吳志恒，劉愛民

（沈陽工業(yè)大學(xué)電氣工程學(xué)院，沈陽 110000）

前言

永磁同步電機(jī)及其控制系統(tǒng)具有效率高、控制精度高、轉(zhuǎn)矩密度大、轉(zhuǎn)矩平穩(wěn)性好和振動(dòng)噪聲低等特點(diǎn)［1］，在電動(dòng)汽車領(lǐng)域應(yīng)用廣泛。

電動(dòng)汽車所配永磁同步電機(jī)（permanent magnet synchronous motor，PMSM），其工作環(huán)境復(fù)雜，需頻繁啟動(dòng)，大幅加減速，同時(shí)考慮續(xù)航里程因素，就需其控制系統(tǒng)具有系統(tǒng)效率高、適應(yīng)能力強(qiáng)的特點(diǎn)［2］。高性能的控制策略應(yīng)用于電機(jī)控制系統(tǒng)，可使電機(jī)的各種潛在能力得到充分發(fā)揮，使電機(jī)的工作性能更符合使用要求。因此，許多國內(nèi)外學(xué)者對電動(dòng)汽車的驅(qū)動(dòng)控制系統(tǒng)進(jìn)行了大量研究。

目前，車用PMSM 及其控制策略呈多樣化、智能化。文獻(xiàn)［3］中提出一種電動(dòng)車用多盤式永磁同步電機(jī)協(xié)同優(yōu)化與容錯(cuò)控制方法，能提高系統(tǒng)效率且具有很好的可靠性。文獻(xiàn)［4］中提出基于模糊自適應(yīng)速度調(diào)節(jié)器的繞組切換型電機(jī)控制方法，解決了雙繞組切換型電機(jī)在繞組串聯(lián)和并聯(lián)時(shí)切換過程中速度波動(dòng)抑制等問題。文獻(xiàn)［5］中提出了一種新型永磁同步電機(jī)MT 坐標(biāo)系下直接轉(zhuǎn)矩控制系統(tǒng)，解決了直接轉(zhuǎn)矩驅(qū)動(dòng)技術(shù)在電動(dòng)汽車動(dòng)力系統(tǒng)應(yīng)用中存在的低速轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)和該動(dòng)力系統(tǒng)對恒功率調(diào)速范圍要求較高的問題。文獻(xiàn)［6］中提出一種粒子群優(yōu)化模糊控制器（particle swarm optimization fuzzy logical controller，PFC），能夠滿足電動(dòng)汽車負(fù)載變化以及高速度的要求。文獻(xiàn)［7］中提出了一種基于Hamilton 系統(tǒng)H∞控制理論的擾動(dòng)抑制算法，較好地解決了PMSM 驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)在實(shí)際工況中存在的負(fù)載擾動(dòng)問題。文獻(xiàn)［8］～文獻(xiàn)［13］中也都針對電動(dòng)汽車電機(jī)運(yùn)行過程不同方面的性能優(yōu)化提出了有效的控制算法。以上均是針對特定結(jié)構(gòu)的PMSM 或優(yōu)化驅(qū)動(dòng)電機(jī)在電動(dòng)汽車應(yīng)用環(huán)境中的某一性能及解決某一問題的控制算法研究。但特殊結(jié)構(gòu)電機(jī)基本處于探索階段，其控制方法專用性較強(qiáng)，未能推廣使用；優(yōu)化驅(qū)動(dòng)電機(jī)控制某一性能的智能控制算法，具有復(fù)雜性高、計(jì)算量大和對內(nèi)存需求高的缺點(diǎn)。

智能算法僅在瞬態(tài)條件下性能優(yōu)越，而PID 控制算法在穩(wěn)態(tài)條件下性能優(yōu)越。將模糊PID 算法和常規(guī)PID 控制算法通過切換函數(shù)進(jìn)行結(jié)合可獲得這兩種控制算法的綜合優(yōu)點(diǎn)。為減少控制器的計(jì)算負(fù)擔(dān)和執(zhí)行時(shí)間，易于工程化實(shí)現(xiàn)，提出采用具有模糊PID 算法瞬態(tài)性能的模糊比例算法代替模糊算法。同時(shí)為提高PID 控制算法的響應(yīng)速度，推導(dǎo)其反饋原理，提出改進(jìn)PID 算法代替常規(guī)PID 控制算法?？紤]使用一組規(guī)則或一個(gè)單獨(dú)的模糊算法來確定兩個(gè)控制算法輸出的權(quán)重，則需要一個(gè)額外的模糊計(jì)算、更多的計(jì)算時(shí)間、更多的增益常數(shù)調(diào)整。增加的計(jì)算量會(huì)降低控制系統(tǒng)開關(guān)頻率，導(dǎo)致較高的轉(zhuǎn)矩波動(dòng)，本文提出切換函數(shù)式混合控制策略（switch the functional hybrid control strategy，SFHCS），設(shè)計(jì)切換函數(shù)計(jì)算輸出權(quán)重控制兩者輸出占比。最后，通過仿真與實(shí)驗(yàn)，驗(yàn)證了車用PMSM 采用所提控制策略系統(tǒng)有效性。

1 車用永磁同步電機(jī)

作為電動(dòng)汽車的驅(qū)動(dòng)部分，電機(jī)類型及其控制方法直接決定了電動(dòng)汽車的動(dòng)力性［14］。對于電動(dòng)汽車輕載和低速時(shí)系統(tǒng)效率較低，提高續(xù)航里程須擴(kuò)大高效運(yùn)行范圍等問題，從控制策略和電機(jī)本體兩方面尋找有效和可靠的方法［15］。

相比于異步電機(jī)、無刷直流電機(jī)等常用電機(jī)，PMSM 具有高效運(yùn)行范圍寬、系統(tǒng)效率高、功率密度大等優(yōu)點(diǎn)，被廣泛應(yīng)用于電動(dòng)汽車驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)。因此本文中以PMSM 為研究對象，探討其控制算法，提高其控制輸出性能，對行業(yè)發(fā)展具有重要意義。所研究的PMSM 結(jié)構(gòu)如圖1 所示，電機(jī)具體參數(shù)如表1所示。

圖1 PMSM的定轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)圖

表1 PMSM 樣機(jī)參數(shù)

2 切換函數(shù)式混合控制策略

電動(dòng)汽車行駛在城市道路上，其驅(qū)動(dòng)電機(jī)經(jīng)常處于啟動(dòng)、加速、恒速、減速等多種工作狀態(tài)，并伴隨各種干擾［16］。單一控制算法很難滿足各個(gè)工作狀態(tài)的最優(yōu)控制要求。多種算法綜合控制是電動(dòng)汽車驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的發(fā)展趨勢。

2.1 改進(jìn)PID控制算法

控制系統(tǒng)的基本作用是將被控變量與參考輸入進(jìn)行比較，根據(jù)誤差情況作出決策，控制算法對誤差的運(yùn)算處理決定控制系統(tǒng)的性能。電機(jī)控制系統(tǒng)須對變化的工作環(huán)境具有快速響應(yīng)和抗干擾能力。分析常規(guī)比例、積分、微分控制算法，其系統(tǒng)如圖2所示。

圖2 PID控制系統(tǒng)框圖

根據(jù)圖3 可知，在前饋回路中每增加一種對誤差的運(yùn)算，同時(shí)增加了對參考輸入和被控變量的運(yùn)算，對參考輸入的每一種運(yùn)算都將在整個(gè)控制系統(tǒng)的微分方程中表現(xiàn)出來，如式（1）所示：

圖3 優(yōu)化PID控制系統(tǒng)框圖

使輸出不能緊跟輸入量的變化，還隨輸入量的積分和微分變化。

根據(jù)分析，控制系統(tǒng)的前饋回路中只能采用積分運(yùn)算，但為保證系統(tǒng)的快速性、穩(wěn)定性等理想的控制特性，須提供被控對象的微分量。為避免引入?yún)⒖驾斎氲奈⒎至浚鲇谘a(bǔ)償目的被控量的微分須全部在反饋回路中。根據(jù)以上分析，設(shè)計(jì)控制系統(tǒng)，其框圖如圖4所示。

微分方程為

從圖4 可以看出，對輸出信號(hào)微分的積分仍是w（t），這就說明沒有必要對w（t）進(jìn)行微分。在工程上應(yīng)盡量回避微分運(yùn)算，可以將圖3 的控制系統(tǒng)改成圖4的控制系統(tǒng)。

圖4 避免微分的控制系統(tǒng)框圖

其微分方程仍為

由圖4 可知，控制系統(tǒng)的前向回路中只有一種運(yùn)算，即對誤差只能采用積分運(yùn)算。這樣既能保證電機(jī)速度的靜態(tài)誤差為零，又減少系統(tǒng)微分方程的運(yùn)算項(xiàng)。前向回路中只采用積分控制器有利于提高系統(tǒng)的控制精度，但在克服誤差的過程中系統(tǒng)可能出現(xiàn)振蕩甚至發(fā)散等問題，不利于系統(tǒng)穩(wěn)定。為確保系統(tǒng)的穩(wěn)定性，在反饋回路中對電機(jī)速度進(jìn)行微分運(yùn)算，微分運(yùn)算能夠預(yù)測電機(jī)的速度變化趨勢，增加系統(tǒng)的阻尼程度，減小系統(tǒng)的超調(diào)和振蕩。同時(shí)，由式（4）可看出，沒有對被控變量直接進(jìn)行微分，得到與微分完全相同的結(jié)果，可以保證系統(tǒng)具有快速跟隨性，改善常規(guī)PID控制算法的控制性能。

建立PMSM 雙閉環(huán)控制系統(tǒng)，采用改進(jìn)PID 控制算法代替常規(guī)PID 控制算法。改進(jìn)后PID 控制算法具有優(yōu)越的控制性能，但其控制參數(shù)固定，當(dāng)系統(tǒng)出現(xiàn)干擾時(shí)，參數(shù)無法根據(jù)當(dāng)前環(huán)境進(jìn)行改變，其控制性能會(huì)下降。為解決此問題，在環(huán)境變化大的情況下，采用模糊比例控制算法。

2.2 模糊比例控制算法

模糊控制是一種自由形式的數(shù)學(xué)建模，基于使用系統(tǒng)的經(jīng)驗(yàn)形成的語言規(guī)則。模糊PID 參數(shù)整定有偏差E和偏差變化率EC兩個(gè)輸入量；有參數(shù)ΔKp、ΔKi、ΔKd3 個(gè)輸出量。模糊PID 控制算法須設(shè)在偏差論域E和偏差變化論域EC及參數(shù)ΔKp、ΔKi、ΔKd上，分別定義7個(gè)模糊子集PL（正大）、PM（正中）、PS（正?。?、ZE（零）、NS（負(fù)?。?、NM（負(fù)中）、NL（負(fù)大），采用歸一化論域。

考慮模糊PID 控制算法其參數(shù)整定涉及近似值、復(fù)雜性高、計(jì)算量大，且僅在瞬態(tài)性能優(yōu)越。根據(jù)模糊速度控制器的輸出可知，在瞬態(tài)開始時(shí)，其值接近最大允許的輸出值，且隨速度誤差的減小而減小。

為進(jìn)一步減小模糊PID 算法的計(jì)算量，提出采用模糊比例控制器代替模糊PID 控制算法。模糊比例控制器是一個(gè)比例調(diào)節(jié)控制器，其增益調(diào)節(jié)是在限制器的約束下實(shí)現(xiàn)，模糊比例控制器的輸出與瞬態(tài)開始時(shí)模糊控制器的輸出相當(dāng)。模糊比例算法復(fù)制了模糊算法在瞬態(tài)條件下的性能，能夠保證電機(jī)控制系統(tǒng)的輸出速度響應(yīng)能力。模糊比例控制器方程為

式中：Q（t）是模糊比例控制器輸出；E（t）是誤差；Ke是增益常數(shù)。

混合控制中只有在速度大幅變化時(shí)，才啟用較大占比的速度模糊比例控制器，此時(shí)其積分、微分環(huán)節(jié)幾乎不起作用，為進(jìn)一步減少計(jì)算量，簡化系統(tǒng)，對模糊PID 控制器進(jìn)行裁剪。使用模糊比例算法代替模糊PID 控制算法，減少系統(tǒng)計(jì)算量，可保證其具有穩(wěn)定性和快速性。

2.3 切換函數(shù)的建立

改進(jìn)PID 控制算法能夠在沒有對被控變量直接進(jìn)行微分的情況下，得到與微分完全相同的結(jié)果，具有快速跟隨性。在電動(dòng)汽車恒速運(yùn)行過程中，環(huán)境變化小的情況下，能夠快速響應(yīng)，調(diào)整輸出，保證整車的穩(wěn)態(tài)運(yùn)行性能，增強(qiáng)駕駛舒適性。

模糊比例控制算法能夠復(fù)制模糊PID 算法在瞬態(tài)條件下的性能，在啟動(dòng)、大幅加減速及有外部干擾時(shí)，能夠準(zhǔn)確、快速調(diào)節(jié)輸出，保證整車的瞬態(tài)運(yùn)行性能。

圖5 SFHCS原理框圖

SFHCS控制技術(shù)的關(guān)鍵是切換函數(shù)的建立。切換函數(shù)主要實(shí)現(xiàn)兩個(gè)控制器輸出占比分配，即權(quán)重的計(jì)算。

本設(shè)計(jì)所控制驅(qū)動(dòng)電機(jī)不考慮弱磁升速，其速度范圍在0～3 500 r/min，故其速度偏差E也在0～3 500 r/min 范圍內(nèi)，將其量化在［0，1］域內(nèi)。當(dāng)偏差E越接近1時(shí)，說明速度偏差越大，速度需大幅調(diào)整，此時(shí)須控制模糊比例控制器輸出占比增加；當(dāng)偏差E越接近0時(shí)，說明速度偏差較小，速度需微調(diào)，電機(jī)運(yùn)行在穩(wěn)態(tài)，此時(shí)須控制改進(jìn)PID 控制器輸出占比增加；根據(jù)速度偏差值所需控制模糊比例控制器輸出占比進(jìn)行實(shí)驗(yàn)摸底，繪制模糊比例控制輸出權(quán)重與誤差的曲線，如圖6所示，并總結(jié)得出式（6）。

圖6 輸出權(quán)重與速度偏差的關(guān)系曲線

圖中X軸為速度偏差，Y軸為模糊比例控制器的輸出權(quán)重。設(shè)定模糊比例控制算法的輸出權(quán)重為f（x），則改進(jìn)PID 控制算法的輸出權(quán)重為1-f（x）。根據(jù)繪制的曲線，建立切換函數(shù)為

在實(shí)際操作過程中，當(dāng)偏差大于90%時(shí)，工況變化較大，需大幅調(diào)整速度跟隨給定，故只須控制模糊比例控制輸出，讓其快速調(diào)整；當(dāng)偏差小于10%時(shí)，偏差較小，電機(jī)處于穩(wěn)定輸出，故只須控制PID控制輸出即可。本文設(shè)定a=0.1，b=0.9。速度控制器輸出函數(shù)為

式中：y為速度控制器輸出；y1為模糊比例控制算法下的輸出；y2為改進(jìn)PID控制算法下的輸出。

3 仿真與實(shí)驗(yàn)結(jié)果分析

3.1 仿真模型建立

為驗(yàn)證所提控制策略的有效性，建立PMSM 切換函數(shù)式偽微分反饋控制系統(tǒng)仿真模型，如圖7 所示。仿真模擬電動(dòng)汽車運(yùn)行工況，分別從動(dòng)態(tài)響應(yīng)特性、抗干擾能力及效率3 個(gè)方面，對比分析了所提控制策略與常規(guī)控制策略。本文所研究的PMSM 參數(shù)見表1。

研究發(fā)現(xiàn)，黑水虻幼蟲能夠分泌己二酸，歐美許多國家利用己二酸較強(qiáng)的廣譜抗菌能力，將黑水虻幼蟲用于皮膚損傷(如燒傷和創(chuàng)傷愈合等)的臨床處理，當(dāng)己二酸濃度達(dá)到120 μg/ml時(shí)，可以有效抑制痢疾和耐甲氧西林金黃色葡萄球菌等的生長[2]。Choi等從黑水虻幼蟲體內(nèi)直接提取分離出己二酸，可有效抑制革蘭氏陰性菌(如肺炎克雷伯菌、淋病奈瑟菌、宋內(nèi)志賀菌等)的活性[23]。

圖7 SFHCS仿真模型

3.1.1 動(dòng)態(tài)響應(yīng)特性分析

電動(dòng)汽車驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)響應(yīng)特性，直接影響整車啟動(dòng)、速度提升等方面能力。其主要反映在系統(tǒng)響應(yīng)速度、調(diào)整時(shí)間、超調(diào)量等方面。本文考慮電動(dòng)汽車的啟動(dòng)和加速運(yùn)行工況，選取啟動(dòng)過程轉(zhuǎn)速及轉(zhuǎn)矩的響應(yīng)特性進(jìn)行仿真分析，仿真結(jié)果如圖8所示。

從圖8（a）可知，SFHCS控制下，轉(zhuǎn)速上升到給定值的調(diào)節(jié)時(shí)間為0.021 s，無超調(diào)；常規(guī)PID 控制下，轉(zhuǎn)速上升到給定值的調(diào)節(jié)時(shí)間為0.039 s。超調(diào)量為2.25%，穩(wěn)定時(shí)間為0.14 s。因此采用SFHCS 控制策略，車輛啟動(dòng)時(shí)其加速更快且平穩(wěn)。

從圖8（b）可知，恒定轉(zhuǎn)速下加載轉(zhuǎn)矩，SFHCS控制下，轉(zhuǎn)矩達(dá)到給定值的調(diào)節(jié)時(shí)間為0.06 s，達(dá)到給定轉(zhuǎn)矩后，無超調(diào)；常規(guī)PID 控制下，轉(zhuǎn)矩達(dá)到給定值調(diào)節(jié)時(shí)間為0.036 s，超調(diào)量為281.2%，穩(wěn)定時(shí)間0.2 s。由數(shù)據(jù)分析可知，采用SFHCS 控制策略，在車輛運(yùn)行加載時(shí)，其輸出轉(zhuǎn)矩響應(yīng)更快且無抖動(dòng)。

圖8 兩種控制策略下的輸出響應(yīng)曲線

3.1.2 抗干擾能力分析

電動(dòng)汽車驅(qū)動(dòng)電機(jī)及其控制系統(tǒng)在實(shí)際運(yùn)行過程中，會(huì)存在一定的外在干擾，導(dǎo)致電機(jī)輸出產(chǎn)生波動(dòng)，波動(dòng)大小因干擾產(chǎn)生的偏差值而定。根據(jù)控制要求，控制器須輸出相應(yīng)能量消除偏差，在同樣的干擾情況下，具有抗干擾能力的控制器引起的輸出波動(dòng)小，能夠節(jié)省輸出能量。同時(shí)，能夠保證電動(dòng)汽車運(yùn)行過程的穩(wěn)定。圖9 為干擾情況下，SFHCS 與常規(guī)PID控制算法抗干擾的輸出能力對比。

圖9（a）為恒定轉(zhuǎn)矩，在0.1 s 時(shí)刻突加轉(zhuǎn)速干擾，SFHCS 控制下，轉(zhuǎn)矩的超調(diào)量為1.67%，恢復(fù)時(shí)間為2 ms；PID 控制下，轉(zhuǎn)矩的超調(diào)量為9.33%，恢復(fù)時(shí)間為30 ms。圖9（b）為恒定轉(zhuǎn)速，在0.1s 時(shí)刻突加轉(zhuǎn)矩干擾，SFHCS 控制下，轉(zhuǎn)速的超調(diào)量為3.77%，恢復(fù)時(shí)間為23 ms；PID 控制下，轉(zhuǎn)速的超調(diào)量為6.73%，恢復(fù)時(shí)間為89 ms。通過轉(zhuǎn)矩和轉(zhuǎn)速抗干擾仿真數(shù)據(jù)對比分析，SFHCS 控制策略具有較好的抗干擾能力，電動(dòng)汽車驅(qū)動(dòng)電機(jī)采用SFHCS 控制策略，在車輛運(yùn)行過程中應(yīng)對突變干擾時(shí)，更具穩(wěn)定性。

3.1.3 電機(jī)效率分析

PMSM 效率取決于電機(jī)的本體及其控制器。電機(jī)本體確定情況下，其控制器不同的控制性能可能會(huì)導(dǎo)致不同的電機(jī)效率。通過對電機(jī)控制器中SFHCS 和PID 兩種控制策略的應(yīng)用比較，以驗(yàn)證SFHCS控制策略在動(dòng)態(tài)過程中具有對電機(jī)工作效率進(jìn)一步提升的能力。

由圖10 可知：在動(dòng)態(tài)響應(yīng)過程中，SFHCS 控制下驅(qū)動(dòng)電機(jī)在20.1 ms后效率達(dá)到90%以上；PID 控制下驅(qū)動(dòng)電機(jī)在啟動(dòng)過程中開始出現(xiàn)抖動(dòng)，導(dǎo)致效率計(jì)算結(jié)果出現(xiàn)先增后減再增的趨勢，其在31.6 ms后效率達(dá)到90%以上。對比分析，SFHCS 控制策略下電機(jī)可提前達(dá)到高效區(qū)，對電動(dòng)車輛運(yùn)行的效率提升及進(jìn)一步增加續(xù)航里程具有一定意義。

圖10 兩種控制策略下電機(jī)效率曲線

3.2 實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證

為驗(yàn)證SFHCS 控制策略在實(shí)際應(yīng)用中的有效性，本文搭建以DSP28335 為核心的控制系統(tǒng)，建立電機(jī)及其控制系統(tǒng)對拖測試平臺(tái)，如圖11 所示。前期通過對拖平臺(tái)模擬電動(dòng)汽車運(yùn)行工況進(jìn)行驗(yàn)證。為后續(xù)在實(shí)際路況下進(jìn)行電動(dòng)汽車整車運(yùn)行實(shí)驗(yàn)提供數(shù)據(jù)支撐。

圖11 測試平臺(tái)

電動(dòng)汽車一般采用轉(zhuǎn)矩控制，通過輸出轉(zhuǎn)矩來達(dá)到提升電動(dòng)汽車的轉(zhuǎn)速。實(shí)驗(yàn)電壓為380 V，轉(zhuǎn)速上限為3 500 r/min。為模擬電動(dòng)汽車運(yùn)行工況，給定電機(jī)10 N·m 的轉(zhuǎn)矩，并限定上限轉(zhuǎn)速3 500 r/min，考察電機(jī)的轉(zhuǎn)速響應(yīng)能力，實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)曲線如圖12所示。

圖12 轉(zhuǎn)速輸出響應(yīng)曲線

分析圖12 可知：SFHCS 控制下電機(jī)達(dá)到最大轉(zhuǎn)速時(shí)間為22.3 ms，無超調(diào)；常規(guī)PID 控制下電機(jī)達(dá)到最大轉(zhuǎn)速時(shí)間為26.6 ms，超調(diào)量為12.1%，達(dá)到穩(wěn)定的時(shí)間為66.7 ms。SFHCS 控制策略較常規(guī)控制策略能使電動(dòng)汽車啟動(dòng)過程更快、更穩(wěn)。

在上述實(shí)驗(yàn)條件下，160 ms時(shí)施加轉(zhuǎn)矩干擾，將轉(zhuǎn)矩由10突變至20 N·m，驗(yàn)證控制系統(tǒng)的抗干擾能力，實(shí)驗(yàn)結(jié)果曲線如圖13所示。

由圖13 可知：SFHCS 控制下，轉(zhuǎn)速超調(diào)量為2.91%，恢復(fù)穩(wěn)定時(shí)間為27 ms；常規(guī)PID 控制下轉(zhuǎn)速超調(diào)量為7.85%，恢復(fù)穩(wěn)定時(shí)間為32 ms。實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證，SFHCS 控制策略具有更好的抗干擾能力和快速恢復(fù)能力。電動(dòng)汽車采用該控制策略在增強(qiáng)駕駛穩(wěn)定性基礎(chǔ)上可減少能量輸出，提高效率。

圖13 干擾下轉(zhuǎn)速輸出曲線

為進(jìn)一步驗(yàn)證所提控制策略具有提高整車工作效率的能力，在額定轉(zhuǎn)矩和不同轉(zhuǎn)速下，對比分析了SFHCS 控制策略和常規(guī)PID 控制策略下的電機(jī)輸出效率。受平臺(tái)限制，驗(yàn)證至轉(zhuǎn)速4 000 r/min。實(shí)驗(yàn)結(jié)果如圖14所示。

圖14 不同轉(zhuǎn)速下效率曲線

從圖14 可以看出，采用SFHCS 控制策略，電機(jī)各個(gè)轉(zhuǎn)速點(diǎn)上效率均有所提高，額定轉(zhuǎn)速3 500 r/min時(shí)，功率提升達(dá)2.1%，達(dá)到額定轉(zhuǎn)速后各轉(zhuǎn)速點(diǎn)的效率略有下降。但SFHCS 控制策略下的電機(jī)效率始終高于PID 控制策略下的電機(jī)效率。故采用本文所提的控制策略，能夠有效提升電機(jī)的運(yùn)行效率。

4 結(jié)論

首先建立電動(dòng)汽車PMSM 的數(shù)學(xué)模型及雙閉環(huán)控制系統(tǒng)，提出了控制系統(tǒng)采用SFHCS 控制策略。通過切換函數(shù)分配權(quán)重值將模糊比例控制器與偽微分控制器融合，獲取兩個(gè)控制算法的優(yōu)點(diǎn)。搭建SFHCS 控制系統(tǒng)仿真模型，從響應(yīng)速度、抗干擾能力、效率提升等方面驗(yàn)證所提控制策略的有效性。通過實(shí)驗(yàn)平臺(tái)模擬電動(dòng)汽車驅(qū)動(dòng)電機(jī)實(shí)際工況進(jìn)行實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證，結(jié)果表明所提控制技術(shù)能夠提升電動(dòng)汽車驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)工作效率，增強(qiáng)運(yùn)動(dòng)過程的平穩(wěn)性及響應(yīng)速度，主要結(jié)論如下。

（1）電動(dòng)汽車驅(qū)動(dòng)電機(jī)采用SFHCS 控制策略相比于常規(guī)PID控制策略，其啟動(dòng)時(shí)間縮短了44.4 ms，且無超調(diào)。

（2）電動(dòng)汽車驅(qū)動(dòng)電機(jī)采用SFHCS 控制策略在應(yīng)對突發(fā)干擾情況時(shí)恢復(fù)穩(wěn)定時(shí)間為27 ms，相比于常規(guī)PID 控制策略縮短了5 ms，且超調(diào)量減少了4.94%。

（3）采用SFHCS 控制策略，電機(jī)各轉(zhuǎn)速點(diǎn)上效率均有所提高，額定轉(zhuǎn)速3 500 r/min 時(shí)，功率提升達(dá)2.1%。

由于條件限制，所提控制策略未能在實(shí)際車輛運(yùn)行中進(jìn)行實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證。因此，在未來工作中將考慮根據(jù)車輛實(shí)際運(yùn)行情況及反饋數(shù)據(jù)，進(jìn)一步對各階段所需控制算法和切換函數(shù)進(jìn)行優(yōu)化。