CN109752652B - 永磁同步电机相电流的采样方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种永磁同步电机相电流的采样方法，本方法选用两种不同传感原理及构造的电流传感器、信号调理电路、模数转换器、供电电路采集并得到两组电机三相电流信号，采用微控制单元对两组电机三相电流信号的偏差进行补偿处理，分别对经补偿处理的两组电机三相电流信号进行加总校验、逐一比较和加权处理后输出准确的电机相电流。本方法克服传统电机相电流采样的缺陷，提高电机相电流采样的准确性，实现永磁同步电机输出转矩的可靠控制，确保车辆的安全行驶功能，避免人身伤害，杜绝安全隐患。

Description

永磁同步电机相电流的采样方法
技术领域
本发明涉及一种永磁同步电机相电流的采样方法。
背景技术
相电流作为永磁同步电机控制的关键信号，是使用磁场定向控制算法控制永磁同步电机输出正确转矩的重要前提。在新能源汽车上永磁同步电机输出的转矩是汽车动力的来源，其输出转矩的正确性直接影响到整车行驶功能的实现，并且关系到司乘人员和车辆周边人员的人身安全。目前，在新能源汽车的永磁同步电机控制系统中普遍采用的是两个相电流传感器通过调理电路后送入AD模块进行采样，然后进行磁场定向控制算法(FOC)的实现。然而采用该方式进行相电流采样时，当电流传感器供电电压、AD模块参考电压、AD模块本身发生失效以及电流传感器本身因为自身特性受环境影响等因素，使得采样相电流过大或过小，从而导致永磁同步电机输出转矩过大或过小，最终影响车辆的安全行驶功能，并对人身安全造成一定的伤害，存在较大的安全隐患。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一种永磁同步电机相电流的采样方法，本方法克服传统电机相电流采样的缺陷，提高电机相电流采样的准确性，实现永磁同步电机输出转矩的可靠控制，确保车辆的安全行驶功能，避免人身伤害，杜绝安全隐患。
为解决上述技术问题，本发明永磁同步电机相电流的采样方法包括如下步骤：
步骤一、选用两种不同传感原理及构造的电流传感器采集电机的三相电流信号；
步骤二、分别为两种电流传感器设计不同的信号调理电路；
步骤三、两种电流传感器经信号调理电路输出的信号送入不同采样原理的两种模数转换器中进行转换，两种模数转换器分别输出两组电机三相电流信号；
步骤四、两种电流传感器、信号调理电路和模数转换器分别采用独立的供电电路，即当一个供电电路出现问题后完全不影响另一个供电电路的工作；
步骤五、采用微控制单元对两组电机三相电流信号进行因延迟时间及信号漂移导致的偏差进行补偿处理；
步骤六、对经补偿处理的两组电机三相电流信号进行加总校验，如果加总之和小于设定的阈值，则执行步骤七，否则电机相电流采样异常；
步骤七、在两组电机三相电流信号加总校验正常的情况下，对两组电机相电流进行逐一比较，逐一比较的误差均小于设定的阈值，则执行步骤八，否则电机相电流差异故障；
步骤八、对两组电机三相电流信号进行加权处理后输出准确的电机相电流。
进一步，所述电机的U相和V相电流采用一种电流传感器、供电电路、信号调理电路和模数转换器进行信号采样和处理，所述电机的W相电流采用另一种电流传感器、供电电路、信号调理电路和模数转换器进行信号采样和处理。
进一步，所述两种不同传感原理及构造的电流传感器是在霍尔磁感应式电流传感器、罗柯夫斯基电流传感器、微小电阻分流器、光纤型电流传感器中任选两种。
进一步，所述供电电路分别是LDO线性降压式供电电路和DCDC开关降压式供电电路。
进一步，所述不同的信号调理电路分别是二阶信号调理电路和三阶信号调理电路。
进一步，所述两种模数转换器是在并行比较型模数转换器、逐次逼近型模数转换器、双积分型模数转换器中任选两种。
由于本发明永磁同步电机相电流的采样方法采用了上述技术方案，即本方法选用两种不同传感原理及构造的电流传感器、信号调理电路、模数转换器、供电电路采集并得到两组电机三相电流信号，采用微控制单元对两组电机三相电流信号的偏差进行补偿处理，分别对经补偿处理的两组电机三相电流信号进行加总校验、逐一比较和加权处理后输出准确的电机相电流。本方法克服传统电机相电流采样的缺陷，提高电机相电流采样的准确性，实现永磁同步电机输出转矩的可靠控制，确保车辆的安全行驶功能，避免人身伤害，杜绝安全隐患。
附图说明
下面结合附图和实施方式对本发明作进一步的详细说明：
图1为新能源汽车永磁同步电机控制系统框图；
图2为本发明永磁同步电机相电流的采样方法原理框图；
图3为本方法的流程框图。
具体实施方式
本发明永磁同步电机相电流的采样方法包括如下步骤：
步骤一、选用两种不同传感原理及构造的电流传感器采集电机的三相电流信号；
步骤二、分别为两种电流传感器设计不同的信号调理电路；
步骤三、两种电流传感器经信号调理电路输出的信号送入不同采样原理的两种模数转换器中进行转换，两种模数转换器分别输出两组电机三相电流信号；
步骤四、两种电流传感器、信号调理电路和模数转换器分别采用独立的供电电路，即当一个供电电路出现问题后完全不影响另一个供电电路的工作；
步骤五、采用微控制单元对两组电机三相电流信号进行因延迟时间及信号漂移导致的偏差进行补偿处理；
步骤六、对经补偿处理的两组电机三相电流信号进行加总校验，如果加总之和小于设定的阈值，则执行步骤七，否则电机相电流采样异常；
步骤七、在两组电机三相电流信号加总校验正常的情况下，对两组电机相电流进行逐一比较，逐一比较的误差均小于设定的阈值，则执行步骤八，否则电机相电流差异故障；
步骤八、对两组电机三相电流信号进行加权处理后输出准确的电机相电流。
优选的，所述电机的U相和V相电流采用一种电流传感器、供电电路、信号调理电路和模数转换器进行信号采样和处理，所述电机的W相电流采用另一种电流传感器、供电电路、信号调理电路和模数转换器进行信号采样和处理。
优选的，所述两种不同传感原理及构造的电流传感器是在霍尔磁感应式电流传感器、罗柯夫斯基电流传感器、微小电阻分流器、光纤型电流传感器中任选两种。
优选的，所述供电电路分别是LDO线性降压式供电电路和DCDC开关降压式供电电路。
优选的，所述不同的信号调理电路分别是二阶信号调理电路和三阶信号调理电路。
优选的，所述两种模数转换器是在并行比较型模数转换器、逐次逼近型模数转换器、双积分型模数转换器中任选两种。
如图1所示，新能源汽车永磁同步电机控制系统主要组成部分为车载电池SE01、控制继电器SE02、逆变器SE03、电机控制器SE05以及电机SE04；车载电池SE01为系统提供电能；控制继电器SE02控制整个系统的高压供电，保证系统的强电供应安全；逆变器SE03将电池的直流电压转换为电机使用的交流电压，用于驱动电机运行；电机控制器SE05根据电机相电流的控制算法(FOC)输出控制电机的PWM给逆变器；电机SE04设有位置、速度传感器，将转子位置及转速实时传输给电机控制器SE05用于电机力矩、转速的控制。由此，获得准确的电机相电流是实现电机磁场定向控制的基础。
因此，如图2和图3所示，本方法首先选择不同类型的电流传感器，如根据应用需求选择A类电流传感器和B类电流传感器，这两种类型电流传感器采用不同的原理对电机相电流信号进行采集，并且都应满足对测量范围、测量精度、测量响应的要求，其中使用A类电流传感器采集U相和V相电流信号，B类电流传感器采集W相电流信号。
设计不同的电流传感器调理电路，为A类电流传感器设计A型信号调理电路，为B类电流传感器设计B型信号调理电路；两种信号调理电路需要采用不同的构造及原理进行设计。
选用不同原理的模数转换器，如A型模数转换器和B型模数转换器，A型信号调理电路和B型信号调理电路输出的电流信号分别输入A型模数转换器和B型模数转换器，由A型模数转换器和B型模数转换器各输出一组电机三相电流信号。
设计独立的供电电路，如电源A为A类电流传感器、A型信号调理电路、A型模数转换器提供工作电源，电源B为B类电流传感器、B型信号调理电路、B型模数转换器提供工作电源。
采用微控制电源MCU分别对两个模数转换器输出的两组电机三相电流信号Iua、Iva、Iwa和Iub、Ivb、Iwc进行偏差补偿。
根据电机三相电流之和为零的原理进行加总校验，即Iu+Iv+Iw＝0a，该0a并不是绝对的0，而是指小于一个设定阈值的数，该设定阈值的大小由具体电流传感器参数及电路设计参数共同计算得出，结合工程经验一般为系统测量满量程的0.1～5％之间，通过对Iua、Iva、Iwa及Iub、Ivb、Iwc进行加总校验后，如不满足电机三相电流之和为零，则报告电机相电流采样异常。
对加总校验后的两组电机三相电流进行交叉逐一进行比较，需要满足Iua≈Iub、Iva≈Ivb、Iwa≈Iwb，该约等号指两者相差小于一个设定阈值，该阈值的大小由具体电流传感器参数及电路设计参数共同计算得出，结合工程经验一般为系统测量满量程的0.1～5％之间；当不满足条件时，报告电机相电流差异故障。
上述电流传感器参数主要有传感器精度、稳定性及响应特性，电路设计参数主要为根据元器件精度及漂移参数计算出的电路误差参数。
在上述校验正常的情况下，对两组电机三相电流信号进行加权处理，计算输出准确的电机三相电流Iu、Iv、Iw；电机三相电流的计算公式如下：
Iu＝α×Iua+β×Iub
Iv＝α×Iva+β×Ivb
Iw＝α×Iwa+β×Iwb
Figure BDA0001459748950000051
其中：α、β为加权系数，其和为1。
本方法用于获取准确的电机相电流信号，从而用于实现电机的FOC算法控制，实现永磁同步电机输出转矩的可靠控制，确保安装永磁同步电机的新能源汽车驾乘安全，杜绝安全隐患。

Claims (6)

1.一种永磁同步电机相电流的采样方法，其特征在于本方法包括如下步骤：
步骤一、选用两种不同传感原理及构造的电流传感器采集电机的三相电流信号；
步骤二、分别为两种电流传感器设计不同的信号调理电路；
步骤三、两种电流传感器经信号调理电路输出的信号送入不同采样原理的两种模数转换器中进行转换，两种模数转换器分别输出两组电机三相电流信号；
步骤四、两种电流传感器、信号调理电路和模数转换器分别采用独立的供电电路，即当一个供电电路出现问题后完全不影响另一个供电电路的工作；
步骤五、采用微控制单元对两组电机三相电流信号进行因延迟时间及信号漂移导致的偏差进行补偿处理；
步骤六、对经补偿处理的两组电机三相电流信号进行加总校验，如果加总之和小于设定的阈值，则执行步骤七，否则电机三相电流采样异常；
步骤七、在两组电机三相电流信号加总校验正常的情况下，对两组电机三相电流进行逐一比较，逐一比较的误差均小于设定的阈值，则执行步骤八，否则电机三相电流差异故障；
步骤八、对两组电机三相电流信号进行加权处理后输出准确的电机相电流。
2.根据权利要求1所述的永磁同步电机相电流的采样方法，其特征在于：所述电机的U相和V相电流采用一种电流传感器、供电电路、信号调理电路和模数转换器进行信号采样和处理，所述电机的W相电流采用另一种电流传感器、供电电路、信号调理电路和模数转换器进行信号采样和处理。
3.根据权利要求1或2所述的永磁同步电机相电流的采样方法，其特征在于：所述两种不同传感原理及构造的电流传感器是在霍尔磁感应式电流传感器、罗柯夫斯基电流传感器、微小电阻分流器、光纤型电流传感器中任选两种。
4.根据权利要求1或2所述的永磁同步电机相电流的采样方法，其特征在于：所述供电电路分别是LDO线性降压式供电电路和DCDC开关降压式供电电路。
5.根据权利要求1或2所述的永磁同步电机相电流的采样方法，其特征在于：所述不同的信号调理电路分别是二阶信号调理电路和三阶信号调理电路。
6.根据权利要求1或2所述的永磁同步电机相电流的采样方法，其特征在于：所述两种模数转换器是在并行比较型模数转换器、逐次逼近型模数转换器、双积分型模数转换器中任选两种。
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