开关磁阻电机电动轮驱动系统

1、第 35卷 第 1期 华 中 科 技 大 学 学 报 (自然科学版 ( Vol. 35No. 1 J an. 2007收稿日期 :2005210212.作者简介 :罗建武 (19672 , 男 , 博士研究生 ; 武汉 , 华中科技大学电气与电子工程学院 (430074 .E 2m ail :ljwhustdcac 163. com开关磁阻电机电动轮驱动系统罗建武 詹琼华 马志源 王双红(华中科技大学 电气与电子工程学院 , 湖北 武汉 430074摘要 :基于汽车动力学的分析 , ; 比较了目前 常用的开关磁阻电机转矩控制策略 , 并提出了新的控制方案 . 器 , 对电机绕组磁链进行实时检测

2、 ; , 反馈控制 , 实现电机输出 转矩对转矩给定指令的跟踪 . . 实测得到的电机输出特性 证明了所提出的控制策略的正确性 .关 键 词 :电动轮驱动 ; ; 转矩控制中图分类号 : 文章编号 :167124512(2007 0120060203Study of in 2wheel switched reluctance motor drive systemL uo J i anw u Zhan Qion g hua M a Zhi y uan W ang S huang hong(College of Electrical and Electronic Engineering , Hua

3、zhong Universityof Science and Technology , Wuhan 430074, China Abstract :Combining t he advantages of in 2wheel motor drive system and switched reluctance motor (SRM , t he SRM in 2wheel motor drive elect ric vehicle (EV is a p romising candidate. Based on vehi 2cle dynamic analysis , t he cont rol

4、 st rategy for in 2wheel motor drive , i. e. torque cont rol , is propo sed. To overcome t he shortcoming of conventional torque control of SRM and f ulfill closed 2loop average torque cont rol for SRM more p recisely , a novel torque co nt rol strategy is p resented. By placing auxil 2iary gauge 2w

5、inding on t he stator pole and adopting hardware integrator , t he flux linkage is measured. Utilizing flux linkage and p hase current , t he outp ut torque is calculated , and PID cont rol is used to decrease torque error. A SRM torque control experimental facility is established. Finally , t he pr

6、o 2posed torque control st rategy for SRM is validated by t he experimental result s.K ey w ords :in 2wheel motor drive ; stability ; switched reluctance motor (SRM ; torque cont rol 开关磁阻电机 (SRM 是一种新型电机驱动 系统 1, 具有结构简单 、 可靠性高 、 控制灵活 、 高效 率 、 高速和高功率密度的优点 , 在电动汽车驱动领 域有着广阔的应用前景 . 本文对开关磁阻轮毂电 机驱动电动汽车的控制原则

7、和策略进行了研究 , 提出了改进方案 .目前 , 开关磁阻电机的转矩闭环控制 , 可分为 以下几类 :a . 通过电机电磁参数或矩角特性 (通 过有限元计算或实际测量得到 , 建立 SRM 的数 学模型 (表格模型 、 参数模型 、 模糊逻辑模型和神经网络模型等 , 以绕组电流或磁链为控制对象 , 间接地进行转矩控制 . 优点是可以得到无转矩脉 动的转矩输出 2,3. b . 母线电压电流法 4. c . 磁链 电流法 57.1 基于检测绕组的 SRM 平均转矩控制策略1. 1 基于检测绕组的磁链检测由于开关磁阻电机具有集中绕组的结构特点 , 可采用一种新的磁链测量方法 . 见图 1,在一 个

8、定子磁极上绕上一个检测绕组 , 和电机绕组紧 耦合 , 匝数根据所需的信号幅度选取 . 因只取检测 绕组的电压信号 , 检测绕组采用细线 , 只要能满足 机械强度即可 , 不过多占用窗口空间 . 再利用硬件 积分电路对检测绕组电压进行积分 , 从而实时地 检测绕组磁链 , 硬件积分器如图 2所示 . 检测绕组上的电压图 1 SRM 结构示意图图 2 硬件积分电路U 2=N 2d /d t ,(1 =N 2U 2d t ,(2 1=N 1=N 2U 2d t ,(3式中 :N 1为电机绕组匝数 ; N 2为检测绕组匝数 ; 为定子磁极中磁通 ; 1为电机绕组磁链 . 通过 对 U 2的积分计算可

9、得到 , 采用以下硬件积分电 路可实现对 U 2的积分运算 :U 2d t out; (41out /N 2,(5 电机绕组的磁链为单极性 , 由零开始增加 , 在关断 , 随后在截止期逐渐减小 , 最终减小 到零 , 并保持零直至下一导通期的开始 . 因此在电 机绕组磁链降为零后 , 产生一个高电平信号加到 模拟开关控制端 , 使模拟开关导通 , 将电容 C 短 路 , 使积分器复位 , 消除累积误差 .与通过测量定子绕组电压 /电流 /电阻 , 运用 公式 =(u -ir d t 进行数值积分得到 的方法 相比 , 本方法具有如下优点 :a . 去除了定子绕组 电阻 、 涡流效应 、 功率

10、器件管压降的影响 , 测量精 度高 ; b . DSP 不必陷入大量的计算 , 为双电机的 控制提供了有利条件 ; c . 价格低廉 , 不必采用较 贵的霍尔电压传感器进行电机绕组电压信号的隔 离检测 , 同时响应时间更快 ; d . 抗干扰能力强 . 1. 2 转矩闭环控制策略转矩闭环控制系统框图如图 3所示 , 主要由 电磁转矩估算 、 PID 调节器 、 开通角关断角调整和 电流斩波控制 4大部分组成 . 其基本控制思想是 :图 3 转矩闭环控制框图综合采用电流斩波和开通角 on 、 关断角 off 优化 二种控制方式 , 通过调整电流斩波门限来实现转矩的闭环控制 . 由于采用了多变量

11、(绕组电流 、 on和 off 同时控制技术 , 完全消除了传统分段控制模式中由于控制模式的切换 (CCC 和 A PC 间的相互切换 而引起的转矩不平顺性 . 位置信号的上 升沿对应于 SRM 定子齿与转子槽相对位置 , 电 机的导通顺序为 A B C 相 , 辅助检测绕组放置 在 A 相上 , 采用硬件积分器对检测绕组电压进行 积分 , 将积分结果和 A 相电流送入转矩估算器 ,运用公式 T =2N 2CR i d U out 进行转矩估算 , 并将估算结果送入 PID 转矩调节器 . 考虑到A 相的拖尾电流 , 在 C 相位置信号上升沿按先后顺序进行以下三项工作 :a . PID 调节器

12、读取转矩估算值 , 结合转矩给定值进行一次 PID 计算 , 确定下一周期的电流控 制门限值 ;b . 产生一宽度为 100s 的复位信号 , 对硬件 积分器进行清零复位 ;c . 转矩估算器软件清零复位并停止工作 . 在 A 相位置信号上升沿即 A 相开始导通时 启动转矩估算器 , 如图 4所示 .图 4 转矩闭环控制时序图2 开关磁阻电机输出转矩实验图 5为实测的 SRM 输出特性 , 通过分析可图 5 实测 SRM 输出机械特性知 , 采用本文提出的转矩控制策略 , 开关磁阻电机具有良好的恒转矩特性 , 同时输出转矩与转矩给定之间具有良好的线性度 , 为电动轮电动汽车的横摆力矩控制提供了

13、坚实的特性 .参 考 文 献1詹琼华 . 开关磁阻电动机 M .武汉 :华中理工大学出版社 ,1992.2Rahman K M , G opalakrishnan S , Fahimi B , et al. Optimized torque control of switched reluctance motor at all operational regimes using neural network J. IEEE Transaction on Industry Applications , 2001, 37(3 :9042913.3Blaabjerg F , Kjaer P C ,

14、Rasmussen P O , et al. Im 2 proved digital current control methods in switched re 2 luctance motor drives J .IEEE Transactions on Power Electronics , 1999, 14(3 :5632572.4Wang Shuanghong , Zhan Qionghua , Ma Zhiyuan , et al. Implementation of a 50kW four 2phase switched reluctance motor drive system

15、 for hybrid electric vehi 2 cle J .IEEE Transactions on Magnetics , 2005, 41(1 :5012504.5Barrass P G , Mecrow B C. Flux and torque control of switched reluctance machines J .IEE Proc Electr Power Appl , 1998, 145(6 :5192527.6Inderka R B , Menne M , De Doncker R W. Control of switched reluctance drives for electric vehicle applica 2 tionsJ.IEEE Transactions o