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电动汽车驱动充电一体化控制策略研究

更新时间:2016-07-05

0 引言

随着能源危机和环境污染的加剧,由节能环保电动汽车替代传统燃油汽车是未来社会和经济发展的必然趋势[1]。然而,电动汽车采用车载动力电池作为能量来源,意味着传统汽车的燃油发动机系统将被电驱动系统所替代,且需要通过充电机给动力电池进行充电[2-6]。实际上,电动汽车电机驱动器和充电机主电路可以采用同一种拓扑和控制策略实现[7],但目前的驱动器和充电机仍是相互独立的2个部分,这就导致两者占用了较大的车内空间,且增加了车辆的重量。

目前关于电动汽车驱动充电一体化的研究主要集中在主功率拓扑的改进方面,从理论上说,只要能够实现能量双向流动的交直流变换(AC/DC)变流器都可以作为驱动充电一体化的主功率拓扑[8]。常见的拓扑包括三相桥式拓扑、桥式组合拓扑和改变电机结构的混合拓扑等[9-12]

虽然针对电动汽车驱动器和充电机的一体化技术已有较多的研究,但其仍存在一定的问题。对于改变电机结构的混合拓扑,虽然能够巧妙利用电机绕组减小滤波器体积,但需要对电机进行专门设计,通用性较弱。对于三相桥式拓扑和桥式组合拓扑,针对变流器作为电机驱动器和充电机的工作模式,目前大多仍采用2套独立的控制策略,虽然主功率电路的复用能够减小系统体积和重量,但对应的控制系统仍然较为复杂[13]

针对上述问题,采用桥式拓扑作为变流器主功率电路,不需要改变电机本身的结构,可扩展性强,既可以工作在逆变状态,也可以工作在整流状态[14-16],分别对应了变流器作为电机驱动器和充电机的工作模式,能够节省体积和成本[17]。在此基础上,采用矢量控制策略,该方法能够实现对交流信号的无静差跟踪,控制精度高[18-20],探讨2种工作模式下矢量控制策略下的统一性,从而简化控制系统。

文中采用三相桥式拓扑实现驱动和充电时能量的双向流动,介绍了复用型主功率拓扑的工作原理,将统一矢量控制应用于电动汽车驱动充电一体化控制,提出工作状态的切换逻辑。最后通过搭建基于MATLAB/Simulink的驱动充电一体化系统仿真模型对理论分析进行验证。

1 复用型主功率电路工作原理

图1给出了复用型AC/DC变流器拓扑,为三相桥式结构,通过开关继电器控制驱动和充电2种模式的切换。当变流器作为电机驱动器工作时,其工作在逆变状态,交流侧与电机相连;当作为充电机工作时,其工作在整流状态,交流侧与滤波器和电网相连。无论是作为电机驱动器还是充电机进行工作,变流器直流侧始终与车载动力电池相连接。由于复用拓扑中增加了滤波器,因此采用该拓扑时,应考虑将滤波器安装在车外的交流充电桩内,避免占用车辆空间,增加重量。

图1 复用型AC/DC变流器拓扑 Fig. 1 Topology of the multiplexed AC/DC converter

图2给出了永磁同步电机(permanent magnet synchronous motor,PMSM)的等效电路。RuRvRw为定子相电阻; LuLvLw为绕组电感; euevew为三相电势。变流器能够实现能量的双向流动,说明了三相桥式拓扑应用于电动汽车驱动一体化系统的可行性。对比图1中的电网端电路,eaebec为电网电压,当采用电感滤波器时,每相滤波器均可看作电感和等效线路阻抗的串联,变流器交流侧所接的PMSM或电网具有类似的结构,都可以看作电阻、电感和交流电源的串联,两者的区别在于电阻和电感值不同,交流电源的幅值和频率不同。

图2 PMSM等效电路 Fig. 2 Equivalent circuit of PMSM

2 统一矢量控制策略

2.1 变流器模型的建立

根据基尔霍夫电压方程,可得到变流器电压电流关系为:

建筑结构设计是建筑结构设计人员对所要施工项目的完整、具体的意图表达,是控制建筑造价成本的重要手段。对建筑造价成本的控制贯穿于工程项目决策、设计以及实际施工全过程,结构设计优化能够保证整个建筑设计施工过程的经济性与安全性,从而达到控制工程造价的目的。根据相关资料表明,建筑结构设计对造价成本的影响力,约占40~70%,因此,做好建筑结构设计工作对控制造价成本有着重要作用[2]。

(1)

ZHAO Jianfei, XUE Yang, LIU Jianbo. Research on the integration of charger and driver for electric vehicle [J]. Electronic Devices, 2016 ,39(5): 1215-1219.

(2)

式中:y表示变流器的工作模式,当y=0时,变流器作为电机驱动器工作;当y=1时,变流器作为充电机工作。当变流器交流侧与电网连接时,ed1eq1由电网本身状态所决定,与id1iq1无关,而当变流器交流侧与PMSM连接时,ed0eq0受到id0iq0的影响,两者的对应关系为:

(3)

2.2 矢量控制策略及参数设计

图3给出了矢量控制策略流程,根据图2,变流器交流侧可以统一为电阻、电感和交流电源串联的形式,可以看出,2种工作模式下可以采用完全相同的控制流程。图中3(a)中PLL为锁相环,其输出的交流相位角参与坐标变换,对于电机驱动器,交流相位角由电机位置传感器得到,对于充电机,交流相位角由电网电压传感器得到。根据上文的分析可以得出结论,变流器2种工作模式下的电路结构和控制策略均相同,但在参数上存在以下区别:

[2] 韩华春, 丁 昊, 黄 地, 等. 面向主动配电网的电动汽车充放电功率控制技术[J]. 电力工程技术, 2017,36(4): 5.

胡庆生在 1923 年 5 月 18 省教育会所作《公共图书室之需要》的演讲中讲到: “凡私人捐建之图书馆在欧美甚多,如美国钢铁大王康内基能以独立创建大规模之图书馆,鄙人亦甚愿我国之有康内基其人也”。3 胡庆生.公共图书室之需要[J].浙江公立图书馆年报,1922(8) : 50.

(2) 参与坐标变换的相位角生成方式不同,需要采用不同的传感器。

图3 矢量控制策略流程 Fig. 3 Diagram of vector control

对控制参数进行设计,需要建立电流环闭环传递函数,对于第一点区别,参数的差异仅会影响2种模式控制策略的传函系数,不会影响传递函数的结构;而对于第2种差异,由于传递函数在dq坐标系下获得,相位角生成方式对传递函数没有影响。由此可得到2种模式下控制策略的电流环结构框图,如图4所示。

图4 电流环结构框图 Fig. 4 Structure diagram of the current loop

图中GPIy(s)为电流环误差调节器的传递函数,即:

(4)

式中:KpyKiy分别为电流环误差调节器的比例和积分系数;KPWM为PWM调制环节传递系数,当电流反馈采样系数为1时,KPWM=1。GPCS(s)为变流器的传递函数,相当于一个比例延时环节,其表达式为:

在语言习得领域,多模态理论和POA理论有着很大的适切性。在教学驱动环节,多模态理论能够很好地激发学生的兴趣,但是从两者的适切性角度探讨英语教学的研究鲜有涉及。更从未见在多模态环境下,以POA教学法展开的关于高校非英语专业大学生英语听说课的相关研究。

(5)

式中:Ts为采样周期。当采用同一套控制系统时,2种模式下的GPCS(s)和KPWM相同。由此可以得到电流环闭环传递函数表达式为:

(6)

化简得:

30例参照组患者接受擦全身麻醉处理,具体方法为:实施麻醉前0.5h接受肌注0.5mg阿托品,同时监测患者生命体征,之后将上肢静脉通路开放,予以患者10ml/min乳酸林格液,静脉滴注,之后静脉滴注8mg维库溴胺、0.3mg/kg依托咪酯、5μg/kg芬太尼、0.04mg/kg咪达唑仑,滴注完成3min后对患者予以气管插管,连接麻醉呼吸机行机械通气。

(7)

可以看出,式中三阶系数远小于二阶系数,因此系统能够近似看作二阶系统,可以按照典型二阶系统进行电流环误差调节器的参数设计。

老砍头四周各多了一件小“玩具”:一头白虎、一只螃蟹、一只喜鹊、一个红裙少女。射出飞针的,是老砍头身后的喜鹊。

对比2种工作模式下的电路参数,电机绕组电感和定子等效电阻均大于充电机滤波电感和等效电阻,即L1<L0R1<R0

为分析驱动与充电时电流的控制效果和动态响应特性,在相同的开关频率和控制参数下,忽略等效电阻的影响,做出不同电感值对应的电流环响应曲线(Ki/Kp=1000),如图5所示。可以看出,若共用一套控制参数,电机驱动工作模式下系统响应时间和超调量较大。

图5 电流环响应曲线 Fig. 5 Response curve of the current loop

3 仿真验证

根据上述分析,搭建了基于MATLAB/Simulink的驱动充电一体化系统仿真模型,当采用同一套控制参数时,PMSM和充电机的三相启动电流波形如图6所示,此时Kp=2,Ki=2000。可以看出,电机驱动工作模式下系统响应时间相对充电模式下较大,而充电模式在启动时会有较大的冲击,是变流器固有特性导致的。

在白头叶猴的社会中,只有猴王拥有交配权,一个猴群由一个猴王和一群雌猴以及它们的幼猴组成,猴王会尽可能多地占有雌猴,繁衍自己的后代。方东升的行为,放在猴群社会中,是再正常不过的事,但人类社会文明的发展,已经不再容许。同样是灵长类动物,人类也依旧残存着许多动物性本能,对动物性本能的克制与约束,是人类所达到的文明层次对自身的要求。

图6 三相启动电流波形 Fig. 6 Three-phase starting current waveform

根据二阶系统设计方法重新设计参数,相关数据如表1所示。

表1 一体化系统相关参数 Tab. 1 Parameters of the integration system

参数数值参数数值Ts/s10-6Kp02L0/mH6.4Kp11.5L1/mH5Ki02000R0/Ω2.84Ki11800R1/Ω0.5

图7给出了矢量控制dq轴电流的变化情况,其中图7(a)所示为电流基准的变化,在0.03 s时,变流器由原本的充电模式切换为电驱动模式,即0.03 s之前之后在电驱动模式下,0.12 s时改变相当于改变转矩。

图7 dq轴电流的变化情况 Fig.7 Current change of the dq coordinate

图7(b)所示为电流基准idyiqy的变化,电流反馈能够跟随电流基准,在所设计的参数下,电动汽车驱动充电一体化控制策略能够有效实现充电和驱动的切换和控制。

(2) 由于充电和驱动2种工作模式下电路等效参数不同,因此2种工作模式下电流误差调节器的设计应采用不同的参数;

图8 电网侧电压和电流波形 Fig.8 Voltage and current of the grid side

图9给出了稳定后电机三相电流波形,为三相正弦波,能够实现电机稳定运行。

图9 PMSM三相电流波形 Fig.9 Three-phase current of the PMSM

4 结论

文中以实现电动汽车驱动充电一体化为目标,研究了驱动和充电2种工作模式下共用变流器工作原理,并给出了统一的一体化控制策略,讨论了2种工作模式下控制系统参数设计的异同点,并推导出了统一的系统闭环传递函数,从而进行控制系统参数设计,在此基础上通过仿真验证了理论分析,所得到结论如下:

底肥每亩用腐熟的细碎优质农家肥1200-1500 kg撒在地表深耕耙细施用,种肥亩用5 kg尿素(撒播10-15 kg),普钙2 kg,硼肥1 kg,拌匀施用。

(1) 电动汽车驱动充电一体化能够通过共用变流器和控制系统实现,减少了电动汽车体积和重量;

图8为电网侧电压和电流波形,在0.03 s时,变流器由电模式切换为电驱动模式,因此,在0.03 s之前,电网电流与电压同频反相,变流器工作在整流模式,在0.03 s之后,电网与一体化充电机断开。

(3) 应用驱动充电一体化控制策略的系统能够实现工作模式的灵活切换,应能够实现系统稳定可靠运行;

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(1) 2种模式下的电阻、电感和交流电源串联结构中,电阻和电感值不同,交流电源的幅值和频率不同;

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我国语文教学中有着编选字表的传统。《千字文》(1000字)、《三字经》(1248字)是古代汉语教学的重要素材。黎锦熙在1922年发表的《国语基本语词的统计研究》(《国文学会丛刊》1卷1号),是现代意义上的字频统计分析[4]。

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式中:uNO为直流侧负端与交流侧中点的电压差值;x为对应的相,当变流器作为电机驱动器工作时,x=u,v,w,当变流器作为充电机工作时,x=a,b,c;Sx为对应桥臂功率管的开关函数,当上桥臂功率管导通且下桥臂功率管关断时候,其值为1,当上桥臂功率管关断且下桥臂功率管导通时,其值为0。根据式(1)可得到变流器在dq坐标系下的数学模型为:

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6岁以下小儿有高热惊厥的可能,发作时意识丧失、全身抽搐,发作时间数分钟,超过10分钟或者发作过之后仍精神不好、神志不清,应该考虑不是单纯的热性惊厥,而是有其他因素,尤其要检查是否有颅内因素。

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(4) 为避免增加车辆体积重量,复用拓扑中的滤波器应安装在地面交流充电桩内,后续研究将进一步优化电路结构,并考虑用电机绕组电感进行滤波。

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总之,信息技术与数学学科教学的整合无疑是新时代教学的必然趋势,改变了传统的教学方式和教学手段,是未来教学的主要方法。所以教师要清楚信息技术在教学中的角色,并了解如何使用它、驾驭它,如何更好地为教学服务,切勿被“牵着鼻子走”,舍本逐末。

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由于开源语音系统的数量不断增加,越来越难以准确理解哪一种最适合给定目标应用的需求[7]。将通过实验的方法比较目前较为主流的开源大词汇量语音工具包的可用性和识别准确率。对比的开源语音识别工具包括:HDecode(v3.4.1)、Julius(v4.3)、Pocketsphinx(v0.8)、Sphinx4、Kaldi。

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东营市的长期能源结构以石油和煤炭为主,但能源利用效率偏低,由此造成了资源的浪费。因此,为实现绿色发展,应积极发展新技术,借助新旧动能转换的利好政策引进并自主研发新技术,从而搭建智能化平台,发展循环经济,降低能源使用过程中的损耗,减少能源浪费,提高能源利用效率。

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高峰,谈韵,陶远鹏,许竹发,李晓飞,郑昕昕
《电力工程技术》 2018年第02期
《电力工程技术》2018年第02期文献

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