[發明專利]基于分數階的電動汽車用永磁同步電機直接轉矩控制系統及方法

無效

• 申請號: 201210066882.2
• 申請日: 2012-03-14
• 公開（公告）號: CN102611368A
• 公開（公告）日: 2012-07-25
• 發明（設計）人: 續丹;房念興;吳婧;雒煥強;曹秉剛
• 申請（專利權）人: 西安交通大學
• 主分類號: H02P6/08
• 分類號: H02P6/08;H02P6/10
• 代理公司: 西安通大專利代理有限責任公司 61200
• 代理人: 徐文權

技術領域

本發明屬于交流電機傳動技術領域，涉及一種基于分數階的電動汽車用永磁同步電機直接轉矩控制系統及方法。

背景技術

能源環境問題和汽車工業面臨的金融危機，使得電動汽車的研究得到了各國的廣泛關注。電動汽車除了在能源環保和節能方面顯示出優越性和強大的競爭力外，在車輛性能方面也顯示出巨大的優勢。電動汽車的轉矩響應迅速、加速快、比燃油汽車高出2個數量級，電機可分散配置，通過線傳電子控制技術直接控制車輪轉速，易實現四輪獨立驅動和四輪轉向；電動汽車將成為汽車發展的一種趨勢和必然。

電動機和驅動控制系統是電動汽車的關鍵部件，要使電動汽車具有良好的使用性能，驅動電機應具有調速范圍寬，轉速高，啟動轉矩大，體積小，質量小，效率高且有動態制動強和能量回饋等特性。永磁同步電機系統具有絕對式碼盤或旋轉變壓器等轉子位置傳感器，具有較高的能量密度和效率，體積小，慣性低，響應快，非常適用于電動汽車的驅動系統，有極好的應用前景。同時，我國擁有豐富的稀土資源，國內的永磁材料的成本有望降低，從而永磁同步電機相比于其他類電機在價格方面也將占有絕對的優勢。

永磁同步電機的直接轉矩控制技術是繼矢量控制之后又一種高性能控制技術。它摒棄了矢量控制的解耦思想，直接對電機的定子磁鏈和轉矩進行控制，具有結構簡單，控制直接，動態響應快的特點。但是作為一種新興的控制方式，直接轉矩控制存在磁鏈和轉矩脈動嚴重，低速性能差的問題。

發明內容

本發明所要解決的技術問題是提供一種基于分數階的電動汽車用永磁同步電機直接轉矩控制系統及方法，實現永磁同步電機控制器的強的魯棒性、高的穩定性和穩態精度的同時，達到控制電機運轉時的快速性和強的抗負載擾動能力。

為解決以上技術問題，本發明采用以下技術方案：

一種基于分數階的電動汽車用永磁同步電機直接轉矩控制系統，包括轉矩磁鏈觀測器、扇區判斷單元、開關狀態信號選擇單元、轉速檢測單元、分數階調節器、磁鏈滯環控制器、轉矩滯環控制器、零矢量選擇單元、逆變器，以及第一、第二和第三運算單元；其中，所述轉矩磁鏈觀測器通過坐標轉換單元連接在永磁同步電機的輸出端，所述轉速檢測單元連接在永磁同步電機的輸出端，所述轉速檢測單元的輸出端通過第一運算單元連接在分數階調節器的輸入端；所述轉矩磁鏈觀測器的輸出端連接在所述扇區判斷單元的輸入端，所述扇區判斷單元的輸出端連接所述開關狀態信號選擇單元；所述轉矩磁鏈觀測器的輸出端同時連接在第二運算單元和第三運算單元的輸入端，其中，所述第二運算單元的輸出端連接在磁鏈滯環控制器的輸入端，所述第三運算單元的輸出端分別連接在轉矩滯環控制器的輸入端和零矢量選擇單元的輸入端；所述磁鏈滯環控制器的輸出端、轉矩滯環控制器的輸出端以及零矢量選擇單元的輸出端分別連接在開關狀態信號選擇的輸入端；所述開關狀態信號選擇單元的輸出端通過逆變器與所述永磁同步電機的輸入端相連。

作為本發明的優選實施例，所述分數階調節器的傳遞函數為：G_fc(s)＝K_P+K_is^-λ+K_ds^μ，其中，0＜λ≤1，0＜μ≤1，K_P為比例增益，K_i為積分系數，K_D為微分系數，λ為積分階次，μ為微分階次；

一種基于分數階的電動汽車用永磁同步電機直接轉矩控制方法，首先將永磁同步電機的電流和電壓信號轉為電機的轉矩和磁鏈信號，接著，通過磁鏈信號確定其所在扇區；同時，永磁同步電機的轉速經與設定轉速比較后通過分數階調節器轉為轉矩；接著，所述分數階調節器輸出的轉矩與電機的實際轉矩經比較后得到轉矩環，所述電機的磁鏈與設定的磁鏈比較后得到磁鏈環，最后通過磁鏈環、轉矩環、磁鏈所在扇區，以及零矢量選擇單元對永磁同步電機進行控制。

作為本發明的優選實施例，所述永磁同步電機的電流和電壓信號轉為電機的轉矩和磁鏈信號前，首先將電流和電壓信號由三相靜止坐標系轉到二相靜止坐標系；

作為本發明的優選實施例，通過磁鏈信號確定其所在扇區時，是通過磁鏈信號在二相靜止坐標系下的兩個分量進行確定的；

作為本發明的優選實施例，對永磁同步電機進行控制的具體方法為：首先通過磁鏈環、轉矩環、磁鏈所在扇區，以及零矢量選擇單元在開關狀態選擇單元內生成6路PWM波，然后通過該PWM波控制逆變器開關的導通，從而實現對永磁同步電機的控制。

一種基于分數階的電動汽車用永磁同步電機直接轉矩控制方法，包括以下步驟：