[发明专利]永磁同步电机驱动系统延寿和转矩精确控制方法

说明书

本发明公开了一种永磁同步电机驱动系统延寿及转矩精确控制方法，首先通过设计电机转矩与磁链的跟踪代价函数、驱动系统能耗代价函数和极限安全代价函数来完成模型预测控制中目标函数的设计；然后引入占空比调制，结合目标函数求解系统下一时刻最优的开关量与占空比组合，精确控制逆变器；最后应用转矩滞环控制调制永磁同步电机工作的实际转矩幅值，通过判断下一时刻电机转矩的预测值与安全极限值的关系合理调控下一时刻转矩的期望值；循环计算，进而完成对永磁同步电机的控制。本发明实现了对永磁同步电机驱动系统高精度、低能耗、低风险的综合延寿控制。

技术领域

本发明涉及一种电动汽车用永磁同步电机驱动系统延寿和转矩精确控制综合方法，具体来说，本发明是充分考虑被控系统中三相逆变器和永磁同步电机在工作过程中的安全性、环保性的高精度转矩与磁链的综合控制方法，这种方法针对驱动系统主要被控对象三相逆变器和永磁同步电机，应用多种控制算法相结合的方式进行控制。

背景技术

随着世界经济的发展和社会生活方式的进化，汽车已经逐渐成为了人们生活中的必须品，近些年世界汽车保有量持续增加，且仍处于增长趋势，这在提升市场经济的同时也带来新的问题。在当今世界的一些大城市中，交通堵塞随处可见、交通事故不断发生、能源消耗和环境污染问题也变得越来越严峻。在这样的国际形势下，新能源汽车的发展在近几年得到了全球各大汽车品牌公司的高度关注，而具有零排放、零污染及低噪声等优点的电动汽车无疑将成为新能源汽车发展的主流。在未来几年，电动汽车及相关技术的发展必然成为未来全球汽车研究的主要方向之一。

目前电动汽车相关技术的研究急需电池、电驱、电控三大关键性技术问题的进一步突破，其中电机驱动控制系统作为整车上层控制器与电机的中间部分，一直在发挥着关键的承接作用。所以，电机驱动系统的控制好坏将直接影响上层整车控制器驱/制动命令的执行效率和底盘系统的有效运行，进而影响电动汽车运行的稳定性、安全性和操作性。特别是近年来兴起的轮毂式电机驱动方式，由于其电机直接作用在车轮上，省去了原来的机械传动装置进而提高了能源的利用效率，并且对实现电动汽车的轻量化和空间操作灵活性都存在重要意义。

永磁同步电机因其具有体积小、质量轻、效率高、调速范围宽、过载能力强和可操作稳定性高等突出优势更符合电动汽车轮毂式驱动系统的控制要求。

当前，应用在永磁同步轮毂电机驱动系统控制上的方法主要有磁场定向控制(field-oriented control,FOC)和直接转矩控制(direct torque control，DTC)两种，FOC控制方法稳态性能好，应用广泛，但是控制过程中需要进行多次坐标变换，计算量大。而且这种控制方法通过电流来对转矩进行估计控制，对模型参数依赖性强，动态性能也无法满足要求。

近些年，由于直接转矩控制在系统响应速度上的突出优势所以得到了专家和学者的广泛关注，也得到了长足的发展，许多的先进控制理论都被应用到传统直接转矩算法的控制当中，以求改善其控制性能。直接转矩控制算法发展至今按照方法实现结构大致可以分为三类，分别为基于查表法的传统直接转矩控制、应用SVPWM原理改进的直接转矩控制和模型预测直接转矩控制方法。永磁同步电机驱动系统应用以上算法实现过程中主要存在以下几个问题：

1.传统直接转矩控制中应用滞环比较器作为系统控制器，通过上下限约束的方式来调制转矩和磁链的增幅，会带来上下限的脉动问题。且磁链的估计通过积分的方法完成，其积分估计误差会直接影响转矩和扇区判断的准确性，进而影响查表法的准确性。所以传统DTC方法转矩脉动过大，系统控制精度低。

2.应用SVPWM原理改进的直接转矩控制虽然在一定程度上降低了转矩与磁链的脉动，但是其精度并不能满足电动汽车对于电机驱动系统的控制精度要求，而且，引入SVPWM等模块使控制系统结构更复杂，引入了电压等不必要的计算量，影响了系统的响应速度，掩盖了DTC方法响应速度快的优势。