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纯电动汽车电机控制系统建模与性能分析
操纵方便容易，噪音低。与混合动力汽车相比，纯电动车使用单一电能源，电控系统大大减少了汽车内部机械传动系统，结构更简化，也降低了机械部件摩擦导致的能量损耗及噪音，节省了汽车内部空间、重量。电机驱动控制系统是新能源汽车车辆行驶中的主要执行结构，驱动电机及其控制系统是新能源汽车的核心部件（电池、电机、电控）之一，其驱动特性决定了汽车行驶的主要性能指标，它是电动汽车的重要部件。
无刷直流电机BLDCM是永磁同步电动机的一种。永磁同步电动机调速系统常用的有两种系统：正弦波系统和梯形波系统。梯形波永磁同步电动机也称无刷直流电动机，是近年来随着电子技术的迅速发展而发展起来的一种新型电机。其最大特点是没有换向器(整流子)和电刷组成的机械接触结构。，它通常采用永磁体为转子，没有激磁损耗；发热的电枢绕组又通常装在外面的定子上，这样热阻较小，散热容易。因此，无刷直流电机没有换向火花，不产生无线电干扰，寿命长，运行可靠，维护简便。
1.2 无刷电动机的应用与发展方向
由于自身的诸多优点，BLDCM在各个领域，特别是方兴未艾的电动汽车(ElectricVehicleS，以下简称EV)产业中得到了广泛的应用，并且具有良好的发展前景。汽车是最重要的交通工具，但是石油资源的日益减少以及燃油汽车对对环境的污染已成为亟待解决的问题。因此，无污染低噪声的EV的研制和开发热潮已经在全球兴起。Ev取代燃油汽车是大势所趋，EV将必然是2l世纪汽车工业发展的方向。推广使用EV，是一个事关环境与可持续发展的重要问题，积极开发和推广使用“绿色”交通工具是此框架下交通变革的必然趋势。EVS对其动力装置提出了比通常情况更高更复杂的要求；频繁启动／停车，快速提／降速，低速爬坡时输出高转矩，高速经济行驶时输出低转矩：具有高能量密度和高效率，以尽可能地降低车身的尺寸和重量；既有良好的动态性能，又有高稳态精度，且易于控制。BLDCM的诸多优势，如起动转矩大、过载能力强，体积小、省电、高效率，长寿命、免维修和控制方便，正合适EV的运行特性，将会成为Ev的首选。目前，
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尤其是考虑到Ev短距离行驶里程有限。所以，高效率、高单位能量容量和高转矩／重量比的BLDCM尤其具有吸引力。东京电力著名的IZA是一款具有代表性的高性能EV，采用的就是BLDCM，技术水平超过了GM公司。宝马公司的BMW El／E2型Ev采用的均是BLDCM，Honda、Toyota和Nissan等公司的EV也都选择了BLDCM作为驱动电动机。
由于无刷直流电机调速范围宽，噪声低，效率高，在空调器、电冰箱、洗衣机、DVD／CD机驱动等领域得到了大量应用。例如，在空调压缩机中，由于汽缸中充满了氟氯昂，不能采用会产生火花的有刷直流电机。交流电机成本低，制造工艺简单，但其节能效果差。直流无刷电机既有普通直流电机良好的调速性能，又从根本上消除了换向火花和电磁干扰的弊端，噪声低，可靠性高，寿命长，广泛应用于目前市场上的空调产品之中。70年代席卷全球的石油危机，促使交流电动机矢量控制技术走出实验室，大规模地应用到了工业生产中去。当时，国外就有权威人士预言：“交流传动现在取代直流传动，而无机械换向器电动机未来将会取代其它一切形式的交流传动形式。”从此之中可以看出无刷直流电动机的广阔应用前景。交流电动机的坐标变换原理和矢量控制技术在数学模型的高度体现了直流电机和交流电机的统一性，而以BLDCM为代表的无机械换向器电机则在物理模型上统一了交流电机结构上和直流电机性能上的优越性。电力传动自动控制技术从直流传动到交流传动，再到兼具两者优点的无刷电动机传动，在电磁学基本理论的高度上体现了交直流电动机传动本质上的统一。
1.3 国内外电机控制与性能分析的研究现状
由于BLDCM优异的性能、低廉的成本以及简便的控制方法，日益引起人们的广泛关注。目前，BLDCM的控制研究焦点主要集中在如下几个领域： （1） 基于稳态模型的标量控制
交流电动机最初的运行方式是不受控运行。其控制功能仅限于接通和关断以及某些情况下的辅助起动、制动和反转。为了满足一些调速传动的需要，产生了一些性能较差的控制：如鼠笼异步电动机降压调速、绕线式异步电动机转子串电阻调速和电磁转差离合器调速、绕线式异步电动机串极调速、鼠笼异步电动机变压变频调速（VVVF）、变极调速和同步电机变压变频调速。在以上调速方法中，
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除变压变频调速外，一般为开环控制，不需变频器，设备简单，但效率低，性能差。鼠笼异步电动机基于恒压频比控制而构成的转差频率闭环控制，性能相对较好，但由于它们都是基于稳态模型，动态性能较差，一般只用于水泵、风机等动态性能要求较低的节能调速和一般调速场合。 （2） 矢量控制
1971年由德国学者Blaschke提出的矢量控制理论使交流电机控制由外部宏观稳态控制深入到电机内部电磁过程的瞬态控制。永磁同步电机的控制性能由此发生了质的飞跃。矢量控制最本质的特征是通过坐标变换将交流电机内部复杂耦合的非线性变量变换为相对坐标系为静止的直流变量（如电流，磁链，电压等），从中找到约束条件，获得某一目标的最佳控制策略。 （3） 直接转矩控制
1985年，Depenbrock教授提出异步电机直接转矩控制方法。该方法在定子坐标系下分析交流电机的数学模型，在近似圆形旋转磁场的条件下强调对电机的转矩进行直接控制，省掉了矢量坐标变换等复杂的计算。其磁场定向应用的是定子磁链，只需知道定子电阻就可以把它观测出来，相对矢量控制更不易受电机参数变化的影响。近年来，直接转矩控制方式被移植到永磁同步电机的控制中，其控制规律和关键技术正逐渐被人们了解、掌握。直接转矩控制在全数字化、大转矩、快速响应的交流伺服系统中有广阔应用前景。 （4） 非线性控制
交流电机是一个强耦合、非线性、多变量系统：非线性控制通过非线性状态反馈和非线性变换，实现系统的动态解耦和全局线性化，将非线性、多变量、强耦合的交流电动机系统分解为两个独立的线性单变量系统。其中转子磁链子系统由两个惯性环节组成。两个子系统的调节按线性控制理论分别设计，以使系统达到预期的性能指标。
但是，非线性系统反馈线性化的基础是已知参数的电动机模型和系统的精确测量或观测，而电机在运行中，参数受各个因素的影响会发生变化，磁链观测的准确性也很难论证，这些都会影响系统的鲁棒性，甚至造成系统性能恶化。目前这种控制方法仍有待进一步完善。 （5） 自适应控制
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自适应控制能在系统运行过程中不断提取有关模型的信息，使模型逐渐完善，是克服参数变化影响的有力手段。应用于永磁交流电机控制的自适应方法有模型参考自适应、参数辨识自校正控制以及新发展的各种非线性自适应控制。但所有这些方法都存在的问题是：①数学模型和运算繁琐，使控制系统复杂化；②辨识和校正都需要一个过程，所以对一些参数变化较快的系统，就会因来不及校正而难以产生很好的效果。 （6） 滑模变结构控制
滑模变结构控制是变结构控制的一种控制策略，它与常规控制的根本区别在于控制的不连续性，即一种使系统“结构”随时变化的开关特性。其主要特点是，根据被调量的偏差及其导数，有目地的使系统沿设计好的“滑动模态”轨迹运动。这种滑动模态是可以设计的，且与系统的参数及扰动无关，因而使系统具有很强的鲁棒性。另外，滑模变结构控制不需要任何在线辨识，所以很容易实现。在过去10多年里，将滑模变结构控制应用于交流传动一直是国内外学者的研究热点，并已取得了一些有效的结果。但滑模变结构控制本质上的不连续开关特性使系统存在“抖振”问题。主要原因是：①对于实际的滑模变结构系统，其控制力总是受到限制的，从而使系统的加速度有限；②系统的惯性、切换开关的时间空间滞后及状态检测的误差，特别对于计算机的采样系统，当采样时间较长时，形成“准滑模”等。所以，在实际系统中“抖振”必定存在且无法消除，这就限制了它的应用。
（7） 智能控制 ①专家系统智能控制
专家控制(Expert control)是智能控制的一个重要分支。专家控制的实质是基于控制对象和控制规律各种知识，并以智能方式利用这些知识使控制系统尽可能优化。
专家控制的基本思想是：自动控制理论+专家系统技术。自动控制系统中存在大量的启发式逻辑，这是因为工业控制对象及其环境的变化呈现出多样性、非线性和不确定性，这些启发式逻辑实际上是实现最优控制目标的各种经验知识，
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