Introduktion till styrprincipens strömslinga
av drivmotorn för nya energifordon
I nya energifordon realiserar motorstyrenheten (MCU) vridmoment- och hastighetskontrollen för drivmotorn (såsom permanentmagnetsynkronmotor, PMSM). Dess vanliga kontrollstrategier är:
• Vektorstyrning (fältorienterad styrning, FOC): Denna strategi är den vanligaste styrmetoden i nuvarande fordonstillämpningar. Den kan oberoende styra motorns magnetiska excitationsfält (det magnetiska excitationsfältet för permanentmagnetens synkronmotor tillhandahålls av permanentmagneten, och ingen extra excitationsström krävs för att etablera magnetfältet. Här hänvisar det till att upprätthålla stabiliteten av den magnetiska flödeslänken genom Id) och det vridmomentmagnetiska fältet, och därigenom uppnår exakt kontroll av vridmoment och hastighet.
• Direkt vridmomentkontroll (Direct Torque Control, DTC): Denna metod kräver ingen komplex koordinattransformation, men uppnår kontrollmålet genom att direkt mäta och kontrollera motorns elektromagnetiska vridmoment och statorflödeslänkning.
Här, med den aktuella slingstyrningen i vektorstyrningsstrategin som ett exempel, sammanfattas drivmotorns styrprocess enligt följande:
1. Motorrotorns position och hastighetsmätning.
MCU:n erhåller positions- och hastighetsinformation för motorrotorn från den roterande kodaren installerad i ena änden av motoraxeln eller integrerad inuti motorn och ansluten till motoraxeln genom en koppling för att säkerställa att de kan rotera koaxiellt.
Det finns huvudsakligen två typer av roterande pulsgivare: absoluta pulsgivare och inkrementella givare. Om man tar tillämpningen av inkrementella kodare som ett exempel, består den vanligtvis av två pulssekvenser av A och B med en fasskillnad på 90 grader, och referenspositionen markeras av Z-faspulsen, som vanligtvis kallas nollpositionen eller ursprunget signal.
När motorn roterar kommer fas A och fas B växelvis att mata ut fyrkantvågspulser. Vid denna tidpunkt kan MCU bestämma motorns rotationsriktning genom att jämföra 90 graders fasskillnad mellan de två faserna och bestämma vinkeln eller avståndet som motorn har roterat genom att registrera antalet pulser och förändringen i antalet pulser per tidsenhet och beräkna motorns hastighet. Genom den erhållna rotorpositionen och hastighetsinformationen kan MCU:n utföra ytterligare styrning såsom strömslingan eller hastighetsslingan.
Till exempel, när motorn roterar i en viss vinkel, kommer kodaren att generera ett motsvarande antal pulser. Motorns rotationsriktning bestäms genom att jämföra ordningen för A-fas och B-faspulserna, och hastigheten beräknas baserat på antalet pulser per tidsenhet. Om man antar att MCU:n tar emot 10,000 pulser på 1 sekund, och kodaren endast genererar 1,000 pulser per varv, är motorhastigheten 10rpm/s (motorhastighet ω).
Kodaren genererar en Z-faspuls för varje varv. När MCU:n tar emot Z-faspulsen för första gången använder den denna position som nollreferenspunkt och räknar sedan antalet A-faspulser för att bestämma motorrotorns position i förhållande till nollpositionen. Om 300 A-faspulser detekteras kommer motorrotorns vinkelposition i förhållande till nollläget att vara 300/1000 varv eller 108 grader (omräknat till radianer θ=3π/5).
