CN108809179A - 一种带查表过调制的新能源汽车电机控制方法 - Google Patents

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徐鑫炎
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班建安
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Abstract

本发明公开了一种带查表过调制的新能源汽车电机控制方法，控制器接收到VCU发出的转矩指令后通过查找电流表计算指令电流值，随后利用矢量控制中坐标变换及电流控制得到控制永磁同步电机所需的转子坐标系下指令电压，随后通过坐标反变换最终得到定子坐标系下指令电压；随后利用定子坐标系下指令电压查找电机过调制系数，并利用过调制系数对异常指令电压进行比例缩放限幅处理，最终得到SVPWM调制所需的调制电压。本发明方案采用了带有过调制算法的矢量控制算法，提高了电压利用率和电机的输出功率，过调制方法采用了查表形式，且查表地址仅通过计算静止坐标系下电压相角即可获得，以此获得所需的调制比，大大减小了过调制算法运算量。

Description

一种带查表过调制的新能源汽车电机控制方法
技术领域
本发明涉及电机控制领域，特别涉及一种带查表过调制的新能源汽车电机控制方法。
背景技术
新能源汽车电驱动系统通过矢量控制利用SVPWM调制算法实现对汽车动力系统的转矩控制。一般电驱动系统工作于控制器的线性调制区域，无法充分利用逆变器完整的正六边形调制区域，电压的利用率较低。该系统能够稳定运行于逆变器的过调制区域，进而充分利用母线电压，提高永磁同步电机输出功率；
现有的过调制控制算法大多采用公式计算的形式，计算复杂，运算量较大，不利于芯片中断运行。
专利文献1（申请公布号：CN104218860A）公开的过调制算法，通过计算过调制区域调制电压所需的最大等效调制比制作离线调制系数表，通过查表进行合成电压矢量导通时间的缩放，但其由于使用成比例缩放的形式，并没有改变电压相角，而相应相角下最大调制比为定值，制表复杂且易造成电机过流；
专利文献2（申请公布号：CN103580519A）公开的过调制算法，在进行过调制处理的同时引入电压补偿，但其计算复杂难以实现查表计算，且由于相角跳变易引入谐波，造成系统不稳定。
现有的新能源汽车电驱动系统主要有以下缺点：
（1）大都只能保证电驱动系统于线性调制区域运行，无法实现永磁同步电机过调制区域运行，电压利用率低，输出功率低；
（2）部分具有过调制算法电驱动系统采用公式计算的形式，计算复杂，运算量大，不利于实际系统运行；
（3）部分过调制算法采用离线查表的方式，但其查表范围为六个完整调制扇区，在对表格维数有所限制的情况下查表所得结果精度较差。
发明内容
本发明目的是：提供一种带查表过调制的新能源汽车电机控制方法，达到以下目的：
（1）利用电机矢量控制及SVPWM调制算法可实现对新能源汽车永磁同步电机进行转矩控制；
（2）该系统可对超出SVPWM调制范围的异常电压进行处理，避免系统因异常电压出现过流等故障；
（3）加入的过调制算法可实现电机于过调制区域稳定运行，实现在高速满功率区域对母线电压充分利用，进而实现永磁同步电机输出功率提升。
本发明的技术方案是：
一种带查表过调制的新能源汽车电机控制方法，采用依次级联的直流电源、稳压电容、三相逆变器、永磁同步电机，以及控制器，所述控制器通过控制三相逆变器的桥臂导通开关实现对永磁同步电机进行SVPWM电压调制；
所述控制器接收到VCU发出的转矩指令后通过查找电流表计算指令电流值，随后利用矢量控制中坐标变换及电流控制得到控制永磁同步电机所需的转子坐标系下指令电压，随后通过坐标反变换最终得到定子坐标系下指令电压；随后利用定子坐标系下指令电压查找电机过调制系数，并利用过调制系数对异常指令电压进行比例缩放限幅处理，最终得到SVPWM调制所需的调制电压。
优选的，所述利用定子坐标系下指令电压查找电机过调制系数的方法为：
控制器通过定子坐标系下指令电压值计算电压指令相角，并通过相角查找最大过调制系数表，得到相应相角下对应的过调制系数，由此求取最大调制电压。
优选的，对于超出表格索引范围的相角，通过变换处理将其转化至查表范围以内，再查找最大过调制系数表。
优选的，利用过调制系数对异常指令电压进行比例缩放限幅处理的方法为：判断指令电压是否超出最大调至电压，超出则作异常电压处理，进行比例缩放限幅。
优选的，所述的最大调制系数表通过离线计算获得。
优选的，所述最大调制系数表所涵盖的相角范围为0至30度，其余区域范围内过调制系数利用对称及三角变换映射统一归一到0到30度调制范围区域内。
本发明的优点是：
（1）本发明方案采用了带有过调制算法的矢量控制算法，以此提高了电压利用率，提高电机的输出功率；
（2）本发明方案过调制方法采用了查表形式，且查表地址仅通过计算静止坐标系下电压相角即可获得，以此获得所需的调制比，避免了一般过调制算法复杂运算或相角突变，大大减小了过调制算法运算量；
（3）本发明方案采用的离线表格相角范围为0到30度，其余调制区域通过对称及三角变换映射至0到30度查表区域，避免了全范围制表，相同容量表格下缩短了查表步长，提高了查表的精度。
附图说明
下面结合附图及实施例对本发明作进一步描述：
图1为电机驱动系统的结构原理图；
图2为本发明所述控制器控制结构原理图；
图3为本发明所述控制器利用定子坐标系指令电压进行过调制系数查表及异常电压处理的流程图；
图4为本发明所述所述最大调制系数表所涵盖的相角范围的示意图；
图5为实施例的过调制算法仿真效果图。
具体实施方式
如图1所示，本发明的带查表过调制的新能源汽车电机控制方法，电机驱动系统采用依次级联的直流电源、稳压电容、三相逆变器、永磁同步电机，以及控制器，所述控制器通过控制三相逆变器的桥臂导通开关实现对永磁同步电机进行SVPWM电压调制。
如图2所示，所述控制器接收到VCU发出的转矩指令后通过查找电流表计算指令电流值，随后利用矢量控制中坐标变换及电流控制得到控制永磁同步电机所需的转子坐标系下指令电压，随后通过坐标反变换最终得到定子坐标系下指令电压；随后利用定子坐标系下指令电压查找电机过调制系数，并利用过调制系数对异常指令电压进行比例缩放限幅处理，最终得到SVPWM调制所需的调制电压。
如图3所示，所述利用定子坐标系下指令电压查找电机过调制系数，及利用过调制系数对异常指令电压进行比例缩放限幅处理的方法为：
控制器通过定子坐标系下指令电压值计算电压指令相角，并通过相角查找最大过调制系数表，得到相应相角下对应的过调制系数，由此求取最大调制电压。对于超出表格索引范围的相角，通过变换处理将其转化至查表范围以内，再查找最大过调制系数表。判断指令电压是否超出最大调至电压，超出则作异常电压处理，进行比例缩放限幅。
所述的最大调制系数表通过离线计算获得。如图4所示，所述最大调制系数表所涵盖的相角范围为0至30度，其余区域范围内过调制系数利用对称及三角变换映射统一归一到0到30度调制范围区域内，以此调高查表精度。
图5为所提出过调制算法仿真效果图，在加入过调制算法后，电压相对于无过调制算法能够更好地接近理论所能达到的最大过调制边界，电压的利用率大大提高。
本发明还可通过对SVPWM调制算法中基准电压导通作用时间T1、T2进行处理实现与过调制算法相同功能，但其离线制表时较为复杂，且易造成精度丢失，这里不再详述。
上述实施例只为说明本发明的技术构思及特点，其目的在于让熟悉此项技术的人能够了解本发明的内容并据以实施，并不能以此限制本发明的保护范围。凡根据本发明主要技术方案的精神实质所做的修饰，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (6)

1.一种带查表过调制的新能源汽车电机控制方法，其特征在于，采用依次级联的直流电源、稳压电容、三相逆变器、永磁同步电机，以及控制器，所述控制器通过控制三相逆变器的桥臂导通开关实现对永磁同步电机进行SVPWM电压调制；
所述控制器接收到VCU发出的转矩指令后通过查找电流表计算指令电流值，随后利用矢量控制中坐标变换及电流控制得到控制永磁同步电机所需的转子坐标系下指令电压，随后通过坐标反变换最终得到定子坐标系下指令电压；随后利用定子坐标系下指令电压查找电机过调制系数，并利用过调制系数对异常指令电压进行比例缩放限幅处理，最终得到SVPWM调制所需的调制电压。
2.根据权利要求1所述的新能源汽车电机控制方法，其特征在于，所述利用定子坐标系下指令电压查找电机过调制系数的方法为：
控制器通过定子坐标系下指令电压值计算电压指令相角，并通过相角查找最大过调制系数表，得到相应相角下对应的过调制系数，由此求取最大调制电压。
3.根据权利要求2所述的新能源汽车电机控制方法，其特征在于，对于超出表格索引范围的相角，通过变换处理将其转化至查表范围以内，再查找最大过调制系数表。
4.根据权利要求3所述的新能源汽车电机控制方法，其特征在于，利用过调制系数对异常指令电压进行比例缩放限幅处理的方法为：判断指令电压是否超出最大调至电压，超出则作异常电压处理，进行比例缩放限幅。
5.根据权利要求2所述的新能源汽车电机控制方法，其特征在于，所述的最大调制系数表通过离线计算获得。
6.根据权利要求5所述的新能源汽车电机控制方法，其特征在于，所述最大调制系数表所涵盖的相角范围为0至30度，其余区域范围内过调制系数利用对称及三角变换映射统一归一到0到30度调制范围区域内。
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