第 36 卷 第 5 期
2015 年 10 月
河 南 科 技 大 学 学 报 ：自 然 科 学 版
Journal of Henan University of Science and Technology：Natural Science
Vol.36 No.5
Oct. 2015
基金项目：国家自然科学基金项目（6 1 4731 15 ，5 1277 1 1 6 ，5 1 375 1 45 ）；中国博士后科学 基 金项 目 （201 3 T60670 ）；河 南 省科 技 创新 人 才
杰出青年计划基金项目（1441005 1 0004 ）；河南省高校科技创新人才支持计划项目（1 3 HASTIT038）
作者简介：付主木（1974 －），男，湖北仙桃人，副教授，博士，硕士生 导师，主要研 究方向 为混合 动力汽 车能量 管理策 略及电 机控制 .
收稿日期：201 5 －03 －27
文章编号：1672 －687 1 （20 1 5 ）05 －0019 －06
电动汽车用永磁同步电机模糊直接转矩控制
付主木
a
，高爱云
b
（河南科技大学 a.信息工程学院；b.车辆与交通工程学院，河南 洛阳 471023）
摘要：为了提升电动汽车电机驱动系统的动态性能和稳 态效 率，本 文提 出 了 一种 基 于电 动 汽 车行 驶 模 式 切 换
的永磁同步电机（PMSM）模糊直接转矩控制策略。在分析电动汽车行驶模式的基础 上，对 传统 PMSM 直接 转
矩控制（DTC）系统进行了改进，采用模糊控制器 取 代 传 统 DTC 系 统 中 的 滞 环 比 较 器 和 电 压 矢 量 选 择 器。针
对不 同 的 行 驶 模 式，分 别 设 计 了 相 应 的 模 糊 控 制 规 则 和 控 制 器 。 在 Matlab ／Simulink 中 搭 建 了 PMSM 模 糊
DTC 系统模型。仿真结果表明：所设计的 PMSM模糊 DTC 策略与传统 DTC 相比，PMSM 驱动系统不仅转矩 动
态响应速度快，转矩脉动小，而且其高速运行时的稳态效率提高了 10.26％。
关键词：永磁同步电机；直接转矩控制；模糊控制；行驶模式切换
中图分类号：TP273 文献标志码：A
0 引言
电动汽车是未来汽车行业发展的主要方向，由于车载动力电池容量有限，电动汽车的续航能力远远
无法与传统燃油汽车相匹敌，在电池技术还未取得突破性进展时，研究高性能和高效率的电机驱动系统
具有非常重要的意义
［1 －3 ］
。永磁同步电机（PMSM）具有体积小、质量轻、效率高、电 磁转矩大、过载能力
强等优点，特别适合用作电动汽车的牵引电机
［4 －6 ］
。目前，永磁同步电机驱动系统普遍采用矢量控制技
术和直接转矩控制（DTC）技术，由于电动汽车行驶工况复 杂，转子 参数变化幅度大，严重影 响 了 矢 量 控
制效果，而直接转矩控制技术不受转子参数变化的影响，结构简单，易于实现，且转矩动态响应快，成为
电动汽车用永磁同步电机驱动技术的研究热点
［7 －8］
。
PMSM 传统直接转矩控制系统中定子磁 链 和 电 磁 转 矩 采用滞环控制，在 一 个 控 制 周 期 内 仅作用一
次有效的电压空间矢量，因而不可避免地产生较大的转矩脉动。针对此问题，国内外学者提出了许多改
进方案。文献［9 ］将空间矢量脉宽调制（SVPWM）控制技术应用到直接转矩控制方案中，可以有效地提
高逆变器开关频率，降低转矩脉动，但系统实现较复 杂。文献［10 －1 1 ］将滑 模 变 结 构控 制 与 直 接 转 矩
控制系统相结合，明显地减小磁链和转矩脉 动，但在 滑 模 面 会 产 生 不 良抖动。文 献 ［12 －13 ］用模 糊 控
制器取代滞环比较器，并利用零矢量，有效地抑制了 转 矩 脉 动。文献［14］研究了使 转 矩脉 动 最 小 的 零
矢量作用范围，为转矩调节器的优化设计提供了参考。然而以上研 究仅针对独立的 电 机 驱 动 系 统 进 行
优化和改进，专门适用于电动汽车且与电动汽车行驶模式相结合的改进方案尚不多见。
为了提高电动汽车用电机驱动系统的动态性能和稳态效率，本文结合国内外的研究成果，提出了一
种基于电动汽车行驶模式切换的 PMSM 模糊 直 接 转 矩控制方案，并在 Matlab ／Simulink 中 进 行 了 仿 真
和对比分析。
1 电动汽车行驶模式分析
通常电动汽车行驶工况较为复杂，根据道路环境以及行驶速度、加速度等参数可将其简化 为如图 1
所示的 5 种典型行驶模式。
图 1 中，在
Ⅰ
阶段，电动汽车处于加速（起动）模式，加速度方向为正，电机电磁转矩正向快速增大；
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