CN112649647A - 一种高精度电机相电流采样方法 - Google Patents

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孙瑞
曾鹏
龚学成
周雄
刁国亮
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    • G01R31/343—Testing dynamo-electric machines in operation

Abstract

本发明涉及电动专项助力系统中电机控制技术领域，具体的讲是一种高精度电机相电流采样方法，获取上周期相电流大小及三相PWM占空比；计算相电流实际值IPX的大小；计算相电流矢量长度Is的大小；计算相电流采样精度ICX的大小；按照三相PWM占空大小或电流矢量长度Is大小两个条件对被测电流I进行分区；针对不同区域在数模转换器的每个控制周期内通过SPI指令修改放大器增益值AV和偏置电压VOOS，从而控制三相电机相电流的采样精度。本发明与现有技术相比，利用针对不同区域在数模转换器的每个控制周期内通过SPI指令修改放大器增益值AV和偏置电压VOOS，可以控制三相电机相电流采样精度的方式，在各种不同大小电流下使三相电流采样保持在较高精度。

Description

一种高精度电机相电流采样方法
技术领域
本发明涉及电动专项助力系统中电机控制技术领域，具体的讲是一种高精度电机相电流采样方法。
背景技术
当前电机控制中，在三相电流采样中均使用固定增益和偏置电压，当流经电机的电流值在较大范围内变化时，只能在某个电流区间内实现较高精度的采样，在该区间以外采样时，精度较差。
为此设计一种在各种不同大小电流下都可以使三相电流采样保持在较高精度的相电流采样的控制方法是十分有必要的。
发明内容
本发明突破了现有技术的难题，设计了一种在各种不同大小电流下都可以使三相电流采样保持在较高精度的相电流采样的控制方法。
为了达到上述目的，本发明设计了一种高精度电机相电流采样方法，其特征在于：按如下步骤进行：
步骤1：获取上周期相电流大小及三相PWM占空比；
步骤2：计算相电流实际值IPX的大小；
步骤3：计算相电流矢量长度Is的大小；
步骤4：计算相电流采样精度ICX的大小；
步骤5：按照三相PWM占空大小或电流矢量长度Is大小两个条件对被测电流I进行分区；
步骤6：针对不同区域在数模转换器的每个控制周期内通过SPI指令修改放大器增益值AV和偏置电压VOOS，从而控制三相电机相电流的采样精度；
以上步骤中的X是代表三相电流中的U相、V 相、W相。
所述步骤2的具体计算方法如下：
（1）确定数模转换器的采样分辨率2n，分别测定U、V、W三相所对应的数模转换器的采样值PADCX，设置参考电压值VREF，计算数模转换器的采样电压VCSXO；
（2）设置偏置电压VOOS，确定放大器增益值AV，计算采样电阻两端的电压ΔVIOS；
（3）根据采样电阻的阻值R，计算经过采样电阻的采样电流IX；
（4）测定采样电阻的零电流IX0和零电流状态下数模转换器的采样电压VX0，并根据测定值计算相电流采样值Ips；
（5）根据电路连接中存在的连接误差引起的电流偏置值IOFF和外部环境因素引起的系数变化K，计算相电流的实际值IPX；
所述步骤3的具体计算方法为：根据计算得到的U相实际电流值IPu和W相实际电流值IPW，计算电流矢量长度Is，
Figure 115490DEST_PATH_IMAGE001
。
所述步骤4的具体计算方法为：首先计算单相电流的采样精度
Figure 721046DEST_PATH_IMAGE002
，其中Ips为相电流采样值，IX分辨率为最小单位采到的IX单位值；其次计算电流矢量长度IS的采样精度ICS，
Figure 500783DEST_PATH_IMAGE003
，在该式中，I为被测电流范围，Is分辨率为最小单位采到的Is单位值。
所述步骤（1）中的
Figure 895993DEST_PATH_IMAGE004
。
所述步骤（2）中的
Figure 710365DEST_PATH_IMAGE005
。
所述步骤（3）中的
Figure 267248DEST_PATH_IMAGE006
。
所述步骤（4）中的
Figure 534281DEST_PATH_IMAGE007
。
所述步骤（5）中的
Figure 733181DEST_PATH_IMAGE008
。
本发明与现有技术相比，本发明利用针对不同区域在数模转换器的每个控制周期内通过SPI指令修改放大器增益值AV和偏置电压VOOS，可以控制三相电机相电流采样精度的方式，达到在各种不同大小电流下都可以使三相电流采样保持在较高精度的目的。
具体实施方式
在具体实施中，本发明设计了一种高精度电机相电流采样方法，其特征在于：按如下步骤进行：
步骤1：获取上周期相电流大小及三相PWM占空比，用获取的上周期相电流值和PWM值对当前电流处于的区间进行判断，基于电机电流不会急剧变换，而是缓慢变化的特性，可以使得当前电流与上周期电流处于同一个区间，根据处于的区间设置对应的放大器增益值AV和偏置电压VOOS；
步骤2：计算相电流实际值IPX的大小，其中X是代表三相电流中的U相、V 相、W相，例如U相电流的实际值就是IPU，V相电流的实际值就是IPV，W相电流的实际值就是IPW，在如下的具体计算方式中X的代表含义也是如此：
第一步：确定数模转换器的采样分辨率2n，分别测定U、V、W三相所对应的数模转换器的采样值PADCX，设置参考电压值VREF，利用公式（1-1）：
Figure 402060DEST_PATH_IMAGE009
，计算数模转换器的采样电压VCSXO。
第二步：根据设置偏置电压VOOS，放大器增益值AV，利用公式（1-2）：
Figure 785637DEST_PATH_IMAGE005
，计算采样电阻两端的电压ΔVIOS。
第三步：根据采样电阻的阻值R，利用公式（1-3）：
Figure 539966DEST_PATH_IMAGE006
，计算经过采样电阻的采样电流IX；
将公式（1-2）代入公式（1-3）得公式（1-4）：
Figure 276978DEST_PATH_IMAGE010
。
第四步：测定采样电阻的零电流IX0和零电流状态下数模转换器的采样电压VX0，并根据测定值结合公式（1-5）：
Figure 800363DEST_PATH_IMAGE007
，计算相电流采样值Ips；
将公式（1-4）代入公式（1-5）得到公式（1-6）：
Figure 964629DEST_PATH_IMAGE011
。
第五步：根据电路连接中存在的连接误差引起的电流偏置值IOFF和外部环境因素引起的系数变化K，利用公式（1-7）：
Figure 206254DEST_PATH_IMAGE012
，计算相电流的实际值IPX；
将公式（1-6）代入公式（1-7）得公式（1-8）：
Figure 481378DEST_PATH_IMAGE013
。
第六步：结合公式（1-1）和公式（1-8）可以计算得到相电流的实际值IPX。
步骤3：计算相电流矢量长度Is的大小，具体计算方法为：根据计算得到的U相实际电流值IPu和W相实际电流值IPW，计算电流矢量长度Is，
Figure 124849DEST_PATH_IMAGE001
。
步骤4：计算相电流采样精度ICX的大小，具体计算方法为：首先计算单相电流的采样精度
Figure 460015DEST_PATH_IMAGE002
，其中Ips为相电流采样值，IX分辨率为最小单位采到的IX单位值；其次计算电流矢量长度IS的采样精度ICS，
Figure 126620DEST_PATH_IMAGE003
，在该式中，I为被测电流范围，Is分辨率为最小单位采到的Is单位值；
由ICS的公式可知在采样电阻阻值不变情况下，根据不同的被测电流采样范围I改变放大器增益值AV可以控制电流的采样精度，而相电流采样范围为
Figure 205434DEST_PATH_IMAGE014
~
Figure 703412DEST_PATH_IMAGE015
。
而通过改变偏置电压
Figure 475058DEST_PATH_IMAGE016
的大小，可以改变电流的测量范围。
故在按照三相PWM占空大小或电流矢量长度Is大小两个条件对被测电流I进行分区后，针对不同区域在数模转换器的每个控制周期内通过SPI指令修改放大器增益值AV和偏置电压VOOS，可以控制三相电机相电流的采样精度。
实施例1：
令参考电压VREF=5V，数模转换器的分辨率为12bits，采样电阻的阻值R=0.5mΩ，在实际工况下要求全电流范围内要求达到0.2%精度以内，即不管电流大小多少的状态下要求ICS=0.002，因此将电流按照全工况采样精度进行分区，在本实施例中采样精度设为在0.2%以内，即ICS小于0.002。
同时按照不同区间设置放大增益AV值，以达到全范围高精度目标：
因为
Figure 311515DEST_PATH_IMAGE003
，故可得：
Figure 194021DEST_PATH_IMAGE017
。
将电流I进行分区：
当I>244A时，可得AV=10；
当I处于122~244A范围内时，可得AV=20；
当I处于48.3-122A范围内时，可得AV=50；
当24.4-48.3A范围内时，可得AV=100；
当I处于0-24A范围内时，可得AV=150；
Figure 546505DEST_PATH_IMAGE018
根据上述公式计算I的值，AV=10时，算出I所在区间，同时该区间应该满足精度小于0.002的条件。
本发明针对不同区域在数模转换器的每个控制周期内通过SPI指令修改放大器增益值AV和偏置电压VOOS，可以控制三相电机相电流采样精度的方式，达到在各种不同大小电流下都可以使三相电流采样保持在较高精度的目的。

Claims (9)

1.一种高精度电机相电流采样方法，其特征在于：按如下步骤进行：
步骤1：获取上周期相电流大小及三相PWM占空比；
步骤2：计算相电流实际值IPX的大小；
步骤3：计算相电流矢量长度Is的大小；
步骤4：计算相电流采样精度ICS的大小；
步骤5：按照三相PWM占空大小或电流矢量长度Is大小两个条件对被测电流I进行分区；
步骤6：针对不同区域在数模转换器的每个控制周期内通过SPI指令修改放大器增益值AV和偏置电压VOOS，从而控制三相电机相电流的采样精度；
以上步骤中的X是代表三相电流中的U相、V 相、W相。
2.根据权利要求1所述的一种高精度电机相电流采样方法，其特征在于：所述步骤2的具体计算方法如下：
（1）确定数模转换器的采样分辨率2n，分别测定U、V、W三相所对应的数模转换器的采样值PADCX，设置参考电压值VREF，计算数模转换器的采样电压VCSXO；
（2）设置偏置电压VOOS，确定放大器增益值AV，计算采样电阻两端的电压ΔVIOS；
（3）根据采样电阻的阻值R，计算经过采样电阻的采样电流IX；
（4）测定采样电阻的零电流IX0和零电流状态下数模转换器的采样电压VX0，并根据测定值计算相电流采样值Ips；
（5）根据电路连接中存在的连接误差引起的电流偏置值IOFF和外部环境因素引起的系数变化K，计算相电流的实际值IPX。
3.根据权利要求1所述的一种高精度电机相电流采样的控制方法，其特征在于：所述步骤3的具体计算方法为：根据计算得到的U相实际电流值IPu和W相实际电流值IPW，计算电流矢量长度Is，
Figure DEST_PATH_IMAGE001
。
4.根据权利要求1所述的一种高精度电机相电流采样的控制方法，其特征在于：所述步骤4的具体计算方法为：首先计算单相电流的采样精度
Figure 939277DEST_PATH_IMAGE002
，其中Ips为相电流采样值，IX分辨率为最小单位采到的IX单位值；其次计算电流矢量长度IS的采样精度ICS，
Figure DEST_PATH_IMAGE003
，在该式中，I为被测电流范围，Is分辨率为最小单位采到的Is单位值。
5.根据权利要求2所述的一种高精度电机相电流采样的控制方法，其特征在于：所述步骤（1）中的
Figure 507268DEST_PATH_IMAGE004
。
6.根据权利要求2所述的一种高精度电机相电流采样的控制方法，其特征在于：所述步骤（2）中的
Figure DEST_PATH_IMAGE005
。
7.根据权利要求2所述的一种高精度电机相电流采样的控制方法，其特征在于：所述步骤（3）中的
Figure 698DEST_PATH_IMAGE006
。
8.根据权利要求2所述的一种高精度电机相电流采样的控制方法，其特征在于：所述步骤（4）中的
Figure DEST_PATH_IMAGE007
。
9.根据权利要求2所述的一种高精度电机相电流采样的控制方法，其特征在于：所述步骤（5）中的
Figure 130197DEST_PATH_IMAGE008
。
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