感應電機作為電驅動系統具有可靠性高、維護簡單、成本低等優點，因此在新能源汽車領域被廣泛應用。新能源汽車內的噪聲主要來自于感應電機的電磁振動和噪聲，因此減小感應電機的電磁振動和噪聲十分必要。

感應電機驅動系統的核心為采用脈寬調制（Pulse Width Modulation,PWM）技術的逆變器，通常由控制芯片和功率開關器件構成。根據脈寬調制原理，逆變器輸出的電流中包含開關頻率的倍頻及其邊頻帶的諧波。這類諧波具有高頻、帶寬窄的特性，會引起電機振動，產生窄帶噪聲，使人感到不適。提高開關頻率（例如開關頻率高于20 kHz）可以抑制這種噪聲，但是會增加開關損耗而不被廣泛采用。

隨機調制技術將隨機變量引入到逆變器的控制單元，當開關信號隨機變化時，根據統計通信原理，由該開關信號控制的功率器件，將改善集中在開關倍頻諧波頻譜的能量分布，分散諧波能量，使之具有更寬的帶寬，從而達到減小高頻噪聲的目的。

共振是引起電機振動的主要原因，當電流中的諧波頻率與電機的固有頻率相同時會使電機產生共振。電動汽車用感應電機本體的固有頻率較低，所以僅采用隨機調制技術無法避免電機的低頻共振，因此需要對隨機調制技術以及電機固有頻率范圍內的諧波進行深入研究。

為了實現隨機調制技術，國內外的研究人員相繼提出了一些調制策略。文獻[14]采用隨機零矢量的調制策略，控制算法簡單，但在高壓情況下頻譜分布不均勻。文獻[15]采用隨機開關頻率調制策略，高壓頻譜得到改善，但僅采用三種開關頻率，頻譜分布不理想。

文獻[16-17]采用消除特定頻率諧波的隨機開關頻率的方法，均勻頻譜分布的同時考慮了共振的影響，但開關頻率范圍內的低頻頻率過低，輸出電流紋波過大。文獻[18]采用頻譜整形的隨機開關頻率策略，應用對象為開關磁阻電機，且沒有對諧波和共振的關系進行詳細的討論。

本文針對電動汽車感應電機矢量控制系統，提出了一種電流諧波頻譜整形結合隨機調制技術的控制策略，該控制策略在均勻電流頻譜特性的同時削弱了電機的共振。通過有限元仿真得到了電機的固有頻率，基于此固有頻率設計了電流諧波整形算法，通過仿真和實驗，驗證了本文所提出控制策略的有效性。

圖5 感應電機矢量控制系統框圖

圖8 電動汽車用感應電機對拖實驗平臺

圖10 感應電機振動實驗

結論

本文針對電動汽車用感應電機矢量控制系統，在隨機化開關頻率脈寬調制技術的基礎上，提出了帶有電流諧波頻譜整形環節的RFPWM控制策略。理論和實驗表明該控制策略能夠將電流頻譜均勻分散在較寬的頻率范圍內，減小開關頻率整數倍諧波能量幅值，同時能夠抑制電機共振頻率范圍內的電流諧波，削弱電機的共振。該控制策略不需要修改系統硬件、改變調節器參數，不影響矢量控制系統性能，具有很好的通用性。