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永磁同步电机电流前馈与电压补偿法的研究

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点击次数:更新时间:2018-06-15 11:06:01

        由于电动汽车的驱动电机及其控制驱动器属于大功率感性负载,在工作时容易对其他车载电器及电子产品 产生传导干扰与辐射干扰,因此提高控制系统及其算法的品质,有利于提高系统的性能和电磁兼容性,也有利于提高整车 的电磁兼容性。文章介绍了利用电流前馈调节和电压补偿法提高电动汽车用内埋式永磁同步电机(IPMSM)控制器的控 制性能和电磁兼容性的方法,在控制算法中增加了电流前馈调节和电压补偿环节,并利用MATLAB/Simulink对系统的控 制算法的可行性和正确性进行了仿真与验证。 

       随着全球能源局势的日趋紧张和生态环境的 日益恶化,新能源汽车的开发与应用问题已成为 各国汽车产业积极探索的热点。电动汽车在经济 性能和环保性能方面有无可比拟的优势,凭借这 些优点成为了现代汽车发展的主要趋势] 。内置式永磁同步电机(IPMSM)因结构简单、运行可 靠、功率因素高、调速宽、适合于恶劣的工作环境 等优势,能够满足电动汽车既能高速飞驰,又能频 繁启动、制动、上下坡、快速超车、紧急刹车等电动 汽车特定的性能要求,所以大量学者掀起了研究 开发、推广应用内置式永磁同步电机的热潮。中 国拥有占世界80%储量的稀土资源,发展永磁同 步电机电机作为电动汽车牵引电机或空调电机具 有得天独厚的优势[3] 。如今,对于内置式永磁同步 电机的控制主要存在矢量控制(FOC)和直接转矩 控制(DTC),由于直接转矩控制算法存在转矩有 脉动,调速范围窄,低速性能差等缺点,所以在电 动车用交流伺服控制系统中多采用矢量控制算 法。本文在采用矢量控制(FOC)算法中增加了两 个环节:第一,电流前馈调节环节,使得一个大的 扰动在未影响输出之前能够被检测到,联合反馈 控制,能够改善控制系统抗干扰的能力;第二,电 压补偿环节,通过对母线电压的测量,能够使得母 线电压波动较小,从而减少传导干扰和辐射干扰。

1.IPMSM数学模型

对于内埋式永磁同步电机IPMSM,在已知电 机的 Ld,Lq 电感的情况下,由于 Ld ≠ Lq ,根据FOC 控制理论可知,在旋转坐标系下IPMSM 的d、q 轴等效电路图如图 1 所示,由等效电路图可得相应 的电压方程。

电压分量方程式表示为:

式中:Rs ——定子绕组相电阻,Ω; id,iq ——定子绕组的d、q轴电流,A; Ld,Lq —— 定子绕组的d、q轴电感,mH; Vd,Vq ——定子绕组的d、q轴电压,V; ωr ——转子角速度,rad/s; ψf ——转子永磁体产生的磁链,Wb。 在正弦稳态时,由于电机的转速相对电信号 的变化速度很小,可忽略,因此 Ld did/dt 和 Lq diq/dt 项可 忽略,则式子(1),(2)可变为:

式中:

 



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