電動(dòng)汽車四輪轂電機(jī)偏差耦合協(xié)調(diào)控制研究

趙 賓 戚 慧

（1.南京航空航天大學(xué)金城學(xué)院，江蘇 南京211156；2.國(guó)網(wǎng)新疆電力公司烏魯木齊供電公司，新疆 烏魯木齊830011）

0 引言

電動(dòng)汽車作為新能源汽車的主力軍，具有易操縱、零污染、噪聲低、維修及運(yùn)行成本低等優(yōu)點(diǎn)。尤其是輪轂式電動(dòng)汽車，以其優(yōu)越的控制性能和簡(jiǎn)單的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，成為電動(dòng)汽車行業(yè)的一匹黑馬。

隨著電力電子技術(shù)、電機(jī)控制技術(shù)和自動(dòng)控制技術(shù)的不斷發(fā)展，電控方式成為多電機(jī)同步運(yùn)行的控制方式，但是最初的電控方式是非耦合的，控制精度也不高，因此有學(xué)者提出了交叉耦合控制策略，但交叉耦合控制不適用3臺(tái)以上電機(jī)的同步控制，因此本文對(duì)交叉耦合控制結(jié)構(gòu)進(jìn)行改進(jìn)，提出了偏差耦合控制。

1 多電機(jī)偏差耦合同步控制系統(tǒng)模型

偏差耦合控制方式同步性能好，其中任何一個(gè)電機(jī)因負(fù)載發(fā)生擾動(dòng)而產(chǎn)生轉(zhuǎn)速變化時(shí)，其他電機(jī)的控制器也會(huì)收到波動(dòng)信息，進(jìn)而調(diào)整轉(zhuǎn)速，實(shí)現(xiàn)同步運(yùn)行。偏差耦合控制中，速度補(bǔ)償器發(fā)出的補(bǔ)償信號(hào)是由該臺(tái)電機(jī)的實(shí)際轉(zhuǎn)速分別與其他電機(jī)的實(shí)際轉(zhuǎn)速相減以后，將3個(gè)轉(zhuǎn)速偏差值再相加得到的。結(jié)構(gòu)框圖如圖1所示。

圖1 四電機(jī)偏差耦合同步控制系統(tǒng)原理框圖

偏差耦合控制中，最重要的模塊就是速度補(bǔ)償部分，該部分為每個(gè)電機(jī)提供速度補(bǔ)償。電機(jī)A 的速度補(bǔ)償部分結(jié)構(gòu)圖如圖2所示。

圖2 電機(jī)A 的速度補(bǔ)償結(jié)構(gòu)

2 仿真與分析

對(duì)上述偏差耦合控制進(jìn)行仿真，仿真條件設(shè)置如下：4個(gè)電機(jī)啟動(dòng)時(shí)均為空載，給定轉(zhuǎn)速為750r/min，在0.05s時(shí)，突然給受擾電機(jī)1加載，轉(zhuǎn)矩為20N·m。仿真中4個(gè)電機(jī)各參數(shù)完全相同，所以非受擾電機(jī)2、3、4的變化相同。得到仿真結(jié)果如圖3～5所示。

圖3 突加負(fù)載時(shí)各電機(jī)轉(zhuǎn)速

圖4 突加負(fù)載時(shí)各電機(jī)之間的跟隨誤差

圖5 突加負(fù)載時(shí)各電機(jī)之間的同步誤差

如圖3所示，電機(jī)1的轉(zhuǎn)速迅速下降為620r/min；此時(shí)，其他3個(gè)電機(jī)仍然是空載運(yùn)行，但是電機(jī)2、電機(jī)3、電機(jī)4的轉(zhuǎn)速會(huì)因?yàn)殡姍C(jī)1轉(zhuǎn)速的減小而減小，降為680r/min。0.01s以后，即在0.06s時(shí)，4個(gè)電機(jī)同時(shí)達(dá)到給定轉(zhuǎn)速750r/min，進(jìn)入穩(wěn)態(tài)運(yùn)行。因此，該同步控制方法，在某一個(gè)電機(jī)因擾動(dòng)導(dǎo)致轉(zhuǎn)速發(fā)生改變時(shí)，速度補(bǔ)償器能快速將變化反應(yīng)給其他電機(jī)，使得4個(gè)電機(jī)快速恢復(fù)同步狀態(tài)。

從圖4可以看出，單個(gè)電機(jī)空載啟動(dòng)時(shí)，在極短的時(shí)間內(nèi)，即t＝0.02s時(shí)，轉(zhuǎn)速達(dá)到給定值，快速性好。電機(jī)1 在t＝0.05s突加負(fù)載以后，僅用了0.01s又恢復(fù)到給定值，跟隨誤差變?yōu)?，四電機(jī)同步運(yùn)行，整個(gè)系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)性能好。

從圖5可以看出，4個(gè)電機(jī)在空載啟動(dòng)時(shí)，同步性能很好，能夠同時(shí)達(dá)到給定值，同步誤差為0，但當(dāng)受擾電機(jī)1突加負(fù)載以后，電機(jī)1與其他3個(gè)非受擾電機(jī)出現(xiàn)同步誤差，由于其余3個(gè)電機(jī)運(yùn)行速度相同，因此受擾電機(jī)1與非受擾電機(jī)2、3、4同步誤差同為85r/min，其余3個(gè)非受擾電機(jī)兩兩之間的同步誤差均為0。

3 結(jié)語

仿真結(jié)果表明，整個(gè)系統(tǒng)在運(yùn)行中，當(dāng)某個(gè)電機(jī)受到干擾導(dǎo)致速度發(fā)生變化時(shí)，通過偏差耦合控制方式，其他電機(jī)也能響應(yīng)其變化，并在極短時(shí)間內(nèi)，使4個(gè)電機(jī)恢復(fù)到擾動(dòng)前的狀態(tài)，整個(gè)系統(tǒng)快速性好、魯棒性強(qiáng)。

［1］李崇堅(jiān).交流同步電機(jī)調(diào)速系統(tǒng)［M］.2 版.北京：科學(xué)出版社，2013.

［2］Lu D B，Li J Q，Ouyang M G，et al.Research on hub motor control of four－wheel drive electric vehicle［C］//Vehicle Power and Propulsion Conference（VPPC），IEEE，2011：1－5.

［3］張承慧，石慶升，程金.一種基于相鄰耦合誤差的多電機(jī)同步控制策略［J］.中國(guó)電機(jī)工程學(xué)報(bào)，2007，27（15）：59－63.