CN110739895A - 一种基于旋变初始位置的电机控制方法及装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及新能源汽车电机控制领域，具体涉及一种基于旋变初始位置的电机控制方法及装置。本发明通过增加一个补偿的环节，在补偿环节中通过检测电机状态参数计算旋变初始位置，根据旋变初始位置计算电机目标值的补偿值并进行叠加，从而对电机进行控制。本发明通过多次检测并判断是否在设定范围，从而丢弃不符合条件的检测结果，然后根据多个检测结果计算旋变初始位置，能够更好地反应电机的运行情况。本发明避免了在高速零转矩工况下，由于旋变初始位置偏差，电机处于发电工况，导致电机控制器过压。

Description

一种基于旋变初始位置的电机控制方法及装置

技术领域

本发明涉及电机控制领域，具体涉及一种基于旋变初始位置的电机控制方法及装置。

背景技术

随着石油、煤炭等传统能源日益枯竭，环境污染的不断加剧，新能源汽车已成为汽车行业发展的必然趋势。电机系统是新能源汽车的核心部件，其主要功能为控制驱动电机工作，为车辆提供动力，并且在车辆制动时可以提供辅助制动功能，将制动能量回收利用。可以说电机系统的工作状态直接影响着整车动力输出，直接影响新能源汽车的行车安全。旋变的初始位置，作为电机控制的基点，对电机转矩控制的精度起着决定性作用。旋变初始位置的偏差会导致电机系统输出转矩偏小或者电流控制紊乱，进而导致整车动力中断。

目前针对旋变初始位置检测方法可分为电机出厂检测旋变初始位置和整车安装完成后检测旋变初始位置。电机出厂检测方法为电机厂家在电机出厂时将电机的旋变初始位置标记在电机铭牌上，在整车安装电机时，将旋变初始位置提供给控制器厂商进行控制程序确定。整车安装完成后将电机转速拖至一定值后进行检测。将检测后的值写进电机控制程序中。

上述两种方法检测出的旋变初始位置写到控制程序后，旋变初始位置不可改变，无法避免在旋变初始位置检测过程中，人为的失误造成的旋变初始位置出错，从而导致电机系统输出转矩偏小或者电流控制紊乱使整车动力中断。在高速零转矩工况下，由于旋变初始位置偏差，电机处于发电工况，导致电机控制器过压。

发明内容

本发明的目的是提供一种基于旋变初始位置的电机控制方法及装置，用以解决旋变初始位置有偏差时容易导致电机控制器出现故障的问题。

为实现上述目的，本发明提供了一种基于旋变初始位置的电机控制方法，包括以下步骤：

当电机工作在设定工况时，检测电机运行状态参数；

根据所述运行状态参数计算旋变初始位置；

用计算得到的旋变初始位置计算补偿值，

将目标值、反馈值与所述补偿值叠加形成控制指令，控制电机运行。

进一步的，所述设定工况包括：电机的需求转矩为零，电机的转速大于设定的高速阈值。

进一步的，所述计算旋变初始位置的过程包括：

每个采样周期进行一次旋变初始位置检测，每次检测后判断检测结果是否有效，若有效则记录检测结果；若检测结果在设定范围内，则判断有效，反之无效；

判断是否完成预定的检测次数，如果完成检测次数且记录有至少一次检测结果，则根据记录的检测结果计算得到旋变初始位置。

进一步的，所述运行状态参数包括弱磁电压和励磁电压，根据所述弱磁电压和励磁电压计算得到旋变初始位置：

其中，γ为所述旋变初始位置，单位为弧度；Uq为所述励磁电压，Ud为所述弱磁电压。

进一步的，所述补偿值包括励磁补偿电流和弱磁补偿电流，根据所述励磁补偿电流和弱磁补偿电流分别对目标励磁电流和目标弱磁电流进行调整；

所述励磁补偿电流和所述弱磁补偿电流分别为：

Iqr＝Iq*sinγ

Idr＝(1-cosγ)*Id

其中，Iqr为所述励磁补偿电流，Idr为所述弱磁补偿电流，γ为所述旋变初始位置，Iq为所述目标励磁电流，Id为所述目标弱磁电流。

本发明还提供了一种基于旋变初始位置的电机控制装置，包括处理器和存储器，所述存储器存储有所述处理器实现如下方法的指令：

当电机工作在设定工况时，检测电机运行状态参数；

根据所述运行状态参数计算旋变初始位置；

用计算得到的旋变初始位置计算补偿值，

将目标值、反馈值与所述补偿值叠加形成控制指令，控制电机运行。

进一步的，所述设定工况包括：电机的需求转矩为零，电机的转速大于设定的高速阈值。

进一步的，所述计算旋变初始位置的过程包括：

每个采样周期进行一次旋变初始位置检测，每次检测后判断检测结果是否有效，若有效则记录检测结果；若检测结果在设定范围内，则判断有效，反之无效；

判断是否完成预定的检测次数，如果完成检测次数且记录有至少一次检测结果，则根据记录的检测结果计算得到旋变初始位置。

进一步的，所述运行状态参数包括弱磁电压和励磁电压，根据所述弱磁电压和励磁电压计算得到旋变初始位置：

其中，γ为所述旋变初始位置，单位为弧度；Uq为所述励磁电压，Ud为所述弱磁电压。

进一步的，所述补偿值包括励磁补偿电流和弱磁补偿电流，根据所述励磁补偿电流和弱磁补偿电流分别对目标励磁电流和目标弱磁电流进行调整；

所述励磁补偿电流和所述弱磁补偿电流分别为：

Iqr＝Iq*sinγ

Idr＝(1-cosγ)*Id

其中，Iqr为所述励磁补偿电流，Idr为所述弱磁补偿电流，γ为所述旋变初始位置，Iq为所述目标励磁电流，Id为所述目标弱磁电流。

本发明的有益效果是：通过增加一个补偿的环节，在补偿环节中通过检测电机状态参数计算旋变初始位置，根据旋变初始位置计算电机目标值的补偿值并进行叠加，从而对电机进行控制，避免了在高速零转矩工况下，由于旋变初始位置偏差，电机处于发电工况，导致电机控制器过压。

同时通过多次检测并判断是否在设定范围，从而丢弃不符合条件的检测结果，然后根据多个检测结果计算旋变初始位置，能够更好地反应电机的运行情况。本发明通过获取弱磁电压和励磁电压计算得到旋变初始位置，计算简单，容易实现；

同时本发明根据计算得到的旋变初始位置，计算得到弱磁补偿电流和励磁补偿电流，从而实现对目标弱磁电流和目标励磁电流的调整。

附图说明

图1是现有电机控制器电压矢量控制原理图；

图2是本发明电机控制器电压矢量控制原理图；

图3是本发明方法的流程图；

图4是本发明实施例的流程图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明做进一步详细的说明。

目前电机控制器基本采用电压矢量控制，电压矢量控制原理如图1所示，包括：

1、整车需求转矩Tq通过电机电流查表模块，得到目标弱磁电流Id、目标励磁电流Iq；

2、电流变换模块利用采集到的电机三相电流Ia、Ib、Ic和旋变位置信号θ，通过坐标变换得到电机反馈的实际弱磁电流Idf以及实际励磁电流Iqf；

3、目标弱磁电流Id与实际弱磁电流Idf通过PID调节得到弱磁电压Ud；目标励磁电流Iq与实际励磁电流Iqf通过PID调节得到励磁电压Uq；

4、励磁电压Uq与弱磁电压Ud结合旋变位置信号θ，通过电压矢量控制得到控制电机三相电压，进而控制电机运行。

本发明针对旋变初始位置检测完成后出现旋变初始位置偏差问题，提出了一种基于旋变初始位置的电机控制方法及装置。

如图2所示为本发明电机电压矢量控制示意图，结合图3流程图可得，本发明的方法包括：在整车运行过程中，当电机转速处于特定转速范围内，并且整车对电机需求转矩为0时，电机控制器维持一定时间零转矩输出状态。在此段时间范围内，电机控制器计算出旋变初始位置。电机控制器根据此旋变初始位置修正电机反馈的弱磁电流与励磁电流，避免在高速零转矩工况下，由于旋变初始位置偏差，电机处于发电工况，导致电机控制器过压。

下面给出一个具体的实施例，需要说明的是，本实施例中介绍的是电机处于高速零转矩的工况，但是电机的工况并不限于上述的高速零转矩，在其他工况下也适用本发明的方法。

本实施例的具体方法步骤如图4所示，包括：

一、电机控制器根据整车需求转矩Tq、电机转速n、弱磁电压Ud、励磁电压Uq得到旋变初始位置γ。当整车需求转矩为0，电机转速大于某一特定值n0时，采集此时电机的弱磁电压Ud、励磁电压Uq。通过三角函数计算得到旋变初始位置γ，公式如下：

需要说明的是，现有技术中也存在其他的计算公式和方法，因此计算旋变初始位置的方式不限于本发明提供的方法，可以采用现有的任意一种计算方法。

二、判断旋变初始位置γ是否在限定的范围内，公式如下：

γ1<γ<γ2 (2)

若计算得到的旋变初始位置超过限定范围，则将此次计算的旋变初始位置舍弃，如果在限定范围内则记录下来；限定的范围根据电机默认的旋变初始位置进行分析得到。

三、判断对旋变初始位置的计算是否达到设定次数，如果没有则继续检测弱磁电压和励磁电压并计算对应的旋变初始位置；如果达到设定次数则对已经记录的旋变初始位置值求平均值γ0，该平均值即为最新的旋变初始位置；在其他实施例中，计算最新的旋变初始位置的方法不限于本发明提供的求平均值的方法，也可以采用其他计算方式计算得到最新的旋变初始位置，但是这些等效的计算变换均属于本发明的保护范围。

四、电机控制器根据整车需求转矩Tq、电机转速n、最新的旋变初始位置γ0得到励磁补偿电流Iqr、弱磁补偿电流Idr。励磁补偿电流Iqr、弱磁补偿电流Idr补偿公式如下：

Iqr＝Iq*sinγ₀ (3)

Idr＝(1-cosγ₀)*Id (4)

其中，Iqr为励磁补偿电流，Idr为弱磁补偿电流，γ₀为最新的旋变初始位置，Iq为励磁电流，Id为弱磁电流。

根据图2可以得到，励磁补偿电流和弱磁补偿电流反馈到励磁电流和弱磁电流的输出端，与电机反馈的实际弱磁电流Idf以及实际励磁电流Iqf共同作用于目标励磁电流和目标弱磁电流，然后通过PID控制调整弱磁电压和励磁电压的大小。

本发明中在根据弱磁电压和励磁电压计算旋变初始位置时，可以按照设定频率进行多次计算，也可以只进行一次计算，当只进行一次计算时并且计算得到的旋变初始位置不在设定范围内时，将此次得到的计算结果丢弃，按照电机默认的旋变初始位置进行后续计算，如果在设定范围，则按照计算结果计算励磁补偿电流和弱磁补偿电流。如果多次计算后没有保留的旋变初始位置，则也按照电机默认的旋变初始位置进行后续计算。

以上实施例给出的是适用于汽车电机的控制方法，由于本发明的实质在于对电机的控制，因此，作为其他实施方式，本发明的方法也可以应用在除汽车电机以外的电机中。

同时本发明是对电机电流环控制进行的研究，但是对于本领域的人员来说，根据本发明的方法很容易改为电压环控制，因此将本发明的方法应用于电机电压环控制也属于本发明的保护范围。

以上给出了本发明涉及的具体实施方式，但本发明不局限于所描述的实施方式，例如对本发明方法中具体数值的选取，或者计算公式的简单变换，这样形成的技术方案是对上述实施例进行微调形成的，这种技术方案仍落入本发明的保护范围内。

Claims (10)

1.一种基于旋变初始位置的电机控制方法，其特征在于，包括以下步骤：

当电机工作在设定工况时，检测电机运行状态参数；

根据所述运行状态参数计算旋变初始位置；

用计算得到的旋变初始位置计算补偿值，

将目标值、反馈值与所述补偿值叠加形成控制指令，控制电机运行。

2.根据权利要求1所述的一种基于旋变初始位置的电机控制方法，其特征在于，所述设定工况包括：电机的需求转矩为零，电机的转速大于设定的高速阈值。

3.根据权利要求1或2所述的一种基于旋变初始位置的电机控制方法，其特征在于：所述计算旋变初始位置的过程包括：

每个采样周期进行一次旋变初始位置检测，每次检测后判断检测结果是否有效，若有效则记录检测结果；若检测结果在设定范围内，则判断有效，反之无效；

判断是否完成预定的检测次数，如果完成检测次数且记录有至少一次检测结果，则根据记录的检测结果计算得到旋变初始位置。

4.根据权利要求3所述的一种基于旋变初始位置的电机控制方法，其特征在于：所述运行状态参数包括弱磁电压和励磁电压，根据所述弱磁电压和励磁电压计算得到旋变初始位置：

其中，γ为所述旋变初始位置，单位为弧度；Uq为所述励磁电压，Ud为所述弱磁电压。

5.根据权利要求4所述的一种基于旋变初始位置的电机控制方法，其特征在于：所述补偿值包括励磁补偿电流和弱磁补偿电流，根据所述励磁补偿电流和弱磁补偿电流分别对目标励磁电流和目标弱磁电流进行调整；

所述励磁补偿电流和所述弱磁补偿电流分别为：

Iqr＝Iq*sinγ

Idr＝(1-cosγ)*Id

其中，Iqr为所述励磁补偿电流，Idr为所述弱磁补偿电流，γ为所述旋变初始位置，Iq为所述目标励磁电流，Id为所述目标弱磁电流。

6.一种基于旋变初始位置的电机控制装置，包括处理器和存储器，其特征在于，所述存储器存储有所述处理器实现如下方法的指令：

当电机工作在设定工况时，检测电机运行状态参数；

根据所述运行状态参数计算旋变初始位置；

用计算得到的旋变初始位置计算补偿值，

将目标值、反馈值与所述补偿值叠加形成控制指令，控制电机运行。

7.根据权利要求6所述的一种基于旋变初始位置的电机控制装置，其特征在于，所述设定工况包括：电机的需求转矩为零，电机的转速大于设定的高速阈值。

8.根据权利要求6或7所述的一种基于旋变初始位置的电机控制装置，其特征在于：所述计算旋变初始位置的过程包括：

每个采样周期进行一次旋变初始位置检测，每次检测后判断检测结果是否有效，若有效则记录检测结果；若检测结果在设定范围内，则判断有效，反之无效；

判断是否完成预定的检测次数，如果完成检测次数且记录有至少一次检测结果，则根据记录的检测结果计算得到旋变初始位置。

9.根据权利要求8所述的一种基于旋变初始位置的电机控制装置，其特征在于：所述运行状态参数包括弱磁电压和励磁电压，根据所述弱磁电压和励磁电压计算得到旋变初始位置：

其中，γ为所述旋变初始位置，单位为弧度；Uq为所述励磁电压，Ud为所述弱磁电压。

10.根据权利要求9所述的一种基于旋变初始位置的电机控制装置，其特征在于：所述补偿值包括励磁补偿电流和弱磁补偿电流，根据所述励磁补偿电流和弱磁补偿电流分别对目标励磁电流和目标弱磁电流进行调整；

所述励磁补偿电流和所述弱磁补偿电流分别为：

Iqr＝Iq*sinγ

Idr＝(1-cosγ)*Id

其中，Iqr为所述励磁补偿电流，Idr为所述弱磁补偿电流，γ为所述旋变初始位置，Iq为所述目标励磁电流，Id为所述目标弱磁电流。

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