【正文】 性能必須充分滿足電動(dòng)汽車不同的行駛工況要求 ，要有較大的啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩來(lái)保證電動(dòng)汽車有良好的啟動(dòng)、]3[加速性能；要有較寬的恒功率范圍，保證電動(dòng)汽車具有在高速公路上行駛的能力，電動(dòng)機(jī)的過(guò)載系數(shù)應(yīng)達(dá)到 3~4；在整個(gè)運(yùn)行范圍內(nèi)，具有高的效率，以提高 1 次充電的續(xù)駛里程；可靠性高，以滿足車輛的各種工況；價(jià)格合理，能被用戶接受。m，采用兩臺(tái) IG—BT 型逆變器和一臺(tái)控制器。開(kāi)關(guān)磁阻電動(dòng)機(jī)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、堅(jiān)固、啟動(dòng)性能好，沒(méi)有大的電流沖擊，效率高，它兼有異步電機(jī)變頻調(diào)速和直流電動(dòng)機(jī)調(diào)速的優(yōu)點(diǎn)，在電動(dòng)汽車驅(qū)動(dòng)電機(jī)競(jìng)賽中是一匹不可忽視的“黑馬” 。其得到廣泛應(yīng)用是因?yàn)樗型怀鰞?yōu)點(diǎn)：結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、運(yùn)行可靠、制造容易、價(jià)格低廉、堅(jiān)固耐用、而且有較高的效率和相當(dāng)好的工作特性。 異步電動(dòng)機(jī)的基本構(gòu)造 定子異步電機(jī)的定子由定子鐵芯、定子繞組和基座三部分構(gòu)成。 轉(zhuǎn)子異步電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)子由轉(zhuǎn)子鐵芯、轉(zhuǎn)子繞組和轉(zhuǎn)軸構(gòu)成。氣隙大小對(duì)異步電機(jī)的性能影響特別大。轉(zhuǎn)差率為同步轉(zhuǎn)速 n 與轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速 n 之差（n n）對(duì)同步轉(zhuǎn)速s sn 之比值，以 s 表示，即s sn??當(dāng)異步電機(jī)的負(fù)荷發(fā)生變化時(shí)，轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)差率隨之變化，使得轉(zhuǎn)子導(dǎo)體的電動(dòng)勢(shì)、電流和電磁轉(zhuǎn)矩發(fā)生相應(yīng)的變化，因此異步電機(jī)轉(zhuǎn)速隨負(fù)荷的變化而變動(dòng)。如果轉(zhuǎn)子被加速到 n ，此時(shí)轉(zhuǎn)子導(dǎo)體與旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)同步旋s轉(zhuǎn)，它們之間無(wú)相對(duì)切割，因而導(dǎo)體中無(wú)感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)，也沒(méi)有電流，電磁轉(zhuǎn)矩為零。1239。啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩必須大于負(fù)載轉(zhuǎn)矩才可能啟動(dòng)，啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩越大，加速越快，啟動(dòng)時(shí)間越短。隨著電力電子技術(shù)的飛速發(fā)展，現(xiàn)代控制理論的引入，變壓變頻調(diào)速控制策略的發(fā)展更是日新月異。13????????式中： 為極對(duì)數(shù)， 為定子電壓， 為電源角頻率， 為根據(jù)異步電機(jī)nps Rr39。然而轉(zhuǎn)速開(kāi)環(huán)、恒壓頻比控制有缺點(diǎn)：無(wú)法控制電磁轉(zhuǎn)矩，動(dòng)態(tài)性能不理想，調(diào)速范圍窄。 基于動(dòng)態(tài)模型的傳統(tǒng)控制策略 轉(zhuǎn)速閉環(huán)、轉(zhuǎn)差頻率控制從異步電機(jī)的穩(wěn)態(tài)等效電路和穩(wěn)態(tài)轉(zhuǎn)矩公式出發(fā)，卻只能在穩(wěn)態(tài)情況下維持氣隙磁通恒定，因此動(dòng)態(tài)性能不是很理想，要實(shí)現(xiàn)調(diào)速系統(tǒng)有高動(dòng)態(tài)性能，必須根據(jù)異步電機(jī)的動(dòng)態(tài)數(shù)學(xué)模型來(lái)控制磁通和電磁轉(zhuǎn)矩。 矢量控制系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)的關(guān)鍵在于維持轉(zhuǎn)子磁鏈恒定，因此需要檢測(cè)轉(zhuǎn)子磁鏈信號(hào)，早期時(shí)人們嘗試通過(guò)磁鏈傳感器來(lái)檢測(cè)轉(zhuǎn)子磁鏈，但是遇到了不少工藝和技術(shù)上的問(wèn)題，而且在低速時(shí)轉(zhuǎn)子磁鏈檢測(cè)脈動(dòng)分量過(guò)大，在當(dāng)今的矢量控制系統(tǒng)中較多采用軟測(cè)量的方法，通過(guò)檢測(cè)電壓、電流和轉(zhuǎn)速信號(hào)來(lái)根據(jù)轉(zhuǎn)子磁鏈模型計(jì)算磁鏈的幅值和相位。在低速時(shí)由于反電動(dòng)勢(shì)較小，對(duì)磁鏈估算的準(zhǔn)確性影響會(huì)更大。Depenbrock 提出直]10[接轉(zhuǎn)矩控制系統(tǒng)，它采用雙位式控制器直接控制電磁轉(zhuǎn)矩和定子磁鏈，根據(jù)控制器輸出從換相表中選擇一個(gè)合適的電壓矢量作用于電機(jī)，具有較快的轉(zhuǎn)矩響應(yīng)。UI 法數(shù)學(xué)模型簡(jiǎn)單，但是在低速時(shí)由??]12[于反電動(dòng)勢(shì)較小而無(wú)法準(zhǔn)確估計(jì)定子磁鏈，一般用于中高速的定子磁鏈觀測(cè)，用 1 階低通濾波器替換 UI 模型中的純積分環(huán)節(jié)可以改進(jìn) UI 模型，同]143[?時(shí)引入校正環(huán)節(jié)補(bǔ)償磁鏈觀測(cè)的誤差 ，可以獲得更準(zhǔn)確的定子磁鏈觀測(cè)值，]156[在得到定子磁鏈后很容易的得到轉(zhuǎn)矩測(cè)量值，I 法和 U 法由于引入了更多?的電機(jī)參數(shù)，但魯棒性較差，結(jié)構(gòu)復(fù)雜，實(shí)現(xiàn)起來(lái)比較困難 。當(dāng)采用離散空間矢量調(diào)制方法時(shí)，電壓矢量劃分越細(xì)，控制精度越高，同時(shí)系統(tǒng)會(huì)越復(fù)雜。 微分幾何反饋線性化微分幾何反饋線性化方法通過(guò)引入微分幾何中李導(dǎo)數(shù)的概念來(lái)選擇一個(gè)可逆的數(shù)學(xué)變換，經(jīng)過(guò)變換后得到在新的參考坐標(biāo)系下的系統(tǒng)方程，再經(jīng)過(guò)狀態(tài)反饋可以得到輸入輸出解耦的線性化系統(tǒng)。將原系統(tǒng)與逆系統(tǒng)串聯(lián)可以構(gòu)成一個(gè)復(fù)合的線性系統(tǒng)如圖（）所示，該控制基于動(dòng)態(tài)反饋，系統(tǒng)各變量物理意義明確，用到的數(shù)學(xué)知識(shí)簡(jiǎn)單，但是由于需要考慮零動(dòng)態(tài)問(wèn)題，限制了它在工程中的應(yīng)用。滑膜變結(jié)構(gòu)控制結(jié)合矢量控制和直接轉(zhuǎn)矩控制在交流調(diào)速系統(tǒng)中得到大量的應(yīng)用。在交流調(diào)速控制系統(tǒng)中，需要測(cè)量的狀態(tài)變量一般由定子電流、定轉(zhuǎn)子磁鏈和轉(zhuǎn)速，但是在一般的控制系統(tǒng)中定子電流和轉(zhuǎn)速可以直接測(cè)量，因此只需要設(shè)計(jì)定轉(zhuǎn)子磁鏈自適應(yīng)觀測(cè)器。它可以濾除系統(tǒng)噪聲和測(cè)量噪聲的影響，基于最小均方誤差對(duì)系統(tǒng)狀態(tài)變量進(jìn)行線性估計(jì)，因此比一般的觀測(cè)器精度高，魯棒性強(qiáng)。應(yīng)用 EKF 算法建立全階狀態(tài)觀測(cè)器可以對(duì)異步電機(jī)的轉(zhuǎn)速、磁鏈以及電流等狀態(tài)變量進(jìn)行估計(jì)，但是由于電流和轉(zhuǎn)速方便直接測(cè)量，為了簡(jiǎn)化觀測(cè)器，人們開(kāi)始研究基于 EKF的降階的磁鏈觀測(cè)器。 模糊控制模糊控制理論可以用于設(shè)計(jì)參數(shù)辨識(shí)器和模糊控制器。將磁鏈位置、磁鏈誤差和轉(zhuǎn)矩誤差作為模糊變量，通過(guò)模糊控制規(guī)則選擇合適的電壓矢量可以得到更好的控制效果。17 / 40圖 神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)圖4 異步電機(jī)的數(shù)學(xué)模型異步電機(jī)是根據(jù)電磁感應(yīng)定律制成的，定子通電產(chǎn)生的磁場(chǎng)使得轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動(dòng)。 初始的三相狀態(tài)下的電機(jī)模型定子三相繞組的軸線在空間上是固定的，轉(zhuǎn)子繞組軸線隨轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)，一定子 A 相繞組軸線作為參考坐標(biāo)軸來(lái)確定轉(zhuǎn)子的空間位置，以 ABC 三相代表定子繞組，abc 三相代表轉(zhuǎn)子繞組建立如圖（）所示的三相感應(yīng)電機(jī)的物理模型。Lc由于電機(jī)氣隙均勻，所以定、轉(zhuǎn)子各相繞組自感為常數(shù)，則滿足的表達(dá)式記作： = = =LABCs1= = =abcr由于氣隙磁場(chǎng)是按照正弦分布的，則定、轉(zhuǎn)子各自的互感為：= = = = = =LABABCLCALm12? = = = = = =acbacb式中 為繞組的勵(lì)磁電感。 Rsr定轉(zhuǎn)子的電壓矢量 、 同其磁鏈?zhǔn)噶恳粯?，也滿足以下式子：Us?r??CbAa232??eurjBr ?從上式可以得到其矢量方程為： ???ssspiRU???rrrr j?式中 為電機(jī)的電磁角速度。Pnr?? 兩相靜止坐標(biāo)下的電機(jī)模型從靜止坐標(biāo)系下的電機(jī)模型可以看出電機(jī)系統(tǒng)是一個(gè)非線性、強(qiáng)耦合、復(fù)雜系統(tǒng)，為了便于控制，需要經(jīng)過(guò)坐標(biāo)變換理論將其轉(zhuǎn)化為 坐標(biāo)系下的???異步電機(jī)模型進(jìn)行簡(jiǎn)化。所以經(jīng)過(guò)對(duì) 軸?s ???系下的電機(jī)模型進(jìn)行坐標(biāo)變換可以得到 MT 軸系下的電機(jī)數(shù)學(xué)模型。 基于轉(zhuǎn)子磁場(chǎng)定向的電機(jī)控制系統(tǒng)磁場(chǎng)定向就是規(guī)定坐標(biāo)軸與磁場(chǎng)方向的關(guān)系，當(dāng)轉(zhuǎn)子的 M 軸與磁場(chǎng)方向重合時(shí)，就稱為轉(zhuǎn)子磁場(chǎng)方向。Tr Rrf轉(zhuǎn)子磁場(chǎng)定向下的電壓表達(dá)式為： ????rmTsMsMsM PPLiLiu???? rsrmMsTsTsTR?rmf?式中， 。 仿真工具仿真分析是進(jìn)行系統(tǒng)控制的重要手段，通過(guò)對(duì)系統(tǒng)實(shí)際工作過(guò)程及環(huán)境的模擬，得到所制定的控制方法的運(yùn)行結(jié)果并對(duì)結(jié)果進(jìn)行分析以期改進(jìn)和優(yōu)化控制算法，獲得較好的控制結(jié)果。具有十分強(qiáng)大的數(shù)值分析與計(jì)算功能，能夠較好的實(shí)現(xiàn)對(duì)圖像和信號(hào)的處理，廣泛應(yīng)用于編程開(kāi)發(fā)、數(shù)據(jù)處理、控制系統(tǒng)建模與仿真、通信工程、電力電子、測(cè)試和測(cè)量等眾多應(yīng)用領(lǐng)域。電動(dòng)汽車異步電機(jī)的控制系統(tǒng)現(xiàn)在一般采用轉(zhuǎn)子磁場(chǎng)定向的矢量控制方法和直接轉(zhuǎn)矩控制方法，直接轉(zhuǎn)矩控制方法在汽車低速行駛的時(shí)候容易產(chǎn)生波動(dòng)、高速時(shí)噪音大，并且容易產(chǎn)生過(guò)流。矢量控制系統(tǒng)框圖如圖（） 所示。?rf? 矢量控制系統(tǒng)模塊本模塊主要包括磁通觀測(cè)器模塊、控制器模塊、IU 轉(zhuǎn)換器模塊和坐標(biāo)變換模塊幾個(gè)子模塊。轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器輸入為限定的轉(zhuǎn)速和電機(jī)當(dāng)前轉(zhuǎn)速，輸出為電機(jī)的目標(biāo)轉(zhuǎn)矩；磁鏈調(diào)節(jié)器輸入為電機(jī)的限定轉(zhuǎn)子磁鏈和由磁通觀測(cè)器算出的電機(jī)轉(zhuǎn)子磁鏈，輸出為給定的定子 M 軸電流；將磁鏈調(diào)節(jié)器輸出送入 M 軸電流調(diào)節(jié)環(huán)并比較反饋的 M 軸電流，得出限定的 ；轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器輸出的限定轉(zhuǎn)矩轉(zhuǎn)矩經(jīng)計(jì)算得出限定的 T 軸電流，將它送入 T 軸i電流調(diào)節(jié)器并比較反饋的 T 軸電流，得出限定的 。圖（）中二相/二相變換器實(shí)現(xiàn)由 、 到 、 的轉(zhuǎn)換；二相/三相變換器實(shí)現(xiàn) 、 到 、 、uMT?? ?u?AB的轉(zhuǎn)換。假設(shè)整個(gè)延遲時(shí)間集中在信號(hào)傳輸末端，即逆變器一端。圖 解耦仿真模塊31 / 40 仿真結(jié)果及分析仿真采用的異步電機(jī)模型參數(shù)為：定子電阻 = ；轉(zhuǎn)子電阻 =?Rr；互感 =；定子自感 =；轉(zhuǎn)子自感 =；極對(duì)數(shù)?Lm LsLr=2；轉(zhuǎn)動(dòng)慣量 J= 2kg?圖（） （） （） （） （） （）分別是負(fù)載啟動(dòng)時(shí)異步電機(jī)的電壓、電流、輸出轉(zhuǎn)矩、轉(zhuǎn)速、定子電流響應(yīng)曲線和轉(zhuǎn)子磁鏈的仿真結(jié)果。仿真結(jié)果表明，在矢33 / 40量控制策略下，電機(jī)在啟動(dòng)時(shí)轉(zhuǎn)矩較大 , 啟動(dòng)時(shí)間短 , 穩(wěn)態(tài)時(shí)轉(zhuǎn)子磁鏈均呈圓形。直觀的仿真結(jié)果使得電機(jī)控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)更加方便，其使用價(jià)值不言而喻?？傊敬卧O(shè)計(jì)在廣大老師、同學(xué)、同事的幫助下順利的完成，使我知識(shí)和經(jīng)驗(yàn)都得到了一個(gè)突破性的提高，在此對(duì)他們的幫助深表感謝。這些都將激勵(lì)著我以后的生活和工作。幾個(gè)月的畢業(yè)設(shè)計(jì)生活，對(duì)我的設(shè)計(jì)水平有極大提升，尤其是利用現(xiàn)有標(biāo)準(zhǔn)件資源為設(shè)計(jì)節(jié)約時(shí)間。還有就是我要感謝我的同學(xué)們，是他們指導(dǎo)了我軟件的安裝和使用。6 總結(jié)與展望本文總結(jié)如下：異步電機(jī)矢量控制策略是一項(xiàng)比較成熟的控制策略，本文先簡(jiǎn)介了電動(dòng)汽車發(fā)展形勢(shì)，然后對(duì)異步電機(jī)原理和其數(shù)學(xué)模型進(jìn)行了分析，并使用 MATLAB對(duì)異步電機(jī)在矢量控制策略下進(jìn)行啟動(dòng)仿真，通過(guò)直觀的結(jié)果分析，驗(yàn)證了矢量控制策略的正確性和有效性。秒，電機(jī)轉(zhuǎn)速達(dá)到第一限定值后穩(wěn)定，在 秒左右，電機(jī)突加負(fù)載，電機(jī)轉(zhuǎn)矩瞬間下降，為滿足一定的啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩，電機(jī)控制系統(tǒng)迅速反應(yīng)，使定子電流增大，電機(jī)轉(zhuǎn)速下降，電機(jī)轉(zhuǎn)矩又迅速回升。在 ABC 軸系中，可以表示為： usrefsdtT??式中 為延遲后的電壓矢量； 為所需要的定子電壓矢量；T 為延遲時(shí)間。該仿真模塊如圖（）：29 / 40圖 逆變器仿真模塊 考慮時(shí)間延遲的解耦在實(shí)際系統(tǒng)中，由于逆變器或者在信號(hào)處理過(guò)程中存在時(shí)間的滯后，當(dāng)電壓頻率較高時(shí)，將會(huì)導(dǎo)致系統(tǒng)運(yùn)行不穩(wěn)，嚴(yán)重時(shí)會(huì)使矢量控制系統(tǒng)失效。此模經(jīng)定子電壓解耦計(jì)算，將限定的 、 轉(zhuǎn)換成限定的定子電壓 、 。iMT ?s有方程： TMmMrdt??iMmTrs1?加入坐標(biāo)變換可得到磁通觀測(cè)器模型，如圖（）所示。其功能和算法介紹如下：圖 矢量控制系統(tǒng) 異步電機(jī)模塊由上一章推導(dǎo)的在 MT 坐標(biāo)系下的異步電機(jī)數(shù)學(xué)模型方程，可以建立基于MATLAB/Simulink 的異步電機(jī)模型：27 / 40圖 異步電機(jī)模型由圖（）可知，定子電壓 、 、 通過(guò)三相/二相變換器得出兩相uABC靜止坐標(biāo) 下的定子電壓 、 ，再通過(guò)從 坐標(biāo)系到 MT 坐標(biāo)系的????????二相/ 二相旋轉(zhuǎn)變換器得到 、 ，然后送人上一章所編寫(xiě)的 UI 轉(zhuǎn)換器得到的MT電機(jī)勵(lì)磁電流分量 和轉(zhuǎn)矩電流分量 ，并由 和 計(jì)算得出電機(jī)的定子iiTMT三相電流 、 、 、 和 經(jīng)過(guò)上一章編寫(xiě)的輸出模塊得出電機(jī)的一些ABCM輸出參數(shù)。轉(zhuǎn)子磁場(chǎng)定向的矢量控制方法從 20 世紀(jì) 70 年代初開(kāi)始發(fā)展到現(xiàn)在，已經(jīng)能使異步電機(jī)得到和直流機(jī)一樣的調(diào)速性能。利用該工具箱可以完成任意動(dòng)態(tài)系統(tǒng)的建模、仿真分析，與語(yǔ)言編程相比具有建模簡(jiǎn)便、系統(tǒng)可視化、設(shè)計(jì)模塊化等優(yōu)點(diǎn)。目前應(yīng)用較為廣泛的仿真軟件是由美國(guó) Mathworks 公司開(kāi)發(fā)的 MATLAB 軟件。5 仿真25 / 40 仿真分析是進(jìn)行系統(tǒng)控制研究十分有效的方法，通過(guò)對(duì)系統(tǒng)實(shí)際工作中的過(guò)程和環(huán)境的模擬實(shí)驗(yàn)，驗(yàn)證所制