电动汽车永磁同步电机动态最大转矩电流比控制方法研究

摘要

随着电动汽车的发展，永磁同步电机（ Permanent Magnet Synchronous Motor ， PMSM）因其具有效率高、结构简单、可靠性高等特点所以广泛地应用于电动汽车行业。电动汽车对永磁同步电机有着大转矩、高转速的需求，所以其电机多为内置式 PMSM。因该种电机具有转子磁路不对称，存在磁阻转矩的特点，所以在设计控制策略时采用最大转矩电流比（ Maximum Torque per Ampere ，MTPA）控制可以充分利用磁阻转矩，尽量提高电机输出转矩和系统效率。为了对电动汽车永磁同步电机进行大转矩、全转速范围稳定控制，本文对MTPA控制策略进行研究，并在研究基础上设计了一种动态MTPA控制策略。主要工作如下： 1．研究了PMSM数学模型、坐标变换原理以及PMSM的矢量控制原理。结合电动汽车用PMSM需求及特点对相关控制策略进行分析。研究了永磁同步电机MTPA控制的本质原理，结合永磁同步电机d-q模型，利用电压方程、转矩方程推导出MTPA控制的期望函数。 2．研究了常见MTPA控制方法，并对各个方法的原理和特点进行分析。针对电动汽车PMSM的MTPA控制，从控制原理上详细分析了公式法MTPA控制无法推出解析解的问题和曲线拟合法MTPA控制函数高阶运算复杂、占用硬件资源大的问题。为了得到一种可工程实现、计算简单的MTPA控制，本文以线性插值查表法为基础设计了MTPA控制算法。 3．为了使电动汽车PMSM在全转速范围稳定控制，本文设计了一种线性插值查表法MTPA控制和变步长累加法弱磁控制相结合的控制算法。通过调制比来衔接两种算法，以达到控制算法在电机运行过程中随转速、转矩任意变化时稳定动态切换的目的。该算法利用弱磁控制对MTPA控制指令电流进行补偿从而修正电流矢量在弱磁区的轨迹使电机升速。 最后，通过台架实验对id ?0控制和 MTPA 控制进行对比，验证本文设计的MTPA控制算法的有效性。然后通过台架实验验证了本文设计的动态MTPA控制算法能使电动汽车PMSM在全转速范围稳定运行，且对转矩、转速的突变具有良好的动态响应性能。最后在电动汽车上进行行驶实验，表明算法能在电动汽车上稳定运行，达到了期望目标。

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