CN103701393A - 一种异步电机弱磁时转矩精度的补偿方法 - Google Patents

一种异步电机弱磁时转矩精度的补偿方法 Download PDF

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Abstract

本发明提供一种异步电机弱磁时转矩精度的补偿方法，包括以下步骤：将异步电机拖到基速以上的转速；修改程序，给定第一转矩参考值，测量此时的第一实际输出转矩；修改程序，给定第二转矩参考值，测量此时的第二实际输出转矩；确定权重和的值，所述和分别为第一转矩电流和第二转矩电流的权重；增大转速，确定不同转速下各自的权重值，进而得到最终的转矩电流。本发明可在异步电机进入弱磁区间时，减少给定转矩和实际输出转矩的误差，不需要测量大量的实验数据进行标定，在计算出励磁电流之后，根据两种不同的转矩电流计算方法，改变两种方法计算出的的权重，即可达到补偿的目的。

Description

一种异步电机弱磁时转矩精度的补偿方法
技术领域
本发明涉及一种电极转矩精度的补偿方法，尤其涉及一种异步电机弱磁时转矩精度的补偿方法。
背景技术
异步电机作为电动汽车用驱动电机，其调速范围是一个重要的性能指标，而要达到这一目的，就不可避免的要用到弱磁技术，因为受到电池电压的限制，如果不进行弱磁时对转矩精度的补偿，那么当电机的反电动势达到最大值时，就无法再继续提高转速。
但是，当电机进入弱磁区间以后，其参数会随着电流的变化而改变，尤其是异步电机，有些参数的值与多个因素有关，任何因素的变化都会造成参数改变，进而造成在正常情况下标定的转矩值不准，影响系统性能；对于电动汽车而言，其控制的就是最终的转矩输出，因此，转矩误差必须控制在一定范围内。为了解决这个问题，传统的做法是点对点标定，即在弱磁区间内，测出不同转速下各个输出转矩所对应的电流，将其做成表格，放入程序中，这种传统的点对点标定方法需测得大量的原始数据，然后进行数据处理，费时、费力、灵活性很差。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是需要提供一种可在异步电机进入弱磁区间时，减少给定转矩和实际输出转矩的误差，并且不需要测量大量的实验数据进行标定的异步电极弱磁时转矩精度的补偿方法。
对此，本发明提供一种异步电机弱磁时转矩精度的补偿方法，包括以下步骤：
步骤1，将异步电机拖到基速以上的转速；
步骤2，修改程序，给定第一转矩参考值，通过上位机发送转矩指令，并通过扭矩传感器测量此时的第一实际输出转矩                                                
Figure 988522DEST_PATH_IMAGE001
，其中，
Figure 201310733977X100002DEST_PATH_IMAGE002
，该第一实际输出转矩
Figure 543480DEST_PATH_IMAGE001
由第一转矩电流
Figure 323217DEST_PATH_IMAGE003
决定；
步骤3，修改程序，给定第二转矩参考值，通过上位机发送与步骤2相同的转矩指令，并通过扭矩传感器测量此时的第二实际输出转矩
Figure 201310733977X100002DEST_PATH_IMAGE004
，其中，
Figure 531475DEST_PATH_IMAGE005
，该第二实际输出转矩
Figure 408164DEST_PATH_IMAGE004
由第二转矩电流
Figure 201310733977X100002DEST_PATH_IMAGE006
决定；
步骤4，确定权重
Figure 542211DEST_PATH_IMAGE007
和
Figure 201310733977X100002DEST_PATH_IMAGE008
的值，所述
Figure 871562DEST_PATH_IMAGE007
和
Figure 70462DEST_PATH_IMAGE008
分别为第一转矩电流
Figure 552390DEST_PATH_IMAGE003
和第二转矩电流
Figure 545754DEST_PATH_IMAGE006
的权重，计算出相应的转矩电流
Figure 362400DEST_PATH_IMAGE009
，使第一转矩电流和第二转矩电流
Figure 937311DEST_PATH_IMAGE006
所对应的给定扭矩与实际的输出扭矩相等，即
Figure 201310733977X100002DEST_PATH_IMAGE010
，得到输出转矩
Figure 429472DEST_PATH_IMAGE011
；
步骤5，增大转速，重复步骤2至步骤4，确定不同转速下各自的权重值，进而得到最终的转矩电流
Figure 484147DEST_PATH_IMAGE009
。
当异步电机需要超过基速运行时，到达弱磁区间，需要用到弱磁；本发明可在异步电机进入弱磁区间时，减少给定转矩和实际输出转矩的误差，不需要测量大量的实验数据进行标定，在计算出励磁电流之后，根据两种不同的转矩电流
Figure 821588DEST_PATH_IMAGE009
计算方法，改变两种方法计算出的
Figure 465059DEST_PATH_IMAGE009
的权重，即可达到补偿的目的。
本发明只需测量实际输出转矩，使用转矩传感器测量；在弱磁时，分别测量第一转矩电流
Figure 111809DEST_PATH_IMAGE003
和第二转矩电流
Figure 840731DEST_PATH_IMAGE006
在不同转速下的实际输出转矩，再根据给定转矩来计算出两种方法的转矩误差，通过该转矩误差来标定权重
Figure 981862DEST_PATH_IMAGE007
和，所述
Figure 64536DEST_PATH_IMAGE007
和
Figure 392006DEST_PATH_IMAGE008
的权重之和为1。
本发明的进一步改进在于，通过矢量控制得到第一实际输出转矩
Figure 274511DEST_PATH_IMAGE001
为：
Figure 689312DEST_PATH_IMAGE013
，然后通过该第一实际输出转矩
Figure 444909DEST_PATH_IMAGE001
、反电动势和母线电压得到励磁电流，进而得到第一转矩电流
Figure 365778DEST_PATH_IMAGE003
为：
Figure 201310733977X100002DEST_PATH_IMAGE014
；其中，
Figure 149932DEST_PATH_IMAGE015
为异步电机互感，
Figure 201310733977X100002DEST_PATH_IMAGE016
为转子电感。
本发明的进一步改进在于，首先，由相电流公式
Figure 325698DEST_PATH_IMAGE017
得到第二实际输出转矩
Figure 250929DEST_PATH_IMAGE004
为：
Figure 201310733977X100002DEST_PATH_IMAGE018
；然后根据转差频率
Figure 288286DEST_PATH_IMAGE019
得到
Figure 201310733977X100002DEST_PATH_IMAGE020
；进而得到第二实际输出转矩
Figure 412100DEST_PATH_IMAGE004
为：，由该实际输出转矩得到第二转矩电流
Figure 423492DEST_PATH_IMAGE006
为： 
Figure 201310733977X100002DEST_PATH_IMAGE022
；其中，
Figure 451491DEST_PATH_IMAGE023
为相电流，
Figure 695390DEST_PATH_IMAGE015
为异步互感，
Figure 885063DEST_PATH_IMAGE016
为转子电感，
Figure 201310733977X100002DEST_PATH_IMAGE024
为异步电机极对数，为转差频率，为转子时间常数。
如果在这过程中电机参数保持不变，则两种方法计算出的转矩电流相等，即：
Figure 226363DEST_PATH_IMAGE027
。但实际上，当励磁电流
Figure 528031DEST_PATH_IMAGE012
因为弱磁减小时，因为电机参数的变化，在实际测试过程中，由第一转矩电流
Figure 200190DEST_PATH_IMAGE003
得到的输出转矩比给定转矩大，而由第二转矩电流
Figure 587309DEST_PATH_IMAGE006
产生的转矩比给定转矩小，这样，就可根据各自的误差大小，通过实测标定，赋予第一转矩电流
Figure 957110DEST_PATH_IMAGE003
和第二转矩电流
Figure 910023DEST_PATH_IMAGE006
不同的权重，即可算出最终的转矩电流
Figure 707077DEST_PATH_IMAGE009
：
Figure 128963DEST_PATH_IMAGE010
。
本发明的进一步改进在于，所述步骤1通过对拖台架将异步电机拖到基速以上，上位机包括可编程主控单元，可编程主控单元中设置了至少两个默认的给定转矩参考值。通过设置至少两个默认的给定转矩参考值，在变换了异步电机的时候，采用同样的方法即可自动对异步电极在弱磁时进行转矩精度补偿，无需另外设置参数和改变程序，应用灵活、实验数据少。
与现有技术相比，本发明的有益效果在于，在异步电机进入弱磁区间时，能够减少给定转矩和实际输出转矩的误差，不需要测量大量的实验数据进行标定，本发明在计算出励磁电流
Figure 302455DEST_PATH_IMAGE012
之后，根据两种不同的转矩电流
Figure 313136DEST_PATH_IMAGE009
的计算方法，改变两种方法计算出的
Figure 343409DEST_PATH_IMAGE009
的权重，即可达到补偿的目的，应用灵活、可靠、实验数据少。
附图说明
图1是本发明一种实施例的工作流程示意图；
图2是异步电极进入弱磁区间的外特性曲线示意图。
具体实施方式
下面结合附图，对本发明的较优的实施例作进一步的详细说明。
实施例1：
如图1所示，本例提供一种异步电机弱磁时转矩精度的补偿方法，包括以下步骤：
步骤1，将异步电机拖到基速以上的转速；
步骤2，修改程序，给定第一转矩参考值，通过上位机发送转矩指令，并通过扭矩传感器测量此时的第一实际输出转矩
Figure 439541DEST_PATH_IMAGE001
，其中，
Figure 453941DEST_PATH_IMAGE002
，该第一实际输出转矩
Figure 319128DEST_PATH_IMAGE001
由第一转矩电流
Figure 520303DEST_PATH_IMAGE003
决定；
步骤3，修改程序，给定第二转矩参考值，通过上位机发送与步骤2相同的转矩指令，并通过扭矩传感器测量此时的第二实际输出转矩，其中，
Figure 353446DEST_PATH_IMAGE005
，该第二实际输出转矩
Figure 151769DEST_PATH_IMAGE004
由第二转矩电流
Figure 461528DEST_PATH_IMAGE006
决定；
步骤4，确定权重
Figure 594569DEST_PATH_IMAGE007
和
Figure 647976DEST_PATH_IMAGE008
的值，所述
Figure 487756DEST_PATH_IMAGE007
和
Figure 280000DEST_PATH_IMAGE008
分别为第一转矩电流
Figure 572441DEST_PATH_IMAGE003
和第二转矩电流
Figure 491856DEST_PATH_IMAGE006
的权重，计算出相应的转矩电流
Figure 186142DEST_PATH_IMAGE009
，使第一转矩电流
Figure 650753DEST_PATH_IMAGE003
和第二转矩电流
Figure 696069DEST_PATH_IMAGE006
所对应的给定扭矩与实际的输出扭矩相等，即
Figure 91278DEST_PATH_IMAGE010
，得到输出转矩
Figure 702388DEST_PATH_IMAGE011
；
步骤5，增大转速，重复步骤2至步骤4，确定不同转速下各自的权重值，进而得到最终的转矩电流
Figure 790430DEST_PATH_IMAGE009
。
图1是本例步骤1至步骤4的工作流程图；图2是异步电极的外特性曲线示意图，当异步电机进入弱磁区间以后，其参数会随着电流的变化而改变，尤其是异步电机，有些参数的值与多个因素有关，任何因素的变化都会造成参数改变，进而造成在正常情况下标定的转矩值不准，影响系统性能。给定第一转矩参考值和给定第二转矩参考值根据异步电机的型号及性能进行确定；第一实际输出转矩
Figure 371977DEST_PATH_IMAGE001
和第二实际输出转矩
Figure 570878DEST_PATH_IMAGE004
均为输出转矩；第一转矩电流
Figure 36494DEST_PATH_IMAGE003
和第二转矩电流均为转矩电流。
当异步电机需要超过基速运行时，到达弱磁区间，需要用到弱磁；本发明可在异步电机进入弱磁区间时，减少给定转矩和实际输出转矩的误差，不需要测量大量的实验数据进行标定，在计算出励磁电流
Figure 862816DEST_PATH_IMAGE012
之后，根据两种不同的转矩电流
Figure 599828DEST_PATH_IMAGE009
计算方法，改变两种方法计算出的转矩电流的权重，即可达到补偿的目的。
本例只需测量实际输出转矩，使用转矩传感器测量；在弱磁时，分别测量第一转矩电流和第二转矩电流
Figure 591420DEST_PATH_IMAGE006
在不同转速下的实际输出转矩，再根据给定转矩来计算出两种方法的转矩误差，通过该转矩误差来标定权重
Figure 443707DEST_PATH_IMAGE007
和
Figure 87178DEST_PATH_IMAGE008
，所述
Figure 484662DEST_PATH_IMAGE007
和
Figure 26633DEST_PATH_IMAGE008
的权重之和为1。
实施例2：
本例的电机控制基于矢量控制，异步电机弱磁时转矩精度的补偿方法的具体处理步骤如下：
基于矢量控制的异步电机输出转矩
Figure 201310733977X100002DEST_PATH_IMAGE028
为：
Figure 105447DEST_PATH_IMAGE029
       。
在异步电机输出转矩
Figure 665741DEST_PATH_IMAGE028
的基础上，根据反电动势和母线电压计算出励磁电流
Figure 171809DEST_PATH_IMAGE012
后，可得到第一转矩电流：；
通过相电流公式：
Figure 647363DEST_PATH_IMAGE017
，可以得到输出转矩
Figure 999847DEST_PATH_IMAGE028
：
Figure 201310733977X100002DEST_PATH_IMAGE032
；
通过转差频率公式：
Figure 755445DEST_PATH_IMAGE019
，得到：
Figure 255696DEST_PATH_IMAGE020
，进而得出输出转矩的另一种形式：
Figure 676313DEST_PATH_IMAGE033
。
根据上面的输出转矩的公式，可以得到第二转矩电流
Figure 460467DEST_PATH_IMAGE006
为：
Figure 308338DEST_PATH_IMAGE022
。
其中，式中为电机互感，
Figure 520193DEST_PATH_IMAGE016
为转子电感，异步电机极对数，
Figure 944669DEST_PATH_IMAGE028
为输出转矩，为转差频率，
Figure 181933DEST_PATH_IMAGE026
为转子时间常数。
如果在这过程中异步电机参数保持不变，则两种方法计算出的转矩电流相等，即，但实际上，当励磁电流
Figure 818767DEST_PATH_IMAGE012
因为弱磁减小时，因为电机参数的变化，在实际测试过程中，由第一转矩电流
Figure 33104DEST_PATH_IMAGE003
得到的输出转矩比给定转矩大，而由第二转矩电流
Figure 599215DEST_PATH_IMAGE006
产生的转矩比给定转矩小，这样，就可根据各自的误差大小，通过实测标定，赋予第一转矩电流
Figure 697621DEST_PATH_IMAGE003
和第二转矩电流不同的权重，即可算出最终的转矩电流
Figure 710893DEST_PATH_IMAGE009
：，其中，
Figure 784340DEST_PATH_IMAGE007
和
Figure 643711DEST_PATH_IMAGE008
分别为第一转矩电流
Figure 252547DEST_PATH_IMAGE003
和第二转矩电流
Figure 426040DEST_PATH_IMAGE006
各自的权重。
本例可在异步电机进入弱磁区间时，减少给定转矩和实际输出转矩的误差，不需要测量大量的实验数据进行标定，在计算出励磁电流
Figure 748305DEST_PATH_IMAGE012
之后，根据两种不同的转矩电流
Figure 716262DEST_PATH_IMAGE009
计算方法，改变两种方法计算出的
Figure 874710DEST_PATH_IMAGE009
的权重，即可达到补偿的目的。
以上内容是结合具体的优选实施方式对本发明所作的进一步详细说明，不能认定本发明的具体实施只局限于这些说明。对于本发明所属技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干简单推演或替换，都应当视为属于本发明的保护范围。

Claims (5)

1.一种异步电机弱磁时转矩精度的补偿方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤1，将异步电机拖到基速以上的转速；
步骤2，修改程序，给定第一转矩参考值，通过上位机发送转矩指令，并通过扭矩传感器测量此时的第一实际输出转矩                                               
Figure 201310733977X100001DEST_PATH_IMAGE002
，其中，，该第一实际输出转矩
Figure 740948DEST_PATH_IMAGE002
由第一转矩电流
Figure 201310733977X100001DEST_PATH_IMAGE006
决定；
步骤3，修改程序，给定第二转矩参考值，通过上位机发送与步骤2相同的转矩指令，并通过扭矩传感器测量此时的第二实际输出转矩
Figure 201310733977X100001DEST_PATH_IMAGE008
，其中，，该第二实际输出转矩
Figure 471138DEST_PATH_IMAGE008
由第二转矩电流决定；
步骤4，确定权重和
Figure 201310733977X100001DEST_PATH_IMAGE016
的值，所述
Figure 375509DEST_PATH_IMAGE014
和
Figure 708401DEST_PATH_IMAGE016
分别为第一转矩电流
Figure 522773DEST_PATH_IMAGE006
和第二转矩电流
Figure 30722DEST_PATH_IMAGE012
的权重，计算出相应的转矩电流
Figure DEST_PATH_IMAGE018
，使第一转矩电流
Figure 235438DEST_PATH_IMAGE006
和第二转矩电流
Figure 621289DEST_PATH_IMAGE012
所对应的给定扭矩与实际的输出扭矩相等，即
Figure 201310733977X100001DEST_PATH_IMAGE020
，得到输出转矩
Figure 201310733977X100001DEST_PATH_IMAGE022
；
步骤5，增大转速，重复步骤2至步骤4，确定不同转速下各自的权重值，进而得到最终的转矩电流
Figure 227851DEST_PATH_IMAGE018
。
2.根据权利要求1所述的异步电机弱磁时转矩精度的补偿方法，其特征在于，在弱磁时，分别测量第一转矩电流
Figure 909630DEST_PATH_IMAGE006
和第二转矩电流
Figure 663959DEST_PATH_IMAGE012
在不同转速下的实际输出转矩，再根据给定转矩来计算出两种方法的转矩误差，通过该转矩误差来标定权重和
Figure 48990DEST_PATH_IMAGE016
，所述
Figure 416518DEST_PATH_IMAGE014
和
Figure 658143DEST_PATH_IMAGE016
的权重之和为1。
3.根据权利要求1或2所述的异步电机弱磁时转矩精度的补偿方法，其特征在于，通过矢量控制得到第一实际输出转矩为：
Figure DEST_PATH_IMAGE024
，然后通过该第一实际输出转矩
Figure 205766DEST_PATH_IMAGE002
、反电动势和母线电压得到励磁电流
Figure DEST_PATH_IMAGE026
，进而得到第一转矩电流
Figure 727883DEST_PATH_IMAGE006
为：
Figure DEST_PATH_IMAGE028
；其中，
Figure DEST_PATH_IMAGE030
为异步电机互感，为转子电感。
4.根据权利要求3所述的异步电机弱磁时转矩精度的补偿方法，其特征在于，首先，由相电流公式
Figure 201310733977X100001DEST_PATH_IMAGE034
得到第二实际输出转矩
Figure 20586DEST_PATH_IMAGE008
为：
Figure DEST_PATH_IMAGE036
；然后根据转差频率
Figure DEST_PATH_IMAGE038
得到
Figure DEST_PATH_IMAGE040
；进而得到第二实际输出转矩
Figure 909520DEST_PATH_IMAGE008
为：
Figure DEST_PATH_IMAGE042
，由该实际输出转矩得到第二转矩电流
Figure 345181DEST_PATH_IMAGE012
为： 
Figure 201310733977X100001DEST_PATH_IMAGE044
；其中，
Figure DEST_PATH_IMAGE046
为相电流，
Figure 241462DEST_PATH_IMAGE030
为异步互感，
Figure 192100DEST_PATH_IMAGE032
为转子电感，为异步电机极对数，
Figure DEST_PATH_IMAGE050
为转差频率，
Figure DEST_PATH_IMAGE052
为转子时间常数。
5.根据权利要求1或2所述的异步电机弱磁时转矩精度的补偿方法，其特征在于，所述步骤1通过对拖台架将异步电机拖到基速以上，上位机包括可编程主控单元，可编程主控单元中设置了至少两个默认的给定转矩参考值。
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