[发明专利]一种新型电动汽车永磁同步电机控制系统的改进速度控制器、动态性能优化方法及系统

说明书

本发明公开了一种新型电动汽车永磁同步电机控制系统改进速度控制器、动态性能优化方法及系统，首先提出一种新型指数趋近律改进速度控制器，并将其引入到电动汽车永磁同步电动机控制系统的速度环中，替代传统方案的PID速度控制器，有效地提高了控制系统的响应速度和抗扰动性能。与传统的指数趋近律控制器相比，没有增加未知的新参数，减小了整定参数的复杂度，在增大远端趋近速度的同时做到了减小系统的抖振。其次利用一种新型的比例谐振控制器代替传统方案中的电流控制器，减少车辆控制系统坐标旋转的次数，进一步提升车辆控制系统的鲁棒性能。

技术领域

本发明属于电动汽车控制系统动态性能分析与优化领域，具体涉及一种新型电动汽车永磁同步电机控制系统的改进速度控制器、动态性能优化方法及系统。

背景技术

与内燃机汽车相比，电动汽车的优势包括零排放、更高的效率以及与低碳电力部门相结合的减少温室气体排放的巨大潜力，电机是电动汽车控制系统的核心部件，其性能的好坏直接决定了车辆的动力性能。永磁同步电机凭借其体积小、过载能力强，加减速时效率高等优点，在电动汽车用电机中占据主流地位。高性能的调速控制策略已成为现代传动行业发展中的目标，然而现有的PMSM矢量控制系统中转速环和电流环通常都会采用PID控制方法进行调节。该控制器算法简单、参数整定便捷同时也需要一定的工程经验。但电动汽车永磁同步电机是一个多变量、强耦合、非线性的复杂被控对象，虽然在一定范围内PID控制能够满足控制要求，但当电机内部参数变化或系统受到外部具有非线性以及时变性的扰动时，PID控制就难以保证高性能控制的需要。

因此，针对传统PID矢量控制的不足，近年来国内外学者做了大量研究，一些现代控制理论研究成果被应用到永磁同步电机控制系统中，以此开发出比PID控制性能更加优异的调速系统并取得了部分成果。有学者设计了一种积分模糊滑模速度控制器并将其引入到矢量控制系统中，提高了电机转速的跟踪响应速度，但其滑模控制中引入了较多的新参数。而且其电流环仍采用了PID控制方法，控制性能提升非常有限。

发明内容

为了克服上述现有技术的缺点，本发明公开了一种新型电动汽车永磁同步电机控制系统的改进速度控制器、动态性能优化方法及系统。

本发明采用以下技术方案予以实现：

一种新型电动汽车永磁同步电机控制系统的改进速度控制器，其特征在于：

电机控制系统中的速度控制器使用了一种新型指数趋近律的改进速度控制器，电动汽车动力学模型和在同步旋转坐标下的电动汽车永磁电机动态数学模型如下：

当纯电动汽车处于自由状态且在坡道路面起步时，控制力F_t需要克服滚动阻力、坡道阻力和空气阻力的作用，因此纯电动车行驶方程如式(1)所示：

式中，∑F为车辆行驶阻力之和，λ为车辆旋转质量换算系数；m为整车质量，b为车辆纵向加速度，T_e为电机输出转矩，i_g为变速箱传动比，i₀为主减比，η为机械传动效率，G为整车重力，r为车轮滚动半径，f为滚动阻力系数，α为道路坡度角，C_D为风阻系数，A为迎风面积，v为车速。

建立旋转坐标系下电动汽车永磁电动机的数学模型具体方法如下：

式(2)中，U_d和U_q为电机d-q轴电压，i_d和i_q为电机d-q轴电流，N_p为电机极数，L_s为定子电感，J为转动惯量，T_L为负载转矩，Θ_f为永磁体磁链，为机械角速度。

采用i_d＝0的转子磁场定向控制方法可以获得较好的控制效果，由式(2)可以变为如式(3)所示：