CN108155845B - 汽车、电机的负载转矩的预测方法及装置 - Google Patents

汽车、电机的负载转矩的预测方法及装置 Download PDF

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    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02P—CONTROL OR REGULATION OF ELECTRIC MOTORS, ELECTRIC GENERATORS OR DYNAMO-ELECTRIC CONVERTERS; CONTROLLING TRANSFORMERS, REACTORS OR CHOKE COILS
    • H02P23/00—Arrangements or methods for the control of AC motors characterised by a control method other than vector control
    • H02P23/14—Estimation or adaptation of motor parameters, e.g. rotor time constant, flux, speed, current or voltage

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Abstract

本发明公开了一种汽车、电机的负载转矩的预测方法及装置，该方法通过建立第一预测方程
Figure DDA0001542826840000011
以及创建第二预测方程
Figure DDA0001542826840000012
再设置第一控制方程U＝sign(e1)，然后根据第一控制方程，不断调节转速预测值
Figure DDA0001542826840000013
与转速ωr之间的转速预测偏差e1，使得调节值U等于0，并且根据第二预测方程，进而使得负载转矩预测值的导数
Figure DDA0001542826840000014
收敛到0，最后根据使得负载转矩预测值的导数
Figure DDA0001542826840000015
收敛到0时的转速预测偏差e1，经由第一预测方程计算出电机的负载转矩预测值
Figure DDA0001542826840000016
以使得可以根据汽车行驶路况，实时预测出负载转矩T1，为转速的精确控制提供准确的负载转矩数据。

Description

汽车、电机的负载转矩的预测方法及装置
技术领域
本发明涉及新能源汽车电机的控制技术领域，尤其涉及一种汽车、电机的负载转矩的预测方法及装置。
背景技术
随着新能源汽车的不断发展和普及，用户对汽车的操作性能和舒适感也要求越来越高。特别是新能源汽车的加速性能和高速驾驶时的速度平稳性。故而对新能源汽车的电机控制提出了更高的要求。
但是，由于传统的伺服电机的速度控制是基于电机模型的，忽略了汽车路况的多样性，而作为影响电机速度控制因素之一的负载转矩在不同的路况具有不同的值，是难以测量的。因此，这就使得传统的伺服电机的速度控制方法忽略负载转矩，进而造成电机的速度控制存在一定的偏差，致使在复杂路况时汽车行驶速度会出现明显的抖动，用户体验具有顿挫感。
发明内容
本发明的主要目的在于解决现有技术中由于电机的负载转矩在不同的路况具有不同的值，难以测量，以使得传统的电机速度控制方法忽略负载转矩而造成在复杂路况下汽车行驶速度不稳定的技术问题。
为实现上述目的，本发明提供一种电机的负载转矩的预测方法，包括：
建立电机的转速预测值的导数
Figure BDA0001542826820000011
与转速预测值
Figure BDA0001542826820000012
电磁转矩Te、负载转矩预测值
Figure BDA0001542826820000013
及调节值U之间的第一预测方程
Figure BDA0001542826820000014
其中，Bm是摩擦系数，J是转动惯量；
创建负载转矩预测值的导数
Figure BDA0001542826820000015
与调节值U之间的第二预测方程
Figure BDA0001542826820000016
其中，β是小于0的实数；
设置调节值U与转速预测偏差e1之间的第一控制方程U＝sign(e1)，其中，转速预测偏差e1是转速预测值
Figure BDA0001542826820000021
与实际转速ωr之间的偏差；
根据第一控制方程，不断调节转速预测偏差e1，使得调节值U等于0，并且根据第二预测方程，进而使得负载转矩预测值的导数
Figure BDA0001542826820000022
收敛到0；
根据使得负载转矩预测值的导数
Figure BDA0001542826820000023
收敛到0时的转速预测偏差e1，经由第一预测方程计算出电机的负载转矩预测值
Figure BDA0001542826820000024
其中，在建立第一预测方程的步骤之前，还包括步骤：
根据电机的动力方程，建立电机的转速的导数
Figure BDA0001542826820000025
与转速ωr、电磁转矩Te及负载转矩Tl之间的第一方程
Figure BDA0001542826820000026
其中，电机的动力方程是
Figure BDA0001542826820000027
其中，Te是电磁转矩，Tl是负载转矩，Bm是摩擦系数，J是转动惯量，ωr是转速。
其中，电机是用于新能源汽车的永磁同步电机。
另外，本发明还提供一种电机的负载转矩的预测装置，包括：
第一创建模块，用于建立电机的转速预测值的导数
Figure BDA0001542826820000028
与转速预测值
Figure BDA0001542826820000029
电磁转矩Te、负载转矩预测值
Figure BDA00015428268200000210
及调节值U之间的第一预测方程
Figure BDA00015428268200000211
其中，Bm是摩擦系数，J是转动惯量；
第二创建模块，用于创建负载转矩预测值的导数
Figure BDA00015428268200000212
与调节值U之间的第二预测方程
Figure BDA00015428268200000213
其中，β是小于0的实数；
设置模块，用于设置调节值U与转速预测偏差e1之间的第一控制方程U＝sign(e1)，其中，转速预测偏差e1是转速预测值
Figure BDA00015428268200000214
与实际转速ωr之间的偏差；
调节模块，用于根据第一控制方程，不断调节转速预测偏差e1，使得调节值U等于0，并且根据第二预测方程，进而使得负载转矩预测值的导数
Figure BDA00015428268200000215
收敛到0；
预测值计算模块，用于根据使得负载转矩预测值的导数
Figure BDA00015428268200000216
收敛到0时的转速预测偏差e1，经由第一预测方程计算出电机的负载转矩预测值
Figure BDA0001542826820000031
其中，还包括第三创建模块，第三创建模块用于根据电机的动力方程，建立电机的转速的导数
Figure BDA0001542826820000032
与转速ωr、电磁转矩Te及负载转矩Tl之间的第一方程
Figure BDA0001542826820000033
其中，电机的动力方程是
Figure BDA0001542826820000034
其中，Te是电磁转矩，Tl是负载转矩，Bm是摩擦系数，J是转动惯量，ωr是转速。
其中，电机是用于新能源汽车的永磁同步电机。
另外，本发明还提供一种汽车，汽车包括用于控制电机的控制系统，所述控制系统包括如上所述的汽车电机的负载转矩的预测装置。
本发明汽车、电机的负载转矩的预测方法及装置通过建立第一预测方程
Figure BDA0001542826820000035
以及创建第二预测方程
Figure BDA0001542826820000036
再设置第一控制方程U＝sign(e1)，然后根据第一控制方程，不断调节转速预测值
Figure BDA0001542826820000037
与转速ωr之间的转速预测偏差e1，使得调节值U等于0，并且根据第二预测方程，进而使得负载转矩预测值的导数
Figure BDA0001542826820000038
收敛到0，最后根据使得负载转矩预测值的导数
Figure BDA0001542826820000039
收敛到0时的转速预测偏差e1，经由第一预测方程计算出电机的负载转矩预测值
Figure BDA00015428268200000310
以使得可以根据汽车行驶路况，实时预测出负载转矩T1，为转速的精确控制提供准确的负载转矩数据。
附图说明
图1为本发明电机的负载转矩的预测方法的较佳实施例的流程示意图；
图2为本发明电机的负载转矩的预测装置的较佳实施例的功能模块示意图；
本发明目的的实现、功能特点及优点将结合实施例，参照附图做进一步说明。
具体实施方式
应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
为了解决本发明所要解决的上述技术问题，在一个较佳的实施例中，本发明提供一种电机的负载转矩的预测方法。
请参加图1，本发明电机的负载转矩的预测方法可以包括：
步骤101，建立电机的转速预测值的导数
Figure BDA0001542826820000041
与转速预测值
Figure BDA0001542826820000042
电磁转矩Te、负载转矩预测值
Figure BDA0001542826820000043
及调节值U之间的第一预测方程
Figure BDA0001542826820000044
本实施例中，例如，电机可以是用于新能源汽车的永磁同步电机。对于永磁同步电机，可以根据其数学模型得到永磁同步电机的动力方程：
Figure BDA0001542826820000045
其中，Te是电磁转矩，Tl是负载转矩，Bm是摩擦系数，J是转动惯量，ωr是转速。并且，Te、Tl、ωr都是变量矩阵。永磁同步电机的动力方程是本领域的理论等式，其推导过程在此不再赘述。
本实施例中，转速预测方程是基于转速方程进行的预测，即第一预测方程是基于第一方程进行的预测，故，为了得到第一预测方程，需要先得到第一方程。例如，可以在建立第一预测方程的步骤之前，还包括步骤：
根据电机的动力方程
Figure BDA0001542826820000046
建立电机的转速的导数
Figure BDA0001542826820000047
与转速ωr、电磁转矩Te及负载转矩Tl之间的第一方程
Figure BDA0001542826820000048
那么，在得到了转速方程，即第一方程，之后，可以基于第一方程，将转速的导数
Figure BDA0001542826820000049
转速ωr、负载转矩Tl分别设置为转速预测值的导数
Figure BDA00015428268200000410
转速预测值
Figure BDA00015428268200000411
负载转矩预测值
Figure BDA00015428268200000412
并且在方程的右侧设置调节值U，以得到转速预测方程，即第一预测方程。也就是建立电机的转速预测值的导数
Figure BDA00015428268200000413
与转速预测值
Figure BDA00015428268200000414
电磁转矩Te、负载转矩预测值
Figure BDA00015428268200000415
及调节值U之间的第一预测方程
Figure BDA00015428268200000416
需要说明的是，本发明是预测对电机转速造成影响的负载转矩，故而仅将第一方程中转速的导数
Figure BDA00015428268200000417
转速ωr、负载转矩Tl分别设置为转速预测值的导数
Figure BDA00015428268200000418
转速预测值
Figure BDA00015428268200000419
负载转矩预测值
Figure BDA00015428268200000420
而没有将电磁转矩Te设置为预测值。
并且，由于第一方程
Figure BDA0001542826820000051
是理论等式，任何时候都成立，但是，当将第一方程中的转速的导数
Figure BDA0001542826820000052
转速ωr、负载转矩T1分别设置为预测值之后，第一预测方程的等式不一定准确，会存在误差，所以，为了保证第一预测方程的等式准确，在等式的右侧设置调节值U，以实时补偿等式存在的误差。其中，调节值U也是变量矩阵。
步骤102，创建负载转矩预测值的导数
Figure BDA0001542826820000055
与调节值U之间的第二预测方程
Figure BDA0001542826820000053
其中，β是小于0的实数。
本实施例中，为了预测负载转矩T1，需要设置负载转矩预测方程，即设置第二预测方程：
Figure BDA0001542826820000054
以建立负载转矩预测值的导数
Figure BDA0001542826820000056
与调节值U之间的关系，以及实时调节负载转矩的预测值，使得预测值更加接近实际值。
进一步地，由于电机的负载转矩的控制周期很短，则控制周期内，电机的负载转矩变化很小，即有负载转矩的导数
Figure BDA0001542826820000057
故，负载转矩预测值的导数
Figure BDA0001542826820000058
与负载转矩的导数
Figure BDA00015428268200000510
的差可以表示为
Figure BDA0001542826820000059
进一步地，为了方便描述，本实施将转速预测值
Figure BDA00015428268200000512
与转速ωr之间的偏差定义为e1，即
Figure BDA00015428268200000511
同时，将负载转矩预测值
Figure BDA00015428268200000513
与负载转矩T1之间的偏差定义为e2，即
Figure BDA00015428268200000514
这时，第一预测方程
Figure BDA00015428268200000515
与第一方程
Figure BDA00015428268200000516
的差：
Figure BDA00015428268200000517
就可以表示为
Figure BDA00015428268200000518
以及，负载转矩预测值的导数
Figure BDA00015428268200000520
与负载转矩的导数
Figure BDA00015428268200000521
的差
Figure BDA00015428268200000519
就可以表示为
Figure BDA00015428268200000522
进一步地，从等式
Figure BDA00015428268200000523
可以看出，当e1＝0时，则有e2＝JU，进而可以根据
Figure BDA00015428268200000524
和e2＝JU得到
Figure BDA00015428268200000525
又由于β＜0，则可知e2按指数级收敛到0，则
Figure BDA00015428268200000526
即负载转矩预测值
Figure BDA00015428268200000527
等于实际的负载转矩T1。
那么，为了保证e1＝0，接着需要执行步骤103。
步骤103，设置调节值U与转速预测偏差e1之间的第一控制方程U＝sign(e1)，其中，转速预测偏差e1是转速预测值
Figure BDA0001542826820000061
与实际转速ωr之间的偏差；
本实施例中，通过设置第一控制方程U＝sign(e1)，以保证转速预测值
Figure BDA0001542826820000062
与转速ωr之间的偏差e1＝0。
步骤104，根据第一控制方程，不断调节转速预测偏差e1，使得调节值U等于0，并且根据第二预测方程，进而使得负载转矩预测值的导数
Figure BDA0001542826820000063
收敛到0；
本实施例中，通过不断调节转速预测值
Figure BDA0001542826820000064
与转速ωr之间的转速预测偏差e1，通过第一控制方程U＝sign(e1)使得调节值U等于0，进而可以通过第二预测方程
Figure BDA0001542826820000065
使得负载转矩的变化值收敛到0，即负载转矩预测值的导数
Figure BDA0001542826820000066
收敛到0。
步骤105，根据使得负载转矩预测值的导数
Figure BDA0001542826820000067
收敛到0时的转速预测偏差e1，经由第一预测方程计算出电机的负载转矩预测值
Figure BDA0001542826820000068
本实施例中，在使得使得负载转矩的变化值收敛到0时，可以根据第一预测方程
Figure BDA0001542826820000069
计算出负载转矩Tl，其中，电磁转矩Te可以根据电机的数学模型计算出，其计算过程在此不再赘述。
综上所述，本发明电机的负载转矩的预测方法通过建立第一预测方程
Figure BDA00015428268200000610
以及创建第二预测方程
Figure BDA00015428268200000611
再设置第一控制方程U＝sign(e1)，然后根据第一控制方程，不断调节转速预测值
Figure BDA00015428268200000612
与转速ωr之间的转速预测偏差e1，使得调节值U等于0，并且根据第二预测方程，进而使得负载转矩预测值的导数
Figure BDA00015428268200000613
收敛到0，最后根据使得负载转矩预测值的导数
Figure BDA00015428268200000614
收敛到0时的转速预测偏差e1，经由第一预测方程计算出电机的负载转矩预测值
Figure BDA00015428268200000615
以使得可以根据汽车行驶路况，实时预测出负载转矩Tl，为转速的精确控制提供准确的负载转矩数据。
另外，在另一个较佳的实施例中，本发明还提供一种电机的负载转矩的预测装置。该电机的负载转矩的预测装置的各功能模块分别与上述电机的负载转矩的预测方法的各步骤一一对应。电机的负载转矩的预测装置各功能模块的具体描述可参考电机的负载转矩的预测方法的各步骤的具体描述。
如图2所示，本发明电机的负载转矩的预测装置包括依序通信连接的第一创建模块201、第二创建模块202、设置模块203、调节模块204、预测值计算模块205。具体地：
第一创建模块201用于建立电机的转速预测值的导数
Figure BDA0001542826820000071
与转速预测值
Figure BDA0001542826820000072
电磁转矩Te、负载转矩预测值
Figure BDA0001542826820000073
及调节值U之间的第一预测方程
Figure BDA0001542826820000074
其中，Bm是摩擦系数，J是转动惯量；
第二创建模块202用于创建负载转矩预测值的导数
Figure BDA0001542826820000075
与调节值U之间的第二预测方程
Figure BDA0001542826820000076
其中，β是小于0的实数；
设置模块203用于设置调节值U与转速预测偏差e1之间的第一控制方程U＝sign(e1)，其中，转速预测偏差e1是转速预测值
Figure BDA0001542826820000077
与实际转速ωr之间的偏差；
调节模块204用于根据第一控制方程，不断调节转速预测偏差e1，使得调节值U等于0，并且根据第二预测方程，进而使得负载转矩预测值的导数
Figure BDA0001542826820000078
收敛到0；
预测值计算模块205用于根据使得负载转矩预测值的导数
Figure BDA0001542826820000079
收敛到0时的转速预测偏差e1，经由第一预测方程计算出电机的负载转矩预测值
Figure BDA00015428268200000710
进一步地，在其他变更实施例中，本发明电机的负载转矩的预测装置还可以包括第三创建模块。具体地，第三创建模块用于根据电机的动力方程，建立电机的转速的导数
Figure BDA00015428268200000711
与转速ωr、电磁转矩Te及负载转矩Tl之间的第一方程
Figure BDA00015428268200000712
其中，例如，电机的动力方程是
Figure BDA00015428268200000713
其中，Te是电磁转矩，Tl是负载转矩，Bm是摩擦系数，J是转动惯量，ωr是转速。例如，电机是用于新能源汽车的永磁同步电机。
另外，在又一个较佳的实施例中，本发明还提供一种汽车，该汽车包括用于控制电机的控制系统，所述控制系统包括如上所述的汽车电机的负载转矩的预测装置。
以上仅为发明的优选实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构变换，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。

Claims (9)

1.一种电机的负载转矩的预测方法，包括：
建立电机的转速预测值的导数
Figure FDA0002907103100000011
与转速预测值
Figure FDA0002907103100000012
电磁转矩Te、负载转矩预测值
Figure FDA0002907103100000013
及调节值U之间的第一预测方程
Figure FDA0002907103100000014
其中，Bm是摩擦系数，J是转动惯量，调节值U是变量矩阵，用于实时补偿第一预测方程存在的误差；
创建负载转矩预测值的导数
Figure FDA0002907103100000015
与调节值U之间的第二预测方程
Figure FDA0002907103100000016
其中，β是小于0的实数；
设置调节值U与转速预测偏差e1之间的第一控制方程U＝sign(e1)，其中，转速预测偏差e1是转速预测值
Figure FDA0002907103100000017
与实际转速ωr之间的偏差；
根据第一控制方程，不断调节转速预测偏差e1，使得调节值U等于0，并且根据第二预测方程，进而使得负载转矩预测值的导数
Figure FDA0002907103100000018
收敛到0；
根据使得负载转矩预测值的导数
Figure FDA0002907103100000019
收敛到0时的转速预测偏差e1，经由第一预测方程计算出电机的负载转矩预测值
Figure FDA00029071031000000110
2.如权利要求1所述的电机的负载转矩的预测方法，其特征在于，在建立第一预测方程的步骤之前，还包括步骤：
根据电机的动力方程，建立电机的转速的导数
Figure FDA00029071031000000111
与转速ωr、电磁转矩Te及负载转矩Tl之间的第一方程
Figure FDA00029071031000000112
3.如权利要求2所述的电机的负载转矩的预测方法，其特征在于，电机的动力方程是
Figure FDA00029071031000000113
其中，Te是电磁转矩，Tl是负载转矩，Bm是摩擦系数，J是转动惯量，ωr是转速。
4.如权利要求1-3任一项所述的电机的负载转矩的预测方法，其特征在于，电机是用于新能源汽车的永磁同步电机。
5.一种电机的负载转矩的预测装置，其特征在于，包括：
第一创建模块，用于建立电机的转速预测值的导数
Figure FDA0002907103100000021
与转速预测值
Figure FDA0002907103100000022
电磁转矩Te、负载转矩预测值
Figure FDA0002907103100000023
及调节值U之间的第一预测方程
Figure FDA0002907103100000024
Figure FDA0002907103100000025
其中，Bm是摩擦系数，J是转动惯量，调节值U是变量矩阵，用于实时补偿第一预测方程存在的误差；
第二创建模块，用于创建负载转矩预测值的导数
Figure FDA0002907103100000026
与调节值U之间的第二预测方程
Figure FDA0002907103100000027
其中，β是小于0的实数；
设置模块，用于设置调节值U与转速预测偏差e1之间的第一控制方程U＝sign(e1)，其中，转速预测偏差e1是转速预测值
Figure FDA0002907103100000028
与实际转速ωr之间的偏差；
调节模块，用于根据第一控制方程，不断调节转速预测偏差e1，使得调节值U等于0，并且根据第二预测方程，进而使得负载转矩预测值的导数
Figure FDA0002907103100000029
收敛到0；
预测值计算模块，用于根据使得负载转矩预测值的导数
Figure FDA00029071031000000210
收敛到0时的转速预测偏差e1，经由第一预测方程计算出电机的负载转矩预测值
Figure FDA00029071031000000211
6.如权利要求5所述的电机的负载转矩的预测装置，其特征在于，还包括：
第三创建模块，用于根据电机的动力方程，建立电机的转速的导数
Figure FDA00029071031000000212
与转速ωr、电磁转矩Te及负载转矩Tl之间的第一方程
Figure FDA00029071031000000213
7.如权利要求6所述的电机的负载转矩的预测装置，其特征在于，电机的动力方程是
Figure FDA00029071031000000214
其中，Te是电磁转矩，Tl是负载转矩，Bm是摩擦系数，J是转动惯量，ωr是转速。
8.如权利要求5-7任一项所述的电机的负载转矩的预测装置，其特征在于，电机是用于新能源汽车的永磁同步电机。
9.一种汽车，包括用于控制电机的控制系统，所述控制系统包括如权利要求5-8任一项所述的汽车电机的负载转矩的预测装置。
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