CN111585491A - 一种永磁同步电机转矩补偿方法 - Google Patents

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Abstract

一种永磁同步电机的转矩补偿方法，包含以下步骤：获取永磁同步电机在空载运行时不同旋转方向下的转速n所对应的摩擦扭矩Tfri；获取永磁同步电机在温度t、转速n、给定扭矩Tind下所对应的扭矩偏差Terr的三维表格；给定扭矩指令Tind和电机转速n对最终输出用于查d、q轴电流表的扭矩指令Tcor进行修正以及对电机反馈的电角度Eθ进行修正。本发明不需增加硬件设备，通过实验建立得到的扭矩偏差Terr三维表格、摩擦扭矩Tfri表格和角度误差θcmp二维表格，将电机运行中的电子电路中的信号延时造成的定子电流的偏差、及环境因素造成的永磁同步电机转矩损失进行补偿，保证了电机转矩的控制精度。

Description

一种永磁同步电机转矩补偿方法
技术领域
本发明涉及转矩补偿领域，具体涉及一种永磁同步电机转矩补偿方法。
背景技术
由于能量密度大和效率高，永磁同步电机在新能源汽车领域获得了广泛的应用。电磁转矩是电机的一个重要外特性变量，在大部分汽车应用场合，它需要得到快速、准确的控制，以满足人们对汽车的性能要求。但由于成本、精度、可靠性、安装、信号处理及响应带宽等方面的考虑，基于转矩传感器的电磁转矩直接反馈控制往往难以实现，故此在实际应用中电磁转矩的控制通常是间接实现的。
目前最常用的电磁转矩控制方法是基于定子电流反馈控制实现的，转矩指令经过转矩-电流表转化为定子电流指令，然后电流调节器根据电流指令和电流反馈来确定定子电压指令，最终由逆变器执行电压指令，从而达到控制转矩控制的目的。电流指令是通过查表得到的，由于电机的非线性因素的影响、获取实验数据过程中环境因素的影响及线性插值的查表方法存在一定的误差导致电流指令出现误差；同时考虑到电流采样及角度采样的不同步性及采样存在的延时误差导致电流反馈值出现偏差。
为此，本专利提出了一种永磁同步电机的转矩补偿方法，以解决因电流指令及反馈电流偏差造成的转矩的偏差。
发明内容
根据背景技术提出的问题，本发明提供一种永磁同步电机转矩补偿方法来解决，接下来对本发明做进一步地阐述。
一种永磁同步电机的转矩补偿方法，包含以下步骤：
获取在同一给定扭矩下，不同转速n下的角度误差θcmp，得到的角度误差值θcmp的二维表格；
获取永磁同步电机在空载运行时不同旋转方向下的转速n所对应的摩擦扭矩Tfri；
获取永磁同步电机在温度t、转速n、给定扭矩Tind下所对应的扭矩偏差Terr的三维表格；
给定扭矩指令Tind和电机转速n，获取电机当前的运行象限并利用获取的扭矩偏差Terr三维表格、摩擦扭矩Tfri对最终输出用于查d_q轴电流表的扭矩指令Tcor进行修正；获取角度误差值θcmp二维表格并对电机反馈的电角度Eθ进行修正。
优选地，对于角度误差值θcmp二维表格的获取，给定一Tind转矩，逐步地改变转速n，获取各转速n所对应的角度误差θcmp，最终获取关于转速n的角度误差θcmp二维表格。
优选地，对于摩擦扭矩Tfri表格的试验获取，包含以下步骤：
断开被测电机与控制器之间的三相动力线，利用测功机使被测电机运行在任意一方向下的转速n下，获取此时被测电机输出的实际扭矩值也即摩擦扭矩Tfri，通过逐步的改变转速n，获取各转速n下所对应的摩擦扭矩Tfri，再获取其他方向下的转速n所对应的摩擦扭矩Tfri，最终得到电机在不同旋转方向下的转速n所对应的摩擦扭矩Tfri。
优选地，对于扭矩偏差Terr三维表格的试验获取，包含以下步骤：
在一运行温度t下，将被测电机运行在给定扭矩Tind下的任意一运行方向下，获取一转速n下实际测量到的电机输出扭矩与给定扭矩指令Tind之间的扭矩偏差Terr，继而获得其他方向下的扭矩偏差Terr；
逐步地改变给定的Tind转矩的值，以同样的方法获取对应的电机各个方向的扭矩偏差Terr，最终获取了在该温度t下，各转速n关于扭矩偏差Terr的二维表格；
以一定的温升提高电机的运行温度t，重复获取电机在各个方向下的转速n关于扭矩偏差Terr对应的二维表格，最终获取得到Tind转矩、转速n、温度t三影响因素的扭矩偏差Terr三维表格。
优选地，所述的扭矩偏差Terr三维表格、摩擦扭矩Tfri、角度误差θcmp二维表格内置于一存储单元，供转矩补偿时的访问调用。
补偿转矩的方法包含以下步骤：
给定转矩指令Tind，感知当前电机运行环境的温度t、以及电机的转速n，于扭矩偏差Terr三维表格内获取得到扭矩偏差值Terr；依据当前的转速n及转矩指令Tind的方向确定电机当前的运行象限，于摩擦转矩Tfri表格中获取得到该象限的摩擦扭矩Tfri；
依据获取的扭矩偏差值Terr、摩擦扭矩Tfri得到修正后的转矩Tcor，所述的Tcor的修正式为：Tcor＝Tind+Tfri+Terr；
依据修正得到的转矩Tcor、当前的电池电压值和转速n，于转矩-电流表内获取得到所对应的d、q轴电流指令；
电流调节器依据输入的d、q轴电流指令以及反馈得到的反馈电流输出电压指令，并经逆变器整流后向电机输出。
所述电流调节器输出的电压指令为经过角度补偿后得到，获取电机运行的三相电流和当前转子的角度θ，依据当前电机的转速n、于角度误差θcmp二维表格内获取所对应的角度补偿值θcmp，用于Clark变换的修正角度Eθ的值为：Eθ＝θ+θcmp。
有益效果：与现有技术相比，本发明不需增加硬件设备，通过建立得到的扭矩偏差Terr三维表格、摩擦扭矩Tfri表格和角度误差θcmp二维表，将电机运行中的电子电路中的信号延时造成的定子电流的偏差、及环境因素造成的永磁同步电机转矩损失进行补偿，保证了电机转矩的控制精度。
附图说明
图1：现有技术下的转矩控制原理图；
图2：本发明所述的转矩补偿方法的示意图；
图3：温度t、转速n、给定扭矩Tind所对应的扭矩偏差Terr的三维表格示意图；
图4：转速n关于摩擦扭矩Tfri的函数关系示意图；
图5：本发明的转矩控制原理图；
具体实施方式
接下来结合附图1-5对本发明的一个具体实施例来做详细地阐述。
本发明提供的一种永磁同步电机转矩补偿方法，在现有的硬件设备上增加程序控制，不需增加硬件设备，依据背景描述实际应用中电磁转矩的控制通常是间接实现的，目前最常用的电磁转矩控制方法是基于定子电流反馈控制实现的，附图1示出了它的基本原理：转矩指令经过转矩-电流表转化为定子电流指令，然后电流调节器根据电流指令和电流反馈来确定定子电压指令，最终由逆变器执行电压指令，从而达到控制转矩控制的目的。显然，电磁转矩控制是通过电流反馈控制间接实现的，因此要提高对转矩的控制的准确性就需要提高对电流指令及反馈电流的控制精度。
如附图1所示，电流指令是通过查表得到的，但实际中，一方面，电机存在的非线性因素、获取实验数据过程中的环境因素、以及线性插值的查表方法存在一定的误差等单独或共同导致电流指令出现误差；另一方面，电机反馈的d、q轴电流是由电机输出的三相电流和电机当前实际角度值经过Clark变换得到的，三相电流是由电流传感器采样得到，电机角度是由旋转编码器获的，而实际中考虑到电流采样及角度采样的不同步性及采样存在的延时误差，将导致电流反馈值出现偏差。
为此，本发明提出了一种永磁同步电机的转矩补偿方法，以解决因电流指令及反馈电流偏差造成的转矩的偏差，参考附图2，包含以下步骤：
获取在同一给定扭矩下，不同转速n下的角度误差θcmp，得到的角度误差值θcmp的二维表格；
获取永磁同步电机在空载运行时不同旋转方向下的转速n所对应的摩擦扭矩Tfri；
获取永磁同步电机在温度t、转速n、给定扭矩Tind下所对应的扭矩偏差Terr的三维表格；
给定扭矩指令Tind和电机转速n，获取电机当前的运行象限并利用获取的扭矩偏差Terr三维表格、摩擦扭矩Tfri对最终输出用于查d、q轴电流表的扭矩指令Tcor进行修正；获取角度误差值θcmp二维表格并对电机反馈的电角度Eθ进行修正。
本发明中，对于角度误差值θcmp二维表格与摩擦扭矩Tfri表格的获取无限制，可任意一个在先，但其二者的获取需优先于扭矩偏差Terr三维表格的获取，即先将获取的角度误差值θcmp二维表格与摩擦扭矩Tfri表格放入存储单元后再获取扭矩偏差Terr三维表格。
对于摩擦扭矩Tfri表格的试验获取，方式如下：断开被测电机与电机控制器之间的三相动力线，利用测功机使被测电机运行在转速n下，获取此时被测电机输出的实际扭矩值即为摩擦扭矩Tfri逐步的改变转速n,获取各转速n下所对应的摩擦扭矩Tfri；以同样的方法获取电机各方向下的转速n关于摩擦扭矩Tfri的表格，本实施例中所述的方向也即所对应的象限，参考附图4。
对于角度误差值θcmp二维表格的获取，方式如下：给定一Tind转矩，逐步地改变转速n，获取各转速n所对应的角度误差θcmp，最终获取关于转速n、Tind转矩的角度误差θcmp二维表格。
对于扭矩偏差Terr三维表格的试验获取，本发明包含以下步骤：
在一运行温度t下，将被测电机运行在给定扭矩Tind下的任意一运行方向下，获取一转速n下实际测量到的电机输出扭矩与给定扭矩指令Tind之间的扭矩偏差Terr；
逐步地改变给定的Tind转矩的值，以同样的方法获取对应的电机各个方向的扭矩偏差Terr，最终获取了在该温度t下，各转速n关于扭矩偏差Terr的二维表格；
以一定的温升提高电机的运行温度t，重复电机在各个方向下的转速n关于扭矩偏差Terr对应的二维表格，最终获取得到Tind转矩、转速n、温度t三影响因素的扭矩偏差Terr三维表格，参考附图3。
所试验测得的转速n、运行温度t不超过最大转速和极限承受温度。
本实施例将获取的所述的扭矩偏差Terr三维表格、摩擦扭矩Tfri表格、角度误差θcmp二维表格内置于一存储单元，供转矩补偿时的访问调用，参考附图5，其调用后用于补偿转矩的方法包含以下步骤：
给定转矩指令Tind，感知当前电机运行环境的温度t、以及电机的转速n，于扭矩偏差Terr三维表格内获取得到扭矩偏差值Terr；依据当前的转速n及转矩指令Tind的方向确定电机当前的运行象限，于摩擦转矩Tfri表格中获取得到该象限的摩擦扭矩Tfri；
依据获取的扭矩偏差值Terr、摩擦扭矩Tfri得到修正后的转矩Tcor，所述的Tcor的修正式为：Tcor＝Tind+Tfri+Terr；
依据修正得到的转矩Tcor、当前的电池电压值和转速n于转矩-电流表内获取得到所对应的d、q轴电流指令；
电流调节器依据输入的d、q轴电流指令以及反馈得到的反馈电流输出电压指令，并经逆变器整流后向电机输出。
其中，所述电流调节器输出的电压指令为经过角度补偿后得到，具体地，获取电机运行的三相电流和当前转子的角度θ，依据当前电机的转速n、于角度误差θcmp二维表格内获取所对应的角度补偿值θcmp，用于Clark变换的修正角度Eθ的值为：Eθ＝θ+θcmp。
经此修正后的Clark变换得到的反馈电流用于电流调节器进行调节，保证了最终电机的转矩精度。
本发明不需增加硬件设备，通过建立得到的扭矩偏差Terr三维表格、摩擦转矩Tfri表格和角度误差θcmp二维表，将电机运行中的电子电路中的信号延时造成的定子电流的偏差、及环境因素造成的永磁同步电机转矩损失进行补偿，保证了电机转矩的控制精度。
以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，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。

Claims (8)

1.一种永磁同步电机的转矩补偿方法，其特征在于包含以下步骤：
获取在同一给定扭矩下，不同转速n下的角度误差θcmp，得到的角度误差值θcmp的二维表格；
获取永磁同步电机在空载运行时不同旋转方向下的转速n所对应的摩擦扭矩Tfri；
获取永磁同步电机在温度t、转速n、给定扭矩Tind下所对应的扭矩偏差Terr的三维表格；
给定扭矩指令Tind和电机转速n，获取电机当前的运行象限并利用获取的扭矩偏差Terr三维表格、摩擦扭矩Tfri对最终输出用于查d、q轴电流表的扭矩指令Tcor进行修正；获取角度误差值θcmp二维表格并对电机反馈的电角度Eθ进行修正。
2.根据权利要求1所述的一种永磁同步电机的转矩补偿方法，其特征在于：对于角度误差值θcmp二维表格的获取，给定一Tind转矩，逐步地改变转速n，获取各转速n所对应的角度误差θcmp，最终获取关于转速n的角度误差θcmp二维表格。
3.根据权利要求1根据权利要求1所述的一种永磁同步电机的转矩补偿方法，其特征在于对于摩擦扭矩Tfri表格的试验获取，包含以下步骤：
断开被测电机与控制器之间的三相动力线，利用测功机使被测电机运行在任意一方向下的转速n下，获取此时被测电机输出的实际扭矩值也即摩擦扭矩Tfri，通过逐步的改变转速n，获取各转速n下所对应的摩擦扭矩Tfri，再获取其他方向下的转速n所对应的摩擦扭矩Tfri，最终得到电机在不同旋转方向下的转速n所对应的摩擦扭矩Tfri。
4.根据权利要求1所述的一种永磁同步电机的转矩补偿方法，其特征在于：对于扭矩偏差Terr三维表格的试验获取，包含以下步骤：
在一运行温度t下，将被测电机运行在给定扭矩Tind下的任意一运行方向下，获取一转速n下实际测量到的电机输出扭矩与给定扭矩指令Tind之间的扭矩偏差Terr，继而获得其他方向下的扭矩偏差Terr；
逐步地改变给定的Tind转矩的值，以同样的方法获取对应的电机各个方向的扭矩偏差Terr，最终获取了在该温度t下，各转速n关于扭矩偏差Terr的二维表格；
以一定的温升提高电机的运行温度t，重复获取电机在各个方向下的转速n关于扭矩偏差Terr对应的二维表格，最终获取得到Tind转矩、转速n、温度t三影响因素的扭矩偏差Terr三维表格。
5.根据权利要求1所述的一种永磁同步电机的转矩补偿方法，其特征在于：所述的扭矩偏差Terr三维表格、摩擦扭矩Tfri、角度误差θcmp二维表格内置于一存储单元，供转矩补偿时的访问调用。
6.根据权利要求1-5任一条所述的一种永磁同步电机的转矩补偿方法，其特征在于：补偿转矩的方法包含以下步骤：
给定转矩指令Tind，感知当前电机运行环境的温度t、以及电机的转速n，于扭矩偏差Terr三维表格内获取得到扭矩偏差值Terr；依据当前的转速n及转矩指令Tind的方向确定电机当前的运行象限，于摩擦转矩Tfri表格中获取得到该象限的摩擦扭矩Tfri；
依据获取的扭矩偏差值Terr、摩擦扭矩Tfri得到修正后的转矩Tcor，所述的Tcor的修正式为：Tcor＝Tind+Tfri+Terr；
依据修正得到的转矩Tcor、当前的电池电压值和转速n，于转矩-电流表内获取得到所对应的d、q轴电流指令；
电流调节器依据输入的d、q轴电流指令以及反馈得到的反馈电流输出电压指令，并经逆变器整流后向电机输出。
7.根据权利要求6所述的一种永磁同步电机的转矩补偿方法，其特征在于：所述电流调节器输出的电压指令为经过角度补偿后得到，获取电机运行的三相电流和当前转子的角度θ，依据当前电机的转速n、于角度误差θcmp二维表格内获取所对应的角度补偿值θcmp，用于Clark变换的修正角度Eθ的值为：Eθ＝θ+θcmp。
8.根据权利要求7所述的一种永磁同步电机的转矩补偿方法，其特征在于：角度误差值θcmp二维表格与摩擦扭矩Tfri表格的获取无先后关系，将获取的角度误差值θcmp二维表格与摩擦扭矩Tfri表格放入存储单元后再获取扭矩偏差Terr三维表格。
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