[发明专利]一种电动汽车用永磁同步电机电流控制系统及控制方法

说明书

技术领域

本发明涉及电动汽车用永磁同步电机(PMSM)电流跟踪控制方法，尤其涉及一种基于广义预测控制(GPC)和滑模扰动观测器的具有强跟踪性和鲁棒性的电动汽车用PMSM电流控制系统及控制方法。

背景技术

随着能源短缺和环境污染问题的加剧，电动汽车成为21世纪汽车工业的主要发展方向。永磁同步电机因具有效率高、比功率大、功率因数高、可靠性高和便于维护等，在电动汽车等应用领域已被认为具有与异步电动机相竞争的巨大潜力。虽然PMSM具有上述优点，但电动汽车运行时路况复杂，工作环境复杂多变，对其驱动电机系统的性能要求极为苛刻，再加上电机本身具有的非线性，多变量，强耦合等特性，传统的基于PI的矢量控制方法已不能满足对电机高性能的要求。因此，一些先进的控制理论，如：反馈线性化控制，滑模控制，自适应控制，反步控制等方法，被应用到这一领域并取得了许多研究成果，但这些方法对电机参数的依赖性强，针对电机的参数变化，负载扰动等，设计扰动观测器的方法广泛应用于电机控制中，通过估计扰动值，并用于控制器的补偿设计中，抑制参数变化，负载扰动等造成的电机转速，转矩的波动。近年来，模型预测控制作为一种新的控制策略，因其具有控制效果好、鲁棒性强、对模型精确性要求不高等优化，得到越来越多的重视。模型预测控制利用系统的输入输出数据预测未来时刻的输出，再通过优化含有输出变量和参考轨迹的成本函数，得到预测控制律，并已应用在机器人，电机，功率变换器等控制领域。同样，模型预测控制方法在PMSM控制中也证明了其有效性，但目前针对永磁同步电机的控制，大多是采用基于系统离散时间模型的预测控制，并考虑系统约束条件，通过求解二次规划问题实现在线优化，虽然提高了PMSM控制性能，同时存在计算量大的问题，对控制系统的配置要求较高，限制了其在电驱动系统等高动态非线性系统中的应用。

发明内容

为解决现有技术存在的不足，本发明公开了一种电动汽车用永磁同步电机电流控制系统及控制方法，该方法基于连续时间广义预测控制和滑模扰动观测器的电动汽车用永磁同步电机电流控制方法，实现电流的快速稳定跟踪，是一种运用先进算法实现电机电流控制的新方法。

为实现上述目的，本发明的具体方案如下：

一种电动汽车用永磁同步电机电流控制方法，包括以下步骤：

步骤一：利用转速/位置检测模块得到永磁同步电机的转速ω和位置角θ，将位置角θ值输入到第二坐标变换模块及第三坐标变换模块中，将电机的转速ω值与给定的电机转速值ω_r输入到PI控制模块中，经过PI运算得到q轴电流参考值

步骤二：利用电流传感器采集到永磁同步电机的两相输出电流i_a和i_b并将输出电流i_a和i_b输入到第一坐标变换模块中，首先根据电机输出三相电流之和等于零的原理，求得第三相电流i_c，然后利用电机三相电流i_a，i_b和i_c，经过坐标变换，得到在两相静止坐标系下的电流i_α和i_β，最后将第一坐标变换模块中求得的i_α，i_β以及位置角θ输入到第二坐标变换模块得到i_d和i_q。

步骤三：将步骤一中经过PI运算得到q轴电流参考值给定的d轴电流参考值以及第二坐标变换模块得到的i_d，i_q输入到电流预测控制模块得到输出电压值；将i_d，i_q以及永磁同步电机转速值ω输入到滑模扰动观测器模块，经过滑模扰动观测器模块得到永磁同步电机扰动的估计值和

步骤四：将步骤三得到的输出电压值减去永磁同步电机扰动的估计值和得到控制电压信号u_d，u_q，将u_d，u_q以及θ输入到第三坐标变换模块得到u_α和u_β；

步骤五：将u_α和u_β输入到空间矢量脉宽调制模块，得到六路PWM信号输出，并由PWM信号控制逆变器，由逆变器得到的三相输出电压来驱动永磁同步电机的运行。

所述永磁同步电机在d-q同步旋转坐标系下的数学模型表示为：