[发明专利]一种基于转矩给定的轮毂电机矢量控制方法

说明书

本发明公开了一种基于转矩给定的轮毂电机矢量控制方法，属于轮毂电机矢量控制领域，包括以下步骤：S1：在不同坐标系下建立数学模型，S2：构建最大转矩电流比结合弱磁策略的矢量控制系统，控制信号为电机转矩，在d‑q坐标系下，通过坐标变换，将定子电流分解为励磁分量i_d和转矩分量i_q，使PMSM能够实现解耦控制，S3：设计转矩闭环控制策略，S4：运用空间矢量脉宽调制技术，S5：进行仿真分析。本发明的控制方法更加的科学合理，开展了矢量控制方案设计，设计了恒转矩前馈结合电压反馈的电流补偿弱磁控制策略，设计的控制方案保证了由MTPA运行模式平滑过渡到弱磁模式，电机转矩动态性能良好，保证了电机在较宽速度范围内能够实现平稳运行。

技术领域

本发明涉及轮毂电机矢量控制领域，具体为一种基于转矩给定的轮毂电机矢量控制方法。

背景技术

随着军事技术的变革，集电驱动、电武器、电防护、综合电子信息于一体的全电化装甲车辆是各国陆战装备的重要研究对象，作为全电化装甲车辆的核心，电驱动系统替代了传统机械式车辆中复杂的传动结构，将动力通过驱动电机和减速器直接传递给车轮或履带，具有动态响应快、控制精度好、效率高、维护简便等诸多优点，不同于一般的电机控制系统，装甲车辆电机驱动系统，需满足车辆快速起动及爬坡需求，即在零速和低速时获得较大转矩，一般达到额定转矩的3倍以上，同时电机功率受限于额定功率及前功率链所能提供的最大功率；为快速满足车辆加减速、转向、制动等各种工况的需求，需要电机具有良好的转矩动态性能；为了满足车辆高速行驶的需求，需要电机具有比较宽的调速范围，基于上述分析，本文选择转矩给定的控制模式，油门信号相当于转矩给定值，以提高转矩动态性能，在基速以内采用 MTPA控制策略，以在单位电流下获得最大的转矩输出，提高电流的利用率，当定子所需电压达到逆变器容量限制时，切换到弱磁控制，以实现电机扩速运行。

发明内容

本发明的目的在于提供一种基于转矩给定的轮毂电机矢量控制方法，以解决上述背景技术中提出的问题。

为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种基于转矩给定的轮毂电机矢量控制方法，包括以下步骤：

S1：在不同坐标系下建立数学模型，分析PMSM在不同坐标系下的数学模型，并结合电传动装甲车辆轮毂电机的控制需求，以转矩值为控制量，结合 SVPWM技术，搭建基于MTPA和弱磁控制的轮毂电机矢量控制系统，以实现电机的高性能控制；包括以下步骤：

A：a-b-c坐标系下的PMSM数学建模；

B：α-β和d-q坐标系下的PMSM数学建模；

S2：构建最大转矩电流比结合弱磁策略的矢量控制系统，控制信号为电机转矩，在d-q坐标系下，通过坐标变换，将定子电流分解为励磁分量i_d和转矩分量i_q，使PMSM能够实现解耦控制；

S3：设计转矩闭环控制策略；

S4：运用空间矢量脉宽调制技术，通过MTPA和弱磁控制策略获得d、q 轴给定电流后，再经电流PI调节可以得到电机控制所需要的电压值，而后控制逆变器6个IGBT管的开关状态，给电机提供所需的三相电压，最终使电机定子电流能够跟随指令电流是电机控制的关键；

S5：进行仿真分析，在MATLAB/Simulink中搭建系统仿真模型，对轮毂电机控制策略进行验证。

优选的，在S1中，比较三种坐标系下的电机模型可以发现，坐标变换可以消除静止坐标系下电感等参数之间的耦合关系，对于电机控制而言，基于旋转坐标系的电机建模和控制算法能够实现电机的高性能控制，而且为了方便控制，永磁同步电机参数中一般都会给出转子d、q轴电感量，矢量控制便是基于d-q旋转坐标系实现的。