電動汽車電機控制技術分析

潘婷婷

摘要：電動汽車內(nèi)部電機的控制技術，屬于電動汽車一種核心技術，電動汽車內(nèi)部電機的驅(qū)動系統(tǒng)與控制系統(tǒng)兩者組成電動汽車循環(huán)系統(tǒng)，對電機調(diào)速、密度與效率均有著直接影響。鑒于此，本文主要圍繞著電動汽車內(nèi)部電機的控制技術開展深入研究及探討，望能夠為今后電動汽車內(nèi)部電機的控制技術有效性應用提供指導性的建議或者參考。

關鍵詞：電動汽車;電機;控制技術

0? 引言

伴隨國內(nèi)科學技術日益進步與發(fā)展，政府部門大力實施新能源類型汽車扶持政策，國內(nèi)電動汽車業(yè)才得以迅猛化發(fā)展，電動汽車內(nèi)部電機的控制技術也日趨成熟化，電動汽車憑借著節(jié)能、清潔等優(yōu)勢深受廣大消費者需親睞、認可，以至于我國對于電動汽車及其內(nèi)部電機的控制技術關注度逐漸提升。對此，深入研究電動汽車內(nèi)部電機的控制技術，有著一定現(xiàn)實意義與價值。

1? 電動汽車內(nèi)部電機控制裝置概述

電動汽車內(nèi)部電機控制裝置，屬于電動汽車大腦，內(nèi)設多個子系統(tǒng)，各個子系統(tǒng)均是由指示燈、自診斷的電路、執(zhí)行機構(gòu)、控制策略、電控單元、信號處理的電路、傳感器等所構(gòu)成。類型不同電動汽車，其內(nèi)部電控系統(tǒng)有差異性存在，但從總體上來說均包含著動力控制、電動助力的轉(zhuǎn)向控制、驅(qū)動控制、制動控制、能量管理等各個系統(tǒng)。子系統(tǒng)各項功能并非是簡單疊加，是各個子系統(tǒng)集成，實現(xiàn)對電動汽車的有效控制。電機控制裝置，連接這電池和電機，對整車性能實現(xiàn)有效調(diào)校，為在車輛精準操控及安全運行提供保障，促使電機與電池能夠發(fā)發(fā)揮充足實力。控制驅(qū)動電機，屬于電機控制裝置的單元核心。動力單元為動力電池供給直流電，由三項的交流電來驅(qū)動電機運行。電控單元，能夠把動力電池一段直流電直接轉(zhuǎn)換成為電機輸入一側(cè)交流電。為確保逆變過程能夠?qū)崿F(xiàn)，電控單元配合直流母線的電容及各個組件實現(xiàn)高效運行。動力電池一段輸出了電流之后，需先經(jīng)直流母線的電容，將諧波分量消除后，促使開關于其余控制單元相互配合，促使直流電能夠逆變成為交流電，作為該動力電機輸入的電流，通過對動力電機內(nèi)部三項的輸入電流頻率、動力電機內(nèi)部轉(zhuǎn)速傳感裝置、溫度傳感裝置實際反饋值，借助電控單元來控制整個電機[1]。

2? 電動汽車內(nèi)部電機的控制技術

2.1 矢量控制

2.1.1 原理分析

在電動汽車內(nèi)部電機的控制技術當中，矢量控制該項技術主要是借助對于異步電機定子的電流矢量進行有效測量及控制，結(jié)合磁場定向基本原理，分別控制異步電機轉(zhuǎn)矩電流及勵磁電流，便于實現(xiàn)對異步電機整體轉(zhuǎn)矩有效控制。矢量控制該項技術具體應用期間，主要是把異步電機定子電流的矢量合理分解成產(chǎn)生磁場電流的分量及轉(zhuǎn)矩電流的分量，并予以有效控制，對兩個分量之間相位與幅值加以控制，也就是對定子的電流矢量實施控制。

2.1.2 轉(zhuǎn)子磁鏈基礎模型

轉(zhuǎn)子磁鏈的基礎模型以兩種為主，即為：直接借助異步電機數(shù)學模型加以推到;借助狀態(tài)觀測裝置獲取閉環(huán)觀測的模型。自異步電機的數(shù)學模型所推到出轉(zhuǎn)子磁鏈基礎模型，還包含著電壓計算與電流計算的模型。轉(zhuǎn)子磁鏈電流模型：借助兩相旋轉(zhuǎn)的坐標系之下轉(zhuǎn)子磁鏈相應電流模型。此種模型僅需輸入三相的定子轉(zhuǎn)速及電壓，便可算出該轉(zhuǎn)子的相位角及磁鏈。由于該模型可適用于高低轉(zhuǎn)速，但因電機運行期間會有溫度、磁飽變化情況出現(xiàn)，以至于電機電感與轉(zhuǎn)子電阻發(fā)生改變，促使所算出轉(zhuǎn)子的磁鏈及反饋信號出現(xiàn)失真現(xiàn)象，降低磁鏈閉環(huán)的控制系統(tǒng)整體性能，以至于電流計算基礎模型仍然有弊端存在，仍然需在今后增加對此方面控制技術的實踐研究及經(jīng)驗積累;在轉(zhuǎn)子磁鏈電壓基礎模型方面，由于磁鏈變化率和感應的電動勢相一致，因而感應的電動勢積分與磁鏈相一致，借助這一關系便可獲取電壓模型。轉(zhuǎn)子磁鏈電壓基礎模型無需進行轉(zhuǎn)速信號測量操作，均需對異步電機的三相定子電流信號與電壓加以測量即可。那么，在具體運用期間，需要將以上兩種方法結(jié)合到一起運用，以確保電動汽車內(nèi)部電機裝置系統(tǒng)運行期間轉(zhuǎn)子磁鏈準確度能夠得以提升[2]。

2.1.3 直接及間接性矢量控制

直接性矢量控制：它又可成為磁鏈閉環(huán)與轉(zhuǎn)速控制一種矢量控制的技術，有兩種典型模型，即為帶除法矢量控制、帶轉(zhuǎn)矩的內(nèi)環(huán)轉(zhuǎn)速及磁鏈閉環(huán)的矢量控制;間接性矢量控制：主要是借助轉(zhuǎn)矩與磁鏈給定的信號，由矢量控制的方程式算出該轉(zhuǎn)子磁鏈相角及幅值，無需計算磁鏈模型，可將轉(zhuǎn)子磁鏈的數(shù)學計算模型偏差消除。故間接性矢量控制該項技術實操期間會存在著參數(shù)變化這一影響因素，需要予以著重考量分析，以便于保證此項控制技術實際應用的有效性。

2.2 直接轉(zhuǎn)矩控制

2.2.1 原理分析

電動汽車內(nèi)部電機的控制技術當中，直接轉(zhuǎn)矩控制是以在轉(zhuǎn)矩作為核心綜合控制轉(zhuǎn)矩與磁鏈。區(qū)別于矢量控制，該直接轉(zhuǎn)矩控制并非運用解耦形式，算法方面并未變換旋轉(zhuǎn)坐標，經(jīng)電機定子的電流與電壓檢測，以瞬時空間的矢量力量為基礎，將電機轉(zhuǎn)矩與磁鏈算出，結(jié)合給定值進行所獲取差值對比分析，直接控制轉(zhuǎn)矩及磁鏈。因矢量變換的方式下坐標轉(zhuǎn)換計算、簡化解耦異步的電動機基礎數(shù)學模型，未借助PWM脈寬進行信號發(fā)生裝置調(diào)制，以至于該控制結(jié)構(gòu)較為簡單化，處理控制信號物理概念較為明確，該系統(tǒng)轉(zhuǎn)矩可實現(xiàn)快速響應，不會有超調(diào)情況出現(xiàn)，屬于動態(tài)性、高靜性交流調(diào)速的控制技術，應用效果較為理想化[3]。

2.2.2 直接轉(zhuǎn)矩的控制反饋基礎模型

直接轉(zhuǎn)矩整個控制系統(tǒng)核心不僅包含著磁鏈與轉(zhuǎn)矩控制，還包含著定子磁鏈與轉(zhuǎn)矩反饋的信號數(shù)學計算基礎模型。可以說，定期磁鏈數(shù)學計算模型即為電壓模型，與前文中轉(zhuǎn)子磁鏈內(nèi)部電壓基礎模型特點相同，均適用于高轉(zhuǎn)速運行條件下運用，但是處于低速運行狀態(tài)下會有偏差存在。直接轉(zhuǎn)矩的控制反饋基礎模型列式即為：Te=np（isβΨsa-isaΨsβ）。針對定子磁鏈，若僅僅要求了六邊形磁鏈軌跡，那么，主電路開關頻率會相對較低，逆變器控制程序簡單，此時該定子磁鏈會有較大偏差。若相反，逼近圓形磁鏈軌跡，則定期磁鏈會接近于恒定狀態(tài)，促使主電路開關處于高頻率狀態(tài)，控制程序復雜性突出。針對轉(zhuǎn)矩來說，Te>0條件下，電機處于正向運行狀態(tài)，實際轉(zhuǎn)矩處于Te可允許的偏差上限范圍，磁鏈無論處于哪一種狀態(tài)下，均會直接跳變成零電壓的矢量運行狀態(tài)，定子磁鏈處于恒定狀態(tài)，縮小轉(zhuǎn)矩。實際的轉(zhuǎn)矩若小于Te可允許的偏差下限范圍，結(jié)合特定運行狀態(tài)，進行空間電壓的矢量選定，以至于定期磁鏈向前推進，轉(zhuǎn)矩變大。穩(wěn)定運行狀態(tài)之下，會將轉(zhuǎn)矩波動維持至可允許范圍。那么，因轉(zhuǎn)矩的控制系統(tǒng)處于低速運行條件下性能相對較差一些，會影響到調(diào)速的范圍。故而，對于直接轉(zhuǎn)矩這一項控制技術，今后還需從低速性能優(yōu)化與改善方面加以研究，以便于優(yōu)化及改進直接轉(zhuǎn)矩這一項控制技術，以更好地為電動汽車內(nèi)部電機控制效率及效果提供保障[4]。

2.2.3 定子磁場的定向矢量控制綜合系統(tǒng)

由于直接轉(zhuǎn)矩的控制反饋基礎模型有著交叉耦合的關系，倘若強行實施系統(tǒng)耦合控制，則對于定子磁場的定向矢量控制綜合系統(tǒng)來說，整體系統(tǒng)結(jié)構(gòu)會更具繁瑣性，會影響到轉(zhuǎn)子參數(shù)。依據(jù)直接轉(zhuǎn)矩的控制技術思路，將轉(zhuǎn)矩最終控制效果為著力點，借助定子電阻的壓降補償法，由定子軸電動勢來進行定子磁鏈控制，借助定子電流轉(zhuǎn)矩的分量來進行轉(zhuǎn)矩控制，便可連續(xù)控制定子磁鏈及轉(zhuǎn)矩，防治轉(zhuǎn)子參數(shù)發(fā)生變化后，影響到整個系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)。因Ψs定子磁鏈會影響到isq轉(zhuǎn)矩的分量，促使控制操作更具復雜性。故充分考慮到借助定子磁鏈幅值的變化率加以控制，該子磁鏈幅值的變化率與ed直軸的電動勢相等，列式即為：■=-Rsisd+usd=ed。從中可了解到，補償定子電阻實際壓降后，能對ed直軸的電動勢實現(xiàn)直接控制。算出定子磁鏈給定參數(shù)值和實際值偏差后，可獲取直軸的電動勢具體給定參數(shù)值ed，結(jié)合定子電阻實際壓降，便可獲取電子電壓的直軸分量具體給定值。

2.3 動態(tài)化調(diào)整載頻

從電動汽車內(nèi)部電機控制系統(tǒng)內(nèi)部開關方面的損耗來分析，借助動態(tài)化調(diào)整載頻，可對開關頻率加以調(diào)整，將控制裝置效率提升，處于低轉(zhuǎn)速且對于載頻有著較高要求條件下，可借助動態(tài)化調(diào)整載頻該項控制技術，實施載頻調(diào)解，將控制裝置損耗降低，并將控制裝置實際效率提升。

3? 結(jié)語

綜上所述，通過以上分析論述之后我們對于電動汽車內(nèi)部電機設備集成形式及原理闡述、電動汽車內(nèi)部電機的控制技術，均能夠有了更加深入地認識及了解。從總體上來說，電動汽車內(nèi)部電機的控制技術，屬于一項極具復雜性的技術，實際操作期間有著較高標準及要求。那么，為了能夠在今后更好地發(fā)揮電動汽車內(nèi)部電機的控制技術運用優(yōu)勢，為電動汽車整體穩(wěn)定安全運行提供保障，就還需更多技術操作者與研究者們能夠積極投身于實踐探索當中，多積累相關的實踐經(jīng)驗，不斷提升自身專業(yè)化的技術水平，結(jié)合實際情況與需求，科學合理地設定電動汽車內(nèi)部電機控制的技術操作方案與措施，以確保電動汽車內(nèi)部電機的控制技術各項優(yōu)勢得到有效發(fā)揮，為電動汽車整體的高效性運行提供技術支持。

參考文獻：

[1]孟彬，鄧孝元，宋政委.輪轂電機電動汽車基本運行工況控制策略[J].山東交通學院學報，2018，11（12）：134-135.

[2]李萬敏，李新勇，王彥，等.電動汽車永磁同步電機控制策略研究[J].工業(yè)儀表與自動化裝置，2018，25（03）：201-202.

[3]Hanying G，? Xufeng B，? Weili L ， et al. Study on three-phase four-leg control technology of permanent magnet synchronous motor in electric vehicle[C].2015 International Conference on Electrical Systems for Aircraft， Railway， Ship Propulsion and Road Vehicles （ESARS）. IEEE， 2015， 33（04）：1201-1204.

[4]伍理勛，陳建明，陳磊，等.電動汽車電機驅(qū)動控制器功能安全架構(gòu)研究[J].控制與信息技術，2018，19（03）：157-158.