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1、第六章第六章 電動汽車電機驅(qū)動技術(shù)電動汽車電機驅(qū)動技術(shù)1PPT模板下載： 6.1 電動汽車電機驅(qū)動系統(tǒng)概述電動汽車電機驅(qū)動系統(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)動電機取代發(fā)動機，使用電機控新能源汽車一般情況下，是將驅(qū)動電機取代發(fā)動機，使用電機控制器將電能轉(zhuǎn)換為機械能來驅(qū)動汽車行駛。制器將電能轉(zhuǎn)換為機械能來驅(qū)動汽車行駛。發(fā)動機發(fā)動機底盤底盤車身車身電器電器電機電機底盤底盤車身車身電器電器控制器控制器（ECUECU）傳統(tǒng)汽車傳統(tǒng)汽車新能源汽車新能源汽車26.1 電動汽車電機驅(qū)動系統(tǒng)概述電動汽車電機驅(qū)動系統(tǒng)概述36.1 電動汽

2、車電機驅(qū)動系統(tǒng)概述電動汽車電機驅(qū)動系統(tǒng)概述新能源汽車電機驅(qū)動系統(tǒng)主要由哪些部分組成？新能源汽車電機驅(qū)動系統(tǒng)主要由哪些部分組成？機械系統(tǒng)：機械傳動、車輪等機械系統(tǒng)：機械傳動、車輪等電氣系統(tǒng)：電機、功率轉(zhuǎn)換器、電子控制器電氣系統(tǒng)：電機、功率轉(zhuǎn)換器、電子控制器46.1 電動汽車電機驅(qū)動系統(tǒng)概述電動汽車電機驅(qū)動系統(tǒng)概述電動汽車驅(qū)動原理分類：電動汽車驅(qū)動原理分類：電動汽車電動汽車：主要以動力電池為能源源、全部或部分由電機驅(qū)動的汽車。：主要以動力電池為能源源、全部或部分由電機驅(qū)動的汽車。電動汽車電動汽車純電動汽車（純電動汽車（EVEV）混合動力電動汽車（混合動力電動汽車（HEVHEV）燃料電池電動汽車（燃

3、料電池電動汽車（FCEVFCEV）插電式（插電式（PHEVPHEV）非插電式非插電式56.1 電動汽車電機驅(qū)動系統(tǒng)概述電動汽車電機驅(qū)動系統(tǒng)概述基本結(jié)構(gòu)基本結(jié)構(gòu)蓄電池蓄電池逆變器逆變器驅(qū)動電機驅(qū)動電機驅(qū)動軸驅(qū)動軸66.1 電動汽車電機驅(qū)動系統(tǒng)概述電動汽車電機驅(qū)動系統(tǒng)概述蓄電池蓄電池逆變器逆變器驅(qū)動電機驅(qū)動電機驅(qū)動軸驅(qū)動軸蓄電池蓄電池發(fā)動機發(fā)動機串聯(lián)式混合動力電動汽車串聯(lián)式混合動力電動汽車特點：單一的動力裝置，兩個以上能量源特點：單一的動力裝置，兩個以上能量源76.1 電動汽車電機驅(qū)動系統(tǒng)概述電動汽車電機驅(qū)動系統(tǒng)概述串聯(lián)式驅(qū)動系統(tǒng)示意圖串聯(lián)式驅(qū)動系統(tǒng)示意圖86.1 電動汽車電機驅(qū)動系統(tǒng)概述電動汽車

4、電機驅(qū)動系統(tǒng)概述串聯(lián)式典型車型介紹串聯(lián)式典型車型介紹Coaster SHEVCoaster SHEV的外形的外形96.1 電動汽車電機驅(qū)動系統(tǒng)概述電動汽車電機驅(qū)動系統(tǒng)概述串聯(lián)式混合動力電動汽車串聯(lián)式混合動力電動汽車蓄電池蓄電池逆變器逆變器驅(qū)動電機驅(qū)動電機驅(qū)動軸驅(qū)動軸發(fā)動機發(fā)動機耦合器耦合器10并聯(lián)式驅(qū)動系統(tǒng)示意圖并聯(lián)式驅(qū)動系統(tǒng)示意圖6.1 電動汽車電機驅(qū)動系統(tǒng)概述電動汽車電機驅(qū)動系統(tǒng)概述116.1 電動汽車電機驅(qū)動系統(tǒng)概述電動汽車電機驅(qū)動系統(tǒng)概述并聯(lián)式驅(qū)動系統(tǒng)組合驅(qū)動方式并聯(lián)式驅(qū)動系統(tǒng)組合驅(qū)動方式126.1 電動汽車電機驅(qū)動系統(tǒng)概述電動汽車電機驅(qū)動系統(tǒng)概述插電式混合動力電動汽車插電式混合動力電

5、動汽車 概念：概念：可以利用電力網(wǎng)（包括家用電源插座）進行補充充電可以利用電力網(wǎng)（包括家用電源插座）進行補充充電的混的混合動力電動汽車。合動力電動汽車。特點：特點：（1 1）低噪音、低排放）低噪音、低排放 （2 2）介于常規(guī)混合動力和純電動之間）介于常規(guī)混合動力和純電動之間 （3 3）利用晚間）利用晚間“谷電谷電”，降低使用成本，降低使用成本 （4 4）動力電池需要具有深充和深放的能力）動力電池需要具有深充和深放的能力136.1 電動汽車電機驅(qū)動系統(tǒng)概述電動汽車電機驅(qū)動系統(tǒng)概述燃料電池電動汽車燃料電池電動汽車組成：組成：燃料電池發(fā)電機、燃料儲存裝置、驅(qū)動電機、動力電池等。燃料電池發(fā)電機、燃料儲

6、存裝置、驅(qū)動電機、動力電池等。146.1 電動汽車電機驅(qū)動系統(tǒng)概述電動汽車電機驅(qū)動系統(tǒng)概述15燃料電池電動汽車的基本結(jié)構(gòu)燃料電池電動汽車的基本結(jié)構(gòu)6.1 電動汽車電機驅(qū)動系統(tǒng)概述電動汽車電機驅(qū)動系統(tǒng)概述166.1 電動汽車電機驅(qū)動系統(tǒng)概述電動汽車電機驅(qū)動系統(tǒng)概述176.1 電動汽車電機驅(qū)動系統(tǒng)概述電動汽車電機驅(qū)動系統(tǒng)概述帕薩特領(lǐng)馭燃料電動車動力源帕薩特領(lǐng)馭燃料電動車動力源186.1 電動汽車電機驅(qū)動系統(tǒng)概述電動汽車電機驅(qū)動系統(tǒng)概述控制信號流控制信號流動力電源流向動力電源流向機械方式連接機械方式連接196.1 電動汽車電機驅(qū)動系統(tǒng)概述電動汽車電機驅(qū)動系統(tǒng)概述電動汽車對驅(qū)動電機的性能要求電動汽車對

7、驅(qū)動電機的性能要求1 1、體積小、重量輕、體積小、重量輕2 2、在整個運行范圍內(nèi)的高效率、在整個運行范圍內(nèi)的高效率3 3、低轉(zhuǎn)速大轉(zhuǎn)矩特性及寬范圍內(nèi)的恒定功率特性、低轉(zhuǎn)速大轉(zhuǎn)矩特性及寬范圍內(nèi)的恒定功率特性4 4、高可靠性、高可靠性5 5、低價格、低價格6 6、高電壓、高電壓7 7、高轉(zhuǎn)速、高轉(zhuǎn)速鋁制外殼鋁制外殼DCDCDCDC206.2 電動汽車驅(qū)動電機電動汽車驅(qū)動電機 電動汽車電動汽車驅(qū)動電機及其控制系統(tǒng)驅(qū)動電機及其控制系統(tǒng)是電動汽車的是電動汽車的心臟心臟，是把，是把電能轉(zhuǎn)化電能轉(zhuǎn)化為機械能為機械能來驅(qū)動車輛的部件。它的任務(wù)是在駕駛?cè)说目刂葡?，來?qū)動車輛的部件。它的任務(wù)是在駕駛?cè)说目刂葡?，?/p>

8、效率高效率地地將動力電池的能量轉(zhuǎn)化為車輪的動能，或者將將動力電池的能量轉(zhuǎn)化為車輪的動能，或者將車輪上的動能反饋到動力車輪上的動能反饋到動力電池電池中。電能和機械能的相互轉(zhuǎn)化在電機轉(zhuǎn)子和定子間的氣隙形成。中。電能和機械能的相互轉(zhuǎn)化在電機轉(zhuǎn)子和定子間的氣隙形成。21 目前電動汽車常用的電機及其驅(qū)動控制系統(tǒng)有目前電動汽車常用的電機及其驅(qū)動控制系統(tǒng)有4種：種：1）直流電機驅(qū)動系統(tǒng)，電機控制一般采用脈寬調(diào)制（）直流電機驅(qū)動系統(tǒng)，電機控制一般采用脈寬調(diào)制（PWM)控制控制方式。方式。要點：要點：電源電源-直流，控制方式直流，控制方式-PWM脈寬調(diào)制脈寬調(diào)制勵磁方式：勵磁方式：1.永久磁鐵永久磁鐵 2.勵磁

9、繞組勵磁繞組6.2 電動汽車驅(qū)動電機電動汽車驅(qū)動電機226.2 電動汽車驅(qū)動電機電動汽車驅(qū)動電機236.2 電動汽車驅(qū)動電機電動汽車驅(qū)動電機246.2 電動汽車驅(qū)動電機電動汽車驅(qū)動電機25什么是直流電機？什么是直流電機？6.2 電動汽車驅(qū)動電機電動汽車驅(qū)動電機l定義：將直流電能和機械能相互轉(zhuǎn)化的旋轉(zhuǎn)電機，定義：將直流電能和機械能相互轉(zhuǎn)化的旋轉(zhuǎn)電機，它可用作電動機或發(fā)電機它可用作電動機或發(fā)電機直流電機的用途直流電機的用途1.1.作電源用作電源用直流發(fā)電機直流發(fā)電機 2.2.作動力用作動力用直流電動機直流電動機 3.3.信號的傳遞信號的傳遞作為測量元件作為測量元件直流測速發(fā)電機直流測速發(fā)電機作為執(zhí)

10、行元件作為執(zhí)行元件直流伺服電動機直流伺服電動機26直流電機的優(yōu)缺點直流電機的優(yōu)缺點q優(yōu)點：優(yōu)點：直流發(fā)電機的電勢波形較好，電磁干擾較小。直流發(fā)電機的電勢波形較好，電磁干擾較小。直流電動機的調(diào)速范圍寬廣，調(diào)速特性平滑。直流電動機的調(diào)速范圍寬廣，調(diào)速特性平滑。直流電動機過載能力較強，起動和制動轉(zhuǎn)矩較大。直流電動機過載能力較強，起動和制動轉(zhuǎn)矩較大。q缺點缺點：由于存在換向器，其制造、維護復(fù)雜，價格較高。由于存在換向器，其制造、維護復(fù)雜，價格較高。6.2 電動汽車驅(qū)動電機電動汽車驅(qū)動電機276.2 電動汽車驅(qū)動電機電動汽車驅(qū)動電機他勵：他勵：勵磁繞組與電樞繞組勵磁繞組與電樞繞組無關(guān)無關(guān)他勵式發(fā)電機他勵

11、式發(fā)電機nrfI=IaI Ia a電樞電流電樞電流I If f勵磁電流勵磁電流I If fI Ia aR Rf fR RL LI IU UE Ea a28并勵式電動機并勵式電動機6.2 電動汽車驅(qū)動電機電動汽車驅(qū)動電機串勵式電動機串勵式電動機并勵：并勵：勵磁繞組與電樞繞組勵磁繞組與電樞繞組并聯(lián)并聯(lián) 串勵：串勵：勵磁繞組與電樞繞組勵磁繞組與電樞繞組串聯(lián)串聯(lián)29 基本轉(zhuǎn)速基本轉(zhuǎn)速n ne e以下為恒轉(zhuǎn)矩區(qū)，基本轉(zhuǎn)速以下為恒轉(zhuǎn)矩區(qū)，基本轉(zhuǎn)速n ne e以上為恒功率區(qū)。在恒轉(zhuǎn)以上為恒功率區(qū)。在恒轉(zhuǎn)矩區(qū)，勵磁電流保持不變，通過改變電樞電壓來控制轉(zhuǎn)矩。在高速恒矩區(qū)，勵磁電流保持不變，通過改變電樞電壓來控制

12、轉(zhuǎn)矩。在高速恒功率區(qū)，電樞電壓不變，通過改變勵磁電流或弱磁來控制轉(zhuǎn)矩。它的功率區(qū)，電樞電壓不變，通過改變勵磁電流或弱磁來控制轉(zhuǎn)矩。它的這種特性很適合汽車對動力源低速高轉(zhuǎn)矩、高速低轉(zhuǎn)矩的要求，而且這種特性很適合汽車對動力源低速高轉(zhuǎn)矩、高速低轉(zhuǎn)矩的要求，而且直流電機結(jié)構(gòu)簡單，易于平滑調(diào)速，控制技技術(shù)成熟。直流電機結(jié)構(gòu)簡單，易于平滑調(diào)速，控制技技術(shù)成熟。6.2 電動汽車驅(qū)動電機電動汽車驅(qū)動電機306.2 電動汽車驅(qū)動電機電動汽車驅(qū)動電機一、電流電樞繞組基本知識一、電流電樞繞組基本知識作用：作用：電樞繞組電樞繞組功率繞組功率繞組。當(dāng)電樞繞組在磁場中旋轉(zhuǎn)時將感。當(dāng)電樞繞組在磁場中旋轉(zhuǎn)時將感應(yīng)電勢，當(dāng)電樞

13、繞組中流通電流時，電流和氣隙磁場相互作用將應(yīng)電勢，當(dāng)電樞繞組中流通電流時，電流和氣隙磁場相互作用將產(chǎn)生電磁轉(zhuǎn)矩。產(chǎn)生電磁轉(zhuǎn)矩。通過電樞繞組直流電機進行電功率和機械功率的通過電樞繞組直流電機進行電功率和機械功率的轉(zhuǎn)換轉(zhuǎn)換。特點：特點：直流繞組是閉合繞組直流繞組是閉合繞組。每個元件的兩端點分別連接在兩換。每個元件的兩端點分別連接在兩換向片上，每個換向片連接兩個元件，各元件依一定規(guī)律依次連接，向片上，每個換向片連接兩個元件，各元件依一定規(guī)律依次連接，形成閉合回路。形成閉合回路。316.2 電動汽車驅(qū)動電機電動汽車驅(qū)動電機326.2 電動汽車驅(qū)動電機電動汽車驅(qū)動電機b)idOEudwtIdOwtaqd

14、332）交流感應(yīng)電機驅(qū)動系統(tǒng)，電機控制一般采用矢量控制或直接轉(zhuǎn)矩）交流感應(yīng)電機驅(qū)動系統(tǒng)，電機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?？刂频淖冾l調(diào)速控制方式。3）交流永磁電機驅(qū)動系統(tǒng)，包括永磁同步電機控制系統(tǒng)和水磁光）交流永磁電機驅(qū)動系統(tǒng)，包括永磁同步電機控制系統(tǒng)和水磁光明方波電機控制系統(tǒng)，其中永磁同步電機控制一般采用矢量控制方法，明方波電機控制系統(tǒng)，其中永磁同步電機控制一般采用矢量控制方法，永磁無刷方波電機控制方法與直流電機控制相似。永磁無刷方波電機控制方法與直流電機控制相似。4)開關(guān)磁阻電機驅(qū)動系統(tǒng)，電機控制一般采用模糊滑?？刂品椒?。開關(guān)磁阻電機驅(qū)動系統(tǒng)，電機控制一般采用模糊滑

15、?？刂品椒?。6.2 電動汽車驅(qū)動電機電動汽車驅(qū)動電機346.2 電動汽車驅(qū)動電機電動汽車驅(qū)動電機電動汽車的電機驅(qū)動系統(tǒng)與傳統(tǒng)工業(yè)電機驅(qū)動系統(tǒng)差別較大，特點如下：電動汽車的電機驅(qū)動系統(tǒng)與傳統(tǒng)工業(yè)電機驅(qū)動系統(tǒng)差別較大，特點如下：1）以電機轉(zhuǎn)矩或轉(zhuǎn)速為控制目標(biāo)，加速踏板、制動踏板和轉(zhuǎn)向盤的給定位置是電）以電機轉(zhuǎn)矩或轉(zhuǎn)速為控制目標(biāo)，加速踏板、制動踏板和轉(zhuǎn)向盤的給定位置是電機轉(zhuǎn)矩或轉(zhuǎn)速的目標(biāo)值，要求轉(zhuǎn)矩響應(yīng)快，波動小，穩(wěn)定性好。機轉(zhuǎn)矩或轉(zhuǎn)速的目標(biāo)值，要求轉(zhuǎn)矩響應(yīng)快，波動小，穩(wěn)定性好。2）要求電機具有較寬的調(diào)速范圍，最高轉(zhuǎn)速是基速的）要求電機具有較寬的調(diào)速范圍，最高轉(zhuǎn)速是基速的2倍以上，電機要能四象限倍以

16、上，電機要能四象限工作。工作。3）為保證汽車動力性好，要求電機低速大轉(zhuǎn)矩輸出，并能具有較大的過載距力，）為保證汽車動力性好，要求電機低速大轉(zhuǎn)矩輸出，并能具有較大的過載距力，較長的過載時間，過載系數(shù)達較長的過載時間，過載系數(shù)達2倍以上，過載時間達倍以上，過載時間達3min以上，為保證最高車速，以上，為保證最高車速，要求電機基速以上處于一定恒功率輸出要求電機基速以上處于一定恒功率輸出4），電機驅(qū)動系統(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），電機驅(qū)動系統(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)大于的轉(zhuǎn)速區(qū)大于75%。5）電機驅(qū)動系統(tǒng)可靠性好，電磁兼容性好

17、，易于維護。）電機驅(qū)動系統(tǒng)可靠性好，電磁兼容性好，易于維護。35矢量控制矢量控制 由于異步電機的動態(tài)數(shù)學(xué)模型是一個高階、非線性、強耦合的多由于異步電機的動態(tài)數(shù)學(xué)模型是一個高階、非線性、強耦合的多變量系統(tǒng)。上世紀(jì)變量系統(tǒng)。上世紀(jì)60年代末由達姆斯塔特工業(yè)大學(xué)（年代末由達姆斯塔特工業(yè)大學(xué)（TU Darmstadt）的的K.Hasse提出矢量控制。在提出矢量控制。在70年代初由西門子工程師年代初由西門子工程師F.Blaschke在在布倫瑞克工業(yè)大學(xué)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發(fā)表的博士論文中提出三相電機磁場定向控制方法，通過異步電機機磁場定向控制方法，

18、通過異步電機矢量控制矢量控制理論來解決交流電機轉(zhuǎn)理論來解決交流電機轉(zhuǎn)矩控制問題。矩控制問題。矢量控制實現(xiàn)的基本原理矢量控制實現(xiàn)的基本原理是通過測量和控制異步電動機是通過測量和控制異步電動機定子電流矢量定子電流矢量，根據(jù)磁場定向原理分別對異步電動機的勵磁電流和轉(zhuǎn)，根據(jù)磁場定向原理分別對異步電動機的勵磁電流和轉(zhuǎn)矩電流進行控制，從而達到控制異步電動機轉(zhuǎn)矩的目的。矩電流進行控制，從而達到控制異步電動機轉(zhuǎn)矩的目的。36永磁同步電機定子鐵芯與轉(zhuǎn)子鐵芯永磁同步電機定子鐵芯與轉(zhuǎn)子鐵芯6.3 永磁同步電機永磁同步電機37永磁同步電機定子鐵芯與轉(zhuǎn)子鐵芯立體圖永磁同步電機定子鐵芯與轉(zhuǎn)子鐵芯立體圖6.3 永磁同步電機

19、永磁同步電機38嵌好繞組的永磁電機定子鐵芯嵌好繞組的永磁電機定子鐵芯6.3 永磁同步電機永磁同步電機39永磁同步電機的剖視圖永磁同步電機的剖視圖406.3 永磁無刷直流電機（永磁無刷直流電機（BLDC）內(nèi)定子鐵芯與外永磁轉(zhuǎn)子內(nèi)定子鐵芯與外永磁轉(zhuǎn)子416.3 永磁無刷直流電機（永磁無刷直流電機（BLDC）有線圈的內(nèi)定子與霍爾元件有線圈的內(nèi)定子與霍爾元件426.3 永磁無刷直流電機（永磁無刷直流電機（BLDC）電機組合在一起的的內(nèi)定子與外轉(zhuǎn)子電機組合在一起的的內(nèi)定子與外轉(zhuǎn)子436.3 永磁無刷直流電機（永磁無刷直流電機（BLDC）八線制：控制器直流電源八線制：控制器直流電源2根（根（REF+，RE

20、F-），霍爾傳感器），霍爾傳感器3根根 （HALL-A/B/C），電機三對繞組），電機三對繞組3根（根（A/B/C）446.3 矢量控制（矢量控制（FOC）矢量控控制基本原理 FOC控制的基本思路基：模擬直流電機的控制方法進行控制，根據(jù)線性變換以及變換前后磁勢和功率不變的原則，通過正交變換將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變換下將定子電流矢量分解成按轉(zhuǎn)子磁場定向的兩個直流分量id/iq（其中，id為勵磁電流分量、iq為轉(zhuǎn)矩電流分量）。并對其分別加以控制，控

21、制id相當(dāng)于控制磁通，控制iq相當(dāng)于控制轉(zhuǎn)矩。456.3 永磁無刷直流電機（永磁無刷直流電機（BLDC）磁場定向控制系統(tǒng)（磁場定向控制系統(tǒng)（Field Oriented Control），簡稱），簡稱FOC矢量控制。矢量控制。經(jīng)過上述變換之后得到：經(jīng)過上述變換之后得到：-為勵磁電流為勵磁電流-為勵磁電流為勵磁電流466.3 矢量控制（矢量控制（FOC）1、d、q軸是什么軸是什么?d軸是電機中的直軸，軸是電機中的直軸，q軸是交軸。是一個虛擬坐標(biāo)軸（現(xiàn)實中軸是交軸。是一個虛擬坐標(biāo)軸（現(xiàn)實中不存在），為了便于分析。勵磁磁場和轉(zhuǎn)子磁場會存在一定的角不存在），為了便于分析。勵磁磁場和轉(zhuǎn)子磁場會存在一定的

22、角度（功角），可以把兩個磁場相互的作用力分解垂直于磁場方向和度（功角），可以把兩個磁場相互的作用力分解垂直于磁場方向和呈呈90度交叉方向兩部分（就像把一個作用力分解成為度交叉方向兩部分（就像把一個作用力分解成為X和和Y軸上的分軸上的分力一樣），轉(zhuǎn)子磁極的中心線作為直軸力一樣），轉(zhuǎn)子磁極的中心線作為直軸d，將垂直于，將垂直于d軸兩相鄰磁極軸兩相鄰磁極間定義為間定義為q軸。軸。476.3 直流電動機調(diào)速依據(jù)直流電動機調(diào)速依據(jù)直流電動機的轉(zhuǎn)速直流電動機的轉(zhuǎn)速n n和其他參量的關(guān)系可表示為和其他參量的關(guān)系可表示為式中式中 UaUa電樞供電電壓（電樞供電電壓（V V）；）；Ia Ia 電樞電流（電樞電流

23、（A A）；）；勵磁磁通（勵磁磁通（WbWb）；）；RaRa電樞回路總電阻（電樞回路總電阻（）；）；C Ce電勢系數(shù)電勢系數(shù)486.3 矢量控制矢量控制直流電機改變直流電機轉(zhuǎn)速方法有：直流電機改變直流電機轉(zhuǎn)速方法有：1、電樞變阻、電樞變阻2、電樞調(diào)壓、電樞調(diào)壓3、改變磁通、改變磁通-恒功率調(diào)速恒功率調(diào)速恒轉(zhuǎn)矩調(diào)速恒轉(zhuǎn)矩調(diào)速直流電機轉(zhuǎn)矩直流電機轉(zhuǎn)矩49506.3 永磁無刷直流電機（永磁無刷直流電機（BLDC）磁場定向控制系統(tǒng)（磁場定向控制系統(tǒng)（Field Oriented Control），簡稱），簡稱FOC矢量控制。矢量控制。經(jīng)過上述變換之后得到：經(jīng)過上述變換之后得到：-為勵磁電流為勵磁電流-

24、為勵磁電流為勵磁電流516.3 模糊控制模糊控制適用對象：適用對象：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。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)：建立基礎(chǔ)：模糊控制是以模糊集合論，模糊語言變量及模糊邏輯推理為基礎(chǔ)的模糊控制是以模糊集合論，模糊語言變量及模糊邏輯推理為基礎(chǔ)的一種計算機數(shù)字控制。一種計算機數(shù)字控制。包含模型：包含模型：模糊控制系統(tǒng)主要包括模糊控制系統(tǒng)主要包括Mamdani模糊規(guī)則控制和模糊規(guī)則控制和Takagi-Sugeno模糊模糊模型（簡稱模型（簡稱T-S模型）控制兩形式。模型）控制兩形式。526.3 模糊控制模糊控制模糊控制的

25、基本原理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。器，如圖中的虛線框中部分所示。536.3 模糊控制模糊控制模糊控制系統(tǒng)的基本算法可以概括為四個步驟：模糊控制系統(tǒng)的基本算法可以概括為四個步驟：1.1.根據(jù)本次采樣得到的系統(tǒng)的輸出值，計算所選擇之系統(tǒng)的輸入變根據(jù)本次采樣得到的系統(tǒng)的輸出值，計算所選擇之系統(tǒng)的輸入變量；量；2.2.將輸入變量的精確值變?yōu)槟：?；將輸入變量的精確值變?yōu)槟：浚?.3.根據(jù)輸入變量（模糊量）機模糊控制規(guī)則，按模糊推理合成規(guī)則根據(jù)輸入變量（模糊量）機模糊

26、控制規(guī)則，按模糊推理合成規(guī)則計算控制量（模糊量）；計算控制量（模糊量）；4.4.由上述得到的控制量（模糊量）計算精確量。由上述得到的控制量（模糊量）計算精確量。546.3 模糊控制模糊控制模糊化模糊化 在模糊控制系統(tǒng)的運行中，控制器的輸入、輸出值是有確定值的在模糊控制系統(tǒng)的運行中，控制器的輸入、輸出值是有確定值的清晰量，而在進行模糊控制時，需要的是模糊量，因而需要轉(zhuǎn)換。清晰量，而在進行模糊控制時，需要的是模糊量，因而需要轉(zhuǎn)換。把物理量的清晰值轉(zhuǎn)換成模糊語言變量值的過程叫做清晰量的模糊化。把物理量的清晰值轉(zhuǎn)換成模糊語言變量值的過程叫做清晰量的模糊化。以語言變量以語言變量“偏差偏差”x為例，設(shè)為例

27、，設(shè)x的實際取值范圍是連續(xù)值，且的實際取值范圍是連續(xù)值，且x-6,6。將該語言變量模糊化的過程如下：。將該語言變量模糊化的過程如下：1.將連續(xù)論域?qū)⑦B續(xù)論域X=-6,6離散化：離散化：N=-6,-5,-4,-3,-2,-1,0,1,2,3,4,5,6;2.設(shè)定語言變量的語言值：設(shè)定語言變量的語言值：NB,NM,NS,O,PS,PM,PB;3.定義好每個語言變量值，即給他們設(shè)定隸屬度函數(shù)定義好每個語言變量值，即給他們設(shè)定隸屬度函數(shù)556.3 模糊控制模糊控制隸屬度賦值表隸屬度賦值表566.3 模糊控制模糊控制4.將實際值與模糊值對應(yīng)：如實際值將實際值與模糊值對應(yīng)：如實際值x=-6,它是離散化后論

28、域中的點，它是離散化后論域中的點，而且而且故將故將-6模糊化模糊化NB；又如對實際值；又如對實際值x=-0.8，將其四舍五入取整是，將其四舍五入取整是-1，由于，由于所以將實際值所以將實際值x=-0.8離散化為離散化為NS一般情況下，如果一般情況下，如果x的實際取值范圍是連續(xù)值，且的實際取值范圍是連續(xù)值，且x a,b，要將其轉(zhuǎn)換，要將其轉(zhuǎn)換成成-n,n區(qū)間的離散值區(qū)間的離散值y，則轉(zhuǎn)換公式為，則轉(zhuǎn)換公式為 y=2nx-(a+b)/2/(b-a)576.3 模糊控制模糊控制對于離散化不不對稱的情況，如對于離散化不不對稱的情況，如-n,m，轉(zhuǎn)換公式為，轉(zhuǎn)換公式為y=(m+n)x-(a+b)/2/(

29、b-a)模糊控制規(guī)則模糊控制規(guī)則 模糊控制規(guī)則是由一系列模糊控制規(guī)則是由一系列if-then形式的模糊條件語句所構(gòu)成，條形式的模糊條件語句所構(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。件句中的前件為系統(tǒng)的輸入或狀態(tài)，后件是控制量。推理機制推理機制 模糊推理是指采用某推理方法，由采樣時刻的輸入和模糊控制規(guī)模糊推理是指采用某推理方法，由采樣時刻的輸入和模糊控制規(guī)則導(dǎo)出模糊控制器控制量的輸出。常用的推理方法有：則導(dǎo)出模糊控制器控制量的輸出。常用的推理方法有：586.3 模糊控制模糊控制1.Mamdani模糊推理算法；模糊推理算法；2.Larsen模糊推理算法；模糊推理算法；3.Takagi

30、-Sugeno模糊推理算法；模糊推理算法；4.Tsukamoto模糊推理算法；模糊推理算法；5.簡單模糊推理算法。簡單模糊推理算法。596.3 模糊控制模糊控制 前面我們提到，對多輸入多輸出（前面我們提到，對多輸入多輸出（MIMO）模糊控制器，其規(guī)則庫）模糊控制器，其規(guī)則庫均可以看成是多個獨立的多輸入單輸出系統(tǒng)。因而，在此只考慮均可以看成是多個獨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，考慮兩個輸入系統(tǒng)。不失一般性，考慮兩個輸入一個輸出的模糊控制器。設(shè)已一個輸出的模糊控制器。設(shè)已建立的模糊控制規(guī)則為建立的模糊控制規(guī)則為606.3 模糊控制模糊控制R1：如果如果x是是A1

31、and y是是B1，則，則z是是C1R2：如果如果x是是A2 and y是是B2，則，則z是是C2Rn：如果：如果x是是An and y是是Bn，則，則z是是Cn設(shè)已知模糊控制器的輸入模糊量為：設(shè)已知模糊控制器的輸入模糊量為：x是是Aand y是是B，則根據(jù)模糊控，則根據(jù)模糊控制規(guī)則進行模糊推理，可以得出輸出變量制規(guī)則進行模糊推理，可以得出輸出變量z的值為的值為C計算如下：計算如下：616.3 模糊控制模糊控制 其中包括了三種主要的模糊邏輯運算：其中包括了三種主要的模糊邏輯運算：and運算，合成運算運算，合成運算“。”和蘊涵運算和蘊涵運算“”“”。“and”運算提出采用求交（取?。┗蚯蠓e（代運

32、算提出采用求交（取?。┗蚯蠓e（代數(shù)積）的方法；合成運算數(shù)積）的方法；合成運算“”“”提出采用最大最小方法；蘊涵運算提出采用最大最小方法；蘊涵運算“”“”采用求交（采用求交（Rc）或求積（）或求積（Rp）的方法。）的方法。清晰化（反模糊化）清晰化（反模糊化）1.1.最大隸屬度法：在模糊控制器的推理過程中，取其隸屬度最大的最大隸屬度法：在模糊控制器的推理過程中，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隸屬度法。若輸出元素作為精確值，去執(zhí)行控制的方法稱為最大隸屬度法。若輸出量模糊集合量模糊集合C的隸屬函數(shù)只有一個峰值，則取隸屬度為最大者為的隸屬函數(shù)只有一個峰值，則取隸屬度為最大者為清

33、晰值；若輸出有多個元素的隸屬度達到峰值，即設(shè)有清晰值；若輸出有多個元素的隸屬度達到峰值，即設(shè)有626.3 模糊控制模糊控制則取這些元素的平均中心值作為清晰值，即則取這些元素的平均中心值作為清晰值，即或者取或者取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，取分界點為清晰值。即設(shè)有等的兩部分，取分界點為清晰值。即設(shè)有z0滿足滿足則取則取z0為清晰值。為清晰值。636.3 模糊控制模糊控制3.重心法：重心法也稱力矩法，它是對模糊推理的結(jié)果重心法：重心法也稱力矩法，它是對模糊推理的結(jié)果C的所有元素的所有元素求取重心元素的方法，它有如下公式求取重心元素的方法，它有如下公式646.3 模糊控制模糊控制模糊控制器的設(shè)計過程模糊控制器的設(shè)計過程模糊控制器的設(shè)計包括如下幾個方面：模糊控制器的設(shè)計包括如下幾個方面：1.確定模糊