電動車驅(qū)動電機(jī)的控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)

劉文豪 何清泉 陳文凱

（天津金箭電動車有限公司，天津 301741）

引言

電動車驅(qū)動電機(jī)的控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)是電動車驅(qū)動電機(jī)生產(chǎn)的重要基礎(chǔ)。采用電動車驅(qū)動電機(jī)的控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)是電動車生產(chǎn)的重要工作內(nèi)容，良好的電動車驅(qū)動電機(jī)的控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)可以提高電動車的質(zhì)量。因此，對電動車驅(qū)動電機(jī)的控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)進(jìn)行研究是十分重要的?；诖?，下文將就電動車驅(qū)動電機(jī)的控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)進(jìn)行詳細(xì)研究。

一、開展電動車驅(qū)動電機(jī)的控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)研究的必要性分析

當(dāng)前，電動汽車作為綠色出行方式得以不斷發(fā)展，由于其綠色節(jié)能的特性，使其需求不斷增大，為了順應(yīng)電動車行業(yè)的發(fā)展趨勢，對電動車驅(qū)動電機(jī)的控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)進(jìn)行研究，以期生產(chǎn)設(shè)計(jì)出性能更加優(yōu)良的電動車驅(qū)動電機(jī)，可以有效推動電動車行業(yè)的發(fā)展。相比于傳統(tǒng)的汽車，電動車具有環(huán)保特質(zhì)，以可再生能源為電動車驅(qū)動，驅(qū)動電機(jī)是電動車的主要動力來源，相當(dāng)于傳統(tǒng)汽車的發(fā)動機(jī)，綠色環(huán)保的特性讓電動車作為目前流行的發(fā)展產(chǎn)物被用戶廣泛接受，提高了電動車的質(zhì)量，因此，必須對電動車驅(qū)動電機(jī)的控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)進(jìn)行研究。

二、電動車驅(qū)動電機(jī)的控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)方法分析

（一）恒功率區(qū)控制策略

當(dāng)電動車驅(qū)動電機(jī)的轉(zhuǎn)速超過一定范圍時，就會進(jìn)入恒定功率區(qū)，之所以進(jìn)入恒定功率區(qū)是為了控制功耗，此時如果想進(jìn)一步提高轉(zhuǎn)速，提高電動車驅(qū)動電機(jī)的驅(qū)動能力，就需要對電流進(jìn)行調(diào)節(jié)。恒功率區(qū)采用電機(jī)弱磁控制，增大轉(zhuǎn)速的機(jī)制是降低勵磁動勢，從而提高電動車驅(qū)動電機(jī)的轉(zhuǎn)速，可以通過漏磁磁路和復(fù)合轉(zhuǎn)子設(shè)計(jì)，也可以提高定子直軸電流。當(dāng)電壓達(dá)到極限時，永磁同步電機(jī) 轉(zhuǎn)子磁鏈就要相應(yīng)的減小，從而避免提高電動車驅(qū)動電機(jī)時電壓不穩(wěn)定，從而對電動車驅(qū)動電機(jī)的運(yùn)行產(chǎn)生影響。在電動車驅(qū)動電機(jī)控制系統(tǒng)中，無論是轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器還是電流調(diào)節(jié)器都采用PI 調(diào)節(jié)器，采用恒功率區(qū)電動車驅(qū)動電機(jī)控制策略的優(yōu)點(diǎn)之一就是電動車驅(qū)動電機(jī)功率保持在較為穩(wěn)定的范圍，當(dāng)提高轉(zhuǎn)速時，也不會使得電壓產(chǎn)生過大影響，從而保證電動車驅(qū)動電機(jī)運(yùn)行的穩(wěn)定性。

（二）恒轉(zhuǎn)矩區(qū)控制策略

相比于恒功率區(qū)控制，恒轉(zhuǎn)矩區(qū)控制的方法比較多樣，比如電流控制、最大效率控制等。當(dāng)電流分量為零時，磁阻轉(zhuǎn)矩也為零，電動車驅(qū)動電機(jī)的控制特性和 他勵直流電機(jī)相似，其中永磁體的存在使得電樞反應(yīng)比較弱，定子電流沒有弱磁 分量，無去磁現(xiàn)象發(fā)生，因此，恒轉(zhuǎn)矩區(qū)控制較為穩(wěn)定，且結(jié)構(gòu)比較簡單。

三、電動車驅(qū)動電機(jī)控制設(shè)計(jì)方法研究

（一）計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)

計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)的實(shí)質(zhì)是利用計(jì)算機(jī)及其圖形設(shè)備幫助使用人員進(jìn)行電動車驅(qū)動電機(jī)設(shè)計(jì)工作。在電動車驅(qū)動電機(jī)系統(tǒng)設(shè)計(jì)中，計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)有以下幾個方面的應(yīng)用：應(yīng)用計(jì)算機(jī)對各種不同的方案進(jìn)行大量的計(jì)算、分析和比較，以決定最優(yōu)方案；將各種各樣的設(shè)計(jì)信息，不論是什么形式的信息，數(shù)字、文字或是圖形，都能將這些信息存放在計(jì)算機(jī)的內(nèi)存或外存里，并能在使用的時候快速地進(jìn)行檢索；在使用計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)時，工作人員通常只需要根據(jù)基本需求構(gòu)造出草圖，然后將草圖交付給計(jì)算機(jī)，計(jì)算機(jī)根據(jù)需求不斷對草圖進(jìn)行修改、優(yōu)化，自動產(chǎn)生設(shè)計(jì)結(jié)果，最終設(shè)計(jì)出工作人員期望的工作圖，不同于傳統(tǒng)的人工設(shè)計(jì)，在應(yīng)用計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)技術(shù)的過程中，工作人員無需人工對圖紙進(jìn)行不斷修改，只需要根據(jù)設(shè)計(jì)需求，將電動車驅(qū)動電機(jī)設(shè)計(jì)中的相關(guān)數(shù)據(jù)以及產(chǎn)品的各項(xiàng)參數(shù)輸入到CAD 之中，就可以了，當(dāng)CAD 捕獲到參數(shù)時，就開始對數(shù)據(jù)進(jìn)行分析計(jì)算，最終將符合期望的各項(xiàng)數(shù)據(jù)以及圖紙結(jié)果等數(shù)據(jù)信息呈現(xiàn)在計(jì)算機(jī)屏幕上，最終得到的設(shè)計(jì)結(jié)果準(zhǔn)確性來說相對較高。通過使用計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)，可以節(jié)省大量的人工計(jì)算、設(shè)計(jì)過程，全部由自動化軟件CAD 實(shí)現(xiàn)，極大地提高了電動車驅(qū)動電機(jī)設(shè)計(jì)的準(zhǔn)確性、效率等。

（二）計(jì)算機(jī)輔助制造

計(jì)算機(jī)輔助制造的實(shí)質(zhì)就是計(jì)算機(jī)數(shù)值控制，即將計(jì)算機(jī)應(yīng)用于制造生產(chǎn)過程的過程或系統(tǒng)。計(jì)算機(jī)輔助制造技術(shù)能夠?qū)Ξa(chǎn)品制造過程進(jìn)行建模，通過使用計(jì)算機(jī)對數(shù)據(jù)進(jìn)行識別，再使用得到的信息對需要進(jìn)行設(shè)計(jì)的產(chǎn)品進(jìn)行表述，比如：產(chǎn)品形狀結(jié)構(gòu)的描述、產(chǎn)品加工特性的描述等。建模完畢后，計(jì)算機(jī)輔助制造將會初步生成設(shè)計(jì)的圖象，工作人員根據(jù)電動車驅(qū)動電機(jī)設(shè)計(jì)需求，對圖形進(jìn)行各種變換、編輯、消隱、光照等處理。在建模過程中，系統(tǒng)也會不斷地進(jìn)行信息存儲，與人工制造相比，采用計(jì)算機(jī)輔助制造這項(xiàng)自動化技術(shù)省去了大量的計(jì)算、數(shù)據(jù)記錄等工作。當(dāng)設(shè)計(jì)初步建模完畢以后，就要進(jìn)行詳細(xì)分析與優(yōu)化工作，計(jì)算機(jī)自動的計(jì)算電動車驅(qū)動電機(jī)設(shè)計(jì)的體積、重心、轉(zhuǎn)動慣量等重要參數(shù)，以確保做好進(jìn)一步設(shè)計(jì)工作。數(shù)據(jù)計(jì)算完畢后，計(jì)算機(jī)就要根據(jù)計(jì)算出的數(shù)據(jù)進(jìn)行模擬、仿真工作，工作人員根據(jù)設(shè)計(jì)草圖初步設(shè)計(jì)出樣品，隨后對產(chǎn)品進(jìn)行各種試驗(yàn)與測試，以此測試產(chǎn)品的性能，工作人員要不斷對產(chǎn)品進(jìn)行測試與優(yōu)化，最終設(shè)計(jì)出符合預(yù)期的產(chǎn)品。通過使用計(jì)算機(jī)輔助制造電動車驅(qū)動電機(jī)，不僅可以設(shè)計(jì)出草圖，還可以進(jìn)行建模，極大地提高了電動車驅(qū)動電機(jī)設(shè)計(jì)的智能性。

（三）數(shù)據(jù)輔助管理

在電動車驅(qū)動電機(jī)設(shè)計(jì)過程中，有大量的參數(shù)、數(shù)據(jù)信息需要進(jìn)行儲存，如果采用人工的方式，不僅耗費(fèi)人力物力，還存在著數(shù)據(jù)不易保存、整理不夠規(guī)范等弊端，因此，將自動化技術(shù)應(yīng)用到數(shù)據(jù)輔助管理工作中，可以為電動車驅(qū)動電機(jī)設(shè)計(jì)帶來極大的便利。

工作人員利用專門信息輔助管理軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)管理工作，比如，在存儲一些數(shù)據(jù)信息時，工作人員就可以利用計(jì)算機(jī)的數(shù)據(jù)庫管理等自動化技術(shù)。工作人員只需要將圖紙、測試數(shù)據(jù)等中的數(shù)據(jù)信息登記在電腦中，保存成文件，或者建立一個專門的數(shù)據(jù)庫，將所有的數(shù)據(jù)信息存儲到數(shù)據(jù)庫中等，并利用電腦外部存儲設(shè)備對信息進(jìn)行備份即可，自動化軟件將會按照設(shè)定自動地對數(shù)據(jù)信息進(jìn)行存儲、分類，無需人工進(jìn)行干預(yù)，當(dāng)需要使用數(shù)據(jù)信息時，工作人員只需要在數(shù)據(jù)庫或者文件中進(jìn)行簡單的索引工作就可以查找到所需的數(shù)據(jù)，這樣的方式有效地提高了電動車驅(qū)動電機(jī)設(shè)計(jì)工作的效率。需要注意的是，雖然許多數(shù)據(jù)輔助管理軟件已經(jīng)廣泛應(yīng)用于電動車驅(qū)動電機(jī)設(shè)計(jì)中，但是由電動車驅(qū)動電機(jī)設(shè)計(jì)規(guī)模存在差異，有的電動車驅(qū)動電機(jī)設(shè)計(jì)涉及到的數(shù)據(jù)信息較多，所需的存儲空間較多，因此，普通的數(shù)據(jù)輔助管理系統(tǒng)并不能滿足電動車驅(qū)動電機(jī)設(shè)計(jì)工作的數(shù)據(jù)存儲需求，而如果此時仍采用計(jì)算機(jī)存儲就可能導(dǎo)致相關(guān)數(shù)據(jù)信息的丟失，因此，當(dāng)所需要存儲的數(shù)據(jù)信息超出設(shè)備存儲上限時，在應(yīng)用自動化技術(shù)時，工作人員就必須建立大型的專門的數(shù)據(jù)輔助管理系統(tǒng)，以存儲大量的電子數(shù)據(jù)。采用自動化技術(shù)對電動車驅(qū)動電機(jī)設(shè)計(jì)過程中產(chǎn)生的各項(xiàng)數(shù)據(jù)進(jìn)行存儲，在確保各項(xiàng)參數(shù)、數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性的同時，也為電動車驅(qū)動電機(jī)設(shè)計(jì)工作帶來了極大的便利。

四、電機(jī)控制系統(tǒng)的算法實(shí)現(xiàn)

電動車驅(qū)動電機(jī)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)算法實(shí)現(xiàn)主要包含兩部分，分別是主程序模塊以及中斷服務(wù)子程序模塊。

（一）主程序模塊

其中，主程序模塊主要負(fù)責(zé)初始化工作，以及對寄存器和各個變量進(jìn)行控制。主程序模塊主要包含處理器、A／D 轉(zhuǎn)換模塊、SCI 總線，當(dāng)初始化工作完成以后，就要進(jìn)入中斷服務(wù)子程序模塊。

（二）中斷服務(wù)子程序模塊

中斷服務(wù)子程序是電動車驅(qū)動電機(jī)控制系統(tǒng)的核心，其中包括電機(jī)轉(zhuǎn)速測 定、Clarke 變換、矢量分析等。

結(jié)論：綜上所述，對電動車驅(qū)動電機(jī)控制系統(tǒng)進(jìn)行研究，不僅可以有效降低生產(chǎn)成本、勞動成本，也可以提高電動車驅(qū)動電機(jī)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)的精確性，智能性等，對于電動車驅(qū)動電機(jī)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)工作有著良好的促進(jìn)作用。