[發明專利]一種電動汽車用永磁同步電機電流控制系統及控制方法

有效

• 申請號: 201410588607.6
• 申請日: 2014-10-28
• 公開（公告）號: CN104283478A
• 公開（公告）日: 2015-01-14
• 發明（設計）人: 張承慧;李珂;劉旭東
• 申請（專利權）人: 山東大學
• 主分類號: H02P21/12
• 分類號: H02P21/12;H02P21/13
• 代理公司: 濟南圣達知識產權代理有限公司 37221
• 代理人: 張勇

技術領域

本發明涉及電動汽車用永磁同步電機(PMSM)電流跟蹤控制方法，尤其涉及一種基于廣義預測控制(GPC)和滑模擾動觀測器的具有強跟蹤性和魯棒性的電動汽車用PMSM電流控制系統及控制方法。

背景技術

隨著能源短缺和環境污染問題的加劇，電動汽車成為21世紀汽車工業的主要發展方向。永磁同步電機因具有效率高、比功率大、功率因數高、可靠性高和便于維護等，在電動汽車等應用領域已被認為具有與異步電動機相競爭的巨大潛力。雖然PMSM具有上述優點，但電動汽車運行時路況復雜，工作環境復雜多變，對其驅動電機系統的性能要求極為苛刻，再加上電機本身具有的非線性，多變量，強耦合等特性，傳統的基于PI的矢量控制方法已不能滿足對電機高性能的要求。因此，一些先進的控制理論，如：反饋線性化控制，滑模控制，自適應控制，反步控制等方法，被應用到這一領域并取得了許多研究成果，但這些方法對電機參數的依賴性強，針對電機的參數變化，負載擾動等，設計擾動觀測器的方法廣泛應用于電機控制中，通過估計擾動值，并用于控制器的補償設計中，抑制參數變化，負載擾動等造成的電機轉速，轉矩的波動。近年來，模型預測控制作為一種新的控制策略，因其具有控制效果好、魯棒性強、對模型精確性要求不高等優化，得到越來越多的重視。模型預測控制利用系統的輸入輸出數據預測未來時刻的輸出，再通過優化含有輸出變量和參考軌跡的成本函數，得到預測控制律，并已應用在機器人，電機，功率變換器等控制領域。同樣，模型預測控制方法在PMSM控制中也證明了其有效性，但目前針對永磁同步電機的控制，大多是采用基于系統離散時間模型的預測控制，并考慮系統約束條件，通過求解二次規劃問題實現在線優化，雖然提高了PMSM控制性能，同時存在計算量大的問題，對控制系統的配置要求較高，限制了其在電驅動系統等高動態非線性系統中的應用。

發明內容

為解決現有技術存在的不足，本發明公開了一種電動汽車用永磁同步電機電流控制系統及控制方法，該方法基于連續時間廣義預測控制和滑模擾動觀測器的電動汽車用永磁同步電機電流控制方法，實現電流的快速穩定跟蹤，是一種運用先進算法實現電機電流控制的新方法。

為實現上述目的，本發明的具體方案如下：

一種電動汽車用永磁同步電機電流控制方法，包括以下步驟：

步驟一：利用轉速/位置檢測模塊得到永磁同步電機的轉速ω和位置角θ，將位置角θ值輸入到第二坐標變換模塊及第三坐標變換模塊中，將電機的轉速ω值與給定的電機轉速值ω_r輸入到PI控制模塊中，經過PI運算得到q軸電流參考值

步驟二：利用電流傳感器采集到永磁同步電機的兩相輸出電流i_a和i_b并將輸出電流i_a和i_b輸入到第一坐標變換模塊中，首先根據電機輸出三相電流之和等于零的原理，求得第三相電流i_c，然后利用電機三相電流i_a，i_b和i_c，經過坐標變換，得到在兩相靜止坐標系下的電流i_α和i_β，最后將第一坐標變換模塊中求得的i_α，i_β以及位置角θ輸入到第二坐標變換模塊得到i_d和i_q。

步驟三：將步驟一中經過PI運算得到q軸電流參考值給定的d軸電流參考值以及第二坐標變換模塊得到的i_d，i_q輸入到電流預測控制模塊得到輸出電壓值；將i_d，i_q以及永磁同步電機轉速值ω輸入到滑模擾動觀測器模塊，經過滑模擾動觀測器模塊得到永磁同步電機擾動的估計值和

步驟四：將步驟三得到的輸出電壓值減去永磁同步電機擾動的估計值和得到控制電壓信號u_d，u_q，將u_d，u_q以及θ輸入到第三坐標變換模塊得到u_α和u_β；

步驟五：將u_α和u_β輸入到空間矢量脈寬調制模塊，得到六路PWM信號輸出，并由PWM信號控制逆變器，由逆變器得到的三相輸出電壓來驅動永磁同步電機的運行。

所述永磁同步電機在d-q同步旋轉坐標系下的數學模型表示為：