電動(dòng)汽車電機(jī)控制技術(shù)研究

電動(dòng)汽車電機(jī)控制技術(shù)研究摘要：隨著科技的飛速發(fā)展以及我國政府關(guān)于新能源汽車的扶持政策的大力實(shí)施，我國電動(dòng)汽車產(chǎn)業(yè)逐漸步入了發(fā)展的黃金時(shí)期。隨著電動(dòng)汽車電機(jī)控制技術(shù)電機(jī)驅(qū)動(dòng)技術(shù)等技術(shù)的逐漸成熟，電動(dòng)汽車以清潔、節(jié)能等特點(diǎn)逐漸得到了消費(fèi)者的認(rèn)可?；趪乙约皹I(yè)界對(duì)于電動(dòng)汽車電機(jī)控制技術(shù)研發(fā)的關(guān)注，本文首先講述了電動(dòng)汽車電機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的類型，然后根據(jù)電機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的類型，闡述了電動(dòng)汽車電機(jī)控制技術(shù)應(yīng)用。關(guān)鍵詞：電動(dòng)汽車；驅(qū)動(dòng)控制；技術(shù)應(yīng)用；控制策略電動(dòng)汽車電機(jī)控制技術(shù)是電動(dòng)汽車關(guān)鍵技術(shù)之一，電動(dòng)汽車電機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)及其控制系統(tǒng)構(gòu)成了電動(dòng)汽車的“心臟循環(huán)系統(tǒng)”，它直接決定著電機(jī)的效率、密度以及調(diào)速狀況。因此，電動(dòng)汽車電機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)及其控制技術(shù)應(yīng)用是提高電動(dòng)汽車的驅(qū)動(dòng)性能、行駛里程及其可靠性、安全性的根本保證。電動(dòng)汽車驅(qū)動(dòng)電機(jī)通常分為直流有刷、無刷、有永磁、電磁之分，還有交流步進(jìn)電機(jī)等，比如，永磁電機(jī)，永磁同步電機(jī)由于高運(yùn)行效率和功率密度以及矢量控制方法和無傳感器控制技術(shù)的逐漸成熟，被廣泛應(yīng)用于電動(dòng)汽車上。1電動(dòng)汽車電機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)分類電動(dòng)汽車電機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)是電動(dòng)汽車的心臟，其主要作用是在人工操作下，把電動(dòng)汽車蓄電池的電能轉(zhuǎn)化為汽車行駛的動(dòng)能，當(dāng)前電動(dòng)汽車電機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)主要分為直流電機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)、交流感應(yīng)電機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)、開關(guān)磁阻電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)、永磁同步電機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)等四大驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)。第一，直流電機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)。直流電機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)是最早應(yīng)用于電動(dòng)汽車的電機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)，由于直流電機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)本身各項(xiàng)關(guān)鍵技術(shù)開發(fā)程度較為成熟，使得其具備了系統(tǒng)造價(jià)低、控制器構(gòu)造簡單而且性能優(yōu)良等特點(diǎn)。并且由于其具有啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩高和較寬的調(diào)速范圍，至今無軌電車大部分仍然采用直流電機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)。第二，交流感應(yīng)電機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)。交流感應(yīng)電機(jī)又稱異步電動(dòng)機(jī)，隨著現(xiàn)代電力電子技術(shù)瓶頸的突破，使得交流感應(yīng)電機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)逐漸得到電動(dòng)汽車開發(fā)商的青睞，并且隨著交流感應(yīng)電機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)調(diào)速性能技術(shù)的發(fā)展，成為了當(dāng)前工業(yè)應(yīng)用中最為廣泛的拖動(dòng)電機(jī)，但是異步電機(jī)控制系統(tǒng)較為復(fù)雜，成為了該型電機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)發(fā)展的最大阻礙。第三，開關(guān)磁阻電機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)。開關(guān)磁阻電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的核心是通常所說的SRM（開關(guān)磁阻電動(dòng)機(jī)），無論電機(jī)設(shè)計(jì)構(gòu)造還是工作原理，SRM都有著自己的特點(diǎn)，由此，其電機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)噪聲大、結(jié)構(gòu)復(fù)雜等也成為了其當(dāng)前較為致命的缺陷。與直流和交流電動(dòng)機(jī)相比，其顯著優(yōu)點(diǎn)在于，結(jié)構(gòu)簡單、調(diào)速范圍寬以及安全可靠性較高。由于其在速度控制以及可控制范圍的優(yōu)良性能，使得SRM的潛力逐漸得到了越來越多開發(fā)商的認(rèn)可。第四，永磁同步電機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)。永磁同步電機(jī)具有占用空間小，功率密度高以及較好的運(yùn)行效率等優(yōu)點(diǎn)，得到了國內(nèi)外電動(dòng)汽車開發(fā)商的廣泛關(guān)注。其缺陷也很明顯，主要包括驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)電流損耗相對(duì)較大、使用時(shí)間過長容易出現(xiàn)退磁問題以及工作噪音過大等。相比國外較成熟的永磁同步電機(jī)技術(shù)開發(fā)而言，國內(nèi)關(guān)于永磁同步電機(jī)的研究還較少。但是在國家大力扶植電動(dòng)汽車的背景下，新型永磁材料的科技應(yīng)用以及無傳感器技術(shù)科研領(lǐng)域的不斷進(jìn)步，如稀土永磁同步電機(jī)。2電動(dòng)汽車電機(jī)驅(qū)動(dòng)控制系統(tǒng)技術(shù)應(yīng)用2.1直流電機(jī)控制技術(shù)應(yīng)用及其策略分析直流電機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)電機(jī)控制器一般采用斬波控制器進(jìn)行控制和方法設(shè)計(jì)。目前，隨著現(xiàn)代交流電動(dòng)機(jī)調(diào)速方法的技術(shù)革新和改進(jìn)，直流電機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)處在被淘汰的處境。由于直流電機(jī)電動(dòng)汽車在轉(zhuǎn)向操作上很容易造成交通事故，并且直流電機(jī)本身對(duì)于環(huán)境具有很高的要求，高溫、潮濕、多塵等環(huán)境中使用，其安全可靠性將大大降低。2.2交流感應(yīng)電機(jī)控制技術(shù)及其策略分析隨著電力電子技術(shù)瓶頸的突破，以及在調(diào)速方法的改進(jìn)，使得其驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)和控制策略逐漸被人們認(rèn)可，但是調(diào)速控制仍然是交流感應(yīng)電機(jī)控制技術(shù)的一個(gè)最主要缺陷。從目前技術(shù)應(yīng)用來看，變頻調(diào)速由于系統(tǒng)簡單、技術(shù)成熟等特點(diǎn)，使得它成為當(dāng)前交流感應(yīng)電機(jī)控制方法中應(yīng)用最為廣泛的方法之一。在其調(diào)速控制技術(shù)前沿研究較多的方法有VVVF（變頻變壓控制）、VC（矢量控制）以及DTC（直接轉(zhuǎn)矩控制）等。2.3永磁同步電機(jī)控制技術(shù)應(yīng)用及其策略分析由于矢量控制能夠讓永磁同步電機(jī)在電動(dòng)汽車調(diào)速等方面有著較為出色的性能，其控制技術(shù)主要采用轉(zhuǎn)子磁場定向矢量控制技術(shù)，并由此產(chǎn)生了很多種控制方法。就拿電流控制來說，就包括電流指令生成、定子電流檢測(cè)以及電流的閉環(huán)控制等三種技術(shù)方法應(yīng)用。比如無刷直流電機(jī)，應(yīng)用較為廣泛的要屬模糊PID（比例-積分-微分）控制方法。通過系統(tǒng)特定傳遞函數(shù)的數(shù)據(jù)變化，然后通過系統(tǒng)數(shù)據(jù)接收實(shí)現(xiàn)對(duì)控制對(duì)象的有效控制。其特點(diǎn)是用途較為廣泛，使用靈活。2.4開關(guān)磁阻電動(dòng)機(jī)控制技術(shù)應(yīng)用及其策略分析開關(guān)磁組電動(dòng)機(jī)由于自身不同于直流和交流電動(dòng)機(jī)的工作原理和驅(qū)動(dòng)構(gòu)造，使得通常用于直流、交流以及永磁同步電機(jī)控制技術(shù)很難有效適用于開關(guān)磁阻電動(dòng)機(jī)。由于開關(guān)磁阻電機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)較為復(fù)雜難以建模的緣故，其控制策略更依賴于人工智能技術(shù)的開發(fā)程度，常用的調(diào)控策略是采用神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制和模糊邏輯控制。3結(jié)語本文通過對(duì)比現(xiàn)階段電動(dòng)汽車驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)及其控制技術(shù)開發(fā)情況，交流感應(yīng)電機(jī)由于