CN106411207A

CN106411207A - 一种电机转速控制方法及系统

Info

Publication number: CN106411207A
Application number: CN201611055151.2A
Authority: CN
Inventors: 梁亦隆; 艾敬尧; 张陈; 郭航
Original assignee: Anhui Jianghuai Automobile Group Corp
Current assignee: Anhui Jianghuai Automobile Group Corp
Priority date: 2016-11-25
Filing date: 2016-11-25
Publication date: 2017-02-15
Anticipated expiration: 2036-11-25
Also published as: CN106411207B

Abstract

本发明公开了一种电机转速控制方法及系统，该方法包括：在接收转速指令后，以指令转速和电动机的实际转速的差值作为第一转速差，判断第一转速差是否大于第一阈值，如果否，则以指令转速作为目标转速，如果是，则以指令转速与第一补偿转速之和作为目标转速，这样可以有效提升I变量以加大驱动力，且不易导致转速超调；然后获取目标转速对应的第二转速差；将第一转速差和第二转速差的差值作为加速度；以加速度作为PI控制的比例调节项，以第二转速差作为PI控制的积分调节项，并分别获取比例调节项和积分调节项的系数；对电动机的扭矩进行PI控制。利用本发明可以有效地解决现有技术不能兼顾缩减转速响应时长和转速超调的问题。

Description

一种电机转速控制方法及系统

技术领域

本发明涉及电子控制技术领域，特别涉及一种电机转速控制方法及系统。

背景技术

电动汽车是新能源行业里最热门的话题，近年来国内电动汽车技术的发展突飞猛进，同时也对电动汽车的性能提出更多要求。就汽车而言，对转速控制的响应度和精度有严格的要求，尤其在路况复杂的城市道路上，各种状况频发，所以对转速控制的响应度要高，控制精度要精确。

通常电机的转速控制是通过计算当前速度指令的转速与实际转速的差值以及当前电机的加速度并通过PI调节转化为当前需要的扭矩来执行。转速在上升过程中目标转速与当前转速之间的差值变小，相应的用于驱动的扭矩也随之变小，因此，转速提升的加速度有显著下降，从而延长了转速响应时长，降低了转速控制的响应度。

现有技术为了解决转速控制的响应度较低的问题，通常电机控制单元通过调整PI调节的参数有意识的将算法向驱动方面偏移，利用提升I变量的方法加大最终阶段的驱动力从而缩减转速响应时长。然而在缩减转速响应时长的同时，往往伴随着转速的超调。这是由PI算法的特性决定的，PI算法其实是动力与调整的对立统一。通过I变量提供冲力，然后通过P变量进行微调以保证稳定。当I变量提供的冲力增加时，P变量提供的调整能力就不足以满足对冲力的微调，不可避免的会轻微失控从而导致转速超调。如果相应的增加P变量又会削弱驱动力的效果，导致增加转速响应时长。

发明内容

本发明提供了一种电机转速控制方法及系统，解决现有技术不能兼顾缩减转速响应时长和转速超调的问题。

本发明提供了一种电机转速控制方法，包括：

接收转速指令，以该转速指令包含的转速信息作为指令转速；

以指令转速和电动机的实际转速的差值作为第一转速差，判断第一转速差是否大于第一阈值，如果否，则以指令转速作为目标转速，如果是，则以指令转速与第一补偿转速之和作为目标转速；

获取第二转速差，第二转速差为目标转速和电动机的实际转速的差值；

将第一转速差与第二转速差的差值作为加速度；

以加速度作为PI控制的比例调节项，以第二转速差作为PI控制的积分调节项，并分别获取比例调节项的系数和积分调节项的系数；

对电动机的扭矩进行PI控制。

优选地，所述判断第一转速差是否大于第一阈值，如果否，则以指令转速作为目标转速，如果是，则以指令转速与第一补偿转速之和作为目标转速，包括：

判断第一转速差是否小于第二阈值，如果是，则以指令转速作为目标转速；

判断第一转速差是否大于第三阈值，如果是，则以指令转速与第一补偿转速之和作为目标转速；

其中，第二阈值≤第一阈值≤第三阈值。

优选地，所述判断第一转速差是否大于第一阈值，如果否，则以指令转速作为目标转速；如果是，则以指令转速与第一补偿转速之和作为目标转速包括：

判断第一转速差是否小于第四阈值，如果是，则以指令转速作为目标转速；

判断第一转速差是否≥第四阈值、且≤第五阈值，如果是，则以指令转速与第一补偿转速之和作为目标转速；

判断第一转速差是否大于第五阈值，如果是，则以指令转速与第二补偿转速之和作为目标转速。

优选地，所述分别获取比例调节项和积分调节项的系数包括：

通过查加速度-比例系数表和查第二转速差-积分系数表，分别获取比例调节项的系数和积分调节项的系数。

优选地，所述对电动机的扭矩进行PI控制的目标扭矩值为：

加速度与比例调节项的系数的乘积，和第二转速差与积分调节项的系数的乘积之和作为PI控制的目标扭矩值。

相应地，本发明还提供了一种电机转速控制系统，包括：

电机控制单元、以及与所述电机控制单元分别连接的转速传感器、油门踏板和电动机；

油门踏板用于采集驾驶员踩下的深浅信息，并将该深浅信息转换为转速指令发送给电机控制单元；

转速传感器用于采集电动机的实际转速，并将该实际转速发送给电机控制单元；

电机控制单元用于以该转速指令包含的转速信息作为指令转速，以指令转速和电动机的实际转速的差值作为第一转速差，判断第一转速差是否大于第一阈值，如果否，则以指令转速作为目标转速，如果是，则以指令转速与第一补偿转速之和作为目标转速；然后获取第二转速差，第二转速差为目标转速和电动机的实际转速的差值；并将第一转速差与第二转速差的差值作为加速度；接着分别获取以加速度作为比例调节项的系数和以第二转速差作为积分调节项的系数；根据加速度、以加速度作为比例调节项的系数、第二转速差、和以第二转速差作为积分调节项的系数，对电动机的扭矩进行PI控制。

优选地，所述电机控制单元具体用于判断第一转速差是否小于第二阈值，如果是，则以指令转速作为目标转速；判断第一转速差是否大于第三阈值，如果是，则以指令转速与第一补偿转速之和作为目标转速；其中，第二阈值≤第一阈值≤第三阈值。

优选地，所述电机控制单元具体用于判断第一转速差是否小于第四阈值，如果是，则以指令转速作为目标转速；判断第一转速差是否≥第四阈值、且≤第五阈值，如果是，则以指令转速与第一补偿转速之和作为目标转速；判断第一转速差是否大于第五阈值，如果是，则以指令转速与第二补偿转速之和作为目标转速。

优选地，所述系统还包括：

存储器，与所述电机控制单元相连，用于存储加速度-比例系数表、和第二转速差-积分系数表；

所述电机控制单元具体用于通过查加速度-比例系数表和查第二转速差-积分系数表，分别获取比例调节项和积分调节项的系数。

优选地，所述电机的扭矩值为：加速度与比例调节项的系数的乘积，和第二转速差与积分调节项的系数的乘积之和作为PI控制的目标扭矩值。

本发明提供的一种电机转速控制方法及系统，在接收转速指令后，判断第一转速差是否大于第一阈值，如果否，则以指令转速作为目标转速，如果是，则以指令转速与第一补偿转速之和作为目标转速，这样可以有效提升I变量以加大驱动力，且不易导致转速超调；然后获取第二转速差；将第一转速差与第二转速差的差值作为加速度；以加速度作为PI控制的比例调节项，以第二转速差作为PI控制的积分调节项，并分别获取比例调节项和积分调节项的系数；对电动机的扭矩进行PI控制。本发明可以在第一转速差超过第一阈值时利用提升I变量的方法加大加速后期阶段的驱动力从而缩减转速响应时长，在转速相差未超过第一阈值时通过I变量防止转速超调，有效地解决现有技术不能兼顾缩减转速响应时长和转速超调的问题。

进一步地，本发明判断第一转速差是否小于第二阈值或者大于第三阈值，并据此设定目标转速，这样就设定了防波动阈值区间，可以有效防止转速差值在阀值附近波动时不断触发判断条件造成模式的频繁切换。

进一步地，本发明判断第一转速差的阈值为分段阈值，例如，判断第一转速差是否小于第四阈值，如果是，则以指令转速作为目标转速；判断第一转速差是否≥第四阈值、且≤第五阈值，如果是，则以指令转速与第一补偿转速之和作为目标转速；判断第一转速差是否大于第五阈值，如果是，则以指令转速与第二补偿转速之和作为目标转速。这样能更有效地缩减转速响应时长：当第一转速差越大时，可以设置越大的补偿转速值，即更大幅度的提升I变量提供的冲力，缩减转速响应时长；当第一转速差较小时，可以设置较小的补偿转速或不增加补偿转速，即主要通过P变量进行微调以保证稳定。

进一步地，本发明可以通过查表的方式分别获取比例调节项和积分调节项的系数，简单高效。

附图说明

为了更清楚地说明本申请实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例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中记载的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为根据本发明实施例提供的电机转速控制方法的一种流程图；

图2为现有技术的电动机的加速曲线图；

图3为根据本发明实施例提供的电动机的加速曲线图；

图4为根据本发明实施例提供的设定目标转速的方法的一种流程图；

图5为根据本发明实施例提供的设定目标转速的方法的另一种流程图；

图6为根据本发明实施例提供的电机转速控制系统的一种结构示意图。

具体实施方式

下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的参数或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，仅用于解释本发明，而不能解释为对本发明的限制。

通常整车控制器通过油门踏板开度与电机转速信号来控制转速，电机控制单元接收到转速命令后，在驱动系统无故障的情况下，通过PI调节转化为驱动扭矩，控制驱动电机发出相应的扭矩，具体的执行步骤可以为：将当前转速下的扭矩值通过查表得到一组Id、Iq，再经过空间矢量算法，控制器U、V、W三相电流，为了增加响应度，在PI调节转化为驱动扭矩时通常采用增加I变量的方式实现，往往导致明显超调的情况发生。本发明提供的一种电机转速控制方法及系统，通过针对不同的转速指令和电动机的实际转速的差值，设定不同的目标转速。这样在有效保证转速调整的响应度的前提下。

为了更好的理解本发明的技术方案和技术效果，以下将结合流程示意图对具体的实施例进行详细的描述。如图1所示，为根据本发明实施例提供的电机转速控制方法的一种流程图，该方法可以包括以下步骤：

步骤S01，接收转速指令，以该转速指令包含的转速信息作为指令转速。

在本发明实施例中，可以通过油门踏板、触摸输入、语音输入等方式给电动汽车发出转速指令。优选地，通过电子油门踏板进行转速指令输入，电子油门踏板将接收的转速指令发送给电机控制单元。

电子油门通过在踏板内装一个电位器(可变电阻)，油门踩下的深浅即转化为电阻的阻值，汽车的电子系统通过采样该电阻值间接确定了油门踏板的深浅，最后，由ECU驱动步进电机控制节气门的开度。

步骤S02，以指令转速和电动机的实际转速的差值作为第一转速差，判断第一转速差是否大于第一阈值，如果否，则以指令转速作为目标转速，如果是，则以指令转速与第一补偿转速之和作为目标转速。

在本实施例中，通过设定第一阈值对第一转速差进行判定，可以有效提升I变量以加大驱动力，且不易导致转速超调。其中，第一阈值为预设的转速差值，可以通过实验或根据经验等设定，例如300rpm、350rpm、400rpm、450rpm、500rpm等，第一补偿转速也同样可以通过实验或根据经验等设定，例如500rpm、600rpm、700rpm、800rpm、1000rpm等。此外，为了提高转速控制的响应速率、速率控制的精确度、防速率超调等情况发生，还可以对第一阈值、第一补偿转速进行分段设置，例如，不同的第一转速差相应不同的第一阈值，不同的第一阈值相应不同的第一补偿转速等，以获取更好的转速控制相应速率，且不会造成较大的转速超调现象。

判断过程在车辆上电后的控制过程中的具体位置为：整车上电后，先初始化，然后进入主循环，每100μs执行一次中断程序，执行完跳回主循环；其中，主循环主要包括：采样信号检测、转速控制过程、矢量算法程序等。

步骤S03，获取第二转速差，第二转速差为目标转速和电动机的实际转速的差值。

在本实施例中，通过获取第二转速差，这样就为提升I变量提供的冲力提供了基础。其中，第二转速差为目标转速和电动机的实际转速的差值。

步骤S04，将第一转速差与第二转速差的差值作为加速度。

在本实施例中，将第一转速差与第二转速差的差值作为加速度，而非现有技术中以目标转速和实际转速的差值作为加速度，能提升I变量提供的冲力。

步骤S05，以加速度作为PI控制的比例调节项，以第二转速差作为PI控制的积分调节项，并分别获取比例调节项的系数和积分调节项的系数。

在本实施例中，在确定了PI控制的比例调节项和积分调节项后，可以通过查表、仿真模拟等方式获取比例调节项的系数和积分调节项对应的系数，以便于进行PI控制。

具体的，所述分别获取比例调节项和积分调节项的系数可以包括：通过查加速度-比例系数表和查第二转速差-积分系数表，分别获取比例调节项和积分调节项的系数。如表1所示，为加速度-比例系数表，如表2所示，为第二转速差-积分系数表。

表1加速度-比例系数表

表2第二转速差-积分系数表

第二转速差	500	1000	1500	2000	2500	3000	3500	4000	4500	5000
											积分系数表	200	180	180	180	180	180	160	160	160	160

步骤S06，对电动机的扭矩进行PI控制。

在本实施例中，所述对电动机的扭矩进行PI控制的目标扭矩值为：加速度与比例调节项的系数的乘积，和第二转速差与积分调节项的系数的乘积之和作为PI控制的目标扭矩值。

如图2所示，为现有技术的电动机的加速曲线图，实验条件为：1、起始速度为700rpm，与电机相连的离合器脱开，电机除变速箱外无负载；2、目标转速为2900rpm，全程处于转速控制模式。可以从图中看到，现有技术的转速控制，前半段转速加载速率正常然而随着实际转速与目标转速之间的接近，加载速率大幅降低最终使加载时间延长到将近10S。如图3所示，为根据本发明实施例提供的电动机的加速曲线图，实验条件为：1、起始速度为700rpm，与电机相连的离合器脱开，电机除变速箱外无负载；2、目标转速为2900rpm，全程处于转速控制模式。可以从图中看到，转速加载的速率明显优于现有技术，其中转速加载速率较大的工况持续时间明显加长，从而大幅缩短了加载所使用的时间。整体时间从9.6S缩短到不足1.5S。同时这时的最大超调量仅12转对控制的转速精度也没有造成大的影响，可见本方法对于提高响应效率有很大帮助。

本发明实施例提供的电机转速控制方法，在接收转速指令后，判断第一转速差是否大于第一阈值，如果是，则以指令转速与第一补偿转速之和作为目标转速，这样可以有效提升I变量以加大驱动力，且由于当转速差相差较大时才提升I变量，不易导致转速超调；然后获取第二转速差；将第一转速差与第二转速差的差值作为加速度；以加速度作为PI控制的比例调节项，以第二转速差作为PI控制的积分调节项，并分别获取比例调节项和积分调节项的系数；对电动机的扭矩进行PI控制。本发明可以在转速相差超过第一阈值时利用提升I项的方法加大最终阶段的驱动力从而缩减转速响应时长，在转速相差未超过第一阈值时通过I控制防止转速超调，有效地解决现有技术不能兼顾缩减转速响应时长和转速超调的问题。

如图4所示，为根据本发明实施例提供的设定目标转速的方法的一种流程图。

在本实施例中，所述判断第一转速差是否大于第一阈值，如果否，则以指令转速作为目标转速；如果是，则以指令转速与第一补偿转速之和作为目标转速包括：

步骤S41，判断第一转速差是否小于第二阈值，如果是，则以指令转速作为目标转速。

步骤S42，判断第一转速差是否大于第三阈值，如果是，则以指令转速与第一补偿转速之和作为目标转速；其中，第二阈值≤第一阈值≤第三阈值。

在本实施例中，以一个分段函数代替单值，例如，第二阈值可以比第一阈值小100rpm，第一阈值可以比第三阈值小100rpm，这样使得第二阈值和第三阈值之间存在200rpm的间隔作为防波动区间，可以防止转速在阀值附近波动时不断触发判断条件造成模式的频繁切换。

在一个具体实施例中，第一阈值为400rpm，第二阈值为300rpm，第三阈值为500rpm。

本发明判断第一转速差是否小于第二阈值或者大于第三阈值，并据此设定目标转速，这样就设定了防波动阈值区间，可以有效防止转速在阀值附近波动时不断触发判断条件造成模式的频繁切换。

如图5所示，为根据本发明实施例提供的设定目标转速的方法的另一种流程图。

步骤S51，判断第一转速差是否小于第四阈值，如果是，则以指令转速作为目标转速；

步骤S52，判断第一转速差是否≥第四阈值、且≤第五阈值，如果是，则以指令转速与第一补偿转速之和作为目标转速；

步骤S53，判断第一转速差是否大于第五阈值，如果是，则以指令转速与第二补偿转速之和作为目标转速。

在本实施例中，设定了多个补偿转速值，第一转速差不同时，对应不同的补偿转速值，这样可以进一步缩短响应时长。例如，当转速差较大时，对应较大的补偿转速值以缩短相应时长。需要说明的是，本实施例仅举例了分为三段的情况，本领域技术人员应当能容易想到还可以分为更多段，例如四段、五段或更多段等，在此不做限定。其中，第四阈值可以为100rpm、200rpm、300rpm、400rpm等，第一补偿转速可以为400rpm、500rpm、600rpm、700rpm等，第五阈值可以为400rpm、500rpm、600rpm、700rpm、1000rpm等，第二补偿转速可以为700rpm、900rpm、1000rpm、1100rpm、1500rpm等，具体视使用效果而定。

本发明判断第一转速差的阈值为分段阈值，例如，判断第一转速差是否小于第四阈值，如果是，则以指令转速作为目标转速；判断第一转速差是否≥第四阈值、且≤第五阈值，如果是，则以指令转速与第一补偿转速之和作为目标转速；判断第一转速差是否大于第五阈值，如果是，则以指令转速与第二补偿转速之和作为目标转速。这样能更有效地缩减转速响应时长：当第一转速差越大时，可以设置越大的补偿转速，即更大幅度的提升I变量提供的冲力，缩减转速响应时长；当第一转速差较小时，可以设置较小的补偿转速或不增加补偿转速，即主要通过P变量进行微调以保证稳定。

相应地，本发明还提供了与上述方法对应的电机转速控制系统，如图6所示，为根据本发明实施例提供的电机转速控制系统的一种结构示意图，包括：

电机控制单元、以及与所述电机控制单元分别连接的转速传感器、油门踏板和电动机。

油门踏板用于采集驾驶员踩下的深浅信息，并将该深浅信息转换为转速指令发送给电机控制单元。

转速传感器用于采集电动机的实际转速，并将该实际转速发送给电机控制单元。

具体地，所述电机控制单元具体用于判断第一转速差是否小于第二阈值，如果是，则以指令转速作为目标转速；判断第一转速差是否大于第三阈值，如果是，则以指令转速与第一补偿转速之和作为目标转速；其中，第二阈值≤第一阈值≤第三阈值。这样可以有效防止转速的差值在阈值附近波动使得模式不停切换的现象发生。

进一步地的，为了缩短转速控制的响应时长，所述电机控制单元还可以用于判断第一转速差是否小于第四阈值，如果是，则以指令转速作为目标转速；判断第一转速差是否≥第四阈值、且≤第五阈值，如果是，则以指令转速与第一补偿转速之和作为目标转速；判断第一转速差是否大于第五阈值，如果是，则以指令转速与第二补偿转速之和作为目标转速。这样进行分段补偿，在转速相差较大时提供较多的补偿，在转速相差较小时提供较小或不提供补偿，可以有效缩短响应时长且不易造成超调。

当然，所述系统还可以包括：存储器，与所述电机控制单元相连，用于存储加速度-比例系数表、和第二转速差-积分系数表。

所述电机控制单元具体用于通过查加速度-比例系数表和查第二转速差-积分系数表，分别获取比例调节项和积分调节项的系数。加速度-比例系数表和第二转速差-积分系数表参考方法部分的内容，可以通过实验、仿真等方法获取，在此不做限定。

在本实施例中，所述电机的扭矩值为：加速度与比例调节项的系数的乘积，和第二转速差与积分调节项的系数的乘积之和作为PI控制的目标扭矩值。

本发实施例明提供的电机转速控制系统，变速箱控制单元在确定基准油压后，根据基准油压在泄压的过程中初步确定数个半联动点的油压，以及对应的油压下车辆从静止到启动的时间间隔，最终变速箱控制单元选取最小的时间间隔对应的油压作为当前挡位的预定油温对应的半联动点的油压。本发明提供的系统可以有效的在保证换挡平顺性的前提下使得离合器响应最快，解决现有技术中半联动点选取不当会导致离合器响应慢或者结合时有冲击感的问题。

本说明书中的各个实施例均采用递进的方式描述，各个实施例之间相同相似的部分互相参见即可。尤其，对于系统实施例而言，由于其基本相似于方法实施例，所以描述得比较简单，相关之处参见方法实施例的部分说明即可。以上所描述的系统实施例仅仅是示意性的，其中所述作为分离部件说明的单元可以是或者也可以不是物理上分开的，作为单元显示的部件可以是或者也可以不是物理单元，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个仿真窗口上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部模块来实现本实施例方案的目的。本领域普通技术人员在不付出创造性劳动的情况下，即可以理解并实施。

以上对本发明实施例进行了详细介绍，本文中应用了具体实施方式对本发明进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及系统；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处，综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。

Claims

1.一种电机转速控制方法，其特征在于，包括：

将第一转速差与第二转速差的差值作为加速度；

对电动机的扭矩进行PI控制。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述判断第一转速差是否大于第一阈值，如果否，则以指令转速作为目标转速，如果是，则以指令转速与第一补偿转速之和作为目标转速，包括：

其中，第二阈值≤第一阈值≤第三阈值。

3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述判断第一转速差是否大于第一阈值，如果否，则以指令转速作为目标转速；如果是，则以指令转速与第一补偿转速之和作为目标转速包括：

4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述分别获取比例调节项和积分调节项的系数包括：

5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述对电动机的扭矩进行PI控制的目标扭矩值为：

6.一种电机转速控制系统，其特征在于，包括：

7.根据权利要求6所述的系统，其特征在于，所述电机控制单元具体用于判断第一转速差是否小于第二阈值，如果是，则以指令转速作为目标转速；判断第一转速差是否大于第三阈值，如果是，则以指令转速与第一补偿转速之和作为目标转速；其中，第二阈值≤第一阈值≤第三阈值。

8.根据权利要求6所述的系统，其特征在于，所述电机控制单元具体用于判断第一转速差是否小于第四阈值，如果是，则以指令转速作为目标转速；判断第一转速差是否≥第四阈值、且≤第五阈值，如果是，则以指令转速与第一补偿转速之和作为目标转速；判断第一转速差是否大于第五阈值，如果是，则以指令转速与第二补偿转速之和作为目标转速。

9.根据权利要求6所述的系统，其特征在于，所述系统还包括：

10.根据权利要求6所述的系统，其特征在于，所述电机的扭矩值为：加速度与比例调节项的系数的乘积，和第二转速差与积分调节项的系数的乘积之和作为PI控制的目标扭矩值。