CN206712698U - 电动车辆驱动系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种电动车辆驱动系统，包括DC/DC变换单元、逆变器、永磁同步电机、Cark变换模块、Park变换模块、转子位置传感器、分数阶PID调节器、电流调节器、Park逆变换模块、和脉冲宽度调制模块；所述转子位置传感器的输入端连接永磁同步电机的转子参数输出端，转子位置传感器的转子位置输出端连接Park变换模块的转子位置数据输入端；转子位置传感器的转子角速度数据输出端连接第一比较器的反向输入端，第一比较器的正向输入端与转速给定信号相连；第一比较器的输出端与分数阶PID调节器的输入端连接。本实用新型提高了系统控制效果。

Description

电动车辆驱动系统

技术领域

总的而言本实用新型涉及车辆，特别涉及一种电动车辆驱动系统。

背景技术

电动车辆，例如电动汽车，越来越受到人们的青睐。目前电动汽车的驱动一般采用蓄电池+永磁电机的模式，控制系统采用开环/闭环控制。对于开环控制而言，车辆(车速)不能精确的跟随给定，已逐步淘汰。在闭环控制中，当前一般采用速度闭环控制方式，其采用传统的PID调节器对给定速度与实际速度的偏差进行调节，根据调整结果控制逆变器的输出。这种控制方式，系统响应速度慢，调整过程中易出现超调，实际速度围绕设定值长时间振动，这样就造成在车辆提速过程中驾驶者感觉车速不稳定。除此之外，目前电动车辆一般采用斩波升压(boost)的方式对蓄电池的输出电压进行升压，这种方式开关管损耗大，功率因数低。

实用新型内容

针对现有技术的缺陷，本实用新型提供了一种电动车辆驱动系统。

一种电动车辆驱动系统，其特征在于，包括DC/DC变换单元、逆变器、永磁同步电机、Cark变换模块、Park变换模块、转子位置传感器、分数阶PID调节器、电流调节器、Park逆变换模块、和脉冲宽度调制模块；所述转子位置传感器的输入端连接永磁同步电机的转子参数输出端，转子位置传感器的转子位置输出端连接Park变换模块的转子位置数据输入端；转子位置传感器的转子角速度数据输出端连接第一比较器的反向输入端，第一比较器的正向输入端与转速给定信号相连；第一比较器的输出端与分数阶PID调节器的输入端连接，分数阶PID调节器的输出端连接第二比较器的正向输入端，第二比较器的反向输入端与Park变换模块的q轴电流输出端相连；d轴电流给定值与第三比较器的正向输入端相连，第三比较器的反向输入端与Park变换模块的d轴电流输出端相连；第二比较器和第三比较器的输出端与电流调节器相连，电流调节器的输出端通过Park逆变换模块与脉冲宽度调制模块相连，脉冲宽度调制模块输出调制信号至逆变器，逆变器接收DC/DC变换单元的输出电压Vo，根据调制信号打开/关闭逆变器中的IGBT。

本实用新型的有益效果是：采用转速外环、电流内环的双闭环控制结构，转速可以快速跟随给定，提高了系统响应速度；通过采用分数阶PID使得系统具有了更大的调节范围，获得了比传统PID更好的控制品质及更强的鲁棒性，保证了电机平稳运行，避免电机出现过调制。

附图说明

图1为本实用新型系统整体结构示意图；

图2为本实用新型驱动系统的结构示意图；

图3为本实用新型控制结果比较图。

具体实施方式

为使本实用新型的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图对本实用新型的具体实施方式做详细的说明，使本实用新型的上述及其它目的、特征和优势将更加清晰。在全部附图中相同的附图标记指示相同的部分。并未刻意按比例绘制附图，重点在于示出本实用新型的主旨。

首先结合附图1对本实用新型的系统结构做说明。本实用新型提供了一种电动车辆驱动系统，系统包括：DC/DC变换单元、逆变器、永磁电机、MCU(主控单元)，以及位置检测电路、电流检测电路等。DC/DC变换单元与电池相连，DC/DC变换单元的输出端连接逆变器，逆变器与永磁电机相连，通过永磁电机驱动车辆运行。通过电压传感器分别检测DC/DC变换单元的输入电压Vin和输出电压Vo，通过电流传感器检测逆变器的输出电压ia、ib，通过霍尔元件检测永磁电机的实际转速ω_m和转子位置，这些检测信号被送入MCU，MCU根据这些检测信号分别向DC/DC变换单元和逆变器输出驱动信号G1、G2，从而调节DC/DC变换单元和逆变器的输出。

整个系统由一块MCU处理器控制运行，各个部分协调运行，人机交换部分可采用LCD和按键实现(图中未示出)。MCU控制逆变器中IGBT的导通频率，从而实现永磁同步电机线圈磁场顺序变化驱动电机运转；霍尔位置检测电路检测不导通线圈反电动势的零点变化判断电机转子的磁极位置，控制电机按照设定的转速运行；电流检测电路通过实时检测电机线圈的相电流，并与MCU处理器中电机理论模型进行比较，实现电机的闭环控制，以及实现电机的过压、过流保护。

下面对本实用新型中驱动系统的控制结构做详细介绍，请参阅图2。驱动系统采用转速外环、电流内环的双闭环结构，它包括Cark变换模块、Park变换模块、转子位置传感器、分数阶PID调节器、电流调节器、Park逆变换模块、脉冲宽度调制模块和逆变器。

其中，转子位置传感器的输入端连接永磁同步电机的转子参数输出端，转子位置传感器的转子位置输出端连接Park变换模块的转子位置数据输入端；转子位置传感器的转子角速度数据输出端连接第一比较器的反向输入端，第一比较器的正向输入端与转速给定信号相连，转速给定信号可以由油门踏板给出。第一比较器的输出端与分数阶PID调节器的输入端连接。分数阶PID调节器的输出端连接第二比较器的正向输入端，第二比较器的反向输入端与Park变换模块的q轴电流输出端相连。本实用新型中采用d轴电流恒零控制，即d轴电流给定值恒为零，这一给定值与第三比较器的正向输入端相连，第三比较器的反向输入端与Park变换模块的d轴电流输出端相连。第二比较器和第三比较器的输出端与电流调节器相连，电流调节器的输出端通过Park逆变换模块与脉冲宽度调制模块相连，脉冲宽度调制模块输出调制信号至逆变器，逆变器接收DC/DC变换单元的输出电压Vo，根据调制信号打开/关闭逆变器中的IGBT，从而输出可变频率的电压信号至永磁电机。

通过转子位置传感器采集永磁同步电机的转子位置θ、实际转速ωm，通过电流传感器采集逆变器输出的其中两相ia、ib，ia、ib经过Clark变换和Park变换，得到永磁同步电机在dq轴坐标系下的等效电流id和iq。第一比较器将转速给定值与实际转速ωm进行比较，偏差信号经过分数阶PID调节器调节，分数阶PID调节器的输出值作为q轴的电流给定值d轴电流给定值

第二比较器对iq与进行比较，第三比较器对id与进行比较，第二比较器和第三比较器的比较结果送入电流调节器，通过电流调节器调节后得到dq轴坐标系下的q轴电压给定值和d轴电压给定值Park逆变换模块对和进行Park逆变换后，依次输出给脉冲宽度调制模块和逆变器，从而得到永磁同步电机的三相输入电压，驱动永磁同步电机运行。

将本实用新型的双闭环+分数阶PID+电流限幅环的控制系统与传统的单比环速度调节系统进行对比，图3为控制结果的对比图，图中曲线a为给定的阶跃信号，曲线b为本实用新型驱动系统的速度响应曲线，曲线C为传统单闭环系统的响应曲线。通过对比可以看出，本实用新型的驱动系统转速响应平滑、快速，没有超调、振荡的现象，大大改善了系统驱动效果。

本说明书中的各个实施例均采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似的部分互相参见即可。对于本申请的方法实施例而言，由于其与装置实施例基本相似，所以描述的比较简单，相关之处参见装置实施例的部分说明即可。

在以上的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本实用新型。但是以上描述仅是本实用新型的较佳实施例而已，本实用新型能够以很多不同于在此描述的其它方式来实施，因此本实用新型不受上面公开的具体实施的限制。同时任何熟悉本领域技术人员在不脱离本实用新型技术方案范围情况下，都可利用上述揭示的方法和技术内容对本实用新型技术方案做出许多可能的变动和修饰，或修改为等同变化的等效实施例。凡是未脱离本实用新型技术方案的内容，依据本实用新型的技术实质对以上实施例所做的任何简单修改、等同变化及修饰，均仍属于本实用新型技术方案保护的范围内。

Claims (1)

1.一种电动车辆驱动系统，其特征在于，包括DC/DC变换单元、逆变器、永磁同步电机、Cark变换模块、Park变换模块、转子位置传感器、分数阶PID调节器、电流调节器、Park逆变换模块、和脉冲宽度调制模块；所述转子位置传感器的输入端连接永磁同步电机的转子参数输出端，转子位置传感器的转子位置输出端连接Park变换模块的转子位置数据输入端；转子位置传感器的转子角速度数据输出端连接第一比较器的反向输入端，第一比较器的正向输入端与转速给定信号相连；第一比较器的输出端与分数阶PID调节器的输入端连接，分数阶PID调节器的输出端连接第二比较器的正向输入端，第二比较器的反向输入端与Park变换模块的q轴电流输出端相连；d轴电流给定值与第三比较器的正向输入端相连，第三比较器的反向输入端与Park变换模块的d轴电流输出端相连；第二比较器和第三比较器的输出端与电流调节器相连，电流调节器的输出端通过Park逆变换模块与脉冲宽度调制模块相连，脉冲宽度调制模块输出调制信号至逆变器，逆变器接收DC/DC变换单元的输出电压Vo，根据调制信号打开/关闭逆变器中的IGBT。