[发明专利]车用永磁同步电机的信号与能量协调控制系统及方法

说明书

本发明公开了车用永磁同步电机的信号与能量协调控制系统及方法，包括转速及位置检测模块、电流检测模块、反馈线性化信号控制模块、端口受控哈密顿能量控制模块、协调控制模块、电压空间矢量脉宽调制模块、逆变器。与现有技术相比，本发明的有益效果是：在系统同时满足系统动态运行位置调节快速、稳态运行能量效率优化的条件下，给出信号控制器、能量控制器和协调控制策略的设计结果，并分析系统的稳定性动态和稳态性能；通过信号控制揭示系统信号变换与能量变换的内在联系，给出位置轨迹的快速跟踪调节规律；通过能量控制揭示系统能量损耗与系统总能量的内在关系，给出能量效率优化原理；通过协调控制实现系统运行连续平稳。

技术领域

本发明涉及车用永磁同步电机控制领域，具体为车用永磁同步电机的信号与能量协调控制系统及方法。

背景技术

汽车产业是体现国家竞争力的标志性产业，在国民经济和社会经济中发挥着重要作用。电动汽车是汽车产业应对能源安全、气候变化和环境保护的重要结构升级与突破口，已成为21世纪极具市场潜力的“绿色”产业。作为电动汽车关键技术之一的电机驱动控制技术，其水平高低直接影响着电动汽车的整体性能。永磁同步电机因其高效率、高功率密度和高力矩惯量比等显著优点, 在电动汽车驱动系统领域得以广泛应用。

目前，大多数永磁同步电机驱动系统控制方法是基于信号变换观点，认为电机和驱动器都是将输入信号变成输出信号的信号变换装置,控制目标是使控制系统快速跟踪给定信号。其中，反馈线性化方法可以通过极点的分配来调整系统的动态响应时间，因此在电机控制系统中得到广泛应用。近年来，能量变换观点的端口受控哈密顿系统控制方法受到了高度重视，其认为电机和驱动器都是将输入能量变成输出能量的能量变换装置,控制目标是优化系统的输入能量、输出能量和损耗能量。该方法的主要特征是系统具有哈密顿结构，闭环系统的能量函数可作为李雅普诺夫函数，从而使系统的稳定性分析与控制器综合更容易，而且具有清晰的物理意义。由于永磁同步电机驱动系统是非线性、多变量、强耦合的信号与能量变换装置，既需要信号控制，又需要能量控制。因此，单纯的使用信号控制或者是能量控制已无法满足电动汽车对驱动系统的高性能要求，只有在综合分析其信号与能量变换特性的基础上研究永磁同步电机驱动系统的控制策略，才能真正揭示问题的本质。

发明内容

为了克服现有技术存在的缺陷，本发明提供车用永磁同步电机信号与能量协调控制系统及方法，将永磁同步电机驱动系统看作是多端口的信号和能量变换统一体,通过向端口注入信号和能量来控制系统的行为，并设计出信号控制器、能量控制器和协调控制策略，从而实现永磁同步电机驱动系统的信号控制器与能量控制器协调控制。