新能源汽车空调电动压缩机控制技术研究

同步 电机 。阐 述了 矢量 变 频控 制技术的原理与空间矢量脉冲宽度调制( SVPWM) 的计算 方法。在
MATLAB/ SI MULI NK的环境中，搭建控制系统及组件仿真模型，其结果证明了该方法的有效性，为实
际压缩机控制的设计和调试提供理论依据。
永磁同步电动机；矢量控制技术；空间矢量脉冲宽度调 制；MATLAB
第2期
李风雷，等：新能源汽车空 调电动压缩机控制技术研究
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控制 ，作为 车载 网络的 重要节 点参与 总线 通信； 因 此， 新能源 汽车 空调系 统的压 缩机基 本具 有两个 子 系统 ：通信 控制 系统与 压缩机 电机驱 动系 统。本 文 设计了一种基于空问矢量脉宽调制( Spac e Vect or Pul s e Wi dt h Modul a t i on，SVPWM) 技术的直流变 频空 调永磁 同步 压缩机 控制系 统，并 对通 信控制 系 统与压缩机电机驱动系统进行设计，在MATLAB／ SI MU—I 。I NK环境下搭建了永磁同步电机矢量控制 的仿 真模型 ，验证 了控制 系统设计 的可行 性，为 系 统的硬件实现提供思路。
2驱动控制系统
控制 系统接 收到相 关的指 令数 据，并 控制压 缩 机按 照当前 热负 荷所需 转速运 转，当 热负 荷与压 缩 机的 制冷量 平衡后 ，压缩 机应当平 稳维持 低转速 以 保持 车厢内 的舒 适温度 ；因此 ，压缩 机的 变频控 制 至关重要- 2。。 2．1 矢量变频 控制技术
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新能源 汽车空调电动压缩 机控制技术研究
李风雷 李玉欣
上海日立电器有限公司，上海201206
摘要：针对新能源汽车空调电动压缩机控制系统，对其通信接口、驱动控制系统的技术进行设计
和研究。通信接口采用适用于汽车部件的控制器局域网( CAN) 通信；驱动控制部分基于目前高效永磁
对三相对称绕组的永磁同步电机，A、B、C j 相 绕组 中通入 对称 的正弦 波电压 ，按照 三相 系统向 两 相系 统变换 保持 幅值不 变的原 则，定 子电 压空间 矢 量【，表达式
0
U一÷[ UA( f ) +UH( t ) e 弘“+U【、( f ) e’“3] ( 1) ')
计算得u是一个旋 转的空间向量，角频率为叫一 2兀，。( f 为三相电源的频率)，其端点的轨迹为图1所 示的红色圆 ，电压矢量u产生的 磁链轨迹也为圆；因 此， 空间矢 量脉 冲宽度 调制算 法就是 产生 随电源 频 率旋转的电压矢量，达到逼近磁链圆的效果。
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A
Res ear ch on Cont r ol Technol ogy f or Compr essor of EV AC Syst e m
LI Fe ngl ei LI Yu x i n
2 01 2- 11 - 2 8 李风雷（1970 - ），男，本科，工程师，主要从事直流变频压缩机变频驱动控制器的开发工作， E- ma i l : l i f l @she c. c om. cn
空间矢量脉冲宽度调制算法的目的就是产生 逆变器( 见图1) 的6个开关管的控制信号，通过控 制开 关管的 通断 形成类 似于正 弦波的 驱动 信号， 供 给永 磁同步 电动 机的三 相线圈 使用， 且产 生满足 上 面条件的 电压矢量U； 因此，算法的核 心为如何产生 满足条件的6路开关信号，以得到任意时刻的空间 电压矢量【，一，其中，V。～V。为开关电压。
电流环) 控制；但在实际的定子电流控制过程中， 还需要将虚拟的直轴电流分量i 。和产生转矩的交 轴电流分量i 。，通过坐标逆变换等转化为所需的j 相交流 电。
实际 永磁同 步电动 机的 矢量控 制，需 要对速 度 环与电流环调节、坐标变换和空间矢量控制技术 SVPwM都有深入研究。考虑到压缩机内电动机 工作 环境十 分恶 劣，不 便转子 位置速 度传 感器的 安 装， 还需实 现无传 感器转 子速度位 置的估 计功能 。 其中速度环与电流环采用含积分限幅的PI 控制；坐 标变换包括三相静止坐标到两相静止坐标的Cl ar k 变换，两相静止坐标到两相旋转坐标的Pa r k；转子 位置 与速度 估计 采用滑 模观测 器实现 01； 空间矢 量 脉冲宽度调制算法将产生6路控制信号，使逆变器 的输 出近似 为正弦 波；因 此，实际 的控制 系统离 不 开微控制器对各种技术的实现。 2．2 空间矢量脉冲宽度调制算法
1 通信接口
目前， 由于新 能源汽车能 量存储 量的限制 ，整 车能 源必须 兼顾 动力源 与舒适 性要求 合理 分配， 空 调压 缩机作 为大 耗能部 件，其 自身能 耗情 况与运 转 数据 需要快 速准确 地反馈 给汽车主 控微控 制单元 ， 即要 求数据 传输快 速准确 ；同时， 考虑到 汽车内 部 电磁 环境较 复杂， 该通信 方式还需 能抗干 扰，与 车 载网络兼容；因此，选择控制器局域网( Cont r ol l er Ar ea Ne t wor k，CAN) 通信作压缩机控制系统的通 信接 口，便 于实 现压缩 机的控 制与监 测。 此外， 空 调压 缩机作 为新 能源汽 车的关 键零部 件， 设计初 期 还需 考虑后 期的 诊断服 务，需 要按照 一定 的标准 开 发诊断功能。基于CAN的车载故障诊断标准I S( ) 15765是许多汽车厂商采用的诊断通信标准l 1。
矢量变换控制理论最早由德国的Bl as chke¨一等 人于 1971年 提出 ，它解 决了交 流电机 的非 线性强 耦 合问 题，实 现了 转矩性 能的控 制，其 基本 思想是 在 普通的i 相交流电动机上设法模拟直流电动机转 矩控 制的规 律， 在转子 磁场定 向坐标 上， 通过坐 标 变换，将定子电流矢量分解成产生磁通的直轴电 流分量i ，，和产生转矩的交轴电流分量i 。，并使两 个分 量互相 垂直， 彼此独 立，可进 行单独 的调节 ， 这样交流电动机的转矩控制就与直流电动机相类 似，这决定了交流电机需要进行双闭环( 速度环与