CN104753434A - 电动机消磁错误感知装置及方法 - Google Patents

电动机消磁错误感知装置及方法 Download PDF

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Abstract

本发明一个实施例的电动机消磁错误感知装置的特征在于，包括：电流控制器，其把来自上级控制器的扭矩指令按照预先设置的电流映射表变换成电流指令值，把所述电流指令值变换成电压指令值；消磁感知模块，其比较利用预先设置的误差范围的电压指令值算出的基准电压指令值与所述变换的电压指令值，判断消磁错误状态；及逆变器电源模块，如果比较结果不是消磁错误状态，其则把所述变换的电压指令值接入电动机。

Description

电动机消磁错误感知装置及方法
技术领域
本发明涉及车辆用电动机，更详细而言，涉及一种电动机消磁错误感知装置及方法，能够通过电动机的消磁错误感知而防止作为逆变器基本性能的扭矩输出低下。
背景技术
一般而言，逆变器主要功能在于控制使得电动机按照从上级控制器接收的电动机扭矩指令进行输出。为此，逆变器大致由具有基于扭矩指令及/或速度的基准电流信息的电流映射表模块、把电流指令变换成将输入电动机的电压指令的电流控制器模块、通过实际电源模块的切换而接入电压指令的逆变器电源模块等构成。
因此，通过以下步骤执行电动机扭矩控制：从上级控制器接收扭矩指令并通过电流映射表把指令扭矩变成电流指令的步骤；接受电动机反馈电流并执行电流控制，把电流指令变成将输入电动机的电压指令的步骤；把计算的电压指令通过切换而接入实际电源模块的步骤。
可是，对使用普通永久磁铁的PMSM(Permanant Magnet SyncronousMotor，永磁同步电动机)电动机进行控制的逆变器的扭矩(电流)控制方式如前所述，通过实验，将预先实验的扭矩指令vs(对)电流指令制成表。
以这种表为基础，通过电流控制器实现扭矩控制，但如果实验时的表因运转中发生异常现象而使特性改变，那么，扭矩性能将发生巨大变化，存在对逆变器基本性能产生不良影响的问题。
如果拓展说明，在其中，电动机设计时必须考虑的是，当发生电动机消磁时，发生扭矩低下，实际输出如图1所示，导致实际扭矩的输出低下。
即，由于作为PMSM控制用逆变器主要扭矩的磁力扭矩低下，因而对作为逆变器基本性能的扭矩控制性能产生严重影响。
【现有技术文献】
【专利文献】
1.韩国公开专利编号第10-2013-0094894号
2.韩国公开专利编号第10-2009-0045467号
3.韩国公开专利编号第10-2009-0055321号
发明内容
(要解决的技术课题)
本发明正是为了消除上述背景技术的问题而研发的，其目的在于提供一种电动机消磁错误感知装置及方法，能够通过电动机的消磁错误感知，防止作为逆变器基本性能的扭矩输出低下。
(解决的解决手段)
本发明为了达成上面提示的课题，提供一种电动机消磁错误感知装置，能够通过电动机的消磁错误感知，防止作为逆变器基本性能的扭矩输出低下。
在感知车辆用电动机消磁的电动机消磁错误感知装置中，
所述电动机消磁错误感知装置，包括：
电流控制器，其把来自上级控制器的扭矩指令按照预先设置的电流映射表变换成电流指令值，把所述电流指令值变换成电压指令值；
消磁感知模块，其比较预先设置的基准电压指令值与变换的电压指令值，判断消磁错误状态；及
逆变器电源模块，如果比较结果不是消磁错误状态，其则把所述变换的电压指令值接入电动机。
此时，所述消磁感知模块包括：比较部，其比较所述变换的电压指令值与基准电压指令值；平均值计算部，其根据比较结果，如果为消磁状态，则再计算降低的反电动势常数，计算反电动势平均值；及预测扭矩量计算部，其利用计算的平均值，计算低下的预测扭矩量。
另外，所述基准电压指令值根据正常电压值与误差范围设置值的电压值算出。
此时，所述正常电压值作为没有消磁现象发生的电压值，在电流图生成时利用实验值算出。
另外，所述消磁感知模块把所述消磁错误状态通知给上级控制器。
另外，所述消磁感知模块把所述预测扭矩量通知给所述控制器。
另外，所述电动机为PMSM(Permanent Magnet Synchonous Motor，永磁同步电动机)电动机。
另一方面，本发明的另一实施例提供一种电动机消磁错误感知方法，在感知车辆用电动机消磁的电动机消磁错误感知方法中，包括：电流指令值变换步骤，把来自上级控制器的扭矩指令按照预先设置的电流映射表变换成电流指令值；电压指令值变换步骤，把变换的电流指令值变换成电压指令值；基准电压指令值算出步骤，算出预先设置的基准电压指令值；消磁错误状态判断步骤，比较所述变换的电压指令与基准电压指令值，判断消磁错误状态；及接入步骤，比较结果如果不是消磁错误状态，则把所述变换的电压指令值接入电动机。
此时，所述消磁错误状态判断步骤包括：比较步骤，比较所述变换的电压指令值与基准电压指令值；反电动势平均值计算步骤，根据比较结果，如果为消磁状态，则再计算降低的反电动势常数，计算反电动势平均值；及预测扭矩量计算步骤，利用计算的平均值，计算低下的预测扭矩量。
另外，所述消磁错误状态判断步骤还包括把所述消磁错误状态通知给上级控制器的步骤。
另外，所述消磁错误状态判断步骤还包括把所述预测扭矩量通知给所述控制器的步骤。
(发明效果)
根据本发明，通过在电动机运转中感知消磁现象而加以应对，因而能够防止扭矩输出低下，提高逆变器控制的稳定性。
附图说明
图1是显示普通逆变器的基于扭矩(电流)控制方式的扭矩低下示例的曲线图。
图2是本发明一个实施例的电动机消磁错误感知装置200的构成框图。
图3是显示本发明一个实施例的通过电动机的消磁错误感知而防止作为逆变器基本性能的扭矩输出低下的步骤的流程图。
图4是图2所示消磁感知模块230的构成图。
符号说明
200：电动机消磁错误感知装置
210：电流映射表
220：电流控制器
230：消磁感知模块
240：逆变器电源模块
250：车辆用电动机
251：电流传感器
252：速度传感器
410：比较部
420：平均值计算部
430：扭矩预测量计算部
具体实施方式
本发明可以施加多种变更，可以具有多个实施例，在附图中示例性地图示特定实施例，旨在在详细说明中具体进行说明。但是，这并非有意把本发明限定于特定的实施形态，应理解为包括本发明的思想及技术范围内包含的所有变更、均等物乃至代替物。
在说明各附图的同时，对类似的构成要素使用了类似的参照符号。
第一、第二等术语可以用于说明多种构成要素，但是，所述构成要素并非由所述术语所限定。所述术语只用于把一个构成要素区别于其它构成要素的目的。
例如，在不超出本发明的权利范围的情况下，第一构成要素可以命名为第二构成要素，类似地，第二构成要素也可以命名为第一构成要素。术语“及/或”，包括多个相关的记载项目的组合或多个相关的记载项目中的某个项目。
只要未作不同定义，包括技术性或科学性术语在内，此处使用的所有术语具有与本发明所属技术领域的技术人员一般理解的内容相同的意义。
与一般使用的词典中定义的内容相同的术语，应解释为具有与相关技术的文理上具有的意义一致的意义，只要本申请未明确定义，不得过多或过度地解释为形式上的意义。
下面参照附图，详细说明本发明一个实施例的电动机消磁错误感知装置及方法。
图2是本发明一个实施例的电动机消磁错误感知装置200的构成框图。如图2所示，所述电动机消磁错误感知装置200包括：电流映射表210；电流控制器220，其把电流指令变换成将输入电动机的电压指令；消磁感知模块230，其比较利用预先设置的误差范围的电压指令值而算出的基准电压指令值与所述变换的电压指令值，判断消磁错误状态；及逆变器电源模块240，其通过实际电源模块的切换而接入电压指令；车辆用电动机250，如果不是消磁错误状态，其则按照所述变换的电压指令值进行驱动；电流传感器251，其测量流入电动机的电流；速度传感器252，其感知进行驱动的车辆用电动机250的旋转速度；等。
电流映射表210具有基于扭矩指令及/或旋转速度的基准电流信息。因此，根据来自上级控制器(图中未示出)的扭矩指令及/或旋转速度，与预先设置的电流映射表相匹配，变换成电流指令值。
电流控制器220把根据电流映射表210变换的电流指令值变换成电压指令值。当然，在此之前，从电流传感器251接收电流反馈，反映到根据电流映射表210变换的电流指令值。
消磁感知模块230比较利用预先设置的误差范围的电压指令值而算出的基准电压指令值与所述变换的电压指令值，判断消磁错误状态。当然，为了算出这种基准电压指令值，要求正常电压值。正常电压值利用以下Vd轴电压式及Vq轴电压式算出。
【数学式1】
Vd＝RS*Id+Ls*d(Id)/dt-ω*Lq*Id
【数学式2】
Vq＝Rs*Iq+Lq*d(Iq)/dt+ω*(Ld*Id+Ke)
其中，Vq：q轴电压
Vd：d轴电压
Iq：q轴电流
Id：d轴电流
Ld：d轴感应系数
Lq：q轴感应系数
ω：电动机速度
Ke：反电动势常数
d(Iq)/dt：q轴电流微分
d(Id)/dt：d轴电流微分
就上面数学式而言，在IPMSM(Interior Permanent Magnet SynchonousMotor)或PMSM(Permanent Magnet Synchonous Motor)中，作为d-q轴电压模型式而广为人知。另外，在上面数学式中，当发生消磁时，Vq及Ke的值减小。
特别是就正常电压值而言，作为没有消磁现象发生的值，在电流表生成时通过实验值生成。
利用上面数学式算出q轴正常电压值Vq后，从该正常电压值Vq减去误差范围设置值，算出基准电压指令值。其中，误差范围设置值是通过实验结果而预先设置的值。
基准电压指令值算出后，比较该基准电压指令值与实际电压值，确认电动机中发生了消磁错误。
即，如果实际电压值小于基准电压指令值，则这意味着发生消磁错误的状态，因而再计算反电动势常数Ke。否则，当因消磁现象而发生反电动势常数Ke减小时，电流控制器(图2的220)的q轴电压指令值Vq减小。d轴电压指令值Vd相对于q轴电压指令值Vq无大的相关关系。因此，如果从Vq电压式展开，则反电动势常数Ke如下式如所示算出。
【数学式3】
Ke＝(Vq-Rs*Iq-Lq*d(Iq)/dt)*ω-(Ld*Id)
对从上面数学式再计算的消磁错误状态的反电动势常数的平均值进行计算，可以由此再计算低下的扭矩。因此，使算出低下预测扭矩量成为可能。
图4中图示了关于消磁感知模块230相应构成的图。后面将对图4进行叙述。
如果继续参照图2进行说明，逆变器电源模块240通过实际电源模块的切换而把电压指令接入车辆用电动机250。即，如果实际q轴电压指令值Vq大于基准电压指令值，则利用实际q轴电压指令值Vq，通过切换而使车辆用电动机250运转。
车辆用电动机250可以使用PMSM电动机或IPMSM电动机，但并非限定于此，也可以使用其它3相交流电动机。
电流传感器251感知输入到车辆用电动机250的电流，把感知的电流值用作向电流控制器220反馈的电流反馈用途。
速度传感器252执行感知车辆用电动机250的转子旋转的速度(即，RPM：Revolutions Per Minute)并传递给电流映射表210的功能。
图3是显示本发明一个实施例的通过电动机的消磁错误感知而防止作为逆变器基本性能的扭矩输出低下的步骤的流程图。如图3所示，把来自上级控制器的扭矩指令按照预先设置的电流映射表变换成电流指令值，把变换的电流指令值变换成qd电压指令值Vqd(步骤S310)。
从qd电压指令值Vqd算出q轴正常电压指令值Vq，从算出的正常电压指令值Vq减去误差范围设置值，算出基准电压指令值(步骤S320)。即，基准电压指令值如下式所示。
【数学式4】
正常电压值-误差范围设置值
基准电压指令值算出后，比较实际电压指令与基准电压指令值，判断消磁错误状态(步骤S330)。
判断结果，如果实际电压指令值大于基准电压指令值，则把基准电压指令值计算为q轴基准电压(步骤S331)。
不同于此，在步骤S330中，如果实际电压指令值小于基准电压指令值，则判断为消磁错误，使错误计数增加，与预先设置的设置值比较(步骤S332)。
比较结果，如果错误计数大于设置值，则计算变更的反电动势常数，求出平均值，从这种平均值计算低下的扭矩，算出预测扭矩量(步骤S350,S360)。
预测扭矩量算出后，电流控制器图2的220把低下的预测扭矩量及/或消磁错误状态传送给上级控制器(步骤S370)。
在步骤S332中，如果错误计数小于设置值，则计算变更的反电动势常数，求出平均值(步骤S340)。
步骤S370及/或步骤S340执行后，反复执行步骤S310至步骤S332。
图4是图2所示消磁感知模块230的构成图。如图4所示，消磁感知模块230包括：比较部410，其比较变换的电压指令值与基准电压指令值；平均值计算部420，其根据比较结果，如果为消磁错误状态，则再计算降低的反电动势常数，计算反电动势平均值；预测扭矩量计算部430，其利用计算的平均值，计算低下的预测扭矩量；等。

Claims (14)

1.一种电动机消磁错误感知装置，在感知车辆用电动机消磁的电动机消磁错误感知装置中，其特征在于，包括：
电流控制器，其把来自上级控制器的扭矩指令按照预先设置的电流映射表变换成电流指令值，把所述电流指令值变换成电压指令值；
消磁感知模块，其比较预先设置的基准电压指令值与变换的电压指令值，判断消磁错误状态；及
逆变器电源模块，如果比较结果不是消磁错误状态，其则把所述变换的电压指令值接入电动机。
2.根据权利要求1所述的电动机消磁错误感知装置，其特征在于，
所述消磁感知模块包括：
比较部，其比较所述变换的电压指令值与基准电压指令值；
平均值计算部，其根据比较结果，如果为消磁状态，则再计算降低的反电动势常数，计算反电动势平均值；及
预测扭矩量计算部，其利用计算的平均值，计算低下的预测扭矩量。
3.根据权利要求2所述的电动机消磁错误感知装置，其特征在于，
所述基准电压指令值根据正常电压值与误差范围设置值的差异值算出。
4.根据权利要求3所述的电动机消磁错误感知装置，其特征在于，
所述正常电压值作为没有消磁现象发生的电压值，在电流图生成时利用实验值算出。
5.根据权利要求2所述的电动机消磁错误感知装置，其特征在于，
所述消磁感知模块把所述消磁错误状态通知给上级控制器。
6.根据权利要求2所述的电动机消磁错误感知装置，其特征在于，
所述消磁感知模块把所述预测扭矩量通知给所述控制器。
7.根据权利要求1所述的电动机消磁错误感知装置，其特征在于，
所述电动机为PMSM(Permanent Magnet Synchonous Motor)电动机。
8.一种电动机消磁错误感知方法，在感知车辆用电动机消磁的电动机消磁错误感知方法中，其特征在于，包括：
电流指令值变换步骤，把来自上级控制器的扭矩指令按照预先设置的电流映射表变换成电流指令值；
电压指令值变换步骤，把变换的电流指令值变换成电压指令值；
基准电压指令值算出步骤，算出预先设置的基准电压指令值；
消磁错误状态判断步骤，比较变换的电压指令与基准电压指令值，判断消磁错误状态；及
接入步骤，比较结果如果不是消磁错误状态，则把所述变换的电压指令值接入电动机。
9.根据权利要求8所述的电动机消磁错误感知方法，其特征在于，
所述消磁错误状态判断步骤包括：
比较步骤，比较所述变换的电压指令值与基准电压指令值；
反电动势平均值计算步骤，根据比较结果，如果为消磁状态，则再计算降低的反电动势常数，计算反电动势平均值；及
预测扭矩量计算步骤，利用计算的平均值，计算低下的预测扭矩量。
10.根据权利要求9所述的电动机消磁错误感知方法，其特征在于，
所述基准电压指令值根据正常电压值与误差范围设置值的差异值算出。
11.根据权利要求10所述的电动机消磁错误感知方法，其特征在于，
所述正常电压值作为没有消磁现象发生的电压值，在电流图生成时利用实验值算出。
12.根据权利要求9所述的电动机消磁错误感知方法，其特征在于，
所述消磁错误状态判断步骤还包括把所述消磁错误状态通知给上级控制器的步骤。
13.根据权利要求9所述的电动机消磁错误感知方法，其特征在于，
所述消磁错误状态判断步骤还包括把所述预测扭矩量通知给所述控制器的步骤。
14.根据权利要求9所述的电动机消磁错误感知方法，其特征在于，
所述电动机为PMSM(Permanent Magnet Synchonous Motor)电动机。
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