纯电动汽车异步电机毕业设计(5)

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根据式（3-3）可以得到第k-1时刻的输出值为：

??TDTkuk?1?KP?ek?1??ej?(ek?1?ek?2)??u0 (3-6)

T1j?0T???uk?uk?uk?1T???Kp?ek?ek?1?D(ek?2ek?2)?T??TDTDTTD?Kp(1??)ek?Kp(1?2)ek?1?Kpek?2T1TTT?Aek?Bek?1?Cek?2其中，A?Kp(1?TTTTD?) ，B?Kp(1?2D) ，C?KpD 。

TTT1T (3-7)

该增量式 PID 控制算法与常规PID控制算法相比，它具有如下优点：第一，只输出控制增量，对系统的工况影响小；第二，控制切换时冲击量小；第三，中不需要累加；第四，量小。可在一定程度上克服常规PID控制缺点，提高三相异步电动机的工作效率.

3.3 增量式PID控制在三相异步电机中的改进

3.3.1积分环节的改进

在三相异步电机控制系统中，由于控制系统的硬件有约束，控制量的输出变化范围有限。若增量式 PID控制算法的输出控制量超出该范围，实际执行的控制量将不再是计算值，从而产生饱和现象。在电机的启动、刹车或大幅度增减设定值时将容易引起饱和效应。为了减少饱和效应对三相异步电机控制的影响，可以对增量式PID控制中的积分环节做适当的改进，如使用积分分离法[9]，即当被控量与给定值间的偏差超过一定范围时，去掉积分环节，从而尽可能地消除饱和作用的影响。当被控量与给定值的偏差落在给定范围内时，重新引入积分环节，又可利用积分环节消除静态误差。具体实现方法为：在积分环节中引入一个系数

?，假定一个偏差量X，?的取值如下：

??0,ek?X?????1,ek?X引入了积分分离系数的PID控制算法转化为：

(3-8)

??TDTkuk?Kp?ek???ej?(ek?ek?1)??u0 (3-9)

T1j?0T?? 16

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3.3.2微分环节改进

微分环节[10]可改善系统的动态特性，但它对干扰也特别敏感，尤其是在三相异步电机控制系统中，存在的噪声源又格外复杂。因此引入不完全微分法，在算法中加入一个惯性环节，即Gf(S)?1/(1以解决PID控制算法对噪声源等?T)fS，

干扰的敏感性，它可直接加在微分环节上，即：

U(s)?(KP?KPKpTDs?)E(s) (3-10) T1s1?Tfs1E(s) (3-11) 1?Tfs或者将惯性环节直接加在增量式PID控制器之后，即：

U(s)?(Kp?KpT1s?KpTDs)除了以上所述的不完全微分法，当然也可以在采样后使用数字滤波器对采样值进行滤波，或通过改进硬件来减小噪声对微分环节的影响。

综上所述，针对PID控制应用于纯电动车的三相异步电机控制时，电机在启动、刹车或大幅度增减设定值等情况引起的输出饱和，以及运行过程中面临的噪声干扰等问题，本章提出一种改进增量式 PID 控制算法，以消除上述问题，并将其应用于纯电动车的三相异步电机的控制。

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第四章 纯电动汽车用交流异步电机矢量控制方法及仿真

本章基于异步电机和矢量控制原理在MATLAB／Simulink 软件环境下搭建异步电机矢量控制系统仿真模型，通过调节系统各个参数，从而在较少的仿真时间内得出较满意输出波形。同时选用电动汽车用功率较大的异步电机参数进行系统仿真实验。

4.1 MATLAB2013b软件介绍

MATLAB是MATrix LABoratory的缩写，是一款由美国The MathWorks公司出品的商业数学软件。MATLAB是一种用于算法开发、数据可视化、数据分析以及数值计算的高级技术计算语言和交互式环境。除了矩阵运算、绘制函数/数据图像等常用功能外，MATLAB还可以用来创建用户界面及与调用其它语言（包括C，C++和FORTRAN）编写的程序。主要包括 MATALB和Simulink两部分。MATLAB具有以下六个特点：1.编程效率高;2.用户使用方便;3.扩充能力强;4．语句简单，内涵丰富;5．高效方便的矩阵和数组运算;6．方便的绘图功能

[11]

。

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图4-1 MATLAB应用界面图

4.2矢量控制原理和异步电机控制模型

在 Matlab2013b的Simulink环境下，利用Simulink丰富的模块库，在分析交流异步电机数学模型的基础上，建立了交流异步电机控制系统的仿真模型。系统采用转速、电流双闭环控制方案:转速环的PI调节器构成，电流环由电流滞环调节器构成[13]。给定磁链?r* 和转矩Te*经过类似于直流调速系统所用的控制器，产生励磁电流的给定信号ism* 和电枢电流的给定信号ist*，经Park变换得到iA，

**iB，iC，与交流异步电机的反馈电流信号iA，iB，iC，通过电流滞环调节器后得到了交流异步电机的输入电压uA，uB，uc，监测三相异步电动机的转速，即

*可输出交流异步电机调速所需的三项变频电流。根据模块化建模的思想，将控制系统分割为各个功能独立的子模块,其中主要包括:交流异步电机本体模块、矢量控制模块、帕克变换模块、电流滞环控制模块、速度控制模块。通过这些功能模块的有机整合，就可在、Matlab中搭建出交流异步电机控制系统的仿真模型，并实现闭环的控制算法[14]。仿真如图4-9。

4.2.1矢量控制模块

异步电机矢量控制系统仿真模型图包含了以下几个主要环节：

（1）从三相定子坐标系经过3/2变换到两相静止坐标系再经过旋转变换到两相同步旋转坐标系的变换结构图如图4-2所示。

首先，经过三相/两相变换将三相坐标系中的电流变换为两相静止坐标系下的电流，变换公式为

?i???i?????11?i??A?1????222? (4-1) ???iB3?33????0?iC?????22??然后再经过两相静止坐标到两相同步旋转坐标系的变换，得到同步旋转坐标系中电流，变换公式为

sin???i???im??cos??i????sin?cos???i? (4-2)

?????t??经过这样变换后，以产生相同的磁动势为准则，在三相坐标系下的定子交流电流最后可以等效成同步旋转坐标系下的直流电流。交流电机就等效成了直流电机[15]。

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idf(u)2/31Tetacos(u)1id2iqsin(u)f(u)iq2/32iabc 图4-2 三相定子坐标系到同步旋转坐标系的变换结构

（2）从同步旋转坐标系经过两相旋转变换到两相静止坐标系再经过2/3变换到三相定子坐标系的变换结构如图4-3所示。

首先，经过两相旋转变换将旋转坐标系中的电流变换为两相静止坐标系下的电流，变换公式为:

?i???cos??i???????sin?为:

?iA??i???B???iC???12?13????2?sin???im? （4-3） ???cos???it?然后再经过2/3变换，变换到三相定子坐标系中，形成三相电流，变换公式

0???i?? （4-4） 3??i????2??经过这样变换后，可以通过求得直流电机的控制量再经过相应的坐标反变换，来控制异步电动机，收到良好效果，变换结构如图所示.

3Tetacos(u)sin(u)iq*21id*iaf(u)K-f(u)ib--K-K-2iabc*

图4-3 同步旋转坐标系到三相定子坐标系的变换结构

（3）电流调节器采用滞环比较器，其结构图如图4-4所示。

2labo_+AddRelay1_+Add1Relay22Puses1labo_+Add2Relay3 图4-4 电流调节器结构图

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