電動(dòng)車用永磁同步電機(jī)的雙模糊直接轉(zhuǎn)矩控制

丁鐸 盧秀和

摘 ?要：文章以永磁同步電機(jī)直接轉(zhuǎn)矩控制作為研究的出發(fā)點(diǎn)，結(jié)合模糊控制，提出了一種模糊PI+模糊直接轉(zhuǎn)矩的雙模糊DTC控制方法。在模擬工況下對(duì)控制系統(tǒng)的性能進(jìn)行了仿真實(shí)驗(yàn)性能對(duì)比，提高了驅(qū)動(dòng)電機(jī)的轉(zhuǎn)速響應(yīng)和電動(dòng)汽車的加速性能。

關(guān)鍵詞：電動(dòng)汽車;永磁同步電動(dòng)機(jī);直接轉(zhuǎn)矩控制;模糊PI控制;雙模糊直接轉(zhuǎn)矩控制

中圖分類號(hào)：TM341 ? ? ? ? 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A ? ? ? ? 文章編號(hào)：2095-2945（2020）01-0112-02

Abstract： Based on the direct torque control of permanent magnet synchronous motor（PMSM） and fuzzy control， a fuzzy PI+ fuzzy direct torque control method based on double fuzzy DTC is proposed in this paper. The performance of the control system is compared under the simulation condition， and the speed response of the drive motor and the acceleration performance of the electric vehicle are improved.

Keywords： electric vehicle; permanent magnet synchronous motor（PMSM）; direct torque control（DTC）; fuzzy PI control; double fuzzy direct torque control

1 概述

為改善環(huán)境污染以及解決石化能源枯竭問(wèn)題，對(duì)綠色能源的開發(fā)和利用成為人類當(dāng)下的首要任務(wù)，綠色新能源汽車，相比較燃油汽車有諸多優(yōu)勢(shì)。PMSM因其自身體積小、效率高、慣性低等優(yōu)點(diǎn)慢慢走入人們視野作為電動(dòng)汽車的驅(qū)動(dòng)電機(jī)使用。文獻(xiàn)[1]針對(duì)電動(dòng)汽車低速狀態(tài)電動(dòng)機(jī)性能較差這一現(xiàn)狀，提出了一種成本較低的電動(dòng)汽車驅(qū)動(dòng)電機(jī)在低速狀態(tài)下的DTC系統(tǒng)，雖然驅(qū)動(dòng)電機(jī)動(dòng)態(tài)響應(yīng)速率增加，但轉(zhuǎn)矩波動(dòng)較大;文獻(xiàn)[2]設(shè)計(jì)了一種模糊自抗擾DTC系統(tǒng)，解決了傳動(dòng)DTC轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)過(guò)大的問(wèn)題，但轉(zhuǎn)速響應(yīng)慢，無(wú)法應(yīng)用于電動(dòng)汽車;文獻(xiàn)[3-4]采用調(diào)制空間矢量的方式以改進(jìn)永磁電動(dòng)機(jī)DTC系統(tǒng)性能。

盡管模糊DTC系統(tǒng)有效的減小了驅(qū)動(dòng)電機(jī)的轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)，但當(dāng)應(yīng)用于電動(dòng)汽車時(shí)，驅(qū)動(dòng)電機(jī)的轉(zhuǎn)速響應(yīng)慢;控制精度低，缺點(diǎn)較為明顯。本文針對(duì)電動(dòng)汽車用電機(jī)加速過(guò)程中出現(xiàn)的轉(zhuǎn)速響應(yīng)時(shí)間長(zhǎng)，超調(diào)量高，轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)大，汽車抖動(dòng)嚴(yán)重等問(wèn)題，通過(guò)電動(dòng)汽車實(shí)驗(yàn)臺(tái)架模擬加速工況，設(shè)計(jì)了一種模糊PI控制+模糊DTC相結(jié)合的控制系統(tǒng)，通過(guò)Matlab/Simulink仿真實(shí)驗(yàn)，與傳統(tǒng)DTC進(jìn)行了對(duì)比，實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明：該系統(tǒng)能有效的降低轉(zhuǎn)速超調(diào)量以及轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)較大的問(wèn)題，提高轉(zhuǎn)速的控制精度與電動(dòng)汽車的加速性能，較常規(guī)DTC有更好的控制效果。

2 雙模糊DTC系統(tǒng)

為了能夠提高加速工況下的性能，建立了加速工況下的雙模糊DTC系統(tǒng)，該系統(tǒng)由實(shí)驗(yàn)臺(tái)架可控電子負(fù)載、PMSM模塊、轉(zhuǎn)速測(cè)量?jī)x、工況識(shí)別系統(tǒng)、六脈沖PWM發(fā)生器、Clarke逆變換、三相電壓式逆變器、模糊PI控制器、模糊DTC器等部分構(gòu)成，具體結(jié)構(gòu)如圖1所示。

模擬加速工況下的該系統(tǒng)的控制過(guò)程為：將速度設(shè)置n*與電動(dòng)機(jī)的實(shí)際速度n進(jìn)行比較，以產(chǎn)生速度差。輸入e和ec到模糊PI控制器，得到給定的轉(zhuǎn)矩Te*，并通過(guò)轉(zhuǎn)矩估算Te進(jìn)行比較，從而得到轉(zhuǎn)矩偏差ΔTe;將給定的定子參考磁鏈Ψs*與磁鏈估算得到的Ψs進(jìn)行比較，得到磁鏈偏差？駐Ψs;經(jīng)過(guò)扇區(qū)判斷得到定子磁鏈所在扇區(qū)Sa、Sb、Sc。最后，？駐Te、？駐Ψs與磁鏈所在扇區(qū)Sa、Sb、Sc輸入到模糊DTC控制器，經(jīng)過(guò)SVPWM輸出6路PWM信號(hào)來(lái)控制電機(jī)，以提高電機(jī)動(dòng)態(tài)特性，提高系統(tǒng)的穩(wěn)定性。

3 控制系統(tǒng)仿真對(duì)比

為了驗(yàn)證文中提出的控制方法，本文在Matlab/Simulink中搭建了常規(guī)DTC系統(tǒng)、雙模糊DTC系統(tǒng)進(jìn)行仿真對(duì)比，對(duì)PMSM進(jìn)行參數(shù)設(shè)置，仿真時(shí)間設(shè)為0.2s，系統(tǒng)啟動(dòng)負(fù)載轉(zhuǎn)矩為20N·m;啟動(dòng)給定轉(zhuǎn)速500r/min。當(dāng)系統(tǒng)啟動(dòng)到0.1s時(shí)，將給定轉(zhuǎn)速突變到1000r/min，實(shí)驗(yàn)結(jié)果如圖2-圖5所示。

由圖2、圖3的仿真結(jié)果可知：雙模糊DTC系統(tǒng)和常規(guī)DTC系統(tǒng)相比，前者使電機(jī)達(dá)到給定轉(zhuǎn)速的時(shí)間明顯少于后者，前者的轉(zhuǎn)速超調(diào)量為=0.13%，后者的轉(zhuǎn)速超調(diào)量為？滓=3.3%;保持驅(qū)動(dòng)電機(jī)負(fù)載轉(zhuǎn)矩不變，將給定速度從500r/min跳變到1000r/min，雙模糊DTC系統(tǒng)在0.004s內(nèi)完成加速且無(wú)抖動(dòng)，而常規(guī)DTC系統(tǒng)PID則在0.02s完成加速，可知該系統(tǒng)的加速性能更好。由圖4、圖5的仿真結(jié)果可知：雙模糊DTC系統(tǒng)相比于常規(guī)DTC轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)低、控制效果更突出;保持負(fù)載轉(zhuǎn)矩不變，將給定速度從500r/min變?yōu)?000r/min時(shí)，雙模糊DTC系統(tǒng)能夠在0.01s內(nèi)降低轉(zhuǎn)矩并恢復(fù)穩(wěn)定，較常規(guī)DTC系統(tǒng)需要的時(shí)間更短。

4 結(jié)論

本文通過(guò)模擬加速工況和具有直接轉(zhuǎn)矩的雙模糊DTC系統(tǒng)，增強(qiáng)了加速性能和魯棒性，解決了轉(zhuǎn)速超調(diào)量大、轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)大等問(wèn)題。不難看出，雙模糊

DTC系統(tǒng)有效的減小了驅(qū)動(dòng)電機(jī)的轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)與轉(zhuǎn)速超調(diào)，有效提高了驅(qū)動(dòng)電機(jī)的轉(zhuǎn)速響應(yīng)速度與電動(dòng)汽車的性能。

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