CN110007228B - 一种基于扭矩和无功测量的永磁同步电机标定方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种基于扭矩和无功测量的永磁同步电机标定方法，首先将电机空载运行至低速；接着将电机控制器电流给定模式设置在Is/β状态；然后将电机最大电流等分，从0到Imax，对于每个电流点，将β从0到180等分，按照公式Id＝Is cosβ，Iq＝Is sinβ,用IdIq电流控制电机，达到稳态；最后记录每个IdIq电流点下台架测量的电机扭矩和无功值，生成扭矩无功数据表。本发明通过测量参数可以自动生成电机磁链表格，并基于磁链表格可以计算出电机在不同转速、不同电流下的最大输出扭矩，从而得到电机电流控制表格，该方法可以通过电机测试台架自动实现，大大提高了电机标定的效率，同时，由于没有直接测量电感，而是通过实际数据计算得出，因此大大提高了电机扭矩的控制精度。

Description

一种基于扭矩和无功测量的永磁同步电机标定方法
技术领域
本发明涉及电动汽车驱动电机技术领域，具体为一种基于扭矩和无功测量的永磁同步电机标定方法。
背景技术
电动汽车所使用的永磁同步电机，在使用前需要与相应的电机控制器进行匹配测试，通常这个过程被称为电机标定，一般在电机实验台架上进行。电动汽车驱动电机在使用过程中，驾驶员踩油门踏板，发出转矩指令，即汽车驱动力指令，该指令由油门踏板发出后，经由整车控制器输出给到电机控制器。电机控制器将该指令转化为电机电流信号，控制驱动电机执行该扭矩。因此，电机标定过程实际上是电机控制器将扭矩指令转换为电机电流信号，形成电流控制表格的过程。为了提高电动汽车的舒适性和平稳性，要求电机实际输出扭矩与扭矩指令之间的偏差在一定范围之内，一般要求在±5Nm(当扭矩指令在±100Nm以内)或者±5％(当扭矩指令在±100Nm以上)之内。因此，电机标定过程要求生成的电流表格中的电流指令十分精确。
在现有的电机控制算法中，一般将三相交流电机的三相电流(ABC相)利用dq变换转化为与电机转子位置相关的交直流两相电流(d轴电流Id，q轴电流Iq)。因此，电机电流控制信号在电机控制器中一般采用Id Iq的形式，当电机在不同转速下，不同扭矩指令下，电机控制器输出不同的Id Iq指令给驱动电机，实现扭矩输出。当电机转速和扭矩指令实际值在控制表格坐标值之间的时候，一般由插值法给出对应的电流指令，这种方法标定效率较低，工作量大；同时，由扭矩方程
Figure BDA0002017669050000011
和磁链方程λd＝Ldid+λm、λq＝Lqiq可知，要通过iq、id精确的控制Te，必须要得到精确的Ld、Lq参数，另一方面，Ld、Lq属于电机固有参数，且电感值随电流会产生变化，因此电感值很难精确的测得，因此会导致电机输出扭矩产生产生误差，影响控制精度。
发明内容
本发明的目的在于提供一种基于扭矩和无功测量的永磁同步电机标定方法，以解决上述背景技术中提出的问题。
为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：
一种基于扭矩和无功测量的永磁同步电机标定方法，包括以下步骤：
S1：将电机空载运行至低速，保证电机在此转速下施加最大电流不会进入弱磁控制；
S2：将电机控制器电流给定模式设置在Is/β状态；
S3：将电机最大电流等分，从0到Imax，对于每个电流点，将β从0到180等分，按照公式Id＝Is cosβ，Iq＝Is sinβ,用IdIq电流控制电机，达到稳态；
S4：记录每个IdIq电流点下台架测量的电机扭矩和无功值，生成扭矩无功数据表；
S5：给定转速Wr；
S6：给定电流Is；
S7：给定角度β；
S8：计算Id、Iq；
S9：查表λd、λq；
S10：计算扭矩Te；
S11：检查是否满足电压范围：
Figure BDA0002017669050000021
S12：检查是否比前一个β值得到的扭矩大，更新β值；
S13：得到该电流下的最大扭矩记录Id、Iq、Te，更新Is值。
优选的，所述步骤S1中电子低速为500rpm。
优选的，所述步骤S3中电机最大电流等分为20份。
优选的，所述步骤S3中β值每3°进行等分。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：本发明通过测量参数可以自动生成电机磁链表格，并基于磁链表格可以计算出电机在不同转速、不同电流下的最大输出扭矩，从而得到电机电流控制表格，该方法可以通过电机测试台架自动实现，大大提高了电机标定的效率，同时，由于没有直接测量电感，而是通过实际数据计算得出，因此大大提高了电机扭矩的控制精度，具有很强的实用性。
附图说明
图1为电机控制过程示意图；
图2为本发明生成无功数据表的流程图；
图3为本发明生成电流控制表格流程图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
请参阅图1-3，本发明提供一种技术方案：
对于一般的永磁同步电机，采用dq变换，得到电机稳态下的dq轴模型(一般电机在标定过程处于稳态状态，需要的电流控制指令也是稳态下的)：
电压方程：
Figure BDA0002017669050000031
磁链方程：
Figure BDA0002017669050000032
扭矩方程：
Figure BDA0002017669050000041
无功方程：
Figure BDA0002017669050000042
其中RS表示电机定子电阻，id iq分别表示电机dq轴电流，Vd Vq分别表示电机dq轴电压，ωe表示电机电转速(ωe＝np·ωr)，np表示电机极对数，ωr表示电机机械转速，λdλq表示电机dq轴磁链，Ld Lq表示电机dq轴电感，Te表示电机实际转矩，Q表示电机无功功率。以上变量中，Ld Lq是电机的固有参数，Teωe和Q是在电机标定台架上可以实际测量得到的变量，id iq是需要通过标定过程得到的控制参数。
由扭矩方程(3)可知，要通过id iq精确的控制Te，必须要得到精确的Ld Lq参数。另一方面，Ld Lq属于电机固有参数，且电感值随电流会产生变化，因此电感值很难精确的测得，因此会导致电机输出扭矩产生产生误差，影响控制精度，这也是传统标定方法的不足之处。因此，本专利提出一种基于扭矩和无功测量的永磁同步电机标定方法，包括以下步骤：
S1：将电机空载运行至低速，低速为500rpm，保证电机在此转速下施加最大电流不会进入弱磁控制；
S2：将电机控制器电流给定模式设置在Is/β状态；
S3：将电机最大电流20等分，从0到Imax，对于每个电流点，将β从0到180每3°进行等分，按照公式Id＝Is cosβ，Iq＝Is sinβ,用IdIq电流控制电机，达到稳态；
S4：记录每个IdIq电流点下台架测量的电机扭矩和无功值，生成扭矩无功数据表；
记录的扭矩表格形式如下：
Figure BDA0002017669050000051
记录的无功表格形式如下：
Figure BDA0002017669050000052
利用以上两个表格中的数据，可以由式(5)计算电机dq轴磁链λdλq
Figure BDA0002017669050000061
其中npωe均为已知量，因此得到了电机在非弱磁控制下的磁链参数。本专利提出的测试步骤，由于电流，角度步长固定，因此可以在测试台架上实现自动化操作和记录，方便快捷。同时，由于得到的磁链参数为最大电流范围下，不同电流id iq下的实际磁链，因此该磁链用于扭矩计算的精度大大提高，从而最终提高了电流控制表格的控制精度。
上述过程得到的磁链表格形式如下：
Figure BDA0002017669050000062
Figure BDA0002017669050000063
Figure BDA0002017669050000071
然后，由磁链数据表格可以计算出全部转速范围下的电流控制表格，实现最大转矩/电流比的控制性能，该过程具体如下：
S5：给定转速Wr；
S6：给定电流Is；
S7：给定角度β；
S8：计算Id、Iq；
S9：查表λd、λq；
S10：计算扭矩Te；
S11：检查是否满足电压范围：
Figure BDA0002017669050000072
S12：检查是否比前一个β值得到的扭矩大，更新β值；
S13：得到该电流下的最大扭矩记录Id、Iq、Te，更新Is值。
最后，得到了不同转速下的每个电流能够产生的最大扭矩Te，以及其对应的电流指令id iq。最后，利用插值法，将不同转速下，不同扭矩指令Te *对应的电流指令id iq输出为前面提出的电流控制表，完成电机标定过程。
尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。

Claims (4)

1.一种基于扭矩和无功测量的永磁同步电机标定方法，其特征在于：包括以下步骤：
S1：将电机空载运行至低速，保证电机在此转速下施加最大电流不会进入弱磁控制；
S2：将电机控制器电流给定模式设置在Is/β状态；
S3：将电机最大电流等分，从0到Imax，对于每个电流点，将β从0到180等分，按照公式Id＝Is cosβ，Iq＝Is sinβ,用IdIq电流控制电机，达到稳态；
S4：记录每个IdIq电流点下台架测量的电机扭矩和无功值，生成扭矩无功数据表，并根据扭矩无功数据表和以下公式
Figure FDA0003357312310000011
计算出计算电机dq轴磁链λdλq，其中np表示电机极对数，ωe表示电机电转速，均为已知量，Id、Iq分别表示电机d、q轴电流，Q表示电机无功功率；
S5：给定转速Wr；
S6：给定电流Is；
S7：给定角度β；
S8：计算Id、Iq；
S9：查表λd、λq；
S10：计算扭矩Te；
S11：检查是否满足电压范围：
Figure FDA0003357312310000012
S12：检查是否比前一个β值得到的扭矩大，更新β值；
S13：得到该电流下的最大扭矩记录Id、Iq、Te，更新Is值。
2.根据权利要求1所述的一种基于扭矩和无功测量的永磁同步电机标定方法，其特征在于：所述步骤S1中的低速为500rpm。
3.根据权利要求1所述的一种基于扭矩和无功测量的永磁同步电机标定方法，其特征在于：所述步骤S3中电机最大电流等分为20份。
4.根据权利要求1所述的一种基于扭矩和无功测量的永磁同步电机标定方法，其特征在于：所述步骤S3中β值每3°进行等分。
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