電動汽車四輪轂電機偏差耦合協調控制研究

趙 賓 戚 慧

（1.南京航空航天大學金城學院，江蘇 南京211156；2.國網新疆電力公司烏魯木齊供電公司，新疆 烏魯木齊830011）

0 引言

電動汽車作為新能源汽車的主力軍，具有易操縱、零污染、噪聲低、維修及運行成本低等優點。尤其是輪轂式電動汽車，以其優越的控制性能和簡單的結構特點，成為電動汽車行業的一匹黑馬。

隨著電力電子技術、電機控制技術和自動控制技術的不斷發展，電控方式成為多電機同步運行的控制方式，但是最初的電控方式是非耦合的，控制精度也不高，因此有學者提出了交叉耦合控制策略，但交叉耦合控制不適用3臺以上電機的同步控制，因此本文對交叉耦合控制結構進行改進，提出了偏差耦合控制。

1 多電機偏差耦合同步控制系統模型

偏差耦合控制方式同步性能好，其中任何一個電機因負載發生擾動而產生轉速變化時，其他電機的控制器也會收到波動信息，進而調整轉速，實現同步運行。偏差耦合控制中，速度補償器發出的補償信號是由該臺電機的實際轉速分別與其他電機的實際轉速相減以后，將3個轉速偏差值再相加得到的。結構框圖如圖1所示。

圖1 四電機偏差耦合同步控制系統原理框圖

偏差耦合控制中，最重要的模塊就是速度補償部分，該部分為每個電機提供速度補償。電機A 的速度補償部分結構圖如圖2所示。

圖2 電機A 的速度補償結構

2 仿真與分析

對上述偏差耦合控制進行仿真，仿真條件設置如下：4個電機啟動時均為空載，給定轉速為750r/min，在0.05s時，突然給受擾電機1加載，轉矩為20N·m。仿真中4個電機各參數完全相同，所以非受擾電機2、3、4的變化相同。得到仿真結果如圖3～5所示。

圖3 突加負載時各電機轉速

圖4 突加負載時各電機之間的跟隨誤差

圖5 突加負載時各電機之間的同步誤差

如圖3所示，電機1的轉速迅速下降為620r/min；此時，其他3個電機仍然是空載運行，但是電機2、電機3、電機4的轉速會因為電機1轉速的減小而減小，降為680r/min。0.01s以后，即在0.06s時，4個電機同時達到給定轉速750r/min，進入穩態運行。因此，該同步控制方法，在某一個電機因擾動導致轉速發生改變時，速度補償器能快速將變化反應給其他電機，使得4個電機快速恢復同步狀態。

從圖4可以看出，單個電機空載啟動時，在極短的時間內，即t＝0.02s時，轉速達到給定值，快速性好。電機1 在t＝0.05s突加負載以后，僅用了0.01s又恢復到給定值，跟隨誤差變為0，四電機同步運行，整個系統的動態性能好。

從圖5可以看出，4個電機在空載啟動時，同步性能很好，能夠同時達到給定值，同步誤差為0，但當受擾電機1突加負載以后，電機1與其他3個非受擾電機出現同步誤差，由于其余3個電機運行速度相同，因此受擾電機1與非受擾電機2、3、4同步誤差同為85r/min，其余3個非受擾電機兩兩之間的同步誤差均為0。

3 結語

仿真結果表明，整個系統在運行中，當某個電機受到干擾導致速度發生變化時，通過偏差耦合控制方式，其他電機也能響應其變化，并在極短時間內，使4個電機恢復到擾動前的狀態，整個系統快速性好、魯棒性強。

［1］李崇堅.交流同步電機調速系統［M］.2 版.北京：科學出版社，2013.

［2］Lu D B，Li J Q，Ouyang M G，et al.Research on hub motor control of four－wheel drive electric vehicle［C］//Vehicle Power and Propulsion Conference（VPPC），IEEE，2011：1－5.

［3］張承慧，石慶升，程金.一種基于相鄰耦合誤差的多電機同步控制策略［J］.中國電機工程學報，2007，27（15）：59－63.