一種電動汽車用永磁同步電機(jī)電流控制系統(tǒng)及控制方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種電動汽車用永磁同步電機(jī)電流控制系統(tǒng)及控制方法，轉(zhuǎn)速/位置檢測模塊，用于檢測永磁同步電機(jī)的轉(zhuǎn)速值ω及位置角θ；電流傳感器，第一坐標(biāo)變換模塊，第二坐標(biāo)變換模塊，PI速度環(huán)控制器，用于將轉(zhuǎn)速/位置檢測模塊得到的電機(jī)轉(zhuǎn)速值ω與給定的電機(jī)轉(zhuǎn)速值ωr經(jīng)過PI運算得到q軸電流參考值電流環(huán)預(yù)測控制模塊，滑模擾動觀測模塊，第三坐標(biāo)變換模塊空間矢量脈寬調(diào)制模塊，用于將uα和uβ計算得到六路PWM信號輸出，并由PWM信號控制逆變器，由此得到三相輸出電壓來驅(qū)動電機(jī)的運行。采用先進(jìn)的連續(xù)時間廣義預(yù)測控制方法用于電動汽車用永磁同步電機(jī)的電流跟蹤控制中，具有計算量小，控制效果好等優(yōu)點。
【專利說明】-種電動汽車用永磁同步電機(jī)電流控制系統(tǒng)及控制方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及電動汽車用永磁同步電機(jī)（PMSM)電流跟蹤控制方法，尤其涉及一種 基于廣義預(yù)測控制（GPC)和滑模擾動觀測器的具有強(qiáng)跟蹤性和魯棒性的電動汽車用PMSM 電流控制系統(tǒng)及控制方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 隨著能源短缺和環(huán)境污染問題的加劇，電動汽車成為21世紀(jì)汽車工業(yè)的主要發(fā) 展方向。永磁同步電機(jī)因具有效率高、比功率大、功率因數(shù)高、可靠性高和便于維護(hù)等，在電 動汽車等應(yīng)用領(lǐng)域已被認(rèn)為具有與異步電動機(jī)相競爭的巨大潛力。雖然PMSM具有上述優(yōu) 點，但電動汽車運行時路況復(fù)雜，工作環(huán)境復(fù)雜多變，對其驅(qū)動電機(jī)系統(tǒng)的性能要求極為苛 亥IJ，再加上電機(jī)本身具有的非線性，多變量，強(qiáng)耦合等特性，傳統(tǒng)的基于PI的矢量控制方法 已不能滿足對電機(jī)高性能的要求。因此，一些先進(jìn)的控制理論，如：反饋線性化控制，滑?？?制，自適應(yīng)控制，反步控制等方法，被應(yīng)用到這一領(lǐng)域并取得了許多研究成果，但這些方法 對電機(jī)參數(shù)的依賴性強(qiáng)，針對電機(jī)的參數(shù)變化，負(fù)載擾動等，設(shè)計擾動觀測器的方法廣泛應(yīng) 用于電機(jī)控制中，通過估計擾動值，并用于控制器的補(bǔ)償設(shè)計中，抑制參數(shù)變化，負(fù)載擾動 等造成的電機(jī)轉(zhuǎn)速，轉(zhuǎn)矩的波動。近年來，模型預(yù)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(qiáng)、對模型精確性要求不高等優(yōu)化，得到越來越多的重視。模型預(yù)測控 制利用系統(tǒng)的輸入輸出數(shù)據(jù)預(yù)測未來時刻的輸出，再通過優(yōu)化含有輸出變量和參考軌跡的 成本函數(shù)，得到預(yù)測控制律，并已應(yīng)用在機(jī)器人，電機(jī)，功率變換器等控制領(lǐng)域。同樣，模型 預(yù)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(jī)的控制，大多是 采用基于系統(tǒng)離散時間模型的預(yù)測控制，并考慮系統(tǒng)約束條件，通過求解二次規(guī)劃問題實 現(xiàn)在線優(yōu)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(tǒng)的配置要 求較高，限制了其在電驅(qū)動系統(tǒng)等高動態(tài)非線性系統(tǒng)中的應(yīng)用。
【發(fā)明內(nèi)容】
[0003] 為解決現(xiàn)有技術(shù)存在的不足，本發(fā)明公開了一種電動汽車用永磁同步電機(jī)電流控 制系統(tǒng)及控制方法，該方法基于連續(xù)時間廣義預(yù)測控制和滑模擾動觀測器的電動汽車用永 磁同步電機(jī)電流控制方法，實現(xiàn)電流的快速穩(wěn)定跟蹤，是一種運用先進(jìn)算法實現(xiàn)電機(jī)電流 控制的新方法。
[0004] 為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明的具體方案如下：
[0005] -種電動汽車用永磁同步電機(jī)電流控制方法，包括以下步驟：
[0006] 步驟一：利用轉(zhuǎn)速/位置檢測模塊得到永磁同步電機(jī)的轉(zhuǎn)速ω和位置角Θ，將位 置角Θ值輸入到第二坐標(biāo)變換模塊及第三坐標(biāo)變換模塊中，將電機(jī)的轉(zhuǎn)速ω值與給定的 電機(jī)轉(zhuǎn)速值輸入到ΡΙ控制模塊中，經(jīng)過ΡΙ運算得到q軸電流參考值
【權(quán)利要求】
1. 一種電動汽車用永磁同步電機(jī)電流控制方法，其特征是，包括以下步驟： 步驟一：利用轉(zhuǎn)速/位置檢測模塊得到永磁同步電機(jī)的轉(zhuǎn)速《和位置角e，將位置角 e值輸入到第二坐標(biāo)變換模塊及第三坐標(biāo)變換模塊中，將電機(jī)的轉(zhuǎn)速《值與給定的電機(jī) 轉(zhuǎn)速值輸入到pi控制模塊中，經(jīng)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(jī)的兩相輸出電流込和ib并將輸出電流ia和ib輸入到第一坐標(biāo)變換模塊中，首先根據(jù)電機(jī)輸出三相電流之和等于零的原理，求得第 三相電流i。，然后利用電機(jī)三相電流ia，ib和i。，經(jīng)過坐標(biāo)變換，得到在兩相靜止坐標(biāo)系下的 電流1和％，最后將第一坐標(biāo)變換模塊中求得的ia，ie以及位置角9輸入到第二坐標(biāo)變 換模塊得到id和iq。步驟三：將步驟一中經(jīng)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(biāo)變換模塊得到的id，iq輸入到電流預(yù)測控制模塊得到輸出電壓 值，將id，iq以及永磁同步電機(jī)轉(zhuǎn)速值《輸入到滑模擾動觀測器模塊，經(jīng)過滑模擾動觀測器 模塊得到永磁同步電機(jī)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(jī)擾動的估計值和^得到控制 電壓信號ud，uq，將ud，uq以及0輸入到第三坐標(biāo)變換模塊得到u a和ue ; 步驟五：將ua和ue輸入到空間矢量脈寬調(diào)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(qū)動永磁同步電機(jī)的運行。
2. 如權(quán)利要求1所述的一種電動汽車用永磁同步電機(jī)電流控制方法，其特征是，所述 永磁同步電機(jī)在d-q同步旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系下的數(shù)學(xué)模型表示為：
式中，Ld和Lq為d_q同步旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系下的定子電感，id，i q，ud，uq分別為d_q坐標(biāo)系下 的定子電流和電壓，Rs為定子電阻，np為極對數(shù)，《為轉(zhuǎn)子機(jī)械角速度，〇為永磁體產(chǎn)生的 磁鏈，fd，4為由參數(shù)變化引起的擾動量。
3. 如權(quán)利要求2所述的一種電動汽車用永磁同步電機(jī)電流控制方法，其特征是，所述 永磁同步電機(jī)的數(shù)學(xué)模型表示成非線性系統(tǒng)，令x= [Ldid [ud [fd T, y = h(x) = [id iJT,得到非線性系統(tǒng)：
4. 如權(quán)利要求1所述的一種電動汽車用永磁同步電機(jī)電流控制方法，其特征是，所述 步驟三中，針對不考慮擾動d的標(biāo)稱系統(tǒng)，系統(tǒng)輸出id，iq對輸入的相對階為P = 1，取系 統(tǒng)輸入的控制階r = 0,并將輸出夕(/)對時間的0到P次求導(dǎo)，將預(yù)測輸出+ T)在t時刻 按泰勒級數(shù)展開，直到第P+r次得
然后將上式（3)表示成>(/ +幻=「(1)1?(/)的形式，同理，參考輸出由泰勒級數(shù)展開得
為使成本函數(shù)達(dá)到最小，由此得標(biāo)稱系統(tǒng)的電流預(yù)測控制律： w = -G...1 -九）(4) 其中，
為參考電流，gn和gl2為 gl(x)的列向 量，K e R2X2是由f |p7.的前兩行組成的矩陣，且
其中，
5. 如權(quán)利要求4所述的一種電動汽車用永磁同步電機(jī)電流控制方法，其特 征是，所述步驟三中，在考慮實際擾動d的情況下，系統(tǒng)的廣義預(yù)測控制律表示為
6. 如權(quán)利要求5所述的一種電動汽車用永磁同步電機(jī)電流控制方法，其特征是，所述 復(fù)合擾動觀測值的求取具體過程為： 首先構(gòu)造滑模擾動觀測器
式中，
由式（6)得
取滑模擾動觀測器的Lyapunov函數(shù)
叨
選取明.>1《丨*則0,由此得f < 0，所以滑模擾動觀測值i = -(V + /) --
7.如權(quán)利要求1所述的一種電動汽車用永磁同步電機(jī)電流控制方法的控制系統(tǒng)，其特 征是，包括： 轉(zhuǎn)速/位置檢測模塊，用于檢測永磁同步電機(jī)的轉(zhuǎn)速值《及位置角0 ; 電流傳感器，用于采集永磁同步電機(jī)兩相輸出電流13和ib并輸入到第一坐標(biāo)變換模 塊； 第一坐標(biāo)變換模塊，用于將兩相輸出電流13和ib經(jīng)過坐標(biāo)變換得到在兩相靜止坐標(biāo)系 下的電流i a和i e ; 第二坐標(biāo)變換模塊，用于將ia，ie以及位置角0經(jīng)過兩相靜止到兩相旋轉(zhuǎn)的坐標(biāo)變 換得到id和iq ; PI速度環(huán)控制器，用于將轉(zhuǎn)速/位置檢測模塊得到的電機(jī)轉(zhuǎn)速值《與給定的電機(jī)轉(zhuǎn)速 值&經(jīng)過PI運算得到q軸電流參考值& 電流環(huán)預(yù)測控制模塊，用于將q軸電流參考值 <、給定的d軸電流參考值/I以及第二坐 標(biāo)變換模塊得到的id，iq進(jìn)行預(yù)測運算得到輸出電壓值； 滑模擾動觀測模塊，用于將將id，iq以及電機(jī)轉(zhuǎn)速值《作為輸入，經(jīng)過觀測器得到永磁 同步電機(jī)擾動的估計值.元和.之； 第三坐標(biāo)變換模塊，用于將電流環(huán)預(yù)測控制模塊得到的輸出電壓值分別減去擾動的估 計值尤和/,，得到控制電壓信號ud，Uq，將Ud，Uq以及0經(jīng)過兩相旋轉(zhuǎn)到兩相靜止的坐標(biāo)變 換得到Ua和ue ; 空間矢量脈寬調(diào)制模塊，用于將11。和110計算得到六路PWM信號輸出，并由PWM信號控 制逆變器，由此得到三相輸出電壓來驅(qū)動電機(jī)的運行。
【文檔編號】H02P21/13GK104283478SQ201410588607
【公開日】2015年1月14日 申請日期:2014年10月28日 優(yōu)先權(quán)日:2014年10月28日
【發(fā)明者】張承慧, 李珂, 劉旭東 申請人:山東大學(xué)