纯电动汽车电机驱动系统的电流控制方法

在纯电动汽车电机驱动系统中，输出电流不仅与输入电压有关，而且与系统负载有关，因此，采用闭环PWM方法是非常有必要的。电流PWM方法采用闭环控制算法，根据传感器中电流的反馈信息，对逆变器进行PWM控制。在使用电流PWM方法时，需要将传感器测量的三相电流与系统外环控制器产生的3个参考电流信号进行比较。根据测量信号和参考信号之间的误差，PWM算法输出相应的选通信号。基于电流控的PWM方法也有很多，其中既有比较简单的，也有非常复杂的。

这些方法包括滞环电流控制法、斜坡交截控制法以及预测电流控制法等。预测电流控制法是比较复杂的，它根据负载来进行电流预测。下面将简要介绍两种相对简单的电流控制方法，滞环电流控制法和斜坡交截控制法。

滞环电流控制法

在滞环电流控制法中，测量电流和参考电流之间的误差与滞环带进行比较，滞环带如图8-32a所示。如果电流误差在滞环带内，则PWM输出保持不变。如果电流误差超出了滞环带，PWM会输出一个反向的作用，以di/dt的梯度变化。从数学的角度来讲，PWM的输出可以表示为

如果PWM输出信号为“0”，指的是断开控制相的电压源，使电流衰减；如果PWM输出信号为“1”，指的是闭合控制相的电压源，使电流变大。电压会强制电流这样变化，使其保持在滞环内。

这种控制方法的优点是电流误差始终保持在一定的带宽内，这个带宽也是用户事先知道的。在滞环电流控制方法中，开关频率是不知道的，这样就会使得设计滤波器变得比较困难。对开关频率应该仔细进行监测，以免超出逆变器的极限。在实际使用时，通常会设定开关频率的上限，以免超出逆变器开关频率的大极限。滞环的带宽通常是根据功率器件的开关频率来设计的。如果滞环带宽选得非常窄，那么开关频率就需要非常高，同时不能超出功率器件的大开关频率。另一方面，如果带宽比较宽的话，电流误差将会非常大。

滞环电流控制法可以应用于三相PWM逆变器，每一相都有一个PWM控制器。如果实际电流比参考电流高出滞环带宽的一半，桥式逆变器的低压端将会闭合，以减小相电流。三相滞环控制也有一个难点，根据滞环控制，对各相开关状态的要求可能会有冲突。当考虑三相系统滞环控制与各相独立的滞环控制之间的相互关系时，难度就更大了。这个难点造成的结果是电流可能无法保持在滞环带宽内。

例如，有一个指令需要a相电流增加，需要使用b相或者c相的低压端作为回路，而如果恰在此时b相或者c相的高压端正在闭合，这样a相电流就无法跟随指令使电流增加。在这种情况下，a相电流的误差就有可能超出滞环的带宽。使用dq变换理论，可以首先将三相电流变换为两相dq电流，然后在dq参考系中使用滞环电流控制。

斜坡交截控制法

控制定子电流还有另外一种方法，这种方法的控制器基于固定频率的斜坡信号，而且斜坡信号决定了开关频率。电流误差首先传给一个线性控制器，典型的线性控制器为比例积分( PI)型。线性控制器的输出结果与一个高频锯齿形三角波信号相比较，然后输出PWM开关信号。如果误差信号比三角波信号高，PWM输出信号为“1”，否则输出信号为“0”，控制过程如图b所示。为了减小电流误差，定子电压是不断变化的。在三相系统中使用3个同样的控制器。

斜坡交截控制法开关频率固定，其频率由锯齿波的频率决定，这样就可以很容易确保不会超过逆变器的开关频率。在斜坡交截控制法中可以调整很多参数，因此与滞环电流控制法相比，其具有更大的灵活性。斜坡交截控制法的控制参数包括线性控制器的增益以及锯齿波的频率和幅值，而滞环电流控制法的控制参数只有滞环的带宽。这两种控制方法的功能差异如图所示。

滞环和斜坡交截控制技术

斜坡交截控制法主要的缺点是由于传输延迟使得响应时间变长。这种情况可以通过两种方法来加以改善，一种方法为用一个高增益的比例控制器替换PI控制器；另一种方法为提高锯齿波信号的开关频率。