在對新能源汽車驅(qū)動(dòng)電機(jī)的控制中，當(dāng)驅(qū)動(dòng)電機(jī)類型為永磁同步電機(jī)（PMSM）時(shí)，通常采取的常規(guī)控制方式是通過外環(huán)速度環(huán)加上內(nèi)環(huán)電流環(huán)的雙環(huán)控制策略，并在電機(jī)高速運(yùn)行時(shí)采用弱磁控制來擴(kuò)展電機(jī)的轉(zhuǎn)速范圍。這多種策略在電機(jī)控制中所提供的功能支持分別釋義如下：

1. 外環(huán)速度環(huán)

外環(huán)速度環(huán)顧名思義其主要負(fù)責(zé)控制電機(jī)的轉(zhuǎn)速，通過接收系統(tǒng)需求的速度指令V需求并將其與通過傳感器采集來的實(shí)際轉(zhuǎn)速V實(shí)際進(jìn)行比較，并采用如PID、模糊控制等控制模型，根據(jù)速度信號(hào)差ev=V需求-V實(shí)際，輸出相應(yīng)值，以該輸出值為目標(biāo)電流值I目標(biāo)，并將其傳遞給內(nèi)環(huán)電流環(huán)。

2. 內(nèi)環(huán)電流環(huán)

內(nèi)環(huán)電流環(huán)主要負(fù)責(zé)控制電機(jī)運(yùn)行時(shí)的電流，通過接收來自外環(huán)速度環(huán)或特定條件下的目標(biāo)電流值I目標(biāo)，并將其與通過傳感器采集來的實(shí)際電流I實(shí)際進(jìn)行比較，并采用如PID、滑膜控制等控制模型，根據(jù)電流誤差信號(hào)eI=I需求-I實(shí)際，輸出電壓控制信號(hào)，該電壓信號(hào)被轉(zhuǎn)換為PWM信號(hào)后，通過調(diào)節(jié)其占空比，實(shí)現(xiàn)對IGBT等開關(guān)元件的導(dǎo)通與關(guān)斷控制，從而達(dá)成對電機(jī)繞組中電流的控制。

在驅(qū)動(dòng)電機(jī)的控制中，電流環(huán)通常分為直軸電流環(huán)Id環(huán)和交軸電流環(huán)Iq環(huán)。

2.1.直軸電流環(huán)Id環(huán)

Id環(huán)主要用于控制電機(jī)的直軸電流，該電流與電機(jī)的磁鏈有關(guān)，影響著電機(jī)的勵(lì)磁狀態(tài)。當(dāng)電機(jī)處于中低速運(yùn)行區(qū)間時(shí)，為了提高電機(jī)效率，降低損耗，此時(shí)的Id目標(biāo)值會(huì)被設(shè)置為0或很小的值，此時(shí)的Id環(huán)將基于直軸電流誤差信號(hào)ed去調(diào)整電機(jī)的直軸電壓指令

當(dāng)在高速區(qū)間時(shí)，電機(jī)進(jìn)入弱磁控制區(qū)域，為了提高電機(jī)的最大運(yùn)行速度，通過在直軸上施加負(fù)Id電流以減弱磁鏈，從而達(dá)到控制目的。此時(shí)直軸電流Id與電機(jī)轉(zhuǎn)速之間呈現(xiàn)非線性關(guān)系。

2.2.交軸電流環(huán)Iq環(huán)

Iq環(huán)主要用于控制電機(jī)的交軸電流Iq，該電流與電機(jī)產(chǎn)生的扭矩有關(guān)，影響著電機(jī)的輸出扭矩。在中低速運(yùn)行區(qū)間，Iq環(huán)通過接收由速度環(huán)的輸出值，并將其作為目標(biāo)Iq電流值，同時(shí)根據(jù)交軸電流信號(hào)差eq去調(diào)整電機(jī)的交軸電壓指令。

在高速運(yùn)行時(shí)，由于此時(shí)直軸電流Id被設(shè)置為負(fù)數(shù)（與ω呈非線性關(guān)系），此時(shí)轉(zhuǎn)速環(huán)輸出的目標(biāo)值可表示為：u(t)=I目標(biāo)=[aω2+bω+c，Iq,目標(biāo)]T。在此運(yùn)行狀態(tài)下，Iq,目標(biāo)可根據(jù)整車需要維持的扭矩狀態(tài)得到，即Iq,目標(biāo)=T/Kt，T為期望的扭矩，Kt為扭矩常數(shù)。

交軸電流Iq與電機(jī)產(chǎn)生的扭矩成正比，因此通過控制交軸電流Iq可以控制電機(jī)的輸出扭矩。在驅(qū)動(dòng)模式下，交軸電流Iq為正值，以產(chǎn)生正向扭矩，推動(dòng)車輛前進(jìn)。在能量回收模式下，交軸電流Iq通過反電動(dòng)勢產(chǎn)生，并與驅(qū)動(dòng)模式下的電流方向正好相反，其所產(chǎn)生的扭矩亦為反向扭矩，從而可起到對車輛制動(dòng)的作用。

簡而言之，在電流環(huán)控制中，當(dāng)電機(jī)運(yùn)行在中低速范圍內(nèi)時(shí)，主要依靠交軸電流環(huán)對電機(jī)進(jìn)行控制，當(dāng)電機(jī)轉(zhuǎn)速接近最大轉(zhuǎn)速時(shí)，啟動(dòng)弱磁控制，通過調(diào)整直軸電流環(huán)的目標(biāo)值來減弱電機(jī)的磁鏈，從而提高電機(jī)的最大轉(zhuǎn)速。

3. 弱磁控制

弱磁控制是一種在電機(jī)高速運(yùn)行時(shí)采用的控制策略，其原理是通過引入一個(gè)負(fù)向直軸電流 Id來減弱電機(jī)的磁鏈從而達(dá)到提高電機(jī)的最大轉(zhuǎn)速的目的。在電機(jī)處于高速運(yùn)行環(huán)境時(shí)，通過與電流環(huán)的結(jié)合，即通過Id環(huán)的作用，對目標(biāo)直軸電流值進(jìn)行調(diào)整來實(shí)現(xiàn)對電機(jī)的弱磁控制。

4、反電動(dòng)勢

再驅(qū)動(dòng)模式下，當(dāng)電機(jī)進(jìn)入高速運(yùn)行區(qū)后，反電動(dòng)勢將會(huì)限制電機(jī)接收電流的能力，因此需要通過降低反電動(dòng)勢以提升電機(jī)的運(yùn)行速度范圍。而當(dāng)電機(jī)由驅(qū)動(dòng)模式切換至發(fā)電模式后，原本在驅(qū)動(dòng)模式下應(yīng)用的弱磁控制、速度環(huán)將被停止，而電流環(huán)的策略需要進(jìn)行調(diào)整，此時(shí)由于交軸電流是通過反電動(dòng)勢所產(chǎn)生的，且無法直接控制，因此需要通過對直軸電流的控制，以間接實(shí)現(xiàn)對交軸電流的控制，從而起到控制反扭矩的作用，因此電流環(huán)在此時(shí)將以直軸電流環(huán)為主要應(yīng)用。

5、總結(jié)

在新能源汽車驅(qū)動(dòng)電機(jī)的控制中，驅(qū)動(dòng)模式下，當(dāng)電機(jī)處于中低速區(qū)間時(shí)，控制策略主要依賴交軸電流環(huán)來控制電機(jī)的扭矩和轉(zhuǎn)速。當(dāng)進(jìn)入高速區(qū)間后，將啟動(dòng)弱磁控制，通過調(diào)整直軸電流環(huán)的目標(biāo)值來減弱磁鏈，從而提高電機(jī)的最大轉(zhuǎn)速。在整個(gè)控制過程中，外環(huán)速度環(huán)和內(nèi)環(huán)電流環(huán)緊密協(xié)作，以確保電機(jī)高效、穩(wěn)定地運(yùn)行，并滿足車輛的行駛需求。

在發(fā)電模式下，弱磁控制、速度環(huán)不再需要，基于能量回收強(qiáng)度的不同，通過電流環(huán)中的直軸電流環(huán)對直軸電流Id進(jìn)行控制，以實(shí)現(xiàn)對反電動(dòng)勢的控制，從而調(diào)整不同能量回收強(qiáng)度下的再生制動(dòng)力，以滿足能量回收的需求效果。

對不同工作模式下的控制關(guān)系整理如下：

圖1 不同工作模式下，控制關(guān)系