電動汽車電機驅動控制系統的設計

焦致遠，于士軍

（德州學院汽車工程學院，山東德州 253000）

電動汽車電機驅動控制系統的設計

焦致遠，于士軍

（德州學院汽車工程學院，山東德州 253000）

在對電動汽車進行整體研究時，電動汽車驅動控制系統是至關重要的一部分。此研究對電機驅動系統進行了設計，根據不同電動機的不同特性和工作狀態，以及在滿足所設計電動汽車性能需求的前提條件下，對電機驅動控制系統進行了結構設計。在進行了模糊控制算法后，又利用軟件工具對 PI 控制器的傳遞函數進行選擇，設計出了模糊 PI控制程序的主要流程。

電動汽車；驅動電機；控制系統；模糊 PI 控制

電動汽車的發展順應當今發展趨勢，電動汽車較之傳統汽車，不需要非可再生能源的消耗就能提供一定的動力，經濟、環保的特性讓電動汽車作為目前流行的發展產物被人們廣泛接受。在研究電動汽車制動系統工作中，對電機控制器進行設計是核心工作，系統正常工作能夠保障電動汽車良好性能。因此，電機驅動控制系統設計和優化便顯得十分重要。本研究的設計主要包括電機驅動系統結構設計、電機驅動控制模型設計，以及利用模糊 PI 控制算法設計系統主控制程序。

1 電機驅動控制系統控制模型

（1）電機驅動控制系統主要結構。控制電機工作時，將可變電壓信號與電樞電流反饋電壓信號進行對比，通過相應算法計算后，輸出控制電壓 Uc。將 PWM 變換電路進行更改，然后求出占空比，從而可以充分控制電機端電壓的平均值。電機驅動控制系統框圖，如圖1 所示。

圖1 電機驅動控制系統框圖

（2）永磁無刷直流電動機的等效電路。電機驅動控制的數學模型對于此研究的進行可以提供幫助，對于電機驅動控制系統來說，快速響應的性能至關重要。電動機的轉速變化要求能夠隨著電壓控制信號的改變而改變，因此電動機的動態過渡過程越短，其數學模型設計越能夠滿足設計要求。圖2 為永磁無刷直流電動機的等效電路。

圖2 磁無刷直流電動機的等效電路

Udo為電機端電壓；Id為電樞電流；R 為電樞回路電阻：E為反電動勢；n 為電機轉速；TL為負載轉矩；Te為電磁轉矩；L為電感。

永磁直流電動機動態方程為：

（3）電流 PI 控制器的傳遞函數。對于永磁無刷直流電機來說，電動機沒有電刷，利用電子換相，克服由電刷引起的任何問題；永磁體安裝在了轉子上，電樞繞組裝在了定子上，導熱性好；結構簡單，節省了空間同時也減少了磁場損失；效率與轉速始終保持同步關系，沒有失步、振蕩等現象。永磁無刷直流電動機有多種控制方法，在此運用 PI 控制方法系統由電流控制器和被控對象組成，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為：

式中：Kp為比例調節系數；Ti為積分時間常數。

（4）PWM 變換器傳遞函數。可以將 PWM 變換裝置看成一個滯后環節，因為當改變發出的控制電壓信號 Uc時，在下一個方波周期變換器的輸出電壓才能進行改變，一個開關周期 Ts為最大延時。PWM 裝置傳遞函數為：

式中：Ks為 PWM 裝置的放大系數。

（3）電機驅動控制模型。電機驅動系統框圖，如圖3 所示。

圖3 電機驅動系統框圖

2 電機驅動控制器算法實現

（1）模糊 PI 控制算法的實現。C 語言可以提高軟件的多種性能，有利于處理中斷函數、實現控制系統的系初始化以及良好的控制信號輸出的功能等。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的設置。系統所涉及到的中斷有：①CAN 總線中斷；②HSO中斷；③串口接收數據中斷；④擋位變化中斷。以 T1 作為周期為 2000Hz 的 PWM 波采用定時器的基準，用定時器中斷采取的樣本周期為 250Hz。

用模糊 PI控制算法來對勵磁和電樞部分進行計算，其工作的原理框圖如圖5 所示。該控制器可以在調整系統控制量U 時，在大的偏差范圍內采用模糊推理的方法對 U 進行有效調整。這樣不僅消除了模糊控制較難控制的穩態誤差，而且還對系統的響應速度進行了提高，實現了 PI 控制可以在小偏差范圍內轉換，使算法幾乎沒有系統的靜差和提高算法的動態性能。

圖5 模糊 PI控制算法原理框圖

3 結論

電動汽車作為全世界正在大力發展的新興產物，對保護環境、節約資源有著積極的影響。文章主要研究了電動汽車的核心技術中的電動機驅動控制系統。通過對電機驅動控制系統進行了研究和優化，并建立了電機驅動控制系統模型。在此模型的基礎上，確定了模糊 PI 控制算法，設計了控制器主程序。在之后的研究測試中，所設計的電機驅動控制系統工作性能良好，安全可靠，符合了電機驅動控制策略的要求。證明了電動汽車的整體設計研究符合研究標準，滿足設計要求，為此后進行其他重要系統以及電動汽車整車設計研究打下了一定的基礎。

［1］濮良貴，紀名剛.機械設計［M］.北京：高等教育出版社，2006.

［2］邢念偉.電動車用 PMSM 驅動控制系統關鍵技術研究［D］.哈爾濱：哈爾濱工業大學，2012.

［3］王孝紅.純電動汽車交流電機控制器的仿真與設計［D］.合肥：安徽大學，2011.

［4］吳世華.電動汽車用永磁同步電機設計方法及相關問題的研究［D］.哈爾濱：哈爾濱工業大學，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，主要研究方向：汽車工程。