CN105938362B - 一种在电压跌落时检测电机控制性能的系统及方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种在电压跌落时检测电机控制性能的系统及方法，所述系统包括：被测电机控制器，其三相交流输出与被测电机的三相交流输入相连，以驱动被测电机运行；模拟控制器，其三相交流输出连接至被测电机控制器的直流输入正端，用于模拟电动汽车高压继电器的闭合和断开，以实现被测电机控制器两端直流电压的跌落；动力电池，其母线正端与模拟控制器的直流输入正端相连，其母线负端同时连接至模拟控制器的直流输入负端和被测控制器的直流输入负端；被测电机，工作在转矩环；测功机，工作在转速环，用于以指定速度带动被测电机；测功机变频器，用于控制测功机按照设定的速度运行。本发明解决了电压跌落时电机控制器的控制性能难以验证的问题。

Description

一种在电压跌落时检测电机控制性能的系统及方法

技术领域

本发明涉及新能源汽车技术领域，尤其涉及一种在电压跌落时检测电机控制性能的系统及方法。

背景技术

永磁同步电机由于具有功率密度高、转动惯量低、效率高等优点而被更多地应用于高性能运动控制的应用场合，如航空航天、精密机床、机器人直接驱动以及近来发展非常迅速的电动汽车领域等。

安全性与高可靠性是电动汽车对永磁同步电机控制的基本要求。理想情况下，电动汽车上的电池能可靠地给电机控制器供电，从而电机控制器也能稳定地控制电机输出车辆所需动力。电池与电机控制器之间存在一个高压继电器，整车控制器通过控制该继电器的闭合和断开就能实现电池能量的供给和中断。当电机控制器正在工作时，高压继电器应该是闭合的。可是实际上，电动汽车高压继电器可能因为互锁电路虚接或其他原因导致主触点瞬时关断，此时，电压会存在跌落，若电压跌落的幅值尚不至于引起欠压故障关管时，电机容易出现电压饱和失控现象，这对于电机控制器的控制性能是一个考验。因此，对这种情况下，电机控制器的控制性能进行验证和评估是。

由于电动汽车领域属于新型领域，其高压电压跌落问题尚未引起足够的重视，目前，电动汽车领域尚无高压电压跌落模拟发生器。在一些进口电机台架中配备的可编程电池模拟器可以通过编程使其输出的高压直流电压发生变化，但是，一方面，可编程电池模拟器都需进口，价格昂贵，很多企业尚未购买该设备；另一方面是，实际发生继电器断开引起电压跌落时，电压的跌落曲线与母线电容、电机运行功率、跌落时间等有关，若采用可编程电池模拟器，难以将其电压变化设置为与实际电压跌落情形相符合。而且，采用可编程电池模拟器时的电机控制器瞬态电流变化也与实际发生电压跌落时电机控制器电流变化不一致。

发明内容

本发明所要解决的技术问题在于，克服电动汽车高压继电器由于互锁电路虚接或其他原因导致的主触点瞬时关断造成电压跌落时，电机控制器的控制性能难以检测的问题，提供一种在电压跌落时检测电机控制性能的系统及方法。

为了解决上述技术问题，本发明提供一种在电压跌落时检测电机控制性能的系统，包括：

被测电机控制器，其三相交流输出与被测电机的三相交流输入相连，以驱动被测电机运行；

模拟控制器，其三相交流输出连接至所述被测电机控制器的直流输入正端，用于模拟电动汽车高压继电器的闭合和断开，以实现所述被测电机控制器两端直流电压的跌落；

动力电池，其母线正端与所述模拟控制器的直流输入正端相连，其母线负端同时连接至所述模拟控制器的直流输入负端和所述被测控制器的直流输入负端；

被测电机，工作在转矩环；

测功机，工作在转速环，用于以指定速度带动所述被测电机；

测功机变频器，用于控制所述测功机按照设定的速度运行。

其中，所述模拟控制器与所述被测电机控制器的结构相同，所述模拟控制器的三相交流输出中的任意两相并联后连接至所述被测电机控制器的直流输入正端，另一相悬空并绝缘。

其中，所述模拟控制器的三相交流输出中的U相和W相并联后，连接至所述被测电机控制器的直流输入正端，所述模拟控制器的三相交流输出中的V相悬空并绝缘。

其中，所述模拟控制器的每相均包括串联的上开关管和下开关管，当所述模拟控制器模拟继电器动作导致的电压跌落时，所述模拟控制器的U相、V相、W相的上开关管和下开关管都关断；当电压跌落到欠压故障电压设置值附近但跌落的幅值不足以引起欠压故障关管时，所述模拟控制器的U相、W相上开关管导通，V相上开关管关断，U相、V相、W相的下开关管都关断。

其中，所述电压跌落到欠压故障电压设置值附近但跌落的幅值不足以引起欠压故障关管，具体是指从电压跌落开始时记录时间直到达到标定的电压跌落持续时间。

其中，还包括用于实现高压线转接的接线柜，所述模拟控制器的三相交流输出中的任意两相并联后经所述接线柜转接，与所述被测电机控制器的直流输入正端相连，所述被测电机控制器的三相交流输出经所述接线柜转接，与所述被测电机的三相交流输入相连。

其中，所述被测电机与所述测功机之间通过电机工装进行机械连接，所述测功机变频器通过三相线与三相电源相连，工业电通过所述测功机变频器转化为所述测功机在某特定转速和扭矩下所需要的三相电输入，以使所述测功机按设定的速度运行。

本发明还提供一种在电压跌落时利用所述的系统检测电机控制性能的方法，包括：

步骤S1，模拟控制器模拟继电器动作导致的电压跌落时，切断动力电池对被测电机控制器的电能供应；

步骤S2，当电压跌落到欠压故障电压设置值附近但跌落的幅值不足以引起欠压故障关管时，恢复动力电池对被测电机控制器的电能供应；

步骤S3，检测被测电机的实际扭矩输出是否与预设的欠压降功率扭矩请求相符，以及在电压跌落结束之后，实际扭矩是否恢复到电压跌落之前的扭矩请求值。

其中，所述步骤S2中，电压跌落到欠压故障电压设置值附近但跌落的幅值不足以引起欠压故障关管，具体是指从电压跌落开始时记录时间直到达到标定的电压跌落持续时间。

其中，当模拟控制器模拟继电器动作导致的电压跌落时，模拟控制器的U相、V相、W相的上开关管和下开关管都关断；当电压跌落到欠压故障电压设置值附近但跌落的幅值不足以引起欠压故障关管时，模拟控制器的U相、W相上开关管导通，V相上开关管关断，U相、V相、W相的下开关管都关断。

其中，所述步骤S3还包括：检测电机的三相电流是否正常。

实施本发明所带来的有益效果是：通过模拟控制器制造电压跌落状态，模拟整车高压继电器由于互锁电路虚接或其他原因导致的主触点瞬时关断现象，检测在此状况下电机控制器的控制性能，以及当出现电压跌落，且电压跌落的幅值尚不至于引起欠压故障关管时，电机是否会出现电压饱和失控现象，从而解决了整车继电器瞬时断开导致电压跌落时，电机控制器的控制性能难以验证的问题，为避免电机控制器因电压饱和而失控提供了新的检测验证方法。并且利用了现有电机台架，无需新购设备，降低了检测成本，避免因条件不具备而无法检测电压跌落时电机控制器的控制性能的所带来的缺憾。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是本发明实施例一一种在电压跌落时检测电机控制性能的系统的结构示意图。

图2是本发明实施例一一种在电压跌落时检测电机控制性能的系统的具体结构示意图。

图3是本发明实施例二一种在电压跌落时检测电机控制性能的方法的流程示意图。

具体实施方式

以下结合附图对本发明实施例进行详细说明。

请参照图1所示，本发明实施例一提供一种在电压跌落时检测电机控制性能的系统，包括：

被测电机控制器，其三相交流输出与被测电机的三相交流输入相连，以驱动被测电机运行；

模拟控制器，其三相交流输出连接至所述被测电机控制器的直流输入正端，用于模拟电动汽车高压继电器的闭合和断开，以实现所述被测电机控制器两端直流电压的跌落；

动力电池，其母线正端与所述模拟控制器的直流输入正端相连，其母线负端同时连接至所述模拟控制器的直流输入负端和所述被测控制器的直流输入负端；

被测电机，工作在转矩环；

测功机，工作在转速环，用于以指定速度带动所述被测电机；

测功机变频器，用于控制所述测功机按照设定的速度运行。

由上可知，本发明实施例在现有电机台架上新增模拟控制器，用来模拟电动汽车上电压跌落的情形。该模拟控制器实际起到一个高精度可控的开关的作用，因此任何能起到这种作用的器件都可以作为本发明实施例的模拟控制器。而从本发明电动汽车的应用领域出发，考虑到器件获取的便利、系统连接的简单，本发明实施例选用与被测电机控制器硬件结构完全相同的控制器作为模拟控制器。

具体地，模拟控制器的三相交流输出中的任意两相并联后连接至被测电机控制器的直流输入正端，另一相悬空并绝缘。动力电池为模拟控制器提供高压直流电源，其正常工作电压在300V-350V之间。

被测电机与测功机之间通过电机工装进行机械连接，并无电气连接，实现被测电机与测功机转速相同，扭矩相同。

此外，为了实现高压线的转接，本发明实施例还包括接线柜，模拟控制器的三相交流输出中的任意两相并联后经接线柜转接，与被测电机控制器的直流输入正端相连，被测电机控制器的三相交流输出经接线柜转接，与被测电机的三相交流输入相连。

测功机变频器通过三相线与三相电源相连，工业电通过测功机变频器转化为测功机在某特定转速和扭矩下所需要的三相电输入，实现测功机按设定的速度运行。

以下结合图2对本实施例一种在电压跌落时测试电机控制性能的系统的工作原理及工作过程进行说明。

图2所示的模拟控制器与被测电机控制器结构完全相同，模拟控制器的三相交流输出中的U相和W相并联后，连接至被测电机控制器的直流输入正端，而模拟控制器的三相交流输出中的V相则悬空并绝缘。需要说明的是，图2中模拟控制器的三相交流输出中U相和W相并联、V相悬空仅为举例，本实施例对此并不限制，例如也可以U相和V相并联而W相悬空。

在测试电机控制性能的过程中，测功机变频器控制测功机运行在某恒定转速下，测功机拖动被测电机转动，此时，被测电机控制器控制被测电机工作在该恒定扭矩。

模拟控制器的每相均包括串联的上开关管和下开关管，每相输出从上开关管和下开关管之间引出。当不发生电压跌落时，模拟控制器的U相、W相上开关管导通，V相上开关管关断，U相、V相、W相的下开关管都关断，此时，输出到被测电机控制器的母线电压等于动力电池两端电压。具体实施方式为控制图2中U相上开关管开关信号G7、V相上开关管开关信号G11输出1，而U相下开关管开关信号G8、V相上开关管开关信号G9、V相下开关管开关信号G10、W相下开关管开关信号G12输出0。

当模拟控制器模拟继电器动作导致的电压跌落时，模拟控制器的U相、V相、W相的上开关管和下开关管都关断，此时，动力电池和被测电机控制器之间的电能供给被切断，被测电机控制器的母线电压等于其母线电容电压，母线电容电压会因被测电机的消耗而快速下降，且电压跌落之前，被测电机运行的功率越高，被测电机控制器的母线电容电压就跌落得越快。如果电压跌落至低于为被测电机控制器设置的欠压故障电压设置值时，则将采取关管措施，保护被测电机控制器和被测电机。本发明实施例需要检测的则是当电压跌落的幅值不足以引起欠压故障关管时，被测电机控制器的控制性能。

对于如何判断电压跌落的幅值不足以引起欠压故障关管，首先需要对电压跌落到预定电压值附近的持续时间进行标定。之后，从电压跌落开始时记录时间直到达到标定的电压跌落持续时间，即相当于电压跌落到欠压故障电压设置值附近但跌落的幅值不足以引起欠压故障关管，则立刻恢复模拟控制器的U相、W相上开关管导通，V相上开关管关断，U相、V相、W相的下开关管都关断的状态，动力电池恢复提供电能给被测电机控制器，被测电机控制器母线电容电压快速上升至动力电池两端电压，电压跌落过程结束。在这个过程中，观察被测电机的实际扭矩输出，是否与预设的欠压降功率扭矩请求相符，电压跌落结束之后，实际扭矩是否恢复到电压跌落之前的扭矩请求值；同时，还可观察被测电机的三相电流是否正常，确保电压跌落时被测电机控制器能正常运行而没有失控。

通过上述说明可知，本发明实施例通过模拟控制器制造电压跌落状态，模拟整车高压继电器由于互锁电路虚接或其他原因导致的主触点瞬时关断现象，检测在此状况下电机控制器的控制性能，以及当出现电压跌落，且电压跌落的幅值尚不至于引起欠压故障关管时，电机是否会出现电压饱和失控现象，从而解决了整车继电器瞬时断开导致电压跌落时，电机控制器的控制性能难以验证的问题，为避免电机控制器因电压饱和而失控提供了新的检测验证方法。并且利用了现有电机台架，无需新购设备，降低了检测成本，避免因条件不具备而无法检测电压跌落时电机控制器的控制性能的所带来的缺憾。

相应于本发明实施例一一种在电压跌落时检测电机控制性能的系统，本发明实施例二提供一种在电压跌落时利用本发明实施例一的系统检测电机控制性能的方法，如图3所示，包括：

步骤S1，模拟控制器模拟继电器动作导致的电压跌落时，切断动力电池对被测电机控制器的电能供应；

步骤S2，当电压跌落到欠压故障电压设置值附近但跌落的幅值不足以引起欠压故障关管时，恢复动力电池对被测电机控制器的电能供应；

步骤S3，检测被测电机的实际扭矩输出是否与预设的欠压降功率扭矩请求相符，以及在电压跌落结束之后，实际扭矩是否恢复到电压跌落之前的扭矩请求值。

其中，所述步骤S2中，电压跌落到欠压故障电压设置值附近但跌落的幅值不足以引起欠压故障关管，具体是指从电压跌落开始时记录时间直到达到标定的电压跌落持续时间。

其中，当模拟控制器模拟继电器动作导致的电压跌落时，模拟控制器的U相、V相、W相的上开关管和下开关管都关断；当电压跌落到欠压故障电压设置值附近但跌落的幅值不足以引起欠压故障关管时，模拟控制器的U相、W相上开关管导通，V相上开关管关断，U相、V相、W相的下开关管都关断。

其中，所述步骤S3还包括：检测电机的三相电流是否正常。

有关本实施例的工作原理以及所带来的有益效果请参照本发明实施例一的说明，此处不再赘述。

以上所揭露的仅为本发明较佳实施例而已，当然不能以此来限定本发明之权利范围，因此依本发明权利要求所作的等同变化，仍属本发明所涵盖的范围。

Claims (11)

1.一种在电压跌落时检测电机控制性能的系统，其特征在于，包括：

被测电机控制器，其三相交流输出与被测电机的三相交流输入相连，以驱动被测电机运行；

模拟控制器，其三相交流输出连接至所述被测电机控制器的直流输入正端，用于模拟电动汽车高压继电器的闭合和断开，以实现所述被测电机控制器两端直流电压的跌落；

动力电池，其母线正端与所述模拟控制器的直流输入正端相连，其母线负端同时连接至所述模拟控制器的直流输入负端和所述被测电机控制器的直流输入负端；

被测电机，工作在转矩环；

测功机，工作在转速环，用于以指定速度带动所述被测电机；

测功机变频器，用于控制所述测功机按照设定的速度运行。

2.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述模拟控制器与所述被测电机控制器的结构相同，所述模拟控制器的三相交流输出中的任意两相并联后连接至所述被测电机控制器的直流输入正端，另一相悬空并绝缘。

3.根据权利要求2所述的系统，其特征在于，所述模拟控制器的三相交流输出中的U相和W相并联后，连接至所述被测电机控制器的直流输入正端，所述模拟控制器的三相交流输出中的V相悬空并绝缘。

4.根据权利要求3所述的系统，其特征在于，所述模拟控制器的每相均包括串联的上开关管和下开关管，当所述模拟控制器模拟继电器动作导致的电压跌落时，所述模拟控制器的U相、V相、W相的上开关管和下开关管都关断；当电压跌落到欠压故障电压设置值附近但跌落的幅值不足以引起欠压故障关管时，所述模拟控制器的U相、W相上开关管导通，V相上开关管关断，U相、V相、W相的下开关管都关断。

5.根据权利要求4所述的系统，其特征在于，所述电压跌落到欠压故障电压设置值附近但跌落的幅值不足以引起欠压故障关管，具体是指从电压跌落开始时记录时间直到达到标定的电压跌落持续时间。

6.根据权利要求2所述的系统，其特征在于，还包括用于实现高压线转接的接线柜，所述模拟控制器的三相交流输出中的任意两相并联后经所述接线柜转接，与所述被测电机控制器的直流输入正端相连，所述被测电机控制器的三相交流输出经所述接线柜转接，与所述被测电机的三相交流输入相连。

7.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述被测电机与所述测功机之间通过电机工装进行机械连接，所述测功机变频器通过三相线与三相电源相连，工业电通过所述测功机变频器转化为所述测功机在某特定转速和扭矩下所需要的三相电输入，以使所述测功机按设定的速度运行。

8.一种在电压跌落时利用如权利要求1-7任一项所述的系统检测电机控制性能的方法，其特征在于，包括：

步骤S1，模拟控制器模拟继电器动作导致的电压跌落时，切断动力电池对被测电机控制器的电能供应；

步骤S2，当电压跌落到欠压故障电压设置值附近但跌落的幅值不足以引起欠压故障关管时，恢复动力电池对被测电机控制器的电能供应；

步骤S3，检测被测电机的实际扭矩输出是否与预设的欠压降功率扭矩请求相符，以及在电压跌落结束之后，实际扭矩是否恢复到电压跌落之前的扭矩请求值。

9.根据权利要求8所述的方法，其特征在于，所述步骤S2中，电压跌落到欠压故障电压设置值附近但跌落的幅值不足以引起欠压故障关管，具体是指从电压跌落开始时记录时间直到达到标定的电压跌落持续时间。

10.根据权利要求8所述的方法，其特征在于，当模拟控制器模拟继电器动作导致的电压跌落时，模拟控制器的U相、V相、W相的上开关管和下开关管都关断；当电压跌落到欠压故障电压设置值附近但跌落的幅值不足以引起欠压故障关管时，模拟控制器的U相、W相上开关管导通，V相上开关管关断，U相、V相、W相的下开关管都关断。

11.根据权利要求8所述的方法，其特征在于，所述步骤S3还包括：检测电机的三相电流是否正常。