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技术领域

本实用新型涉及电动汽车用永磁同步电机(PMSM)电压调制领域，尤其涉及一种电动 汽车用永磁同步电机矢量控制系统。

背景技术

随着能源短缺和环境污染问题的加剧，电动汽车成为21世纪汽车工业的主要发展方向。 电动汽车是用动力电池替代传统的汽油作为车载能源的，然而在现有的技术条件下，动力电 池较大的重量和相对汽油较低能量密度限制了电机的动力特性和汽车的续驰里程。研究优化 控制策略，提高电机驱动系统的工作效率显得具有重要现实意义。

空间电压矢量脉宽调制具有较高直流电压利用率，低谐波污染，控制方法相对简单，易 于数字化实现等优点。随着电力电子技术和各种新型功率器件的进步，电驱动系统逐渐向高 频化、大电流密度方向发展。在高频逆变器的空间电压矢量脉宽调制中无论采用何种调制方 式，输出电压谐波含量及分布和开关损耗是不得不考虑的两个问题。随着开关频率的提高， 功率器件的功耗是一个亟待解决的问题，特别是开关损耗，它将使功率器件的开关频率潜能 得不到充分发挥。以两电平三相逆变器为例，如果工作在高频情况下，那么6个主开关器件 因开关损耗而引起的发热给充分应用其开关频率带来障碍。电压谐波含量一直是衡量调制方 法的重要因素，传统的连续PWM(如两种零矢量均匀分配的SVPWM)，在开关次数相同的 条件下，虽然在中低调制比下，具有谐波含量较低的优势，但在高调制比阶段，谐波含量显 明高于不连续PWM。而在电动汽车电驱动系统为了优化工作电流，往往工作在高调制比阶段。 特别是电驱动系统工作在弱磁区时，调制比往往为逆变器所能提供的最大值。这些因素更加 恶化了逆变器输出的电压质量。

实用新型内容

本实用新型为了解决上述问题，提出了一种电动汽车用永磁同步电机矢量控制系统，能 够有效地实现开关损耗的最小和电压波形质量的提高。

为了实现上述目的，本实用新型采用如下技术方案：

一种电动汽车用永磁同步电机矢量控制系统，包括转速/位置检测模块、PI控制模块、最 大转矩电流比模块、电流调节器、功率因数角计算模块、电压调制模块和逆变器，其中，所 述转速/位置检测模块检测永磁同步电机的转速和位置角，所述转速/位置检测模块连接第一 坐标变换模块、第二坐标变换模块和PI控制模块的输入端，所述PI控制模块的输出端通过 最大转矩电流比模块连接电流调节器，电流调节器通过第二坐标变换模块连接电压调制模块， 电压调制模块连接逆变器；

所述永磁同步电机的两相连接电流传感器，电流传感器通过第三坐标变换模块、第一坐 标变化模块连接电流调节器的输入端和功率因数角计算模块的输入端，功率因数角计算模块 的输出端连接电压调制模块。

优选的，所述永磁同步电机的两相输出电流经过第三坐标变换模块计算得到静止坐标系 下的两相电流，结合位置角信息，第一坐标变换模块得到dq轴电流实际值。

所述永磁同步电机的转速信息与给定的转速做差后，输入到转速环，得到电流矢量参考 值，最大转矩电流比模块根据电流矢量参考值计算得到dq轴电流参考值。

进一步的，所述电流调节器模块根据dq轴电流参考值和dq轴电流实际值，计算电压前 馈值；所述功率因数角计算模块根据电压前馈值和dq轴电流实际值，计算估计功率因数角。

优选的，所述电压调制模块为DSP控制模块。

所述第二坐标变换模块将电压前馈值转化为动态电压给定值，DSP控制模块根据动态电 压给定值和估计功率因数角确定自身周期寄存器和比较寄存器的储值，输出控制逆变器运行 的PWM调制波。

所述逆变器为两电平逆变器，每相桥臂包括两个串联的IGBT管，各IGBT管反并联一个 二极管；输入电压源两端并联有两个串联的电容，各个IGBT管均由电压调制模块驱动。

所述第三坐标变换模块为三相静止到两相静止的坐标变换模块。

所述第一坐标变换模块为两相静止到两相旋转的坐标变换模块。

所述第二坐标变换模块为两相旋转到两相静止的坐标变换模块。

本实用新型的有益效果为：

(1)本实用新型能够实时跟踪功率因数，从调制角度达到开关损耗最小，从而减小功 率器件的损耗，提高的电动汽车电驱动系统的可靠性和运行效率；

(2)本实用新型有助于降低电动汽车逆变器的谐波含量；

(3)本实用新型利用了矢量控制中矢量与相量的相位关系，只使用传统双环控制中的 控制与反馈量，既没有改变拓扑也没有增加新的传感器，可由仅仅改变算法提高系统性能。

附图说明

图1为本实用新型的整体结构框图；

图2为利用DSP实现三相驱动信号波形示意图。

具体实施方式：

下面结合附图与实施例对本实用新型作进一步说明。

如图1所示，一种电动汽车用永磁同步电机矢量控制系统，包括：永磁同步电机PMSM (11)、电流传感器、位置/速度检测模块(12)、坐标变换模块、PI速度环控制器(4)、最 大转矩电流比模块MPTA(5)、电流调节器模块(6)、功率因数角估计模块(7)、电压调制 模块(9)和逆变器(10)。其中，

1)在永磁同步电机PMSM(11)运行过程中，经过转速/位置检测模块(4)得到电机的 转速ω和位置角θ，并将θ值输入到坐标变换模块(3)和坐标变换模块(8)中，将得到的 永磁同步电机PMSM(11)的转速值ω与给定的电机转速值ω_r输入到PI速度环控制器(4) 中，经过PI运算得到电流矢量参考值经过最大转矩电流比模块(5)得到dq轴电流参 考值和

2)电流传感器模块(1)将采集到的电机两相输出电流i_a和i_b输入到三相静止到两相静 止的坐标变换模块(2)，求得第三相电流i_c，并经过坐标变换，得到在两相静止坐标系下的 电流i_α和i_β，然后i_α，i_β以及位置角θ输入到两相静止到两相旋转的坐标变换模块(3)得到 i_d和i_q。

3)将最大转矩电流比模块MPTA(5)得到的dq轴电流参考值和与(3)输出的dq 轴实际电流值i_d，i_q比较后输入到电流调节器模块(6)得到电压给定值和

4)将第3)步中得到的输出电压给定值和和2)中得到的dq轴实际电流值i_d，i_q输入功率因数角估计模块(7)得到估计功率因数角

5)将u_α^*和u_β^*以及输入到电压调制模块(9)，按照下面叙述的方法计算得到控制器的 六路PWM信号输出，并由PWM信号控制逆变器模块(10)，由此得到三相输出电压来驱动 电机的运行。

步骤5)中，PWM信号的产生如下：

使用两电平逆变器，每相桥臂包括两个串联的IGBT管，各IGBT管反并联一个二极管； 输入电压源两端并联有两个串联的电容，各个IGBT管均由控制电路驱动。

上述虽然结合附图对本实用新型的具体实施方式进行了描述，但并非对本实用新型保护 范围的限制，所属领域技术人员应该明白，在本实用新型的技术方案的基础上，本领域技术 人员不需要付出创造性劳动即可做出的各种修改或变形仍在本实用新型的保护范围以内。