电动汽车矢量控制系统非线性补偿系统的制作方法

文档序号:10897692阅读:294来源:国知局
电动汽车矢量控制系统非线性补偿系统的制作方法
【专利摘要】本实用新型公开了一种电动汽车矢量控制系统非线性补偿系统,解决了现有逆变器的非线性特性导致相电压和相电流畸变的问题,其特征在于非线性补偿装置的输入端连接电流传感器,输出端连接控制系统;控制系统综合给定转速、给定电压、给定电流信号与反馈转速、反馈电压、反馈电流信号输入到空间矢量脉宽调制模块,通过光电转换器输出脉冲驱动信号到脉冲驱动装置,脉冲驱动装置与三相桥式电压源型逆变器连接。本实用新型简单有效,能够有效减小非线性误差造成的电压电流畸变现象,提高了系统运行性能;结构简单可靠、易于实现,解决了电动汽车低速行驶带来的动态稳定性差的问题,改善了电动汽车加速性能,抗干扰性强,检测精度高。
【专利说明】
电动汽车矢量控制系统非线性补偿系统
技术领域
[0001] 本实用新型设及一种电动汽车控制系统,特别设及一种电动汽车交流驱动电机矢 量控制系统精度补偿系统。
【背景技术】
[0002] 随着电动汽车技术的发展,驾驶员对汽车的操作性、稳定性、安全性要求越来越 局。
[0003] 逆变器作为电动汽车交流驱动系统的关键部件,其性能好坏直接影响汽车的稳定 性。逆变器的数学模型呈非线性特性,其输出波形为存在一定失真的正弦波:原因一是为了 防止逆变器功率器件上下桥臂直通,通常在功率器件驱动信号中加入死区时间,在保证了 功率器件安全工作的同时,也带来了电压电流波形崎变、零电流巧位等死区效应;原因二是 逆变器功率器件不是理想的开关器件,存在导通压降影响了输出相电压、相电流的正弦度。
[0004] 如果按照低速转向时轻便性为设计目标,则高速行驶时转向力过小导致路感差, 影响操纵性。为了保证汽车在停车状况下转动方向盘时能够轻松自如而在高速行驶时又不 会感到不稳,因而如何提高逆变器效率,提高矢量控制系统的精度,对电动汽车控制系统都 有着及其重要的意义。常规的控制策略是采用近似线性化控制方法,运种方案虽然采用了 线性控制理论进行控制器设计,但是运样的近似本身就给系统的控制带来了不确定性。

【发明内容】

[0005] 本实用新型的目的在于克服现有技术的不足提供一种电动汽车矢量控制系统非 线性补偿系统,针对逆变器的功率器件为非理想器件,其管压降较大程度地影响了逆变器 输出的相电压和相电流的问题,来抵消给逆变器带来的失真特性。
[0006] 所述的电动汽车矢量控制系统非线性补偿系统,包括PC机、直流电源、S相桥式电 压源型逆变器U1、驱动电机、控制系统U4、电压传感器、电流传感器U8和转速传感器,直流电 源通过=相桥式电压源型逆变器Ul与驱动电机连接,在直流电源与=相桥式电压源型逆变 器Ul间有电压传感器,电压传感器与控制系统U4输入端连接;在S相桥式电压源型逆变器 Ul与驱动电机之间的电源线上连接有电流传感器U8,驱动电机通过转速传感器将转速信号 传送给控制系统U4;其特征在于还包括非线性补偿装置U3,非线性补偿装置U3的输入端连 接电流传感器U8,非线性补偿装置U3的输出端连接控制系统U4;控制系统U4综合给定转速、 给定电压、给定电流信号与反馈转速、反馈电压、反馈电流信号输入到空间矢量脉宽调制模 块Ull,计算出空间矢量调制的占空比,通过脉冲驱动装置U6与=相桥式电压源型逆变器Ul 连接。
[0007] 与现有技术相比,本实用新型的有益效果:利用电流空间矢量所在扇区,并结合逆 变器功率器件的开关状态用W补偿逆变器非线性带来的电压偏差,使得逆变器并网电压呈 圆形轨迹,同时提高了输出电流的正弦度;采用新型的非线性补偿装置来抵消并网逆变器 带来的失真,避免了传统方式中近似线性化控制方法带来的不确定性,具有更好的动态性 能;结构简单可靠、易于实现,解决了电动汽车低速行驶带来的动态稳定性差的问题,改善 了电动汽车加速性能,抗干扰性强,检测精度高且不需要额外的硬件开支。
【附图说明】
[000引图1是本实用新型的结构框图。
[0009] 图1中,UUS相桥式电压源型逆变器;U2、驱动电机;U3、非线性补偿装置;U4、控制 系统;呪、PC机;U6、脉冲驱动装置;U7、电压传感器;U8、电流传感器;U9、转速传感器;UlO、直 流电源;U11、空间矢量脉宽调制模块;U12、编码器。
[0010] 图2是本实用新型中逆变器的功率器件的正向特性图。
[001 U 图2中,Uce、导通压降,i Ce、导通电流,Uth、口槛电压,IGBT、绝缘栅双极型晶体管, Diode、二极管。
[0012] 图3是电流空间矢量is所在扇区图。
[0013] 图3中,A、B、C轴为互差120°的=相静止坐标轴,a、e轴为两相静止坐标轴,UO (000)、山(001)、112(010)、113(011)、114(100)、化(101)、116(110)、117(111)为电压空间矢量113所 在的开关状态,1、11、虹、1¥、¥、¥1为电流空间矢量13所在平面的六个区域。
[0014] 图4是功率器件的100开关状态的矢量图。
[0015] 图5是逆变器的100开关状态的导通压降电路图。
[0016] 图6是功率器件的110开关状态的矢量图。
[0017] 图7是逆变器的110开关状态的导通压降电路图。
[001引图8是功率器件的111开关状态的矢量图。
[0019] 图9是逆变器的111开关状态的导通压降电路图。
[0020] 图4、5、6、7、8、9中,1?6、矢量的实部〇1。、矢量的虚部,13、^、1。为采集的^相电流, Vdc、直流电源的电压,63、66、6。为主电路的等效电压。
[0021 ]图10是功率器件的开关状态对输出电压影响的原理图。
[0022] 图10中,Us、补偿前的电压空间矢量;补偿后的电压空间矢量;uth、口槛电压空 间矢量。
【具体实施方式】
[0023] 如图1所示,本实用新型所述的电动汽车矢量控制系统非线性补偿系统包括PC机 呪、直流电源Ul 0、S相桥式电压源型逆变器Ul、驱动电机U2、控制系统U4、脉冲驱动装置U6、 电压传感器U7、电流传感器U8和转速传感器U9,直流电源UlO通过=相桥式电压源型逆变器 Ul与驱动电机U2连接,在直流电源UlO与=相桥式电压源型逆变器Ul间有电压传感器U7,电 压传感器U7与控制系统U4输入端连接;在=相桥式电压源型逆变器Ul与驱动电机U2之间的 电源线上连接有电流传感器U8,驱动电机U2通过编码器U12、转速传感器U則尋转速信号传送 给控制系统U4;;其特征在于还包括非线性补偿装置U3,非线性补偿装置U3的输入端连接电 流传感器U8,非线性补偿装置U3的输出端连接控制系统U4;控制系统U4综合给定转速、给定 电压、给定电流信号与反馈转速、反馈电压、反馈电流信号输入到空间矢量脉宽调制模块 Ull,计算出空间矢量调制的占空比,通过脉冲驱动装置U6与S相桥式电压源型逆变器Ul连 接。
[0024] 工作原理:
[0025] 电动汽车驱动电机主电路一般采用=相桥式电压源型逆变器Ul供电,电源为直流 电源U10。由于逆变器的功率器件不是一个理想的开关器件,其管压降对逆变器非线性输出 相电压和相电流有较大的影响。图2所示为EUPEC公司功率器件BSM50GB120DN2的特性曲线 W及二极管的饱和压降曲线。线性化处理后如图1中的虚线所示,即功率器件的导通压降Uce 近似看成固定口槛电压Uth与其阻抗压降的合成。
[0026] PC机U5设定转速信号,通过改变设定的转速大小驱动电动汽车电机转动的快慢。 转速传感器U9经过编码器U12采样得到实际转速信号,电压传感器U7,如LEM公司的LV28-P 电压传感器,经电平处理电路、A/D采样后,送给控制系统U4得到电压信号,电流传感器U8, 如LBl公司的LA28-NP电流传感器,经电平处理电路、A/D采样后,送给控制系统U4得到电流 信号。
[0027] 电流传感器U8采集S相电流13、16、1。,经33/23坐标变换为两相静止坐标系下的电 流信号ia、ie,此两相静止坐标系下的电流合成为电流空间矢量is,即is=ia+化。
[0028] 非线性补偿装置U3采用可编程逻辑单元,通过并行运算处理算法并结合公式(1) 能在一个采样周期Ts内快速地判断出电流空间矢量is所在的扇区,然后根据表1来输出需补 {吉的电压值Uacom兩山化om。
[0029] 图3所示为电流空间矢量is所在扇区位置,其中A、B、C轴为互差120°的=相静止坐 标轴,a、0轴为两相静止坐标轴;与电压空间矢量类似,通过ia=〇,ia=l .732ie,ia=-1.732ip =条直线,将电流空间矢量平面分为六个区域。设定:
[0030]
[0031] 则电流空间矢量is所在扇区sec (is)由下式(1)确定:
[0032] sec(is)=4X+2Y+Z 式(1)
[003引其中,X、Y、Z代表命题的真假;ia、ie为电流空间矢量is两相静止坐标系下的电流分 量。
[0034]图4、5、6、7、8、9所示为功率器件的开关状态对逆变器的影响。电压空间矢量第一 扇区内功率器件的开关状态存在=种情况,即图4的100开关状态、图6的110开关状态、图8 的111开关状态,规定电流方向由逆变器流入电网为正方向,并规定A相电流ia始终为正、B、 C两相电流ib、ic始终为负,根据逆变器的开关状态,=相电流ia、ib、ic要么通过功率器件 IGBT流通,要么通过反并联二极管流通;图5、7、9分别为逆变器的100、110、111开关状态的 导通压降电路图;由于一个扇区内功率器件的开通时间最大仅为基波周期的1/6,因此=相 电流的方向在此扇区期间并未改变,即=相桥式电压源型逆变器开关状态虽改变,但功率 器件导通状态对输出电压的影响并没有改变;因此可见,逆变器导通压降Uce的影响便可由 =相电流的方向决定;其余扇区同理分析,可得出一条结论:同一扇区内不同的开关状态, 功率器件的非线性特性对=相桥式电压源型逆变器的影响只跟=相电流的流向有关,即只 跟电流空间矢量is所在扇区有关;定义口槛电压为Uth,由于口槛电压在某一桥臂的影响也 由该相电流方向决定,可W定义A相口槛电压采用UthS ign (ia)表示;因此利用电压空间矢量 概念可W定义:
[003引 11化=11化3;[即(13)+日11化3;[即化)+日211化31邑]1(;[。) 式(2)
[0036] 式(2)中:Uth为逆变器非线性带来的口槛电压空间矢量,Uth是矢量,存在实部与虚 部;邮1为口槛电压,运里是数值;日=日邱(扑231/3)=(:03(231/3) + ^'3;[]1(231/3)。比如,当电流空间 矢量is处于扇区¥1(110)时,邮1=邮1[31邑11(13)+日31邑]1(;[6)+日231邑]1(;[。)]=邮1(1+日-日 2)=化化6邱 0*0)。
[0037] 结合上述分析,针对不同的扇区中电流空间矢量is对逆变器输出电压的影响,电 压补偿如表1所示:
[0038] 表1补偿后的电压值
[0039]
[0040] 表1中:Ua、ue分别为补偿前的电压空间矢量Us在两I贞静止坐标系下的分量,uacom、 UPcnm分别为补偿后的电压空间矢量U^E两项静止坐标系下的分量。
[0041 ]控制系统U4将给定电压11\和11^和补偿后的电压UacDm和up。。。输入到空间矢量脉宽 调制模块Ull,得到六路脉冲信号,输入到脉冲驱动装置U6,从而控制S相桥式电压源型逆 变器Ul中功率器件的开通关断,使得逆变器并网电压呈圆形轨迹,有效降低电压崎变率,同 时提高了输出电流的正弦度,削弱了逆变器非线性特性带来的影响,保证了驱动电机Ul的 稳定运行。
[0042] 图10所示为逆变器功率器件的开关状态对电压空间矢量Us的影响。其中,山为补偿 前的电压空间矢量,由于功率器件开关状态的影响,在扇区切换时Us轨迹不连续并且发生 崎变,存在如下关系us=u*-uth-rdis。式中:U*为补偿后的电压空间矢量,呈圆形轨迹;rd为逆 变器的等效通态电阻;Uth为口槛电压空间矢量。从图10中可W看出逆变器的非线性使得补 偿前后的电压空间矢量存在矢量差,采用非线性补偿后,U吨奇变率大大降低,有效削弱了逆 变器非线性特性带来的影响。
[0043] 周期性判断电流空间矢量is所在扇区来补偿逆变器非线性的电压偏差,使得逆变 器输出电压呈圆形轨迹,保证驱动电机Ul运行更加平滑,提高了输出电流的正弦度。
【主权项】
1. 一种电动汽车矢量控制系统非线性补偿系统,包括PC机、直流电源、三相桥式电压源 型逆变器U1、驱动电机、控制系统U4、电压传感器、电流传感器U8和转速传感器,直流电源通 过三相桥式电压源型逆变器U1与驱动电机连接,在直流电源与三相桥式电压源型逆变器U1 间有电压传感器,电压传感器与控制系统U4输入端连接;在三相桥式电压源型逆变器U1与 驱动电机之间的电源线上连接有电流传感器U8,驱动电机通过转速传感器将转速信号传送 给控制系统U4;其特征在于还包括非线性补偿装置U3,非线性补偿装置U3的输入端连接电 流传感器U8,非线性补偿装置U3的输出端连接控制系统U4;控制系统U4综合给定转速、给定 电压、给定电流信号与反馈转速、反馈电压、反馈电流信号输入到空间矢量脉宽调制模块 U11,计算出空间矢量调制的占空比,通过脉冲驱动装置U6与三相桥式电压源型逆变器U1连 接。
【文档编号】B60L15/20GK205584062SQ201620147654
【公开日】2016年9月14日
【申请日】2016年2月29日
【发明人】周二磊, 陈强, 纪永新, 曹薇薇, 张先云, 米东星, 丁明
【申请人】国网安徽省电力公司淮北供电公司, 国家电网公司
网友询问留言 已有0条留言
  • 还没有人留言评论。精彩留言会获得点赞!
1