模糊控制在純電動(dòng)汽車直流無刷電機(jī)上的應(yīng)用

李旦　金記偉　賈宏遠(yuǎn)

摘要：為了改善純電動(dòng)汽車在直流無刷電機(jī)控制下的擾動(dòng)性能，文中在傳統(tǒng)PI的基礎(chǔ)上將模糊算法加入電機(jī)的數(shù)學(xué)模型中，通過MATLAB/SIMULINK將模糊控制器和傳統(tǒng)的PI控制器進(jìn)行仿真對比。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明：當(dāng)受到擾動(dòng)時(shí)模糊控制器能夠迅速恢復(fù)穩(wěn)定。

關(guān)鍵詞：純電動(dòng)汽車；直流無刷電機(jī)；模糊控制；MATLAB仿真

中圖分類號(hào)：TP3 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1009-3044（2018）19-0253-02

電動(dòng)汽車的性能優(yōu)越的參考指標(biāo)之一為驅(qū)動(dòng)性能，而驅(qū)動(dòng)性能的優(yōu)越取決于電機(jī)。由于直流無刷電機(jī)具有質(zhì)量輕、結(jié)構(gòu)簡單、效率高、高可靠性等優(yōu)點(diǎn)[1]，現(xiàn)已被作為純電動(dòng)汽車電機(jī)的首選。與其他電機(jī)相比，直流無刷電機(jī)調(diào)速系統(tǒng)是一個(gè)多變量、強(qiáng)耦合的復(fù)雜系統(tǒng)，所以使用傳統(tǒng)的PI難以滿足一些高性能、高精度的場合[2-3]。文獻(xiàn)[4]將模糊控制加入傳統(tǒng)PI當(dāng)中，該控制器能夠提高系統(tǒng)的控制精度，從而能較好地滿足實(shí)際生產(chǎn)需求。本文通過MATLAB/SIMULINK將模糊控制器加入PI控制器當(dāng)中，較好地解決了直流無刷電機(jī)強(qiáng)耦合問題，從而達(dá)到純電動(dòng)汽車在行駛時(shí)突然改變負(fù)載能夠迅速恢復(fù)穩(wěn)定的要求。

1 BLDCM的工作原理

直流無刷電機(jī)的繞組方式有Y型連接和三角形連接兩種。本文采用Y型連接方式，同時(shí)三相繞組主回路采用三相全橋電路。主要是三相半橋的單個(gè)開關(guān)管只能控制一相的通斷，因此各相電樞繞組的通電時(shí)間只為一個(gè)周期的三分之一，從而導(dǎo)致部分元器件沒有發(fā)揮作用。本文采用三相全橋二二導(dǎo)通的BLDCM，電路如圖1[5]。

兩兩導(dǎo)通工作即任意時(shí)刻只有2個(gè)功率管處于導(dǎo)通狀態(tài)，其共有6種工作狀態(tài)。每個(gè)周期內(nèi)，電機(jī)每隔600電角度換向一次，每相繞組正反導(dǎo)通各1200電角度[6] 。開關(guān)元器件的導(dǎo)通順序?yàn)閂1V4，V1V6，V3V6，V3V2，V5V2，V5V4。由于電機(jī)為三相完全對稱，故每相產(chǎn)生的轉(zhuǎn)矩大小相等，且其合成轉(zhuǎn)矩為單相轉(zhuǎn)矩的[3]倍。

2 BLDCM的數(shù)學(xué)模型

在模糊PI控制模塊的基礎(chǔ)上通過把計(jì)算誤差變化率與誤差同時(shí)添加到控制器中構(gòu)成參數(shù)自整定模糊PI控制模塊，通過控制器對參數(shù)進(jìn)行調(diào)節(jié)，從記憶模塊中獲得的上一時(shí)刻調(diào)整量與傳統(tǒng)的PI參數(shù)初值相加，從而得到參數(shù)實(shí)時(shí)在線修正的目的。改進(jìn)后的控制器模塊如圖3所示：

4 仿真實(shí)驗(yàn)結(jié)果及分析

仿真使用的無刷直流電機(jī)參數(shù)如下：額定電壓UN=12V；額定轉(zhuǎn)速nN=3000r/min；額定轉(zhuǎn)矩TN=0.03N·m；轉(zhuǎn)動(dòng)慣量J=0.9×10-5kg·m2；定子相繞組自感L=0.21×10-3H；相繞組電阻R=0.6Ω，極對數(shù)p=8。給定初始轉(zhuǎn)速1000rpm，起始時(shí)為空載，在t=0.1s時(shí)將負(fù)載轉(zhuǎn)矩增加到0.03 N·m，在0.2s時(shí)將轉(zhuǎn)速上升至2000rpm。對兩種控制器進(jìn)行電機(jī)電磁轉(zhuǎn)矩仿真實(shí)驗(yàn)，其仿真結(jié)果圖4所示的電機(jī)電磁轉(zhuǎn)矩曲線。

電機(jī)空載工作時(shí)，改善后的控制器作用下的電機(jī)控制系統(tǒng)在電機(jī)啟動(dòng)時(shí)轉(zhuǎn)矩波動(dòng)較小，而在轉(zhuǎn)速上升時(shí)能快速恢復(fù)到原來的轉(zhuǎn)矩。

5 結(jié)束語

為了提高BLDCM控制系統(tǒng)的精準(zhǔn)度，文中設(shè)計(jì)出參數(shù)自整定模糊PI 控制器。在仿真軟件Matlab的環(huán)境下，將傳統(tǒng)的PI 控制器和改進(jìn)后的控制器添加到到速度控制環(huán)中，進(jìn)行實(shí)驗(yàn)。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明：改進(jìn)后控制器可提高電機(jī)的轉(zhuǎn)矩利用率。

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