CN110417317A

CN110417317A - 实现电动汽车驱动电机的矢量控制电流参数生成和标定的工艺方法

Info

Publication number: CN110417317A
Application number: CN201910717465.1A
Authority: CN
Inventors: 王俊; 肖浩; 孙斌; 郑富辉; 邵勤; 蒋冬辉; 陈斌根; 王贵强; 单鹏; 刘世猛; 朱莉雅
Original assignee: DONGFENG ELECTRONIC TECHNOLOGY Co Ltd
Current assignee: DONGFENG ELECTRONIC TECHNOLOGY Co Ltd
Priority date: 2019-08-05
Filing date: 2019-08-05
Publication date: 2019-11-05

Abstract

本发明涉及一种实现电动汽车驱动电机的矢量控制电流参数生成和标定的工艺方法，包括以下步骤：(1)确定电机及控制器台架试验标定离散点的电流路径；(2)台架试验测定特定离散点的控制电流参数(3)对离散标定数据进行拟合，生成曲面，作为标定函数；(4)根据电机控制算法需求，利用标定函数生成所需控制电流参数(5)将生成的控制电流参数适应性修正后导入到电机控制器软件扭矩环模块用于扭矩指令控制。采用了本发明的实现电动汽车驱动电机的矢量控制电流参数生成和标定的工艺方法，通过数据拟合得到全域(id，iq)‑(Te，ω)的离散数据，该数据处理方法的和方差趋近于0，拟合精度高，实现了高效率、高精度的快速标定功能。

Description

实现电动汽车驱动电机的矢量控制电流参数生成和标定的工艺方法

技术领域

本发明涉及电动汽车领域，尤其涉及电动汽车电机控制领域，具体是指一种实现电动汽车驱动电机的矢量控制电流参数生成和标定的工艺方法。

背景技术

随着电动汽车产业的发展，永磁同步电机成为最主要的电动汽车驱动电机类型，目前普遍采用基于转子坐标系的矢量控制技术驱动永磁同步电机，其原理是将电机三相采用Clarke-Park数学变换的方式实现交流电机直流化，采用类似于直流电机的调速和扭矩控制方法，计算控制参数，使用电压空间矢量调制(SVPWM)算法，计算出三相线圈的各相的通电时间，对电机实施控制。计算过程涉及微分方程求解，以及电机参数设置验证，算法实现难度较大。为了降低算法复杂度，对永磁同步电机模型进行了适应性简化，因而引入了相应的计算误差，另外，电机运行效率还与电机定子、转子气隙等导致的磁通变化等诸多因素有关，而这些因素在算法模型中均予以简化，因此，为了实现电机始终运行在高效区间，采用离线法标定电机的转速、扭矩与控制电流的对应关系成为了一种行之有效的方法。已有的通过转速、扭矩索引查表获取电流的标定和控制方法，标定数据的密度决定了扭矩控制的精度，但标定数据密度越大，标定的过程越复杂，标定数据越繁多，标定工作周期越长，影响工作效率。

发明内容

本发明的目的是克服了上述现有技术的缺点，提供了一种满足高效率、高精度、周期短的实现电动汽车驱动电机的矢量控制电流参数生成和标定的工艺方法。

为了实现上述目的，本发明的实现电动汽车驱动电机的矢量控制电流参数生成和标定的工艺方法如下：

该实现电动汽车驱动电机的矢量控制电流参数生成和标定的工艺方法，其主要特点是，所述的方法包括以下步骤：

(1)确定电机及控制器台架试验标定离散点的电流路径；

(2)台架试验测定特定离散点的控制电流参数；

(3)对离散标定数据进行拟合，生成曲面，作为标定函数；

(4)根据电机控制算法需求，利用标定函数生成所需控制电流参数；

(5)将生成的控制电流参数进行适应性修正后导入到控制器软件扭矩环模块用于扭矩指令控制。

较佳地，所述的步骤(1)具体包括以下步骤：

(1.1)确定在恒转矩区或恒功率区试验标定离散点的(id，iq)值；

(1.2)确定(id，iq)与(Te，ω)的对应关系。

较佳地，离散数据标定分为恒转矩区和恒功率区，所述的步骤(2)具体包括以下步骤：

(2.1)在恒转矩区按照电流Is从小到大每间隔50A遍历直至最大许用电流，每间隔2～5°计算相应(id，iq)，并记录每个离散点输出扭矩最大的(id，iq)值；

(2.2)在恒功率区按照id从小到大每间隔10A遍历直至最大许用电流，选择适当的iq值，记录使母线电压利用率达到0.9～0.95的(id，iq)值。

较佳地，所述的步骤(3)具体包括以下步骤：

将离散标定得到(id，iq)－(Te，ω)的数据进行拟合，生成相应曲面。

较佳地，所述的步骤(4)具体包括以下步骤：

(4.1)标定函数生成任意密度的离散电流参数；

(4.2)根据插值实际情况选取离散密度，生成所需电机控制电流参数；

较佳地，所述的步骤(3)中的拟合为样条曲面插值。

较佳地，离散数据标定分为恒转矩区和恒功率区，所述的步骤(5)中包括以下步骤：

(5.1)在恒转矩区根据实际台架试验修正数据；

(5.2)在恒功率区计算并舍去超范围数据。

采用了本发明的实现电动汽车驱动电机的矢量控制电流参数生成和标定的工艺方法，仅需要台架试验标定少量离散分布的(Te，ω)组合下的id和iq，通过数据拟合得到全域(id，iq)-(Te，ω)的离散数据，该数据处理方法的和方差趋近于0，拟合精度高，实现了高效率、高精度的快速标定功能。

附图说明

图1为本发明的实现电动汽车驱动电机的矢量电流控制参数标定的方法的标定方法流程示意图。

图2为本发明的实现电动汽车驱动电机的矢量电流控制参数标定的方法的电机控制电流标定路径图。

图3为本发明的实现电动汽车驱动电机的矢量电流控制参数标定的方法的id-(Te，ω)标定函数曲面示意图。

图4为本发明的实现电动汽车驱动电机的矢量电流控制参数标定的方法的iq-(Te，ω)标定函数曲面示意图。

图5为本发明的实现电动汽车驱动电机的矢量电流控制参数标定的方法的相电流波形图。

具体实施方式

为了能够更清楚地描述本发明的技术内容，下面结合具体实施例来进行进一步的描述。

本发明的该实现电动汽车驱动电机的矢量控制电流参数生成和标定的工艺方法，其中包括以下步骤：

(1)确定电机及控制器台架试验标定离散点的电流路径；

(1.2)确定(id，iq)与(Te，ω)的对应关系；

(2)台架试验测定特定离散点的控制电流参数；

(2.2)在恒功率区按照id从小到大每间隔10A遍历直至最大许用电流，选择适当的iq值，记录使母线电压利用率达到0.9～0.95的(id，iq)值；

(3)对离散标定数据进行拟合，生成曲面，作为标定函数；

(4.1)标定函数生成任意密度的离散电流参数；

(5)将生成的控制电流参数进行适应性修正后导入到控制器软件扭矩环模块用于扭矩指令控制；

(5.1)在恒转矩区根据实际台架试验修正数据；

(5.2)在恒功率区计算并舍去超范围数据。

作为本发明的优选实施方式，所述的步骤(3)具体包括以下步骤：

作为本发明的优选实施方式，所述的步骤(3)中的拟合为样条曲面插值。本发明的具体实施方式中，针对传统离线式标定电机控制参数的方法效率低，精度低的缺点，本发明采用一种离散数据标定，高精度拟合的数据后处理方式实现较小标定数据密度条件下的高精度数据输出。在权利要求书及说明书中，id为励磁电流，iq为转矩电流，Te为电磁扭矩，ω为电机转速。

该方法采用台架试验测试获取特定离散点的控制电流参数，利用拟合生成全域控制电流参数，将标定生成的参数导入电机控制器软件扭矩环模块，实现整车控制器发送扭矩指令时，控制器输出相应控制电流的功能，从而实现电机运行。

选定少量离散点进行离线标定，通过拟合函数后再求解，实现高离散密度的插值数据，用于电机控制算法。

A.确定电机及控制器台架试验标定离散点的电流路径；

B.台架试验测定特定离散点的控制电流参数；

C.对离散标定数据进行拟合，生成曲面，作为标定函数；

D.根据电机控制算法需求，利用标定函数生成所需控制电流参数；

E.将生成的控制电流参数进行适应性修正后导入到控制器软件扭矩环模块用于扭矩指令控制。

步骤B具体包括以下步骤：

B1.恒转矩区，按照Is由小到大，间隔2～5°换算id、iq；

B2.恒功率区，按照id由小到大，选取接近或到达电压饱和值的iq。

B2步骤，选定(id、iq)组合时，电压利用率维持在0.9～0.95范围内。

步骤C，将离散标定得到(id，iq)-(Te，ω)数据进行样条曲面拟合，生成相应曲面，该曲面即电机控制所需电流参数，该样条曲线插值法拟合后的和方差趋近于0，确定系数趋近于1，表明该数据拟合方法具有相对较高的精度和置信度。

步骤E，经过标定函数求解所得离散插值数据，在恒转矩区零转速、零扭矩区需要根据实际台架试验修正数据；在恒功率区高转速、高扭矩区需要根据功率-扭矩-转速公式计算并舍去超范围数据。

采用对电机离线标定的方法，在恒转矩区实现MTPA控制算法，在恒功率区实现弱磁控制算法。

本方法按照电机运行速度和输出扭矩，选取一定密度的离散点作为控制算法电流标定数据点，在实验台架上按顺序标定；标定完成后，将离散数据进行函数拟合处理，生成的函数作为标定函数；根据控制算法需要，在标定函数上生成所需要的控制算法电流标定数据。该方法流程如图1所示。

1、确定台架试验电流参数标定路径：

永磁同步电机矢量控制电压方程如下所示：

其中：

Uq为q轴电压；Ud为d轴电压；Rs为绕组电阻；iq为q轴电流；id为d轴电流；

Udq为合成电压矢量副值；Udc为母线电压；Ψd为d轴磁链；Ψq为q轴磁链；ωr为

电机转速；

t为时间；电机控制器全工况分为恒转矩区和恒功率区，因此，离散数据标定相应的分为恒转矩区和恒功率区。

在恒转矩区，电压利用率远小于1，根据安全设计要求，实际电压利用率小于0.9即为恒转矩区，该区间采用MTPA控制算法进行离线标定，即最大力矩电流比控制，该区间电压未饱和，(id，iq)与Te间对应关系与转速无关，随机选取转折速度以下任意转速进行标定。

2.台架试验特定电流参数标定；

按照电流Is从小到大每间隔50A一档，遍历直至最大许用电流，每间隔2～5°计算相应(id，iq)，在台架试验时，记录每个离散点输出扭矩最大的(id，iq)组合。

在恒功率区，电压利用率接近1，实际电压利用率0.9～0.95即为恒转矩区，采用弱磁控制算法进行离线标定，该区间(id，iq)与Te和ω均有关，在每一档转速ω条件下，与恒转矩区类似，按照电流id从小到大每间隔10A(或更小)一档，遍历直至最大许用电流，选择适当的iq值，记录使母线电压利用率达到0.9～0.95的组合。

经过离散点的数据标定，得到(id，iq)与(Te，ω)的对应关系数据。

电流选取路径如说明书附图2所示。

3、电流参数拟合：

将离散标定得到(id，iq)-(Te，ω)数据进行数学拟合，生成相应数学曲面，该曲面即电机控制所需电流参数。常用数学拟合方法有：线性插值、三次插值、双谐函数插值、样条曲面插值、多项式拟合。本发明采用样条曲面插值，经数据拟合，该样条曲线插值法拟合后的和方差趋近于0，确定系数趋近于1，表明该数据拟合方法具有相对较高的精度和置信度，如说明书附图3至说明书附图4所示。

4、标定数据生成：

电机控制算法需要一定密度的电流参数作为插值的基本数据，标定函数可以生成任意密度的离散电流参数，根据插值实际情况适当选取离散密度，生成所需电机控制电流参数。

5.数据修正并导入软件扭矩环模块：

将生成的控制电流参数进行适应性修正后导入到控制器软件扭矩环模块用于扭矩指令控制。

在本发明的具体实施例中，采用该方法对某电机进行标定，该电机额定功率60kw，峰值功率100kw，转折速度4000rpm，最大转速9000rpm，最大扭矩260Nm。经标定得到全范围内(id，iq)-(Te，ω)数据，采用该数据的电机控制算法，得到的相电流波形如说明书附图5所示，0～260Nm范围内输出力矩与输入扭矩指令误差为2～3Nm，满足使用要求。

采用了本发明的实现电动汽车驱动电机的矢量控制电流参数生成和标定的工艺方法，仅需要标定少量离散分布的(Te，ω)组合下的id和iq，通过数据拟合得到全域(id，iq)-(Te，ω)的离散数据，该数据处理方法的和方差趋近于0，拟合精度高，实现了高效率、高精度的快速标定功能。

在此说明书中，本发明已参照其特定的实施例作了描述。但是，很显然仍可以作出各种修改和变换而不背离本发明的精神和范围。因此，说明书和附图应被认为是说明性的而非限制性的。

Claims

1.一种实现电动汽车驱动电机的矢量控制电流参数生成和标定的工艺方法，其特征在于，所述的方法包括以下步骤：

(1)确定电机及控制器台架试验标定离散点的电流路径；

(2)台架试验测定特定离散点的控制电流参数；

(3)对离散标定数据进行拟合，生成曲面，作为标定函数；

2.根据权利要求1所述的实现电动汽车驱动电机的矢量控制电流参数生成和标定的工艺方法，其特征在于，所述的步骤(1)具体包括以下步骤：

(1.2)确定(id，iq)与(Te，ω)的对应关系。

3.根据权利要求1所述的实现电动汽车驱动电机的矢量控制电流参数生成和标定的工艺方法，其特征在于，离散数据标定分为恒转矩区和恒功率区，所述的步骤(2)具体包括以下步骤：

4.根据权利要求1所述的实现电动汽车驱动电机的矢量控制电流参数生成和标定的工艺方法，其特征在于，所述的步骤(3)具体包括以下步骤：

5.根据权利要求1所述的实现电动汽车驱动电机的矢量控制电流参数生成和标定的工艺方法，其特征在于，所述的步骤(4)具体包括以下步骤：

(4.1)标定函数生成任意密度的离散电流参数；

(4.2)根据插值实际情况选取离散密度，生成所需电机控制电流参数。

6.根据权利要求3所述的实现电动汽车驱动电机的矢量控制参数标定的方法，其特征在于，所述的步骤(3)中的数学拟合为样条曲面插值。

7.根据权利要求5所述的实现电动汽车驱动电机的矢量控制电流参数生成和标定的工艺方法，其特征在于，离散数据标定分为恒转矩区和恒功率区，所述的步骤(5)中包括以下步骤：

(5.1)在恒转矩区根据实际台架试验修正数据；

(5.2)在恒功率区计算并舍去超范围数据。