CN104158457B - 一种电动车交流感应电机转矩校准方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种电动车交流感应电机的转矩校准方法，是在电动车的交流感应电机控制电动车时，利用转矩计算公式将期望转矩转换为期望转矩电流，再根据转子磁场定向矢量控制算法实现转矩控制；在未进行转矩校准之前，通过比对期望转矩曲线与实际转矩曲线之间的误差趋势，调整电机转子时间常数和互感两个参数，使得实际转矩接近期望转矩，实现实际转矩校准；本发明在传统矢量控制算法的基础上，通过对原有电机参数基础上依次通过电机转子时间常数和互感的校准，完成实际转矩校准；在整个校准过程中，控制电机转矩输出平稳且准确，能满足电动车驱动系统转矩控制精度的要求，还避免了采用查表方法进行转矩校准的繁琐。
Description
技术领域
本发明涉及电动车电机控制技术，具体是一种电动车交流感应电机的转矩校准方法。
背景技术
随着全球汽车产量和保有量的不断增长，传统汽车带来了严重的环境污染和越来越紧迫的全球石油资源危机等问题，“雾霾天气”、“油价高涨”等使得电动车产业开始蓬勃发展。
电动车的动力系统是电驱动系统，电机控制技术是电驱动系统也是电动车的核心技术之一。目前电动车电驱动系统所用电机主要包括交流感应电机和永磁同步电机，其中交流感应电机以其可靠性高、结构简单、成本较低、维护简单以及适合大规模生产等优点，在电动车上得到了广泛的应用。
电动车整车控制中，整车控制器结合油门踏板深度、刹车、整车运行状况，实时计算整车期望转矩，并将转矩命令传予电机控制器，由电机控制器控制电机输出相应转矩。电机控制器接收转矩命令后，实时计算转矩电流、励磁电流大小值，经由矢量控制算法实现对转矩电流和励磁电流的闭环控制，从而最终实现对转矩的闭环控制。
根据电动车的使用特性，要求电机全转速范围内均可实现转矩闭环控制。而针对应用于电动车的交流感应电机的高性能转矩闭环控制，通常采用转子磁场定向矢量控制算法。转子磁场矢量控制算法的基本原理是在普通的三相交流电机上设法模拟直流电机转矩控制规律，在转子磁场定向坐标系下，通过坐标变换将电流矢量分解为励磁电流和转矩电流，使两个分量互相垂直，彼此独立，然后调节，其本质上是通过实现电流正交解耦控制，来实现对电机输出转矩的平稳控制。但是出于成本的考虑，应用于电动车的电机驱动系统通常不会安装转矩传感器，而通过公式计算的方法根据期望转矩命令计算转矩电流值，以实现对电机输出转矩的闭环控制。但交流感应电机本质上是多变量、非线性、参数时变、强耦合的复杂对象，电机各相绕组的电阻、电感、互感等电磁参数通常难以准确测量或估算，且容易随温度变化而变化，而由于电机电磁设计参数和实际参数的差别使得转子磁场位置难以准确估算，从而导致公式法计算转矩与实际转矩的误差，所以如何完成对交流感应电机的转矩校准，实现对电机输出转矩的准确控制，是电动车电机控制的难点。
发明内容
本发明在传统矢量控制算法的基础上提出了一种电动车交流感应电机转矩校准方法，该方法在基于转子磁场定向矢量控制算法的基础上，加入转矩校准环节，能够快速而准确的匹配电机参数，从而控制电机转矩输出平稳而准确，满足电动车驱动系统转矩控制精度的要求，避免了采用传统查表方法进行转矩校准的繁琐。
为实现上述目的，本发明的技术方案如下：
一种电动车交流感应电机转矩校准方法，其特征在于：电动车的交流感应电机控制电动车时，利用转矩计算公式将期望转矩转换为期望转矩电流，然后根据转子磁场定向矢量控制算法实现转矩控制；在未进行转矩校准之前，通过比对期望转矩曲线与实际转矩曲线之间的误差趋势，调整电机转子时间常数和互感两个参数，使得实际转矩接近期望转矩，实现实际转矩校准；
所述转矩计算公式如下：
（1）
其中，为期望转矩，为电机极对数，为互感，为期望励磁电流分量，为期望转矩电流分量；其中，期望励磁电流分量由励磁算法计算所得，基本原理是：电机额定转速以下恒定励磁控制，电机额定转速以上采用弱磁控制。
所述交流感应电机转矩校准方法的具体步骤如下：
（1）电机控制器接受整车的期望转矩设定指令，通过转矩计算公式计算得到期望转矩电流；
（2）得到期望转矩电流后，通过转子磁场定向矢量控制算法完成电流闭环控制，从而实现转矩闭环控制；
（3）在电机额定转速下，以等间隔方式设定不同期望转矩，测量不同期望转矩设定值下的电机实际转矩，记录并绘制期望转矩曲线与实际转矩曲线；
（4）调整转子时间常数，重复步骤（1）-（3），观测调整转子时间常数后的期望转矩曲线与实际转矩曲线；当两条曲线接近平行时，即可完成校准；
（5）调整互感，重复上述步骤（1）-（3），观测调整后的期望转矩曲线与实际转矩曲线，当两条曲线误差范围达到允许值时，完成校准，进而实现转矩校准。
所述交流感应电机电机转子时间常数难以准确计算。
在基于转子磁场定向矢量控制算法中，三相电流经过CLARK变换由三相坐标系调整到两相坐标系，转变为两相静止坐标系下电流分量、，再经由PARK变换，转变为两相旋转坐标系电流分量、，其具体公式：
（2）
式中，为转子磁链角。
在交流感应电机转子磁场定向矢量控制中，转子磁链角通过对电机同步转速积分进行估算，电机同步转速由电机机械转速与转差进行计算，而转差计算则与期望励磁电流、期望转矩电流有关，公式如下：
（3）
式中，为同步转速，为转差，为电机机械转速。
综上所述，依据转矩计算公式，电磁转矩计算与实际励磁电流、实际转矩电流乘积成正比例关系，而转子磁场定向矢量控制算法中励磁电流与转矩电流分解是否准确，最终取决于转子时间常数是否准确。
所述调整转子时间常数即调整励磁电流与转矩电流的乘积。
转子时间常数校准完成后，可认为磁场定向已接近准确，则转矩计算公式中的实际励磁电流、实际转矩电流为正确值，根据转矩计算公式，电磁转矩计算与成正比例关系，通过调整参数，即可调整计算转矩值与实际转矩值之间的比例系数。
本发明的有益效果如下：
本发明在传统矢量控制算法的基础上，通过对原有电机参数基础上首先进行校准，确定矢量控制算法中励磁电流与转矩电流分解是否准确，通过转子时间常数的校准后，磁场定向已接近准确，再进一步通过调整参数，完成实际转矩校准；在整个校准过程中，控制电机转矩输出平稳且准确，能满足电动车驱动系统转矩控制精度的要求，还避免了采用查表方法进行转矩校准的繁琐。
附图说明
图1是本发明的矢量控制示意图。
各符号的意义：期望转矩、期望转矩电流、实际转矩电流、期望励磁电流、实际励磁电流、 轴电压分量、 轴电压分量、 轴电压分量、 轴电压分量、 轴电流分量、 轴电流分量、A相定子电流、B相定子电流、C相定子电流、期望转速。
图2为未使用本发明电动车感应电机转矩校准方法的输出转矩曲线图，系列1曲线为期望转矩值，系列2为实际电机输出转矩值。
图3、图4是根据本发明所述转矩校准方法调整转子时间常数时输出转矩曲线图，系列1曲线为期望转矩值，系列2为实际电机输出转矩值。
图5是根据本发明所述转矩校准方法实现转矩校准后的输出转矩曲线图，系列1曲线为期望转矩值，系列2为实际电机输出转矩值。
具体实施方式
下面结合附图对本发明的具体实施方式进行描述，以便本领域的技术人员更好地理解本发明。需要特别提醒注意的是，在以下的描述中，当已知功能和设计的详细描述也许会淡化本发明的主要内容时，这些描述在这里将被忽略。
实施例1
依据上述实施步骤，结合某电动大巴所用交流感应电机所测量转矩数据进行转矩校准，该样机电机参数、。
如图1所示，本方法是基于转子磁场定向矢量控制进行。整车控制器采集踏板、刹车信号，结合整车状态实时计算整车所需驱动转矩，电机控制器收到转矩命令后，视为其期望转矩，根据电磁转矩计算公式（公式1）计算期望转矩电流，最后根据矢量控制算法进行电流闭环控制，最终实现转矩闭环控制。
利用电力测功机以等转矩间隔方式测量电机额定转速时全功率段下电机实际输出转矩，结合期望转矩绘制曲线。初次校准时，因所需校准的两个参数和均存在偏差，所绘制曲线趋势如图2中所示，图中系列1为设定值，系列2为实际值。两条曲线完全一致时，则认为转矩校准完全准确，但通常难以达到该要求。根据相关行业标准，电机控制转矩误差在±5%以内即可。
首先在原有电机参数基础上进行校准。根据所绘制的转矩曲线，观察其趋势，适当减小，选取，以相同设定值测量实际转矩数据，发现其转矩偏差趋势增大，如图3所示。故应向相反方向调整，即适当增大，选取，发现转矩偏差相对于不校准时有所减小，如图4所示。如此反复调整，直至设定值和实际值两条曲线比较接近时，停止调整。
转子时间常数校准完成后，可认为磁场定向已接近准确，则转矩计算公式中所用、值也为正确值，此时需要进行互感校准，进一步完成转矩校准。计算转子时间常数校准后的期望转矩设定值和实际转矩值之间的比例系数平均值，计算 得，则调整后，根据该参数重新测量实际转矩，并绘制曲线如图5所示，此时，期望转矩设定值与实际是转矩值已非常接近，其误差范围已在可接受范围之内，故可完成转矩校准。
尽管上面对本发明说明性的具体实施方式进行了描述，以便于本技术领域的技术人员理解本发明，但应该清楚，本发明不限于具体实施方式的范围，对本技术领域的普通技术人员来讲，只要各种变化在所附的权利要求限定和确定的本发明的精神和范围内，这些变化是显而易见的，一切利用本发明构思的发明创造均在保护之列。
Claims (3)
1.一种电动车交流感应电机转矩校准方法，其特征在于：电动车的交流感应电机控制电动车时，利用转矩计算公式将期望转矩转换为期望转矩电流然后根据转子磁场定向矢量控制算法实现转矩控制；在未进行转矩校准之前，通过比对期望转矩曲线与实际转矩曲线之间的误差趋势，调整电机转子时间常数Tr和互感Lm两个参数，使得实际转矩接近期望转矩，实现实际转矩校准；
所述转矩计算公式为：其中，为期望转矩，np为电机极对数，Lm为互感，为期望励磁电流分量，为期望转矩电流分量；
所述方法的具体步骤如下：
(1)电机控制器接受整车的期望转矩设定指令，通过转矩计算公式计算得到期望转矩电流
(2)得到期望转矩电流后，通过转子磁场定向矢量控制算法完成电流闭环控制，从而实现转矩闭环控制；
(3)在电机额定转速下，以等间隔方式设定不同期望转矩测量不同期望转矩设定值下的电机实际转矩Te，记录并绘制期望转矩曲线与实际转矩曲线；
(4)调整转子时间常数Tr，重复步骤(1)-(3)，观测调整转子时间常数Tr后的期望转矩曲线与实际转矩曲线；当两条曲线接近平行时，即可完成Tr校准；
(5)调整互感Lm，重复上述步骤(1)-(3)，观测调整后的期望转矩曲线与实际转矩曲线，当两条曲线误差范围达到允许值时，完成Lm校准，进而实现转矩校准。
2.根据权利要求1所述的一种电动车交流感应电机转矩校准方法，其特征在于：所述调整转子时间常数Tr即调整励磁电流与转矩电流的乘积。
3.根据权利要求2所述的一种电动车交流感应电机转矩校准方法，其特征在于： 所述调整Lm参数，即调整计算转矩值与实际转矩值之间的比例系数。
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