电动汽车异步电动机的调速控制系统

    电动汽车电源是蓄电池。蓄电池供电的特点：一是电压波动大，二是内阻大。设计逆变器时，必须考虑在直流电源波动下仍能输出所需的最大逆变电压及功率，同时要研究一些能使逆变器输出电压得以提高的PWM技术。比如应用三次谐波叠加技术就可以获得比常规PWM技术高15%的输出电压。此外，在设计时还有三个问题应加以注意并采取相应措施：一是在低电池电压下，当司机要把蓄电池的全部能量都用上时，要有输出功率的限制措施；二是在电池满充电时，特别是低温下，对再生制动转矩要加以限制，以防止引起过大的电压升高；三是要考虑到电池的充放电寿命周期对电池的功率及内阻造成的影响，即使是使用锂离子电池，在1000次充放电周期之后，电池容量也会降到80%。

    一般传动中普遍采用的磁场定位矢量控制法和转矩直接控制法在电动汽车中仍是首选的方案，但围绕效率优先这一特定的要求，有如下一些值得注意的特点。

   (1)矢量控制离线式效率最佳化的方案

    矢量控制离线式效率最佳化的方案，原理是在整个速度范围内，对应不同的负载转矩，推算出各个工作点上电动机转子磁通对应电动机总功率损耗最小的值，然后以此为依据，确定系统和离线效率最优化策略。此法至少能提高5%的一次充电续驰距离，在低转矩、低速区段内效率的改善尤为明显。

   (2)基于滑模转矩控制法的速度控制系统

    如图4-23所示，基于滑模转矩控制法的速度控制系统可保证在电动机参数有较大变化时磁通与转矩的去耦关系不变，并可获得较快的转矩与磁通的响应速度。该系统以滑模转矩控制器为核心的转矩控制系统为内环，以PI调节器为速度控制外环。图中点划线框部分可由软件实现。试验的结果证明，电动机参数有大的变化时，比如时间常数变化100%时，传动系统的性能无明显的变化。

   (3)新型的模糊转矩控制系统

    新型的模糊转矩控制系统是在常用的转矩直接控制系统中加入模糊逻辑控制，并按照模糊推理来选择开关状态。整个系统由四个部分组成，即转矩与定子磁通估算器、模糊化接口、模糊推理、去模糊化接口。用与电动汽车性能有关的定子磁通角、定子磁通幅值误差、转矩误差作为模糊控制器的输入，通过该控制器可有效地控制定子磁通，使其在电动机气隙中产生一个圆的或接近圆的旋转磁场，使电动机工作性能理想化。同时该控制器还可实现转矩的闭环控制以满足电动汽车快速、稳定地进行转矩控制的要求。模拟试验的结果表明：模糊控制器响应速度比常规的转矩控制器快。

    图4-23    电动汽车异步电动机速度控制系统图

   (4)以定子磁通作为控制参数的定子磁通矢量控制法

    以定子磁通作为控制参数的定子磁通矢量控制法的控制原理是使定子磁通矢量尽量向给定的定子磁通矢量靠拢，该给定值是由给定转矩和给定的转子磁通来决定的。办法是以直接转矩和磁通矢量控制法为基础，以滑模磁通控制器为核心，用估算的定子磁通值与给定的定子磁通值之差作为该控制器的输入，其输出将产生一个相应的电压相量，加到PWM的输入上，由PWM在下一个采样周期内加到电动机上控制装置，力求使定子磁通向给定值靠拢。