新能源汽车电池散热风扇控制系统研究

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机电技术 2013年8月耦合、多变量的时变系统，因此欲实现其高性能和高可靠的控制，必须采用优良的控制算法。目前主要控制方法为：矢量控制(FOC，也称为磁场定向控制 、直接转矩控IJ(DTC)。如果按电机转子位置信息的获取方式分类，又分为带有位置传感器和无位置传感器两种控制方案。

2.2 带位置传感器控制位置传感器用于获得永磁同步电机的转子位置和速度信号，目前常用的位置传感器主要有：霍尔传感器、正交编码盘、旋转变压器。

霍尔传感器检测方法在带位置传感器控制方案中应用最多，成本相对较低，通过感知电机转子极性提供-个逻辑输出，输出电平撒于当前与之相对的转子磁倡性，在三相永磁同步电机中，-般安装3个60。或者120。放置的霍尔传感器(如图4)。

l20 布置 60。布置№ H3 1 I，H～i图4 霍尔位置传感器布置形式及脉冲波形检测3个霍尔传感器输出脉冲的下降沿或者上升沿，并将3路信号异或后测出其脉冲周期则电机转速为： K /(3 )，其中肭 单位转换系数，或者单位周期 内计数脉冲个数Ⅳh ，则nK Num/(3 )，位置信号通过对转速积分获得。对于60。和120。两种布置方式，电机以规定的正方向旋转，3个霍尔元件输出脉冲如图5所示：图5 霍尔位置传感器不同布置的波形形式因霍尔元件的布置有相序要求，安装前需先进行相序检测，安装后如果初始位置设定于 相反感应电动势最大值处，则需检测规定正方向上相反感应电动势最大值处与H1的第-个上升沿的相位偏移，开机后通过检测3个霍尔元件状态确定转子相对初始位置，再加上相位偏移得到绝对初始位置。电机转动方向由3个霍尔元件检测的当前和上-次脉冲状态确定，电机转速由3个霍尔元件异或输出信号的周期换算获得，转子实时绝对位置通过对转子速度积分并加上转子绝对初始位置获得。在检测异或脉冲周期或者计数脉冲个数时，由于电机不同时刻转速可能不同，因此需要实时调整测量定时器的预分频率，当捕获周期计数值太小时需要加大分频值r即减少定时器计数频率1，当定时器发生溢出时需要减少分频值，以减少定时器的计数周期。由于霍尔元件不仅可以检测电机转速，还可以获得电机转子的绝对初始位置，有利于减少永磁同步电机的启动问题，另外由于进行转子的位置同步，因此不存在累积误差，但是检测精度不高24。

2-3 无位置传感器控制无位置传感器的永磁同步电机控制系统的控制算法 目前主要有：模型参考 自适应控制算法(MRAS)、自适应观测器算法(也称为扩展的龙贝格 状 态 观 测 器 算 法 ，Extended LuenbergerObserver-ELO)、扩展的卡尔曼滤波器算法、扩展的滑模状态观测器算法和高频信号注入控制算法[5～71。

3 系统控制方案控制系统要求可靠性高，成本和体积较小，且具有较好的EMC(Electro Magnetic Compatibi-lity)性能和较强的抗EMI(Electromagnetic Interfe。

rence)能力，因此为了降低散热风扇的振动和噪声，驱动系统要有较小的转矩脉动和电池噪声，逆变器的开关频率选用较高，且散热风扇采用三相永磁同步电机驱动，通过矢量变换对电机进行解耦和线性化，建立扩展的龙贝格状态观测器，观测电机转子的速度和位置，以实现速度环的闭环控制，其总控制框图如图所示。

图6 系统总控制框图第 4期 张翔 等：新能源汽车电池散热风扇控制系统研究 107系统中 、 采用两独立的PI调节器分别调节而得，有可能造成控制输出幅值溢出，即超过了当前调制比所允许输出的最大电压(如式1)，因此在进行逆 变换前需进行电压限环调节，如图7。

r-：----√ >MM/xS16-Max (1)图7 电压限环当式(1)成立时，表明两个PI调节后，两相输出电压的模已经溢出，需要根据设定的调制频率-Vd(MIxS16Max)