车用双能量源开绕组电机驱动系统及其功率分配方法与流程

本发明涉及电机控制技术领域，特别是涉及一种车用双能量源开绕组永磁同步电机驱动系统及其功率分配方法。

背景技术：

近年来，随着世界能源结构的变化以及对车辆排放、环保的要求越来越高，以电动机驱动的电动汽车发展迅猛。大多数电动汽车都采用了功率密度高、峰值转矩大的永磁同步电机作为动力源，并采用蓄电池作为能量源。然而这种单一蓄电池供能并由永磁同步电机驱动的纯电动车有以下两个明显缺点：一是由于驱动电机由永磁体励磁，无法直接调节励磁磁场强度，所以弱磁调速难度较高，为保证足够的最高车速，通常需要较高的母线电压，这增加了动力蓄电池和电驱动系统的匹配难度和制造成本；二是以蓄电池作为单一能量来源的纯电动车受制于目前蓄电池的较低能量密度与寿命，具有续驶里程短、性能衰退快、充电时间长等缺点。搭载内燃机增程器或燃料电池作为第二能量源的双能量源电动汽车可有效弥补上述缺点。然而，目前的双能量源电动汽车仍采用单一直流母线供电、单逆变器驱动传统永磁同步电机的方式。为实现两个输出电压不同的能量源同时向直流母线供电并实现功率分配，必须增设一个dc/dc变换器，增加了系统成本，且会造成额外的功率损耗，降低驱动系统效率，此外该构型仍需要较高的母线电压才能保证足够的最高车速。

使用双逆变器驱动的开绕组永磁同步电机驱动系统可解决上述问题。双逆变器各由一个能量源供电，共同驱动电机。在该构型下，相比单一能量源供电的构型，在达到相同最高车速的情况下，两个能量源各自的母线电压可以适当降低；此外，双能量源可以直接通过双逆变器的电压矢量分配经由开绕组永磁同步电机实现功率分配，无需dc/dc变换器，降低了系统成本，提高了效率。但目前针对双逆变器开绕组电机驱动系统的研究主要集中于单能量源构型的零序电流抑制、容错控制等方面，针对双能量源构型的研究亦主要集中于共模电压抑制、开关频率降低等方面，对于双能量源开绕组电机驱动系统的功率分配及电压矢量分配方法的研究较为欠缺。

中国专利文献cn106059408a公开了一种基于双电源开放式绕组永磁同步电机的驱动控制系统及其控制方法，然而该系统只能实现双电源功率的定性分配，主电源无法实现对期望功率的精确跟随。

技术实现要素：

本发明的目的是至少解决上述缺陷与不足之一，该目的是通过以下技术方案实现的。

本发明提供了一种车用双能量源开绕组永磁同步电机驱动系统，其特征在于，包括控制器、开绕组永磁同步电机、主能量源、主能量源逆变器、辅助能量源、辅助能量源逆变器、电机转子位置传感器、电流传感器组以及电压传感器,所述开绕组永磁同步电机的三相绕组的始端与所述主能量源逆变器的输出端连接，所述主能量源逆变器的输入端与所述主能量源的正负极输出端并联，为所述主能量源逆变器供电，所述开绕组永磁同步电机的三相绕组的末端与所述辅助能量源逆变器的输出端连接，所述辅助能量源逆变器的输入端与所述辅助能量源的正负极输出端并联，为所述辅助能量源逆变器供电，所述电机转子位置传感器与所述开绕组永磁同步电机连接，所述电流传感器组串联在所述开绕组永磁同步电机的三相绕组的始端，所述电压传感器分别并联在所述主能量源和所述辅助能量源的正负极输出端；所述控制器分别与所述电机转子位置传感器、电流传感器组、电压传感器、主能量源逆变器以及辅助能量源逆变器通信连接，所述控制器接收所述电机转子位置传感器、电流传感器组以及电压传感器的信号，经计算处理进行电压矢量分配后生成门控信号分别发送至所述主能量源逆变器和所述辅助能量源逆变器。

另外，所述控制器包括：

期望电流计算模块,所述期望电流计算模块接收整车控制器发送的期望转矩信号，计算并输出期望定子电流矢量在转子坐标系下的期望电流分量；

第一坐标变换模块,所述第一坐标变换模块接收所述电流传感器组发送的电机定子三相电流信号和所述电机转子位置传感器发送的电机转子角位置信号，进行坐标变换后输出电机定子电流矢量在转子坐标系下的电流分量；

减法器,所述减法器将经所述期望电流计算模块输出的期望电流分量信号与所述第一坐标变换模块变换后的电流分量信号作差得到电机定子电流矢量偏差信号并输出；

期望电压生成模块，所述期望电压生成模块接收所述减法器发送的电流矢量偏差信号并对其分别进行比例积分控制，得到总期望电压矢量在转子坐标系下的期望电压分量；

第二坐标变换模块，所述第二坐标变换模块接收所述期望电压生成模块输出的期望电压分量信号以及所述电机转子位置传感器发送的电机转子角位置信号，进行坐标变换后输出总期望电压矢量在定子坐标系下的期望电压分量；

第三坐标变换模块，所述第三坐标变换模块接收所述第一坐标变换模块输出的电机定子电流矢量在转子坐标系下的电流分量信号以及所述电机转子位置传感器发送的电机转子角位置信号，进行坐标变换后输出电机定子电流矢量在定子坐标系下的电流分量；

能量源总输出功率计算模块，所述能量源总输出功率计算模块接收所述电流传感器组发送的电机定子三相电流信号和所述电压传感器发送的主能量源电压信号、辅助能量源电压信号，计算并输出能量源总输出功率信号；

主能量源期望功率控制模块，所述主能量源期望功率控制模块接收所述能量源总输出功率计算模块发送的能量源总输出功率信号和整车控制器发送的主能量源最优功率信号，并输出主能量源期望功率信号；

电压矢量分配模块，所述电压矢量分配模块接收所述主能量源电压信号、所述辅助能量源电压信号、所述主能量源期望功率信号、所述第三坐标变换模块输出的经坐标变换后的电流分量信号、所述第二坐标变换模块输出的经坐标变换后的电压分量信号，经处理后进行电压矢量分配并输出；

第一空间矢量脉宽调制模块，所述第一空间矢量脉宽调制模块接收所述电压矢量分配模块分配的电压信号生成主能量源逆变器门控信号，并将所述主能量源逆变器门控信号发送至所述主能量源逆变器；

第二空间矢量脉宽调制模块，所述第二空间矢量脉宽调制模块接收所述电压矢量分配模块分配的电压信号生成辅助能量源逆变器门控信号，并将所述辅助能量源逆变器门控信号发送至所述辅助能量源逆变器。

另外，所述主能量源为即时发电装置，所述辅助能量源为电能储存装置。

另外，所述第一坐标变换模块为定子三相到转子两相的变换模块，所述第二坐标变换模块与所述第三坐标变换模块为转子两相到定子两相的变换模块。

本发明还提供了一种上述车用双能量源开绕组永磁同步电机系统的功率分配方法，由主能量源供电的主能量源逆变器与开绕组永磁同步电机的三相绕组的始端相连接，由辅助能量源供电的辅助能量源逆变器与开绕组永磁同步电机的三相绕组的末端相连接，所述功率分配方法包括：

主能量源期望功率控制：

利用电流传感器组采集开绕组永磁同步电机的三相定子电流信号ia、ib、ic，利用电压传感器分别采集主能量源电压信号udc1和辅助能量源电压信号udc2，利用公式pdc＝(udc1-udc2)(ia+ib+ic)计算出能量源总输出功率pdc；

将能量源总输出功率pdc与主能量源最优功率pdc1opt作差，得到主能量源功率偏差δpdc1，即δpdc1＝pdc-pdc1opt；

以主能量源功率偏差δpdc1作为一阶惯性环节的输入，经过一节惯性环节得到主能量源期望功率补偿

将主能量源期望功率补偿与主能量源最优功率pdc1opt求和，得到主能量源期望功率并输出，即

主能量源逆变器和辅助能量源逆变器的电压矢量分配：

读取总期望电压矢量在定子dq坐标系下d、q轴的分量主能量源期望功率以及电机定子电流矢量在定子dq坐标系下d、q轴的分量id、iq，主能量源电压信号udc1和辅助能量源电压信号udc2；

进行低开关频率方式电压矢量分配，得到低开关频率方式主能量源逆变器期望电压矢量在定子dq坐标系下的d、q轴分量以及低开关频率方式主能量源期望功率偏差dpdc1_lowfre和低开关频率方式有效标志位flowfre；

进行功率精确跟随方式电压矢量分配，得到功率精确跟随方式主能量源逆变器期望电压矢量在定子dq坐标系下的d、q轴分量以及功率精确跟随方式主能量源期望功率偏差dpdc1_accfow和功率精确跟随方式有效标志位faccfow；

进行电压直线分配方式电压矢量分配，得到电压直线分配方式主能量源逆变器期望电压矢量在定子dq坐标系下的d、q轴分量

进行电压矢量分配方式选择，得到主能量源逆变器期望电压矢量在定子dq坐标系下的d、q轴分量

根据公式计算辅助能量源逆变器期望电压矢量在定子dq坐标系下的d、q轴分量并输出与

另外，所述低开关频率方式电压矢量分配的算法包括：

步骤a1、定义4×7矩阵mus1；

步骤a2、对矩阵mus1第1、2行赋值，令mus1每列第1行为对应备选电压矢量在定子dq坐标系下的d轴分量，每列第2行为对应备选电压矢量在定子dq坐标系下的d轴分量，即

步骤a3、对矩阵mus1第3行赋值，令mus1每列第3行为在对应备选电压矢量下主能量源的输出功率，即

mus1(3,:)＝mus1([1,2],:)^t×[id,iq]^t；

步骤a4、对矩阵mus1第4行赋值，令mus1每列第4行为在对应备选电压矢量下主能量源的输出功率与主能量源期望功率差值的绝对值，即

步骤a5、对mus1第4行即mus1(4,:)进行排序，获得mus1(4,:)升序排序的列号序列ord；

其中，“mus1(n,:)”表示矩阵mus1的第n行行矢量，“°”为哈达玛乘积符号，表示两个矩阵或向量对应位置元素相乘；

步骤a6、令i＝1；i是循环标志位，表示当前尝试的备选电压矢量排序序号；

步骤a7、将本次循环的备选电压矢量分配给主能量源逆变器，即令

步骤a8、计算本次循环辅助能量源逆变器所分配的期望电压矢量在定子dq坐标系下的d、q轴分量，即令

步骤a9、计算本次循环的低开关频率方式主能量源期望功率偏差dpdc1_lowfre，即dpdc1_lowfre＝mus1(4,ord(i))；

步骤a10、执行相邻基本电压矢量比例算法s，输入分别为udc2，得到本次循环辅助能量源相邻基本电压矢量比例参数a2、b2；

步骤a11、判断本次循环辅助能量源逆变器所分配的期望电压矢量是否超出调制范围：若a2+b2>1，则辅助能量源逆变器所分配的期望电压矢量超出调制范围，执行步骤a12；否则执行步骤a13；

步骤a12、低开关频率方式有效标志位置0，即令flowfre＝0；

执行下一次循环，即令i＝i+1，转步骤a7；

步骤a13、低开关频率方式有效标志位置1，即令flowfre＝1，退出循环；

步骤a14、输出低开关频率方式主能量源逆变器期望电压矢量在定子dq坐标系下的d、q轴分量以及低开关频率方式主能量源期望功率偏差dpdc1_lowfre和低开关频率方式有效标志位flowfre。

另外，所述功率精确跟随方式电压矢量分配的算法包括：

步骤b1、根据计算电机定子电流矢量幅值is_amp；

步骤b2、按主能量源期望功率计算主能量源期望电压矢量幅值即

步骤b3、以为幅值，按电机定子电流矢量方向给出功率精确跟随方式主能量源逆变器期望电压矢量，即

步骤b4、执行相邻基本电压矢量比例算法s，输入分别为udc1，得到主能量源相邻基本电压矢量比例参数a1、b1；

步骤b5、判断当前给定的主能量源逆变器期望电压矢量是否超出调制范围：若a1+b1>1，则执行步骤b6～b7；否则，跳过步骤b6～b7，执行步骤b8；

步骤b6、计算主能量源逆变器期望电压矢量的方向上令主能量源逆变器期望电压矢量恰好饱和的主能量源期望电压矢量幅值，即令

主能量源相邻基本电压矢量比例参数

则修正后的主能量源期望电压矢量幅值

步骤b7、以为幅值，按电机定子电流矢量方向给出功率精确跟随方式主能量源逆变器期望电压矢量，即

步骤b8、计算辅助能量源逆变器所分配的期望电压矢量在定子dq坐标系下的d、q轴分量，即令

步骤b9、根据计算功率精确跟随方式主能量源期望功率偏差dpdc1_accfow；

步骤b10、执行相邻基本电压矢量比例算法s，输入分别为udc2，得到辅助能量源相邻基本电压矢量比例参数a2、b2；

步骤b11、判断辅助能量源逆变器所分配的期望电压矢量是否超出调制范围：若a2+b2>1，则执行步骤b12；否则，执行步骤b13；

步骤b12、功率精确跟随方式有效标志位置0，即令faccfow＝0；

步骤b13、功率精确跟随方式有效标志位置1，即令faccfow＝1；

步骤b14、输出功率精确跟随方式主能量源逆变器期望电压矢量在定子dq坐标系下的d、q轴分量以及功率精确跟随方式主能量源期望功率偏差dpdc1_accfow和功率精确跟随方式有效标志位faccfow。

另外，所述电压直线分配方式的电压矢量分配的算法包括：

步骤c1、直接按照总期望电压矢量给定主能量源逆变器期望电压矢量，即

步骤c2、执行相邻基本电压矢量比例算法s，输入分别为udc1，得到主能量源相邻基本电压矢量比例参数a1、b1；

步骤c3、判断当前给定的主能量源逆变器期望电压矢量是否超出调制范围：若a1+b1>1，则执行步骤c4～c6；否则，跳过步骤c4～c6，执行步骤c7；

步骤c4、计算主能量源逆变器期望电压矢量的方向上令主能量源逆变器期望电压矢量恰好饱和的主能量源期望电压矢量幅值，即令

主能量源相邻基本电压矢量比例参数

则修正后的主能量源期望电压矢量幅值

步骤c5、根据计算总期望电压矢量幅值

步骤c6、以为幅值，按总期望电压矢量方向给出直线分配方式主能量源逆变器期望电压矢量，即

步骤c7、输出电压直线分配方式主能量源逆变器期望电压矢量在定子dq坐标系下的d、q轴分量

另外，所述电压矢量分配方式选择的算法包括：

判断低开关频率方式有效标志位flowfre是否为1，如果flowfre＝1，判断是否满足以下条件faccfow＝0、dpdc1_lowfre≤dpdc1_max、dpdc1_lowfre≤dpdc1_accfow3个条件中的任意一个；如果满足3个条件中的任意一个，则采用低开关频率方式电压矢量分配，即令主能量源逆变器期望电压矢量在定子dq坐标系下的d、q轴分量如果不满足3个条件中的任意一个，则采用功率精确跟随方式电压矢量分配，即令主能量源逆变器期望电压矢量在定子dq坐标系下的d、q轴分量

如果flowfre＝0，判断功率精确跟随方式有效标志位faccfow是否为1；如果faccfow＝1，采用功率精确跟随方式电压矢量分配，即令主能量源逆变器期望电压矢量在定子dq坐标系下的d、q轴分量否则，采用电压直线分配方式电压矢量分配，即令主能量源逆变器期望电压矢量在定子dq坐标系下的d、q轴分量

另外，所述相邻基本电压矢量比例算法s包括：

步骤s1、读取单侧逆变器期望电压矢量在定子dq坐标系下的d、q轴分量以及对应的母线电压udcs；

步骤s2、根据来计算投影参数j、k、l；

步骤s3、获得j、k、l的正负标志位sign(j)、sign(k)、sign(l)；

步骤s4、根据n＝sign(j)+2sign(k)+4sign(l)计算扇区号n；

步骤s5、根据来计算比例参数x、y、z；

步骤s6、根据n的取值情况计算并输出相邻基本电压矢量比例参数as、bs。

本发明的优点如下：(1)本发明通过对主能量源期望功率控制，可根据当前工况制定合理的主能量源期望功率，在保证整车动力性需求得到满足的同时，尽可能使主能量源工作在高效率区并减缓功率波动；(2)本发明的低开关频率方式、功率精确跟随方式与电压直线分配方式这三种电压矢量分配方式可以实现不同的功率分配效果，通过电压矢量分配方式的合理选择与灵活切换，可令主能量源功率良好跟随期望工率的同时，尽可能降低逆变器的器件开关频率，以降低逆变器损耗，提高系统效率。

附图说明

通过阅读下文优选实施方式的详细描述，各种其他的优点和益处对于本领域普通技术人员将变得清楚明了。附图仅用于示出优选实施方式的目的，而并不认为是对本发明的限制。而且在整个附图中，用相同的参考符号表示相同的部件。

图1为本发明实施例的车用双能量源开绕组永磁同步电机驱动系统的结构和控制器结构框图。

图2为上述系统的主能量源期望功率控制的算法流程图。

图3为上述系统的双逆变器电压矢量分配的算法流程图。

图4为上述系统的双逆变器电压矢量分配方法示意图。

图5为上述系统的低开关频率方式电压矢量分配的算法流程图。

图6为本发明实施例提供的上述系统的功率精确跟随方式电压矢量分配的算法流程图。

图7为上述系统的电压直线分配方式电压矢量分配的算法流程图。

图8为上述系统的电压矢量分配方式选择的算法流程图。

图9为上述系统的相邻基本电压矢量比例算法s流程图。

图10为上述系统的电机转速跟随曲线。

图11为上述系统的电机转矩变化曲线。

图12为上述系统的主能量源功率变化曲线。

图13为上述系统的逆变器器件总开关频率变化曲线。

具体实施方式

下面将参照附图更详细地描述本公开的示例性实施方式。虽然附图中显示了本公开的示例性实施方式，然而应当理解，可以以各种形式实现本公开而不应被这里阐述的实施方式所限制。相反，提供这些实施方式是为了能够更透彻地理解本公开，并且能够将本公开的范围完整的传达给本领域的技术人员。

图1示出了根据本发明的实施方式提供的车用双能量源开绕组永磁同步电机驱动系统的结构和控制器结构框图。如图1所示，该电机驱动系统包括控制器2、开绕组永磁同步电机3、主能量源6、主能量源逆变器4、辅助能量源7、辅助能量源逆变器5、电机转子位置传感器8、电流传感器组9以及电压传感器10、11。

开绕组永磁同步电机3、主能量源6、主能量源逆变器4、辅助能量源7、辅助能量源逆变器5、电机转子位置传感器8、电流传感器组9以及电压传感器10、11组成电机驱动系统的电路结构1，各部件之间电连接。

开绕组永磁同步电机3的三相绕组的始端与主能量源逆变器4的输出端连接，由主能量源逆变器4驱动，并接收电机驱动系统的控制器2发来的主能量源逆变器门控信号gatesl。主能量源逆变器4的直流母线输入端与主能量源6的正负极输出端并联，主能量源6为主能量源逆变器4供电。开绕组永磁同步电机3的三相绕组的末端与辅助能量源逆变器5的输出端连接，由辅助能量源逆变器5驱动，并接收电机驱动系统控制器2发来的辅助能量源逆变器门控信号gatesr。辅助能量源逆变器5的直流母线输入端与辅助能量源7的正负极输出端并联，辅助能量源7为辅助能量源逆变器5供电。

具体实施中，主能量源6包括但不限于内燃机增程器、燃料电池等即时发电装置，辅助能量源7包括但不限于蓄电池或超级电容等电能储存装置。主能量源逆变器4与辅助能量源逆变器5的类型均为电压型三相双电平逆变器。

电机转子位置传感器8安装在开绕组永磁同步电机3的定子上，用于测量并向电机驱动系统控制器2输出电机转子角位置信号θr；电流传感器组9包含3个独立的电流传感器，串联在开绕组永磁同步电机3的三相绕组始端，测量并向电机驱动系统控制器2输出电机定子三相电流信号ia、ib、ic；电压传感器10并联在主能量源6的正负极输出端，测量并向电机驱动系统控制器2输出主能量源电压信号udc1；电压传感器11并联在辅助能量源7的正负极输出端，测量并向电机驱动系统控制器2输出辅助能量源电压信号udc2。

控制器2分别与电机转子位置传感器8、电流传感器组9、电压传感器10、电压传感器11、主能量源逆变器4以及辅助能量源逆变器5通信连接，控制器2包括期望电流计算模块12、期望电压生成模块13、能量源总输出功率计算模块14、主能量源期望功率控制模块15、电压矢量分配模块16、第一空间矢量脉宽调制模块17、第二空间矢量脉宽调制模块18、第一坐标变换模块19、第二坐标变换模块20、第三坐标变换模块21以及减法器22。

期望电流计算模块12接收整车控制器发来的期望转矩信号并按照最大转矩电流比或其他控制规律计算得到期望定子电流矢量在转子dq坐标系下的d、q轴分量

第一坐标变换模块19为定子三相到转子两相的变换模块，即abc到dq坐标系变换模块，采用等功率变换。第一坐标变换模块19接收电机驱动系统电流传感器组9发来的电机定子三相电流信号ia、ib、ic和电机转子位置传感器8发来的电机转子角位置信号θr，进行坐标变换后输出电机定子电流矢量在转子dq坐标系下的d、q轴分量id、iq；

减法器22将分别与id、iq作差后得到电机定子电流矢量偏差在转子dq坐标系下的d、q轴分量δid、δiq；

期望电压生成模块13接收减法器22发来的δid、δiq信号并对其分别进行比例积分控制，得到总期望电压矢量在转子dq坐标系下的d、q轴分量

第二坐标变换模块20与第三坐标变换模块21均为转子两相到定子两相的变换模块，即dq到dq坐标系变换模块。第二坐标变换模块20接收期望电压生成模块13发来的信号以及电机转子位置传感器8发来的电机转子角位置信号θr，进行坐标变换后输出总期望电压矢量在定子dq坐标系下的d、q轴分量第三坐标变换模块21接收第一坐标变换模块19发来的id、iq信号以及电机转子位置传感器8发来的电机转子角位置信号θr，进行坐标变换后输出电机定子电流矢量在定子dq坐标系下的d、q轴分量id、iq；

能量源总输出功率计算模块14接收电机驱动系统电流传感器组9发来的电机定子三相电流信号ia、ib、ic和电压传感器10发来的主能量源电压信号udc1、电压传感器11发来的辅助能量源电压信号udc2，根据公式pdc＝(udc1-udc2)(ia+ib+ic)，计算后输出能量源总输出功率信号pdc；

主能量源期望功率控制模块15接收能量源总输出功率计算模块14发来的pdc信号和整车控制器发来的主能量源最优功率信号pdc1opt，输出主能量源期望功率信号

电压矢量分配模块16接收第二坐标变换模块20发来的信号、主能量源期望功率控制模块15发来的信号、第三坐标变换模块21发来的id、iq信号以及电压传感器10发来的主能量源电压信号udc1和电压传感器11发来的辅助能量源电压信号udc2，进行电压矢量分配后输出主能量源逆变器期望电压矢量在定子dq坐标系下的d、q轴分量以及辅助能量源逆变器期望电压矢量在定子dq坐标系下的d、q轴分量

第一空间矢量脉宽调制模块17接收电压矢量分配模块16发来的信号，生成主能量源逆变器门控信号gatesl并发送给主能量源逆变器4；

第二空间矢量脉宽调制模块18接收电压矢量分配模块16发来的信号，生成辅助能量源逆变器门控信号gatesr并发送给辅助能量源逆变器5。

本发明还提供了一种双能量源开绕组电机驱动系统功率分配方法，包括以下步骤：

1)主能量源期望功率控制

主能量源期望功率控制在能量源总输出功率计算模块14和主能量源期望功率控制模块15中进行，根据当前能量源总输出功率和主能量源最优功率计算得到主能量源期望功率；主能量源期望功率在一定程度上跟随主能量源最优功率但受能量源总输出功率的影响，通过引入一阶惯性环节避免剧烈波动，使得主能量源尽量工作在高效率区。主能量源期望功率控制每控制周期执行一次，如图2所示，具体包含以下步骤：

(1)读取电机定子三相电流信号ia、ib、ic和主能量源电压信号udc1、辅助能量源电压信号udc2，并计算出能量源总输出功率pdc；

能量源总输出功率pdc计算公式为pdc＝(udc1-udc2)(ia+ib+ic)；

(2)将能量源总输出功率pdc与主能量源最优功率pdc1opt作差，得到主能量源功率偏差δpdc1，即δpdc1＝pdc-pdc1opt；

(3)以主能量源功率偏差δpdc1作为一阶惯性环节的输入，经过一节惯性环节得到主能量源期望功率补偿

即若控制周期为δt，通过下式计算当前控制周期的主能量源期望功率补偿：式中t为当前控制周期开始时刻，pdc1(t)为当前控制周期的以主能量源功率偏差，为当前控制周期的主能量源期望功率补偿，为上一控制周期的主能量源期望功率补偿。

(4)将主能量源期望功率补偿与主能量源最优功率pdc1opt求和，得到主能量源期望功率并输出，即

具体实施中，由于主能量源4为内燃机增程器或燃料电池等即时发电装置，功率响应存在延迟，故引入一阶惯性环节避免主能量源期望功率剧烈波动，为主能量源功率响应预留时间。

功率信号在频域上有

在时域上满足微分方程式中s为拉普拉斯算子。

一阶惯性环节增益k决定对δpdc1的响应幅度：

当k＝0时有即完全不考虑能量源总输出功率pdc的影响，此时主能量源期望功率一直为主能量源最优功率pdc1opt，但辅助能量源将承担较大的功率波动；而当k＝1时将尽量完全跟随pdc，此时辅助能量源承担的功率波动较小，但主能量源功率波动较大，高效率区内工作点比例会有所减小。

一阶惯性环节时间常数t决定对δpdc1的响应速度，应按主能量源功率响应延迟情况合理制定。

2)双逆变器电压矢量分配

双逆变器电压矢量分配在电压矢量分配模块16中进行，作用是将期望电压矢量分配给主能量源逆变器4和辅助能量源逆变器5两个逆变器，在尽量满足主能量源功率跟随要求的同时尽可能降低主能量源逆变器4的器件开关频率，以降低逆变器损耗。双逆变器电压矢量分配每控制周期执行一次，如图3所示，具体步骤如下：

(1)读取总期望电压矢量在定子dq坐标系下的d、q轴分量主能量源期望功率以及电机定子电流矢量在定子dq坐标系下的d、q轴分量id、iq，主能量源电压信号udc1和辅助能量源电压信号udc2；

(2)进行低开关频率方式电压矢量分配，得到低开关频率方式主能量源逆变器期望电压矢量在定子dq坐标系下的d、q轴分量以及低开关频率方式主能量源期望功率偏差dpdc1_lowfre和低开关频率方式有效标志位flowfre；

(3)进行功率精确跟随方式电压矢量分配，得到功率精确跟随方式主能量源逆变器期望电压矢量在定子dq坐标系下的d、q轴分量以及功率精确跟随方式主能量源期望功率偏差dpdc1_accfow和功率精确跟随方式有效标志位faccfow；

(4)进行电压直线分配方式电压矢量分配，得到电压直线分配方式主能量源逆变器期望电压矢量在定子dq坐标系下的d、q轴分量

(5)进行电压矢量分配方式选择，即在低开关频率方式、功率精确跟随方式和电压直线分配方式中选择一种电压矢量分配方式，得到主能量源逆变器期望电压矢量在定子dq坐标系下的d、q轴分量

(6)根据公式计算辅助能量源逆变器期望电压矢量在定子dq坐标系下的d、q轴分量并输出与

其中，低开关频率方式、功率精确跟随方式与电压直线分配方式是3种电压矢量分配方式。如图4所示，在定子dq坐标系下，o1r为电机定子电流矢量o1o2为总期望电压矢量如果以o1作为主能量源逆变器期望电压矢量的起点，以o2作为辅助能量源逆变器期望电压矢量的起点，则六边形a1b1c1d1e1f1为的最大调制范围，六边形a2b2c2d2e2f2为的最大调制范围；电压矢量分配满足则两个六边形重合的部分为电压矢量分配的可行域，即与的顶点允许在此区域中重合。

低开关频率方式的主能量源逆变器期望电压矢量只采用零矢量或六边形a1b1c1d1e1f1顶点所代表的基本电压矢量，可显著降低主能量源逆变器的器件开关频率，最终采用的为可行域内令主能量源输出功率最接近主能量源期望功率的备选电压矢量，该方式的电压矢量分配结果由图中和所示。

功率精确跟随方式的主能量源逆变器期望电压矢量按电机定子电流矢量的方向给出，幅值按主能量源期望功率精确计算，因此只要不发生饱和，主能量源输出功率就可精确跟随该方式的电压矢量分配结果由图中和所示。

电压直线分配方式的主能量源逆变器期望电压矢量直接按总期望电压矢量的方向给出，因此和沿直线分配，该方式完全不考虑主能量源输出功率对的跟随需求，但最容易出现在电压矢量分配的可行域内，该方式的电压矢量分配结果由图中和所示。

如图5所示，上述低开关频率方式电压矢量分配的算法具体包含以下步骤：

步骤a1、定义4×7矩阵mus1，该矩阵每列代表一个主能量源逆变器备选电压矢量，包括1个零矢量和6个基本电压矢量；

步骤a2、对矩阵mus1第1、2行赋值，令mus1每列第1行为对应备选电压矢量在定子dq坐标系下的d轴分量，每列第2行为对应备选电压矢量在定子dq坐标系下的d轴分量，即

其中，“mus1(n,:)”表示矩阵mus1的第n行行矢量，“°”为哈达玛乘积符号，表示两个矩阵或向量对应位置元素相乘，下同；

步骤a3、对矩阵mus1第3行赋值，令mus1每列第3行为在对应备选电压矢量下主能量源的输出功率，即mus1(3,:)＝mus1([1,2],:)^t×[id,iq]^t；

步骤a4、对矩阵mus1第4行赋值，令mus1每列第4行为在对应备选电压矢量下主能量源的输出功率与主能量源期望功率差值的绝对值，即

步骤a5、对mus1第4行即mus1(4,:)进行排序，获得mus1(4,:)升序排序的列号序列ord；

步骤a6、令i＝1；i是循环标志位，表示当前尝试的备选电压矢量排序序号；

步骤a7、将本次循环的备选电压矢量分配给主能量源逆变器4，即令

步骤a8、计算本次循环辅助能量源逆变器5所分配的期望电压矢量在定子dq坐标系下的d、q轴分量，即令

步骤a9、计算本次循环的低开关频率方式主能量源期望功率偏差dpdc1_lowfre，即dpdc1_lowfre＝mus1(4,ord(i))；

步骤a10、执行相邻基本电压矢量比例算法s，输入分别为udc2，得到本次循环辅助能量源相邻基本电压矢量比例参数a2、b2；

步骤a11、判断本次循环辅助能量源逆变器5所分配的期望电压矢量是否超出调制范围：若a2+b2>1，说明辅助能量源逆变器所分配的期望电压矢量超出调制范围，执行步骤a12；否则执行步骤a13；

步骤a12、本次循环辅助能量源逆变器5所分配的期望电压矢量超出调制范围，主能量源逆变器4备选电压矢量不能采用；低开关频率方式有效标志位置0，即令flowfre＝0；执行下一次循环，即令i＝i+1，转步骤a7；

步骤a13、本次循环辅助能量源逆变器5所分配的期望电压矢量未超出调制范围，主能量源逆变器4的备选电压矢量可以采用；低开关频率方式有效标志位置1，即令flowfre＝1，退出循环；

步骤a14、输出低开关频率方式主能量源逆变器期望电压矢量在定子dq坐标系下的d、q轴分量以及低开关频率方式主能量源期望功率偏差dpdc1_lowfre和低开关频率方式有效标志位flowfre。

如图6所示，上述功率精确跟随方式电压矢量分配的算法具体包含以下步骤：

步骤b1、计算电机定子电流矢量幅值is_amp，即

步骤b2、按主能量源期望功率计算主能量源期望电压矢量幅值即

步骤b3、以为幅值，按电机定子电流矢量方向给出功率精确跟随方式主能量源逆变器期望电压矢量，即

步骤b4、执行相邻基本电压矢量比例算法s，输入分别为udc1，得到主能量源相邻基本电压矢量比例参数a1、b1；

步骤b5、判断当前给定的主能量源逆变器4期望电压矢量是否超出调制范围：若a1+b1>1，说明当前给定的主能量源逆变器期望电压矢量超出调制范围，执行步骤b6～b7；否则跳过步骤b6～b7，执行步骤b8；

步骤b6、计算主能量源逆变器期望电压矢量的方向上令主能量源逆变器期望电压矢量恰好饱和的主能量源期望电压矢量幅值，即令

主能量源相邻基本电压矢量比例参数

则修正后的主能量源期望电压矢量幅值

步骤b7、以为幅值，按电机定子电流矢量方向给出功率精确跟随方式主能量源逆变器期望电压矢量，即

步骤b8、计算辅助能量源逆变器5所分配的期望电压矢量在定子dq坐标系下的d、q轴分量，即令

步骤b9、计算功率精确跟随方式主能量源期望功率偏差dpdc1_accfow，即

步骤b10、执行相邻基本电压矢量比例算法s，输入分别为udc2，得到辅助能量源相邻基本电压矢量比例参数a2、b2；

步骤b11、判断辅助能量源逆变器5所分配的期望电压矢量是否超出调制范围：若a2+b2>1，说明辅助能量源逆变器5所分配的期望电压矢量超出调制范围，执行步骤b12；否则执行步骤b13；

步骤b12、辅助能量源逆变器5所分配的期望电压矢量超出调制范围，该工况下功率精确跟随方式不可采用；功率精确跟随方式有效标志位置0，即令faccfow＝0；

步骤b13、辅助能量源逆变器5所分配的期望电压矢量未超出调制范围，该工况下功率精确跟随方式可以采用；功率精确跟随方式有效标志位置1，即令faccfow＝1；

步骤b14、输出功率精确跟随方式主能量源逆变器期望电压矢量在定子dq坐标系下的d、q轴分量以及功率精确跟随方式主能量源期望功率偏差dpdc1_accfow和功率精确跟随方式有效标志位faccfow。

如图7所示，上述电压直线分配方式电压矢量分配的算法具体包含以下步骤：

步骤c1、直接按照总期望电压矢量给定主能量源逆变器期望电压矢量，即

步骤c2、执行相邻基本电压矢量比例算法s，输入分别为udc1，得到主能量源相邻基本电压矢量比例参数a1、b1；

步骤c3、判断当前给定的主能量源逆变器4期望电压矢量是否超出调制范围：若a1+b1>1，说明当前给定的主能量源逆变器4期望电压矢量超出调制范围，执行步骤c4～c6；否则跳过步骤c4～c6，执行步骤c7；

步骤c4、计算主能量源逆变器期望电压矢量的方向上令主能量源逆变器期望电压矢量恰好饱和的主能量源期望电压矢量幅值，即令

主能量源相邻基本电压矢量比例参数

则修正后的主能量源期望电压矢量幅值

步骤c5、计算总期望电压矢量幅值即

步骤c6、以为幅值，按总期望电压矢量方向给出直线分配方式主能量源逆变器期望电压矢量，即

步骤c7、输出电压直线分配方式主能量源逆变器期望电压矢量在定子dq坐标系下的d、q轴分量

低开关频率方式、功率精确跟随方式与电压直线分配方式这三种电压矢量分配方式可以实现不同的功率分配效果，通过合理选择与灵活切换电压矢量分配方式能够令主能量源功率良好跟随期望工率的同时，尽可能降低逆变器的器件开关频率，以降低逆变器损耗，提高系统效率。

如图8所示，三种电压矢量分配方式选择的算法包括以下步骤：

步骤d1、判断低开关频率方式有效标志位flowfre是否为1；如果flowfre＝1，执行步骤d2；否则执行步骤d5；

步骤d2、判断以下条件是否满足：

1、faccfow＝0，

2、dpdc1_lowfre≤dpdc1_max，

3、dpdc1_lowfre≤dpdc1_accfow；

以上3个条件只要满足任意一个，执行步骤d3；若3个条件均不满足，则执行步骤d4；

步骤d3、采用低开关频率方式电压矢量分配，即令主能量源逆变器期望电压矢量在定子dq坐标系下的d、q轴分量

步骤d4、采用功率精确跟随方式电压矢量分配，即令主能量源逆变器期望电压矢量在定子dq坐标系下的d、q轴分量

步骤d5、判断功率精确跟随方式有效标志位faccfow是否为1；如果faccfow＝1，执行步骤d6；否则执行步骤d7；

步骤d6、采用功率精确跟随方式电压矢量分配，即令主能量源逆变器期望电压矢量在定子dq坐标系下的d、q轴分量

步骤d7、采用电压直线分配方式电压矢量分配，即令主能量源逆变器期望电压矢量在定子dq坐标系下的d、q轴分量

其中，dpdc1_max为主能量源期望功率最大偏差，是预设的定值；dpdc1_max越大，表示对主能量源输出功率的跟随要求越低，采用低开关频率方式电压矢量分配所占比重越大。

在低开关频率方式、功率精确跟随方式与电压直线分配方式这三种电压矢量分配方式中，相邻基本电压矢量比例算法s的作用是根据提供的单侧逆变器期望电压矢量和对应母线电压计算出空间矢量脉宽调制所需的相邻基本电压矢量占比，如图9所示，具体包含以下步骤：

步骤s1、读取单侧逆变器期望电压矢量在定子dq坐标系下的d、q轴分量以及对应母线电压udcs；

步骤s2、计算投影参数j、k、l；

即令

步骤s3、分别得到j、k、l的正负标志位sign(j)、sign(k)、sign(l)；

sign函数的运算规则为：若x>0，sign(x)＝1；否则，sign(x)＝0；

步骤s4、计算扇区号n；即令n＝sign(j)+2sign(k)+4sign(l)；

步骤s5、计算比例参数x、y、z；

即令

步骤s6、按n的取值情况计算并输出相邻基本电压矢量比例参数as、bs：

若n＝0，令as＝0，bs＝0；

若n＝1，令as＝z，bs＝y；

若n＝2，令as＝y，bs＝-x；

若n＝3，令as＝-z，bs＝x；

若n＝4，令as＝-x，bs＝z；

若n＝5，令as＝x，bs＝-y；

若n＝6，令as＝-y，bs＝-z。

以下，对本实施方案进行测试，使用matlab/simulink平台对本实施方案进行了仿真，转速环采用比例积分控制，所采用的控制参数及开放式绕组电机电路参数如表1所示。

表1

本次仿真使系统运行0.9s，电机期望转速在0～0.3s匀速上升至6000r/min，并保持该值到0.6s，然后在0.6～0.9s匀速下降至0；负载转矩在0.05s时从0阶跃至60nm，并保持该值到仿真结束。主能量源最优功率pdc1opt被设定为20kw不变。

图10至图13为本实施方式的控制效果波形图。如图10所示，电机实际转速可以良好跟随期望转速，仅在0.05s加载负载转矩时有轻微抖动。

如图11所示，在双逆变器空间矢量脉宽调制加持下，电机电磁转矩控制精准，转矩纹波被控制在3nm以内。

图12中的主能量源期望功率曲线反映了主能量源期望功率控制算法的效果，可以看出，主能量源期望功率变化平滑，没有频繁波动的情况，在满足当前工况需求的情况下尽量接近主能量源最优功率pdc1opt；主能量源实际功率曲线反映了双逆变器电压矢量分配算法的效果，可以看出，除0～0.05s和0.86～0.9s电机转矩极低和转速极低的工况，在其他绝大部分工况下主能量源实际功率都能良好跟随主能量源期望功率，功率跟随偏差在5kw以内；电机转矩极低和转速极低的工况由于定子电流矢量幅值过低，无法满足功率分配的需求。

如图13所示，由于主能量源逆变器4在工况允许的情况下尽可能采用了零矢量、基本电压矢量和饱和电压矢量，其逆变器器件总开关频率显著低于正常调制的辅助能量源逆变器5，尤其是在转速稳定时主能量源逆变器4器件总开关频率仅为辅助能量源逆变器的10％，这使得双逆变器的逆变器器件总开关频率之和显著下降，降低了逆变器器件的开关损耗，提高了系统效率。

本实施例的仿真结果说明，本发明所提的双能量源开绕组电机驱动系统功率分配方法在保证整车动力性需求的同时，尽可能使主能量源工作在高效率区并且减缓功率波动，并降低了逆变器的器件开关损耗，提高了系统效率。

本发明提供的车用双能量源开绕组电机驱动系统，可应用于以内燃机增程器或燃料电池为主能量源，蓄电池为辅助能量源的双能量源电动汽车中。通过对主能量源期望功率的制定以及对双逆变器电压矢量的分配，实现双能量源功率的合理分配，在工况允许的情况下尽量使主能量源工作在高效率区间，同时降低逆变器的器件开关频率，以降低逆变器损耗。