CN110247598B - 交流电机的补偿方法、补偿系统、电机控制器和电动汽车 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种交流电机零电流钳位效应的补偿方法、补偿系统、电机控制器和电动汽车，该补偿方法包括：获得当前电角度对应的目标电压值和当前电角度对应的补偿电压值，将第一电角度的补偿电压和第二电角度的补偿电压的平均值作为所述当前电角度对应的补偿电压值；根据所述当前电角度的补偿电压值为所述当前电角度的目标电压值进行补偿；其中，所述第一电角度和所述第二电角度均处于上一周期、且临近所述目标电角度，所述第一角度和所述目标电角度的角度差等于所述第二角度与所述目标电角度的角度差。本发明具有如下优点：可以对零电流效应附近的电压进行补偿，以使电机输出的电流波形准确完整。
Description
技术领域
本发明涉及电机技术领域，具体涉及一种交流电机零电流钳位效应的补偿方法、补偿系统、电机控制器和电动汽车。
背景技术
在电机三相逆变器的控制过程中，通过互补的PWM波来控制逆变器同相的上下桥臂。在逆变器的控制中，通过加入一定的延时开通时间来保证上下桥臂同时关断。当上下桥臂都关断时，零点附近的电流由于惯性会被钳制在零点，最终导致电压电流波形畸变、产生转矩转速脉动降低控制效率。
零点电流钳位效应和死区效应一般采用直接通过电流传感器采集电流来判断极性的方法进行补偿，但是电流传感器存在采样精度问题，零点附近电流采样不准确。分扇区也是死区补偿的常用方法，但是基于反电动势的d-q轴分量来分扇区，不适用于交流异步电机的控制，对应零电流钳位效应效果不好，导致电流波形不准确且不完整。
发明内容
本发明旨在至少解决上述技术问题之一。
为此，本发明的第一个目的在于提出一种交流电机零电流钳位效应的补偿方法，可以对零电流效应附近的电压进行补偿，以使电机的电流波形准确完整。
为了实现上述目的，本发明的实施例公开了一种交流电机零电流钳位效应的补偿方法，包括以下步骤：获得当前电角度对应的目标电压值和当前电角度对应的补偿电压值，将第一电角度的补偿电压和第二电角度的补偿电压的平均值作为所述当前电角度对应的补偿电压值；根据所述当前电角度的补偿电压值为所述当前电角度的目标电压值进行补偿；其中，所述第一电角度和所述第二电角度均处于上一周期、且临近所述目标电角度，所述第一电角度和所述目标电角度的角度差等于所述第二电角度与所述目标电角度的角度差。
在一些实施例中，在所述获取当前电角度对应的目标电压值和当前电角度对应的补偿电压值的步骤之前还包括：获取所述第一电角度对应的第一实际控制电流和第一目标控制电流，并获取所述第二电角度对应的第二实际控制电流和第二目标控制电流；根据所述第一实际控制电流和所述第一目标控制电流得到第一电流差值，并根据所述第二实际控制电流和所述第二目标控制电流得到第二电流差值；根据所述第一电流差值得到第一电压，并根据所述第二电流差值得到第二电压；如果所述第一电压超出电压预设范围和/或所述第二电压超出所述电压预设范围时，则执行所述获取当前电角度对应的目标电压值和当前电角度对应的补偿电压值的步骤。
在一些实施例中，所述角度差由电机转速和电机转速采样周期所决定。
在一些实施例中，根据如下公式得到所述目标电角度的补偿电压值：
其中，Δθ是所述目标电角度，T是周期，n是周期的序号，Vr(kT)是采样时间kT的输出，Vr(kT)是所述目标电角度的补偿电压值，Vr()表示以括号为条件的电压。
根据本发明实施例的交流电机零电流钳位效应的补偿方法，通过不同周期的电压的值，基于电压不能跳变的原则，可以对交流电机的电流波形进行补偿，尤其是对零电流钳位区间将电流波形补偿完整。
本发明的第二个目的在于提出一种交流电机零电流钳位效应的补偿系统，可以对零电流效应附近的电压进行补偿，以使电机的电流波形准确完整。
为了实现上述目的，本发明的实施例公开了一种交流电机零电流钳位效应的补偿系统，包括：获取模块，用于获取电机的当前电角度；补偿模块，用于根据所述当前电角度的补偿电压值为所述当前电角度的目标电压值进行补偿；控制模块，用于给出所述当前电角度的目标电压值，并将第一电角度的补偿电压和第二电角度的补偿电压的平均值作为所述当前电角度对应的补偿电压值；其中，所述第一电角度和所述第二电角度均处于上一周期、且临近所述目标电角度，所述第一电角度和所述目标电角度的角度差等于所述第二电角度与所述目标电角度的角度差。
在一些实施例中，所述获取模块还用于获取所述第一电角度对应的第一实际控制电流和第一目标控制电流，并获取所述第二电角度对应的第二实际控制电流和第二目标控制电流，所述控制模块具体用于根据所述第一实际控制电流和所述第一目标控制电流得到第一电流差值，并根据所述第二实际控制电流和所述第二目标控制电流得到第二电流差值，所述控制模块还用于根据所述第一电流差值得到第一电压，并根据所述第二电流差值得到第二电压，所述控制模块还用于在所述第一电压超出电压预设范围和/或所述第二电压超出所述电压预设范围时，控制所述获取模块获取所述电机的当前电角度。
在一些实施例中，所述角度差由电机转速和电机转速采样周期所决定。
在一些实施例中，所述控制模块根据如下公式得到所述目标电角度的补偿电压值：
其中，Δθ是所述目标电角度，T是周期，n是周期的序号，Vr(kT)是采样时间kT的输出，Vr(kT)是所述目标电角度的补偿电压值，Vr()表示以括号为条件的电压。
根据本发明实施例的交流电机零电流钳位效应的补偿系统，通过不同周期的电压的值，基于电压不能跳变的原则，得到电流钳位时零点附近的电压值，及时对零电流效应附近的电压进行补偿，以使电机输出的电流波形准确完整。
本发明的第三个目的在于提出一种电机控制器，可以对零电流效应附近的电压进行补偿，以使电机的电流波形准确完整。
为了实现上述目的，本发明的实施例公开了一种电机控制器，设置有上述实施例的交流电机零电流钳位效应的补偿系统。
本发明实施例的电机控制器，通过不同周期的电压的值，基于电压不能跳变的原则，可以对交流电机的电流波形进行补偿，尤其是对零电流钳位区间将电流波形补偿完整。
本发明的第四个目的在于提出一种电动汽车，可以对零电流效应附近的电压进行补偿，以使电机的电流波形准确完整。
为了实现上述目的，本发明的实施例公开了一种电动汽车，设置有上述实施例的电机控制器。
本发明实施例的电动汽车，通过不同周期的电压的值，基于电压不能跳变的原则，可以对交流电机的电流波形进行补偿，尤其是对零电流钳位区间将电流波形补偿完整。
本发明的附加方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。
附图说明
本发明的上述和/或附加的方面和优点从结合下面附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中：
图1是本发明一个实施例的交流电机零电流钳位效应的补偿方法的流程图；
图2是本发明一个实施例中电机三项逆变器和三相电机连接的电路示意图；
图3是本发明一个实施例中电机三项逆变器一条线路的电路示意图；
图4是本发明一个实施例中的矢量控制图；
图5是本发明一个实施例中采用角频域进行电压补偿的示意图；
图6是本发明一个实施例的交流电机零电流钳位效应的补偿系统的结构框图。
具体实施方式
下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，仅用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。
在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
参照下面的描述和附图，将清楚本发明的实施例的这些和其他方面。在这些描述和附图中，具体公开了本发明的实施例中的一些特定实施方式，来表示实施本发明的实施例的原理的一些方式，但是应当理解，本发明的实施例的范围不受此限制。相反，本发明的实施例包括落入所附加权利要求书的精神和内涵范围内的所有变化、修改和等同物。
以下结合附图描述本发明。图2是本发明一个实施例中电机三项逆变器和三相电机连接的电路示意图。如图2所示，图中左侧带有U、V、W、X、Y、Z和电源的部分为电机三相逆变器，右侧为三相电机。电机三项逆变器和三相电机相连。电机三相逆变器具有同向的上下桥臂。其中，上桥臂为U、V和W，下桥臂为X、Y和Z。
图1是本发明一个实施例的交流电机零电流钳位效应的补偿方法的流程图。如图1所示，本发明实施例的交流电机逆变器零电流钳位效应的补偿方法，包括以下步骤：
S1：获取当前电角度对应的目标电压值和当前电角度对应的补偿电压值。其中，将第一电角度的补偿电压和第二电角度的补偿电压的平均值作为所述当前电角度对应的补偿电压值，第一电角度和目标电角度的角度差等于第二电角度与目标电角度的角度差。
图3是本发明一个实施例中电机三项逆变器一条线路的电路示意图。如图3所示，在每个采用周期中，存在正电流(iu>0)和负电流(iu<0)。而在正负电流之间存在电流零点。
图4是本发明一个实施例中的矢量控制图。如图4所示，在本发明的一个实施例中，使用PI调节器进行矢量控制。根据当前控制电压值可以得到对应的当前电角度q-cmd和d-cmd。右侧采集三相电机的三相电流依次进行克拉克变换和派克变换得到第一电流iq和第二电流id。
根据预设第一目标电流iq-cmd和第一电流iq得到第一补偿电流，且根据预设第二目标电流id-cmd和第二电流id得到第二补偿电流。
根据第一补偿电流、第二补偿电流和当前采样周期的前一采用周期中的补偿电压得到当前采用周期的第一补偿电压ΔUq_comp和第二补偿电压ΔUd_comp。
获取当前电角度对应的补偿电压值，即将第一电角度的补偿电压和第二电角度的补偿电压的平均值作为所述当前电角度对应的补偿电压值。在本发明的一个实施例中，角度差由电机转速和电机转速采样周期所决定。例如当前电角度为60度时，第一电角度为电机上一周期的59度且第二电角度为电机上一周期的61度。由于电压补偿是实时的，当需要对目标电角度进行平均值补偿时，无法预先得到当前周期中电角度为61度时的补偿电压。由于电机转速很快，相邻周期(一个周期为电机的转子绕定子转动一周)的电压补偿值变化不大，故采用上一周期的电压补偿值(即上一周期电角度为59度时的补偿电压和上一周期电角度为61度时的补偿电压)求平均数，可以提高精度。
S2：根据当前电角度的补偿电压值为当前电角度的目标电压值进行补偿。
图5是本发明一个实施例中采用角频域进行电压补偿的示意图。如图5所示，在本发明的一个实施例中，根据如下公式得到目标电角度的补偿电压值：
其中，Δθ是目标电角度，T是周期，n是周期的序号，Vr(kT)是采样时间kT的输出，即Vr(kT)是目标电角度的补偿电压值，Vr()表示以括号为条件的补偿电压。
在本发明的一个实施例中，在步骤S1之前还包括：
A：获取第一电角度对应的第一实际控制电流和第一目标控制电流，并获取第二电角度对应的第二实际控制电流和第二目标控制电流。具体地，实际控制电流通过电流读取装置采集的，即实际采集的iu、iv和iw。目标控制电流为电机控制器给出的。分别获取电机处于第一电角度时的第一实际控制电流和第一目标控制电流，和电机处于第二电角度对应的第二实际控制电流和第二目标控制电流。
B：根据第一实际控制电流和第一目标控制电流得到第一电流差值，并根据第二实际控制电流和第二目标控制电流得到第二电流差值。
C：根据第一电流差值得到第一电压，并根据第二电流差值得到第二电压。其中，通过对第一电流差值和第二电流差值进行相应的变换得到第一电压和第二电压。
D：如果第一电压超出电压预设范围和/或第二电压超出所述电压预设范围时，则执行获取当前电角度对应的目标电压值和当前电角度对应的补偿电压值的步骤。
具体地，电压是否电压预设范围用于判断电机当前状态是否处于电流钳位区间。由于电机在运行时，电压存在一定的误差，当第一电压超出电压预设范围或第二电压超出电压预设范围时，认定电机处于零电流钳位区间。在本实施例中，认定电机在每个周期中对应零电流钳位区间的电角度范围相同，例如每个周期中零电流钳位区间对应的电角度均为58度-62度，238-242度。基于步骤A-D时执行步骤S1至S3，则此时步骤S1至S3对交流电机的补偿为对交流电机零电流钳位区间进行的补偿，可以对电流波形的零电流钳位效应进行针对性地补偿。
本发明实施例的交流电机零电流钳位效应的补偿方法，通过不同周期的电压的值，基于电压不能跳变的原则，可以对交流电机的电流波形进行补偿，尤其是对零电流钳位区间将电流波形补偿完整。
图6是本发明一个实施例的交流电机零电流钳位效应的补偿系统的结构框图。如图6所示，本发明实施例的交流电机零电流钳位效应的补偿系统，包括：获取模块610、补偿模块620和控制模块630。
其中，获取模块610用于获取电机的当前电角度。补偿模块620用于根据当前电角度的补偿电压值为当前电角度的目标电压值进行补偿。控制模块630用于给定当前电角度的目标电压值，并将第一电角度的补偿电压和第二电角度的补偿电压的平均值作为当前电角度对应的补偿电压值。其中，第一电角度和第二电角度均处于上一周期、且临近目标电角度。第一电角度和目标电角度的角度差等于第二电角度与目标电角度的角度差。
本发明实施例的交流电机零电流钳位效应的补偿系统，通过不同周期的电压的值，基于电压不能跳变的原则，可以对交流电机的电流波形进行补偿，尤其是对零电流钳位区间将电流波形补偿完整。
在本发明的一个实施例中，获取模块610还用于获取第一电角度对应的第一实际控制电流和第一目标控制电流，并获取第二电角度对应的第二实际控制电流和第二目标控制电流，控制模块(630)具体用于根据第一实际控制电流和第一目标控制电流得到第一电流差值，并根据第二实际控制电流和第二目标控制电流得到第二电流差值，控制模块(630)还用于根据第一电流差值得到第一电压，并根据第二电流差值得到第二电压，控制模块(630)还用于在第一电压超出电压预设范围和/或第二电压超出电压预设范围时，控制获取模块(610)获取电机的当前电角度。
在本发明的一个实施例中，角度差由电机转速和电机转速采样周期所决定。
在本发明的一个实施例中，控制模块630根据如下公式得到目标电角度的补偿电压值：
其中，Δθ是目标电角度，T是周期，n是周期的序号，Vr(kT)是采样时间kT的输出，Vr(kT)是目标电角度的补偿电压值，Vr()表示以括号为条件的电压。
需要说明的是，本发明实施例的交流电机零电流钳位效应的补偿系统的具体实施方式与本发明实施例的交流电机零电流钳位效应的补偿方法的具体实施方式类似，具体参见方法部分的描述，为了减少冗余，不做赘述。
此外，本发明还公开了一种电机控制器，设置有上述实施例的交流电机零电流钳位效应的补偿系统，通过不同周期的电压的值，基于电压不能跳变的原则，合理得到零点附近的电压值，及时对零电流效应附近的电压进行补偿，以使电机输出的电流波形准确完整。
此外，本发明还公开了一种电动汽车，设置有上述实施例的电机控制器。
另外，本发明实施例的电动汽车的其它构成以及作用对于本领域的技术人员而言都是已知的，为了减少冗余，不做赘述。
在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。
尽管已经示出和描述了本发明的实施例，本领域的普通技术人员可以理解：在不脱离本发明的原理和宗旨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，本发明的范围由权利要求及其等同限定。
Claims (10)
1.一种交流电机零电流钳位效应的补偿方法，其特征在于，包括以下步骤：
获取当前电角度对应的目标电压值和所述当前电角度对应的补偿电压值，将第一电角度的补偿电压和第二电角度的补偿电压的平均值作为所述当前电角度对应的补偿电压值；
根据所述当前电角度的补偿电压值为所述当前电角度的目标电压值进行补偿；
其中，所述第一电角度和所述第二电角度均处于上一周期、且在数值上临近目标电角度，所述第一电角度和所述目标电角度的角度差等于所述第二电角度与所述目标电角度的角度差。
2.根据权利要求1所述的交流电机零电流钳位效应的补偿方法，其特征在于，在所述获取当前电角度对应的目标电压值和所述当前电角度对应的补偿电压值的步骤之前还包括：
获取所述第一电角度对应的第一实际控制电流和第一目标控制电流，并获取所述第二电角度对应的第二实际控制电流和第二目标控制电流；
根据所述第一实际控制电流和所述第一目标控制电流得到第一电流差值，并根据所述第二实际控制电流和所述第二目标控制电流得到第二电流差值；
根据所述第一电流差值得到第一电压，并根据所述第二电流差值得到第二电压；
如果所述第一电压超出电压预设范围和/或所述第二电压超出所述电压预设范围时，则执行所述获取当前电角度对应的目标电压值和当前电角度对应的补偿电压值的步骤。
3.根据权利要求1或2所述的交流电机零电流钳位效应的补偿方法，其特征在于，所述角度差由电机转速和电机转速采样周期所决定。
4.根据权利要求1或2所述的交流电机零电流钳位效应的补偿方法，其特征在于，根据如下公式得到所述目标电角度的补偿电压值：
其中，Δθ是所述目标电角度，T是周期，n是周期的序号，Vr(kT)是采样时间kT的输出，Vr(kT)是所述目标电角度的补偿电压值，Vr()表示以括号为条件的电压。
5.一种交流电机零电流钳位效应的补偿系统，其特征在于，包括：
获取模块(610)，用于获取电机的当前电角度；
补偿模块(620)，用于根据所述当前电角度的补偿电压值为所述当前电角度的目标电压值进行补偿；
控制模块(630)，用于给定所述当前电角度的目标电压值，并将第一电角度的补偿电压和第二电角度的补偿电压的平均值作为所述当前电角度对应的补偿电压值；
其中，所述第一电角度和所述第二电角度均处于上一周期、且在数值上临近目标电角度，所述第一电角度和所述目标电角度的角度差等于所述第二电角度与所述目标电角度的角度差。
6.根据权利要求5所述的交流电机零电流钳位效应的补偿系统，其特征在于，所述获取模块(610)还用于获取所述第一电角度对应的第一实际控制电流和第一目标控制电流，并获取所述第二电角度对应的第二实际控制电流和第二目标控制电流，所述控制模块(630)具体用于根据所述第一实际控制电流和所述第一目标控制电流得到第一电流差值，并根据所述第二实际控制电流和所述第二目标控制电流得到第二电流差值，所述控制模块(630)还用于根据所述第一电流差值得到第一电压，并根据所述第二电流差值得到第二电压，所述控制模块(630)还用于在所述第一电压超出电压预设范围和/或所述第二电压超出所述电压预设范围时，控制所述获取模块(610)获取所述电机的当前电角度。
7.根据权利要求5或6所述的交流电机零电流钳位效应的补偿系统，其特征在于，所述角度差由电机转速和电机转速采样周期所决定。
8.根据权利要求5或6所述的交流电机零电流钳位效应的补偿系统，其特征在于，所述控制模块(630)根据如下公式得到所述目标电角度的补偿电压值：
其中，Δθ是所述目标电角度，T是周期，n是周期的序号，Vr(kT)是采样时间kT的输出，Vr(kT)是所述目标电角度的补偿电压值，Vr()表示以括号为条件的电压。
9.一种电机控制器，其特征在于，包括权利要求5-8任一项所述的交流电机零电流钳位效应的补偿系统。
10.一种电动汽车，其特征只在于，设置有权利要求9所述的电机控制器。
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Denomination of invention: Compensation method, compensation system, motor controller and electric vehicle of AC motor Effective date of registration: 20211213 Granted publication date: 20210514 Pledgee: BEIJING AUTOMOTIVE GROUP Co.,Ltd. Pledgor: Borgward Automotive (China) Co., Ltd. Registration number: Y2021990001167 |
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Granted publication date: 20210514 |
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Date of cancellation: 20231201 Granted publication date: 20210514 Pledgee: BEIJING AUTOMOTIVE GROUP Co.,Ltd. Pledgor: Beijing baowo Automobile Co.,Ltd.|Borgward Automotive (China) Co., Ltd. Registration number: Y2021990001167 |
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| PC01 | Cancellation of the registration of the contract for pledge of patent right |