[發明專利]一種電動車交流異步驅動電機的柔性控制系統和方法

有效

• 申請號: 201110432408.2
• 申請日: 2011-12-21
• 公開（公告）號: CN102403953A
• 公開（公告）日: 2012-04-04
• 發明（設計）人: 鄭剛;況明偉;任亞輝;張登
• 申請（專利權）人: 中國東方電氣集團有限公司
• 主分類號: H02P21/14
• 分類號: H02P21/14;H02P27/06
• 代理公司: 成都天嘉專利事務所(普通合伙) 51211
• 代理人: 方強

技術領域

本發明涉及新能源汽車的智能控制技術，具體是一種電動車交流異步驅動電機的柔性控制系統和方法。

背景技術

全球性的石油危機和日益惡化的環境污染是21世紀人類面臨的重要問題，而在我國這一問題顯得尤為突出。用電動車代替傳統內燃機車是解決這些問題的有效方法，也是現代汽車行業發展的必然趨勢。

在電動車的發展過程中，車身設計、驅動系統、能源系統和能量管理系統已成為四大關鍵技術，其中驅動系統扮演著至關重要的角色。目前電動車電機驅動系統主要包括異步電機和永磁同步電機的驅動系統，也有部分采用了開關磁阻電機組成的交流驅動系統。這幾種系統各有特色，但是針對應用最為廣泛的交流異步電機驅動系統，交流異步電機具有結構簡單、堅固耐用、成本低廉、轉速極限高等優點。

電動車電機驅動系統控制策略的核心是根據駕駛員動作分析其駕駛意圖，并綜合考慮動力系統狀態，得到期望轉矩然后向電機驅動系統發出指令，使行駛狀態盡可能快速、準確地達到工況要求和滿足駕駛員的駕駛目的。在此過程中為滿足駕駛員對舒適性的要求，控制策略的選取必須保證在整個電驅動調速范圍內轉速能夠平穩的變化。此外，由于電動車工作在恒定速度、加速過載、高速弱磁等工況時的控制參數及控制目標有著明顯差異，這樣就導致了在進行工況切換的過程中電機容易產生轉速波動。如何能實現在工況切換時保證電動車速度的平穩變化已成為目前急需解決的問題。

矢量控制作為現今技術最成熟、實用性最強、運用最為廣泛的電動車電機控制方法，其基本原理是通過采集電機三相電流，經過坐標變換、磁鏈觀測等一系列變換處理得到控制所需的實際反饋量，然后結合駕駛員踏板輸入的轉速指令，利用轉速、轉矩和磁鏈控制器的調節得到控制PWM輸出的兩相靜止電壓，采用空間矢量脈寬調制（SVPWM）的方法得到三相正弦電壓輸出控制電機的運行。

雖然傳統的矢量控制方法已經能夠控制電動車電機的正常運行，但當輸入信號階躍變化或在工況切換的時候，電機轉速會出現波動。這樣的波動會給駕駛員帶來沖擊感，同時也影響電動車電驅動系統的穩定性和效率。

為解決此問題，本專利提出了一種柔性控制的策略，該策略采用一個統一的控制器將電動車的轉速恒定、加速過載、高速弱磁三種工況的切換轉化為對控制量輸出限幅閾值的改變，而控制的核心部分本身采用統一的控制策略。這種柔性控制不但繼承了傳統矢量控制原有的優點，更避免了在工況的切換時帶來的轉速波動，提高了控制的平穩性。

發明內容

本發明旨在傳統的電動車電機矢量控制的基礎上，結合平穩性及柔順性等因素，提出了一種電動車交流異步驅動電機的柔性控制系統和方法，解決工況切換過程中控制參數及控制目標的突變而引起的轉速波動的問題，采用統一的控制器將電動車的轉速恒定、加速過載、高速弱磁三種工況的切換轉化為對控制量輸出限幅閾值的改變，避免了在工況的切換時帶來的轉速波動，提高控制的平穩性。

為實現上述目的，本發明技術方案如下：

一種電動車交流異步驅動電機的柔性控制系統，其特征在于包括：

轉速控制器ASR，用于控制電動車交流異步驅動電機的實時轉速的大小跟蹤上參考設定轉速；

電壓控制器AVR，用于控制電動車交流異步驅動電機的實時磁鏈的大小跟蹤上電機的額定磁鏈；

反向PI控制器（反向比例積分控制器），用于轉速控制器ASR或電壓控制器AVR中的最大限幅值或最小限幅值產生跳變時平滑輸出；該反向PI控制器在限幅值不變時，由于輸入端為0所以輸出為0；當轉速控制器ASR或電壓控制器AVR的限幅值突變時，所述反向PI控制器產生一個輸出來補償轉速控制器ASR或電壓控制器AVR的輸出，使轉速控制器ASR或電壓控制器AVR的輸出具有柔性；

限幅閾值運算器，用于得出轉速控制器ASR或電壓控制器AVR的限幅閾值的最大值????????????????????????????????????????????????與限幅閾值的最小值，最大值和最小值實時改變。

轉速控制器ASR的輸出端和電壓控制器AVR控制器的輸出端均與反向PI控制器的輸入端連接，反向PI控制器的限幅閾值動態實時可調；所述反向PI控制器的輸入端接入限幅閾值運算器。

所述轉速控制器ASR和電壓控制器AVR均采用限幅閾值可隨電動車工況狀態量變化的控制器。

一種電動車交流異步驅動電機的柔性控制方法，其特征在于：

在電動車的轉速恒定、加速過載、高速弱磁三種工況切換過程中，轉速控制器ASR或者電壓控制器AVR的控制量為c；