王暑明

（蘇州高等職業(yè)技術(shù)學(xué)校，江蘇蘇州，215009）

1 研究背景

國(guó)外對(duì)電動(dòng)汽車電機(jī)的研究已經(jīng)經(jīng)歷了一個(gè)很長(zhǎng)時(shí)間的發(fā)展過程。特斯拉以及大眾寶馬等外企各項(xiàng)技術(shù)和行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)制定完善，生產(chǎn)的電機(jī)控制器有嚴(yán)格的行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，可非常方便地兼容不同的電動(dòng)汽車電機(jī)型號(hào)。生產(chǎn)電動(dòng)汽車電機(jī)控制器的大型外企主要有整車生產(chǎn)企業(yè)，汽車零配件生產(chǎn)商和大型半導(dǎo)體公司。零配件生產(chǎn)商主要包括博世、大陸、麥格納；整車企業(yè)包括福特、別克、奔馳等汽車公司。TI、Freescale、Infineon 等半導(dǎo)體公司同樣提供了針對(duì)自家控制器的電動(dòng)汽車電機(jī)控制方案。

當(dāng)前國(guó)內(nèi)電動(dòng)汽車發(fā)展迅速，但起步較晚，國(guó)內(nèi)電動(dòng)汽車如比亞迪、蔚來、小鵬等，普遍采用交流永磁同步電機(jī)驅(qū)動(dòng)電動(dòng)汽車?？刂破鞑捎媚：齈ID 等算法計(jì)算IGBT 的占空比來控制永磁同步電機(jī)的運(yùn)行。該方案通過檢測(cè)電機(jī)轉(zhuǎn)子位置，在定子線圈上施加對(duì)應(yīng)脈動(dòng)電壓，生成的磁場(chǎng)非正弦旋轉(zhuǎn)變化，推動(dòng)定子轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)會(huì)造成電機(jī)抖動(dòng)。同時(shí)，算法生成的磁場(chǎng)只能根據(jù)電機(jī)轉(zhuǎn)子當(dāng)前的位置產(chǎn)生相應(yīng)的推力，不具備控制轉(zhuǎn)子減速和定位的能力。對(duì)電機(jī)的伺服控制，國(guó)內(nèi)研究較少，掌握伺服技術(shù)的企業(yè)不多，目前尚未有搭載交流伺服驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的電動(dòng)車車型。

結(jié)合當(dāng)前電動(dòng)車電機(jī)控制方法和電機(jī)伺服控制技術(shù)，研究一種控制電動(dòng)汽車電機(jī)的伺服驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)，解決當(dāng)前電動(dòng)汽車電機(jī)控制中出現(xiàn)的電機(jī)抖動(dòng)、不能控制電機(jī)減速和定位的問題。隨著電子元件的發(fā)展，成本的降低，人們對(duì)電動(dòng)車品質(zhì)要求的提升，電動(dòng)汽車電機(jī)的伺服驅(qū)動(dòng)技術(shù)將成為電動(dòng)汽車行業(yè)的發(fā)展方向。

2 電動(dòng)汽車永磁同步電機(jī)數(shù)學(xué)模型

■2.1 電動(dòng)汽車永磁同步電機(jī)結(jié)構(gòu)和控制架構(gòu)

交流永磁同步電機(jī)由于其性能優(yōu)良，被高檔電動(dòng)汽車廣泛采用。研究采用的永磁同步電機(jī)轉(zhuǎn)子為永磁體，并做成特定的形狀，使定子磁體生成正弦的磁場(chǎng)。永磁同步電機(jī)主要由定子、轉(zhuǎn)子、基座和編碼器組成，結(jié)構(gòu)如圖1 所示。

圖1 轉(zhuǎn)子為永磁體的電機(jī)模型

電動(dòng)汽車的電瓶一般提供330V 左右的直流電，可以直接供給直流母線。但電機(jī)啟動(dòng)和制動(dòng)時(shí)電流較大，因電瓶存在內(nèi)阻，會(huì)拉低電平電壓，需將直流電經(jīng)逆變器等裝置處理后再輸出交流電供給控制器。系統(tǒng)選擇交－直－交的電機(jī)控制方式，主要模塊有整流橋電路、IGBT 逆變器電路、控制IGBT 的電路、三相交流永磁電機(jī)、位置編碼器以及電流傳感器，控制IGBT 的電路控制IGBT 的通斷和頻率，結(jié)構(gòu)原理圖如圖2 所示。

圖2 電動(dòng)汽車永磁同步電機(jī)交流伺服控制系統(tǒng)基本架構(gòu)

■2.2 建立三個(gè)坐標(biāo)系

控制器通過控制六個(gè)IGBT 開關(guān)管的通斷來控制定子線圈上的電壓，定子線圈得到交變的電壓生成旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)，直接計(jì)算六個(gè)IGBT 控制信號(hào)非常困難，可通過坐標(biāo)轉(zhuǎn)換方法，將電機(jī)電壓電流等參數(shù)通過坐標(biāo)變換，在另外一個(gè)坐標(biāo)系中表示并計(jì)算，再回原坐標(biāo)系輸出可簡(jiǎn)化運(yùn)算。

圖3 是P=1 的永磁同步交流電機(jī)，X、Y、Z 為線圈繞組首端，X1、Y1、Z1是尾端，以中心為原點(diǎn)，建一個(gè)靜止的三軸坐標(biāo)系A(chǔ)、B、C，A、B、C 三軸的軸間隔為120°，分布在平面上。在此基礎(chǔ)上建一個(gè)直角的坐標(biāo)系αβ，兩軸分別為α和β，讓?duì)凛S與A 軸重疊，β軸置于相對(duì)A 軸前90°，構(gòu)成一個(gè)兩軸的靜止坐標(biāo)系。再定義一個(gè)旋轉(zhuǎn)的兩軸坐標(biāo)系d、q，d 軸位置放在置電機(jī)轉(zhuǎn)子的中軸線，讓q 軸垂直于d 軸安放。θ為d 軸與α軸夾角，也叫空間上的電角度，參數(shù)的坐標(biāo)變換方法可用Clarke 和Park 坐標(biāo)轉(zhuǎn)換方法。

圖3 電動(dòng)汽車交流永磁同步電機(jī)三個(gè)坐標(biāo)系相對(duì)位置

■2.3 建立電動(dòng)汽車永磁同步電機(jī)數(shù)學(xué)模型

建立永磁同步交流伺服電機(jī)數(shù)學(xué)模型需構(gòu)建電壓、磁鏈、轉(zhuǎn)矩和運(yùn)動(dòng)方程式，電機(jī)運(yùn)行時(shí)，定子轉(zhuǎn)子的磁場(chǎng)相互影響，會(huì)發(fā)生較大的電磁耦合，建模忽略一些次要影響因素，做如下假設(shè)：

（1）忽略鐵芯飽和的影響；

（2）不計(jì)鐵芯鍋流損耗、磁滯損耗；

（3）永磁同步電機(jī)繞組產(chǎn)生的感應(yīng)電勢(shì)為正弦量；

（4）轉(zhuǎn)子永磁體電導(dǎo)率為0。

定子電壓在空間表達(dá)式如下：

定子磁鏈在空間的矢量表達(dá)式如下：

式中參數(shù)：Rs：定子的內(nèi)阻；Ls：定子線圈的感抗；ψs：定子磁鏈?zhǔn)噶?；ψr：轉(zhuǎn)子磁鏈?zhǔn)噶浚籌s：定子電流矢量。

定子三個(gè)線圈電壓如下式：

式中參數(shù)：UA、UB、UC：定子繞組三相的電壓；Rs：定子線圈內(nèi)阻；ψA、ψB、ψC：定子磁鏈。

將三相電壓值在d-q 坐標(biāo)下表達(dá)如（4）所示：

式中參數(shù)：qψ：定子在q 軸 上的磁鏈；dψ：定子在d 軸上的磁鏈；rω：跟隨坐標(biāo)系旋轉(zhuǎn)的角速度。

磁鏈方程為式（5），其中：dL、qL是定子在d、q 軸下的電感值，fψ為轉(zhuǎn)子的磁鏈。

永磁同步電機(jī)轉(zhuǎn)子勵(lì)磁方式為永磁體，轉(zhuǎn)子的永磁體激發(fā)的磁場(chǎng)只跟d 軸定子繞組的fψ有關(guān)。轉(zhuǎn)矩和運(yùn)動(dòng)方程在d、q 旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系中可表示為：

上式：Te、TL：電磁轉(zhuǎn)矩、負(fù)載轉(zhuǎn)矩；np：為電機(jī)的極對(duì)數(shù)。

由上式可知，影響電磁轉(zhuǎn)矩的變量只有id和iq兩個(gè)量?？梢酝ㄟ^控制id和iq來實(shí)現(xiàn)永磁同步電機(jī)的伺服控制。

3 電動(dòng)汽車永磁同步電機(jī)的伺服驅(qū)動(dòng)

由上面分析可知，轉(zhuǎn)矩Te和iq正關(guān)聯(lián)，可通過控制iq來控制轉(zhuǎn)矩。控制id來控制勵(lì)磁?？刂苅d和iq用比例積分控制器來調(diào)節(jié)。

當(dāng)id= 0時(shí)，永磁同步電機(jī)的轉(zhuǎn)矩表達(dá)式可簡(jiǎn)化為：

采用這種方式，直流部分電流置為0，轉(zhuǎn)矩只受交流部分影響，直流和交流部分完全獨(dú)立控制。采用這種控制，可以將轉(zhuǎn)矩和勵(lì)磁分開控制，控制算法簡(jiǎn)單，出錯(cuò)概率?。豁憫?yīng)速度快，穩(wěn)定性高；扭矩?zé)o太大波動(dòng)，電機(jī)無抖動(dòng)。

■3.1 SVPWM 方式計(jì)算開關(guān)信號(hào)

id控制轉(zhuǎn)子磁通，iq控制轉(zhuǎn)矩，將實(shí)測(cè)的電機(jī)id、iq與設(shè)定的值送入PI 調(diào)節(jié)器，PI 調(diào)節(jié)器計(jì)算出Ud來控制磁通，Uq來控制轉(zhuǎn)矩，Ud和Uq的值在αβ坐標(biāo)系表示為Uα和Uβ，將Uα和Uβ的值采用正弦脈寬調(diào)制（SPWΜ）方式，生成IGBT 的控制信號(hào)。IGBT 的通斷可控制電機(jī)三相定子的電壓，三相電壓在空間的矢量疊加，構(gòu)成了磁鏈波形，磁鏈的變化跟隨基準(zhǔn)磁鏈。

六個(gè)IGBT 兩兩分布在三個(gè)橋臂上，通過對(duì)六個(gè)IGBT的開關(guān)，控制電壓矢量變化，實(shí)現(xiàn)磁場(chǎng)的旋轉(zhuǎn)，定義一個(gè)布爾量(x=a、b、c)：

由于同一個(gè)橋上的兩個(gè)IGBT 不能同時(shí)導(dǎo)通，所以六個(gè)IGBT 開關(guān)狀態(tài)共八種，分別為：U0(000)、U1(001)、U2(010)、U3(011)、U4(100)、U5(101)、U6(110)，U7(111)。

直流母線電壓表示為Udc，線圈上的U、V、W 電壓定義為UA、UB、UC，在ABC 坐標(biāo)中相差120°。三個(gè)跟隨時(shí)間變化的電壓矢量UA(t)、UB(t)、UC(t)，其電壓矢量大小遵循正弦規(guī)變化：

上式：UA(t)、UB(t)、UC(t)：分別為三相上的電壓值；Um：為定子上單相相電壓幅值；θ：為2πft，f是頻率。

三相定子線圈上的電壓空間矢量Uref可表示為：

上式：Uα、Uβ：分別為兩相靜止坐標(biāo)系下的α、β軸電壓。

IGBT 控制三橋臂輸出120°角度差的正弦波電壓可以生一個(gè)旋轉(zhuǎn)的電壓矢量（Uref），其幅值為母線電壓，角頻率為ω=2π f，電壓積分為磁鏈，所以只需控制Uref幅度不動(dòng)，相位角變化勻速，積分就可以保持不變，生旋轉(zhuǎn)的圓形磁鏈。IGBT 逆變電路在各通斷狀態(tài)下，生成的電壓矢量值見表1所示，空間矢量如圖4 所示。

圖4 線圈電壓在空間矢量上的分布

表1 IGBT逆變電路各通斷狀態(tài)下的電壓矢量

■3.2 SVPWM 合成方式修整

上述算法控制六個(gè)IGBT 的開關(guān)生成的磁場(chǎng)為多邊形，運(yùn)行不平滑，生成連續(xù)平滑旋轉(zhuǎn)磁鏈的方法如下：

先用Uα、兩個(gè)向量判斷合成的電壓矢量處于哪一個(gè)扇區(qū)。定義三個(gè)變量M1、M2、M3。

當(dāng)M1> 0， A =1 ，否則A = 0；當(dāng)M2> 0，則B > 1,否則B = 0；類似的，M3> 0時(shí)， C =1 ，否則C = 0。

通過M1、M2、M3判斷所在區(qū)間， 規(guī)定N = A + 2 × B + 4 × C ，N 與扇區(qū)的對(duì)應(yīng)關(guān)系見表2 所示。

表2 扇區(qū)判斷參照表

圖5 1 區(qū)內(nèi)的定子電壓空間矢量的合成分解

其中：ST 為運(yùn)行周期。

■3.3 電動(dòng)汽車永磁同步電機(jī)伺服驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)控制過程

根據(jù)上面的推導(dǎo)，電機(jī)電磁轉(zhuǎn)矩和iq成正比，勵(lì)磁分量和電流di相關(guān)，而d、q 軸是互不干擾的，這樣就將電磁轉(zhuǎn)矩和勵(lì)磁拆分控制。將算法運(yùn)用于實(shí)踐整理如下：

（1）電流傳感器檢測(cè)定子線圈上的電流值：ia、ib、ic，經(jīng)過濾波和模數(shù)轉(zhuǎn)換發(fā)給DSP 芯片。

（2）ia、ib、ic經(jīng)Clarke 坐標(biāo)轉(zhuǎn)換，變成αβ坐標(biāo)系下的兩個(gè)量：iα和iβ，iα和iβ為正交的正弦量。

（3）用坐標(biāo)轉(zhuǎn)換方法將iα和iβ的值在d-q 坐標(biāo)系中表達(dá)，得到分量di和qi。

（4）編碼器檢測(cè)轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)狀態(tài)，芯片通過解碼得到轉(zhuǎn)子實(shí)際速度和角度，實(shí)際速度和角度與上位機(jī)發(fā)出的速度角度命令一起輸入控制器。

（5）將實(shí)測(cè)的電機(jī)id、iq與設(shè)定值送入PI 調(diào)節(jié)器。id控制轉(zhuǎn)子磁通，iq控制轉(zhuǎn)矩，PI 調(diào)節(jié)器分別計(jì)算出Ud和Uq的值。

（6）Ud、Uq經(jīng)坐標(biāo)變換，轉(zhuǎn)換成αβ坐標(biāo)系下的Uα、Uβ。將Uα和Uβ輸送給SVPWΜ 模塊，SVPWΜ 模塊計(jì)算出控制IGBT 的脈沖，IGBT 控制定子線圈上的電壓，最終定子線圈生成旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)。

4 仿真研究

系統(tǒng)分三閉環(huán)控制，從內(nèi)向外嵌套，分別為電流環(huán)、速度環(huán)和位置環(huán)，結(jié)構(gòu)框圖如圖6 所示。

圖6 電動(dòng)汽車永磁同步電機(jī)交流伺服控制系統(tǒng)三閉環(huán)控制框圖

根據(jù)上述結(jié)構(gòu)框圖和算法研究，在Simulink 平臺(tái)下搭建永磁同步電機(jī)交流伺服系統(tǒng)的仿真。模型如圖7 所示?？刂破髦饕须娏?、速度和位置PI 控制器，SVPWΜ，Park變換和Park 逆變換模塊，Clarke 變換模塊、示波器等模塊。速度信號(hào)和負(fù)載信號(hào)輸入PI 調(diào)節(jié)器，具體參數(shù)由系統(tǒng)運(yùn)行狀態(tài)修正；用坐標(biāo)變換運(yùn)算實(shí)現(xiàn)控制參數(shù)的坐標(biāo)轉(zhuǎn)換；再用SVPWΜ 模塊將Uα和Uβ的數(shù)值調(diào)制成脈沖，脈沖信號(hào)控制IGBT 驅(qū)動(dòng)橋，驅(qū)動(dòng)橋電路給電機(jī)輸入調(diào)制的正弦電壓，控制永磁同步電機(jī)本體旋轉(zhuǎn)，顯示器顯示電機(jī)的電壓、位置、轉(zhuǎn)速和轉(zhuǎn)矩等。

圖7 基于id = 0的矢量控制系統(tǒng)仿真模型

采用odel5s 算法，選步長(zhǎng)可變，系統(tǒng)運(yùn)行時(shí)間設(shè)定為0.3s，設(shè)定0.001 誤差；電機(jī)極數(shù)選擇4；轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動(dòng)慣量設(shè)定為J =0.0006329kg?m2；定子繞組內(nèi)阻選取R =0.9585?；感抗Ld =Lq =0.00525H；電機(jī)磁通量值ψf=0.1827Wb；速度設(shè)定為700rad/s；角度為10rad ；負(fù)載轉(zhuǎn)矩開始1N.M，0.1秒后增加為3N.M。

■4.1 突加負(fù)載下的三相相電壓仿真曲線

如圖8 所示，電機(jī)由于是感性元件，啟動(dòng)時(shí)引起了線圈上的電壓震蕩，0.02s 后電壓穩(wěn)定下來。在0.1s 時(shí)，負(fù)載加倍，定子線圈上的三相電壓供應(yīng)相應(yīng)增大，波形平滑，說明系統(tǒng)在突加負(fù)載情況下，穩(wěn)定性非常高，既不會(huì)對(duì)電源造成較大的沖擊，也不會(huì)出現(xiàn)抖動(dòng)。

圖8 突加負(fù)載下定子的相電壓曲線

■4.2 負(fù)載變化下的轉(zhuǎn)矩變化

如圖9 所示，在系統(tǒng)得電的0.02s 內(nèi)，轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)較大，電機(jī)經(jīng)過0.02s 的啟動(dòng)后，轉(zhuǎn)矩穩(wěn)定下來。0.1s 時(shí)給電機(jī)加了一個(gè)負(fù)載，轉(zhuǎn)矩有一個(gè)非常短暫的升高調(diào)節(jié)，短暫波動(dòng)后穩(wěn)定輸出。相比當(dāng)前電機(jī)控制系統(tǒng)扭矩的脈動(dòng)變化，方案在穩(wěn)態(tài)和突加轉(zhuǎn)矩條件下，輸出的轉(zhuǎn)矩始終保持平滑，滿足設(shè)計(jì)預(yù)期的平順輸出。

圖9 突加轉(zhuǎn)矩響應(yīng)曲線

■4.3 轉(zhuǎn)速響應(yīng)仿真曲線分析

如圖10 所示，電機(jī)啟動(dòng)后，轉(zhuǎn)速在0.02s 內(nèi)快速震蕩升高，轉(zhuǎn)子有一定的抖動(dòng)。0.02s 后轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速平穩(wěn)。0.1s 后給系統(tǒng)突加負(fù)載后，轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速經(jīng)過一個(gè)微小的下滑后很快回到原速度，響應(yīng)快且誤差非常小，相比當(dāng)前電機(jī)控制系統(tǒng)，速度脈沖變化，該系統(tǒng)的調(diào)速非常平滑，提升了駕駛的平順性。

圖10 交流伺服控制系統(tǒng)控制下的永磁同步電機(jī)轉(zhuǎn)速響應(yīng)曲線

■4.4 位置響應(yīng)仿真曲線分析

如圖11 所示，給系統(tǒng)一個(gè)位置信號(hào)，控制系統(tǒng)反饋的位置信號(hào)經(jīng)0.4s 的響應(yīng)時(shí)間后保持穩(wěn)定，且角度變化勻速。說明電機(jī)控制系統(tǒng)可以控制電機(jī)位置，旋轉(zhuǎn)的角速度也非常穩(wěn)定，克服了當(dāng)前控制系統(tǒng)不能定位，抖動(dòng)的缺陷。

圖11 交流伺服控制系統(tǒng)控制下的永磁同步電機(jī)位置階躍響應(yīng)曲線

5 電動(dòng)汽車永磁同步電機(jī)交流伺服驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)臺(tái)架測(cè)試

■5.1 控制器實(shí)物介紹

控制器強(qiáng)電和弱電分開設(shè)計(jì)，安放在兩塊板子上，通過接口連接。整體實(shí)物圖如圖12 所示，設(shè)計(jì)有RS232 接口連接電腦和控制器芯片。

圖12 伺服驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)硬件實(shí)物

控制板如圖13 所示，由DSP 和FPGA 作為控制核心，DSP 統(tǒng)籌整個(gè)控制流程，F(xiàn)PGA 主要負(fù)責(zé)算法運(yùn)算。

圖13 伺服驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)控制板

功率板右側(cè)下方的端口接動(dòng)力電源，有接三相交流電接口，也支持直流電接在母線上，制動(dòng)電阻外接。IGBT 驅(qū)動(dòng)模塊在左下的黃色金屬盒中，用高速達(dá)林頓管驅(qū)動(dòng)，DSP芯片發(fā)出的信號(hào)控制達(dá)林頓管。

圖14 伺服驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)功率板

■5.2 實(shí)驗(yàn)臺(tái)架介紹

實(shí)驗(yàn)臺(tái)架如圖15 所示，電機(jī)選擇的是杭州米格3kW的伺服電機(jī)，配套絕對(duì)值編碼器檢測(cè)位置，直流電源給控制板供電。實(shí)驗(yàn)設(shè)備還包含測(cè)功機(jī)和示波器等。

圖15 電動(dòng)汽車永磁同步電機(jī)交流伺服驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)臺(tái)架

■5.3 電動(dòng)汽車永磁同步電機(jī)交流伺服驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)測(cè)試結(jié)果分析

用實(shí)驗(yàn)臺(tái)架測(cè)試電機(jī)在啟動(dòng)、空載和突加負(fù)載情況下的相電壓、扭矩和速度等參數(shù)進(jìn)行測(cè)試，來驗(yàn)證控制系統(tǒng)的性能。用220V 單相交流電供電，經(jīng)整流裝置提供給母線60V的直流電壓，設(shè)置16kHz 的PWΜ 脈沖，速度和位置的采樣周期為125μs。在DSP 程序中定義電機(jī)需要觀察的參數(shù)，飛思卡爾編譯軟件中添加FreeΜaster 軟件可以監(jiān)控程序參數(shù)，用RS232 接口連接驅(qū)動(dòng)板和電腦。

圖16 為低速恒定負(fù)載下的電壓，圖中顯示U、V 電流為正弦，W 相電流可根據(jù)其余兩相計(jì)算獲得。

圖16 FreeMaster 中顯示的U、V 兩相的電流

電機(jī)突加、突卸負(fù)載工況下id，iq電流響應(yīng)圖像曲線如圖17 所示：id始終近似為0，iq的值緊跟隨著負(fù)載的變化。說明隨著電機(jī)負(fù)載的變化，電機(jī)同步改變輸出電流，提供對(duì)應(yīng)的扭矩。

圖17 負(fù)載變化下的 id 、 qi 電流曲線

給電機(jī)一個(gè)突然的加速指令，如圖18 所示，一個(gè)紅色階躍曲線，實(shí)際曲線如圖藍(lán)色顯示。當(dāng)速度給定急劇變化時(shí)，速度跟蹤非常好。表明系統(tǒng)的速度響應(yīng)快速且穩(wěn)定，無太大超調(diào)和震蕩。

圖18 突變速度指令下實(shí)際速度響應(yīng)曲線

6 總結(jié)

提出一種用可控平滑正弦磁場(chǎng)推動(dòng)轉(zhuǎn)子正弦磁場(chǎng)運(yùn)動(dòng)的電機(jī)交流伺服驅(qū)動(dòng)方案，研究控制永磁同步電機(jī)定子生成正弦旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)的關(guān)鍵參數(shù)，通過PARK 變換/逆變換和CLAK 變換的方法轉(zhuǎn)換參數(shù)，建立以id=0 的轉(zhuǎn)矩控制方法，算出能生成旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)的線圈空間矢量電壓，研究用空間矢量調(diào)制技術(shù)實(shí)現(xiàn)電壓矢量的調(diào)制，建立了位置、轉(zhuǎn)速、轉(zhuǎn)矩三閉環(huán)控制。經(jīng)ΜATLAB/SIΜLINK 仿真和實(shí)物臺(tái)架測(cè)試，主要工作整理如下：

（1）通過不同坐標(biāo)系下的數(shù)學(xué)建模和公式推導(dǎo)，得出電機(jī)電磁轉(zhuǎn)矩和iq成正比，勵(lì)磁分量和電流di相關(guān)，而d、q 軸互不干擾，將電磁轉(zhuǎn)矩和勵(lì)磁拆分控制。

（2）將定子線圈上的電流值ia、ib、ic經(jīng)Clarke 坐標(biāo)轉(zhuǎn)換，變成αβ坐標(biāo)系下的兩個(gè)量：iα和iβ，iα和iβ正交，進(jìn)一步簡(jiǎn)化了電流表達(dá)式，相互關(guān)聯(lián)的量得以拆分。

（3）繼續(xù)用坐標(biāo)轉(zhuǎn)換方法將iα和iβ的值在d-q 旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系中表達(dá)，得到di和iq兩個(gè)分量，通過分析對(duì)比，選用id= 0的矢量控制算法。

（4）通過公式推導(dǎo)，發(fā)現(xiàn)轉(zhuǎn)子磁通和id的關(guān)系，iq和轉(zhuǎn)矩的關(guān)系，以此通過公式計(jì)算出Ud和Uq的值。

（5）、Uq經(jīng)坐標(biāo)變換，轉(zhuǎn)換成αβ坐標(biāo)系下的Uα、Uβ，研究了SVPWΜ 變換方式，SVPWΜ 模塊用Uα、Uβ計(jì)算出控制IGBT 脈沖的方法，最終定子線圈生成平滑可控的旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)。

（6）進(jìn)行了仿真驗(yàn)證和實(shí)物臺(tái)架測(cè)試，驗(yàn)證了控制算法。

結(jié)果表明：恒定載荷下電機(jī)輸出扭矩和速度誤差在1%以內(nèi)，角度誤差1°，突加負(fù)載下扭矩和速度響應(yīng)時(shí)間在0.01s以內(nèi)，生成的旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)，可平滑的推動(dòng)轉(zhuǎn)子運(yùn)動(dòng)，在啟動(dòng)、突加負(fù)載，變速和變位置情況下，磁場(chǎng)推動(dòng)轉(zhuǎn)子運(yùn)動(dòng)平穩(wěn)、能加速減速和控制位置。相比當(dāng)前純電動(dòng)汽車電機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)，速度平滑可控、定位精確，增強(qiáng)了電動(dòng)汽車駕駛的平順性和可操控性，解決了汽車永磁同步電機(jī)控制過程中出現(xiàn)的抖動(dòng)、噪聲、系統(tǒng)不能控制電機(jī)減速、不能控制電機(jī)旋轉(zhuǎn)位置的問題。