專利名稱：一種電動(dòng)車交流異步驅(qū)動(dòng)電機(jī)的柔性控制系統(tǒng)和方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及新能源汽車的智能控制技術(shù)，具體是一種電動(dòng)車交流異步驅(qū)動(dòng)電機(jī)的柔性控制系統(tǒng)和方法。
背景技術(shù)：
全球性的石油危機(jī)和日益惡化的環(huán)境污染是21世紀(jì)人類面臨的重要問題，而在我國(guó)這一問題顯得尤為突出。用電動(dòng)車代替?zhèn)鹘y(tǒng)內(nèi)燃機(jī)車是解決這些問題的有效方法，也是現(xiàn)代汽車行業(yè)發(fā)展的必然趨勢(shì)。在電動(dòng)車的發(fā)展過程中，車身設(shè)計(jì)、驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)、能源系統(tǒng)和能量管理系統(tǒng)已成為四大關(guān)鍵技術(shù)，其中驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)扮演著至關(guān)重要的角色。目前電動(dòng)車電機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)主要包括異步電機(jī)和永磁同步電機(jī)的驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)，也有部分采用了開關(guān)磁阻電機(jī)組成的交流驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)。 這幾種系統(tǒng)各有特色，但是針對(duì)應(yīng)用最為廣泛的交流異步電機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)，交流異步電機(jī)具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、堅(jiān)固耐用、成本低廉、轉(zhuǎn)速極限高等優(yōu)點(diǎn)。電動(dòng)車電機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)控制策略的核心是根據(jù)駕駛員動(dòng)作分析其駕駛意圖，并綜合考慮動(dòng)力系統(tǒng)狀態(tài)，得到期望轉(zhuǎn)矩然后向電機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)發(fā)出指令，使行駛狀態(tài)盡可能快速、 準(zhǔn)確地達(dá)到工況要求和滿足駕駛員的駕駛目的。在此過程中為滿足駕駛員對(duì)舒適性的要求，控制策略的選取必須保證在整個(gè)電驅(qū)動(dòng)調(diào)速范圍內(nèi)轉(zhuǎn)速能夠平穩(wěn)的變化。此外，由于電動(dòng)車工作在恒定速度、加速過載、高速弱磁等工況時(shí)的控制參數(shù)及控制目標(biāo)有著明顯差異， 這樣就導(dǎo)致了在進(jìn)行工況切換的過程中電機(jī)容易產(chǎn)生轉(zhuǎn)速波動(dòng)。如何能實(shí)現(xiàn)在工況切換時(shí)保證電動(dòng)車速度的平穩(wěn)變化已成為目前急需解決的問題。矢量控制作為現(xiàn)今技術(shù)最成熟、實(shí)用性最強(qiáng)、運(yùn)用最為廣泛的電動(dòng)車電機(jī)控制方法，其基本原理是通過采集電機(jī)三相電流，經(jīng)過坐標(biāo)變換、磁鏈觀測(cè)等一系列變換處理得到控制所需的實(shí)際反饋量，然后結(jié)合駕駛員踏板輸入的轉(zhuǎn)速指令，利用轉(zhuǎn)速、轉(zhuǎn)矩和磁鏈控制器的調(diào)節(jié)得到控制PWM輸出的兩相靜止電壓，采用空間矢量脈寬調(diào)制(SVPWM)的方法得到三相正弦電壓輸出控制電機(jī)的運(yùn)行。雖然傳統(tǒng)的矢量控制方法已經(jīng)能夠控制電動(dòng)車電機(jī)的正常運(yùn)行，但當(dāng)輸入信號(hào)階躍變化或在工況切換的時(shí)候，電機(jī)轉(zhuǎn)速會(huì)出現(xiàn)波動(dòng)。這樣的波動(dòng)會(huì)給駕駛員帶來(lái)沖擊感，同時(shí)也影響電動(dòng)車電驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的穩(wěn)定性和效率。為解決此問題，本專利提出了一種柔性控制的策略，該策略采用一個(gè)統(tǒng)一的控制器將電動(dòng)車的轉(zhuǎn)速恒定、加速過載、高速弱磁三種工況的切換轉(zhuǎn)化為對(duì)控制量輸出限幅閾值的改變，而控制的核心部分本身采用統(tǒng)一的控制策略。這種柔性控制不但繼承了傳統(tǒng)矢量控制原有的優(yōu)點(diǎn)，更避免了在工況的切換時(shí)帶來(lái)的轉(zhuǎn)速波動(dòng)，提高了控制的平穩(wěn)性。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明旨在傳統(tǒng)的電動(dòng)車電機(jī)矢量控制的基礎(chǔ)上，結(jié)合平穩(wěn)性及柔順性等因素， 提出了一種電動(dòng)車交流異步驅(qū)動(dòng)電機(jī)的柔性控制系統(tǒng)和方法，解決工況切換過程中控制參數(shù)及控制目標(biāo)的突變而引起的轉(zhuǎn)速波動(dòng)的問題，采用統(tǒng)一的控制器將電動(dòng)車的轉(zhuǎn)速恒定、 加速過載、高速弱磁三種工況的切換轉(zhuǎn)化為對(duì)控制量輸出限幅閾值的改變，避免了在工況的切換時(shí)帶來(lái)的轉(zhuǎn)速波動(dòng)，提高控制的平穩(wěn)性。為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明技術(shù)方案如下
一種電動(dòng)車交流異步驅(qū)動(dòng)電機(jī)的柔性控制系統(tǒng)，其特征在于包括 轉(zhuǎn)速控制器ASR，用于控制電動(dòng)車交流異步驅(qū)動(dòng)電機(jī)的實(shí)時(shí)轉(zhuǎn)速的大小跟蹤上參考設(shè)定轉(zhuǎn)速；
電壓控制器AVR，用于控制電動(dòng)車交流異步驅(qū)動(dòng)電機(jī)的實(shí)時(shí)磁鏈的大小跟蹤上電機(jī)的額定磁鏈；
反向PI控制器(反向比例積分控制器)，用于轉(zhuǎn)速控制器ASR或電壓控制器AVR中的最大限幅值或最小限幅值產(chǎn)生跳變時(shí)平滑輸出；該反向PI控制器在限幅值不變時(shí)，由于輸入端為0所以輸出為0 ；當(dāng)轉(zhuǎn)速控制器ASR或電壓控制器AVR的限幅值突變時(shí)，所述反向PI控制器產(chǎn)生一個(gè)輸出來(lái)補(bǔ)償轉(zhuǎn)速控制器ASR或電壓控制器AVR的輸出，使轉(zhuǎn)速控制器ASR或電壓控制器AVR的輸出具有柔性；
限幅閾值運(yùn)算器，用于得出轉(zhuǎn)速控制器ASR或電壓控制器AVR的限幅閾值的最大值
與限幅閾值的最小值^ ，最大值―和最小值4 實(shí)時(shí)改變。轉(zhuǎn)速控制器ASR的輸出端和電壓控制器AVR控制器的輸出端均與反向PI控制器的輸入端連接，反向PI控制器的限幅閾值動(dòng)態(tài)實(shí)時(shí)可調(diào)；所述反向PI控制器的輸入端接入限幅閾值運(yùn)算器。 所述轉(zhuǎn)速控制器ASR和電壓控制器AVR均采用限幅閾值可隨電動(dòng)車工況狀態(tài)量變化的控制器。一種電動(dòng)車交流異步驅(qū)動(dòng)電機(jī)的柔性控制方法，其特征在于
在電動(dòng)車的轉(zhuǎn)速恒定、加速過載、高速弱磁三種工況切換過程中，轉(zhuǎn)速控制器ASR或者電壓控制器AVR的控制量為c;
將控制量c與限幅閾值運(yùn)算器得出的限幅閾值最大值與限幅閾值最小值^sr進(jìn)行
比較；
比較得到，當(dāng)控制量c不滿足^^々<￡；_并產(chǎn)生限幅偏差勺時(shí)，則通過反向PI控制器對(duì)具有限幅偏差4的控制量c作用，產(chǎn)生負(fù)反饋并疊加到正向PI控制器的輸出上面；
經(jīng)過反向PI控制器調(diào)整后，使得控制量c增大或減小到滿足^^々々—時(shí)，反向PI控
制器停止工作，則實(shí)現(xiàn)了將轉(zhuǎn)速恒定、加速過載、高速弱磁三種工況的切換都轉(zhuǎn)換為轉(zhuǎn)速控制器ASR或電壓控制器AVR的限幅閾值的改變。所述控制量c與限幅閾值的運(yùn)算器得出的限幅閾值最大值。、《與限幅閾值最小值4 進(jìn)行比較的具體過程如下
1.當(dāng)控制量c滿足條件^^^^^ 時(shí)，限幅偏差5值為0，反向PI控制器不工作，整個(gè)限幅閾值可隨電動(dòng)車工況狀態(tài)量變化的控制器相當(dāng)于一個(gè)普通的PI控制器；
2.當(dāng)控制量c>0醒時(shí)，限幅偏差約^-q^ > 0 ,限幅偏差％經(jīng)過反向PI控制器作用
6后作為負(fù)反饋疊加到正向PI控制器的輸出上面，使得限幅閾值可隨電動(dòng)車工況狀態(tài)量變化的控制器最終輸出的控制量e減小，減小到控制量e滿足 時(shí)，反向PI控制器
停止工作；
3.當(dāng)控制量時(shí)，限幅偏差巧,限幅偏差約經(jīng)過反向PI控制器作用后作為負(fù)反饋疊加到正向PI控制器的輸出上面，使得限幅閾值可隨電動(dòng)車工況狀態(tài)量變化的控制器最終輸出的控制量·=增大，增大到控制量c滿足^^<6&■時(shí)，反向PI控制器停止工作。所述限幅閾值運(yùn)算器給出轉(zhuǎn)速控制器ASR的當(dāng)前可輸出轉(zhuǎn)矩的最大與最小值分別作為該控制器限幅閾值的最大值與最小值。當(dāng)前可輸出轉(zhuǎn)矩最大值的計(jì)算公式為 ψ _ - &
權(quán)利要求
1.一種電動(dòng)車交流異步驅(qū)動(dòng)電機(jī)的柔性控制系統(tǒng)，其特征在于包括轉(zhuǎn)速控制器ASR，用于控制電動(dòng)車交流異步驅(qū)動(dòng)電機(jī)的實(shí)時(shí)轉(zhuǎn)速的大小跟蹤上參考設(shè)定轉(zhuǎn)速；電壓控制器AVR，用于控制電動(dòng)車交流異步驅(qū)動(dòng)電機(jī)的實(shí)時(shí)磁鏈的大小跟蹤上電機(jī)的額定磁鏈；反向PI控制器，用于轉(zhuǎn)速控制器ASR或電壓控制器AVR中的最大限幅值或最小限幅值產(chǎn)生跳變時(shí)平滑輸出；限幅閾值運(yùn)算器，用于得出轉(zhuǎn)速控制器ASR或電壓控制器AVR的限幅閾值的最大值W和限幅閾值的最小，最大值e·和最小實(shí)時(shí)改變；轉(zhuǎn)速控制器ASR的輸出端和電壓控制器AVR控制器的輸出端均與反向PI控制器的輸入端連接，反向PI控制器的限幅閾值動(dòng)態(tài)實(shí)時(shí)可調(diào)；所述反向PI控制器的輸入端接入限幅閾值運(yùn)算器。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的柔性控制系統(tǒng)，其特征在于所述轉(zhuǎn)速控制器ASR和電壓控制器AVR均采用限幅閾值可隨電動(dòng)車工況狀態(tài)量變化的控制器。
3.一種電動(dòng)車交流異步驅(qū)動(dòng)電機(jī)的柔性控制方法，其特征在于在電動(dòng)車的轉(zhuǎn)速恒定、加速過載、高速弱磁三種工況切換過程中，轉(zhuǎn)速控制器ASR或電壓控制器AVR的控制量為c;將控制量c與限幅閾值運(yùn)算器得出的限幅閾值最大值c·和限幅閾值最小值進(jìn)行比較；比較得到，當(dāng)控制量c不滿足^^々々^皿并產(chǎn)生限幅偏差約時(shí)，則通過反向PI控制器對(duì)具有限幅偏差4的控制量c作用，產(chǎn)生負(fù)反饋并疊加到正向PI控制器的輸出上面；經(jīng)過反向PI控制器調(diào)整后，使得控制量c增大或減小到滿足—々<—時(shí)，反向PI控制器停止工作，則實(shí)現(xiàn)了將轉(zhuǎn)速恒定、加速過載、高速弱磁三種工況的切換都轉(zhuǎn)換為轉(zhuǎn)速控制器ASR或電壓控制器AVR的限幅閾值的改變。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的柔性控制方法，其特征在于所述控制量c與限幅閾值的運(yùn)算器得出的限幅閾值最大值^^與限幅閾值最小值Q■進(jìn)行比較的具體過程如下當(dāng)控制量e滿足條件時(shí)，限幅偏差6值為0，反向PI控制器不工作，整個(gè)限幅閾值可隨電動(dòng)車工況狀態(tài)量變化的控制器相當(dāng)于一個(gè)普通的PI控制器；當(dāng)控制量 >'’:匪時(shí)，限幅偏> O ,限幅偏差巧經(jīng)過反向PI控制器作用后作為負(fù)反饋疊加到正向PI控制器的輸出上面，使得限幅閾值可隨電動(dòng)車工況狀態(tài)量變化的控制器最終輸出的控制量c減小，減小到控制量e滿足％ 々<%■時(shí)，反向PI控制器停止工作；當(dāng)控制量C^mw時(shí)，限幅偏差約=0<_<0，限幅偏差力經(jīng)過反向PI控制器作用后作為負(fù)反饋疊加到正向PI控制器的輸出上面，使得限幅閾值可隨電動(dòng)車工況狀態(tài)量變化的控制器最終輸出的控制量C增大，增大到控制量e滿足^ ^-^ 時(shí)，反向PI控制器停止工作。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的柔性控制方法，其特征在于所述限幅閾值運(yùn)算器給出轉(zhuǎn)速控制器ASR的當(dāng)前可輸出轉(zhuǎn)矩的最大值與最小值·Ta■分別作為該控制器限幅閾值的最大值與最小值。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的柔性控制方法，其特征在于當(dāng)前可輸出轉(zhuǎn)矩最大值的計(jì)算公式為
7.根據(jù)權(quán)利要求5所述的柔性控制方法，其特征在于當(dāng)前可輸出轉(zhuǎn)矩最小值的計(jì)算公式為
8.根據(jù)權(quán)利要求4所述的柔性控制方法，其特征在于所述限幅閾值運(yùn)算器給出電壓控制器AVR的可輸出當(dāng)前轉(zhuǎn)子磁鏈的最大值得皿與最小值<% 分別作為該控制器限幅閾值的最大值與最小值，同時(shí)，該運(yùn)算器還計(jì)算出高速弱磁工況下的轉(zhuǎn)矩限制值？；&。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的柔性控制方法，其特征在于當(dāng)前最大轉(zhuǎn)子磁鏈的計(jì)算公式為Ψτ腿二 Μ1Ν{ΜΑ}[{φ Χ, φ》, ,其中，
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的柔性控制方法，其特征在于高速弱磁工況時(shí)，弱磁限制下的最大轉(zhuǎn)矩值TeFw的計(jì)算公式如下
全文摘要
本發(fā)明涉及新能源汽車的智能控制技術(shù)，具體是一種電動(dòng)車交流異步驅(qū)動(dòng)電機(jī)的柔性控制系統(tǒng)和方法，轉(zhuǎn)速控制器ASR的輸出端和電壓控制器AVR控制器的輸出端均與反向PI控制器的輸入端連接，反向PI控制器的限幅閾值動(dòng)態(tài)實(shí)時(shí)可調(diào)；所述反向PI控制器的輸入端接入限幅閾值運(yùn)算器；由限幅閾值運(yùn)算器得出轉(zhuǎn)速控制器ASR或者電壓控制器AVR的限幅閾值最大值或限幅閾值最小值，然后與控制器的控制量c比較，通過反向PI控制器處理調(diào)整，使得控制量c滿足，從而可以實(shí)現(xiàn)控制量在電動(dòng)車工況切換時(shí)不會(huì)產(chǎn)生跳變，避免了狀態(tài)切換開關(guān)，控制結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單清晰，控制效果的平穩(wěn)性更好。
文檔編號(hào)H02P21/14GK102403953SQ201110432408
公開日2012年4月4日 申請(qǐng)日期2011年12月21日 優(yōu)先權(quán)日2011年12月21日
發(fā)明者任亞輝, 況明偉, 張登, 鄭剛 申請(qǐng)人:中國(guó)東方電氣集團(tuán)有限公司