【正文】 (212) ，分別三相定子電壓；，分別為三相定子電流；，分別為三相轉(zhuǎn)子電壓；，分別為三相轉(zhuǎn)子電流；，分別為三相定子磁鏈； ，分別為三相轉(zhuǎn)子磁鏈；，分別為定轉(zhuǎn)子電阻。坐標(biāo)變換正是按照這種思路進行的，而不同電機模型之間彼此等效的原則是，在不同坐標(biāo)系下所產(chǎn)生的磁動勢相同。由于電樞磁動勢的軸線始終被電刷限定在q軸位置上，好像一個在q軸上靜止的繞組，但由于它不切割磁力線且與d軸垂直，故而對主磁通影響甚微，所以其主磁通基本上唯一地由勵磁電流決定，使直流電動機的數(shù)學(xué)模型比較簡單，這也是直流電機的數(shù)學(xué)模型及其控制系統(tǒng)比較簡單的根本原因。F和C都在定子上，只有A在轉(zhuǎn)子上。圖22 二極直流電機的物理模型圖22所示為二極直流電機的物理模型，它可以等效為交流三相繞組的電機。按照上述分析，以產(chǎn)生同樣的旋轉(zhuǎn)磁動勢為準(zhǔn)則，三相坐標(biāo)系下的、靜止兩相坐標(biāo)系下、和旋轉(zhuǎn)兩相坐標(biāo)系下的直流和是等效的。如果這個磁動勢的大小和轉(zhuǎn)速與三相對稱的靜止繞組A，B，C所產(chǎn)生的磁動勢的大小和轉(zhuǎn)速都相等時，也認為二者是等效的。兩個匝數(shù)相等且互相垂直的繞組M與T，其中分別通以直流電流和，產(chǎn)生合成磁動勢F，其位置相對于繞組來說是固定的。圖21 三相異步電機的物理模型對于交流電機三相對稱的靜止繞組A，B，C，通過三相平衡的正弦電流、時，所產(chǎn)生的合成磁動勢是旋轉(zhuǎn)磁動勢F，它在空間呈正弦分布，以同步轉(zhuǎn)速ω順著ABC的相序旋轉(zhuǎn)。圖21為矢量控制中異步電機的物理模型。各種控制算法應(yīng)用于純電動汽車驅(qū)動電機時，為了探討控制算法對電機控制的影響，需對驅(qū)動電機進行相關(guān)的討論，從而首先需選定純電動汽車的驅(qū)動電機，再確定驅(qū)動電機控制的參數(shù)，最后建立其仿真的模型。在設(shè)計純電動汽車的電機驅(qū)動系統(tǒng)時，考慮純電動汽車對其驅(qū)動系統(tǒng)的特殊要求，從而對于驅(qū)動系統(tǒng)來說，選擇電機和設(shè)計變流器與控制器，都需應(yīng)對這些特殊要求進行考慮。同時，給出了本論文的主要研究內(nèi)容與研究的目的和意義。本文以純電動汽車為對象，利用仿真分析的方法，對純電動汽車電機控制的相關(guān)理論與方法進行了仿真研究，其主要研究內(nèi)容包括：(1) 通過對驅(qū)動電機進行比較研究，為在滿足設(shè)計目標(biāo)的條件下驅(qū)動電機的合理選型和參數(shù)的合理選擇與匹配提供了依據(jù)；對驅(qū)動電機的數(shù)學(xué)模型進行分析，給出其轉(zhuǎn)矩和運動方程、電壓方程、磁鏈方程，以及不同坐標(biāo)系下三相異步電動機數(shù)學(xué)模型在此基礎(chǔ)上，基于 MATLAB/Simulink 仿真平臺，建立了電機控制系統(tǒng)的仿真模型；(2) 對PID控制和矢量控制方法的相關(guān)理論與方法進行了研究，并基于模糊PID 的矢量控制方法，探討對整車控制的影響，論證該方法提高整車對測試工況的跟隨性、動力性和行駛穩(wěn)定性，改善整車的動力性、運行效率以及對能源的經(jīng)濟性具有良好的作用；(3) 基于系統(tǒng)仿真MATLAB/Simulink，對純電動汽車異步電動機的控制系統(tǒng)建立仿真模型，基于增量式PID控制算法，探討該算法對三相異步電機控制的影響，論證該算法對提高三相異步電機勵磁繞組所產(chǎn)生的磁鏈旋轉(zhuǎn)質(zhì)量，使其速度加快，及時跟隨電機對轉(zhuǎn)速的調(diào)節(jié)需求，有效地提高電機的動態(tài)特性，對實現(xiàn)電機的良好控制有著良好的作用。此外，存在成本高，永磁體逐漸退化問題。通過合理設(shè)計磁場結(jié)構(gòu)可獲得很高的弱磁性能，由于在電動汽車的驅(qū)動方面有很高的應(yīng)用價值，因此在電動汽車驅(qū)動系統(tǒng)上有一席之地。主要研究方向是開關(guān)磁阻電機模型的研究。該電動機具有結(jié)構(gòu)簡單，并且產(chǎn)量大，而且控制方便，與此同時可靠性高的特點，但也存在電動機的噪聲大，和高嚴重的轉(zhuǎn)矩脈動，非線性嚴重。具有控制精度較高、系統(tǒng)性能對轉(zhuǎn)子參數(shù)呈魯棒性和控制簡便性能優(yōu)越的特點。其擁有寬廣的調(diào)速范圍、較快的響應(yīng)速度、較高的精準(zhǔn)控制和電機加速性能。異步電動機的控制系統(tǒng)（Asynchronous motor Control System）采用矢量控制（Vector control）和直接轉(zhuǎn)矩控制（Direct Torque Control）的方式。(2) 交流異步電動機（Asynchronous motor）交流異步電動機也稱三相異步電動機[6]，采用旋轉(zhuǎn)磁場與轉(zhuǎn)子繞組相互作用產(chǎn)生交互電磁轉(zhuǎn)矩，帶動轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)，從而實現(xiàn)電能轉(zhuǎn)化為機械能。磁場控制是通過調(diào)節(jié)電機的勵磁電流改變極磁通量來實現(xiàn)調(diào)速功能，該方法控制效率高，但調(diào)速比?。ú怀^ 1:3）。對驅(qū)動系統(tǒng)基本要求主要在：第一，瞬時功率要大、帶負載的啟動性能好、抗過載能力強和壽命長；第二，可靠性要好，可適應(yīng)苛刻環(huán)境下長壽命工作；第三，體積要小，重量要輕，以減輕整車重量，提高能量經(jīng)濟性指標(biāo)，而以下是針對不同驅(qū)動系統(tǒng)電動機特點的控制方式：(1) 直流電動機（DC Motor）直流電動機的控制系統(tǒng)（DC Motor Control System）[6]由于其轉(zhuǎn)速特性和機械特性可分為，電樞調(diào)壓控制（Armature voltage control）、磁場控制（Magnetic field control）和電樞回路控制（Armature circuit control）。不同的電動機驅(qū)動系統(tǒng)有不同的特點，在電動汽車驅(qū)動系統(tǒng)選型時，要考慮到這些不同特點以便滿足電動車的設(shè)計要求。 純電動汽車電機驅(qū)動系統(tǒng)的種類與比較對純電動車進行驅(qū)動，首先要了解驅(qū)動系統(tǒng)類型及其特點。第四，驅(qū)動控制器的通用性、連續(xù)性和復(fù)用性比較差。我國數(shù)字集成芯片制造能力非常有限，技術(shù)不過關(guān)，生產(chǎn)能力不夠。純電動汽車開發(fā)中，國內(nèi)驅(qū)動控制器的軟件和硬件大多依賴國外技術(shù)，國內(nèi)技術(shù)機構(gòu)僅僅在早期階段研制，和實際生產(chǎn)應(yīng)用缺乏經(jīng)驗，這些原因都不利于工業(yè)生產(chǎn)。由于研究時間有限和整體數(shù)據(jù)資源整合還在起步階段，對于科研和研發(fā)至關(guān)重要的拘束數(shù)據(jù)庫尚不完善。其具體表現(xiàn)在。圖12 電動汽車驅(qū)動系統(tǒng)控制模型原理圖由于數(shù)據(jù)庫是不完善的，所以多多少少存在一些問題。圖11人一車一路系因此把電動汽車看作一個整體，以車輛行駛速度為最終的，控制目標(biāo)，通過控制驅(qū)動系統(tǒng)的輸出轉(zhuǎn)矩來實現(xiàn)駕駛員的駕駛意圖由車輛行駛平衡方程可知，驅(qū)動系統(tǒng)的動力輸出與車輛的行駛狀態(tài)之間存在著對應(yīng)關(guān)系，在平直良好路面、無風(fēng)環(huán)境下，這種對應(yīng)關(guān)系是一一映射的關(guān)系，駕駛員可以通過操縱加速踏板控制驅(qū)動系統(tǒng)的動力輸出，由于非線性因素對車輛行駛狀況的影響，系統(tǒng)必須采取閉環(huán)控制。在這里，把這樣的一個系統(tǒng)稱為人一車一路系統(tǒng)，如圖11。同時，與驅(qū)動控制器的硬件配套的軟件以及軟件開發(fā)工具基本依賴國外進口。(2) 國內(nèi)純電動汽車的驅(qū)動控制系統(tǒng)現(xiàn)狀目前，高校作為基礎(chǔ)純電動汽車驅(qū)動控制器的研究和開發(fā)的主要機構(gòu)，但在國家“863”計劃的實施下，高校與國內(nèi)外企業(yè)合作交流，推動了純電動汽車驅(qū)動控制系統(tǒng)在國內(nèi)的研究和發(fā)展。為提高發(fā)展效率，增加驅(qū)動控制器的通用性。由于市場的推動，市場上提供驅(qū)動控制器的設(shè)計方案有很多種類型，如 RICARDO，F(xiàn)EV，AVL以及其他企業(yè)，類似的公司有很多成功可借鑒的經(jīng)驗。第二方面，行業(yè)競爭與學(xué)習(xí)機制?？傮w而言，在電機驅(qū)動控制系統(tǒng)領(lǐng)域，幾大汽車制造商擁有比較豐富的經(jīng)驗，電機驅(qū)動控制器的硬件和軟件開發(fā)較為完善、成熟度高和可靠性好。（1）國外純電動汽車驅(qū)動控制系統(tǒng)研究現(xiàn)狀由于歐美和日本在較早發(fā)展了工業(yè)革命，因此在電動汽車領(lǐng)域方面早已經(jīng)有了長久的系統(tǒng)研究，其相對的成果也領(lǐng)先世界各個發(fā)展中國家，這些成果體現(xiàn)在以下幾個方面：第一方面，技術(shù)相對較成熟。 純電動汽車驅(qū)動控制系統(tǒng)研究電動機是電動汽車的心臟，電動機控制系統(tǒng)主要操作為：采用主動或被動，或兩者相結(jié)合的方式，在電動機控制系統(tǒng)的控制下，使車輛上的動力電池高效率地轉(zhuǎn)換為汽車在行駛中的動能，或?qū)⑵囋谛旭傔^程中減速制動的動能轉(zhuǎn)化為可儲存的電能，即實現(xiàn)電能機械能和機械電能的相互轉(zhuǎn)換。中國純電動，混合動力和燃料電池汽車的集成技術(shù)，電力系統(tǒng)集成技術(shù)、組件技術(shù)在政府的支持下，在技術(shù)上取得了顯著的成果。自1985年以來，我國開始重視電動汽車的發(fā)展。目前各個發(fā)達國家政府相繼推出多項政策大力扶持大型汽車生產(chǎn)商進行電動汽車的研究工作，同時也制定出多項環(huán)保和節(jié)能法規(guī)鼓勵電動汽車的研發(fā)，采用稅收優(yōu)惠和政府補貼來促進消費者對電動汽車的購買欲望。日本由于其國土資源少，因此是能源短缺的工業(yè)大國，日本國相當(dāng)?shù)淖⒅仉妱悠囀聵I(yè)的發(fā)展，同時日本在動力電池技術(shù)方面處于全球領(lǐng)先水平。為了使純電動汽車在保持原有的綠色環(huán)保概念以外，在汽車性能方面更加出色，美國依次推出了PNGV、Freedom CAR、AVP 這三項計劃。與此同時，美國的汽車的生產(chǎn)量也日益增多。（1）電動汽車在國外的發(fā)展概況從上世紀末開始，在工業(yè)方面有快速發(fā)展的的西方發(fā)達國家通過對純電動汽車的研究與開發(fā)來以此解決能源短缺、環(huán)境污染和氣候變暖問題。隨著石化燃料資源的逐漸枯竭和環(huán)境污染問題，內(nèi)燃機汽車的固有缺陷和局限性問題，逐漸引發(fā)了世界各國的廣泛關(guān)注。 本課題主要研究的背景 電動汽車的發(fā)展概況電動汽車的發(fā)明與使用有一百多年的歷史，Robert Davidsson于1873年發(fā)明了第1款的純電動汽車，該電動汽車動力采用了不可充的化學(xué)電源作為動力電池。因此，本論文以純電動汽車為對象，利用仿真分析的方法，對純電動汽車的整車及與電機控制的相關(guān)理論與方法進行了仿真研究，基于增量式PID控制算法，探討該算法對三相異步電機控制的影響，論證該算法對提高三相異步電機勵磁繞組所產(chǎn)