[发明专利]一种低速电动汽车交流异步电机矢量控制方法和系统

说明书

技术领域

本发明属于低速电动汽车领域，尤其涉及一种低速电动汽车交流异步电机矢量控制方法 和系统。

背景技术

随着资源与环境双重压力的持续增大，电动汽车已成为未来汽车工业的发展方向。从我 国目前的市场容量、技术水平看，速度在40-60km/h的低速电动汽车具有经济性能好、节能 环保、节约资源、使用成本低、充电方便等优势，是二、三线城市最经济、最环保、最易推 广的交通工具，是我国实现绿色交通的战略选择。

相比传统汽车，低速电动汽车的动力通过柔性的电缆传输且驱动电机和变速器的布置多 种多样，省去了联轴器和传动轴等装置因此结构较为简单。电机驱动系统一般由驱动电机、 控制系统、减速及传动装置、车轮等组成，它是整个低速电动汽车最关键部分之一。电机驱 动系统通过接收控制系统发来的命令，把动力电池的能量转变为电机的机械能，经由传动系 统将动力传递到车轮上，保证车辆正常行驶。在性能上要保证车辆能够频繁的起停、加减速、 乘坐的舒适性和恶劣环境的通过性等，因此对于低速电动汽车的驱动系统要有较高的要求。

低速微型电动汽车发展到现在，电机驱动系统的技术升级主要经历了三次重大的技术改 造。第一代针对小型电动汽车的结构和特性，设计了具有调速换向优势的他励电机及控制器 驱动系统；随着人们对驾乘体验的要求逐渐提高，采用永磁直流无刷电机的第二代驱动系统 也应运而生，直流无刷电机相比他励电机有了更高的可靠性及更好驾乘体验，且控制方式简 单，但其控制方式存在较大的转矩脉动，这为下一代驱动系统的改进提供了方向；第三代驱 动系统则更接近电动汽车的要求，对于小型电动汽车的使用特性，基于矢量控制的交流电控 系统显得更加适合，控制器及电机的稳定性更强，控制算法和控制策略也更加先进。交流电 机控制器根据控制目标电机主要分为交流异步、永磁同步两类。由于目前稀土永磁材料的价 格偏高，整体来讲应用于汽车领域的永磁同步电机和永磁直流无刷电机价格相对于同等功率 的交流异步电机要高出很多。对于价格因素比较敏感的微型电动汽车还没有充足的理由和时 间来接纳这两种电机作为驱动电机，目前最适合低速电动汽车的驱动系统是交流异步电机 (ACIM)及控制系统。交流异步电机驱动系统凭借着低成本、可靠性好、调速性能良好等优点 得到广泛的应用。

为了兼顾车辆运行的可靠性和舒适性，目前采用矢量控制的交流异步电机被广泛应用在 低速电动汽车领域。在交流异步电机矢量控制系统中，由于转速闭环控制可提高系统的动态 性能，常用光电码盘或测速发电机等测量电机的转速。随着对矢量控制技术研究的深入，有 的传感器价格昂贵，对安装精度要求也高，其信号也容易受到电磁干扰。带速度传感器的驱 动系统中，其速度反馈变的不可靠。这不仅提高了驱动系统的成本，还限制了它在恶劣环境 下的应用。目前，无速度传感器运行已经成为了交流传动领域的重要研究内容之一，并且已 经大量地运用于矢量控制当中，几乎国外所有大的变频器生产商都有自己的高性能无速度传 感器矢量控制变频器产品。同时，对于无速度传感器控制中磁链观测、速度估计的研究还可 以应用于机车牵引、变频空调等其他交流传动领域，因此，交流异步电机无速度传感器矢量 控制方法的研究有理论意义和重要的应用价值。无速度传感器控制策略利用容易得到的定子 电压、电流信号，通过对静止坐标系下的电机模型的分析，获得转速的控制算法并将转速其 反馈回控制系统中，不仅实现了交流电机转速的高性能控制，也降低了系统硬件的复杂性和 成本。

然而，现有技术中存在如下技术问题：矢量控制中电压空间矢量脉宽调制(SVPWM)技术的 实际应用中由于死区时间影响会引起电流畸变。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术中存在的上述不足，而提供一种低速电动汽车交流异步 电机矢量控制方法和系统，能够有效减小电流畸变、运行噪声和转矩脉动。

本发明提出的一种低速电动汽车交流异步电机矢量控制方法，其特征在于所述方法包括 如下步骤：

步骤10，判断电压矢量所在扇区，具体为根据Clark变换，得到两相静止坐标系下的矢 量控制模型，通过分析U_α、U_β确定电压矢量所在扇区，根据公式27得出三个判断矢量U₁、 U₂、U₃，根据三个矢量的正负判断当前合成矢量所在的扇区；

步骤20，计算基本电压矢量作用时间，具体为确定当前合成矢量所在扇区后，计算导通 时间，定义中间变量X、Y、Z，其表达式为公式29：