CN111726049B - 基于无位置传感器永磁同步电机的汽车电子水泵驱动方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于无位置传感器永磁同步电机的汽车电子水泵驱动方法，具体步骤如下：对永磁同步电机进行电压采样，若定子电压矢量V满足公式(3)则对逆变器的输出电压u_A、u_B、u_C进行采样，随后根据坐标变换原理得到d轴、q轴方向电流id、iq，并根据公式得到参考直轴电压和参考交轴电压随后根据查表得到参考直轴电流和参考交轴电流将其组成电流环从而得到直轴、交轴电压波动值，并根据公式得到直轴、交轴电压，对其进行park逆变换和clark逆变换，产生SVPWM脉冲波驱动逆变器正常工作。本发明不需要电流传感器，只需要采样电压，就可以计算出定子电流和转矩，减少了实时控制时间。

Description

基于无位置传感器永磁同步电机的汽车电子水泵驱动方法

技术领域

本发明涉及一种基于无位置传感器永磁同步电机的汽车电子水泵驱动方法，属于电子水泵驱动领域。

背景技术

节能减排一直是汽车行业的发展方向，随着技术的发展，整车与零部件正逐步实现电子化，水泵作为汽车热管理的一部分，也由机械式向电子式发展。汽车电子水泵采用的是高功率高密度的永磁同步电机，由于其电机内部没有安装位置传感器，故体积小，且有很高的功率密度。

高功率水泵在工作过程中，由于其工作电流很大，使用传统的Id为0的控制方法，会使得电机电流效率较低，增加能量消耗。因此在水泵驱动端需要一种能够尽量节省能量消耗的方法。

传统方法是通过设定永磁同步电机的Id＝0，其中d轴电流为励磁电流，而q轴电流，矢量控制Id＝0控制的本质是实现d、q轴的电流静态解耦，但在IPMSM中相比MTPA最大转矩电流比控制，它的电流效率则较低，更加增加能量消耗。

发明内容

为了提高使用IPMSM的汽车电子水泵的电流效率以及节省能源消耗，本发明提出一种基于无位置传感器永磁同步电机的汽车电子水泵驱动方法，通过计算最大转矩电流比根据电流和转矩方程的最值，使电机能最小的电流产生最大的转矩。

为达到上述目的，本发明的技术方案是这样实现的：

一种基于无位置传感器永磁同步电机的汽车电子水泵驱动方法，具体步骤如下：

S1对永磁同步电机进行电压采样，采集到定子电压矢量V后，分别通过公式(1)和(2)得到V_d和V_q，其中，公式(1)和(2)如下所示：

V_d＝V cosα (1)；

V_q＝V sinα (2)；

其中，V是电机的定子电压矢量，α是电压矢量V和d轴逆时针角度，V_d和V_q是电压矢量V在d轴和q轴上的矢量分量；

S2若定子电压矢量V满足公式(3)则进行步骤S3，否则，重新对永磁同步电机进行定子电压采样，所述公式(3)如下所示：

(L₁cos²α+L₂sin²α+L₅sinα·cosα)V²+(L₃cosα+L₄sinα)V+L₆＝0 (3)；

其中，L₁、L₂、L₃、L₄、L₅、L₆分别是有关R、ω、L_d、L_q、λ_m、k₁、k₂的变量；

S3对逆变器的输出电压u_A、u_B、u_C进行采样，并根据三相电压与其对应的电流的关系得到逆变器的输出电流i_A、i_B和i_C，随后根据坐标变换原理将输出电流i_A、i_B和i_C变换为d轴、q轴方向电流i_d、i_q，随后进行步骤S4，具体变换公式如式(5)所示：

其中，θ为逆变器的电角度；

S4：根据公式(6)计算得到d轴和q轴方向的电压u_d和u_q，随后采用电压前馈方式，通过PI控制器对其进行参数整定，得到参考直轴电压和参考交轴电压/>，所述公式(6)如下所示：

其中，ψ_f为转子永磁体磁极的励磁磁链；ψ_d、ψ_q分别是转子在d轴和q轴同步旋转坐标系的磁链，R是定子绕组的电阻，ω是转子的角速度，L_d和L_q分别是电感L在d轴和q轴的分量；

S5根据步骤S4求得的d轴、q轴方向的电压u_d和u_q，查询基于拉格朗日计算的MTPA表可得到电机定子电流i_s，将电机定子电流i_s通过坐标转换得到d轴和q轴的电流i'_d和i'_q，利用PI控制器对d轴和q轴的电流i'_d和i'_q进行参数整定，从而得到参考直轴电流和参考交轴电流/>，随后进入步骤S6中；

S6、将步骤S5得到的参考直轴电流和参考交轴电流/>组成电流环从而得到直轴电压波动值Δu_d和交轴电压波动值Δu_q，随后利用步骤S4得到的参考直轴电压/>和参考交轴电压/>，根据公式(7)得到直轴电压u′_d及交轴电压u′_q，随后进入步骤S7,所述公式(7)如下所示：

S7、对步骤S6得到的直轴电压u′_d和交轴电压u′_q依次进行park逆变换和clark逆变换，产生SVPWM脉冲波驱动逆变器正常工作。

优选地，L₁、L₂、L₃、L₄、L₅、L₆的具体表达式如下所示：

L₅＝4k₂Rω(R²+ω²L_dL_q)(L_d+L_q)

其中，R是定子绕组的电阻，ω是转子的角速度，L_d和L_q分别是电感L在d轴和q轴的分量，λ_m为永磁体磁链，k₂＝k₁ ²，且k₁满足公式(4)：

有益效果：本发明提供一种基于无位置传感器永磁同步电机的汽车电子水泵驱动方法，与现有技术相比，具有如下优点：

1)本发明不需要电流传感器，只需要采样电压，就可以计算出定子电流和转矩，减少了实时控制时间；

2)本发明可以提高逆变器电压的利用率，减少损耗，提高电机的效率；

3)本发明适用于汽车水泵内置永磁同步电机。

附图说明

图1为本发明的工作流程图。

具体实施方式

为了使本技术领域的人员更好地理解本申请中的技术方案，下面对本申请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申请一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，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，都应当属于本申请保护的范围。

一种基于无位置传感器永磁同步电机的汽车电子水泵驱动方法，具体步骤如下：

S1对永磁同步电机进行电压采样，采集到定子电压矢量V后，分别通过公式(1)和(2)得到V_d和V_q，其中，公式(1)和(2)如下所示：

V_d＝V cosα (1)；

V_q＝V sinα (2)；

其中，V是电机的定子电压矢量，α是电压矢量V和d轴逆时针角度，V_d和V_q是电压矢量V在d轴和q轴上的矢量分量；

S2若定子电压矢量V满足公式(3)则进行步骤S3，否则，重新对永磁同步电机进行定子电压采样，所述公式(3)如下所示：

(L₁cos²α+L₂sin²α+L₅sinα·cosα)V²+(L₃cosα+L₄sinα)V+L₆＝0 (3)；

其中，L₁、L₂、L₃、L₄、L₅、L₆分别是有关R、ω、L_d、L_q、λ_m、k₁、k₂的变量；

S3对逆变器的输出电压u_A、u_B、u_C进行采样，并根据三相电压与其对应的电流的关系得到逆变器的输出电流i_A、i_B和i_C，随后根据坐标变换原理将输出电流i_A、i_B和i_C变换为d轴、q轴方向电流i_d、i_q，随后进行步骤S4，具体变换公式如式(5)所示：

其中，θ为逆变器的电角度；

S4：根据公式(6)计算得d轴和q轴方向的电压u_d和u_q，随后采用电压前馈方式，通过PI控制器对其进行参数整定，得到参考直轴电压和参考交轴电压/>，所述公式(6)如下所示：

其中，ψ_f为转子永磁体磁极的励磁磁链；ψ_d、ψ_q分别是转子在d轴和q轴同步旋转坐标系的磁链，R是定子绕组的电阻，ω是转子的角速度，L_d和L_q分别是电感L在d轴和q轴的分量；

S5根据步骤S4求得的d轴、q轴方向的电压u_d和u_q，查询基于拉格朗日计算的MTPA表可得到电机定子电流i_s，将电机定子电流i_s通过坐标转换得到d轴和q轴的电流i'_d和i'_q，利用PI控制器对d轴和q轴的电流i'_d和i'_q进行参数整定，从而得到参考直轴电流和参考交轴电流/>，随后进入步骤S6中；

S6、将步骤S5得到的参考直轴电流和参考交轴电流/>组成电流环从而得到直轴电压波动值Δu_d和交轴电压波动值Δu_q，随后利用步骤S4得到的参考直轴电压/>和参考交轴电压/>，根据公式(7)得到直轴电压u′_d及交轴电压u′_q，随后进入步骤S7,所述公式(7)如下所示：

S7、对步骤S6得到的直轴电压u′_d和交轴电压u′_q依次进行park逆变换和clark逆变换，产生SVPWM脉冲波驱动逆变器正常工作。

优选地，L₁、L₂、L₃、L₄、L₅、L₆的具体表达式如下所示：

L₅＝4k₂Rω(R²+ω²L_dL_q)(L_d+L_q)

其中，R是定子绕组的电阻，ω是转子的角速度，L_d和L_q分别是电感L在d轴和q轴的分量，λ_m为永磁体磁链，k₂＝k₁ ²，且k₁满足公式(4)：

本发明中，通过PI控制器进行参数整定技术、坐标变换原理均属于常规技术手段，故而未加详述。

对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

Claims (1)

1.一种基于无位置传感器永磁同步电机的汽车电子水泵驱动方法，其特征在于，具体步骤如下：

S1对永磁同步电机进行电压采样，采集到定子电压矢量V后，分别通过公式(1)和(2)得到V_d和V_q，其中，公式(1)和(2)如下所示：

V_d＝V cosα (1)；

V_q＝V sinα (2)；

其中，V是电机的定子电压矢量，α是电压矢量V和d轴逆时针角度，V_d和V_q是电压矢量V在d轴和q轴上的矢量分量；

S2若定子电压矢量V满足公式(3)则进行步骤S3，否则，重新对永磁同步电机进行定子电压采样，所述公式(3)如下所示：

(L₁cos²α+L₂sin²α+L₅sinα·cosα)V²+(L₃cosα+L₄sinα)V+L₆＝0 (3)；

其中，L₁、L₂、L₃、L₄、L₅、L₆的具体表达式如下所示：

L₅＝4k₂Rω(R²+ω₂L_dL_q)(L_d+L_q)

其中，R是定子绕组的电阻，ω是转子的角速度，L_d和L_q分别是电感L在d轴和q轴的分量，λ_m为永磁体磁链，k₂＝k₁ ²，且k₁满足公式(4)：

S3对逆变器的输出电压u_A、u_B、u_C进行采样，并根据三相电压与其对应的电流的关系得到逆变器的输出电流i_A、i_B和i_C，随后根据坐标变换原理将输出电流i_A、i_B和i_C变换为d轴、q轴方向电流i_d、i_q，随后进行步骤S4，具体变换公式如式(5)所示：

其中，θ为逆变器的电角度；

S4：根据公式(6)计算得到d轴和q轴方向的电压u_d和u_q，随后采用电压前馈方式，通过PI控制器对其进行参数整定，得到参考直轴电压和参考交轴电压/>所述公式(6)如下所示：

其中，ψ_f为转子永磁体磁极的励磁磁链；ψ_d、ψ_q分别是转子在d轴和q轴同步旋转坐标系的磁链，R是定子绕组的电阻，ω是转子的角速度，L_d和L_q分别是电感L在d轴和q轴的分量；

S5根据步骤S4求得的d轴、q轴方向的电压u_d和u_q，查询基于拉格朗日计算的MTPA表可得到电机定子电流i_s，将电机定子电流i_s通过坐标转换得到d轴和q轴的电流i'_d和i'_q，利用PI控制器对d轴和q轴的电流i'_d和i'_q进行参数整定，从而得到参考直轴电流和参考交轴电流/>随后进入步骤S6中；

S6、将步骤S5得到的参考直轴电流和参考交轴电流/>组成电流环从而得到直轴电压波动值Δu_d和交轴电压波动值Δu_q，随后利用步骤S4得到的参考直轴电压/>和参考交轴电压/>根据公式(7)得到直轴电压u′_d及交轴电压u′_q，随后进入步骤S7,所述公式(7)如下所示：

S7、对步骤S6得到的直轴电压u′_d和交轴电压u′_q依次进行park逆变换和clark逆变换，产生SVPWM脉冲波驱动逆变器正常工作。