CN103384129B - 利用电机转子温度的驱动电机控制方法 - Google Patents
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Abstract
应用于本发明的永磁异步电机的扭矩变化补偿逻辑是通过根据逆变器(11)的输出电流的电机(12)的消耗电力值来预估电机(12)的转子温度,计算出与在电机(12)的定子部位测量的电机定子温度值进行相互比较的电机(12)的转子温度值之后,由实际对电机控制产生影响的电机(12)的转子温度值来构成电流控制图来应用于MTPA控制(弱磁控制),由此可以大大提升永磁同步电机的电机输出扭矩线性度与精密度,并且具有可以解除混合动力车辆等亲环境车辆中因电机引起的不稳定性的特征。
Description
技术领域
本发明涉及应用于亲环境车辆的驱动电机,特别是涉及,以通过设置于电机定子的温度传感器获得的温度为基础来预估实际对电机控制产生影响的电机转子的温度,从而大大提升根据温度变化的电机输出扭矩线性度与精密度的利用电机转子温度的驱动电机控制方法。
背景技术
通常,如混合动力车辆的亲环境车中应用的驱动电机(同步电机或异步电机)会随着周围温度(引擎室)与根据驾驶条件而发生的热导致电感特性与永久磁铁磁束特性的变化。
这种电感特性及永久磁铁磁束特性的变化会对控制特性(MTPA曲线,弱磁控制)产生影响,因此其结果终究会导致扭矩控制性能低下。
因此,想要发挥混合动力车辆的最佳动力性能与运转性时,需要补偿随着驱动电机的温度变化的扭矩的变化,且用于此的扭矩变化补偿方法以多种方式来实施。
通常,扭矩变化补偿方法需要制造对于MTPA控制(弱磁控制)起到重要因素的电机转子温度信息,为此最优选为在电机转子上安装有温度传感器。
但是,基于电机的结构侧面,有线构成的温度传感器很难安装于电机转子,因此只能够安装于具备通常流动电流的卷线部的电机定子。
由此,温度传感器将根据电机定子的温度变化的电压信息作为MTPA控制(弱磁控制)因素来提供,MTPA控制(弱磁控制)将电机转子的温度断定为与通过定子测量的温度相似的状态进行定义来执行控制。
发明内容
(要解决的技术问题)
但是,MTPA控制(弱磁控制)中,电机转子温度,非常敏感地作用于在相同电流下发生电机输出扭矩,因为根据温度而导致的电机转子电阻变化,即使在逆变器输出相同的电流,电机的输出扭矩也会出现高于基准或低于基准的输出扭矩。
这种电机的输出扭矩的不稳定性,对于即使在恶劣环境下也需要处于稳定的亲环境车辆,终究会产生不利的影响。
特别是,即使利用引擎室的温度来构成一个电流控制图或利用通过从电机定子测量的温度来假设的电机转子温度来构成n个电流控制图,在驱动电机中也很难解除由于温度变化而发生电机转子的电阻变化导致的电机输出扭矩的不稳定性。
如上所述,电机的输出扭矩不稳定时,对于即使在恶劣环境下也需要处于稳定的亲环境车辆,特别是对于混合动力车辆,终究会产生更加不利的影响。
考虑到如上所述的问题而发明的本发明的目的在于,提供利用电机转子温度的驱动电机控制方法,基于从设置于电机定子的温度传感器获得的温度来预估实际对电机控制产生影响的电机转子的温度,通过预估的所述电机转子的温度构成电流控制图,从而提升在MTPA控制(弱磁控制)时由于温度变化的电机输出扭矩线性度与精密度。
(解决问题的手段)
为了达成如上所述的目的,本发明的利用电机转子温度的驱动电机控制方法,其特征在于,包括:最小信息收集步骤,在逆变器中测量输出电流、在电机中测量对于电机定子部位的温度;
信息加工步骤,利用测量的所述逆变器输出电流来计算所述电机的消耗电力值,所述电机的电机定子温度值会计算为对于测量的所述定子部位的温度的平均值,所述电机的电机转子预估温度值预估为计算出的所述消耗电力值;
控制因素确立步骤,通过所述电机转子预估温度值与所述电机定子温度值来计算温度差;
控制因素确定步骤,通过所述温度差与所述电机定子温度值来预估所述电机的电机转子温度值。
所述最小信息收集步骤中,所述逆变器输出电流是通过电流传感器测量,对于所述电机的定子部位的温度是通过温度传感器测量,所述温度传感器构成为两个来安装于所述定子部位的分别不同的位置。
所述信息加工步骤中,所述消耗电力值是通过经过坐标转换来转换的电流值与所述电机的定子卷线的电阻值的关系来计算,所述电机定子温度值是通过从所述定子部位的分别不同的位置测量的两个温度来平均计算。
所述信息加工步骤中,所述电机转子预估温度值是在所述电机定子温度值中减去消耗电力与热电阻系数的乘积来求出。
所述控制因素确立步骤中,所述电机转子温度值是通过相互比较所述温度差与所述电机定子温度值来进行决定。
本发明执行所述控制因素确定步骤之后,还执行扭矩变化补偿逻辑,所述电机转子温度值会利用为MTPA控制(弱磁控制)的温度信息来构成为电流控制图,所述电流控制图应用于生成所述电机的新的扭矩指令。
(发明的效果)
这样的本发明,将作为MTPA控制(弱磁控制)的一个因素的电机的温度应用为,基于从设置于电机定子的温度传感器获得的温度来预估的电机转子的温度,因此与将从电机定子测量的温度断定为电机转子的温度相比,具有大大提升MTPA控制的效果。
此外,本发明中,MTPA控制(弱磁控制)的电流控制图是利用最优化的电机转子温度来构成,因此具有大大改善电机中因温度变化而导致的电机转子的电阻变化而引发的电机输出扭矩的不稳定性的效果。
此外,本发明中,MTPA控制(弱磁控制)中,通过应用实际对电机控制产生影响的电机转子的温度而大大改善了电机输出扭矩的不稳定性,因此,特别是对于如应用永磁同步电机的混合动力车辆的亲环境车辆具有克服因电机导致的不稳定性的效果。
此外,本发明,无需额外的硬件(Hardware),仅仅通过软件(Software)性来大大改善应用于如混合动力车辆的亲环境车辆的永磁同步电机的电机输出扭矩的不稳定性,因此具有无需额外的费用即可大大改善如混合动力车辆的亲环境车辆的性能的效果。
附图说明
图1是表示根据本发明的驱动电机的结构与利用电机转子温度的驱动电机控制逻辑的构成。
(附图标记说明)
具体实施方式
下面,参照例示附图对本发明的实施例进行详细地说明,通过这些实施例,本发明所属技术领域的技术人员可以实现多种相异的形态,因此本发明并不限定于此处所说明的实施例。
图1是表示根据本发明的驱动电机的结构与利用电机转子温度的驱动电机控制逻辑。
如图所示,驱动电机10是由逆变器11与电机12构成,并且传感器20安装于驱动电机10来测量MTPA控制(弱磁控制)的因素,MCU(MotorControlUnit,电机控制单元)30通过利用传感器20的测量值的扭矩变化补偿逻辑来控制驱动电机10的输出扭矩。
所述驱动电机10为永磁同步电机。
所述传感器20是由电流传感器21与温度传感器22构成,所述电流传感器21是测量逆变器11的输出电流,所述温度传感器22是设置于电机12定子部位来测量电机温度。
所述电流传感器21的测量的输出电流值与所述温度传感器22的测量的电机温度值会输入到MCU30。
通常,温度传感器22,以两个为一对安装于电机12的定子部位,其安装部位位于,可以更加接近实际地测量电机12内部温度的位置。
所述MCU30,其结构包括:逻辑演算部31,与扭矩变化补偿逻辑一同执行电机转子温度算出逻辑;输出部32,向驱动电机10输出从逻辑演算部31生成的控制值。
所述逻辑演算部31中执行的电机转子温度算出逻辑是通过S10至S60来构成。
S10作为确认从逆变器11测量的输出电流的过程,所述逆变器输出电流是从电流传感器21提供。
之后,确认逆变器输出电流后,如S20所示,将提供的逆变器输出电流进行矢量相和来计算电机12的消耗电力。
本实施例中实现的电机12的消耗电力的计算方式是将从电流传感器21提供的逆变器电流值通过坐标转换来转换为输出电流RMS值,之后利用转换的电流值与电机12的定子卷线的电阻值来计算电机12中消耗的电力的方式。
如上所述,电机转子温度算出逻辑中,会利用电流传感器21在逆变器11中直接测量的逆变器输出电流值,测量的逆变器输出电流值会与电机12定子卷线的电阻值一同被利用来计算电机12中所需的消耗电流值,从而可以更加精密地控制驱动电机10的消耗电力。
S30作为处理电机12的定子温度值的过程,温度传感器22中提供的定子温度值会提供有两个。
这是因为两个温度传感器22分别安装在了不同的电机12定子部位。
因此,在确认两个相互不同的定子温度值后,电机转子温度算出逻辑中是通过两个相互不同的定子温度值的平均值来进行计算,由此可以算出更加接近于实际的电机12的内部温度。
如上所述计算的温度平均值会定义为电机定子温度值。
另一方面,S40作为预估电机12转子温度的过程,为此会利用从逆变器输出电流算出的消耗电力值与电机12的热电阻信息。
通常,电机12的热电阻信息,对于电机12转子与定子的温度差与消耗电力具有比值的特性,由此来预估对于电机12的转子的温度值。
下式为对于电机12的转子温度值进行预估的转子与定子的关系式:
T转子=T定子-(Rth×P)
T转子:电机转子温度
T定子:电机定子温度
Rth:热电阻系数
P:消耗电力
由此可知,电机转子的温度值可以在电机定子的温度值中通过消耗电力与热电阻系数相乘的值来获得。
如上所述预估的对于电机12的转子的温度值会定义为电机转子预估温度值。
之后,S50作为决定电机12的转子温度值的过程,其是通过相互比较已算出的电机转子预估温度值与已算出的电机定子温度值来进行计算。
如上所述计算出的对于电机12的转子的温度值会定义为电机转子温度值。
S60作为执行电机转子温度算出逻辑后,利用其来执行扭矩变化补偿逻辑的过程,会执行通常扭矩变化补偿逻辑会构成电流控制图,并根据作为电机负荷条件的速度及扭矩来判断温度补偿所需的区域,利用导出的用于扭矩指令补偿的最优化的式来生成新的扭矩指令后,将其施加到所述电流控制图的步骤。
如上所述的扭矩变化补偿逻辑作为构成根据温度的n个电流控制图(或一个电流控制图)来插值电流指令的方法,是指通常的扭矩变化补偿方法中的一种方法。
因此,根据本实施例的扭矩变化补偿逻辑中,可以由对MTPA控制(弱磁控制)产生实际电机控制影响的电机转子的温度构成的电流控制图,由此可以大大提升永磁同步电机的电机输出扭矩线性度与精密度,因此可以解除如混合动力车辆的亲环境车辆中因电机引起的不稳定性。
Claims (5)
1.一种利用电机转子温度的驱动电机控制方法,所述电机为永磁同步电机,其特征在于,包括:
最小信息收集步骤,由电流传感器直接在逆变器中测量输出电流、在与所述逆变器一同构成驱动电机的电机中测量对于电机定子部位的温度;
信息加工步骤,利用由所述电流传感器测量的所述逆变器输出电流来计算所述电机的消耗电力值,所述电机的电机定子温度值会计算为对于测量的所述定子部位的温度的平均值,所述电机转子的预估温度值是在所述电机定子温度值中减去消耗电力与热电阻系数的乘积来求出;
控制因素确立步骤,通过所述电机转子的预估温度值与所述电机定子温度值来计算温度差;
控制因素确定步骤,通过所述温度差与所述电机定子温度值来预估所述电机的电机转子温度值。
2.根据权利要求1所述的利用电机转子温度的驱动电机控制方法,其特征在于,
所述最小信息收集步骤中,对于所述电机的定子部位的温度是通过温度传感器测量,所述温度传感器构成为两个来安装于所述定子部位的分别不同的位置。
3.根据权利要求1所述的利用电机转子温度的驱动电机控制方法,其特征在于,
所述信息加工步骤中,所述消耗电力值是通过经过坐标转换来转换的电流值与所述电机的定子卷线的电阻值的关系来计算,所述电机定子温度值是通过从所述定子部位的分别不同的位置测量的两个温度来平均计算。
4.根据权利要求1所述的利用电机转子温度的驱动电机控制方法,其特征在于,
所述控制因素确立步骤中,所述电机转子温度值是通过相互比较所述温度差与所述电机定子温度值来进行决定。
5.根据权利要求1所述的利用电机转子温度的驱动电机控制方法,其特征在于,
执行所述控制因素确定步骤之后,还执行扭矩变化补偿逻辑,所述电机转子温度值会利用为MTPA控制(弱磁控制)的温度信息来构成为电流控制图,所述电流控制图应用于生成所述电机的新的扭矩指令。
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