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摘要：电动汽车由来已久，在刚刚诞生的时期，人们并未真正的重视电动汽车。伴随着全世界的机动车保有量的不断增加，传统汽车的排放出的有害物质给人类环境带来非常严重的污染，同时石油化工能源的储量也正在减少。根据当前的石油年消耗量，石油缺口问题将在未来出现。我国现代工业发展时间短，人口比较多，人均石油储量比较小，环境污染严重。因为能源危机，加上我国经济升级需要，促使电动汽车开始进入到我们平常人的视线当中。同时永磁同步电机（简写为 PMSM） 驱动控制对电动汽车的安全、舒适等功能有重要的影响。所以，文中将重点对PMSM的控制方式进行了介绍。
关键词：电动汽车；永磁同步驱动；电机控制；方法
电力驱动技术是制约电动汽车发展的关键技术之一。目前，正在应用和开发的电动汽车车用电机主要有无刷直流电机、感应电机、开关磁阻电机和永磁同步电机。永磁同步电机主要为稀土永磁材料，组成结构简单、效率高、力矩惯量比高，控制性能优良，因此在车企里受到广泛的青睐。由于各种电力电子技术及控制理论的深入研究，永磁同步电机( PMSM) 数字化的实现被国内外的学者广泛关注，这为电动汽车用永磁同步电机实现高级算法的控制提供了基础。由于永磁同步电机为非线性系统，其变量多且耦合性强，因此传统的控制算法往往不能有很好的控制效果。经过多年来国内外学者的大量研究，对永磁同步电机在控制算法上提出了很多创新的理论。
1 汽车驱动电机及特点
1.1直流电机
直流电机起步、加速牵引力比较大，控制起来非常简单，研发电动汽车的早期获得了普遍的使用。因为当中存在电刷以及换向器，约束了电机过分承载能力以及最大的转速，无法满足当前汽车高速发展的需要。另外，电刷以及换向器之间的摩擦面跟随工作时间的增加导致磨损，两者可能出现电火花烧蚀问题，所以需要经常的保养维修，限制了直流电机在电动汽车上的使用效果。当前除去部分小型工程车辆和老式的工程车辆之外，电动汽车和工程车辆一般都不利用直流电机驱动。
1.2交流异步电机
和直流电机比较，交流异步电机具备着高效率、大功率，适用在运转高速当中，可靠性高、方便维修、价格低。和开关磁阻电机比较，存在驱动器控制繁杂，价格高、电机参数变化对控制性能影响大等缺陷。和永磁电机比较，效率和功率密度都不高等缺陷。现在电动车辆大多数利用交流异步电机，可是随着现代控制技术的不停进步，使用在电动汽车的交流异步电机肯定会被性能更加优越的电机所取代。
1.3开关磁阻电机
这个电机是一种新型电机，简单结构，电机转子无集电环、绕组和永久磁铁，转速范围广、起动转矩大、高可靠性，使用在高速运行，方便维修、成本不高，同样使用在恶劣环境当中，适合电传动工程车辆的轮边电机。
1.4永磁同步电机
这个电机体积小、无励磁损耗、高功率密度、小转矩脉动、平滑运行、动态响应速度快、低噪声、运行可靠性高、维护成本低的特征，尤其适用于电动乘用汽车驱动电机，同时将高性能电动汽车驱动控制的标准满足。同时永磁同步电机受到永磁材料工艺的约束影响，功率范围比较弱，最大功率普遍是几十千瓦。此外，永磁材料保证在高温、振动、过流的条件中，出现磁性衰退、将永磁电机性能降低，不合适用于大功率电传动的工程车辆轮边电机。
2 电动汽车永磁同步驱动电机控制方法
2.1 矢量控制中的PWM控制模式
2.1.1滞环电流跟踪型PWM
如果通过硬件优化提高开关频率上限，需要增加控制器的成本。滞环电流跟踪型PWM的关键是跟踪电流的纹波峰峰值和IGBT的开关频率的折中协调。现有的滞环电流跟踪型PWM己经能通过自适应法、固定频率法等，限制逆变器的开关频率，但转矩脉动较大仍是该方法的一个局限。
2.1.2斜坡比较电流跟踪型PWM
该方法中，可以通过对误差信号加入P调节或者PI调节，以产生较大增益，消除稳态误差。同时，较大的载波频率，可以使输出信号仅含高次谐波。该方法能确定开关频率，器件的选用更加方便，也能保证开关器件的正常使用，另外，通过共用三角载波的方式，可以使三相电流的跟踪只需要产生一路载波信号。
其中 Udref，Uqref为直、交轴控制电压，UDC为直流母线电压幅值。
当 M 超过预设门限值 Mth时，PI 反馈控制器能自动调节 d 轴弱磁电流指令值，使得电流矢量向 d负轴旋转使它保持在电压极限圆内运行，随着电流矢量逐渐偏离电压极限圆边界，M 会降低从而建立弱磁区域一个新的稳定运行点。在理论上，PWM的最大线性调制度为 1，然而由于死区时间和其他测量误差( 如转子位置) 的影响会小于 1，因此 Mth应为小于 1 的值。但 Mth设定值小会导致弱磁电流增加，使得逆变器更易于偏离饱和，同时也会导致IPMSM 铜耗的增加，因此 Mth的设定需从降低损耗和控制器鲁棒性两方面考虑，根据速度进行有效调整，根据速度的变化，通过线性插值的方法求取该转速下对应的 Mth。
2.3遗传算法
遗传算法( Genetic Algorithm) 是通过借鉴进化生物学中的一些现象用来解决最佳化的搜索算法。传统的鲁棒控制算法往往通过设计者的经验来对加权函数进行取值，这样需要通过多次的试凑，而且很难找到最优解。加权函数的优劣又对电动汽车 PMSM 系统的控制起了决定性作用。因此本章将遗传算法加入到控制器中对加权函数进行优化。由于适应度函数是加权函数选取的关键，加函数需要确定 7 个参数。与其他算法相比，遗传算法从问题间的串集开始寻优，而非从单个解开始，这样就避免了陷入局部最优解。与此同时，由于该算法是具有指导性寻优，可以避免随着维数增加而引起计算量呈指数形式增加造成的维数灾难问题。
综上可见，虽然目前尚无非常成熟的永磁同步驱动汽车产品应用，但永磁同步驱动作为新的先进驱动方式，是当前国内外电动汽车研究的重点、热点技术之一。科研人员正在针对永磁同步电机驱动存在的不足进行多方面的改进、研发，包括高转矩永磁同步电机的开发、智能化底盘的集成与控制、非簧质量对汽车性能的影响等关键技术，会逐步解决永磁同步驱动存在的各种缺陷与不足，充分发挥永磁同步驱动的优点，因此永磁同步驱动方式将以其他驱动方式无法比拟的优势成为电动汽车的最终驱动方式。
参考文献
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论文作者:罗承旺
论文发表刊物:《电力设备》2017年第12期
论文发表时间:2017/8/25
标签：永磁论文; 电机论文; 电动汽车论文; 算法论文; 同步电机论文; 直流电机论文; 电流论文; 《电力设备》2017年第12期论文;