今天，首先對新能源電機整體控制進行詳細介紹。

電機控制是在電機結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)上進行的，所以想要弄清楚電機控制的方向，首先對電機本體要有深入的理解。作為過來人，本人碩士畢業(yè)后最大的感觸是研究生階段研究方向固然重要，但并不是最重要的那個，相對于研究方向，對研究的具體對象(硬件實物)的深入理解以及在這個過程中磨煉的各種思考和拓展能力才是最重要的！

一、什么是電機？

用通俗易懂的話來說：電機就是“能量轉(zhuǎn)換裝置”，能將某種能量轉(zhuǎn)換成“動能”的機械裝置，如下圖所示：

↑電機驅(qū)動簡圖

二、電機分類

電機按照大類分為直流電機和交流電機，然后直流電機與交流電機可再細分。比如直流電機可以分為串勵直流電機、并勵直流電機、復(fù)勵直流電機；交流電機可分為異步電機、同步電機。目前新能源汽車上用的最多的就是交流同步電機了，其中以永磁同步電機應(yīng)用最廣泛。詳細的分類請參照下圖，不在贅述。

↑電機詳細分類

三、交流同步電機構(gòu)造及工作原理

構(gòu)造：

轉(zhuǎn)子包括：端面板、轉(zhuǎn)子傳動軸、磁鐵等。

↑電機轉(zhuǎn)子展開圖

定子包括：定子核心、磁體線束、端子、絕緣體等。

↑電機定子展開圖

工作原理：

驅(qū)動時，在Ｕ、Ｖ、Ｗ3個線圈里電流如果按照Ｕ→Ｗ→Ｖ→Ｕ→Ｗ→Ｖ→Ｕ??的順序流過，則中間的磁體會向右旋轉(zhuǎn)。如果順序相反，則向左旋轉(zhuǎn)。改變電流大小和方向，則扭矩會發(fā)生變化。

↑驅(qū)動時，電機工作原理簡圖

回收時，在線圈附近磁體會移動并在線圈上產(chǎn)生磁場，繼而產(chǎn)生電流流動(發(fā)電)；此時產(chǎn)生的電壓稱為誘發(fā)電壓。

↑回收時，電機工作原理簡圖

在以上電機本體初步理解之后，我們再看看電機控制系統(tǒng)整體是怎樣的？

整體：從整車控制器(VCU)接收扭矩指令后，驅(qū)動電機控制器(電機ECU)內(nèi)部完成VCU發(fā)出的扭矩指令的過程。

詳細過程簡述：

電機ECU接收了VCU扭矩指令后，電機是如何一步步的產(chǎn)生扭矩的了？

首先，電機角度傳感器和電流傳感器分別檢測出電機軸位置(旋變作用)以及通過電機本體的電流，然后，電機ECU會計算出電流流入電機的best時間點，并通過端口控制信號，對逆變器開關(guān)進行合適的切換和打開，從而使電池電流流入電機本體，當(dāng)電機本體有電流流入后，電機將產(chǎn)生扭矩。此外，當(dāng)電機有電流流入時，逆變器、電機本體會由于內(nèi)部損耗產(chǎn)生熱量，那么，可以通過電機冷卻風(fēng)扇的轉(zhuǎn)動來實現(xiàn)逆變器以及電機本體的冷卻，當(dāng)電機由于溫度導(dǎo)致性能受限時，電機ECU會向VCU發(fā)出限制扭矩的要求。

↑電機控制系統(tǒng)工作原理

然后，我們再詳細展開聊聊電機控制：

在構(gòu)建控制系統(tǒng)前，我們先把控制對象→ 電機，建立相應(yīng)的數(shù)學(xué)或功能模型，并畫出三相同步電機的等效示意圖，如下圖所示：

↑三相同步電機的等效示意圖

其中：

vu vv vw：每相定子電壓

iu iv iw：每相定子電流

Ra：定子繞組的電阻

Lu Lv Lw：定子繞組自感

Mu Mv Mw：定子繞組互感

Ψｆ：永磁磁鏈最大值

ω：角速度

θ：與d軸U相的夾角

s：微分算子

由此等效示意圖得出的電壓與電流的關(guān)系式如下：三相交流坐標(biāo)系下的電壓方程式

但，以電壓方式來直接控制三相交流電流，非常難以理解且解析起來也有困難，因此會想到用坐標(biāo)轉(zhuǎn)換的方式來簡化問題，在坐標(biāo)轉(zhuǎn)換前，我們首先來看看坐標(biāo)轉(zhuǎn)換的意義是什么？

左圖為按照三相交流坐標(biāo)從外部看電機所觀察到的電流，小黑人是否很疑惑？正常人都會感到疑惑；若轉(zhuǎn)換坐標(biāo)，按電機轉(zhuǎn)動的旋轉(zhuǎn)視角觀察，電流就會看起來像直流一樣，換湯不換藥，但是不是直觀了很多？回答是肯定的！所以古人“橫看成嶺側(cè)成峰”還有很有哲學(xué)道理的。

↑坐標(biāo)變換的意義示意圖

以上的坐標(biāo)轉(zhuǎn)換，也就是為了換個角度看待被控對象，而通過改變參照坐標(biāo)來實現(xiàn)。

坐標(biāo)轉(zhuǎn)換：3相交流坐標(biāo)向2相交流坐標(biāo)轉(zhuǎn)換的實現(xiàn)

對3相交流坐標(biāo)的電壓方程式，進行坐標(biāo)系變換，導(dǎo)出2相交流坐標(biāo)的電壓方程式，原理圖如下圖所示：

↑3相轉(zhuǎn)2相原理圖

然后將3相電壓方程帶入變換矩陣[C]中，得出[Va,Vb]，如下圖所示。

3相坐標(biāo)向2相坐標(biāo)的變換，好處是減少了一個控制要素，所以比較容易運算。但，由于存在非線性情況，所以在控制實操層面較為復(fù)雜。

向dq坐標(biāo)軸的坐標(biāo)變換：

1、為了實現(xiàn)控制，需要消除非線性部分。

2、把坐標(biāo)系變換成dq坐標(biāo)。

什么是dq坐標(biāo)？一般會在與電機磁體旋轉(zhuǎn)的正交坐標(biāo)系中，取磁極軸線為d軸，比d軸超前90°的軸線為q軸。

變換矩陣：2相交流坐標(biāo)變換到dq坐標(biāo)系的變換矩陣如下圖所示

↑變換矩陣

從2相坐標(biāo)系變換到dq坐標(biāo)系，非線性項消除，所以變得更簡單。

坐標(biāo)變換匯總：

通過坐標(biāo)變換，電流可以由三相交流轉(zhuǎn)換成容易處理的直流，電壓方程式，也可以由非線性方程轉(zhuǎn)換為線性方程。

↑坐標(biāo)變換匯總圖

在以上控制原理理解后，可以很明顯的看出，電機控制都是圍繞電機目標(biāo)扭矩的實現(xiàn)來展開的，因此，電機控制中最重要的目標(biāo)就是電機扭矩控制。

圍繞著電機扭矩控制，電機控制還有：

電流控制、電流諧波重疊控制、弱磁場控制、電機振動抑制控制、電機轉(zhuǎn)速FB控制、IGBT控制、PWM輸出控制、扭矩限制控制、電機保護控制等。這些研究方向都是以電機扭矩控制為基礎(chǔ)的控制，屬于細分領(lǐng)域，研究好任何一個方向，都對扭矩控制有幫助。

對于參數(shù)辨識，由上述控制原理可知，矢量控制技術(shù)的核心在于磁場定向，而影響磁場定向的一個關(guān)鍵因素就是電機參數(shù)，因此，參數(shù)辨識研究方向肯定是非常好的一個點，通過電機參數(shù)的研究，可以提升整體控制系統(tǒng)的靜態(tài)和動態(tài)特性。