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1、第六章 電動(dòng)汽車電機(jī)驅(qū)動(dòng)技術(shù) PPT模 板 下 載 ： www.1 行 業(yè) PPT模 板 ： www.1 節(jié) 日 PPT模 板 ： www.1 PPT素 材 下 載 ： www.1 景 圖 片 ： www.1 PPT圖 表 下 載 ： www.1 優(yōu) 秀 PPT下 載 ： www.1 PPT教 程 ： www.1 Word教 程 ： www.1 Excel教 程 ： www.1 資 料 下 載 ： www.1 PPT課 件 下 載 ： www.1 范 文 下 載 ： www.1 試 卷 下 載 ： www.1 教 案 下 載 ： www.1 PPT論 壇 ： ww

2、w.1 6.1 電動(dòng)汽車電機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)概述新 能 源 汽 車 與 傳 統(tǒng) 汽 車 相 比 ， 有 那 些 不 同 ？ 新 能 源 汽 車 一 般 情 況 下 ， 是 將 驅(qū) 動(dòng) 電 機(jī) 取 代 發(fā) 動(dòng) 機(jī) ， 使 用 電 機(jī) 控制 器 將 電 能 轉(zhuǎn) 換 為 機(jī) 械 能 來(lái) 驅(qū) 動(dòng) 汽 車 行 駛 。發(fā) 動(dòng) 機(jī)底 盤(pán)車 身電 器 電 機(jī)底 盤(pán)車 身電 器 控制器（ECU）傳 統(tǒng) 汽 車 新 能 源 汽 車 6.1 電動(dòng)汽車電機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)概述 6.1 電動(dòng)汽車電機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)概述新 能 源 汽 車 電 機(jī) 驅(qū) 動(dòng) 系 統(tǒng) 主 要 由 哪 些 部 分 組 成 ？機(jī) 械 系 統(tǒng) ： 機(jī) 械 傳 動(dòng) 、 車

3、 輪 等 電 氣 系 統(tǒng) ： 電 機(jī) 、 功 率 轉(zhuǎn) 換 器 、 電 子 控 制 器 6.1 電動(dòng)汽車電機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)概述電 動(dòng) 汽 車 驅(qū) 動(dòng) 原 理 分 類 ：電 動(dòng) 汽 車 ： 主 要 以 動(dòng) 力 電 池 為 能 源 源 、 全 部 或 部 分 由 電 機(jī) 驅(qū) 動(dòng) 的 汽 車 。電 動(dòng) 汽 車 純 電 動(dòng) 汽 車 （ EV）混 合 動(dòng) 力 電 動(dòng) 汽 車 （ HEV）燃 料 電 池 電 動(dòng) 汽 車 （ FCEV） 插 電 式 （ PHEV）非 插 電 式 6.1 電動(dòng)汽車電機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)概述基 本 結(jié) 構(gòu)蓄 電 池 逆 變 器 驅(qū) 動(dòng) 電 機(jī) 驅(qū) 動(dòng) 軸 6.1 電動(dòng)汽車電機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)概述蓄 電

4、池 逆 變 器 驅(qū) 動(dòng) 電 機(jī) 驅(qū) 動(dòng) 軸蓄 電 池 發(fā) 動(dòng) 機(jī)串 聯(lián) 式 混 合 動(dòng) 力 電 動(dòng) 汽 車特點(diǎn)：?jiǎn)我坏膭?dòng)力裝置，兩個(gè)以上能量源 6.1 電動(dòng)汽車電機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)概述串 聯(lián) 式 驅(qū) 動(dòng) 系 統(tǒng) 示 意 圖 6.1 電動(dòng)汽車電機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)概述串 聯(lián) 式 典 型 車 型 介 紹 Coaster SHEV的 外 形 6.1 電動(dòng)汽車電機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)概述串 聯(lián) 式 混 合 動(dòng) 力 電 動(dòng) 汽 車蓄 電 池 逆 變 器 驅(qū) 動(dòng) 電 機(jī) 驅(qū) 動(dòng) 軸發(fā) 動(dòng) 機(jī)耦 合 器 并 聯(lián) 式 驅(qū) 動(dòng) 系 統(tǒng) 示 意 圖6.1 電動(dòng)汽車電機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)概述 6.1 電動(dòng)汽車電機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)概述并 聯(lián) 式 驅(qū) 動(dòng) 系 統(tǒng) 組

5、 合 驅(qū) 動(dòng) 方 式 6.1 電動(dòng)汽車電機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)概述插 電 式 混 合 動(dòng) 力 電 動(dòng) 汽 車 概 念 ： 可 以 利 用 電 力 網(wǎng) （ 包 括 家 用 電 源 插 座 ） 進(jìn) 行 補(bǔ) 充 充 電 的 混合 動(dòng) 力 電 動(dòng) 汽 車 。 特 點(diǎn) ： （ 1） 低 噪 音 、 低 排 放 （ 2） 介 于 常 規(guī) 混 合 動(dòng) 力 和 純 電 動(dòng) 之 間 （ 3） 利 用 晚 間 “ 谷 電 ” ， 降 低 使 用 成 本 （ 4） 動(dòng) 力 電 池 需 要 具 有 深 充 和 深 放 的 能 力 6.1 電動(dòng)汽車電機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)概述燃 料 電 池 電 動(dòng) 汽 車組 成 ： 燃 料 電 池 發(fā) 電 機(jī)

6、 、 燃 料 儲(chǔ) 存 裝 置 、 驅(qū) 動(dòng) 電 機(jī) 、 動(dòng) 力 電 池 等 。 6.1 電動(dòng)汽車電機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)概述 燃 料 電 池 電 動(dòng) 汽 車 的 基 本 結(jié) 構(gòu)6.1 電動(dòng)汽車電機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)概述 6.1 電動(dòng)汽車電機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)概述 6.1 電動(dòng)汽車電機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)概述帕 薩 特 領(lǐng) 馭 燃 料 電 動(dòng) 車 動(dòng) 力 源 6.1 電動(dòng)汽車電機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)概述 控 制 信 號(hào) 流動(dòng) 力 電 源 流 向 機(jī) 械 方 式 連 接 6.1 電動(dòng)汽車電機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)概述電 動(dòng) 汽 車 對(duì) 驅(qū) 動(dòng) 電 機(jī) 的 性 能 要 求1、 體 積 小 、 重 量 輕2、 在 整 個(gè) 運(yùn) 行 范 圍 內(nèi) 的 高 效 率3、 低 轉(zhuǎn) 速

7、 大 轉(zhuǎn) 矩 特 性 及 寬 范 圍 內(nèi) 的 恒 定 功 率 特 性4、 高 可 靠 性5、 低 價(jià) 格6、 高 電 壓7、 高 轉(zhuǎn) 速 鋁 制 外 殼DCDC 6.2 電動(dòng)汽車驅(qū)動(dòng)電機(jī) 電 動(dòng) 汽 車 驅(qū) 動(dòng) 電 機(jī) 及 其 控 制 系 統(tǒng) 是 電 動(dòng) 汽 車 的 心 臟 ， 是 把 電 能 轉(zhuǎn) 化為 機(jī) 械 能 來(lái) 驅(qū) 動(dòng) 車 輛 的 部 件 。 它 的 任 務(wù) 是 在 駕 駛 人 的 控 制 下 ， 高 效 率 地將 動(dòng) 力 電 池 的 能 量 轉(zhuǎn) 化 為 車 輪 的 動(dòng) 能 ， 或 者 將 車 輪 上 的 動(dòng) 能 反 饋 到 動(dòng) 力電 池 中 。 電 能 和 機(jī) 械 能 的 相 互 轉(zhuǎn)

8、 化 在 電 機(jī) 轉(zhuǎn) 子 和 定 子 間 的 氣 隙 形 成 。 目 前 電 動(dòng) 汽 車 常 用 的 電 機(jī) 及 其 驅(qū) 動(dòng) 控 制 系 統(tǒng) 有 4種 ： 1） 直 流 電 機(jī) 驅(qū) 動(dòng) 系 統(tǒng) ， 電 機(jī) 控 制 一 般 采 用 脈 寬 調(diào) 制 （ PWM)控 制 方式 。 要 點(diǎn) ： 電 源 -直 流 ， 控 制 方 式 -PWM脈 寬 調(diào) 制勵(lì) 磁 方 式 ： 1.永 久 磁 鐵 2.勵(lì) 磁 繞 組6.2 電動(dòng)汽車驅(qū)動(dòng)電機(jī) 6.2 電動(dòng)汽車驅(qū)動(dòng)電機(jī) 6.2 電動(dòng)汽車驅(qū)動(dòng)電機(jī) 6.2 電動(dòng)汽車驅(qū)動(dòng)電機(jī) 什 么 是 直 流 電 機(jī) ？6.2 電動(dòng)汽車驅(qū)動(dòng)電機(jī)l 定 義 ： 將 直 流 電 能

9、和 機(jī) 械 能 相 互 轉(zhuǎn) 化 的 旋 轉(zhuǎn) 電 機(jī) ，它 可 用 作 電 動(dòng) 機(jī) 或 發(fā) 電 機(jī)直 流 電 機(jī) 的 用 途1 .作 電 源 用 直 流 發(fā) 電 機(jī) 2 .作 動(dòng) 力 用 直 流 電 動(dòng) 機(jī) 3 .信 號(hào) 的 傳 遞作 為 測(cè) 量 元 件 直 流 測(cè) 速 發(fā) 電 機(jī)作 為 執(zhí) 行 元 件 直 流 伺 服 電 動(dòng) 機(jī) 直 流 電 機(jī) 的 優(yōu) 缺 點(diǎn)q優(yōu) 點(diǎn) ：直 流 發(fā) 電 機(jī) 的 電 勢(shì) 波 形 較 好 ， 電 磁 干 擾 較 小 。直 流 電 動(dòng) 機(jī) 的 調(diào) 速 范 圍 寬 廣 ， 調(diào) 速 特 性 平 滑 。直 流 電 動(dòng) 機(jī) 過(guò) 載 能 力 較 強(qiáng) ， 起 動(dòng) 和 制 動(dòng) 轉(zhuǎn)

10、 矩 較 大 。q缺 點(diǎn) ：由 于 存 在 換 向 器 ， 其 制 造 、 維 護(hù) 復(fù) 雜 ， 價(jià) 格 較 高 。6.2 電動(dòng)汽車驅(qū)動(dòng)電機(jī) 6.2 電動(dòng)汽車驅(qū)動(dòng)電機(jī)他 勵(lì) ： 勵(lì) 磁 繞 組 與 電 樞 繞 組 無(wú) 關(guān) 他 勵(lì) 式 發(fā) 電 機(jī)n rfI=IaIa 電 樞 電 流If 勵(lì) 磁 電 流 If IaRf RLIUEa fI fR UaI aE I并 勵(lì) 式 電 動(dòng) 機(jī)6.2 電動(dòng)汽車驅(qū)動(dòng)電機(jī) fCRU aII naEfI串 勵(lì) 式 電 動(dòng) 機(jī)并 勵(lì) ： 勵(lì) 磁 繞 組 與 電 樞 繞 組 并 聯(lián) 串 勵(lì) ： 勵(lì) 磁 繞 組 與 電 樞 繞 組 串 聯(lián) 基 本 轉(zhuǎn) 速 ne以 下 為

11、恒 轉(zhuǎn) 矩 區(qū) ， 基 本 轉(zhuǎn) 速 ne以 上 為 恒 功 率 區(qū) 。 在 恒轉(zhuǎn) 矩 區(qū) ， 勵(lì) 磁 電 流 保 持 不 變 ， 通 過(guò) 改 變 電 樞 電 壓 來(lái) 控 制 轉(zhuǎn) 矩 。 在 高 速恒 功 率 區(qū) ， 電 樞 電 壓 不 變 ， 通 過(guò) 改 變 勵(lì) 磁 電 流 或 弱 磁 來(lái) 控 制 轉(zhuǎn) 矩 。 它的 這 種 特 性 很 適 合 汽 車 對(duì) 動(dòng) 力 源 低 速 高 轉(zhuǎn) 矩 、 高 速 低 轉(zhuǎn) 矩 的 要 求 ， 而且 直 流 電 機(jī) 結(jié) 構(gòu) 簡(jiǎn) 單 ， 易 于 平 滑 調(diào) 速 ， 控 制 技 技 術(shù) 成 熟 。6.2 電動(dòng)汽車驅(qū)動(dòng)電機(jī) 6.2 電動(dòng)汽車驅(qū)動(dòng)電機(jī)一 、 電 流 電

12、樞 繞 組 基 本 知 識(shí)作 用 ： 電 樞 繞 組 功 率 繞 組 。 當(dāng) 電 樞 繞 組 在 磁 場(chǎng) 中 旋 轉(zhuǎn) 時(shí) 將 感應(yīng) 電 勢(shì) ， 當(dāng) 電 樞 繞 組 中 流 通 電 流 時(shí) ， 電 流 和 氣 隙 磁 場(chǎng) 相 互 作 用 將產(chǎn) 生 電 磁 轉(zhuǎn) 矩 。 通 過(guò) 電 樞 繞 組 直 流 電 機(jī) 進(jìn) 行 電 功 率 和 機(jī) 械 功 率 的轉(zhuǎn) 換 。 特 點(diǎn) ： 直 流 繞 組 是 閉 合 繞 組 。 每 個(gè) 元 件 的 兩 端 點(diǎn) 分 別 連 接 在 兩 換向 片 上 ， 每 個(gè) 換 向 片 連 接 兩 個(gè) 元 件 ， 各 元 件 依 一 定 規(guī) 律 依 次 連 接 ，形 成 閉 合

13、回 路 。 6.2 電動(dòng)汽車驅(qū)動(dòng)電機(jī) 6.2 電動(dòng)汽車驅(qū)動(dòng)電機(jī) b)i dO Eu d wtI dO wta q d 2） 交 流 感 應(yīng) 電 機(jī) 驅(qū) 動(dòng) 系 統(tǒng) ， 電 機(jī) 控 制 一 般 采 用 矢 量 控 制 或 直 接 轉(zhuǎn) 矩控 制 的 變 頻 調(diào) 速 控 制 方 式 。 3） 交 流 永 磁 電 機(jī) 驅(qū) 動(dòng) 系 統(tǒng) ， 包 括 永 磁 同 步 電 機(jī) 控 制 系 統(tǒng) 和 水 磁光 明 方 波 電 機(jī) 控 制 系 統(tǒng) ， 其 中 永 磁 同 步 電 機(jī) 控 制 一 般 采 用 矢 量 控 制方 法 ， 永 磁 無(wú) 刷 方 波 電 機(jī) 控 制 方 法 與 直 流 電 機(jī) 控 制 相 似

14、。 4)開(kāi) 關(guān) 磁 阻 電 機(jī) 驅(qū) 動(dòng) 系 統(tǒng) ， 電 機(jī) 控 制 一 般 采 用 模 糊 滑 模 控 制 方法 。 6.2 電動(dòng)汽車驅(qū)動(dòng)電機(jī) 6.2 電動(dòng)汽車驅(qū)動(dòng)電機(jī)電 動(dòng) 汽 車 的 電 機(jī) 驅(qū) 動(dòng) 系 統(tǒng) 與 傳 統(tǒng) 工 業(yè) 電 機(jī) 驅(qū) 動(dòng) 系 統(tǒng) 差 別 較 大 ， 特 點(diǎn) 如 下 ：1） 以 電 機(jī) 轉(zhuǎn) 矩 或 轉(zhuǎn) 速 為 控 制 目 標(biāo) ， 加 速 踏 板 、 制 動(dòng) 踏 板 和 轉(zhuǎn) 向 盤(pán) 的 給 定 位 置 是電 機(jī) 轉(zhuǎn) 矩 或 轉(zhuǎn) 速 的 目 標(biāo) 值 ， 要 求 轉(zhuǎn) 矩 響 應(yīng) 快 ， 波 動(dòng) 小 ， 穩(wěn) 定 性 好 。2） 要 求 電 機(jī) 具 有 較 寬 的 調(diào) 速 范 圍

15、 ， 最 高 轉(zhuǎn) 速 是 基 速 的 2倍 以 上 ， 電 機(jī) 要 能 四 象 限工 作 。3） 為 保 證 汽 車 動(dòng) 力 性 好 ， 要 求 電 機(jī) 低 速 大 轉(zhuǎn) 矩 輸 出 ， 并 能 具 有 較 大 的 過(guò) 載 距 力 ，較 長(zhǎng) 的 過(guò) 載 時(shí) 間 ， 過(guò) 載 系 數(shù) 達(dá) 2倍 以 上 ， 過(guò) 載 時(shí) 間 達(dá) 3min以 上 ， 為 保 證 最 高 車 速 ，要 求 電 機(jī) 基 速 以 上 處 于 一 定 恒 功 率 輸 出4） ， 電 機(jī) 驅(qū) 動(dòng) 系 統(tǒng) 要 求 有 高 的 功 率 密 度 和 寬 轉(zhuǎn) 速 范 圍 高 效 工 作 區(qū) ， 系 統(tǒng) 效 生 大于 80%的 轉(zhuǎn) 速 區(qū)

16、大 于 75%。5） 電 機(jī) 驅(qū) 動(dòng) 系 統(tǒng) 可 靠 性 好 ， 電 磁 兼 容 性 好 ， 易 于 維 護(hù) 。 矢量控制 由 于 異 步 電 機(jī) 的 動(dòng) 態(tài) 數(shù) 學(xué) 模 型 是 一 個(gè) 高 階 、 非 線 性 、 強(qiáng) 耦 合 的 多變 量 系 統(tǒng) 。 上 世 紀(jì) 60年 代 末 由 達(dá) 姆 斯 塔 特 工 業(yè) 大 學(xué) （ TU Darmstadt）的 K.Hasse提 出 矢 量 控 制 。 在 70年 代 初 由 西 門(mén) 子 工 程 師 F.Blaschke在 布倫 瑞 克 工 業(yè) 大 學(xué) (TU Braunschweig)發(fā) 表 的 博 士 論 文 中 提 出 三 相 電 機(jī) 磁場(chǎng) 定

17、向 控 制 方 法 ， 通 過(guò) 異 步 電 機(jī) 矢 量 控 制 理 論 來(lái) 解 決 交 流 電 機(jī) 轉(zhuǎn) 矩 控制 問(wèn) 題 。 矢 量 控 制 實(shí) 現(xiàn) 的 基 本 原 理 是 通 過(guò) 測(cè) 量 和 控 制 異 步 電 動(dòng) 機(jī) 定 子電 流 矢 量 ， 根 據(jù) 磁 場(chǎng) 定 向 原 理 分 別 對(duì) 異 步 電 動(dòng) 機(jī) 的 勵(lì) 磁 電 流 和 轉(zhuǎn) 矩 電流 進(jìn) 行 控 制 ， 從 而 達(dá) 到 控 制 異 步 電 動(dòng) 機(jī) 轉(zhuǎn) 矩 的 目 的 。 永 磁 同 步 電 機(jī) 定 子 鐵 芯 與 轉(zhuǎn) 子 鐵 芯6.3 永磁同步電機(jī) 永 磁 同 步 電 機(jī) 定 子 鐵 芯 與 轉(zhuǎn) 子 鐵 芯 立 體 圖6.3 永磁

18、同步電機(jī) 嵌 好 繞 組 的 永 磁 電 機(jī) 定 子 鐵 芯6.3 永磁同步電機(jī) 永 磁 同 步 電 機(jī) 的 剖 視 圖 6.3 永磁無(wú)刷直流電機(jī)（BLDC）內(nèi) 定 子 鐵 芯 與 外 永 磁 轉(zhuǎn) 子 6.3 永磁無(wú)刷直流電機(jī)（BLDC）有 線 圈 的 內(nèi) 定 子 與 霍 爾 元 件 6.3 永磁無(wú)刷直流電機(jī)（BLDC）電 機(jī) 組 合 在 一 起 的 的 內(nèi) 定 子 與 外 轉(zhuǎn) 子 6.3 永磁無(wú)刷直流電機(jī)（BLDC）八 線 制 ： 控 制 器 直 流 電 源 2根 （ REF+， REF-） ， 霍 爾 傳 感 器 3根 （ HALL-A/B/C） ， 電 機(jī) 三 對(duì) 繞 組 3根 （ A/

19、B/C） 6.3 矢量控制（FOC）矢 量 控 控 制 基 本 原 理 FOC控 制 的 基 本 思 路 基 ： 模 擬 直 流 電 機(jī) 的 控 制 方 法 進(jìn) 行 控 制 ， 根 據(jù)線 性 變 換 以 及 變 換 前 后 磁 勢(shì) 和 功 率 不 變 的 原 則 ， 通 過(guò) 正 交 變 換 將 a-b-c三 相 坐 標(biāo) 下 的 數(shù) 學(xué) 模 型 變 成 -二 相 靜 止 坐 標(biāo) 系 （ Clarke)的 模 型 ， 然 后通 過(guò) 旋 轉(zhuǎn) 變 換 將 二 相 靜 止 坐 標(biāo) 系 的 模 型 變 成 兩 相 旋 轉(zhuǎn) 坐 標(biāo) 系 （ Park）的 模 型 （ d-q)。 在 - /d-q變 換 下 將

20、 定 子 電 流 矢 量 分 解 成 按 轉(zhuǎn) 子 磁 場(chǎng) 定向 的 兩 個(gè) 直 流 分 量 i d/iq（ 其 中 ， id為 勵(lì) 磁 電 流 分 量 、 iq為 轉(zhuǎn) 矩 電 流 分 量 ） 。并 對(duì) 其 分 別 加 以 控 制 ， 控 制 id相 當(dāng) 于 控 制 磁 通 ， 控 制 iq相 當(dāng) 于 控 制 轉(zhuǎn) 矩 。 6.3 永磁無(wú)刷直流電機(jī)（BLDC）磁 場(chǎng) 定 向 控 制 系 統(tǒng) （ Field Oriented Control） ， 簡(jiǎn) 稱 FOC矢 量 控 制 。經(jīng) 過(guò) 上 述 變 換 之 后 得 到 ： stsmrmne iiLL2pT -為 勵(lì) 磁 電 流sti -為 勵(lì) 磁 電

21、 流msi 6.3 矢量控制（FOC）1、 d、 q軸 是 什 么 ? d軸 是 電 機(jī) 中 的 直 軸 ， q軸 是 交 軸 。 是 一 個(gè) 虛 擬 坐 標(biāo) 軸 （ 現(xiàn) 實(shí) 中不 存 在 ） ， 為 了 便 于 分 析 。 勵(lì) 磁 磁 場(chǎng) 和 轉(zhuǎn) 子 磁 場(chǎng) 會(huì) 存 在 一 定 的 角度 （ 功 角 ） ， 可 以 把 兩 個(gè) 磁 場(chǎng) 相 互 的 作 用 力 分 解 垂 直 于 磁 場(chǎng) 方 向 和呈 90度 交 叉 方 向 兩 部 分 （ 就 像 把 一 個(gè) 作 用 力 分 解 成 為 X和 Y軸 上 的 分力 一 樣 ） ， 轉(zhuǎn) 子 磁 極 的 中 心 線 作 為 直 軸 d， 將 垂 直

22、 于 d軸 兩 相 鄰 磁 極間 定 義 為 q軸 。 6.3 直流電動(dòng)機(jī)調(diào)速依據(jù)直 流 電 動(dòng) 機(jī) 的 轉(zhuǎn) 速 n和 其 他 參 量 的 關(guān) 系 可 表 示 為 式 中 Ua電 樞 供 電 電 壓 （ V） ； Ia 電 樞 電 流 （ A） ； 勵(lì) 磁 磁 通 （ Wb） ； Ra電 樞 回 路 總 電 阻 （ ） ； Ce電 勢(shì) 系 數(shù) e aaC RIUan 6.3 矢量控制 直 流 電 機(jī) 改 變 直 流 電 機(jī) 轉(zhuǎn) 速 方 法 有 ：1、 電 樞 變 阻2、 電 樞 調(diào) 壓3、 改 變 磁 通 -恒 功 率 調(diào) 速恒 轉(zhuǎn) 矩 調(diào) 速 aTem IC T直 流 電 機(jī) 轉(zhuǎn) 矩 6.3

23、 永磁無(wú)刷直流電機(jī)（BLDC）磁 場(chǎng) 定 向 控 制 系 統(tǒng) （ Field Oriented Control） ， 簡(jiǎn) 稱 FOC矢 量 控 制 。經(jīng) 過(guò) 上 述 變 換 之 后 得 到 ： stsmrmne iiLL2pT -為 勵(lì) 磁 電 流sti -為 勵(lì) 磁 電 流msi 6.3 模糊控制適 用 對(duì) 象 ： 模 糊 控 制 系 統(tǒng) 通 常 適 用 于 難 以 建 立 解 釋 數(shù) 學(xué) 模 型 的 復(fù) 雜 系 統(tǒng) 的 控制 。建 立 基 礎(chǔ) ： 模 糊 控 制 是 以 模 糊 集 合 論 ， 模 糊 語(yǔ) 言 變 量 及 模 糊 邏 輯 推 理 為 基 礎(chǔ)的 一 種 計(jì) 算 機(jī) 數(shù) 字 控

24、 制 。包 含 模 型 ： 模 糊 控 制 系 統(tǒng) 主 要 包 括 Mamdani模 糊 規(guī) 則 控 制 和 Takagi-Sugeno模 糊 模型 （ 簡(jiǎn) 稱 T-S模 型 ） 控 制 兩 形 式 。 6.3 模糊控制模 糊 控 制 的 基 本 原 理 模 糊 控 制 系 統(tǒng) 的 基 本 原 理 可 由 圖 表 示 ， 它 的 核 心 部 分 為 模 糊 控制 器 ， 如 圖 中 的 虛 線 框 中 部 分 所 示 。 6.3 模糊控制模 糊 控 制 系 統(tǒng) 的 基 本 算 法 可 以 概 括 為 四 個(gè) 步 驟 ：1. 根 據(jù) 本 次 采 樣 得 到 的 系 統(tǒng) 的 輸 出 值 ， 計(jì) 算

25、 所 選 擇 之 系 統(tǒng) 的 輸 入 變量 ；2. 將 輸 入 變 量 的 精 確 值 變 為 模 糊 量 ；3. 根 據(jù) 輸 入 變 量 （ 模 糊 量 ） 機(jī) 模 糊 控 制 規(guī) 則 ， 按 模 糊 推 理 合 成 規(guī) 則計(jì) 算 控 制 量 （ 模 糊 量 ） ；4. 由 上 述 得 到 的 控 制 量 （ 模 糊 量 ） 計(jì) 算 精 確 量 。 6.3 模糊控制模 糊 化 在 模 糊 控 制 系 統(tǒng) 的 運(yùn) 行 中 ， 控 制 器 的 輸 入 、 輸 出 值 是 有 確 定 值的 清 晰 量 ， 而 在 進(jìn) 行 模 糊 控 制 時(shí) ， 需 要 的 是 模 糊 量 ， 因 而 需 要 轉(zhuǎn)

26、換 。把 物 理 量 的 清 晰 值 轉(zhuǎn) 換 成 模 糊 語(yǔ) 言 變 量 值 的 過(guò) 程 叫 做 清 晰 量 的 模 糊 化 。 以 語(yǔ) 言 變 量 “ 偏 差 ” x為 例 ， 設(shè) x的 實(shí) 際 取 值 范 圍 是 連 續(xù) 值 ， 且x -6, 6。 將 該 語(yǔ) 言 變 量 模 糊 化 的 過(guò) 程 如 下 ： 1. 將 連 續(xù) 論 域 X= -6, 6離 散 化 ： N=-6, -5, -4, -3, -2,-1, 0, 1, 2, 3, 4, 5, 6; 2. 設(shè) 定 語(yǔ) 言 變 量 的 語(yǔ) 言 值 ： NB, NM, NS, O, PS, PM,PB; 3. 定 義 好 每 個(gè) 語(yǔ) 言

27、變 量 值 ， 即 給 他 們 設(shè) 定 隸 屬 度 函 數(shù) 6.3 模糊控制 隸 屬 度 賦 值 表 6.3 模糊控制4. 將 實(shí) 際 值 與 模 糊 值 對(duì) 應(yīng) ： 如 實(shí) 際 值 x=-6, 它 是 離 散 化 后 論 域 中 的點(diǎn) ， 而 且故 將 -6模 糊 化 NB； 又 如 對(duì) 實(shí) 際 值 x=-0.8， 將 其 四 舍 五 入 取 整 是 -1， 由 于所 以 將 實(shí) 際 值 x=-0.8離 散 化 為 NS一 般 情 況 下 ， 如 果 x的 實(shí) 際 取 值 范 圍 是 連 續(xù) 值 ， 且 x a, b， 要 將 其 轉(zhuǎn)換 成 -n, n區(qū) 間 的 離 散 值 y， 則 轉(zhuǎn) 換

28、 公 式 為 y=2nx-(a+b)/2/(b-a) 6.3 模糊控制對(duì) 于 離 散 化 不 不 對(duì) 稱 的 情 況 ， 如 -n,m， 轉(zhuǎn) 換 公 式 為y=(m+n)x-(a+b)/2/(b-a) 模 糊 控 制 規(guī) 則 模 糊 控 制 規(guī) 則 是 由 一 系 列 if-then形 式 的 模 糊 條 件 語(yǔ) 句 所 構(gòu) 成 ，條 件 句 中 的 前 件 為 系 統(tǒng) 的 輸 入 或 狀 態(tài) ， 后 件 是 控 制 量 。 推 理 機(jī) 制 模 糊 推 理 是 指 采 用 某 推 理 方 法 ， 由 采 樣 時(shí) 刻 的 輸 入 和 模 糊 控 制 規(guī)則 導(dǎo) 出 模 糊 控 制 器 控 制 量

29、的 輸 出 。 常 用 的 推 理 方 法 有 ： 6.3 模糊控制1. Mamdani模 糊 推 理 算 法 ；2. Larsen模 糊 推 理 算 法 ；3. Takagi-Sugeno模 糊 推 理 算 法 ；4. Tsukamoto模 糊 推 理 算 法 ；5. 簡(jiǎn) 單 模 糊 推 理 算 法 。 6.3 模糊控制 前 面 我 們 提 到 ， 對(duì) 多 輸 入 多 輸 出 （ MIMO） 模 糊 控 制 器 ， 其 規(guī) 則 庫(kù)均 可 以 看 成 是 多 個(gè) 獨(dú) 立 的 多 輸 入 單 輸 出 系 統(tǒng) 。 因 而 ， 在 此 只 考 慮 MISO系 統(tǒng) 。 不 失 一 般 性 ， 考 慮

30、兩 個(gè) 輸 入 一 個(gè) 輸 出 的 模 糊 控 制 器 。 設(shè) 已建 立 的 模 糊 控 制 規(guī) 則 為 6.3 模糊控制R1： 如 果 x是 A1 and y是 B1， 則 z是 C1R2： 如 果 x是 A2 and y是 B2， 則 z是 C2 Rn： 如 果 x是 An and y是 Bn， 則 z是 Cn設(shè) 已 知 模 糊 控 制 器 的 輸 入 模 糊 量 為 ： x是 A and y是 B ， 則 根 據(jù) 模 糊控 制 規(guī) 則 進(jìn) 行 模 糊 推 理 ， 可 以 得 出 輸 出 變 量 z的 值 為 C 計(jì) 算 如 下 ： 6.3 模糊控制 其 中 包 括 了 三 種 主 要 的

31、 模 糊 邏 輯 運(yùn) 算 ： and運(yùn) 算 ， 合 成 運(yùn) 算 “ 。 ”和 蘊(yùn) 涵 運(yùn) 算 “ ” 。 “ and” 運(yùn) 算 提 出 采 用 求 交 （ 取 小 ） 或 求 積 （ 代 數(shù)積 ） 的 方 法 ； 合 成 運(yùn) 算 “ ” 提 出 采 用 最 大 最 小 方 法 ； 蘊(yùn) 涵 運(yùn) 算 “ ”采 用 求 交 （ Rc） 或 求 積 （ Rp） 的 方 法 。 清 晰 化 （ 反 模 糊 化 ）1. 最 大 隸 屬 度 法 ： 在 模 糊 控 制 器 的 推 理 過(guò) 程 中 ， 取 其 隸 屬 度 最 大 的元 素 作 為 精 確 值 ， 去 執(zhí) 行 控 制 的 方 法 稱 為 最 大

32、 隸 屬 度 法 。 若 輸 出量 模 糊 集 合 C 的 隸 屬 函 數(shù) 只 有 一 個(gè) 峰 值 ， 則 取 隸 屬 度 為 最 大 者 為清 晰 值 ； 若 輸 出 有 多 個(gè) 元 素 的 隸 屬 度 達(dá) 到 峰 值 ， 即 設(shè) 有 6.3 模糊控制則 取 這 些 元 素 的 平 均 中 心 值 作 為 清 晰 值 ， 即或 者 取2. 中 位 法 ： 將 隸 屬 度 函 數(shù) 與 以 表 示 論 域 的 橫 坐 標(biāo) 所 圍 成 面 積 分 成 相等 的 兩 部 分 ， 取 分 界 點(diǎn) 為 清 晰 值 。 即 設(shè) 有 z0滿 足則 取 z0為 清 晰 值 。 6.3 模糊控制3. 重 心 法

33、 ： 重 心 法 也 稱 力 矩 法 ， 它 是 對(duì) 模 糊 推 理 的 結(jié) 果 C的 所 有 元 素求 取 重 心 元 素 的 方 法 ， 它 有 如 下 公 式 6.3 模糊控制模 糊 控 制 器 的 設(shè) 計(jì) 過(guò) 程模 糊 控 制 器 的 設(shè) 計(jì) 包 括 如 下 幾 個(gè) 方 面 ：1. 確 定 模 糊 控 制 器 的 輸 入 變 量 和 輸 出 變 量 （ 即 控 制 量 ） ；2. 設(shè) 計(jì) 模 糊 控 制 器 的 控 制 規(guī) 則 ；3. 建 立 模 糊 化 和 非 模 糊 化 （ 清 晰 化 ） 的 方 法 ；4. 選 擇 模 糊 控 制 器 的 輸 入 變 量 和 輸 出 變 量 的 論 域 并 確 定模 糊 控 制 器 的 參 數(shù) （ 如 量 化 因 子 ， 比 例 因 子 等 ） ；5. 編 制 模 糊 控 制 算 法 的 應(yīng) 用 程 序 ； 6.3 模糊控制