電動車用永磁同步電機的雙模糊直接轉矩控制

丁鐸 盧秀和

摘 ?要：文章以永磁同步電機直接轉矩控制作為研究的出發點，結合模糊控制，提出了一種模糊PI+模糊直接轉矩的雙模糊DTC控制方法。在模擬工況下對控制系統的性能進行了仿真實驗性能對比，提高了驅動電機的轉速響應和電動汽車的加速性能。

關鍵詞：電動汽車;永磁同步電動機;直接轉矩控制;模糊PI控制;雙模糊直接轉矩控制

中圖分類號：TM341 ? ? ? ? 文獻標志碼：A ? ? ? ? 文章編號：2095-2945（2020）01-0112-02

Abstract： Based on the direct torque control of permanent magnet synchronous motor（PMSM） and fuzzy control， a fuzzy PI+ fuzzy direct torque control method based on double fuzzy DTC is proposed in this paper. The performance of the control system is compared under the simulation condition， and the speed response of the drive motor and the acceleration performance of the electric vehicle are improved.

Keywords： electric vehicle; permanent magnet synchronous motor（PMSM）; direct torque control（DTC）; fuzzy PI control; double fuzzy direct torque control

1 概述

為改善環境污染以及解決石化能源枯竭問題，對綠色能源的開發和利用成為人類當下的首要任務，綠色新能源汽車，相比較燃油汽車有諸多優勢。PMSM因其自身體積小、效率高、慣性低等優點慢慢走入人們視野作為電動汽車的驅動電機使用。文獻[1]針對電動汽車低速狀態電動機性能較差這一現狀，提出了一種成本較低的電動汽車驅動電機在低速狀態下的DTC系統，雖然驅動電機動態響應速率增加，但轉矩波動較大;文獻[2]設計了一種模糊自抗擾DTC系統，解決了傳動DTC轉矩脈動過大的問題，但轉速響應慢，無法應用于電動汽車;文獻[3-4]采用調制空間矢量的方式以改進永磁電動機DTC系統性能。

盡管模糊DTC系統有效的減小了驅動電機的轉矩脈動，但當應用于電動汽車時，驅動電機的轉速響應慢;控制精度低，缺點較為明顯。本文針對電動汽車用電機加速過程中出現的轉速響應時間長，超調量高，轉矩脈動大，汽車抖動嚴重等問題，通過電動汽車實驗臺架模擬加速工況，設計了一種模糊PI控制+模糊DTC相結合的控制系統，通過Matlab/Simulink仿真實驗，與傳統DTC進行了對比，實驗結果表明：該系統能有效的降低轉速超調量以及轉矩脈動較大的問題，提高轉速的控制精度與電動汽車的加速性能，較常規DTC有更好的控制效果。

2 雙模糊DTC系統

為了能夠提高加速工況下的性能，建立了加速工況下的雙模糊DTC系統，該系統由實驗臺架可控電子負載、PMSM模塊、轉速測量儀、工況識別系統、六脈沖PWM發生器、Clarke逆變換、三相電壓式逆變器、模糊PI控制器、模糊DTC器等部分構成，具體結構如圖1所示。

模擬加速工況下的該系統的控制過程為：將速度設置n*與電動機的實際速度n進行比較，以產生速度差。輸入e和ec到模糊PI控制器，得到給定的轉矩Te*，并通過轉矩估算Te進行比較，從而得到轉矩偏差ΔTe;將給定的定子參考磁鏈Ψs*與磁鏈估算得到的Ψs進行比較，得到磁鏈偏差？駐Ψs;經過扇區判斷得到定子磁鏈所在扇區Sa、Sb、Sc。最后，？駐Te、？駐Ψs與磁鏈所在扇區Sa、Sb、Sc輸入到模糊DTC控制器，經過SVPWM輸出6路PWM信號來控制電機，以提高電機動態特性，提高系統的穩定性。

3 控制系統仿真對比

為了驗證文中提出的控制方法，本文在Matlab/Simulink中搭建了常規DTC系統、雙模糊DTC系統進行仿真對比，對PMSM進行參數設置，仿真時間設為0.2s，系統啟動負載轉矩為20N·m;啟動給定轉速500r/min。當系統啟動到0.1s時，將給定轉速突變到1000r/min，實驗結果如圖2-圖5所示。

由圖2、圖3的仿真結果可知：雙模糊DTC系統和常規DTC系統相比，前者使電機達到給定轉速的時間明顯少于后者，前者的轉速超調量為=0.13%，后者的轉速超調量為？滓=3.3%;保持驅動電機負載轉矩不變，將給定速度從500r/min跳變到1000r/min，雙模糊DTC系統在0.004s內完成加速且無抖動，而常規DTC系統PID則在0.02s完成加速，可知該系統的加速性能更好。由圖4、圖5的仿真結果可知：雙模糊DTC系統相比于常規DTC轉矩脈動低、控制效果更突出;保持負載轉矩不變，將給定速度從500r/min變為1000r/min時，雙模糊DTC系統能夠在0.01s內降低轉矩并恢復穩定，較常規DTC系統需要的時間更短。

4 結論

本文通過模擬加速工況和具有直接轉矩的雙模糊DTC系統，增強了加速性能和魯棒性，解決了轉速超調量大、轉矩脈動大等問題。不難看出，雙模糊

DTC系統有效的減小了驅動電機的轉矩脈動與轉速超調，有效提高了驅動電機的轉速響應速度與電動汽車的性能。

參考文獻：

[1]李浩，黃文新，邱鑫，等.一種低成本高性能的低速電動汽車控制系統[J].微特電機，2018（1）：52-55.

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