[發明專利]基于能量平衡的電動汽車用永磁同步電機控制系統及方法

有效

• 申請號: 201810091072.X
• 申請日: 2018-01-30
• 公開（公告）號: CN108092574B
• 公開（公告）日: 2019-09-13
• 發明（設計）人: 裴文卉;張承慧;馬彥君;孫毅
• 申請（專利權）人: 山東交通學院
• 主分類號: H02P6/34
• 分類號: H02P6/34;H02P21/22;H02P21/06;H02P25/026;H02P27/08
• 代理公司: 濟南圣達知識產權代理有限公司 37221
• 代理人: 董雪

1.一種基于能量平衡的電動汽車用永磁同步電機控制系統的控制方法，該控制方法基于一種基于能量平衡的電動汽車用永磁同步電機控制系統，包括：轉速及位置檢測模塊，用于采集永磁同步電機的轉速ω和位置角θ，將位置角θ分別輸入到電流檢測模塊和dq/αβ坐標轉換模塊；將轉速ω輸入到Hamilton速度控制模塊；電流檢測模塊，用于采集永磁同步電機的三相電流i_a、i_b、i_c，并將其轉換為d-q坐標系下的實際電流i_d和i_q，輸入到Hamilton節能控制模塊；Hamilton速度控制模塊，用于基于永磁同步電機的轉速ω和給定的電機轉速值ω_r計算轉速變化率Δω；將Δω輸入到電流計算模塊；電流計算模塊，用于根據接收到的轉速變化率Δω和T_L，采用能量最優算法計算得到最小損耗平衡點的電流值并輸入到Hamilton節能控制模塊；Hamilton節能控制模塊，用于根據接收到的實際電流i_d、i_q和最小損耗平衡點的電流參考值利用Hamilton數學模型計算得到控制電壓值u_d和u_q，再通過dq/αβ坐標轉換模塊轉換為α-β坐標系下的實際電壓u_α和u_β，輸入到電壓調制裝置；電壓調制裝置，用于產生三相輸出電壓來驅動永磁同步電機運行；其特征是，包括以下步驟：

(1)采集永磁同步電機的轉速ω、位置角θ，將位置角θ分別輸入到αβ/dq坐標轉換模塊和dq/αβ坐標轉換模塊；計算轉速ω和給定的電機轉速值ω_r的差值，得到轉速變化率Δω；

(2)基于轉速變化率Δω和T_L，采用能量最優算法計算得到最小損耗平衡點的電流值i_d*，

所述步驟(2)中，基于轉速變化率Δω和T_L，采用能量最優算法計算得到最小損耗平衡點的電流值的具體方法為：

步驟2.1：根據永磁同步電機的d軸等效電路和q軸等效電路，得到永磁同步電機在d-q坐標系下的數學模型；

步驟2.2：假設電動汽車穩態行駛時，根據電動汽車穩態行駛時，d-q坐標系下的數學模型中等于零，且d軸勵磁電感L_md和q軸勵磁電感L_mq相等，求得K為永磁同步電機能量損耗系數；T_L為轉矩；n_p為定子繞組極對數；λ_PM為轉子永磁磁通量；

步驟2.3：根據永磁同步電機的能量損耗P_loss以及能量損耗對系數K的導數的計算公式，求得使永磁同步電機能量損耗最小的系數K值，從而求得

步驟2.4：令d-q坐標系下的數學模型中d軸勵磁電感L_md與d軸電流對時間t的導數的乘積為零，求得L_q分別為q軸電感；ω為轉子機械角速度；R_c為鐵心損耗電阻；

步驟2.5：令d-q坐標系下的數學模型中q軸勵磁電感L_mq與q軸電流對時間t的導數的乘積為零，求得

(3)采集永磁同步電機的三相電流i_a、i_b、i_c，將其通過abc/αβ坐標轉換模塊和αβ/dq坐標轉換模塊得到d-q坐標系下的實際電流i_d和i_q；

(4)基于d-q坐標下的實際電流i_d、i_q和最小損耗平衡點的電流參考值利用Hamilton模型計算得到控制電壓值u_d和u_q；

所述步驟(4)中，基于d-q坐標下的實際電流i_d、i_q和最小損耗平衡點的電流參考值利用Hamilton模型計算得到控制電壓值u_d和u_q的具體方法為：

步驟5.1：定義狀態變量x和能量函數H(x)，構造Hamilton模型

步驟5.2：將永磁發電機在最小損耗平衡點的能量函數H(x^*)與能量函數H(x-x^*)求和，得到閉環期望能量函數H_d(x)；

步驟5.3：對Hamilton模型進行能量整形；

步驟5.4：基于整形前后的Hamilton模型，采用d-q坐標下的實際電流i_d、i_q和最小損耗平衡點的電流值計算得到控制電壓值u_d和u_q；

(5)將位置角θ和得到控制電壓值u_d和u_q通過dq/αβ坐標轉換模塊得到α-β坐標系下的實際電壓u_α和u_β，將其送入到電壓空間矢量脈寬調制模塊中得到各功率管率管開通、關斷的脈寬調制信號，再通過逆變器得到三相輸出電壓來驅動永磁同步電機運行。