電驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)是電動(dòng)汽車(chē)的關(guān)鍵組成部分,，其性能和效率決定了整車(chē)性能的優(yōu)劣,。永磁無(wú)刷直流由于具有轉(zhuǎn)矩密度高、體積小,、控制方便,、調(diào)速性能好、直流供電等優(yōu)點(diǎn)廣泛應(yīng)用于電動(dòng)汽車(chē)的電驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)中,。傳統(tǒng)的電氣制動(dòng)方式有能耗制動(dòng)和反接制動(dòng),，這兩種制動(dòng)方式所產(chǎn)生的熱量以熱的形式散失掉，得不到回收利用,。而回饋制動(dòng)可以將電能回饋到蓄電池而不是消耗掉,，因此回饋制動(dòng)方式可大大延長(zhǎng)電動(dòng)汽車(chē)的單次充電行駛里程。蓄電池供電的無(wú)刷直流電機(jī)（BLDCM）調(diào)速系統(tǒng)與其他類(lèi)型的電機(jī)調(diào)速系統(tǒng)相比,，能夠方便地實(shí)現(xiàn)回饋制動(dòng),。
　無(wú)刷直流電機(jī)特殊的應(yīng)用場(chǎng)合和要求決定了長(zhǎng)期以來(lái)對(duì)無(wú)刷直流電機(jī)控制的研究主要致力于減小轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)，提高調(diào)速性能和運(yùn)行穩(wěn)定性,；但對(duì)無(wú)刷直流電機(jī)四象限穩(wěn)定運(yùn)行,，尤其是對(duì)回饋制動(dòng)的研究則相對(duì)較少。隨著無(wú)刷直流電機(jī)在電動(dòng)汽車(chē)電驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)中的廣泛應(yīng)用,，對(duì)其四象限運(yùn)行控制的研究尤其是回饋制動(dòng)的研究越來(lái)越受到重視,。參考文獻(xiàn)[1-3]研究了無(wú)刷直流電機(jī)回饋制動(dòng)的控制方法，并在電動(dòng)汽車(chē)上進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)研究,。這些研究均采用對(duì)逆變橋的開(kāi)關(guān)管進(jìn)行PWM控制的方式,，電機(jī)的電動(dòng)和回饋制動(dòng)在控制方式上不統(tǒng)一，存在較大差別,。因此,，有必要對(duì)無(wú)刷直流電機(jī)回饋制動(dòng)的控制進(jìn)行深入研究，尋找四象限運(yùn)行下控制方式統(tǒng)一且簡(jiǎn)單可靠的控制策略,。為此,，本文提出了電流反相控制回饋制動(dòng)方式，即通過(guò)控制電機(jī)相反電勢(shì)和相電流的相位關(guān)系來(lái)控制電機(jī)運(yùn)行狀態(tài)的控制思想,，將電機(jī)在正向電動(dòng)、正向制動(dòng),、反向電動(dòng),、反向制動(dòng)四種運(yùn)行狀態(tài)下的控制算法統(tǒng)一起來(lái)。
1 無(wú)刷直流電機(jī)調(diào)速系統(tǒng)的構(gòu)成與控制方式
　無(wú)刷直流電機(jī)調(diào)速系統(tǒng)主要由蓄電池及逆變電路,、無(wú)刷直流電機(jī),、系統(tǒng)控制單元等幾部分組成。圖1為蓄電池、功率逆變電路以及無(wú)刷直流電機(jī)的電路連接圖,。無(wú)刷直流電機(jī)運(yùn)行時(shí),，定子繞組產(chǎn)生的反電勢(shì)的波形為梯形波，三相之間互差120°電角度,。為產(chǎn)生恒定的電磁轉(zhuǎn)矩,，使電機(jī)穩(wěn)定運(yùn)行，應(yīng)合理控制三相繞組相電流的波形和相位,。傳統(tǒng)的控制方式下,，電機(jī)電動(dòng)運(yùn)行時(shí)，相電流的導(dǎo)通方式采用兩兩通電,、120° 導(dǎo)通方式,，即每個(gè)時(shí)刻都有兩個(gè)功率管導(dǎo)通，每個(gè)功率管導(dǎo)通時(shí)間均為120° 電角度,，每1/6周期換相一次,。圖2為電機(jī)正向電動(dòng)和反向電動(dòng)運(yùn)行下三相電流和三相反電勢(shì)的波形及相位關(guān)系。

    參考文獻(xiàn)[1-3]研究的無(wú)刷直流電機(jī)的控制方法為PWM調(diào)制方式,，有半橋調(diào)制和全橋調(diào)制兩種,。在半橋調(diào)制中，PWM只對(duì)導(dǎo)通周期內(nèi)一對(duì)元件中的一個(gè)起作用,。半橋調(diào)制的回饋制動(dòng)下,，逆變器只有處于下橋臂的三個(gè)功率管(T2、T4,、T6)有PWM開(kāi)關(guān)動(dòng)作,，而上橋臂的三個(gè)功率管(T1、T3,、T5)始終是截止的,。T2、T4,、T6各導(dǎo)通120°,，且正向制動(dòng)時(shí)，T2,、T4,、T6的導(dǎo)通時(shí)刻為正向電動(dòng)時(shí)各自上橋臂的導(dǎo)通時(shí)刻。此種控制方式在算法上與電動(dòng)控制存在較大差異,，且需要判斷轉(zhuǎn)向,，因此控制算法較為復(fù)雜。
2 電流滯環(huán)跟蹤控制方式的電動(dòng)運(yùn)行分析
　電流控制采用滯環(huán)跟蹤的控制策略的無(wú)刷直流電機(jī)(BLDCM)控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖如圖3所示,。轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器根據(jù)轉(zhuǎn)速給定nr和轉(zhuǎn)速反饋n采用控制算法得出轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器的輸出,。轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器的輸出為相電流最大值，即參考電流生成模塊的輸入信號(hào)。參考電流生成模塊根據(jù)IM和θ轉(zhuǎn)子位置信號(hào),產(chǎn)生三相電流的參考電流信號(hào)iar,、ibr,、icr。電流滯環(huán)調(diào)節(jié)器的作用就是調(diào)節(jié)電機(jī)實(shí)際相電流ia,、ib,、ic，使之跟蹤電流參考信號(hào),。

　電動(dòng)運(yùn)行下相電流的滯環(huán)跟蹤控制方式如下:功率逆變電路的每相都有上下兩個(gè)橋臂,為避免直流側(cè)短路,，同一相的上下兩個(gè)橋臂中的IGBT的驅(qū)動(dòng)信號(hào),是使IGBT截止的信號(hào),或是使IGBT開(kāi)通的信號(hào)(反相的)，即一個(gè)IGBT的驅(qū)動(dòng)信號(hào)則是讓其開(kāi)通的,，另一個(gè)IGBT的驅(qū)動(dòng)信號(hào)是讓其截止的,。A、B,、C三相的情況類(lèi)似,，只是在相位上依次滯后120°電角度。至于A,、B,、C三相的電流參考信號(hào)的相位關(guān)系（iar超前于ibr，還是超前于icr）由電機(jī)的轉(zhuǎn)向確定,。
　電流滯環(huán)跟蹤原理圖如圖4所示,以A相為例進(jìn)行分析,。預(yù)先設(shè)定滯環(huán)寬度&Delta;im，當(dāng)iar-ia<-im時(shí),，實(shí)際電流超出參考電流達(dá)到滯環(huán)寬度&Delta;im,此時(shí)給A相上橋臂的開(kāi)關(guān)管T1施加關(guān)斷信號(hào),給A相下橋臂的開(kāi)關(guān)管T4施加開(kāi)通信號(hào),，A相下橋臂開(kāi)通（若ia>0，D4導(dǎo)通,，若ia<0,，T4導(dǎo)通），ua=-(1/2)Ud,，A相電流下降,。當(dāng)iar-ia>im時(shí)，參考電流超出實(shí)際電流達(dá)到滯環(huán)寬度&Delta;im,此時(shí)給A相上橋臂的開(kāi)關(guān)管T1施加開(kāi)通信號(hào),，給A相下橋臂的開(kāi)關(guān)管T4施加關(guān)斷信號(hào),，A相上橋臂開(kāi)通(若ia>0，T1導(dǎo)通,，若ia<0,，D1導(dǎo)通)，ua=(1/2)Ud,，A相電流上升。因此，電流環(huán)采用電流滯環(huán)跟蹤控制可使電機(jī)相電流跟隨參考電流而變化,，實(shí)現(xiàn)正向電動(dòng)和反向電動(dòng)運(yùn)行,。

3 電流滯環(huán)跟蹤控制方式的回饋制動(dòng)運(yùn)行分析
    由電機(jī)工作原理可知，電機(jī)在工作狀態(tài)時(shí)是電動(dòng)運(yùn)行還是回饋制定運(yùn)行,，取決于電磁轉(zhuǎn)矩是驅(qū)動(dòng)性轉(zhuǎn)矩還是制動(dòng)性轉(zhuǎn)矩,。因此可以得出：電機(jī)運(yùn)行于電動(dòng)狀態(tài)下相電流和相反電動(dòng)勢(shì)的相位關(guān)系與電機(jī)運(yùn)行于回饋制動(dòng)狀態(tài)下相電流和相反電動(dòng)勢(shì)的相位關(guān)系正好相反。圖2給出了電機(jī)運(yùn)行于電動(dòng)狀態(tài)下相電流和相反電動(dòng)勢(shì)的相位關(guān)系,，可見(jiàn)同一相的相電流和相反電勢(shì)的波形相位相同,。電機(jī)運(yùn)行于回饋制動(dòng)狀態(tài)下同一相的相電流和相反電動(dòng)勢(shì)的波形相位就是相反的。圖5給出了電機(jī)運(yùn)行于回饋制動(dòng)狀態(tài)下三相電流和三相反電動(dòng)勢(shì)的波形,。

　三相反電動(dòng)勢(shì)eA,、eB、eC的相位關(guān)系由電機(jī)轉(zhuǎn)向決定,，無(wú)論是正向回饋制動(dòng)運(yùn)行（正轉(zhuǎn)時(shí)的回饋制動(dòng)）還是反向回饋制動(dòng)運(yùn)行（反轉(zhuǎn)時(shí)的回饋制動(dòng)）,，各相電流相位與相應(yīng)電動(dòng)運(yùn)行時(shí)相反。根據(jù)這一特點(diǎn),，可得出電流滯環(huán)跟蹤控制方式回饋制動(dòng)運(yùn)行的控制方式是：電機(jī)由電動(dòng)轉(zhuǎn)入回饋制動(dòng),，只需給出一個(gè)-IM值，其為參考電流生成模塊的輸入,，IM的大小決定回饋制動(dòng)電流的大小,，即決定回饋制動(dòng)的強(qiáng)度；參考電流生成模塊與電流滯環(huán)調(diào)節(jié)器的控制方式與相應(yīng)電動(dòng)運(yùn)行狀態(tài)下的控制方式完全一致,，將這種回饋制動(dòng)控制方式命名為&ldquo;電流反相控制回饋制動(dòng)方式&rdquo;,。可見(jiàn),，該回饋制動(dòng)控制方式能夠?qū)㈦姍C(jī)在正向電動(dòng),、正向制動(dòng)、反向電動(dòng),、反向制動(dòng)四種運(yùn)行狀態(tài)下的控制算法統(tǒng)一起來(lái),，相對(duì)于傳統(tǒng)的PWM半橋、全橋調(diào)制控制方式,，簡(jiǎn)單可靠,，具有很大的優(yōu)越性。
4 仿真實(shí)驗(yàn)
　在Matlab軟件的Simulink環(huán)境下對(duì)電流滯環(huán)跟蹤控制的無(wú)刷直流電機(jī)控制系統(tǒng)進(jìn)行建模仿真[4-7],?？刂葡到y(tǒng)仿真參數(shù)如下：直流母線(xiàn)電壓100 V，電機(jī)相繞組電阻R=0.5 &Omega;,，相繞組電感L=0.5 H,，繞組互感M=0.02 H,，電動(dòng)勢(shì)常數(shù)Ke=0.4 Vgmin/r,系統(tǒng)轉(zhuǎn)動(dòng)慣量J=0.05 kgm2，阻尼系數(shù)B=0.002 N&middot;m&middot;s/rad,，極對(duì)數(shù)P=1,。電機(jī)起動(dòng)后0.3 s施加負(fù)載轉(zhuǎn)矩TL=3.5 Ngm，給定轉(zhuǎn)速為500 r/min,，在0.4 s時(shí),，下達(dá)回饋制動(dòng)指令。電機(jī)轉(zhuǎn)速和A相電流的響應(yīng)波形如圖6所示,由圖可見(jiàn),，轉(zhuǎn)速響應(yīng)快且無(wú)超調(diào),，電流波形較理想。A相繞組反電動(dòng)勢(shì)波形eA,、A相參考電流iar,、A相電流ia的對(duì)應(yīng)波形如圖7所示。由圖可見(jiàn),電動(dòng)運(yùn)行時(shí)相電流與該相反電動(dòng)勢(shì)波形同相,，回饋制動(dòng)時(shí)反相,，由電動(dòng)到回饋制動(dòng)的轉(zhuǎn)換平穩(wěn)。

　本文通過(guò)研究電流環(huán)采用電流滯環(huán)跟蹤控制技術(shù)的無(wú)刷直流電機(jī)控制系統(tǒng)的運(yùn)行特點(diǎn),，提出了電流滯環(huán)跟蹤控制技術(shù)下實(shí)現(xiàn)回饋制動(dòng)的電流反相控制回饋制動(dòng)方式,。應(yīng)用該控制方式可實(shí)現(xiàn)電流滯環(huán)跟蹤控制下電機(jī)的四象限運(yùn)行。理論分析和仿真實(shí)驗(yàn)表明,該控制方式能夠?qū)⑺姆N運(yùn)行狀態(tài)下的控制算法統(tǒng)一起來(lái),，具有實(shí)現(xiàn)簡(jiǎn)便,、可靠性高的特點(diǎn)，適合于無(wú)刷直流電機(jī)在電動(dòng)汽車(chē)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)領(lǐng)域的應(yīng)用,。
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