CN108574441A - 一种基于工况的车用永磁同步电机转矩估计方法 - Google Patents

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张修武
玉国成
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Abstract

本发明公开了一种基于工况的车用永磁同步电机转矩估计方法，进行对电机工况和温度数值的统计并进行筛选符合条件的数值；对整车控制器转矩要求指令和实际输出转矩之间的对应关系进行测试；对电压模型中的电阻参数进行校正。采用上述技术方案，不使用转矩传感器，不存在安装固定和机械可靠性等问题，延长使用寿命；估算经过密集的校正，消除了误差的累计；能在电机全工况下保证转矩估计精度。

Description

一种基于工况的车用永磁同步电机转矩估计方法
技术领域
本发明属于电机驱动控制的技术领域。更具体地，本发明涉及一种基于工况的车用永磁同步电机转矩估计方法。
背景技术
永磁同步电机(permanent magnet synchronous motor，PMSM)在电动汽车中得到了广泛的应用。永磁同步电机通常使用矢量控制。
为了保证电机的安全控制，电机控制器需要实时的电压、电流和转矩数据。
在现有技术中，有使用转矩传感器来获取转矩数据的，不过将转矩传感器安装到电机的旋转部分，会影响电机的可靠性和寿命，也会带来比较高的成本。因此，转矩估计技术成为现有技术中的主流。
对于转矩估计而言，磁链观测是估计的前提，也是转矩估计的核心内容。
在现有技术中，磁链观测的方法主要有两种：电压法和电流法。
基于电流的模型实际上是开环模型，并且对于电感和永磁通量的不确定性敏感，而基于电压的模型实际上是闭环模型，对电阻参数的不确定性敏感。
通常，较高速度下采用电压模型，较低速度下采用电流模型，而电压法由于其结构简单、依赖参数少以及可靠性高等优点，得到了更多的重视。
现有技术的车用永磁同步电机的技术缺点为：
1、转矩传感器的安装会影响电机的使用寿命；
2、现有的磁链观测技术存在纯积分环节会产生误差累计；
3、不能在电机全工况下保证转矩估计精度。
发明内容
本发明提供一种基于工况的车用永磁同步电机转矩估计方法，其目的是降低或消除电压模型估计转矩的误差积累。
为了实现上述目的，本发明采取的技术方案为：
本发明的基于工况的车用永磁同步电机转矩估计方法，其技术方案是：
1、进行对电机工况和温度数值的统计并进行筛选符合条件的数值；
2、对整车控制器转矩要求指令和实际输出转矩之间的对应关系进行测试；
3、对电压模型中的电阻参数进行校正。
该方法的过程是：
步骤1、统计电机的工况和温度数值，选出出现概率最大，时间间隔密集的工况及温度；
步骤2、在选定的工作点，实测整车控制器转矩要求指令和实际输出转矩之间的对应关系；
步骤3、采用电压模型积分法估计转矩；
步骤4、每经过步骤1选定的工作点，对照步骤3的整车控制器转矩要求指令和实际输出转矩之间的对应关系，与步骤2实测得到的整车控制器转矩要求指令和实际输出转矩之间的对应关系，校正模型中的电阻参数；
步骤5、使用校正过的模型参数进行转矩估算，直到下一次校正。
在所述的步骤1中，由于电机都有规定的使用条件，每一款电动汽车也都有规定的使用场景和工况，统计电动汽车实际使用过程中的工况和温度数值，并记录下运行在此工况下的温度数值；如果是没有批量投产之前，根据设计任务书规定的使用场景和工况，在台架上进行测试和统计；选出出现概率最大，时间间隔密集的工况及温度，可得到典型工况下的温度数值统计表。
所述的电动汽车的工况包括启动工况、起步工况、加速工况、减速工况、转向工况、制动工况、停车工况。
在所述的步骤2中，将所述的典型工况下的温度数值统计表中统计的各个工况下的温度数值作为一个选定的工作点，在选定的工作点处对整车进行测试，得到整车控制器转矩要求指令和实际输出转矩之间的对应关系。
在所述的步骤3中，由于电流模型受电机参数影响严重，为了减小参数影响，选择电压模型进行计算；利用电流调节器的输出值uα、uβ作为电压参考值进行磁链计算，计算公式如下式所示：
其中：Rs—定子电阻；
对磁链进行观测后可以得到电磁转矩的公式为：
其中：Pn—极对数。
在所述的步骤4中，每经过步骤1选定的工作点，对照步骤3利用电压积分法估计的出的转矩值，与步骤2实测得到的整车控制器转矩要求指令和实际输出转矩之间的对应关系，校正积分法定子磁链的估计模型中的电阻参数。
本发明采用上述技术方案，不使用转矩传感器，不存在安装固定和机械可靠性等问题，延长使用寿命；估算经过密集的校正，消除了误差的累计；能在电机全工况下保证转矩估计精度。
附图说明
图1为本发明的两电平三相电源逆变器示意图；
图2为典型工况温度条件下整车控制器转矩需求(Tcon)与输出转矩的关系示意图；
图3为积分法定子磁链估计模型示意图；
图4为积分法定子磁链估计模型的原理框图；
图5为定子电阻矫正的示意图。
具体实施方式
下面对照附图，通过对实施例的描述，对本发明的具体实施方式作进一步详细的说明，以帮助本领域的技术人员对本发明的发明构思、技术方案有更完整、准确和深入的理解。
如图1所示本发明的结构，为一种基于工况的车用永磁同步电机转矩估计方法应用系统，采用65kW纯电动汽车电机。
选定典型工况温度参数，实测整车控制器转矩需求与实测输出转矩的关系，用于校正积分法估算转矩的电压模型参数。
1、对典型工况温度参数选定；
2、通过测试得到整车控制器转矩需求与实测输出转矩的关系；
3、校正积分法估算转矩的电压模型参数。
为了克服现有技术缺陷，实现降低或消除电压模型估计转矩的误差积累的发明目的，本发明的基于工况的车用永磁同步电机转矩估计方法，其技术方案是：
1、进行对电机工况和温度数值的统计并进行筛选符合条件的数值；
2、对整车控制器转矩要求指令和实际输出转矩之间的对应关系进行测试；
3、对电压模型中的电阻参数进行校正。
该方法的过程是：
步骤1、统计电机的工况和温度数值，选出出现概率最大，时间间隔密集的工况及温度；
步骤2、在选定的工作点，实测整车控制器转矩要求指令和实际输出转矩之间的对应关系；
步骤3、采用电压模型积分法估计转矩；
步骤4、每经过步骤1选定的工作点，对照步骤3的整车控制器转矩要求指令和实际输出转矩之间的对应关系，与步骤2实测得到的整车控制器转矩要求指令和实际输出转矩之间的对应关系，校正模型中的电阻参数；
步骤5、使用校正过的模型参数进行转矩估算，直到下一次校正。
一、统计电机的工况和温度数值：
在所述的步骤1中，由于电机都有规定的使用条件，每一款电动汽车也都有规定的使用场景和工况，统计电动汽车实际使用过程中的工况和温度数值，并记录下运行在此工况下的温度数值；如果是没有批量投产之前，根据设计任务书规定的使用场景和工况，在台架上进行测试和统计；选出出现概率最大，时间间隔密集的工况及温度，可得到典型工况下的温度数值统计表。
表1典型工况下的温度数值统计表
所述的电动汽车的工况包括启动工况、起步工况、加速工况、减速工况、转向工况、制动工况、停车工况。
二、实测：
在所述的步骤2中，将表1中统计的各个工况下的温度数值作为一个选定的工作点，在选定的工作点处对整车进行测试，得到整车控制器转矩要求指令和实际输出转矩之间的对应关系。如图2所示。
三、采用电压模型积分法估计转矩：
在所述的步骤3中，由于电流模型受电机参数影响严重，为了减小参数影响，选择电压模型进行计算；利用电流调节器的输出值uα、uβ作为电压参考值进行磁链计算，计算公式如下式所示：
其中：Rs—定子电阻；其原理图模型如图3所示。
对磁链进行观测后可以得到电磁转矩的公式为：
其中：Pn—极对数。
四、校正电阻参数：
在所述的步骤4中，
每经过步骤1选定的工作点，对照步骤3利用电压积分法估计的出的转矩值，与步骤2实测得到的整车控制器转矩要求指令和实际输出转矩之间的对应关系，校正积分法定子磁链的估计模型中的电阻参数。
上面结合附图对本发明进行了示例性描述，显然本发明具体实现并不受上述方式的限制，只要采用了本发明的方法构思和技术方案进行的各种非实质性的改进，或未经改进将本发明的构思和技术方案直接应用于其它场合的，均在本发明的保护范围之内。

Claims (7)

1.一种基于工况的车用永磁同步电机转矩估计方法，其特征在于：该方法是：
1)、进行对电机工况和温度数值的统计并进行筛选符合条件的数值；
2)、对整车控制器转矩要求指令和实际输出转矩之间的对应关系进行测试；
3)、对电压模型中的电阻参数进行校正。
2.按照权利要求1所述的基于工况的车用永磁同步电机转矩估计方法，其特征在于：该方法的过程是：
步骤1、统计电机的工况和温度数值，选出出现概率最大，时间间隔密集的工况及温度；
步骤2、在选定的工作点，实测整车控制器转矩要求指令和实际输出转矩之间的对应关系；
步骤3、采用电压模型积分法估计转矩；
步骤4、每经过步骤1选定的工作点，对照步骤3的整车控制器转矩要求指令和实际输出转矩之间的对应关系，与步骤2实测得到的整车控制器转矩要求指令和实际输出转矩之间的对应关系，校正模型中的电阻参数；
步骤5、使用校正过的模型参数进行转矩估算，直到下一次校正。
3.按照权利要求2所述的基于工况的车用永磁同步电机转矩估计方法，其特征在于：在所述的步骤1中，由于电机都有规定的使用条件，每一款电动汽车也都有规定的使用场景和工况，统计电动汽车实际使用过程中的工况和温度数值，并记录下运行在此工况下的温度数值；如果是没有批量投产之前，根据设计任务书规定的使用场景和工况，在台架上进行测试和统计；选出出现概率最大，时间间隔密集的工况及温度，可得到典型工况下的温度数值统计表。
4.按照权利要求3所述的基于工况的车用永磁同步电机转矩估计方法，其特征在于：所述的电动汽车的工况包括启动工况、起步工况、加速工况、减速工况、转向工况、制动工况、停车工况。
5.按照权利要求3所述的基于工况的车用永磁同步电机转矩估计方法，其特征在于：在所述的步骤2中，将所述的典型工况下的温度数值统计表中统计的各个工况下的温度数值作为一个选定的工作点，在选定的工作点处对整车进行测试，得到整车控制器转矩要求指令和实际输出转矩之间的对应关系。
6.按照权利要求2所述的基于工况的车用永磁同步电机转矩估计方法，其特征在于：在所述的步骤3中，由于电流模型受电机参数影响严重，为了减小参数影响，选择电压模型进行计算；利用电流调节器的输出值uα、uβ作为电压参考值进行磁链计算，计算公式如下式所示：
其中：Rs—定子电阻；
对磁链进行观测后可以得到电磁转矩的公式为：
其中：Pn—极对数。
7.按照权利要求2所述的基于工况的车用永磁同步电机转矩估计方法，其特征在于：在所述的步骤4中，每经过步骤1选定的工作点，对照步骤3利用电压积分法估计的出的转矩值，与步骤2实测得到的整车控制器转矩要求指令和实际输出转矩之间的对应关系，校正积分法定子磁链的估计模型中的电阻参数。
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