CN105527593B

CN105527593B - 电机磁钢磁链参数的测量方法与系统

Info

Publication number: CN105527593B
Application number: CN201410514061.XA
Authority: CN
Inventors: 王东萃; 倪攀; 傅振兴
Original assignee: SAIC Motor Corp Ltd
Current assignee: SAIC Motor Corp Ltd
Priority date: 2014-09-29
Filing date: 2014-09-29
Publication date: 2019-02-15
Anticipated expiration: 2034-09-29
Also published as: CN105527593A

Abstract

本发明提供一种电机磁钢磁链参数的测量方法与系统。所述方法包括：通过离线标定建立电机参数表格，所述电机参数表格反映所述电机的磁链参数取值范围随着电流和温度变化的关系；在使用所述电机时，在线检测所述电机的运行状态，所述运行状态包括电机控制模式、电机转速、定子温度、电机电流和电机转速中的至少一种；判断检测到的所述运行状态是否满足预设的开启条件；如果是，则在线获取电机的第一组参数，包括电压、电流、温度以及转速；根据所述第一组参数，计算磁链参数；根据离线建立的所述电机参数表格，判断所述磁链参数是否落入对应的取值范围；以及，如果是，存储所述磁链参数。磁链参数测量的精确度可以提高。

Description

电机磁钢磁链参数的测量方法与系统

技术领域

本发明涉及汽车领域，特别涉及一种电机磁钢磁链参数的测量方法与系统。

背景技术

随着节能、环保意识日益深入人心，电动汽车拥有愈加广阔的市场前景。电动汽车广泛采用永磁同步电机提供动力。在使用过程中，精确的扭矩控制对电动汽车的各项性能具有十分重要的作用，而扭矩控制的精度主要取决于电机磁钢的磁链参数以及交轴、直轴电感(Ld与Lq)。因此，能否精确获知电机磁钢的磁链参数，对电机的性能控制至关重要。

现有技术采用各种手段标定磁钢的磁链参数。然而，现有方法都只能实行对磁链参数的离线标定。在电动汽车的生命周期中，磁钢会因多种因素而老化、退磁。因此，磁钢的磁链参数会发生改变。无法实时地获知磁链参数，会影响对扭矩的控制，进而影响对电动汽车的使用。

因此，需要一种电机磁钢磁链参数的测量方法与系统。

发明内容

本发明解决的问题是提供一种磁链参数的在线测量方法与系统，可以实时测量磁链参数。

为解决上述问题，本发明提供一种电机磁钢磁链参数的测量方法，包括：

通过离线标定建立电机参数表格，所述电机参数表格反映所述电机的磁链参数取值范围随着电流和温度变化的关系；

在使用所述电机时，在线检测所述电机的运行状态，所述运行状态包括电机控制模式、电机转速、定子温度、电机电流和电机转速中的至少一种；

判断检测到的所述运行状态是否满足预设的开启条件；

如果是，则在线获取电机的第一组参数，包括电压、电流、温度以及转速；

根据所述第一组参数，计算磁链参数；

根据离线建立的所述电机参数表格，判断所述磁链参数是否落入对应的取值范围；以及

如果是，存储所述磁链参数。

可选地，所述方法进一步包括：如果判断所述磁链参数没有落入取值范围，则去除所述磁链参数。

可选地，所述预设的开启条件包括：控制模式为扭矩模式、电机转速在弱磁区域、定子温度高于第一阈值、电机电流高于第二阈值和电机转速高于第三阈值中的至少一种。

可选地，所述磁链参数根据所述第一组参数以及电机电压的稳态方程计算所得。

可选地，所述方法进一步包括：对存储的磁链参数进行修正。

可选地，所述修正包括低通滤波以及平均值滤波。

可选地，所述方法进一步包括：当驾驶循环次数达到第四阈值时，将经过修正的磁链参数运用到电机的扭矩控制中。

可选地，所述方法进一步包括：当经过修正的磁链参数低于第五阈值的次数超过第六阈值时，发出警报。

相应地，本发明提供一种电机磁钢磁链参数的测量系统，包括：

判断单元，用于判断所述电机的工作状态是否满足至少一种特定条件，所述特定条件包括：控制模式为扭矩模式、电机转速在弱磁区域、定子温度高于第一阈值、电机电流高于第二阈值和电机转速高于第三阈值；

计算单元，当所述判断单元判断的结果为是时，用于在线获取电机的第一组参数，并根据所述第一组参数计算磁链参数，所述第一组参数包括电压、电流、温度以及转速；

存储单元，用于存储电机参数表格，所述电机参数表格反映电机的磁链参数取值范围随着电机的电流和温度变化的关系；以及

执行单元，用于根据所述电机参数表格，判断计算所得的所述磁链参数是否落入取值范围，如果是，则存储所述磁链参数。

可选地，所述执行单元进一步用于：如果判断所述磁链参数没有落入取值范围，则去除所述磁链参数。

可选地，所述计算单元根据所述第一组参数以及电机电压的稳态方程计算所述磁链参数。

可选地，所述系统进一步包括修正单元，用于对存储的磁链参数进行修正。

可选地，所述修正单元采用低通滤波以及平均值滤波进行修正。

可选地，所述系统进一步包括控制单元，用于当驾驶循环次数达到第四阈值时，将经过修正的磁链参数运用到电机的扭矩控制中。

可选地，所述系统进一步包括提醒单元，用于当经过修正的磁链参数低于第五阈值的次数超过第六阈值时，发出提醒。

与现有技术相比，本发明具有以下优点：

只有在所述电机的工作状态满足至少一种特定条件时，才进行磁链参数的测量，避免了因测量误差导致的磁链参数突变，增强了鲁棒性，也节省了资源。通过在线测量电机的可测量参数，计算获得磁链参数，实现了磁链参数的在线测量。而且，计算所得的磁链参数只有在落入取值范围的情况下才会被存储，避免了因测量误差导致的磁链参数突变，增强了鲁棒性。

进一步地，根据先前存储的磁链数据修正当前存储的磁链数据，得到较为平滑的磁链变化曲线，更符合退磁的实际情况。

附图说明

图1示出了本发明实施例的电机磁钢磁链参数的测量方法的流程示意图。

图2示出了本发明实施例的电机磁钢磁链参数的测量系统的结构示意图。

具体实施方式

虽然对磁链参数的直接测量不易在线进行，然而，利用可以在线测得的数据，例如，电机的电压、电流、温度等，可以计算获得电机磁钢的磁链参数，从而实现磁链参数的在线测量。

图1示出了本发明实施例的电机磁钢磁链参数的测量方法的流程示意图，包括步骤S101、S103、S105、S107、S109、S111以及S113。下面具体描述这些步骤。需要说明的是，在下面的描述中会公开大量的细节，这些细节只是本发明的实施例，并不限制本发明的保护范围。而且，如图1所示的方法流程也只是本发明的一个具体实施例。

参考图1，执行步骤S101，判断所述电机的工作状态是否满足特定条件。

电机磁钢的磁链参数与该电机的其他参数具有一定的联系，并会随之产生一定程度的变化。因此，电机的工作状态能够影响磁链参数测量的准确性，而且，只有当电机的工作状态满足一定条件时，测量磁链参数才有实质意义。例如，当电机工作在非扭矩控制模式时，磁链参数的测量以及进一步的修正的意义并不大，因此不需要测量磁链参数。又例如，由于计算磁链参数需要做一步除数为电机转速的除法，因此，当电机的转速较小时，转速参数的较小误差可能导致磁链参数的较大误差。

因此，在一些实施例中，在进行磁链参数的计算之前，先判断所述电机的工作状态是否满足特定条件，如果是，则进行下一步骤S103，如果否，则继续判断工作状态。由此，可以节省系统资源，提高测量的准确性。

在一些实施例中，所述特定条件包括：控制模式为扭矩模式、电机转速在弱磁区域、定子温度高于第一阈值、电机电流高于第二阈值和电机转速高于第三阈值中的一种或其任意组合。本领域技术人员可以根据实际需要，设置上述特定条件中的具体阈值、模式、范围等，也可以选择其他条件作为决定是否进行磁链参数计算的依据。

继续参考图1，执行步骤S103，在线获取电机的第一组参数。

本发明所述的电机为包括磁钢的电机，例如，应用在电动汽车上的永磁同步电机等。在电机的使用过程中，有些参数是可以在线测量的，例如电机的电压、电流、电感、转速、温度等参数。

电机电压的稳态方程如下：

U_d＝R_d*I_d-ω*(L_q*I_q) (1)

U_q＝R_q*I_q+ω*(L_d*I_d+λ_m) (2)

其中，U_d和U_q分别为电机直轴(d轴)和交轴(q轴)的电压，R_d和R_q分别为电机直轴和交轴的电阻，I_d和I_q分别为电机直轴和交轴的电流，L_d和L_q分别为电机直轴和交轴的电感，ω为电机的转速，λ_m为电机磁钢的磁链参数。

由式(1)和式(2)可知，欲计算获得磁链参数，需要获得电机的电压、电阻、电流、电感以及转速。其中，电阻为固定参数，是可以预知的，而电感参数可以根据电流参数查表求得。因此，一些实施例中，需要在线获得的所述第一组参数包括电机的电压、电流以及转速。根据所述第一组参数，可以获得U_d、U_q、R_d、R_q、I_d、I_q、L_d、L_q和ω，进而计算求得λ_m。在一些实施例中，仅采用式(2)即可求得λ_m，因此在线获得所述第一组参数仅包括U_q、I_q和ω。

在一些实施例中，也可以在线获得电机的母线电压和u、v、w三个反向上的占空比，从而获得U_d和U_q。该方案为本领域技术人员所熟知，在此不再赘述。

在一些实施例中，还可以进一步在线获取电机的其他参数，例如，电机的温度。在一些实施例中，所述电机的温度指磁钢(即转子)的温度，可以通过安装在电机定子上的温度传感器获得定子温度，再通过在线转子温度估算模型计算得到转子温度。

继续参考图1，执行步骤S105，根据所述第一组参数，计算磁链参数。

如上所述，所述第一组参数至少包括所述电机的电压、电流以及转速。因此，在一些实施例中，可以依据所述第一组参数以及预知的参数获得计算磁链所需要的参数，然后根据电机电压的稳态方程计算，即，根据上述式子(1)和式(2)计算λ_m。具体计算方式在上面的描述中以及提及，在此不再赘述。

继续参考图1，执行步骤S107，判断所述磁链参数是否落入对应的取值范围。

计算获得的所述磁链参数可能与正常的磁链参数具有差异，而该差异可能反映了电机磁钢的老化现象，也可能只是因为各种因素的造成的突变或误差，不存在实际意义。为了提高系统的稳定性，需要判断所述磁链参数是否具有观测意义。

通过离线标定，可以建立电机参数表格，反映电机的磁链参数取值范围与其他电机参数的关系。例如，在电机出厂时，即进行电机参数表格的建立，存储在存储器中，例如，硬盘中，当需要时读入系统的内存中进行使用。由于磁链受电流以及温度的影响较大，因此，在一些实施例中，所述电机参数表格反映磁链参数的取值范围随着电机的电流(例如，交轴电流和直轴电流)和温度(例如，定子温度或转子温度)变化的关系。该取值范围大体反映了磁钢的正常老化、退磁现象。例如，所述电机参数表格可以反映如下关系：电流在第一取值范围以及温度在第二取值范围的情况下，磁链参数可取的第三取值范围。所述第三取值范围可以比未退磁老化状态下的磁钢在该电流温度条件下的正常取值范围略大，从而包括正常退磁所产生的磁链参数变化情况。该第三范围代表了可取的、合理的范围，超过该第三范围，可以认为所得的磁链参数是因测量错误等因素产生的畸变值，不具备参考因素。因为，磁钢老化是一个渐进的过程，不太可能出现磁链参数突然之间变化很大的情况。

根据所述电机参数表格，判断所述磁链参数是否落入对应的取值范围。其中，所述对应的取值范围是指当前观测到的第一组参数中包括的电机的电流和温度所对应的、在所述电机参数表格中的磁链参数范围。如果所述磁链参数没有落入所述对应的取值范围，则执行步骤S109，即去除所述磁链参数或采取其他措施。如果所述磁链参数落入所述对应的取值范围，则执行步骤S111。

继续参考图1，执行步骤S111，存储所述磁链参数。

可以根据需要，选择将所述磁链参数存储在特定器件中。例如，在一些实施例中，所述磁链参数可以存储在非易失性随机存取存储器(non-volatile random accessmemory，NVRAM)中，由此，当需要使用所述磁链参数时，可以随时调用，而当电机停止运转时，存储在NVRAM中的磁链参数可以释放，以节省空间。在一些实施例中，所述磁链参数也可以存储在永久硬盘中。

继续参考图1，执行步骤S113，修正存储的磁链参数。

由于磁链参数处于不断变化的过程，而且大体满足平缓减小的规律，因此，根据上述变化规律，可以修正存储的磁链参数，从而去除畸变的磁链参数，提高系统稳定性。

需要说明的是，在一些实施例中，步骤S113可以省略。

在一些实施例中，可以采用低通滤波以及平均值滤波进行所述修正，从而使得磁链参数的变化趋势趋于缓和，变化曲线更加平滑。

由此，实现了电机磁钢磁链参数的在线测量。基于测量得出的磁链参数，可以进行多种应用。

在一些实施例中，测量得出的或者经过修正的磁链参数可以应用到扭矩控制中，以实现更加精确的扭矩控制。然而，磁钢的退磁是一个长期累积的过程，磁链参数的变化也是一个缓慢的过程。因此，频繁地将更新的磁链参数应用到实际扭矩控制中是没有必要的。在一些实施例中，只有当驾驶循环次数达到第四阈值时，才将当前测量所得的磁链参数运用到电机的扭矩控制中，即更新控制系统当前所依据的磁链参数。所谓驾驶循环，可以理解为从发动机点火到熄火为一次循环。所述第四阈值可以根据实际情况设置。例如，电机的使用环境容易导致磁钢退磁速度加快，则所述第四阈值可以设为一个相对较小的值，反之，则设为一个相对较大的值。在一些实施例中，所述第四阈值可以设置为400次到500次。

另外，在一些实施例中，可以建立磁钢老化警报机制，以降低电机使用的风险。当测得的磁链参数低于第五阈值时，可以认为磁钢老化现象严重。所述第五阈值可以根据实际可接受的磁钢老化程度设置。例如，在一些实施例中，所述第五阈值可以设为该磁钢原本磁链参数的20％到40％，当测得的磁链参数低于第五阈值时，系统发出警报。进一步地，考虑到磁链参数可能出现一些反复，在一些实施例中，设定当测得的磁链参数低于所述第五阈值的次数超过第六阈值时，例如超过10次时，才发出警报。发出警报的方式有多种。例如，在电动汽车上，可以由电机控制器通过总线将警报信息报给IPK仪表(instrument pack)，进而点亮动力系统故障灯。

本发明还提供电机磁钢磁链参数的测量系统。图2示出了本发明实施例的电机磁钢磁链参数测量系统的结构示意图。如图2所示，所述系统包括：判断单元201、计算单元203、存储单元205以及执行单元207。

所述判断单元201用于判断所述电机的工作状态是否满足至少一种特定条件，如果是，则控制所述计算单元203进行计算，所述特定条件包括：控制模式为扭矩模式、电机转速在弱磁区域、定子温度高于第一阈值、电机电流高于第二阈值和电机转速高于第三阈值。所述判断单元的具体配置可以参考如上所述的步骤S101。

所述计算单元203用于在线获取电机的第一组参数，包括电压、电流、温度以及转速，并根据所述第一组参数计算磁链参数计算所述磁链参数。例如，根据所述第一组参数以及电机电压的稳态方程计算所述磁链参数。在一些实施例中，所述计算单元203可以与一些传感器、通信装置、接口等器件相连，也获取所述第一组参数。所述计算单元203的具体配置可以参考如上所述的步骤S103和S105。

所述存储单元205用于存储电机参数表格，所述电机参数表格反映电机的磁链参数取值范围随着电机的电流和温度变化的关系。所述存储单元205可以是永久硬盘等。在一些实施例中，所述存储单元205还包括NVRAM，用于存储测量所得的磁链参数。

所述执行单元207用于根据所述电机参数表格，判断计算所得的所述磁链参数是否落入取值范围，如果是，则存储所述磁链参数。在一些实施例中，所述执行单元207进一步用于：如果判断所述磁链参数没有落入取值范围，则去除所述磁链参数。所述执行单元207的具体配置可以参考上述步骤S107、S109以及S111。

在一些实施例中，所述系统进一步包括修正单元，用于对存储的磁链参数进行修正。在一些实施例中，所述修正单元采用低通滤波以及平均值滤波进行修正。所述修正单元的具体配置可以参考上述步骤S113。

在一些实施例中，所述系统进一步包括控制单元，用于当驾驶循环次数达到第四阈值时，将经过修正的当前磁链参数运用到电机的扭矩控制中。

在一些实施例中，所述系统进一步包括提醒单元，用于当经过修正的磁链参数低于第五阈值的次数超过第六阈值时，发出提醒。

本发明虽然以较佳实施例公开如上，但其并不是用来限定本发明，任何领域技术人员在不脱离本发明的精神和范围内，都可以做出可能的变动和修改，因此本发明的保护范围应当以本发明权利要求所界定的范围为准。

Claims

1.一种电机磁钢磁链参数的测量方法，其特征在于，包括：

判断检测到的所述运行状态是否满足预设的开启条件；

根据所述第一组参数，计算磁链参数；所述磁链参数根据所述第一组参数以及电机电压的稳态方程计算所得；所述第一组参数用于计算所述电机电压的稳态方程中除所述磁链参数之外的参数；

如果是，存储所述磁链参数；

对存储的磁链参数进行修正，当经过修正的磁链参数低于第五阈值的次数超过第六阈值时，发出警报。

2.如权利要求1所述的电机磁钢磁链参数的测量方法，其特征在于，进一步包括：如果判断所述磁链参数没有落入所述取值范围，则去除所述磁链参数。

3.如权利要求1所述的电机磁钢磁链参数的测量方法，其特征在于，所述预设的开启条件包括：控制模式为扭矩模式、电机转速在弱磁区域、定子温度高于第一阈值、电机电流高于第二阈值和电机转速高于第三阈值中的至少一种。

4.如权利要求1所述的电机磁钢磁链参数的测量方法，其特征在于，所述修正包括低通滤波以及平均值滤波。

5.如权利要求1或4所述的电机磁钢磁链参数的测量方法，其特征在于，进一步包括：当驾驶循环次数达到第四阈值时，将经过修正的磁链参数运用到电机的扭矩控制中。

6.一种电机磁钢磁链参数的测量系统，其特征在于，包括：

计算单元，当所述判断单元判断的结果为是时，用于在线获取电机的第一组参数，并根据所述第一组参数计算磁链参数，所述第一组参数包括电压、电流、温度以及转速；所述磁链参数根据所述第一组参数以及电机电压的稳态方程计算所得；所述第一组参数用于计算所述电机电压的稳态方程中除所述磁链参数之外的参数；

存储单元，用于存储电机参数表格，所述电机参数表格离线建立，反映电机的磁链参数取值范围随着电机的电流和温度变化的关系；以及

执行单元，用于根据所述电机参数表格，判断计算所得的所述磁链参数是否落入取值范围，如果是，则存储所述磁链参数；

修正单元，用于对存储的磁链参数进行修正；

提醒单元，用于当经过修正的磁链参数低于第五阈值的次数超过第六阈值时，发出提醒。

7.如权利要求6所述的电机磁钢磁链参数的测量系统，其特征在于，所述执行单元进一步用于：如果判断所述磁链参数没有落入所述取值范围，则去除所述磁链参数。

8.如权利要求6所述的电机磁钢磁链参数的测量系统，其特征在于，所述修正单元采用低通滤波以及平均值滤波进行修正。

9.如权利要求6或8所述的电机磁钢磁链参数的测量系统，其特征在于，进一步包括控制单元，用于当驾驶循环次数达到第四阈值时，将经过修正的磁链参数运用到电机的扭矩控制中。