純電動(dòng)車驅(qū)動(dòng)控制系統(tǒng)范文

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1驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)

1．1制動(dòng)能量回饋控制過(guò)程能量回饋控制主電路如圖3所示，三相逆變電路采用IGBT功率模塊，模塊中包括6個(gè)IGBT以及各開(kāi)關(guān)管相對(duì)應(yīng)的續(xù)流二極管D1～D6［7-9］。本文采用SVPWM磁鏈跟蹤控制技術(shù)，控制PWM的開(kāi)關(guān)時(shí)間，使逆變器的輸出電壓波形盡量接近正弦波，在電機(jī)空間形成逼近圓形的旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)。為了獲得多邊形旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)逼近圓形旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)，在每個(gè)電壓空間矢量的60°區(qū)間內(nèi)可以有多個(gè)工作妝態(tài)。圖4所示為第Ⅰ扇形區(qū)域，該扇形區(qū)內(nèi)的T區(qū)間包括T0，T1，T2和T7對(duì)稱分布，相應(yīng)的電壓空間矢量為u0，u1，u2和u7，其功率開(kāi)關(guān)管開(kāi)關(guān)狀態(tài)為000，100，110和111共4個(gè)狀態(tài)［10］。該T區(qū)間內(nèi)按照開(kāi)關(guān)序列輸出的三相相電壓波形如圖5所示。狀態(tài)1，給定電壓空間矢量為u0(000)，功率開(kāi)關(guān)管T2、續(xù)流二極管D4和D6導(dǎo)通，構(gòu)成三相回路，制動(dòng)時(shí)的能量一部分由定子電阻消耗，另一部分存儲(chǔ)于定子電感中，此過(guò)程的電流流向如圖6(a)所示。狀態(tài)2，開(kāi)關(guān)狀態(tài)從u0切換到u1，功率開(kāi)關(guān)管T2關(guān)斷，但由于T1承受反壓仍處于關(guān)斷狀態(tài)，其續(xù)流二極管D1導(dǎo)通，b，c相下橋臂的D4和D6導(dǎo)通，構(gòu)成三相回路;制動(dòng)過(guò)程中，將電機(jī)電感釋放的能量回饋到直流側(cè)電容和蓄電池中，達(dá)到制動(dòng)能量回收的目的，如圖6(b)所示。狀態(tài)3，開(kāi)關(guān)狀態(tài)從u1切換到u2，功率開(kāi)關(guān)管T3、二極管D1和D6導(dǎo)通，制動(dòng)時(shí)，電機(jī)a和c相電感釋放的能量?jī)?chǔ)存在直流側(cè)電容和電池，而b相電感儲(chǔ)存能量，電流流向如圖6(c)所示。狀態(tài)4，開(kāi)關(guān)狀態(tài)從u2切換到u7，功率開(kāi)關(guān)管T3，T5以及二極管D1導(dǎo)通，制動(dòng)過(guò)程中，一部分能量消耗在定子電阻上，另一部分制動(dòng)能量存儲(chǔ)于定子電感中，電流流向如圖6(d)所示。由上述對(duì)區(qū)間Ⅰ控制過(guò)程的分析可得，制動(dòng)過(guò)程中，給定電壓空間矢量為零矢量時(shí)，電機(jī)定子的電感處于儲(chǔ)能狀態(tài)且定子電阻消耗一部分能量，電流不經(jīng)過(guò)直流側(cè)電容和電池;當(dāng)給定電壓空間矢量為非零矢量時(shí)，電機(jī)將機(jī)械能轉(zhuǎn)換成電能，利用三相逆變器的二極管將電能反饋到直流側(cè)，為電容和蓄電池充電，實(shí)現(xiàn)制動(dòng)能量反饋功能。

1．2信號(hào)采集信號(hào)采集電路主要對(duì)電機(jī)轉(zhuǎn)速、轉(zhuǎn)子位置、電機(jī)三相電流、溫度以及母線電壓等信號(hào)進(jìn)行采集。其中，電流由霍爾傳感器采集獲得;電機(jī)溫度為熱敏電阻采集到的定子繞組溫度;電機(jī)轉(zhuǎn)子位置傳感器采用磁阻式的旋轉(zhuǎn)變壓器對(duì)電機(jī)的轉(zhuǎn)子位置進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，利用解碼芯片將旋轉(zhuǎn)變壓器的輸出電壓解碼成數(shù)字信號(hào)，然后通過(guò)SPI接口傳給DSP。

2驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)

純電動(dòng)汽車驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)主程序的作用是為了判斷純電動(dòng)汽車的運(yùn)行狀態(tài)，以控制蓄電池的充放電模式，其流程如圖7所示。

3實(shí)驗(yàn)與分析

為了驗(yàn)證永磁同步電機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)具有能量回收的功能，搭建的測(cè)試試驗(yàn)臺(tái)如圖8所示。試驗(yàn)臺(tái)包括2套電機(jī)控制系統(tǒng)，被測(cè)電機(jī)和負(fù)載電機(jī)，均采用轉(zhuǎn)速閉環(huán)控制方法。當(dāng)被測(cè)電機(jī)電動(dòng)運(yùn)行時(shí)，拖動(dòng)負(fù)載電機(jī)運(yùn)行，負(fù)載電機(jī)的能量通過(guò)電阻消耗;當(dāng)被測(cè)電機(jī)發(fā)電運(yùn)行時(shí)，產(chǎn)生的能量回饋到蓄電池組中。利用功率分析儀采集被測(cè)電機(jī)的轉(zhuǎn)矩、轉(zhuǎn)速等信號(hào)。本文將永磁同步電機(jī)作為被測(cè)電機(jī)，其定子繞組為三相星形繞組，額定轉(zhuǎn)矩為56N•m，額定功率為20kW，峰值轉(zhuǎn)矩為190N•m，峰值功率為65kW。分別在額定轉(zhuǎn)矩和額定功率以及峰值轉(zhuǎn)矩和峰值功率下電機(jī)控制器發(fā)電工況下進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，功率分析儀記錄的數(shù)據(jù)如表1和表2所示。實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)表明，發(fā)電工況下隨著回饋電流的增大，系統(tǒng)效率也相應(yīng)提高了。電機(jī)處于低速行駛時(shí)，系統(tǒng)效率最低，一部分能量消耗在機(jī)械摩擦上;當(dāng)電機(jī)轉(zhuǎn)速位于額定轉(zhuǎn)速附近時(shí)，系統(tǒng)效率最大。額定轉(zhuǎn)矩和額定功率條件下，額定轉(zhuǎn)速3400r•min－1時(shí)，機(jī)械損耗為1．74kW;峰值轉(zhuǎn)矩和峰值功率條件下，峰值轉(zhuǎn)速為3400r•min－1時(shí)，機(jī)械損耗為7．13kW。可見(jiàn)，額定條件下，機(jī)械損耗小系統(tǒng)效率較高，回收的能量較多，滿足純電動(dòng)汽車能量回饋的要求。

4結(jié)語(yǔ)

在電池技術(shù)尚未取得突破發(fā)展的情況下，研究具有能量回饋功能的純電動(dòng)汽車驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)，有利于提高制動(dòng)能量回收效率，延長(zhǎng)續(xù)駛里程。本文針對(duì)能量回饋控制進(jìn)行了硬件和軟件系統(tǒng)設(shè)計(jì)，并在試驗(yàn)臺(tái)上進(jìn)行驗(yàn)證。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，永磁同步電機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)在制動(dòng)過(guò)程中，具有較高的系統(tǒng)效率，系統(tǒng)效率85%以上的工作點(diǎn)占72．73%，適合應(yīng)用于純電動(dòng)汽車。

作者：陳舒燕 朱靖 余朝剛 單位：上海工程技術(shù)大學(xué) 電子電氣工程學(xué)院 上海工程技術(shù)大學(xué) 城市軌道交通學(xué)院