摘要：降低永磁同步电机驱动系统的损耗对纯电动汽车的性能提升具有重大的意义。在分析传统线性损耗模型的基础上，针对永磁同步电机的运行特性，本文构建新型非线性损耗模型，实现在任意工况范围系统损耗的精确估算。基于新型非线性系统损耗模型，本文提出永磁同步电机驱动系统非线性损耗综合优化控制，通过电机损耗与驱动器损耗的最优匹配，实现系统效率的综合优化。实验结果标明，相比与传统的最大转矩电流比控制，非线性损耗综合优化控制可以有效的改善全工况范围内系统的损耗特性，提高电机驱动系统能量利用率，达到节能目的。
1、引言
作为纯电动汽车的主要动力来源，永磁同步电机驱动系统的运行效率将直接影响电动汽车在一次充电下的续航里程，进而严重影响电动汽车的应用范畴[1-2]。为了提高永磁同步电机直接驱动系统，针对电动汽车运行工况的复杂性，目前已经有多种效率优化控制策略应用在永磁同步电机驱动系统效率提升上，并取得了较好的效果。文献[3-4]根据电机的动态数学模型，提出了最大转矩电流比控制方式，通过调整电机的定子磁场使得永磁同步电机在输出转矩一定时定子电流最小，从而降低了电机损耗，具有相应速度快，容易实现的优点。文献[5-7]提出了基于永磁同步电机损耗模型的效率优化控制策略，根据电机的铜损和铁损构建电机的精确损耗模型，进而通过实时检测或者估算永磁同步电机的转速和电流信号，依据电机的损耗模型，推导出电机效率最高时的最优磁通值。文献[8]提出了基于在线搜索技术的最小输入功率的效率优化控制策略，该方法无需永磁同步电机的精确损耗数学模型，通过检测系统输入功率的方式在线搜索最优电流，实现电机驱动系统的效率优化。
最小功率控制策略虽然具有对参数变化反应迟钝和适应性强的优点，但其寻优时间过长，难以满足纯电动汽车应用复杂工况的应用需要，节能效果并不能令人满足。而传统的基于损耗模型的永磁同步电机效率优化控制由于难以构建精确的驱动器损耗模型，只能对电机损耗进行效率优化控制，从而不能获得最佳的系统效率优化控制性能。因此，为了满足复杂工况下的永磁同步电机直接驱动系统高效率驱动控制的需要，本文针对纯电动汽车复杂的运行工况，提出了基于非线性系统损耗模型的永磁同步电机直接驱动系统的非线性损耗综合优化控制。通过非线性多项式对功率元件的非线性导通特性和开关特性进行精确拟合，实现对不同工况下驱动器损耗的准确估算。在此基础上，通过分析永磁同步电机的铜损与铁损特性，构建全工况范围内的永磁同步电机直接驱动系统的系统非线性损耗模型。基于系统损耗模型，利用最优化理论研究电机定子电流与系统最优损耗间的关系，通过非线性损耗综合优化控制实现电机损耗和驱动器损耗的最优化分配，有效的改善了全工况范围永磁同步电机直接驱动系统的损耗特性。在设计的永磁同步电机实验平台上对提出的损耗综合优化控制进行验证，实验结果标明，相比于传统的最大转矩电流比控制，非线性损耗综合优化控制可以有效的改善全工况范围内的永磁同步电机直接驱动系统的效率特性和能量利用率，从而达到提高纯电动汽车续航里程的目的。
2、永磁同步电机直接驱动系统损耗模型
为了实现对永磁同步电机直接驱动系统的非线性损耗最优化控制，需要构建精确的永磁同步电机驱动系统的系统损耗模型。永磁同步电机驱动系统的损耗主要由两部分组成：永磁同步电机损耗与驱动器损耗。其中电机损耗主要包括电机铜损与电机铁损，而驱动器损耗主要包括功率器件的导通损耗和功率器件的开关损耗。
在分析永磁同步电机效率优化控制策略的基础上，本文提出了永磁同步电机直接驱动系统非线性损耗综合优化控制策略。在分析永磁同步电机电磁特性的基础上建立了永磁同步电机损耗模型。在分析比较传统功率器件线性化模型不足的基础上，提出了基于多项式的功率器件非线性化模型，有效的提高了全工况范围内的功率器件导通损耗模型和开关损耗模型的准确性。根据电机损耗模型和驱动器损耗模型，本文构建了全工况范围内的永磁同步电机直接驱动系统的精确损耗模型。基于系统损耗模型，永磁同步电机驱动系统非线性损耗控制通过在任意工况下对电机损耗与驱动器损耗的综合优化匹配，从而实现了在全工况范围内的系统效率最优，有效的改善了永磁同步电机驱动系统的能量利用率，提高了电动汽车的续航里程。实验结果表明，相比于传统的最大转矩电流比控制，非线性损耗综合优化控制有效的提高了全工况范围内的系统的运行效率，验证了理论分析的正确性和合理性。包头天工电机有限公司（原天山电机）是专业从事永磁电机的研发、生产、销售、服务为一体的综合性企业，天工电机拥有一支高素质的科研队伍，一直从事国家认可的电机产品的研制和生产，多年来为车辆装备系统配套研制和生产了很多种不同规格的电机。 天工电机在2009年10月的60年国庆阅兵项目中做出突出贡献，为部分车辆系统配套装备了多种不同规格的电机，并获得国家颁发的“突出贡献”奖。我们愿以优质的产品，优惠的价格，周到的服务与社会各界朋友竭诚合作，携手共进，共创美好未来。http://bttgdjgs.com