CN106100493B - 一种纯电动汽车交流永磁同步电机驱动控制方法及装置 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种纯电动汽车交流永磁同步电机驱动控制方法,测试获得控制规则库;检测电机转子永磁磁极的角度信号α;计算定子磁链的角度信号β;计算交流永磁同步电机的实际转矩角值θ;查找控制规则库中与实际负载电流I和实际电机转速Ω对应的对应的最大设定转矩角θij;根据的转矩角差值调整逆变器晶闸管触发的相位和周期。还公开了一种纯电动汽车交流永磁同步电机驱动控制装置。本发明对纯电动汽车永磁同步电机的转矩角进行最佳控制,采用实时访问该控制规则库的方式,使控制运算更加快速准确,制运算更简单,系统惯量小,系统更稳定。
Description
技术领域
本发明涉及电机控制领域,具体涉及一种纯电动汽车交流永磁同步电机驱动控制方法,还涉及一种纯电动汽车交流永磁同步电机驱动控制装置,适用于纯电动汽车交流永磁同步电机控制。
背景技术
随着纯电动汽车交流永磁同步电机控制技术的发展,对电机控制的精度要求也在的不断提升。目前采用的控制方法是直接转矩、弱磁、功率因数等控制方法,这些控制方法主要是针对永磁同步电机直轴电流或交轴电流的幅值进行控制,具有以下缺点:
(1)计算量大,在实际应用中系统实时性无法满足;
(2)电机直轴电流或交轴电流的幅值受到电机参数相互影响,控制精度不高;
(3)系统惯量大,转速不稳定。
发明内容
本发明的目的是针对现有技术存在的上述问题,提供一种纯电动汽车交流永磁同步电机驱动控制方法,还提供一种纯电动汽车交流永磁同步电机驱动控制装置,解决了纯电动汽车交流永磁同步电机在采用直接转矩、弱磁、功率因数 等控制方法时系统惯量大、转速不稳定的问题。
本发明的上述目的通过以下技术方案实现:
一种纯电动汽车交流永磁同步电机驱动控制方法,包括以下步骤:
步骤1、测试获得设定电机转速Ωi、设定负载电流Ij条件下最大的转矩角作为最大设定转矩角θij,建立最大设定转矩角θij与设定电机转速Ωi、设定负载电流Ij对应的控制规则库,i为控制规则库的行数,j为控制规则库的列数;
步骤2、采用转子磁极角度检测器实时检测出交流永磁同步电机的电机转子永磁磁极的角度信号α;
步骤3、根据交流永磁同步电机的三相电源的相位、周期换算出定子磁链的角度信号β;
步骤4、根据定子磁链的角度信号β和电机转子永磁磁极的角度信号α的差值获得交流永磁同步电机的实际转矩角值θ;
步骤5、在控制规则库中查找与实际负载电流I和实际电机转速Ω对应的设定负载电流Ij和设定电机转速Ωi,进而进一步查找与实际负载电流I和实际电机转速Ω对应的对应的最大设定转矩角θij,并将与交流永磁同步电机的实际负载电流I、实际电机转速Ω对应的最大设定转矩角θij与步骤4获得的实际转矩角值θ做差得到转矩角差值;
步骤6、根据步骤5获得的转矩角差值调整逆变器晶闸管触发的相位和周期,使得交流永磁同步电机调整后的实际转矩角值θ与步骤5中获得的最大设定转矩角θij相等。
一种纯电动汽车交流永磁同步电机驱动控制装置,包括油门踏板,还包括转速调节器、电流调节器、触发脉冲发生器、蓄电池、逆变器、转子磁极角度检测器、第一运算电路、控制规则模块、第二运算电路、第三运算电路,
油门踏板,用于给转速调节器提供给定速度信号;
转速调节器,用于将油门踏板输入的给定转速信号以及第一运算电路输入的实际电机转速Ω的差值进行比例积分形成转速调节信号,并将转速调节信号输出到电流调节器;
电流调节器,用于将转速调节器输出的转速调节信号、第三运算电路输出的实际负载电流I进行比例积分形成电流调节信号,并将电流调节信号输出到触发脉冲发生器;
触发脉冲发生器,用于根据电流调节器输出的电流调节信号和第二运算电路输出的转矩角差值,调节逆变器的六个晶闸管六相触发脉冲信号的初相位和周期;
蓄电池,用于给逆变器提供直流侧电源;
逆变器,用于给交流永磁同步电机提供三相逆变电源;
转子磁极角度检测器,用于为第一运算电路、第三运算电路提供电机转子永磁磁极的角度信号α;
第一运算电路,用于对电机转子永磁磁极的角度信号α微分得到实际电机转速Ω,并将实际电机转速Ω输入到转速调节器和控制规则模块;
控制规则模块,用于根据第一运算电路提供的实际电机转速Ω、第三运算电路提供的实际负载电流I,通过查表的方式在预存在控制规则模块10中的控制规则库中查找对应的最大设定转矩角θij;控制规则库中最大设定转矩角θij与设定电机转速Ωi、设定负载电流Ij之间的对应关系通过测试获得;
第二运算电路,用于将控制规则模块提供的最大设定转矩角θij与第三运算电路提供的交流永磁同步电机的实际转矩角值θ做差获得转矩角差值;
第三运算电路用于实时检测实际负载电流I,根据实际负载电流I计算定子磁链的角度信号β,并根据定子磁链的角度信号β和电机转子永磁磁极的角度信号α的差值获得交流永磁同步电机的实际转矩角值θ。
本发明相对于现有技术具有以下有益效果:
1、对纯电动汽车永磁同步电机的转矩角进行最佳控制,能使纯电动汽车永磁同步电机在各种不同运行工况下都能快速运行在最大输出转矩状态;
2、建立各种不同运行工况(转速、电流变化)下最大输出转矩角的控制规则库,采用实时访问该控制规则库的方式,使控制运算更加快速准确;
3、摒弃了其他控制策略中的解耦方法,控制运算更简单,系统惯量小,系统更稳定。
附图说明
图1是本发明的结构示意图。
图2是不同负载电流下的T-θ曲系线。
图3是不同电机转速下的T-θ曲系线。
图中,1-油门踏板、2-转速调节器、3-电流调节器、4-触发脉冲发生器、5-蓄电池、6-逆变器、7-交流永磁同步电机、8-转子磁极角度检测器、9-第一运算电路、10-控制规则模块、11-第二运算电路、12-第三运算电路、13-负载。
具体实施方式
以下结合附图对本发明的技术方案进一步详细说明:
一种纯电动汽车交流永磁同步电机驱动控制方法,其控制步骤是:
步骤1、测试获得设定电机转速Ωi、设定负载电流Ij条件下最大的转矩角作为最大设定转矩角θij,建立最大设定转矩角θij与设定电机转速Ωi、设定负载电流Ij对应的控制规则库,i为控制规则库的行数,j为控制规则库的列数;
根据交流永磁同步电机理论,交流永磁同步电机的输出转矩与转矩角表达式如下:
对于一台的交流永磁同步电机,随着负载电流或电机转速的增加,产生最大转矩角也会变化,如图2、3所示。
控制规则库如下表1所示。
表1控制规则库
步骤2、采用转子磁极角度检测器实时检测出交流永磁同步电机的电机转子永磁磁极的角度信号α;
步骤3、根据交流永磁同步电机的三相电源的相位、周期换算出定子磁链的角度信号β;
步骤4、根据定子磁链的角度信号β和电机转子永磁磁极的角度信号α的差值获得交流永磁同步电机的实际转矩角值θ;
步骤5、在控制规则库中查找与实际负载电流I和实际电机转速Ω对应的设定负载电流Ij和设定电机转速Ωi,进而进一步查找与实际负载电流I和实际电机转速Ω对应的对应的最大设定转矩角θij,并将与交流永磁同步电机的实际负载电流I、实际电机转速Ω对应的最大设定转矩角θij与步骤4获得的实际转矩角值θ做差得到转矩角差值;
步骤6、根据步骤5获得的转矩角差值调整逆变器晶闸管触发的相位和周期,使得交流永磁同步电机调整后的实际转矩角值θ与步骤5中获得的最大设定转矩角θij相等,使交流永磁同步电机运行在最大输出转矩状态。
本发明的另一个目的是在于提供了一种纯电动汽车交流永磁同步电机驱动控制装置,该装置包括油门踏板1、转速调节器2、电流调节器3、触发脉冲发生器4、蓄电池5、逆变器6、交流永磁同步电机7、转子磁极角度检测器8、第一运算电路9、控制规则模块10、第二运算电路11、第三运算电路12、负载13等部分组成。其连接关系是:
1、油门踏板1与转速调节器2相连接,其作用是给转速调节器2提供给定速度信号。
2、转速调节器2分别与油门踏板1、电流调节器3、第一运算电路9相连接,转速调节器2将油门踏板1输入的给定转速信号以及第一运算电路9输入的实际电机转速Ω的差值进行比例积分形成转速调节信号,并将转速调节信号输出到电流调节器3,其作用是形成转速负反馈,保持交流永磁同步电机输出转速稳定。
3、电流调节器3分别与转速调节器2、第三运算电路12、触发脉冲发生器4相连接,电流调节器3将转速调节器2输出的转速调节信号、第三运算电路12输出的实际负载电流I进行比例积分形成电流调节信号,并将电流调节信号输出到触发脉冲发生器4,其作用是形成电流负反馈,保持交流永磁同步电机输出转矩的稳定。
4、触发脉冲发生器4分别与电流调节器3、第二运算电路11、逆变器6相连接,
触发脉冲发生器4根据电流调节器3输出的电流调节信号和第二运算电路11输出的转矩角差值,调节逆变器6的六个晶闸管六相触发脉冲信号的初相位和周期,其作用是给逆变器6的六个晶闸管提供六相触发脉冲信号;调节逆变器6的六个晶闸管轮流导通的相位和周期。
5、蓄电池5与逆变器6相连接,其作用是给逆变器6提供直流侧电源。
6、逆变器6分别与触发脉冲发生器4、交流永磁同步电机7相连接,其作用是给交流永磁同步电机7提供三相逆变电源。
7、交流永磁同步电机7分别与负载13、转子磁极角度检测器8相连接,其作用是为负载13提供动力并为转子磁极角度检测器8提供转子磁极角位移。
8、转子磁极角度检测器8分别与永磁同步电机7、第一运算电路9、第三运算电路12相连接,其作用是为第一运算电路9、第三运算电路12提供电机转子永磁磁极的角度信号α。
9;第一运算电路9分别与转子磁极角度检测器8、转速调节器2、控制规则模块10相连接,第一运算电路9对电机转子永磁磁极的角度信号α微分得到实际电机转速Ω,其作用是为转速调节器2、控制规则模块10提供实际电机转速Ω。
10、控制规则模块10分别与第一运算电路9、第二运算电路11、第三运算电路12相连接,控制规则模块10根据第一运算电路9提供的实际电机转速Ω、第三运算电路12提供的实际负载电流I,通过查表的方式在预存在控制规则模块10中的控制规则库中查找对应的最大设定转矩角θij,其作用是给第二运算电路11提供最大设定转矩角θij;控制规则库中最大设定转矩角θij与设定电机转速Ωi、设定负载电流Ij之间的对应关系通过测试获得。
通过测试获得设定电机转速Ωi、设定负载电流Ij条件下最大的转矩角作为最大设定转矩角θij,建立最大设定转矩角θij与设定电机转速Ωi、设定负载电流Ij对应的控制规则库。
11、第二运算电路11与控制规则模块10、第三运算电路12、触发脉冲发生器4相连接,第二运算电路11根据控制规则模块10提供的最大设定转矩角θij与第三运算电路12提供的交流永磁同步电机的实际转矩角值θ比较,得到最大设定转矩角θij与交流永磁同步电机的实际转矩角值θ的转矩角差值,转矩角差值作用是给触发脉冲发生器4提供θ值的调节信号。
12、第三运算电路12分别与电流调节器3、第二运算电路11、永磁同步电机7相连接,第三运算电路12实时检测实际负载电流I,根据实际负载电流I计算定子磁链的角度信号β,根据定子磁链的角度信号β和电机转子永磁磁极的角度信号α的差值获得交流永磁同步电机的实际转矩角值θ。其作用是为电流调节器3提供实际负载电流I反馈信号,为第二运算电路11提供交流永磁同步电机的实际转矩角值θ。
本文中所描述的具体实施例仅仅是对本发明精神作举例说明。本发明所属技术领域的技术人员可以对所描述的具体实施例做各种各样的修改或补充或采用类似的方式替代,但并不会偏离本发明的精神或者超越所附权利要求书所定义的范围。
Claims (2)
1.一种纯电动汽车交流永磁同步电机驱动控制方法,其特征在于,包括以下步骤:
步骤1、测试获得设定电机转速Ωi、设定负载电流Ij条件下最大的转矩角作为最大设定转矩角θij,建立最大设定转矩角θij与设定电机转速Ωi、设定负载电流Ij对应的控制规则库,i为控制规则库的行数,j为控制规则库的列数;
步骤2、采用转子磁极角度检测器实时检测出交流永磁同步电机的电机转子永磁磁极的角度信号α;
步骤3、根据交流永磁同步电机的三相电源的相位、周期换算出定子磁链的角度信号β;
步骤4、根据定子磁链的角度信号β和电机转子永磁磁极的角度信号α的差值获得交流永磁同步电机的实际转矩角值θ;
步骤5、在控制规则库中查找与实际负载电流I和实际电机转速Ω对应的设定负载电流Ij和设定电机转速Ωi,进一步查找与实际负载电流I和实际电机转速Ω对应的对应的最大设定转矩角θij,并将与交流永磁同步电机的实际负载电流I、实际电机转速Ω对应的最大设定转矩角θij与步骤4获得的实际转矩角值θ做差得到转矩角差值;
步骤6、根据步骤5获得的转矩角差值调整逆变器晶闸管触发的相位和周期,使得交流永磁同步电机调整后的实际转矩角值θ与步骤5中获得的最大设定转矩角θij相等。
2.一种纯电动汽车交流永磁同步电机驱动控制装置,包括油门踏板(1),其特征在于,还包括转速调节器(2)、电流调节器(3)、触发脉冲发生器(4)、蓄电池(5)、逆变器(6)、转子磁极角度检测器(8)、第一运算电路(9)、控制规则模块(10)、第二运算电路(11)、第三运算电路(12),
油门踏板(1),用于给转速调节器(2)提供给定速度信号;
转速调节器(2),用于将油门踏板(1)输入的给定转速信号以及第一运算电路(9)输入的实际电机转速Ω的差值进行比例积分形成转速调节信号,并将转速调节信号输出到电流调节器(3);
电流调节器(3),用于将转速调节器(2)输出的转速调节信号、第三运算电路(12)输出的实际负载电流I进行比例积分形成电流调节信号,并将电流调节信号输出到触发脉冲发生器(4);
触发脉冲发生器(4),用于根据电流调节器(3)输出的电流调节信号和第二运算电路(11)输出的转矩角差值,调节逆变器(6)的六个晶闸管六相触发脉冲信号的初相位和周期;
蓄电池(5),用于给逆变器(6)提供直流侧电源;
逆变器(6),用于给交流永磁同步电机(7)提供三相逆变电源;
转子磁极角度检测器(8),用于为第一运算电路(9)、第三运算电路(12)提供电机转子永磁磁极的角度信号α;
第一运算电路(9),用于对电机转子永磁磁极的角度信号α微分得到实际电机转速Ω,并将实际电机转速Ω输入到转速调节器(2)和控制规则模块(10);
控制规则模块(10),用于根据第一运算电路(9)提供的实际电机转速Ω、第三运算电路(12)提供的实际负载电流I,通过查表的方式在预存在控制规则模块10中的控制规则库中查找对应的最大设定转矩角θij;控制规则库中最大设定转矩角θij与设定电机转速Ωi、设定负载电流Ij之间的对应关系通过测试获得;
第二运算电路(11),用于将控制规则模块(10)提供的最大设定转矩角θij与第三运算电路(12)提供的交流永磁同步电机的实际转矩角值θ做差获得转矩角差值;
第三运算电路(12)用于实时检测实际负载电流I,根据实际负载电流I计算定子磁链的角度信号β,并根据定子磁链的角度信号β和电机转子永磁磁极的角度信号α的差值获得交流永磁同步电机的实际转矩角值θ。
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