第 27 卷 第 12 期
Vol. 27 No. 12
控 制 与 决 策
Control and Decision
2012 年 12 月
Dec. 2012
考虑铁损的电动汽车用永磁同步电机 Hamilton 镇定控制
文章编号: 1001-0920 (2012) 12-1899-04
孙 静
1,2
, 张承慧
1
, 裴文卉
1
, 崔纳新
1
, 李 珂
1
(1. 山东大学 控制科学与工程学院,济南 250061;2. 山东工商学院 信息与电子工程学院,山东 烟台 264005)
摘 要: 电动汽车用永磁同步电机 (PMSM) 工作于有限能量供电条件下, 其铁损对驱动系统的影响不容忽略. 对此,
首先推导了考虑铁损的 PMSM 完整动态数学模型, 并建立了其端口受控 Hamilton 模型; 然后利用互联和阻尼配置及
能量整形方法实现了考虑铁损的 PMSM 驱动系统的 Hamilton 镇定控制; 最后分析了阻尼参数和铁损对电机转速的
影响. 仿真结果表明, Hamilton 控制可实现系统的快速镇定; 系统可有效抑制负载扰动; 考虑铁损有助于提高电动汽
车 PMSM 驱动系统的控制性能和控制精度.
关键词: 电动汽车;Hamilton 镇定控制;永磁同步电机;铁损
中图分类号: TM341 文献标志码: A
Hamiltonian stabilizing control of permanent magnet synchronous motor
considering iron loss for electric vehicle
SUN Jing
1,2
, ZHANG Cheng-hui
1
, PEI Wen-hui
1
, CUI Na-xin
1
, LI Ke
1
(1. School of Control Science and Engineering,Shandong University,Ji’nan 250061,China;2. School of Information
and Electronic Engineering,Shandong Institute of Business and Technology,Yantai 264005,China.Correspondent:
ZHANG Cheng-hui,E-mail:zchui@sdu.edu.cn)
Abstract: Permanent magnet synchronous motor(PMSM) works under the energy-limited condition in electric vehicle,
so the iron loss impact on the drive system can’t be ignored. Therefore, the whole dynamic mathematical model and the
port-controlled Hamiltonian model of PMSM considering iron loss are established firstly. Then the Hamiltonian stabilizing
control of the PMSM drive system is realized by using the method of interconnection and damping assignment and energy-
shaping. Finally, the damping parameter impact on the convergence speed of rotating speed and the iron loss impact on
rotating speed control are analyzed. The simulation results show that the proposed Hamiltonian control scheme can perform
fast stabilizing of the drive system; the controlled drive system can effectively inhibit the load disturbance; considering the
iron loss contributes to the further improvement of control performance and control precision.
Key words: electric vehicle;Hamiltonian stabilizing control;permanent magnet synchronous motor;iron loss
1 引引引 言言言
随着电动汽车的技术进步, 整车对电驱动系统性
能的要求越来越高. 永磁同步电机 (PMSM) 具有体积
小、效率高、功率密度大等优势, 在电动汽车中得到
了广泛应用
[1-3]
. 一般情况下, 为了获得最大的功率密
度和最小的铜耗, PMSM 的极对数往往比异步电机的
极对数多. 因此, 转子速度相同时, PMSM 的工作频率
高, 铁心损耗也大, 将导致电机温度的升高, 而过高的
电机温度将使 PMSM 的永久磁铁退磁. 通常, 为了简
化 PMSM 的数学模型, 都是假设忽略铁损的存在
[4]
.
然而从某种意义上说, 该假设也是阻碍各种控制策略
的控制性能进一步提升、控制精度进一步提高的根
源, 因为忽略铁损的数学模型并不能反映电机的实际
运行状况, 以此为基础推导出来的控制策略在实际应
用中必然会体现出其局限性. 而且, 电动汽车工作于
有限能量供电条件下, 铁损的存在将减少电动汽车的
续驶历程, 因此, 在对电动汽车用 PMSM 进行建模和
控制时, 其铁损不容忽略
[5]
.
已用于 PMSM 的 矢量控制由于受 电机参数变
化、负载扰动、对象未建模和非线性动态等不确定性
收稿日期: 2011-06-09;修回日期: 2011-09-22.
基金项目: 国 家 自 然 科 学 基 金 项 目(61034007, 50977054, 51277116); 山 东 大 学 自 主 创 新 基 金 项 目(2010JC003,
2011DX007);国家973计划项目(2013CB035600).
作者简介: 孙静(1979−), 女, 讲师, 博士生, 从事电动汽车电驱动系统、Hamilton系统理论等研究; 张承慧(1963−), 男, 教
授, 博士生导师, 从事电动汽车、工程优化控制等研究.