CN109787527A - 一种电机转矩的直接控制方法 - Google Patents

Abstract

本申请提供一种电机转矩的直接控制方法，包括获取电机的d轴的目标电流id^*和q轴的目标电流iq^*；确定电机的d轴的实际电压ud和实际电流id，q轴实际电压uq和实际电流iq，以及电机的实际功率P；获取电机的转速N，根据所述实际功率P和电机转速N确定电机的实际扭矩T_e；根据电机的目标扭矩T^*和实际扭矩T_e确定q轴的补偿电流Δiq^*，将q轴的目标电流iq^*和补偿电流Δiq^*的和作为q轴的调节电流根据所述目标电流id^*和所述实际电流id确定d轴的调节电压ud₁，根据所述调节电流和所述实际电流iq确定q轴的调节电压uq₁；根据所述d轴的调节电压ud₁和所述q轴的调节电压uq₁对电机进行控制。本申请的电机转矩的直接控制方法，可以有效的改善传统矢量控制控制模型中无法对转矩进行直接控制的问题，从而提升对转矩控制的精度。

Description

一种电机转矩的直接控制方法

技术领域

本发明属于汽车电机技术领域，尤其涉及一种电机转矩的直接控制方法。

技术背景

永磁同步电机因其能量密度大、转矩惯量比高、价格低、效率高等优点，近年来广泛应用于轨道牵引、纺织、印刷及冶金等工业生产中，永磁同步电机转矩环的矢量控制也成为科研界研究的热点。

一般在汽车行业的电机矢量控制模型中是通过需求转矩查得目标id和iq值，然后利用逆变器控制id和iq实际值跟随目标id和iq值来控制电机的输出转矩。这实际上是一种电流控制的方法，并没有对转矩进行直接的控制，这使得转矩控制精度有限。

发明内容

本发明提供一种电机转矩的直接控制方法，目的在于解决现有电机控制方案中转矩控制不精准的问题。

基于上述目的，本申请提供一种电机转矩的直接控制方法，包括以下步骤：

获取电机的d轴的目标电流id^*和q轴的目标电流iq^*；

确定电机的d轴的实际电压ud和实际电流id，q轴的实际电压uq和实际电流iq，以及电机的实际功率P；

获取电机的转速N，根据所述实际功率P和所述转速N确定电机的实际扭矩T_e；

根据电机的目标扭矩T^*和实际扭矩T_e确定q轴的补偿电流Δiq^*，将q轴的目标电流iq^*和补偿电流Δiq^*的和作为q轴的调节电流

根据所述目标电流id^*和所述实际电流id确定d轴的调节电压ud₁，根据所述调节电流和所述实际电流iq确定q轴的调节电压uq₁；

根据所述调节电压ud₁和所述调节电压uq₁对电机进行控制。

在一些实施例中，所述确定电机的d轴的实际电压ud和实际电流id，q轴实际电压uq和实际电流iq，以及电机的实际功率P，具体包括：

利用电流传感器采集到A相电流ia和B相电流ib，并计算得到C相电流ic；利用电压传感器采集到AB相线电压uab和BC相线电压ubc，并计算得到三相电压ua、ub和uc；利用park变换和Clark变换，计算得到d轴的实际电压ud和实际电流id、q轴实际电压uq和实际电流iq；并利用以下公式计算得到电机的实际功率P：

P＝ud*id+uq*iq。

在一些实施例中，所述获取电机的转速N，根据所述实际功率P和所述转速N确定电机的实际扭矩T_e，具体包括：

由旋转变压器得到所述转速N，并利用以下公式计算得到电机的实际扭矩T_e：

在一些实施例中，所述根据电机的目标扭矩T^*和实际扭矩T_e确定q轴的补偿电流Δiq^*，具体包括：

计算电机的目标扭矩T^*和实际扭矩T_e差值，对所述差值进行比例积分，得到q轴的补偿电流Δiq^*。

在一些实施例中，所述根据所述目标电流id^*和所述实际电流id确定d轴的调节电压ud₁，根据所述调节电流和所述实际电流iq确定q轴的调节电压uq₁，具体包括：

将所述目标电流id^*与所述实际电流id做差后得到的值进行比例积分，得到d轴的调节电压ud₁；将所述调节电流与所述实际电流iq做差后得到的值进行比例积分，得到q轴的调节电压uq₁。

在一些实施例中，所述根据所述调节电压ud₁和所述调节电压uq₁对电机进行控制，具体包括：

利用反park变换，将所述d轴的调节电压ud₁和所述q轴的调节电压uq₁变换为α轴上的电压uα和β轴上的电压uβ，并根据所述α轴上的电压uα和所述β轴上的电压uβ对电机进行控制。

在一些实施例中，所述根据所述α轴上的电压uα和β轴上的电压uβ对电机进行控制，具体包括：

将所述α轴上的电压uα和β轴上的电压uβ经过空间矢量脉宽调制为PWM波，对电机进行控制。

在一些实施例中，所述PWM波为6路。

在一些实施例中，所述PWM波输出至逆变器，所述逆变器的输出连接电机。

在一些实施例中，根据电机的目标扭矩T^*，并通过查表获取电机的d轴的目标电流id^*和q轴的目标电流iq^*。

本发明电机转矩的直接控制方法,利用在电流环外再增加一个转矩环，可以有效的改善传统矢量控制控制模型中无法对转矩进行直接控制的问题，从而提升对转矩控制的精度。

附图说明

下面将以明确易懂的方式，结合附图说明优选实施方式，对本发明予以进一步说明。

图1所示为本申请电机转矩的直接控制方法的流程图；

图2所示为本申请的永磁同步电机的坐标示意图；

图3所示为本申请电机转矩环的矢量控制的系统框图。

具体实施方式

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对照附图说明本发明的具体实施方式。显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图，并获得其他的实施方式。

为使图面简洁，各图中只示意性地表示出了与本发明相关的部分，它们并不代表其作为产品的实际结构。另外，以使图面简洁便于理解，在有些图中具有相同结构或功能的部件，仅示意性地绘示了其中的一个，或仅标出了其中的一个。在本文中，“一个”不仅表示“仅此一个”，也可以表示“多于一个”的情形。

下面以具体实施例详细介绍本发明的技术方案。

如图1所示，为本申请电机转矩的直接控制方法的流程图。从图1中可以看出，本实施例的电机转矩的直接控制方法，可以包括以下步骤：

S101：获取电机的d轴的目标电流id^*和q轴的目标电流iq^*。

在本实施例中，根据电机的目标扭矩T^*，并通过查表获取电机的d轴的目标电流id^*和q轴的目标电流iq^*。d轴和q轴分别代表直轴和交轴，通过把定子电流分解为直轴分量和交轴分量，分别计算各自的电枢反应，从而更好地进行控制。在永磁同步电机控制中，为了能够得到类似直流电机的控制特性，在电机转子上建立了一个坐标系，此坐标系与转子同步转动，取转子磁场方向为d轴，垂直于转子磁场方向为q轴，将电机的数学模型转换到此坐标系下，可实现d轴和q轴的解耦，从而得到良好控制特性。

S102：确定电机的d轴的实际电压ud和实际电流id，q轴的实际电压uq和实际电流iq，以及电机的实际功率P。

例如，可以利用电压测量装置测量电机的AB相线电压uab和BC相线电压ubc，并计算得到三相电压ua、ub和uc,然后通过Park变换和Clark变换，计算得到d轴的实际电压ud和q轴的实际电压uq；利用电流测量装置测量A电流ia和B相电流ib，并计算得到C相电流ic，然后通过Park变换和Clark变换，计算得到d轴的实际电流id和q轴实际电流iq，进而可以确定电机的实际功率P。实际功率P的计算公式为：P＝ud*id+uq*iq。

S103：获取电机的转速N，根据所述实际功率P和电机转速N确定电机的实际扭矩T_e。

在本实施例中，可以利用旋转变压器测得电机的转速N，在测得电机的转速N后，可以根据步骤S102中计算得到的电机的实际功率P和电机的转速N计算得到电机的实际扭矩T_e，电机实际扭矩的计算公式为：

S104：根据电机的目标扭矩T^*和实际扭矩T_e确定q轴的补偿电流Δiq^*，将q轴的目标电流iq^*和补偿电流Δiq^*的和作为q轴的调节电流

当计算得到电机的实际扭矩后，可以根据电机的目标扭矩T^*和实际扭矩T_e确定q轴的补偿电流Δiq^*，具体地，先计算电机的实际扭矩T_e和目标扭矩T^*之间的差值，然后再对得到的差值进行比例积分，确定对应的补偿电流Δiq^*，将q轴的目标电流iq^*和补偿电流Δiq^*的和作为q轴的调节电流通过调节电流可以使得实际扭矩T_e的值达到目标扭矩T^*的值，以对电机进行更好的控制，即将目标扭矩T^*和实际扭矩T_e的偏差按比例、积分和微分通过线性组合构成控制量。

S105：根据所述目标电流id^*和所述实际电流id确定d轴的调节电压ud₁，根据所述调节电流和所述实际电流iq确定q轴的调节电压uq₁。

计算目标电流id^*和实际电流id的差值，对得到的差值进行比例积分，确定d轴的调节电压ud₁，计算调节电流和实际电流iq的差值，对得到的差值进行比例积分，确定q轴的调节电压uq₁。

S106：根据所述d轴的调节电压ud₁和所述q轴的调节电压uq₁对电机进行控制。

在确定了电机的d轴的调节电压ud₁和所述q轴的调节电压uq₁后，利用确定的调节电压对电机进行控制。

本申请实施例的电机转矩的直接控制方法,可以有效的改善传统矢量控制控制模型中无法对转矩进行直接控制的问题，从而提升对转矩控制的精度。

作为本申请的一个优选实施例，上述实施例中确定电机的d轴的实际电压ud和实际电流id，q轴的实际电压uq和实际电流iq，以及电机的实际功率P，具体包括：

利用电流传感器采集到的A相电流ia，B相电流ib，并计算得到C相电流ic，利用电压传感器采集到AB相线电压uab，BC相线电压ubc，并通过计算得到三相电压ua，ub和uc，利用park变换和Clark变换，计算得到实际的d轴和q轴线下的电流电压ud，uq，id，iq，并利用以下公式计算得到电机的实际功率P：P＝ud*id+uq*iq。

在一些实施例中，所述根据所述d轴的调节电压ud₁和所述q轴的调节电压uq₁对电机进行控制，具体包括：

利用反park变换，将所述d轴的调节电压ud₁和所述q轴的调节电压uq₁，变换为α轴上的电压uα和β轴上的电压uβ，并根据所述α轴上的电压uα和β轴上的电压uβ对电机进行控制。

在一些实施例中，所述根据所述α轴上的电压uα和β轴上的电压uβ对电机进行控制，具体包括：

将所述α轴上的电压uα和β轴上的电压uβ经过空间矢量脉宽调制为PWM波，对电机进行控制。一些实施例中，所述PWM波为6路。

在一些实施例中，所述PWM波输出至逆变器，所述逆变器的输出连接电机。

图2所示为永磁同步电机的示意图，按照永磁同步电机惯例规定的正方向，电机在ABC坐标系内，并在ABC坐标系内设定定子的d轴和q轴。本发明的永磁同步电机为汽车内的电机。

图3所示为本申请电机转矩环的矢量控制的系统框图。如图3所示，图3是对图1的进一步的补充。本发明电机转矩的直接控制方法，在该直接控制方法中：

根据目标转矩T^*获得电机的d轴目标电流id^*和q轴目标电流iq^*。

获得所述目标转矩T^*和实际转矩T_e间的差，经过比例积分控制器(PI)，得到q轴电流的补偿值Δiq^*，进一步地得到补偿后的q轴调节电流

获得d轴目标电流id^*与实际电流id间的差，经过比例积分控制器(PI)，得到d轴调节电压ud₁。

获得q轴调节电流与实际电流iq间的差，再经过比例积分控制器(PI)，得到q轴调节电压uq₁。

根据转子的转动角度θ，将d轴调节电压ud₁和q轴调节电压uq₁变化为α轴上的电压uα和β轴上的电压uβ。旋转变压器可检测转子的转动角度θ。

所述电压uα和电压uβ经过空间矢量脉宽调制输出6路PWM波，从而控制电机转动。SVPWM(空间矢量脉宽调制)是以三相对称正弦波电压供电时三相对称电动机定子理想磁链圆为参考标准，以三相逆变器不同开关模式作适当的切换，从而形成PWM波，以所形成的实际磁链矢量来追踪其准确磁链圆。

现有技术的矢量控制模型中，并没有对转矩进行直接控制，这使得转矩控制的精度不高，本发明电机转矩的直接控制方法,利用在电流环外再增加一个转矩环，可以有效的改善传统矢量控制控制模型中无法对转矩进行直接控制的问题，从而提升对转矩控制的精度。

应当说明的是，上述实施例均可根据需要自由组合。以上所述仅是本发明的优选实施方式，但是本发明并不限于上述实施方式中的具体细节，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在本发明的技术构思范围内，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，对本发明的技术方案进行多种等同变换，这些改进、润饰和等同变换也应视为本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种电机转矩的直接控制方法，其特征在于：所述电机转矩的直接控制方法包括以下步骤：

获取电机的d轴的目标电流id^*和q轴的目标电流iq^*；

确定电机的d轴的实际电压ud和实际电流id，q轴的实际电压uq和实际电流iq，以及电机的实际功率P；

获取电机的转速N，根据所述实际功率P和所述转速N确定电机的实际扭矩T_e；

根据电机的目标扭矩T^*和实际扭矩T_e确定q轴的补偿电流Δiq^*，将q轴的目标电流iq^*和补偿电流Δiq^*的和作为q轴的调节电流

根据所述目标电流id^*和所述实际电流id确定d轴的调节电压ud₁，根据所述调节电流和所述实际电流iq确定q轴的调节电压uq₁；

根据所述调节电压ud₁和所述调节电压uq₁对电机进行控制。

2.根据权利要求1所述的电机转矩的直接控制方法，其特征在于：所述确定电机的d轴的实际电压ud和实际电流id，q轴实际电压uq和实际电流iq，以及电机的实际功率P，具体包括：

利用电流传感器采集到A相电流ia和B相电流ib，并计算得到C相电流ic；利用电压传感器采集到AB相线电压uab和BC相线电压ubc，并计算得到三相电压ua、ub和uc；利用park变换和Clark变换，计算得到d轴的实际电压ud和实际电流id、q轴实际电压uq和实际电流iq；并利用以下公式计算得到电机的实际功率P：

P＝ud*id+uq*iq。

3.根据权利要求2所述的电机转矩的直接控制方法，其特征在于：所述获取电机的转速N，根据所述实际功率P和所述转速N确定电机的实际扭矩T_e，具体包括：

由旋转变压器得到所述转速N，并利用以下公式计算得到电机的实际扭矩T_e：

4.根据权利要求3所述的电机转矩的直接控制方法，其特征在于：所述根据电机的目标扭矩T^*和实际扭矩T_e确定q轴的补偿电流Δiq^*，具体包括：

计算电机的目标扭矩T^*和实际扭矩T_e差值，对所述差值进行比例积分，得到q轴的补偿电流Δiq^*。

5.根据权利要求4所述的电机转矩的直接控制方法，其特征在于：所述根据所述目标电流id^*和所述实际电流id确定d轴的调节电压ud₁，根据所述调节电流和所述实际电流iq确定q轴的调节电压uq₁，具体包括：

将所述目标电流id^*与所述实际电流id做差后得到的值进行比例积分，得到d轴的调节电压ud₁；将所述调节电流与所述实际电流iq做差后得到的值进行比例积分，得到q轴的调节电压uq₁。

6.根据权利要求1至5任一项所述的电机转矩的直接控制方法，其特征在于：所述根据所述调节电压ud₁和所述调节电压uq₁对电机进行控制，具体包括：

利用反park变换，将所述d轴的调节电压ud₁和所述q轴的调节电压uq₁变换为α轴上的电压uα和β轴上的电压uβ，并根据所述α轴上的电压uα和所述β轴上的电压uβ对电机进行控制。

7.根据权利要求6所述的电机转矩的直接控制方法，其特征在于：所述根据所述α轴上的电压uα和β轴上的电压uβ对电机进行控制，具体包括：

将所述α轴上的电压uα和β轴上的电压uβ经过空间矢量脉宽调制为PWM波，对电机进行控制。

8.根据权利要求7所述的电机转矩的直接控制方法，其特征在于：所述PWM波为6路。

9.根据权利要求8所述的电机转矩的直接控制方法，其特征在于：所述PWM波输出至逆变器，所述逆变器的输出连接电机。

10.根据权利要求1所述的电机转矩的直接控制方法，其特征在于：根据电机的目标扭矩T^*，并通过查表获取电机的d轴的目标电流id^*和q轴的目标电流iq^*。