專利名稱：適用于電動(dòng)汽車驅(qū)動(dòng)用的新型調(diào)速系統(tǒng)及電流分配方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于電機(jī)控制領(lǐng)域，具體地說是涉及一種適用于電動(dòng)汽車驅(qū)動(dòng)用的HESM 調(diào)速系統(tǒng)，并在該調(diào)速系統(tǒng)中對(duì)電流如何分配提出了方法。
背景技術(shù)：
由于傳統(tǒng)汽車帶來能源緊缺、ニ氧化碳過度排放、空氣污染等當(dāng)代人類社會(huì)資源環(huán)境問題，因此，國(guó)內(nèi)外很多汽車產(chǎn)品生產(chǎn)企業(yè)尋覓低碳化發(fā)展道路。新能源汽車應(yīng)運(yùn)而生，成為低碳經(jīng)濟(jì)催生出的新產(chǎn)業(yè)增長(zhǎng)點(diǎn)。在新能源汽車的發(fā)展戰(zhàn)略中，世界大多數(shù)國(guó)家的未來戰(zhàn)略目標(biāo)基本鎖定混合動(dòng)力、純電動(dòng)和氫燃料電池三種新能源汽車。而這三種新能源汽車都是用電池作為動(dòng)力，由于電池容量有限，因此對(duì)純電動(dòng)汽車來說，其續(xù)航能力就成為制約電動(dòng)汽車發(fā)展的一個(gè)關(guān)鍵因素，提高電動(dòng)汽車的續(xù)航能力，不僅要從新的大容量電池研發(fā)著手，同時(shí)電動(dòng)汽車驅(qū)動(dòng)用電機(jī)結(jié)構(gòu)性能的改善和電機(jī)調(diào)速系統(tǒng)性能的優(yōu)化，對(duì)電動(dòng)汽車節(jié)能和續(xù)航能力的提升，都有非常重要的作用。因此，電動(dòng)汽車對(duì)驅(qū)動(dòng)用的電機(jī)及控制系統(tǒng)，不同于普通的エ業(yè)和民用環(huán)境，一般有以下幾個(gè)方面的要求1、基速以下大轉(zhuǎn)矩以適應(yīng)快速啟動(dòng)、爬坡、加速、頻繁啟動(dòng)等要求，基速以上小轉(zhuǎn)矩、恒功率、寬范圍以適應(yīng)高速行駛和超車要求。2、整個(gè)調(diào)速范圍內(nèi)的效率最優(yōu)化，以謀求電池一次充電后的續(xù)航距離盡可能長(zhǎng)。3、電機(jī)及電機(jī)控制裝置結(jié)構(gòu)堅(jiān)固、體積小、重量輕、免維護(hù)或少維護(hù)、抗顛簸震動(dòng)。4、汽車要適應(yīng)各種路面，而路面狀況復(fù)雜多變，平路表現(xiàn)為恒轉(zhuǎn)矩負(fù)載，路面凹凸不平時(shí)則為不規(guī)則擾動(dòng)，上下坡又表現(xiàn)為勢(shì)能負(fù)載，因此，要求驅(qū)動(dòng)控制系統(tǒng)適應(yīng)能力特別強(qiáng)。目前，電動(dòng)汽車上所采用的電機(jī)主要是永磁同步電機(jī)和無刷直流電機(jī)，這2類電機(jī)都可以較好地滿足了電動(dòng)汽車對(duì)效率、功率密度等眾多指標(biāo)的要求。但是在這2類電機(jī)中，產(chǎn)生氣隙磁場(chǎng)的永磁體對(duì)外加磁勢(shì)的磁阻很大，電機(jī)氣隙磁場(chǎng)難以調(diào)節(jié)致使其調(diào)速范圍受限。HESM是在永磁同步電機(jī)和電勵(lì)磁同步電機(jī)的基礎(chǔ)上發(fā)展起來的，內(nèi)部包含永磁體磁勢(shì)和電勵(lì)磁磁勢(shì)兩個(gè)磁勢(shì)源。永磁體產(chǎn)生的磁勢(shì)為主磁勢(shì)，勵(lì)磁繞組產(chǎn)生的磁勢(shì)為輔助磁勢(shì)。因此這種電機(jī)既具有永磁同步電機(jī)效率高、轉(zhuǎn)矩/質(zhì)量比大的特點(diǎn)，同時(shí)又具有電勵(lì)磁同步電機(jī)調(diào)磁方便、調(diào)磁容量大的優(yōu)點(diǎn)，使電機(jī)具備很寬的調(diào)速范圍，非常適用于電動(dòng)汽車驅(qū)動(dòng)。近年來，國(guó)內(nèi)外學(xué)者、專家對(duì)HESM的理論研究及本體設(shè)計(jì)做了大量研究工作，取得了很多有意義的成果。國(guó)內(nèi)已經(jīng)有不少關(guān)于HESM的專利。如專利號(hào)為200510040938. 7 的專利“混合勵(lì)磁無刷爪極電動(dòng)機(jī)”、專利號(hào)為200510112091. 9的專利“雙饋電混合勵(lì)磁軸向磁場(chǎng)永磁電機(jī)”、專利號(hào)為“200510112090. 4”的專利“旁路式混合勵(lì)磁電機(jī)”等，這些專利介紹不同混合勵(lì)磁電機(jī)結(jié)構(gòu)、功能及調(diào)磁特性。但是，對(duì)該類電機(jī)的驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)研究相對(duì)較少也不太深入。目前已有的文獻(xiàn)大多是從控制理論，動(dòng)態(tài)仿真的角度來進(jìn)行研究，尚未見對(duì)一般HESM給出完整的基于矢量控制的總銅耗最小的最優(yōu)效率控制方案。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明要解決的技術(shù)問題是為電動(dòng)汽車提供ー種低速大轉(zhuǎn)矩及寬調(diào)速范圍的新型調(diào)速系統(tǒng)，該調(diào)速系統(tǒng)在整個(gè)調(diào)速范圍應(yīng)用電樞和勵(lì)磁繞組總銅耗最小的電流優(yōu)化控制算法，所設(shè)計(jì)的電機(jī)調(diào)速系統(tǒng)，不僅滿足了電動(dòng)汽車低速大轉(zhuǎn)矩與寬調(diào)速范圍的要求，而且有效降低電機(jī)功耗，實(shí)現(xiàn)電機(jī)效率的最優(yōu)化。為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明的新型調(diào)速系統(tǒng)，采用了如下技術(shù)方案一種適用于電動(dòng)汽車驅(qū)動(dòng)用的新型調(diào)速系統(tǒng)，它從HESM電機(jī)主電路中采集相電流iA，iB和勵(lì)磁電流if，從HESM電機(jī)上采集實(shí)時(shí)轉(zhuǎn)速η,，將采集到的相電流變換后得到d_q 軸電流id與レd-q軸電流id、iq分別與電流分配器中得到d軸參考電流idMf、q軸參考電流比較并做PID運(yùn)算后，經(jīng)過反派克變換及空間矢量電壓脈寬調(diào)制后，輸出脈沖信號(hào)控制電樞驅(qū)動(dòng)模塊相應(yīng)功率管的導(dǎo)通與關(guān)斷，勵(lì)磁電流if與勵(lì)磁參考電流ifref經(jīng)過勵(lì)磁驅(qū)動(dòng)信號(hào)產(chǎn)生模塊輸出控制勵(lì)磁驅(qū)動(dòng)模塊相應(yīng)功率管的導(dǎo)通與關(guān)斷，所述的HESM電機(jī)為雙定子結(jié)構(gòu)，電樞繞組設(shè)置在外定子上，內(nèi)定子安裝勵(lì)磁繞組；電機(jī)轉(zhuǎn)子為爪極形式，爪極上永磁磁鋼與導(dǎo)磁鐵芯交錯(cuò)放置，且永磁磁鋼與導(dǎo)磁鐵芯的面積之比為2 1。所述的相電流iA，iB依次在Clarke模塊和Park模塊中進(jìn)行Clarke變換和Park 變換，得到兩相旋轉(zhuǎn)直角坐標(biāo)系下的d軸電流id和q軸電流i,；將實(shí)測(cè)轉(zhuǎn)速與給定轉(zhuǎn)速 nref進(jìn)行比較，比較值在速度控制器中進(jìn)行PID運(yùn)算，得到電磁轉(zhuǎn)矩參考值TCTef ；將電磁轉(zhuǎn)矩參考值、直流母線電壓實(shí)時(shí)檢測(cè)值Ud。、實(shí)測(cè)轉(zhuǎn)速送入電流分配器中，電流分配器對(duì)電樞電流和勵(lì)磁電流進(jìn)行最優(yōu)分配，輸出d軸參考電流idref、q軸參考電流和勵(lì)磁參考電
イノI し Ifref ；其中，d軸參考電流idref和q軸參考電流分別與d軸電流id和q軸電流i,進(jìn)行比較，并將比較值分別送入d軸電流控制器和q軸電流控制器中進(jìn)行PID運(yùn)算，得到d軸電壓Ud和q軸電壓Uq，d軸電壓Ud和q軸電壓Uq在Ipark模塊中經(jīng)過Ipark變換，得到靜止兩相坐標(biāo)系下的電壓信號(hào)，該電壓信號(hào)傳遞到SVPWM模塊中經(jīng)過空間電壓矢量變換后， 輸出控制脈沖信號(hào)來控制電樞驅(qū)動(dòng)模塊中相應(yīng)功率管的導(dǎo)通與關(guān)斷；勵(lì)磁參考電流與實(shí)測(cè)的勵(lì)磁電流if傳遞到勵(lì)磁電流驅(qū)動(dòng)信號(hào)產(chǎn)生模塊，勵(lì)磁電流驅(qū)動(dòng)信號(hào)產(chǎn)生模塊輸出脈沖信號(hào)到勵(lì)磁驅(qū)動(dòng)模塊中，來控制勵(lì)磁驅(qū)動(dòng)模塊中相應(yīng)功率管的導(dǎo)通與關(guān)斷。電樞驅(qū)動(dòng)模塊的3個(gè)輸出端分別連接到HESM的3相繞組上，控制HESM電機(jī)的電樞電流；勵(lì)磁驅(qū)動(dòng)模塊的2個(gè)輸出端分別連接到HESM電機(jī)的勵(lì)磁繞組兩端，控制勵(lì)磁繞組電流，使HESM做增磁或弱磁運(yùn)行。在從HESM電機(jī)上采集的實(shí)測(cè)轉(zhuǎn)速nr之前，確定HESM電機(jī)轉(zhuǎn)子的初始位置光電編碼器與HESM電機(jī)的轉(zhuǎn)子同軸安裝，隨轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)輸出兩組六路脈沖信號(hào)；其中一組脈沖信號(hào)是相位相差60電角度的U，V，W信號(hào)，各脈沖寬度為180電角度，這組信號(hào)在電機(jī)啟動(dòng)時(shí)用于轉(zhuǎn)子磁極粗略定位，該組信號(hào)輸入到信號(hào)處理單元，信號(hào)處理單元根據(jù)捕捉到的UVW 值，控制電機(jī)啟動(dòng)，電機(jī)開始運(yùn)行后，在轉(zhuǎn)過小于或等于一周的時(shí)間內(nèi)，會(huì)捕捉到光電編碼器輸出的復(fù)位脈沖信號(hào)，根據(jù)所述的復(fù)位脈沖信號(hào)得到電機(jī)轉(zhuǎn)子的初始位置；光電編碼器輸出的另ー組脈沖信號(hào)包含1路復(fù)位信號(hào)和2路正交編碼脈沖信號(hào)，這ー組信號(hào)也輸入到信號(hào)處理單元中，信號(hào)處理單元對(duì)2路正交編碼脈沖信號(hào)進(jìn)行計(jì)數(shù)并計(jì)算處理，實(shí)時(shí)算出電機(jī)轉(zhuǎn)子的準(zhǔn)確位置即轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)過的電角度theta和實(shí)時(shí)轉(zhuǎn)速η,。一種電流分配器的電流分配方法，它根據(jù)HESM電機(jī)所處的速度區(qū)域，分別采用不同的控制策略，使HESM電機(jī)在各區(qū)域均能保持效率最優(yōu)的運(yùn)行狀態(tài)(1)中低速區(qū)控制當(dāng)電機(jī)轉(zhuǎn)速小于或等于弱磁基速吋，HESM處于中低速運(yùn)行區(qū)域，該區(qū)域采用的控制算法是在基于轉(zhuǎn)子磁場(chǎng)定向的矢量控制基礎(chǔ)上，采用電機(jī)電樞與勵(lì)磁繞組總銅耗最小的電流最優(yōu)控制；(2)高速區(qū)控制當(dāng)電機(jī)轉(zhuǎn)速高于弱磁基速吋，HESM處于高速運(yùn)行區(qū)域，在該區(qū)域采用的控制算法是在給定的反電勢(shì)基值も_下，且在保持電機(jī)反電勢(shì)基本恒定的基礎(chǔ)上， 實(shí)施d軸電流與勵(lì)磁電流共同弱磁調(diào)速并確保d軸電流與勵(lì)磁電流總銅耗最小的電流最優(yōu)控制。采用上述技術(shù)方案的本發(fā)明，適用于電動(dòng)汽車驅(qū)動(dòng)的HESM為并聯(lián)磁路結(jié)構(gòu)電機(jī)， 這種HESM的特點(diǎn)是轉(zhuǎn)子磁極分割，電機(jī)內(nèi)永磁體與勵(lì)磁繞組產(chǎn)生的氣隙磁通是并聯(lián)關(guān)系， 勵(lì)磁繞組產(chǎn)生的磁通大部分不通過永磁體而是通過與永磁體并聯(lián)的鐵芯進(jìn)入氣隙，這樣就降低了調(diào)磁回路的磁阻，提升了勵(lì)磁電流調(diào)節(jié)氣隙磁場(chǎng)的能力；此外這類結(jié)構(gòu)電機(jī)另ー優(yōu)點(diǎn)是，無論勵(lì)磁繞組通電流后產(chǎn)生的磁通對(duì)氣隙磁通起增強(qiáng)或是減弱的作用，電機(jī)轉(zhuǎn)子磁鋼均不存在永久去磁的風(fēng)險(xiǎn)。除上述優(yōu)點(diǎn)，結(jié)合d軸電樞電流進(jìn)行弱磁調(diào)速吋，由于所產(chǎn)生的磁通路徑與勵(lì)磁繞組電流產(chǎn)生的磁通相同，同樣具有很好的氣隙磁場(chǎng)調(diào)節(jié)能力及不會(huì)導(dǎo)致永磁體發(fā)生永久去磁風(fēng)險(xiǎn)。本發(fā)明的新型調(diào)速系統(tǒng)，根據(jù)電機(jī)特性，將調(diào)速區(qū)域劃分為兩個(gè)區(qū)域中低速運(yùn)行區(qū)實(shí)施增磁或無勵(lì)磁控制方式，電機(jī)在不過流的情況下獲得較大電磁轉(zhuǎn)矩，電樞電流和勵(lì)磁電流的分配采用總銅耗最小的電流優(yōu)化控制方式進(jìn)行；高速運(yùn)行區(qū)在基于保持電機(jī)反電勢(shì)基本恒定的情況下，采用銅耗最小的弱磁控制方法對(duì)勵(lì)磁電流和d軸電流進(jìn)行協(xié)調(diào)控制，可擴(kuò)展恒功率區(qū)和提升電機(jī)的最高轉(zhuǎn)速，使電機(jī)獲得遠(yuǎn)高于額定轉(zhuǎn)速的高速運(yùn)行能力。


圖1為本發(fā)明中HESM電機(jī)的徑向剖視圖。圖2為本發(fā)明中HESM電機(jī)的轉(zhuǎn)子立體圖。圖3為本發(fā)明的原理圖。圖4為本發(fā)明中電流分配器的原理圖。圖5為本發(fā)明HESM電機(jī)啟動(dòng)過程實(shí)驗(yàn)電流波形。圖6為本發(fā)明HESM弱磁運(yùn)行穩(wěn)態(tài)電流實(shí)驗(yàn)波形圖。圖7為本發(fā)明HESM電機(jī)在不同轉(zhuǎn)速下的最大輸出轉(zhuǎn)矩圖。圖8為本發(fā)明HESM電機(jī)在不同轉(zhuǎn)速下最大輸出功率的波形圖。
具體實(shí)施例方式如圖1、圖2所示，一種適用于電動(dòng)汽車驅(qū)動(dòng)用的新型調(diào)速系統(tǒng)，它從HESM電機(jī)主電路中采集相電流iA，iB和勵(lì)磁電流if JAHESM電機(jī)上采集實(shí)時(shí)轉(zhuǎn)速も，將采集到的相電流變換后得到d_q軸電流id與i,，id、iq分別與電流分配器中得到d軸參考電流idMf、q軸參考電流比較并做PID運(yùn)算后，經(jīng)過反派克變換及空間矢量電壓脈寬調(diào)制后，輸出脈沖信號(hào)控制電樞驅(qū)動(dòng)模塊相應(yīng)功率管的導(dǎo)通與關(guān)斷，勵(lì)磁電流if與勵(lì)磁參考電流ifref經(jīng)過勵(lì)磁驅(qū)動(dòng)信號(hào)產(chǎn)生模塊輸出控制勵(lì)磁驅(qū)動(dòng)模塊相應(yīng)功率管的導(dǎo)通與關(guān)斷。在本發(fā)明中，HESM 電機(jī)1為雙定子結(jié)構(gòu)，設(shè)置在外殼104內(nèi)，外殼104兩端設(shè)置端蓋106。上述的雙定子結(jié)構(gòu)是指電機(jī)定子由外定子和內(nèi)定子構(gòu)成，外定子包括定子鐵芯103和電樞繞組109，內(nèi)定子由勵(lì)磁繞組支架110和勵(lì)磁繞組108構(gòu)成；設(shè)置在軸107上的電機(jī)轉(zhuǎn)子105為爪極形式，爪極上永磁磁鋼101與導(dǎo)磁鐵芯102交錯(cuò)放置，且永磁磁鋼101與導(dǎo)磁鐵芯102的面積之比為
2 し調(diào)速系統(tǒng)的工作原理如圖2所示，帶磁極定位信號(hào)増量式光電編碼器2與HESM電機(jī)1的轉(zhuǎn)子同軸安裝，隨轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)輸出2組6路脈沖信號(hào)，其中1組脈沖信號(hào)是相位相差60電角度的U，V，W信號(hào)，各脈沖寬度為180電角度，這組信號(hào)在電機(jī)啟動(dòng)時(shí)用于轉(zhuǎn)子磁極粗略定位，該信號(hào)輸入到信號(hào)處理單元17，信號(hào)處理單元17根據(jù)捕捉到的UVW值，采用類似無刷直流電機(jī)一次導(dǎo)通兩相的步進(jìn)運(yùn)行方式，控制電機(jī)啟動(dòng)，電機(jī)開始運(yùn)行后，在轉(zhuǎn)過小于或等于一周的時(shí)間內(nèi)，會(huì)捕捉到光電編碼器輸出的復(fù)位脈沖信號(hào)，捕捉到復(fù)位脈沖之后，電機(jī)轉(zhuǎn)子的初始位置也就確定了，電機(jī)的運(yùn)行狀態(tài)就從步進(jìn)運(yùn)行方式跳出，進(jìn)入矢量控制運(yùn)行模式。光電編碼器輸出的另ー組脈沖信號(hào)包含1路復(fù)位信號(hào)和2路正交編碼脈沖信號(hào)，這ー組信號(hào)也輸入到信號(hào)處理單元17中，信號(hào)處理單元17對(duì)2路正交編碼脈沖信號(hào)進(jìn)行計(jì)數(shù)并計(jì)算處理，實(shí)時(shí)算出電機(jī)轉(zhuǎn)子的準(zhǔn)確位置即轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)過的電角度theta和實(shí)時(shí)轉(zhuǎn)速 nr，光電編碼器的復(fù)位信號(hào)有2個(gè)作用，其一如上所述用于電機(jī)啟動(dòng)時(shí)控制模式切換，其ニ 用于對(duì)計(jì)數(shù)器清零，電機(jī)每轉(zhuǎn)ー圈發(fā)出ー個(gè)脈沖，通過中斷程序清零計(jì)數(shù)器，避免電機(jī)運(yùn)行過程中累積誤差。3個(gè)霍爾電流傳感器18對(duì)HESM的相電流和勵(lì)磁電流進(jìn)行測(cè)量，得到A相和B相電流iA和iB及勵(lì)磁電流if，相電流iA和iB連接到Clarke模塊16的輸入端，經(jīng)過三相靜止坐標(biāo)系到兩相靜止坐標(biāo)系的克拉克變換后，得到電流ia和ie，ia和ie傳遞到Park模塊 15，根據(jù)轉(zhuǎn)子磁場(chǎng)定向進(jìn)行旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)變換，得到d軸電流id和q軸電流、。從信號(hào)處理模塊17得到的實(shí)時(shí)計(jì)算轉(zhuǎn)速，與給定參考轉(zhuǎn)速相減，比較值送入到速度控制器13中進(jìn)行PID運(yùn)算，得到電磁轉(zhuǎn)矩參考值TCTef，TCTef與給定參考轉(zhuǎn)速n,ef、實(shí)測(cè)轉(zhuǎn)速r^、直流母線電壓實(shí)時(shí)檢測(cè)值Ud。、勵(lì)磁電流if和d軸電流id送入電流分配器12中，電流分配器12對(duì)電樞電流和勵(lì)磁電流進(jìn)行最優(yōu)分配，輸出電樞與勵(lì)磁電流參考值iftrf、idref及 Iqref0 iqref和idref分別與、和id相減，所得結(jié)果分別傳遞到d軸電流控制器10和q軸電流控制器中進(jìn)行PID運(yùn)算，得到d、q軸電壓Ud和Uq，Ud和Uq送入Ipark模塊9，經(jīng)過Ipark模塊9做反派克變換后，將兩相旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系下的電壓值變換到靜止直角坐標(biāo)系下的電壓Ua， u0,ua,U0傳遞到SVPWM模塊7，經(jīng)過電壓空間矢量脈寬調(diào)制后，輸出控制脈沖信號(hào)PWMl 6，這6路脈沖信號(hào)控制電樞驅(qū)動(dòng)模塊(4)相應(yīng)功率管的導(dǎo)通與關(guān)斷。勵(lì)磁電流參考值ifref 與實(shí)測(cè)值if傳遞到If Driver PWM模塊8，由該模塊得到4路脈沖信號(hào)PWM7 10，該4路脈沖信號(hào)輸入到勵(lì)磁驅(qū)動(dòng)模塊5中，控制勵(lì)磁驅(qū)動(dòng)模塊對(duì)應(yīng)的4個(gè)功率管的導(dǎo)通與關(guān)斷。電樞驅(qū)動(dòng)模塊4的3個(gè)輸出端分別連接到HESM的3相繞組上，控制HESM的電樞電流；勵(lì)磁驅(qū)
7動(dòng)模塊5的2個(gè)輸出端分別連接到HESM的勵(lì)磁繞組兩端，控制勵(lì)磁繞組電流，使HESM做增 磁或弱磁運(yùn)行。如圖3所示，電流分配器12是本發(fā)明所述的新型調(diào)速系統(tǒng)的ー個(gè)核心功能模塊， 該模塊在基于磁場(chǎng)定向與分區(qū)控制基礎(chǔ)上，根據(jù)電機(jī)所處的速度區(qū)域，分別采用不同的控 制算法，使電機(jī)在各速度區(qū)域都能保持電樞與勵(lì)磁繞組總銅耗最小的電流分配最優(yōu)化控制 模式。具體控制策略類似于普通永磁同步電機(jī)控制系統(tǒng)，可以把HESM的調(diào)速范圍分為2個(gè) 區(qū)域來進(jìn)行分區(qū)控制，區(qū)域I ( ^ nBdec)為弱磁基速以下中低速運(yùn)行區(qū)域，實(shí)施增磁或無勵(lì) 磁控制方式，電機(jī)可以在不過流的情況下獲得較大電磁轉(zhuǎn)矩，電樞電流和勵(lì)磁電流的控制 采用總銅耗最小的電流最優(yōu)分配模式進(jìn)行；區(qū)域ΙΙ“>ηΒ( 為弱磁基速以上的高速運(yùn)行 區(qū)，該區(qū)域在基于保持電機(jī)反電勢(shì)基本恒定的情況下，采用銅耗最小的弱磁控制方法對(duì)勵(lì) 磁電流和d軸電流進(jìn)行協(xié)調(diào)控制，可擴(kuò)展恒功率區(qū)和提升電機(jī)的最高轉(zhuǎn)速，使電機(jī)獲得遠(yuǎn) 高于額定轉(zhuǎn)速的高速運(yùn)行能力。下面進(jìn)ー步分析電機(jī)的分區(qū)控制原理，不失一般性，對(duì)于普通的HESM，根據(jù)矢量控 制原理，采用d-q軸坐標(biāo)系，可得到HESM的幾個(gè)基本方程。電路方程
權(quán)利要求
1.一種適用于電動(dòng)汽車驅(qū)動(dòng)用的新型調(diào)速系統(tǒng)，它從HESM電機(jī)主電路中采集相電流 iA，iB和勵(lì)磁電流if，從HESM電機(jī)上采集實(shí)時(shí)轉(zhuǎn)速η,，將采集到的相電流變換后得到d_q軸電流id與i,，d-q軸電流id、iq分別與電流分配器中得到d軸參考電流idMf、q軸參考電流 iqref比較并做PID運(yùn)算后，經(jīng)過反派克變換及空間矢量電壓脈寬調(diào)制后，輸出脈沖信號(hào)控制電樞驅(qū)動(dòng)模塊相應(yīng)功率管的導(dǎo)通與關(guān)斷，勵(lì)磁電流“與勵(lì)磁參考電流ifref經(jīng)過勵(lì)磁驅(qū)動(dòng)信號(hào)產(chǎn)生模塊輸出控制勵(lì)磁驅(qū)動(dòng)模塊相應(yīng)功率管的導(dǎo)通與關(guān)斷，其特征在于所述的HESM電機(jī)(1)為雙定子結(jié)構(gòu)，電樞繞組(109)設(shè)置在外定子上，內(nèi)定子安裝勵(lì)磁繞組(108)；電機(jī)轉(zhuǎn)子(105)為爪極形式，爪極上永磁磁鋼(101)與導(dǎo)磁鐵芯(102)交錯(cuò)放置，且永磁磁鋼 (101)與導(dǎo)磁鐵芯(102)的面積之比為2 1。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的適用于電動(dòng)汽車驅(qū)動(dòng)用的新型調(diào)速系統(tǒng)，其特征在于所述的相電流iA，iB依次在Clarke模塊和Park模塊中進(jìn)行Clarke變換和Park變換，得到兩相旋轉(zhuǎn)直角坐標(biāo)系下的d軸電流id和q軸電流i,；將實(shí)測(cè)轉(zhuǎn)速r^與給定轉(zhuǎn)速nMf進(jìn)行比較， 比較值在速度控制器中進(jìn)行PID運(yùn)算，得到電磁轉(zhuǎn)矩參考值；將電磁轉(zhuǎn)矩參考值TCTrf、 直流母線電壓實(shí)時(shí)檢測(cè)值Ud。、實(shí)測(cè)轉(zhuǎn)速送入電流分配器中，電流分配器對(duì)電樞電流和勵(lì)磁電流進(jìn)行最優(yōu)分配，輸出d軸參考電流idMf、q軸參考電流和勵(lì)磁參考電流；其中，d軸參考電流idref和q軸參考電流分別與d軸電流id和q軸電流i,進(jìn)行比較，并將比較值分別送入d軸電流控制器和q軸電流控制器中進(jìn)行PID運(yùn)算，得到d軸電壓Ud和q軸電壓Uq，d軸電壓Ud和q軸電壓Uq在Ipark模塊中經(jīng)過Ipark變換，得到靜止兩相坐標(biāo)系下的電壓信號(hào)，該電壓信號(hào)傳遞到SVPWM模塊中經(jīng)過空間電壓矢量變換后，輸出控制脈沖信號(hào)來控制電樞驅(qū)動(dòng)模塊中相應(yīng)功率管的導(dǎo)通與關(guān)斷；勵(lì)磁參考電流ifref與實(shí)測(cè)的勵(lì)磁電流if傳遞到勵(lì)磁電流驅(qū)動(dòng)信號(hào)產(chǎn)生模塊，勵(lì)磁電流驅(qū)動(dòng)信號(hào)產(chǎn)生模塊輸出脈沖信號(hào)到勵(lì)磁驅(qū)動(dòng)模塊中，來控制勵(lì)磁驅(qū)動(dòng)模塊中相應(yīng)功率管的導(dǎo)通與關(guān)斷。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的適用于電動(dòng)汽車驅(qū)動(dòng)用的新型調(diào)速系統(tǒng)，其特征在于電樞驅(qū)動(dòng)模塊的3個(gè)輸出端分別連接到HESM的3相繞組上，控制HESM電機(jī)的電樞電流；勵(lì)磁驅(qū)動(dòng)模塊的2個(gè)輸出端分別連接到HESM電機(jī)的勵(lì)磁繞組兩端，控制勵(lì)磁繞組電流，使HESM做增磁或弱磁運(yùn)行。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的適用于電動(dòng)汽車驅(qū)動(dòng)用的新型調(diào)速系統(tǒng)，其特征在于在從 HESM電機(jī)上采集的實(shí)測(cè)轉(zhuǎn)速η,之前，確定HESM電機(jī)轉(zhuǎn)子的初始位置光電編碼器與HESM 電機(jī)的轉(zhuǎn)子同軸安裝，隨轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)輸出兩組六路脈沖信號(hào)；其中一組脈沖信號(hào)是相位相差60電角度的U，V，W信號(hào)，各脈沖寬度為180電角度，這組信號(hào)在電機(jī)啟動(dòng)時(shí)用于轉(zhuǎn)子磁極粗略定位，該組信號(hào)輸入到信號(hào)處理單元，信號(hào)處理單元根據(jù)捕捉到的UVW值，控制電機(jī)啟動(dòng)，電機(jī)開始運(yùn)行后，在轉(zhuǎn)過小于或等于一周的時(shí)間內(nèi)，會(huì)捕捉到光電編碼器輸出的復(fù)位脈沖信號(hào)，根據(jù)所述的復(fù)位脈沖信號(hào)得到電機(jī)轉(zhuǎn)子的初始位置；光電編碼器輸出的另一組脈沖信號(hào)包含1路復(fù)位信號(hào)和2路正交編碼脈沖信號(hào)，這一組信號(hào)也輸入到信號(hào)處理單元中，信號(hào)處理單元對(duì)2路正交編碼脈沖信號(hào)進(jìn)行計(jì)數(shù)并計(jì)算處理，實(shí)時(shí)算出電機(jī)轉(zhuǎn)子的準(zhǔn)確位置即轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)過的電角度theta和實(shí)時(shí)轉(zhuǎn)速η,。
5.一種如權(quán)利要求1中電流分配器的電流分配方法，其特征在于它根據(jù)HESM電機(jī)所處的速度區(qū)域，分別采用不同的控制策略，使HESM電機(jī)在各區(qū)域均能保持效率最優(yōu)的運(yùn)行狀態(tài)(1)中低速區(qū)控制當(dāng)電機(jī)轉(zhuǎn)速小于或等于弱磁基速吋，HESM處于中低速運(yùn)行區(qū)域，該區(qū)域采用的控制算法是在基于轉(zhuǎn)子磁場(chǎng)定向的矢量控制基礎(chǔ)上，采用電機(jī)電樞與勵(lì)磁繞組總銅耗最小的電流最優(yōu)控制；(2)高速區(qū)控制當(dāng)電機(jī)轉(zhuǎn)速高于弱磁基速吋，HESM處于高速運(yùn)行區(qū)域，在該區(qū)域采用的控制算法是在給定的反電勢(shì)基值下，且在保持電機(jī)反電勢(shì)基本恒定的基礎(chǔ)上，實(shí)施d軸電流與勵(lì)磁電流共同弱磁調(diào)速并確保d軸電流與勵(lì)磁電流總銅耗最小的電流最優(yōu)控制。
全文摘要
一種適用于電動(dòng)汽車驅(qū)動(dòng)用的新型調(diào)速系統(tǒng)，它從HESM電機(jī)主電路中采集相電流iA，iB和勵(lì)磁電流if，從HESM電機(jī)上采集實(shí)時(shí)轉(zhuǎn)速nr，將采集到的相電流變換后得到d-q軸電流id與iq，d-q軸電流id、iq分別與電流分配器中得到d軸參考電流idref、q軸參考電流iqref比較并做PID運(yùn)算后，經(jīng)過反派克變換及空間矢量電壓脈寬調(diào)制后，輸出脈沖信號(hào)控制電樞驅(qū)動(dòng)模塊相應(yīng)功率管的導(dǎo)通與關(guān)斷，勵(lì)磁電流if與勵(lì)磁參考電流ifref經(jīng)過勵(lì)磁驅(qū)動(dòng)信號(hào)產(chǎn)生模塊輸出控制勵(lì)磁驅(qū)動(dòng)模塊相應(yīng)功率管的導(dǎo)通與關(guān)斷，所述的HESM電機(jī)為雙定子結(jié)構(gòu)，電樞繞組設(shè)置在外定子上，內(nèi)定子安裝勵(lì)磁繞組；電機(jī)轉(zhuǎn)子為爪極形式，爪極上永磁磁鋼與導(dǎo)磁鐵芯交錯(cuò)放置，且永磁磁鋼與導(dǎo)磁鐵芯的面積之比為2∶1。
文檔編號(hào)H02P21/14GK102545766SQ20121001273
公開日2012年7月4日 申請(qǐng)日期2012年1月17日 優(yōu)先權(quán)日2012年1月17日
發(fā)明者周成虎, 徐其興, 李娜, 李小魁, 王剛, 駱繼明, 黃明明 申請(qǐng)人:河南工程學(xué)院