電動汽車電機驅(qū)動控制系統(tǒng)的研究

辛軍　佟永強

【摘 要】研究電動汽車電機驅(qū)動控制系統(tǒng)對電動汽車電力驅(qū)動技術具有重要意義。研究對電機驅(qū)動控制系統(tǒng)進行了設計。主要包括根據(jù)電力汽車對動力源的要求，分析電機的幾種主要調(diào)速策略，并對電動汽車電機驅(qū)動控制策略進行了選擇；根據(jù)選用電機特性，建立了電機驅(qū)動控制系統(tǒng)的控制模型，并確定了該控制系統(tǒng)的結構組成；在完成了增量式PI控制算法的實現(xiàn)的基礎上，利用工程正定法選定了系統(tǒng)PI控制主要參數(shù)，并設計了控制系統(tǒng)的主控制程序。

【關鍵詞】電動汽車；驅(qū)動電機；控制系統(tǒng)；PI控制

1、電動汽車電機驅(qū)動控制策略

電壓控制策略直流電機系統(tǒng)在調(diào)壓調(diào)速特性為：Te=Cm（Udo-CeN）/R；在限制最大輸出電流下，調(diào)壓調(diào)速機械特性，在電壓控制方式下，不同電壓下的外輪廓斜線是一組相互平行的斜線，其斜線斜率由Te=CmId決定。對于一般電動汽車所用電動機，由于其功率較大，所要求的電樞電流也較大，為了提高電動機效率，其電樞回路的電阻R都很小，而Ce、Cm較大，因此這些斜線的斜率都很大。同時在這種控制方式下，控制系統(tǒng)的工作區(qū)域主要在限制最大電流的區(qū)域。采用這種控制方式，油門踏板對應不同的控制電壓，此時一旦電壓高于電機反電動勢，控制系統(tǒng)及其容易進入限流控制區(qū)，車輛以最大驅(qū)動力矩行駛，這顯然是跟傳統(tǒng)駕駛特性不同的。

轉(zhuǎn)速控制策略是電機轉(zhuǎn)速閉環(huán)控制的駕駛感覺與傳統(tǒng)內(nèi)燃機車不同，閉環(huán)控制是控制踏板的不同位置決定其不同的行駛速度。

力矩控制策略對永磁直流電機系統(tǒng)，采用積分作用（如PI規(guī)律）進行調(diào)節(jié)的電流負反饋控制實際上屬于力矩控制。電流閉環(huán)控制，在理想電源條件下，永磁直流電動機得力矩-轉(zhuǎn)速特性為平行于轉(zhuǎn)速軸的直線。其曲線方程為：Te=CmId.

電機驅(qū)動控制策略的選擇是驅(qū)動電機選取調(diào)節(jié)電機輸出力矩的控制策略，駕駛員的控制指令在瞬時對應于電機輸出力矩，在穩(wěn)態(tài)對應于輸出轉(zhuǎn)速的控制。為了達到駕駛員期望的行駛速度，駕駛員通過對電機電樞電流的相應控制實現(xiàn)的，通過調(diào)節(jié)電流的大小可以控制汽車的行駛速度，通過駕駛員對車輛行駛速度調(diào)節(jié)就實現(xiàn)了電機的轉(zhuǎn)速閉環(huán)控制，如果把駕駛員也看成一個控制環(huán)節(jié)，這樣就形成了一個外環(huán)有駕駛員參與的轉(zhuǎn)速閉環(huán)控制，內(nèi)環(huán)為電機電樞電流的雙閉環(huán)控制系統(tǒng)，這種控制策略適合于人工操縱的車輛的驅(qū)動駕駛。

2、電動驅(qū)動控制系統(tǒng)的控制模型

電機驅(qū)動控制系統(tǒng)的結構是駕駛員對電機的操縱指令被轉(zhuǎn)換成可變的電壓信號，與電樞電流的反饋電壓信號比較后，通過主控制器的控制算法輸出控制電壓Uc，通過改變PWM變換電路的占空比來控制電機端電壓的平均值，調(diào)節(jié)電機電流和轉(zhuǎn)速。

3、電機驅(qū)動控制器算法的實現(xiàn)

增量式PI控制算法的實現(xiàn)，首先從CAN總線讀取PI控制器的參數(shù)，通過定時器每間隔Ts 中斷一次，完成一次PI控制計算，不斷調(diào)整被控參數(shù)，LPC2119中的PWM單元根據(jù)控制參數(shù)的變化，調(diào)整PWM輸出波形的占空位，完成實時控制任務。