测值；
Figure 767076DEST_PATH_IMAGE053
为母线电容能量的实际值，
Figure 423316DEST_PATH_IMAGE054
表示母线电容 能量的估计值的导数；
Figure 674169DEST_PATH_IMAGE055
为总损耗功率的估计值，是系统损耗功率
Figure 515086DEST_PATH_IMAGE056
的观测值；
Figure 992335DEST_PATH_IMAGE057
是总 损耗功率的估计值的导数；
Figure 576900DEST_PATH_IMAGE058
和
Figure 557626DEST_PATH_IMAGE059
为增益系数，
Figure 569444DEST_PATH_IMAGE060
和
Figure 127464DEST_PATH_IMAGE061
为阶数，
Figure 391087DEST_PATH_IMAGE062
，
Figure 350952DEST_PATH_IMAGE063
和
Figure 406108DEST_PATH_IMAGE064
为 可调因子，增益系数
Figure 982583DEST_PATH_IMAGE065
通常取为
Figure 643372DEST_PATH_IMAGE066
，而
Figure 598689DEST_PATH_IMAGE067
通常取为
Figure 217890DEST_PATH_IMAGE068
，
Figure 625868DEST_PATH_IMAGE069
为系统期望的带宽，后续 仿真中
Figure 355927DEST_PATH_IMAGE070
取300；对于本系统
Figure 165751DEST_PATH_IMAGE071
为1，
Figure 955853DEST_PATH_IMAGE072
为0.5，
Figure 975761DEST_PATH_IMAGE073
和
Figure 119298DEST_PATH_IMAGE074
取相同的值，均为0.01；
Figure 908262DEST_PATH_IMAGE075
为和 转速相关的非线性函数，
Figure 744631DEST_PATH_IMAGE076
表示输入值，此处即为q轴电流的给定值。
Figure 517415DEST_PATH_IMAGE077
表示fal函数，本实施例采用的fal函数为：
Figure 199063DEST_PATH_IMAGE078
其中，
Figure 373693DEST_PATH_IMAGE079
表示阶数，
Figure DEST_PATH_IMAGE080
表示可调因子，
Figure 646542DEST_PATH_IMAGE081
是符号函数，
Figure 641043DEST_PATH_IMAGE082
表示取绝对值。
由ESO的控制律得到q轴电流的最终给定值，所述的ESO的控制律如下所示：
Figure 129312DEST_PATH_IMAGE083
其中，
Figure 158448DEST_PATH_IMAGE084
为给定母线安全电压下母线电容的能量，k为比例增益系数；根据ESO的控 制律实现母线电容放电，结合图2对ESO控制律进行以下说明：
首先，对ESO进行初始化，包括初始化ESO（扩张状态观测器）输出的母线电容能量 的估计值
Figure 805461DEST_PATH_IMAGE085
，总损耗功率的估计值
Figure 552837DEST_PATH_IMAGE086
；根据系统设定的安全电压，由
Figure 841867DEST_PATH_IMAGE087
获得安全电压时母线电容的能量，作为系统的参考值；
根据初始化的
Figure 459930DEST_PATH_IMAGE088
和
Figure 933637DEST_PATH_IMAGE089
，计算初始q轴电流的给定值
Figure 778096DEST_PATH_IMAGE090
：
Figure 464292DEST_PATH_IMAGE091
；
其次，采集系统参数，包括母线电压值、永磁同步电机的速度信号
Figure 343387DEST_PATH_IMAGE092
、母线电容 值、永磁体磁链等，实时计算母线电容能量反馈值
Figure 722415DEST_PATH_IMAGE093
，非线性函数
Figure 913225DEST_PATH_IMAGE094
，母线电容 能量的估计值和反馈值之间的误差
Figure 544058DEST_PATH_IMAGE095
，将
Figure 402292DEST_PATH_IMAGE096
和
Figure 827589DEST_PATH_IMAGE097
作为ESO（扩张状态观测器）的 输入，得到母线电容能量的实时估计值
Figure 771274DEST_PATH_IMAGE098
和总损耗功率的实时估计值
Figure 799273DEST_PATH_IMAGE099
；利用ESO输出 的系统损耗的估计值
Figure 387380DEST_PATH_IMAGE100
除以非线性函数
Figure 373791DEST_PATH_IMAGE101
得到的前馈补偿电流
Figure 411629DEST_PATH_IMAGE102
，
Figure 508898DEST_PATH_IMAGE103
减去该补 偿电流
Figure 951512DEST_PATH_IMAGE104
得到系统实际给定
Figure 843245DEST_PATH_IMAGE105
。在后续的过程中，利用ESO实时输出的两个估计值来计 算得到
Figure 761522DEST_PATH_IMAGE106
。
上述中的
Figure 6690DEST_PATH_IMAGE107
值是通过ESO（扩张状态观测器）输出的估计值
Figure 694023DEST_PATH_IMAGE108
减去实际值
Figure 897602DEST_PATH_IMAGE109
得到 的，非线性函数
Figure 37597DEST_PATH_IMAGE110
是通过永磁同步电机的速度信号
Figure 476668DEST_PATH_IMAGE111
乘以
Figure 893874DEST_PATH_IMAGE112
获得的。
（3）当转速降低到安全转速时，系统控制策略切换到自由减速阶段，此时d轴和q轴电流均为零，对应于图4中c~d段。
以下对本发明所提出的基于ESO的母线电容放电方法的测试，所采用的永磁同步电机的参数如下表所示：
Figure 392989DEST_PATH_IMAGE113
仿真中，设计系统放电电流最大120A，所以设定
Figure 895645DEST_PATH_IMAGE114
，得到的放电过程曲 线如图7所示。在0.5s时刻系统发出放电请求，此时d轴电流迅速达到给定值，母线电压迅速 降低到安全电压，状态切换开关切到2状态，控制策略切换到基于ESO的恒母线电压控制方 法。并将母线电压稳定在设定值60V，等到转速降为安全转速114rad/s时，系统进入自由减 速阶段，母线电压逐渐降为0，放电过程转速下降曲线如图6。整个放电过程持续了3.6秒，和 图5相比，虽然慢了0.2s，但母线电压没有出现浪涌现象，所以本发明满足放电要求的快速 性和安全性，并具有较强的鲁棒性。
上述的对实施例的描述是为便于本技术领域的普通技术人员能理解和应用本发明。熟悉本领域技术的人员可以对本方案进行修改或者替换，而不脱离本发明技术方案和原理，这些均应在本发明的保护范围之内。

Claims (7)

1.一种基于ESO的纯电动汽车母线电容放电系统，其特征在于，包括动力电池、断路器、DC/DC变换器、母线电容、逆变器、永磁同步电机和控制器；所述DC/DC变换器的输入侧接动力电池，DC/DC变换器的输出侧与母线电容、逆变器三者并联；逆变器输出侧接三相永磁同步电机；断路器设置在动力电池的动力输出电路上；
所述的控制器包括：
第一坐标系变换模块，其用于采集永磁同步电机的三相电流并将其进行坐标转换，得到实时测量的d轴电流和q轴电流；
PI控制器模块，其用于根据d轴电流、q轴电流的给定值和实时测量值，根据给定值和实时测量值的误差，计算d轴和q轴对应的需要施加到逆变器的电压值；
第二坐标系变换模块，其用于将PI控制器模块输出的d轴和q轴的电压值转换为α和β坐标系下的电压值；
SVPWM控制模块，其用于根据α和β坐标系下的电压值，采用SVPWM控制算法对逆变器进行控制；
ESO模块，其用于对永磁同步电机的总损耗功率进行观测，并对q轴电流进行前馈补偿；所述的ESO模块表示为：
Figure FDA0003036798430000011
其中，eP为母线电容能量的估计值和反馈值之间的误差，
Figure FDA0003036798430000012
为母线电容能量的估计值，Pc为母线电容能量的实际值，
Figure FDA0003036798430000013
表示母线电容能量的估计值的导数，
Figure FDA0003036798430000014
为总损耗功率的估计值，
Figure FDA0003036798430000015
是总损耗功率的估计值的导数；β1和β2为增益系数，α1和α2为阶数，δ1和δ2为可调因子，fal(·)表示fal函数，g(ω)是与转速相关的非线性函数；u表示输入值，此处即为q轴电流的给定值；
状态切换模块，其用于控制ESO模块的使能与否。
2.一种基于权利要求1所述的纯电动汽车母线电容放电系统的放电方法，其特征在于，包括以下步骤：
(1)根据永磁同步电机在dq坐标系下的数学模型，建立基于母线电容存储的系统能量模型，并针对系统能量模型建立基于扩张状态观测器的观测模型；
(2)当发生紧急情况时，断开断路器，进入放电状态，在PI控制器模块对应的d轴和q轴分别给定一固定电流值
Figure FDA0003036798430000021
和
Figure FDA0003036798430000022
状态切换模块切换到第一状态，ESO模块不使能，且
Figure FDA0003036798430000023
Figure FDA0003036798430000024
并实时获取母线电压值和永磁同步电机转速值；
(3)当母线电压下降到预设的安全电压值时，状态切换模块切换到第二状态，ESO模块使能，由ESO的控制律得到q轴电流的最终给定值，从而将母线电压一直维持在安全电压值，直至永磁同步电机转速值达到预设的安全转速值；
(4)状态切换模块切换到第一状态，ESO模块不使能，
Figure FDA0003036798430000025
且逐渐变为0。
3.根据权利要求2所述的纯电动汽车母线电容放电系统的放电方法，其特征在于，所述的永磁同步电机在dq坐标系下的数学模型，表示为：
Figure FDA0003036798430000026
Figure FDA0003036798430000027
Figure FDA0003036798430000028
Figure FDA0003036798430000029
Figure FDA00030367984300000210
Figure FDA00030367984300000211
其中，id、iq分别是永磁同步电机的d轴电流和q轴电流，vd、vq分别是永磁同步电机的d轴电压和q轴电压，Ld、Lq分别是永磁同步电机的d轴电感和q轴电感，Rs为定子相电阻，ωm是机械角速度，ωe是电气角速度，np是极对数，ψm是永磁体磁链，Bm是摩擦系数，J是永磁同步电机的转动惯量，Te是电磁转矩，C是母线电容值，Pswitch为开关损耗，vdc和idc分别是母线电压和电流。
4.根据权利要求3所述的纯电动汽车母线电容放电系统的放电方法，其特征在于，所述母线电容存储的系统能量模型，表示为：
Figure FDA00030367984300000212
其中，左侧的Pc代表母线电容的存储能量，
Figure FDA0003036798430000031
右侧第一项表示永磁同步电机输出的电磁功率，右侧第二项表示逆变器的开关损耗功率，右侧第三项表示永磁同步电机的电阻消耗的功率，右侧第四项表示永磁同步电机等效电感上储存的能量。
5.根据权利要求2所述的纯电动汽车母线电容放电系统的放电方法，其特征在于，所述的基于扩张状态观测器的观测模型表示为：
Figure FDA0003036798430000032
其中，eP为母线电容能量的估计值和反馈值之间的误差，
Figure FDA0003036798430000033
为母线电容能量的估计值，Pc为母线电容能量的实际值，
Figure FDA0003036798430000034
表示母线电容能量的估计值的导数，
Figure FDA0003036798430000035
为总损耗功率的估计值，
Figure FDA0003036798430000036
是总损耗功率的估计值的导数；β1和β2为增益系数，α1和α2为阶数，δ1和δ2为可调因子，fal(·)表示fal函数，g(ω)是与转速相关的非线性函数；u表示输入值，此处即为q轴电流的给定值。
6.根据权利要求5所述的纯电动汽车母线电容放电系统的放电方法，其特征在于，所述的fal函数为：
Figure FDA0003036798430000037
其中，α表示阶数，δ表示可调因子，sign(·)是符号函数，|·|表示取绝对值。
7.根据权利要求5所述的纯电动汽车母线电容放电系统的放电方法，其特征在于，所述的ESO的控制律如下：
Figure FDA0003036798430000038
其中，
Figure FDA0003036798430000039
为给定母线安全电压下母线电容的能量，k为比例增益系数，
Figure FDA00030367984300000310
为q轴电流的初始给定值，
Figure FDA00030367984300000311
为母线电容能量的估计值，
Figure FDA00030367984300000312
为总损耗功率的估计值，g(ω)是与转速相关的非线性函数，
Figure FDA00030367984300000313
为q轴电流的最终给定值。
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