电动汽车驱动系统的仿真分析

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第 2 1卷第 3期 20 0 8年 5月

机电产品开发匀新D v lp n& In v t n o a hn r& E e t c l rd c s e eo me t n o a i fM c i ey o lcr a o u t i P

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电动汽车驱动系统的仿真分析吴秀凤(安徽省铜陵学院电气工程系，安徽铜陵 24 0 ) 4 00

摘要：感应电机矢量控制是电动汽车驱动系统常用的技术之一 .该文建立了该驱动系统的结构，给出 了各模块的数学模型，并利用 sb r a e软件进行了仿真分析。仿真表明电动机的控制性能得到了明 显改善 .能够满足电动汽车运行工况复杂多变的需求。

关键词：电动汽车；感应电机；矢量控制技术；s e仿真 a r b中图分类号：T 3 1 P 9. 9文献标识码：A 文章编号：10— 6 3 (0 8 3 19 0 0 2 6 7 2 0 )0— 2— 3

0引言电动汽车的性能与其电力驱动系统的性能密切相

耦的两相电流指令 i和 i ,然后经过矢量逆旋转变换

V~ R,产生静止两相电流指令 i和 i,再进行两相/ k q .三.

.

. k

相变换得到定子三相交流电流指令 i、i^和。变频器 .

关，异步电动机矢量控制技术是其主要的控制方式。德国 FBac k .lsh e等提出的“应电机磁场定向的控制原感

按照三相交流指令中幅值和频率把电池组供给的直流电转换为驱动所需的交流电 .以驱动感应电机并最后驱动车轮。

理”和美国的 PC C s n与 A. Cak申请的专利“ .u t ma A.lr感应电机定子电压的坐标变换控制”奠定了矢量控制的基础 .针对异步电动机是一个多变量强耦合非线性的时变参数系统 .通过引入与转子绕组交链的转子磁通来建立异步电动机的数学模型。矢量控制在以产生等效的旋转磁场的原则下 .通过从静止坐标系到旋转坐标系的变换 .把感应电机的定子电流分解为以转子磁场定向的定子磁场电流分量和与之正交的定子转矩电流分量 .对

2系统仿真模型坐标变换：该系统中主要用到电压的 3/s变

换、 s 2 定子电流的 2/s换和电流的帕克变换 .其模型为： s3变l l, _ 一

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两分量进行分别控制 .这样以转子磁场定向的矢量控制系统可以像直流电动机一样实现异步电动机磁场的完全解耦控制。

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1电动汽车矢量控制系统的模型驾驶员操纵信号速度‘通过和电机驱动车轮转速 1 ) ‘进行比较，偏差信号通过控制器产生 M 1 ) T坐标系里解

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i ( n孚) b s孚) ( . o=一 i o一 i s孚)s+ c (一i孕) . o l(=+—o i q n图 1电动汽车矢量控制系统框图

( 3 )

感应电动机的本体模块是整个系统中最重要的部分，本系统采用两相静止坐标系下的数学模型。通过对式 ( ) ( )行 3/S换可以得到感应电动机在静止坐 1、2进 S变 2标系 d、B下的数学模型。收稿日期：2 0— 1 1 08 0— 7作者简介：吴秀风 ( 9 2 )男，实验 15 -,币。1 29

感应电动机数学模型的电压一电流方程 (中：A 式=

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电磁转矩方程：

图 2电压逆变模块

T= (l一 B n ii ii) B葩 2

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电压是模拟信号，需要转换为变量形式，作为后面电动机模型的输入，所以图中加入了三个信号转换模块。电动汽车直线行驶的动力学模型为：T-@ .T+ LT T+ i (

0 1)r,

转子磁链观测模型：根据两相静止坐标系下电动机的模型的输出的定、转子电流 i i、i B B、i l 2由式 ( ) 6、( )()算转子磁链： 7、8计葩1+ i= L B B 1+ 2厂1——『_

() 6 () 7

其中： T— g r f r

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V2 n。11 .) 1 0 1 l

,T= t仅 i mgg

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2 28= V 2

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_ l,T 6 i=T 1

_ l,v= . 7。;式中：T电 n 0 7 3广’,l Ta s 1o

ot’I T1 l

矢量控制模块：矢量控制实现的基本思想是将定子电流分解为相互垂直的两个分量 i,i,其中 i用于控 d制转子磁链，i用于调节电磁转矩，从而实现了转子磁 链和电磁转矩的解耦控制，达到和直流电动机一样的控制效果。矢量控制模块的输入信号 d是轴电流分量的给定值 i参考电磁转矩，输出是两相参考电流 i 和，i转差角 0。控制方程式为：及 =。

机负载转矩；T滚动阻力矩；T空气阻力矩；T厂 。一坡度阻力矩；T一加速阻力矩；v汽车行使速度；n电 一机转速；r- _车轮半径；i-『主减速器传动比；1.传动效 1 r率；m一汽车质量；f滚动摩擦系数；仅坡度角；C卜一空气阻力系数；A迎风面积；6旋转质量转换系数。一一

系统仿真模型的整合：将电动机模块、坐标变换模块、矢量控制模块、速度控制模块、S WM控制的逆变 P器模块和转子磁链观测模块按照矢量控制原理进行有机

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结合，在 sb r k th环境下构建了该矢量控制系统的 a e/ ec s仿真模型 .如图 3所示。

其中：T=/ LR,转差频率 c经积分后可得转差角 1 o。 0,用于位置信号 0的求取。 I速度控制模块：速度控制模块的作用是将给定转速 l和实际转速的偏差作为 P调节器的输入信号 .经过限 I

幅环节后作为参考电磁转矩。限幅环节可以将参考电磁 1转矩的幅值限定在要求的范围内。给定值 i b,i三相实际电流 i b 行比较，,i和 * ,i进，i

f

电流控制模块：电流控制模块的功能是将电流三相！图 3系统仿真模型

其偏差经 P调节器调节后形成调制信号。调制波再与三 J 角载波经过互相反接的两个比较器作比较，输出两组互 l 3仿真分析 补的 S WM脉冲波作为逆变器同一相两个开关管的驱动 P

信号。

『

假设电动汽车参数为：汽车质量 10 k;迎风面积 20 g

电压源型 SWM逆变模块： P电压逆变模块实现逆变 I

1 m;总传动比 1;车轮半径 03 . 8 2 m;滚动阻力系数 0 .07 1;空气阻力系数 05;传动效率 08。电动机参数： . . 9R= .6, R= . n,L= .8 H, L= .9 = .9, s2 n 2 2 1 9 m 02 2 o H, 2 o H 2

器功能，如图 2所示。主电路由6个开关管 (这里采用 l理想电子开关器件模型 ),其输入为电流控制模块输出

的驱动信号，输出为三相相电压。由于这里的三相输出 l l 0 3

J OO 2 g m,n=,仿真时问 6。= .1 k 2。2 s

(下转第 13页) 3

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计中，完全采用 S l Wok oi rs软件设计的也不多，但可以 d预计的是。随着计算机硬件的不断升级和 Sl Wok oi rs软 d件技术难题的不断攻克，Sl Wok软件在机械设计中 oi rs d将得到越来越广泛的应用，是不可抗拒的技术潮流。要真正用好 Sl Wok ol rs三维软件进行机械设计 .仅 d

参考文献：[】贾宝贤 . oiWok 1 Sl d rs在工业造型设计中的应用[】机械设计与制 J.造 .0 3 20.

[】汝嘉 . oiWok 0 1通与提高篇[ .京：械工业出版 2赵 Sl d rs2 0精 M】北机社 .0 2 20 .

仅画一些三维零件是不够的，在许多场合要求能熟练掌

[】庆生. oiWok文件压缩方法的研究叨.设计与研究，0 4 3罗 Sl d rs机械 20 . [】少莉，锡凡 . oiWok在装载机设计中的运用[ .械设计 4常姚 Sl d rs J机】与制造.0 4 20.

握装配体建模。本文针对装配体建模中的一些难点进行了较深入的探讨，同时给出了一些例

子，相信对正在或

【] 5成大先.机械设计手册[ . M】北京：化学工业出版社，0 2 20. [】 6宁朝阳.桥式起重机箱型主粱优化设计软件田.起重运输机械，06 20.

想采用 Sl Wok三维软件进行机械设计的企业或公司 oi rs d技术人员来说有一定的指导意义。

M a h n r r d c sg s d o D o t r c i e y P o u t De i n Ba e n 3 S fwa eNI NG a -Ya g Zh o n

( nnI stt f n ut, Chn s aHu a 4 0 0 Hu a ntueo d s y i I r a gh n n 1 0 0,Chn ) iaAb ta t sr c:Ai e tt ia v na e o w fiinc n ai sa i g i he d sg i g w i D ot r fe e p iet e esy tk n m d a he dsd a tg fl o etce y a d e sy mitk n n t ein n t 2 s fwae o ntr rs.h sa a i g l hs m e p o cs einng a x m pe n r d e u tm iig tmplt he e tr rs,u o wa d sld m o ei g,utm a c e rtn o r du t d sg i se a l,i to uc d c so zn e ae oft n ep ep tf r r oi i dl n a o i t g neaig e gn e n rw n n a c r a ew t n ie r g d a i i g i c o d nc h GB h o g l wor si t n e rs . i tr u h So d i k n hee tr i e p Ke r s o d o k; mac i r r uc;pat y wo d:S l W r s i hne p od t y r m o l de ng; e gne rng da ng i ni e i rw i

(上接第 1 0页)图 4 a可以看出汽车车况变换时实际 3 ()车速能迅速跟随给定车速；b ( )图表明磁链轨迹接近圆形；c ( )图所示的电磁转矩波形符合电动汽车动力性要求，低速行驶时]较小仅克服滚动阻力矩 T,加速时空 r e f

力矩变负，使得 T随转速的减小而快速下降；d图 e ()是定子电流波形，显然随着车况的变化，定子电流做

相应变化且响应迅速。

气阻力矩￣; J k,同时出现加速阻力矩 r使得]快速 n I’ i r eCn

5结论仿真结果表明采用矢量控制的电动汽车驱动系统具有有较好的动态特性。此控制系统模型可以在不用驾驶

|

循环工况下进行测试仿真，只要输入响应参数即可 .是

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深入研究电动汽车感应电机矢量控制系统的有效工具，为优化整车系统打下基础。参考文献：[】陈伯时 . 1电力拖动自动控制系统[ .京：械工业出版社，9 1 M】北机 19 . [】君艳 .流调速[ .京：等教育出版社，0 3 2王交 M】北高 20 .[】成武， .动汽车驱动控制系统研究[ .阳工业大学学报， 3林等电 J沈】

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2 0,0 0 61.

[】翟丽， . 4等电动汽车感应电机矢量控制系统建模仿真[.特电机， J微】2 0,. 0 4 5

[】王俊柳，敏，颖 .于 MA L B的异步电动机仿真试验平台 5王王基 TA

图 4系统仿真结果

[ .算机仿真，027 J计] 20,.[】崔培良，克友 .于 MA L/i l kS F n t n感应电机矢 6赵基 T ABSmui - u c o n i量控制仿真建模 f .统仿真学报，0 5,1 J系】 20 1 .

增加，高速稳定运行时加速阻力矩 r消失，]较加速 I’ j r e时略有减小；减速时空气阻力矩 T减小，同时加速阻 W

S m u a i n An l s n Dr v y t m fEi c r c Ve i i i l t a y i o i e S s e o e t i h ce o sW U u一 Xi忍

( o￣ gC l g,T nl gA h i 2 4 0, i a Tn o ee o g n n u l i 4 0 0 Ch ) nAbsr c:Ve t r c tolo u to o o s o e o e tc noo iso lcrc v hce di e s se ta t co on fi c n m t ri n ft e h lge fee ti e

l rv yt m,Sr t r ft e s tm n ve r nd i h i tuc e o y e a d e r u h s y a he i a m t m tclmod l r r po e n t epa r a r o t r su e o t es tm ors uae a er s toft i ua o o e a a esae p o sd i h pe.S be—s fwae i s d t y e f i lt nd t eul sm lt n pr v st t h s m h he i ht o r lp ro m a e i sg i c n y i p o dt e tt e rm e ro d ta se peaig c n to s he c nto e r nc s inf a d m r ve o m e herqu i ntof f i vaiusa ninto rtn o d i n . n r i Ke r s lcrcv h ce; i d to o o; ve t rc to e hn l y; sb rs ua on y wo d:ee ti e l n uc n m t r i i c o on lt c oog r a e i lt m i

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