科创中国

行业领域

高端装备制造产业,制造业

需求背景

随着环境污染日益严重和排放标准日趋严格，节能环保成为工程机械发展

的主流趋势。纯电驱动工程机械由于采用电机代替传统燃油发动机，具有低噪

声、零排放以及高效驱动的优势而成为工程机械行业的重点发展方向。但由于

工程机械工作环境恶劣、工况复杂多变，工业变频器及纯电动汽车电机驱动器

无法直接移植到工程机械上。因此，根据工程机械的工况特点开展电机控制系

统的研究对纯电驱动工程机械的发展具有深远意义。

需解决的主要技术难题

为克服现有技术由于工程机械工作环境恶劣、工况复杂多变，工业变频器及纯电动汽车电机驱动器无法直接移植到工程机械上的问题，现需解決的主要技术难题：

1、控制对象的数学模型分析——通过对几种常用电机的性能比较，确定适合在纯电驱动工程机械上使用的驱动电机。通过矢量坐标变换，将交流电机数学模型解耦，得到电机在两相旋转坐标系下的数学模型。通过分析液压泵的流量及转矩特性，了解电机调速特性对液压泵性能的影响，并提出对电机控制策略的性能要求；

2、 永磁同步电机矢量控制策略——根据电机的数学模型以及液压泵对调速性能的要求，结合工程机械工况的特点，提出适合工程机械工况的电机控制策略，并对相关调节器进行设计。为了验证控制策略的性能，分别建立了 Simulink 及 AMESim 仿真模型，并进行联合仿真。与传统 PI 闭环矢量控制性能进行对比，测试在液压负载特性下两种控制策略的调速性能；

3、控制系统硬件电路设计——根据纯电驱动工程机械的使用要求，提出控制系统硬件电路的总体方案，并完成以 TMS320F28335 为控制核心的控制系统硬件电路设计。控制系统硬件电路应满足纯电驱动工程机械主驱电机驱动、液压元件驱动、整机通讯、转速、电流等参数的采集、以及液压参数监测等功能；

4、软件设计与试验分析——基于 CCS 软件开发平台完成矢量控制策略的程序编写，介绍电机控制策略程序中关键部分的软件设计过程。搭建电机加载测试平台以模拟工程机械的负载，对两种控制策略的性能进行对比，并分析矢量过程中各过程量的变化。最后在纯电驱动挖掘机上对基于滑模转速观测的闭环矢量控制策略进行测试，对其在挖掘工况下的控制性能进行分析。

期望实现的主要技术目标

1、所开发的纯电驱动工程机械主驱电机控制系统，利用矢量坐标变换原理，对永磁同步电机的数学模型进行解耦，采用id = 0的控制方法，简化控制过程并可分别对励磁及转矩控制；

2、所开发的纯电驱动工程机械主驱电机控制系统，滑模转速控制在电机启动过程和液压负载变化过程中，电机的转矩颤振、转速波动以及稳态误差均小于 PI 控制；

3、所开发的纯电驱动工程机械主驱电机控制系统，信号采集电路能够滤除部分电磁干扰，且经过信号处理电路后的反馈量能满足 DSP 接口的采集要求，实现对电流及转速的信号处理和读取；

4、基于滑模转速观测的闭环矢量控制策略转速具有抗干扰能力强、鲁棒特性好等特性，在负载剧烈波动等情况下功率能够快速跟随负载变化，能够较好的适应工程机械的工况。

需求解析

解析单位：江苏省徐州市 解析时间：2022-10-26

阎恒

江苏创导光电新能源有限公司

研发部部长兼技术经理人

综合评价

通过描述，经过研究检索，在永磁同步电机矢量控制策略——根据电机的数学模型以及液压泵对调速性能的要求，结合工程机械工况的特点，提出适合工程机械工况的电机控制策略，并对相关调节器进行设计。为了验证控制策略的性能，分别建立了 Simulink 及 AMESim 仿真模型，并进行联合仿真方面，这些技术市面上已经可以达到，可以直接使用现实的技术。其他方面需求通过推荐行业专家来进行解决，对未解决需求方面进行系统摸排和功能掌握，确定其在市场上同类产品中的独特性与性能优化方法，后将所有产品功能特征明显、有别于其他同类产品的功能进行优化、提升。 该需求没有明确企业是想购买需求还是想要合作购买产品，此方面没有明确，我给出的建议是让企业购买专家技术咨询，这样让公司的工作人员结合专家的指示来做比较节省成本，大概需要十万元左右。 最后，该需求要实现的目的还是非常好的，可以有效的节省成本，对比传统工艺技术，提升了质量和性能，带来的各方进步可以促使产品带来更好的升级，进一步增加营收，带来经济税收的进一步发展，有益于社会。

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