基于直接转矩控制电压矢量选择策略的电动汽车多电机协同驱动控制系统

As the heart of electric vehicle (EV), motor propulsion system determines the vehicle's performance. The project studies problems of torque ripple and variable frequency of direct torque control (DTC) used in EV, discovers control principle of torque of permanent magnet synchronous motor (PMSM) DTC system, proposes voltage vector selection strategy by adopting predictive control to decrease torque ripple caused by switching table and discrete system and fix switching frequency, perfects the DTC. The project studies multi-motor coordination control system used in EV, builds the model of EV with high degrees of freedom. And the dynamic performance of EV is simulated using this model. The project builds a master-slave control model. The master system controls the actual vehicle speed the slave system controls rolling speed of driving wheels. By the coordination control of the master-slave mode, the anti-interference ability of multi-motor driving system is improved and driving safety and handling-stability of EV is enhanced. The project has important theory and practical values to develop DTC and its application on EV and to improve control performances of EV.

电机驱动系统作为电动汽车的心脏，决定着整车性能的好坏。项目研究电动汽车用直接转矩控制技术存在的转矩脉动较大和开关频率不恒定的问题，揭示出永磁同步电机直接转矩控制系统转矩控制规律，并提出一种基于预测控制技术的电压矢量选择策略，减小直接转矩控制因开关表失效和离散化引起的转矩脉动，解决直接转矩控制开关频率不恒定的问题，完善直接转控制理论。项目研究电动汽车多电机协同驱动控制系统，建立多自由度汽车模型，并进行系统动力学分析，建立以实际车速闭环控制的主控制器和以驱动轮转速闭环控制的从控制器的主从控制模式，并对主从控制器进行协调控制，解决转速控制模式下由于对实际车速没有闭环控制而导致的在外界干扰下驱动轮转速之间不协调的弊端，提高系统的抗干扰能力，提高了汽车行驰安全性和操纵稳定性。项目的研究对推动直接转矩控制技术自身发展和其在电动汽车领域的应用，提高电动汽车控制性能有着重要的理论意义和实际工程应用价值。

发展电动汽车是我国从汽车大国走向汽车强国的必由之路，对我国具有重要的社会价值和深远的战略意义。电机驱动系统作为电动汽车的心脏，决定着整车性能的好坏。永磁同步电机具有电动汽车最佳的综合性能指标，是电动汽车用电机技术主流。直接转矩控制技术具有无需旋转坐标变换和连续转子位置信息，转矩动态性能好，对电机参数依赖性小，无需电流调节器和PWM信号产生器等诸多优点，成为了电动汽车用电机控制技术研究的热点，但其也存在着转矩脉动较大和开关频率不恒定的技术缺陷，严重制约了直接转矩控制技术在电动汽车领域中的应用和发展。项目揭示出永磁同步电机直接转矩控制系统控制规律，得到了永磁同步电机直接转矩控制系统电压矢量选择区域，提出基于模糊控制的电压矢量选择策略，减小直接转矩控制因开关表失效和离散化引起的转矩脉动，解决直接转矩控制开关频率不恒定的问题，完善了直接转控制理论。多电机分布驱动系统可充分发挥电动汽车自身技术优势，是电动汽车未来动力总成发展趋势。目前，基于转速控制模式和基于转矩控制模式的多电机协同控制都存在一定的弊端。对于转矩控制，控制的目标是控制电机转矩与根据汽车运动状态得到的参考转矩相等，这种控制要求实时精确检测驱动轮滑转率以得到参考转矩，这就使得系统较为复杂且无法做到小滑转率的实时精确检测。对于转速控制，控制的目标是控制各个驱动轮实际转速与根据汽车理想模型计算得到的参考转速相等，这种控制仅通过电机驱动系统实现驱动轮转速闭环控制，而对于实际车速采用的是基于理想模型的开环控制。当实际系统与理想模型出现误差时，则被控车轮的转速之间会出现不协调，从而导致车轮滑移率不同，甚至出现滑转，造成系统的不稳定，降低了车辆的操纵稳定性。项目以前轮转向，后轮独立驱动的电动汽车拓扑结构作为研究对象，通过多自由度电动汽车建模和动力学仿真分析，分析驱动轮转速、负载转矩和实际车速之间的关联，建立以实际车速闭环控制的主控制器和以驱动轮转速闭环控制的从控制器的主从控制模式，解决转速控制模式下由于对实际车速没有闭环控制而导致的在外界干扰下驱动轮转速之间不协调的弊端，提高系统的抗干扰能力。项目的研究对推动直接转矩控制技术自身发展及电动汽车多电机控制系统在电动汽车领域的应用，提高电动汽车控制性能有着重要的理论意义和实际工程应用价值。