[发明专利]电机驱动系统

说明书

技术领域

总的而言本发明涉及电机，特别涉及一种电机驱动系统。

背景技术

电动车辆，例如电动汽车，越来越受到人们的青睐。目前电动汽车的驱动一般采用蓄电池+永磁电机的模式，控制系统采用开环/闭环控制。对于开环控制而言，车辆(车速)不能精确的跟随给定，已逐步淘汰。在闭环控制中，当前一般采用速度闭环控制方式，其采用传统的PID调节器对给定速度与实际速度的偏差进行调节，根据调整结果控制逆变器的输出。这种控制方式，系统响应速度慢，调整过程中易出现超调，实际速度围绕设定值长时间振动，这样就造成在车辆提速过程中驾驶者感觉车速不稳定。永磁同步电机通常采用矢量控制，精确的转子位置必不可少。机械位置传感器能实现转子位置的高精度检测，但通常价格高昂，易受环境条件限制，而且存在增加电机转子转动惯量、增大系统体积及系统可靠性降低等缺点。除此之外，目前电动车辆一般采用斩波升压(boost)的方式对蓄电池的输出电压进行升压，这种方式开关管损耗大，功率因数低。

发明内容

针对现有技术的缺陷，本发明提供了一种电机驱动系统。

一种电机驱动系统，包括：DC/DC变换单元、逆变器、永磁电机、MCU，角生成器以及滑模观测器；所述DC/DC变换单元与电池相连，DC/DC变换单元的输出端连接逆变器，逆变器与永磁电机相连；通过电压传感器分别检测DC/DC变换单元的输入电压Vin和输出电压Vo，通过电流传感器检测逆变器的输出电压ia、ib，通过滑模观测器对永磁电机的转速ω_m和转子位置进行观测，通过角生成器在电机启动阶段生成特定角度，以使得电机能顺利启动；驱动系统采用转速外环、电流内环的双闭环结构，它包括Cark变换模块、Park变换模块、滑模观测器、角生成器、分数阶PID调节器、电流调节器、Park逆变换模块、脉冲宽度调制模块和逆变器；滑模观测器通过开关S2与过渡器相连，角生成器也与过渡器相连，过渡器输出转子位置θ和实际转速ωm；转子位置θ发送给Park逆变换模块的转子位置数据输入端；转速ωm发送至第一比较器的反向输入端，第一比较器的正向输入端与转速给定信号相连，转速给定信号可以由油门踏板给出；第一比较器的输出端与分数阶PID调节器的输入端连接；分数阶PID调节器的输出端连接第二比较器的正向输入端，第二比较器的反向输入端与Park变换模块的q轴电流输出端相连；采用d轴电流恒零控制，即d轴电流给定值恒为零，这一给定值与第三比较器的正向输入端相连，第三比较器的反向输入端与Park变换模块的d轴电流输出端相连；第二比较器和第三比较器的输出端与电流调节器相连，电流调节器的输出端通过Park逆变换模块与脉冲宽度调制模块相连，脉冲宽度调制模块输出调制信号至逆变器，逆变器接收DC/DC变换单元的输出电压Vo；通过电流传感器采集逆变器输出的其中两相ia、ib，ia、ib经过Clark变换和Park变换，得到永磁同步电机在dq轴坐标系下的等效电流id和iq；第一比较器将转速给定值与实际转速ωm进行比较，偏差信号经过分数阶PID调节器调节，分数阶PID调节器的输出值作为q轴的电流给定值d轴电流给定值第二比较器对iq与进行比较，第三比较器对id与进行比较，第二比较器和第三比较器的比较结果送入电流调节器，通过电流调节器调节后得到dq轴坐标系下的q轴电压给定值和d轴电压给定值Park逆变换模块对和进行Park逆变换后，依次输出给脉冲宽度调制模块和逆变器，从而得到永磁同步电机的三相输入电压，驱动永磁同步电机运行；所述DC/DC变换单元包括DC/AC变换模块、AC/DC变换模块和高频变压器，DC/AC变换模块与高频变压器的原边相连，AC/DC变换模块与高频变压器的副边相连；DC/AC变换模块包括原边高频电能转换电路和原边高频谐振电路，电池通过原边高频电能转换电路和原边高频谐振电路与高频变压器的原边相连；AC/DC变换模块包括副边高频电能转换电路和副边高频谐振电路，高频变压器的副边通过副边高频谐振电路和副边高频电能转换电路与逆变器相连；所述电流调节器用于计算q轴电压给定值和d轴电压给定值第二比较器与第三比较器输出的偏差信号分别送入d轴PI调节器与q轴PI调节器，d轴PI调节器的输出电压为U_d，q轴PI调节器的输出电压为U_q，U_d、U_q、V_o送入电压极限环，得到和通过第四比较器对U_q与进行比较，得到偏差△U_q，△U_q经比例模块1/Kqp被送入q轴PI调节器中的积分模块，对△U_q进行PI调节，使得通过第五比较模块对U_d与进行比较，得到偏差△U_d，△U_d经比例模块1/Kdp被送入d轴PI调节器中的积分模块,对△U_d进行PI调节，使得