焦致遠(yuǎn)，于士軍

（德州學(xué)院汽車(chē)工程學(xué)院，山東德州 253000）

電動(dòng)汽車(chē)電機(jī)驅(qū)動(dòng)控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

焦致遠(yuǎn)，于士軍

（德州學(xué)院汽車(chē)工程學(xué)院，山東德州 253000）

在對(duì)電動(dòng)汽車(chē)進(jìn)行整體研究時(shí)，電動(dòng)汽車(chē)驅(qū)動(dòng)控制系統(tǒng)是至關(guān)重要的一部分。此研究對(duì)電機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)進(jìn)行了設(shè)計(jì)，根據(jù)不同電動(dòng)機(jī)的不同特性和工作狀態(tài)，以及在滿足所設(shè)計(jì)電動(dòng)汽車(chē)性能需求的前提條件下，對(duì)電機(jī)驅(qū)動(dòng)控制系統(tǒng)進(jìn)行了結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。在進(jìn)行了模糊控制算法后，又利用軟件工具對(duì) PI 控制器的傳遞函數(shù)進(jìn)行選擇，設(shè)計(jì)出了模糊 PI控制程序的主要流程。

電動(dòng)汽車(chē)；驅(qū)動(dòng)電機(jī)；控制系統(tǒng)；模糊 PI 控制

電動(dòng)汽車(chē)的發(fā)展順應(yīng)當(dāng)今發(fā)展趨勢(shì)，電動(dòng)汽車(chē)較之傳統(tǒng)汽車(chē)，不需要非可再生能源的消耗就能提供一定的動(dòng)力，經(jīng)濟(jì)、環(huán)保的特性讓電動(dòng)汽車(chē)作為目前流行的發(fā)展產(chǎn)物被人們廣泛接受。在研究電動(dòng)汽車(chē)制動(dòng)系統(tǒng)工作中，對(duì)電機(jī)控制器進(jìn)行設(shè)計(jì)是核心工作，系統(tǒng)正常工作能夠保障電動(dòng)汽車(chē)良好性能。因此，電機(jī)驅(qū)動(dòng)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)和優(yōu)化便顯得十分重要。本研究的設(shè)計(jì)主要包括電機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、電機(jī)驅(qū)動(dòng)控制模型設(shè)計(jì)，以及利用模糊 PI 控制算法設(shè)計(jì)系統(tǒng)主控制程序。

1 電機(jī)驅(qū)動(dòng)控制系統(tǒng)控制模型

（1）電機(jī)驅(qū)動(dòng)控制系統(tǒng)主要結(jié)構(gòu)?？刂齐姍C(jī)工作時(shí)，將可變電壓信號(hào)與電樞電流反饋電壓信號(hào)進(jìn)行對(duì)比，通過(guò)相應(yīng)算法計(jì)算后，輸出控制電壓 Uc。將 PWM 變換電路進(jìn)行更改，然后求出占空比，從而可以充分控制電機(jī)端電壓的平均值。電機(jī)驅(qū)動(dòng)控制系統(tǒng)框圖，如圖1 所示。

圖1 電機(jī)驅(qū)動(dòng)控制系統(tǒng)框圖

（2）永磁無(wú)刷直流電動(dòng)機(jī)的等效電路。電機(jī)驅(qū)動(dòng)控制的數(shù)學(xué)模型對(duì)于此研究的進(jìn)行可以提供幫助，對(duì)于電機(jī)驅(qū)動(dòng)控制系統(tǒng)來(lái)說(shuō)，快速響應(yīng)的性能至關(guān)重要。電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速變化要求能夠隨著電壓控制信號(hào)的改變而改變，因此電動(dòng)機(jī)的動(dòng)態(tài)過(guò)渡過(guò)程越短，其數(shù)學(xué)模型設(shè)計(jì)越能夠滿足設(shè)計(jì)要求。圖2 為永磁無(wú)刷直流電動(dòng)機(jī)的等效電路。

圖2 磁無(wú)刷直流電動(dòng)機(jī)的等效電路

Udo為電機(jī)端電壓；Id為電樞電流；R 為電樞回路電阻：E為反電動(dòng)勢(shì)；n 為電機(jī)轉(zhuǎn)速；TL為負(fù)載轉(zhuǎn)矩；Te為電磁轉(zhuǎn)矩；L為電感。

永磁直流電動(dòng)機(jī)動(dòng)態(tài)方程為：

（3）電流 PI 控制器的傳遞函數(shù)。對(duì)于永磁無(wú)刷直流電機(jī)來(lái)說(shuō)，電動(dòng)機(jī)沒(méi)有電刷，利用電子換相，克服由電刷引起的任何問(wèn)題；永磁體安裝在了轉(zhuǎn)子上，電樞繞組裝在了定子上，導(dǎo)熱性好；結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，節(jié)省了空間同時(shí)也減少了磁場(chǎng)損失；效率與轉(zhuǎn)速始終保持同步關(guān)系，沒(méi)有失步、振蕩等現(xiàn)象。永磁無(wú)刷直流電動(dòng)機(jī)有多種控制方法，在此運(yùn)用 PI 控制方法系統(tǒng)由電流控制器和被控對(duì)象組成，PI 控制器由比例單元（P）和積分單元（I）組成。電流控制器的傳遞函數(shù)為：

式中：Kp為比例調(diào)節(jié)系數(shù)；Ti為積分時(shí)間常數(shù)。

（4）PWM 變換器傳遞函數(shù)。可以將 PWM 變換裝置看成一個(gè)滯后環(huán)節(jié)，因?yàn)楫?dāng)改變發(fā)出的控制電壓信號(hào) Uc時(shí)，在下一個(gè)方波周期變換器的輸出電壓才能進(jìn)行改變，一個(gè)開(kāi)關(guān)周期 Ts為最大延時(shí)。PWM 裝置傳遞函數(shù)為：

式中：Ks為 PWM 裝置的放大系數(shù)。

（3）電機(jī)驅(qū)動(dòng)控制模型。電機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)框圖，如圖3 所示。

圖3 電機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)框圖

2 電機(jī)驅(qū)動(dòng)控制器算法實(shí)現(xiàn)

（1）模糊 PI 控制算法的實(shí)現(xiàn)。C 語(yǔ)言可以提高軟件的多種性能，有利于處理中斷函數(shù)、實(shí)現(xiàn)控制系統(tǒng)的系初始化以及良好的控制信號(hào)輸出的功能等。主程序流程如圖4 所示。

圖4 主程序流程

初始化主要包括兩路 PWM 初始占空比和繼電器初始狀態(tài)的設(shè)置。系統(tǒng)所涉及到的中斷有：①CAN 總線中斷；②HSO中斷；③串口接收數(shù)據(jù)中斷；④擋位變化中斷。以 T1 作為周期為 2000Hz 的 PWM 波采用定時(shí)器的基準(zhǔn)，用定時(shí)器中斷采取的樣本周期為 250Hz。

用模糊 PI控制算法來(lái)對(duì)勵(lì)磁和電樞部分進(jìn)行計(jì)算，其工作的原理框圖如圖5 所示。該控制器可以在調(diào)整系統(tǒng)控制量U 時(shí)，在大的偏差范圍內(nèi)采用模糊推理的方法對(duì) U 進(jìn)行有效調(diào)整。這樣不僅消除了模糊控制較難控制的穩(wěn)態(tài)誤差，而且還對(duì)系統(tǒng)的響應(yīng)速度進(jìn)行了提高，實(shí)現(xiàn)了 PI 控制可以在小偏差范圍內(nèi)轉(zhuǎn)換，使算法幾乎沒(méi)有系統(tǒng)的靜差和提高算法的動(dòng)態(tài)性能。

圖5 模糊 PI控制算法原理框圖

3 結(jié)論

電動(dòng)汽車(chē)作為全世界正在大力發(fā)展的新興產(chǎn)物，對(duì)保護(hù)環(huán)境、節(jié)約資源有著積極的影響。文章主要研究了電動(dòng)汽車(chē)的核心技術(shù)中的電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)控制系統(tǒng)。通過(guò)對(duì)電機(jī)驅(qū)動(dòng)控制系統(tǒng)進(jìn)行了研究和優(yōu)化，并建立了電機(jī)驅(qū)動(dòng)控制系統(tǒng)模型。在此模型的基礎(chǔ)上，確定了模糊 PI 控制算法，設(shè)計(jì)了控制器主程序。在之后的研究測(cè)試中，所設(shè)計(jì)的電機(jī)驅(qū)動(dòng)控制系統(tǒng)工作性能良好，安全可靠，符合了電機(jī)驅(qū)動(dòng)控制策略的要求。證明了電動(dòng)汽車(chē)的整體設(shè)計(jì)研究符合研究標(biāo)準(zhǔn)，滿足設(shè)計(jì)要求，為此后進(jìn)行其他重要系統(tǒng)以及電動(dòng)汽車(chē)整車(chē)設(shè)計(jì)研究打下了一定的基礎(chǔ)。

［1］濮良貴，紀(jì)名剛.機(jī)械設(shè)計(jì)［M］.北京：高等教育出版社，2006.

［2］邢念偉.電動(dòng)車(chē)用 PMSM 驅(qū)動(dòng)控制系統(tǒng)關(guān)鍵技術(shù)研究［D］.哈爾濱：哈爾濱工業(yè)大學(xué)，2012.

［3］王孝紅.純電動(dòng)汽車(chē)交流電機(jī)控制器的仿真與設(shè)計(jì)［D］.合肥：安徽大學(xué)，2011.

［4］吳世華.電動(dòng)汽車(chē)用永磁同步電機(jī)設(shè)計(jì)方法及相關(guān)問(wèn)題的研究［D］.哈爾濱：哈爾濱工業(yè)大學(xué)，2010.

Design of Motor Drive Control System for Electric Vehicle

JIAO Zhi-yuan，YU Shi-jun
（School of A utomotive Engineering，Dezhou College，Dezhou，Shandong 253000，China）

In the study of electric vehicle，electric vehicle driving control system is a very important part. The study designs motor drive systemaccording to different characteristics and working conditionsof different motors，and on the premise of meeting the performance requirements of designed electric vehicles.After the fuzzy control algorithm being adopted，the paper selects the transfer function of PI controller by software tools，and designs the main flow of fuzzy PI control program.

electric vehicle；drive motor；control system；fuzzy PI control

U464.142.1

A

2095-980X（2016）12-0030-02

2016- 11-20

焦致遠(yuǎn)，主要研究方向：汽車(chē)工程。