智能电机控制系统的设计与应用研究

《北京汽车》2009.No.3北京汽车文章编号：1002-4581（2009）03-0021-04电动汽车用驱动电机控制系统研究肖平1冯能莲2XIAOPing1，FENGNeng-lian2（1.安徽工程科技学院先进数控和伺服驱动技术安徽省重点实验室，安徽芜湖241000；2.北京工业大学环能学院，北京100022）摘要：驱动电机的控制技术是电动汽车的关键技术之一，对整车性能有决定性的影响。文中针对电动汽车的要求对直流驱动电机的控制系统进行研究，完成了控制系统软硬件设计。采用智能功率模块IPM作为强电回路的主要功率器件，设计中采用软件滤波和光电隔离的措施以提高系统的抗干扰能力，采用模糊PI调节对电枢电流和励磁电流进行闭环控制。试验表明，所设计的控制系统能够满足电动汽车的行驶要求，为进一步进行电动汽车的研究奠定了基础，积累了一定的技术经验。关键词：电动汽车；直流电机；控制；设计；模糊PI中图分类号：U469.72:TM331+.3文献标识码：A自从电动汽车面世以来，就有了电机驱动系统。电机驱动系统是电动汽车的心脏。它的任务是在驾驶员的控制下，将蓄电池的电能转化为车轮上的动能，或者将车辆上的动能反馈到蓄电池中[1]。电动汽车对电机驱动控制系统的基本要求是：有4~5倍的过载动力以满足短时加速行驶和最大爬坡度的要求；电机应根据车型、车辆的行驶规律进行设计；要求有较高的功率密度和好的效率图（在较宽的转速和转矩范围内都有较高的效率），从而能够降低车重，延长续驶里程；为使多电机协调运行，要求电动汽车驱动电机可控性高、稳态精度高、动态性能好[2]。目前，在电动汽车上运用的电机驱动系统主要有直流电机驱动系统、异步电机驱动系统、开关磁阻电机驱动系统、永磁电机驱动系统。异步电机有结构简单、电机成本低等优点，但有驱动系统的控制复杂，不易达到宽范围的恒功率调速的缺点；开关磁阻电机有效率高、成本低等优点，但是电机驱动系统有转矩脉动，噪声大并且使用位置传感器增加了结构复杂度，降低了可靠性等缺点；永磁电机具有功率密度高、在宽速度范围内运行效率高等优点，但有驱动系统电流损耗大，永磁体有退磁问题,有转矩脉动，工作噪声大等缺点。与这3种电机驱动系统相比，直流驱动系统具有成本低、调速性能好(平滑和精确)、控制器简单、控制相对成熟等优点，同时直流电机还具有起动转矩高和宽恒功率调速范围，适合在牵引领域应用等优点；因此，本课题研究的电动汽车采用直流电机驱动系统，尽管它存在机械换向器所引起的效率低、转矩脉动大等缺点[3]，但是由于设计中采用了直流斩波技术，使得直流电机的功率因数、工作效率、动态性能和转矩脉动性得到明显改善，因此设计中的直流电机能够满足电动汽车的工作要求。1驱动电机控制系统硬件设计文中所研究的电动汽车，电池为水平铅布电池，单体电池容量85Ah，额定电压216V（单体电池电压12V×电池数18）；驱动电机采用45kW他励直流电机，其控制系统硬件设计包括电机的·电动汽车用驱动电机控制系统研究·

新能源汽车电机控制系统设计技术研究

随着全球能源危机的日益加深和生态环境问题的愈发严峻，新能源汽车日益成为各国政府重点支持和研发的领域。相比传统燃油汽车，新能源汽车具备环保、节能、高效的诸多优势，越来越受到人们的关注。其中，电动汽车是新能源汽车的主要发展方向，因为它具有电力驱动、节能减排、健康环保、静音等特点，同时其动力系统也成为电气化汽车的核心所在。

而在电动汽车的动力系统中，电机控制系统起到了至关重要的作用。新能源汽车经常采用交流电机或永磁同步电机，与传统燃油汽车的发动机不同，电机控制系统直接影响电动汽车的性能、效率和安全性。下面，本文将讨论新能源汽车电机控制系统设计技术的研究现状、问题及发展趋势。

一、电机控制系统设计技术研究现状

目前，国内外在电机控制系统设计技术方面已取得了长足进展。在控制方式上，从最早的PID控制算法到现代控制理论和现代控制算法，可以实现多种控制策略，如功率流量控制、控制轴转矩和速度、感应器控制剩磁转矩等。这些控制策略对应了不同的场合和应用，如车队管理、电机驱动、恒流控制和多电机控制等。

此外，在硬件选型方面，也有多种不同的解决方案。例如，传统模拟电路与现代数据采集和控制型处理器的设计相结合，可以实现更高的控制性能和可靠性，同时也具有更好的灵活性和可编程性。

二、电机控制系统设计技术研究问题

虽然已经有了较为成熟的技术研究成果，但在实际应用过程中，依然存在一些问题。具体来说，有以下几点：

（1）高速运转条件下的问题。由于电动车电机转速高，电机控制系统的高速动态响应能力成为制约其性能的重要因素。这使得目前电机控制系统的研究重点逐渐转向了高精度控制器、高速数据采集和处理技术、复杂控制算法等。

（2）制动过程中的问题。目前电动车主要采用驱动电机反转制动和制动能量回收技术进行制动，但二者都存在一定的问题。因此，目前还缺乏一种高效的电机制动控制方法，这是电机控制系统技术研究的难点所在。

汽车智能电源控制系统研究

汽车智能电源控制系统是现代汽车重要的一个组成部分，其功能包括对汽车电源的监测、管理和控制，以提高汽车的性能、可靠性和节能性。本文将从汽车智能电源控制系统的基本构成、功能特点、研究现状和发展趋势等方面进行论述。

一、汽车智能电源控制系统的基本构成

汽车智能电源控制系统包括发电机、蓄电池、充电系统、供电系统、传感器、控制器和通信系统等七个部分。其中，发电机是汽车电源的核心部件，主要负责发电并给蓄电池充电；蓄电池则是汽车电源的存储部件，能够向汽车供电并接受来自发电机的充电。充电系统主要包括发电机、稳压器和电池充电线路，它们通过对电压、电流和电量的管理，控制汽车电源的充电状态。供电系统包括了汽车的主机电源、从机电源和辅助电源等，它们通过智能控制器的调节，能够根据不同的工作状态和负荷需求，确保汽车始终处于稳定的供电状态。传感器则是汽车智能电源控制系统的感知部件，能够对车内外的环境变化、驾驶员的行为和汽车本身的状态进行监测。控制器则是汽车智能电源控制系统的中枢部件，它能够接收传感器数据、分析车载电路的负荷情况、判断各个组件的工作状态和运行需求，进而控制汽车的发电、充电和供电等功能。通信系统则是汽车智能电源控制系统的“大脑网络”，能够实现控制器与外部设备的信息交互和数据共享。

二、汽车智能电源控制系统的功能特点

汽车智能电源控制系统的主要功能特点包括以下方面：

1、节能环保：优化发电机充电控制、合理调节供电系统的负荷并提高蓄电池的利用率，降低发电机负载和热损耗等，能够有效提高汽车的燃油经济性和环保性；

2、安全可靠：借助传感器实时监测电源工作状态和车载电路的负荷情况，确保安全可靠地供电和充电，避免可能引起的短路、过充或过放等情况；

3、智能化控制：通过控制器和通信系统的智能化管理和控制，能够根据不同的工况、环境和驾驶需求，实现汽车电源的智能化、个性化和优化化控制；

4、功能扩展：基于通信系统和控制器的可编程性和可升级性，汽车智能电源控制系统具有支持更多智能功能的扩展潜力，例如车载娱乐、智能驾驶等。

用于电动汽车的永磁同步电机驱动控制系统设计与实现

1. 本文概述

随着全球对可再生能源和环保意识的日益增强，电动汽车（EV）作为一种绿色、低碳的出行方式，正逐渐成为未来交通的主要趋势。作为电动汽车的核心部件，电机驱动控制系统的性能直接影响着车辆的动力性、经济性和可靠性。永磁同步电机（PMSM）因其高效率、高功率密度和优良的控制性能，在电动汽车领域得到了广泛应用。本文旨在探讨用于电动汽车的永磁同步电机驱动控制系统的设计与实现，为电动汽车的进一步发展提供技术支持和理论参考。

文章首先介绍了永磁同步电机的基本原理和特性，分析了其在电动汽车应用中的优势和挑战。随后，详细阐述了永磁同步电机驱动控制系统的总体设计方案，包括硬件平台的选取、控制策略的制定以及关键技术的实现。在硬件设计方面，文章讨论了功率电子开关的选择、电流传感器的配置以及电机参数的匹配等问题。在控制策略方面，文章重点介绍了矢量控制、直接转矩控制等先进控制方法，并分析了它们在提高电机性能、优化能量利用等方面的作用。

文章还针对永磁同步电机驱动控制系统中的关键技术问题，如参数辨识、无位置传感器控制、热管理等进行了深入研究和探讨。通过理论分析和实验验证，文章提出了一系列有效的解决方案，为永磁同步电机在电动汽车中的实际应用提供了有力支持。

文章总结了永磁同步电机驱动控制系统的设计与实现过程中的经验教训，展望了未来在该领域的研究方向和应用前景。通过本文的研究，旨在为电动汽车的电机驱动控制技术的发展提供有益的参考和借鉴。

2. 永磁同步电机在电动汽车中的应用及优势

提高电动汽车效率：永磁同步电机能够提供稳定和强大的磁场，提高电机的效率和输出功率，从而提高电动汽车的动力性能。

增强电动汽车性能：永磁同步电机的转子损耗很小，功率密度高，可采用多极，为采用直接驱动、全封闭结构和系统集成化提供了可能。

高效能：永磁同步电机的能效更高，不需要产生额外的磁场，转子能够快速响应变化的负载条件，实现最大功率输出。