【中图分类号】F407.471【文献标识码】B 文章编号1606-5123（2017）09-0000-00
Abstract: In the background of energy-saving emission reduction, in order to improve the efficiency of the new energy automobile fan, the permanent magnet synchronous motor vector control system with new energy automobile fan, a detailed analysis of the structure and working principle of permanent magnet synchronous motor vector control algorithm, designed the vector control system of new energy automobile fan magnet synchronous motor the hardware and software. Combined with the FreeMASTER monitoring software, the experimental test of new energy automobile fan design for permanent magnet synchronous motor vector control system, experimental results show that the permanent magnet synchronous motor vector control for the applicability and advantages of the new energy automobile fan.
Keywords: Permanent magnet synchronous motor;Vector control;New energy vehicle
1引言[1]
在汽车领域中，永磁同步电机在效率至上的今天得到了应用，由于有刷电机的效率低，维护成本高而永磁同步电机则不存在这些问题，而且控制技术的成熟目前整车上的有刷电机正在一步一步被无刷的永磁同步电机所取代。
文献[1]提出了永磁同步电机磁场定向矢量控制思想。文献[2]提出了永磁同步电机在低速运行时的补偿控制，提高了伺服系统的精度。文献[3]同样提出了在能源紧缺的大环境下必须提高设备效率以减小能源负担。文献[4]将无刷直流电机应用于航空领域，突出体现了无刷直流电机的高精度性，而永磁同步电机与无刷直流电机其性能一样。文献[5-7]提出了高频注入等永磁同步电机的高性能控制方法。文献[8]提出了一种在宽速范围内的永磁同步电机高精度运行控制方法。文献[9]提出了无传感器运行的转子位置自检测的方法。
上述文献对永磁同步电机的深入研究体现了永磁同步电机控制策略的日益成熟，本文利用永磁同步电机的优异性能，将新能源汽车风扇用永磁同步电机矢量控制系统控制。在分析了永磁同步电机数学模型后，分别对硬件和软件进行了设计，并搭建新能源汽车风扇用永磁同步电机矢量控制系统实验平台，实验结果显示了本系统的优越性。
2 永磁同步电机数学模型
d-q旋转坐标系中的永磁同步电机电压方程
基于MC9S12ZVMC128的永磁同步电机矢量控制系统的硬件框图如下图1所示，整个控制系统的硬件主要有：（1）MCU核心控制器电路部分；（2）逆变器电路部分；（3）电流采样部分；（4）PWM信号输入部分。他们各自的主要结构功能分别如下：
（1）主控制电路，以MCU（MC9S12ZVMC128）为主，其最大的功能在于能够处理FOC控制算法，实现母线电压的检测以及PWM发生和MOS管驱动功能。
（2）逆变器，通过6个MOS进行组建，目的是搭建驱动电机运行的电路，该电路的主要功能是：通过三相全桥进行逆变，生成三相正弦波驱动电机运行。
（3）电流采样电路的主要功能是：对两相相电流进行采样，MCU根据采样的电流值来计算母线电流，作电机堵转保护且FOC算法需要根据两相电流来计算id和iq。
（4）PWM信号输入电路是在汽车电子领域里用作电机调速使用，通过捕获并计算其占空比然后根据一定的对应关系确定电机转速。
4 新能源汽车风扇用永磁同步电机矢量控制系统软件设计
应用程序是通过中断来实时运行的，通过一个周期性的ADC顺序中断来执行所有的电机控制任务。包括一个快速的电流环和一个慢速的速度环控制。所有的任务通过一个状态机的顺序来执行如图3所示，主程序的程序流程图如图2所示。
电机从启动到开环再到闭环整个过程都是基于状态机来实现的，如图3为程序的状态机原理。
INIT状态中，将会初始化状态机的参数和矢量控制算法的一些参数，包括PI调节器的参数等。执行完INIT后event=e_init_done，并且READY将会被作为下一个状态被执行。
进入READY状态后，通过检测到的PWM占空比，去判断电机是否启动，如果启动生效则设置相应的转速。READY执行结束后将会置相应的标志位，并进入下一个状态CALIB。在CALIB状态中，PWM按50%占空比输出，ADC0和ADC1开始工作，在状态可以校准ADC的采样，校准结束后将会进入下一个状态ALIGN并置相应的标志位。由于所使用的永磁同步电机是无感的，所以最初并不知道电机的具体位置，因此需要给电机一个固定的零位置。在ALIGN状态中，直接在A相加电压一段时间，转子就会旋转直到转子磁链和定子磁链对齐的位置。当对齐状态结束后置相应的标志位并进入运行状态。
5 结果及分析
试验所用汽车风扇如图4所示。
在启动过程中，实际转速与估计转速基本一致，实际转子位置与估计转子位置也基本一致，证明了本系统的启动过程十分平稳。在给定转速上升实验中，实际转速与估计转速基本一致，实际转子位置与估计转子位置也基本一致，证明了本系统的给定转速上升过程精度较高。打开一个电风扇突加一个反向风阻，电机转速出现小幅度上升，但随后迅速下降至原转速。电机转矩电流对于负载突变情况具有迅速的响应能力证明本系统的鲁棒性较好。
6 结论
本文利用永磁同步电机的优异性能，将新能源汽车风扇用永磁同步电机矢量控制系统控制。在分析了永磁同步电机数学模型后，分别对硬件和软件进行了设计，并搭建新能源汽车风扇用永磁同步电机矢量控制系统试验，试验显示了本系统的优越性。
参考文献
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