关键词：电动汽车;;永磁同步电机;;直接转矩控制;;转矩角;;MT坐标系
摘 要：随着电动汽车关键技术的逐步完善,电动汽车将会成为“零污染”的清洁交通工具,而电机驱动控制系统作为电动汽车四大核心关键技术之一,也获得了广泛的关注。目前,在电动汽车电机驱动系统中,主要使用矢量控制(VC)和直接转矩控制(DTC),但DTC结构简单,对电机参数不敏感,拥有很大优势,并且近年来受到广泛关注和深入研究,完全符合电动汽车的运行要求。因此,本文将围绕电动汽车永磁同步电机DTC控制策略展开研究。首先,本文分析了永磁同步电机的结构和特点,同时给出了常用的坐标系以及不同坐标系之间的相互变换公式,建立了不同坐标系下的PMSM数学模型,阐述了传统DTC技术的原理,并给出了完整的系统控制方案及仿真结果,为后续研究奠定了理论基础。然后,针对传统DTC算法所存在的磁链和转矩脉动大,低速性能差的问题,提出一种基于转矩角的车用永磁同步电机SVM-DTC策略。该算法主要把电机转矩角控制作为出发点,通过电磁转矩闭环直接计算出所需电压矢量的幅值大小,将定子磁链闭环与转矩角前馈相结合计算出所需电压矢量的相角大小,并通过借助空间矢量调制(SVM)技术获得所需的驱动信号。文中在分析电磁转矩和定子磁链幅值调节原理的基础上,给出了系统结构框图和各部分的实现原理,并对控制量间的耦合作用进行了研究。仿真结果表明,该系统的稳态和动态性能比传统DTC算法有明显的改善,同时有效地减小了磁链与转矩脉动,提高了系统的速度动静态性能。最后,为了进一步改善传统DTC算法所存在的上述问题,提出了一种车用永磁同步电机MT坐标系下DTC策略。该算法是在定子磁链同步旋转的MT坐标系下实现的,采用改进式MTPA算法计算参考定子磁链,为满足电压与电流的极限要求,对转矩与磁链采取了限幅措施,进而实现高速稳定运行。通过对定子磁链控制器所产生的磁链误差积分实现定子磁链估算,采用不同电压矢量对逆变器引起的输出电压饱和所产生的定子磁链估算误差进行补偿。同时利用电压矢量计算模块结合SVPWM技术来取替滞环控制器和开关表合成目标电压矢量。仿真结果表明,该系统的稳态和动态性能比上述两种方法都有明显改善,并显著降低了磁链与转矩脉动,具备较好的速度动静态性能。
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