CN111555683B - 一种电动车转矩控制方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种电动车转矩控制方法，包括以下步骤：S1、通过采样获取转把开度R、电压矢量US和母线电流IDC；S2、根据转把开度R，由电机转矩外特性曲线方程计算出转把转矩指令IS‑REF1；S3、根据母线电流IDC计算得到电流转矩指令IS‑REF2；S4、根据电压矢量US计算得到速度转矩指令IS‑REF3，S5、以步骤S2得到的转把转矩指令IS‑REF1作为主转矩输出，步骤S3得到的电流转矩指令IS‑REF2和步骤S4得到的速度转矩指令IS‑REF3作为限制量对主转矩输出进行修正，计算得到目标转矩指令IS‑REF，其计算公式为：目标转矩指令IS‑REF＝Min[IS‑MAX,IS‑REF1,IS‑REF2,IS‑REF3]。

Description

一种电动车转矩控制方法
技术领域
本发明涉及电机矢量控制领域，尤其涉及一种电动车转矩控制方法。
背景技术
随着电动车的需求日渐增多，人们对电动车的骑行加速体验要求更高，在加速时间、加速效果上提出了各种性能指标。现有电动车市场上主流的调速方案是根据转把开度计算得到目标速度，再经过速度PI环路计算得到目标转矩，其存在由于转把开度对应的转矩分配不均匀导致骑行加速体验不佳的问题，因此，有必要研究一种改善电动车骑行加速效果的方法来解决上述问题。
发明内容
本发明目的是针对上述问题，提供一种改善骑行加速效果的电动车转矩控制方法。
为了实现上述目的，本发明的技术方案是：
一种电动车转矩控制方法，包括以下步骤：
S1、通过采样获取转把开度R、电压矢量US和母线电流IDC；
S2、根据转把开度R，由电机转矩外特性曲线方程计算出转把转矩指令IS-REF1；
S3、根据母线电流IDC计算得到电流转矩指令IS-REF2；
S4、根据电压矢量US计算得到速度转矩指令IS-REF3，
S5、以步骤S2得到的转把转矩指令IS-REF1作为主转矩输出，步骤S3得到的电流转矩指令IS-REF2和步骤S4得到的速度转矩指令IS-REF3作为限制量对主转矩输出进行修正，计算得到目标转矩指令IS-REF，其计算公式为：
目标转矩指令IS-REF＝Min[IS-MAX,IS-REF1,IS-REF2,IS-REF3]。
进一步的，所述步骤S1包括以下步骤：
S11、通过控制器采集转把的输出电压并做滤波处理，根据转把电压量程进行归一化处理得到转把开度R；
S12、通过电机在dq旋转坐标系下的电压方程，获取直轴电压分量Ud和交轴电压分量Uq，计算得到电压矢量US；其计算公式为：
Figure GDA0003152855830000021
Figure GDA0003152855830000022
其中，US为电压矢量，Ud为直轴电压分量，Uq为交轴电压分量，Id为直轴电流分量，Iq为交轴电流分量，
Figure GDA0003152855830000023
为直轴磁链，
Figure GDA0003152855830000024
为交轴磁链，ωe为转子电角速度，Rs为定子绕组；
S13、通过控制器采集直流侧母线电流并做滤波处理，根据电流量程进行归一化处理得到母线电流IDC。
进一步的，所述步骤S2包括以下步骤：
S21、通过转把开度R求得转矩负荷系数L；
S22、通过电机转矩外特性曲线方程进行滤波处理后得到转把转矩指令IS-REF1，电机转矩外特性曲线方程的计算公式为：
Figure GDA0003152855830000025
其中，IS-REF1为转把转矩指令，L为转矩负荷系数，IS-MAX为电流矢量峰值，US为电压矢量，U0为电压矢量基值。
进一步的，所述步骤S3中，将母线电流峰值IDC-MAX与母线电流IDC作差获得电流偏差量，根据电流偏差量计算得到电流转矩指令IS-REF2。
进一步的，所述步骤S4中将电压矢量峰值US-MAX与电压矢量US作差获得速度偏差量，根据速度偏差量计算得到速度转矩指令IS-REF3。
与现有技术相比，本发明具有的优点和积极效果是：
1、本发明利用转把开度直接计算出目标转矩，使得电机的输出功率分配更合理，提高了电动车的骑行加速体验；
2、本发明通过调整转矩负荷系数L便可获得不同的骑行加减速效果，满足了人们对电动车的各种骑行需求；
3、本发明采用归一化计算免除了离线标定等繁琐工作，对不同参数的电机表现出了较强的通配性，其具有很好的市场推广前景。
附图说明
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，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，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性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明的框架流程图；
图2为步骤S102的示意图；
图3为步骤S103的示意图；
图4为步骤S104的示意图。
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，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
本实施例提供了一种电动车转矩控制方法，利用转把直接计算得到目标转矩，取代现有的转把速度环调速方案，为了方便说明，统一规定转把开度为R，转矩负荷系数为L，电流矢量峰值为IS-MAX，电压矢量为US，电压矢量峰值为US-MAX，电压矢量基值为U0，母线电流为IDC，母线电流峰值为IDC-MAX，上述数据需要根据各自的量程进行归一化处理。其中转矩负荷系数L是关于转把开度R的任意单调递增函数；电流矢量峰值IS-MAX是指矢量控制中规定的旋转电流矢量最大值；电压矢量US是指矢量控制中的旋转电压矢量幅值；电压矢量峰值US-MAX是指矢量控制中规定的旋转电压矢量最大值；电压矢量基值U0是指电机的恒转矩区与恒功率区切换处对应的电压矢量幅值，通过在线辨识获得；母线电流IDC是指电机驱动器直流侧母线输出电流；母线电流峰值IDC-MAX是指电机驱动器规定的直流侧母线最大输出电流。
本发明具体实施步骤可分为五步，如图1所示：
一、步骤S101，通过控制器采样，获取转把开度R、电压矢量US和母线电流IDC。
1、采集转把的输出电压并做滤波处理，根据转把电压量程进行归一化处理得到转把开度R。
2、永磁同步电机在dq旋转坐标系下的电压方程为：
Figure GDA0003152855830000041
在永磁同步电机矢量控制中，获取归一化后的直轴电压分量Ud和交轴电压分量Uq，求平方和再开平方得到电压矢量US：
Figure GDA0003152855830000051
其中，US为电压矢量，Ud为直轴电压分量，Uq为交轴电压分量，Id为直轴电流分量，Iq为交轴电流分量，
Figure GDA0003152855830000052
为直轴磁链，
Figure GDA0003152855830000053
为交轴磁链，ωe为转子电角速度，Rs为定子绕组。
3、采集直流侧母线电流并做滤波处理，根据电流量程进行归一化处理得到母线电流IDC。
二、步骤S102，根据转把开度状态，由电机转矩外特性曲线方程计算出转把转矩指令IS-REF1，如图2所示：
1、首先，由转把开度R经过一定的函数关系查表得到转矩负荷系数L。转矩负荷系数L是关于转把开度R的任意单调递增函数，二者的值域相同；表是根据上述函数关系生成的(比如可以是L＝R2)，查表只是将转把开度R映射到转矩负荷系数L的一种方式，查表是为了减少运算时间；转矩负荷系数L主要影响转把开度对应的转矩外特性均匀程度，通过调整转矩负荷系数L可以获得不同的骑行加减速效果。
2、最后，将第1步的转矩负荷系数L和步骤S101中的电压矢量US代入到电机转矩外特性曲线方程进行滤波处理后得到转把转矩指令IS-REF1输出，上述步骤称为转矩MAP计算。电机转矩外特性曲线方程如下式所示：
Figure GDA0003152855830000054
三、步骤S103，为对电机驱动器输出功率进行限制，根据母线电流计算电流转矩指令，如图3所示：
将母线电流峰值IDC-MAX与步骤S101中的母线电流IDC作差获得电流偏差量，设计电流PI控制器并根据电流偏差量计算得到电流转矩指令IS-REF2输出，实现限制电机驱动器输出功率的目的。
电流偏差量通过PI控制器计算得到电流转矩指令IS-REF2；PI控制器的计算公式为：
Figure GDA0003152855830000061
其中：u(t)为输出量，这里特指电流转矩指令IS-REF2；e(t)为输入量，这里特指电流偏差量(IDC-MAX-IDC)；Kp为比例系数；Ti为积分时间常数。
四、步骤S104，为对电动车各档位的最大速度进行限制，根据电压矢量计算得到速度转矩指令，如图4所示：
将当前档位对应的电压矢量峰值US-MAX与步骤S101中的电压矢量US作差获得速度偏差量，设计速度PI控制器并根据速度偏差量计算得到速度转矩指令IS-REF3输出，实现限制电动车档位速度的目的。
速度偏差量通过PI控制器计算得到速度转矩指令IS-REF3；
PI控制器的计算公式为：
Figure GDA0003152855830000062
其中：u(t)为输出量，这里特指速度转矩指令IS-REF3；e(t)为输入量，这里特指速度偏差量(US-MAX-US)；Kp为比例系数；Ti为积分时间常数。
五、步骤S105，汇总步骤S102～S104中计算的转矩指令，做限幅、取最小值等修正处理后生成目标转矩指令：
转把转矩指令IS-REF1作为主转矩输出，电流转矩指令IS-REF2和速度转矩指令IS-REF3作为附加的限制量对其进行修正，生成目标转矩指令IS-REF＝Min[IS-MAX,IS-REF1,IS-REF2,IS-REF3]。
本发明具有以下积极效果：
1、本发明利用转把开度直接计算出目标转矩，使得电机的输出功率分配更合理，提高了电动车的骑行加速体验；
2、本发明通过调整转矩负荷系数L便可获得不同的骑行加减速效果，满足了人们对电动车的各种骑行需求；
3、本发明采用归一化计算免除了离线标定等繁琐工作，对不同参数的电机表现出了较强的通配性，其具有很好的市场推广前景。

Claims (3)

1.一种电动车转矩控制方法，其特征在于：包括以下步骤：
S1、通过采样获取转把开度R、电压矢量US和母线电流IDC；
S11、通过控制器采集转把的输出电压并做滤波处理，根据转把电压量程进行归一化处理得到转把开度R；
S12、通过电机在dq旋转坐标系下的电压方程，获取直轴电压分量Ud和交轴电压分量Uq，计算得到电压矢量US；其计算公式为：
Figure FDA0003152855820000011
Figure FDA0003152855820000012
其中，US为电压矢量，Ud为直轴电压分量，Uq为交轴电压分量，Id为直轴电流分量，Iq为交轴电流分量，
Figure FDA0003152855820000013
为直轴磁链，
Figure FDA0003152855820000014
为交轴磁链，ωe为转子电角速度，Rs为定子绕组；
S13、通过控制器采集直流侧母线电流并做滤波处理，根据电流量程进行归一化处理得到母线电流IDC；
S2、根据转把开度R，由电机转矩外特性曲线方程计算出转把转矩指令IS-REF1；
S21、通过转把开度R求得转矩负荷系数L；
S22、通过电机转矩外特性曲线方程进行滤波处理后得到转把转矩指令IS-REF1，电机转矩外特性曲线方程的计算公式为：
Figure FDA0003152855820000021
其中，IS-REF1为转把转矩指令，L为转矩负荷系数，IS-MAX为电流矢量峰值，US为电压矢量，U0为电压矢量基值；
S3、根据母线电流IDC计算得到电流转矩指令IS-REF2；
S4、根据电压矢量US计算得到速度转矩指令IS-REF3；
S5、以步骤S2得到的转把转矩指令IS-REF1作为主转矩输出，步骤S3得到的电流转矩指令IS-REF2和步骤S4得到的速度转矩指令IS-REF3作为限制量对主转矩输出进行修正，计算得到目标转矩指令IS-REF，其计算公式为：
目标转矩指令IS-REF＝Min[IS-MAX,IS-REF1,IS-REF2,IS-REF3]。
2.如权利要求1所述的电动车转矩控制方法，其特征在于：所述步骤S3中，将母线电流峰值IDC-MAX与母线电流IDC作差获得电流偏差量，根据电流偏差量计算得到电流转矩指令IS-REF2。
3.如权利要求2所述的电动车转矩控制方法，其特征在于：所述步骤S4中将电压矢量峰值US-MAX与电压矢量US作差获得速度偏差量，根据速度偏差量计算得到速度转矩指令IS-REF3。
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Address after: No. 3 Gongye West Road, Songshan Lake Park, Dongguan City, Guangdong Province, 523000

Patentee after: Guangdong Gaobiao Intelligent Technology Co.,Ltd.

Address before: No.3, Gongye West Road, Songshanhu high tech Industrial Development Zone, Dongguan City, Guangdong Province

Patentee before: SHENZHEN GOBAO ELECTRONIC TECHNOLOGY Co.,Ltd.