CN112701986A - 一种基于电机控制器的直流母线电流估算方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种基于电机控制器的直流母线电流估算方法，包括以下步骤：S1、电机控制系统关键量提取；S2、对控制矢量进行滤波处理；S3、计算交流侧电功率；S4、电机工作状态判断；S5、获取控制器效率；S6、计算直流母线电流。采用本发明方法，直流母线电流的计算不需要依赖于电流传感器，只基于永磁同步电机现有的控制系统关键数据进行估算，同时，结合同步电机台架标定测试精确效率结果，计算出准确的母线电流，母线电流计算精度达到±1％，为电机控制器降低了成本，提高了母线电流检测精度，提升了电动汽车车辆高压安全和可靠性。

Description

一种基于电机控制器的直流母线电流估算方法
技术领域
本发明涉及新能源汽车永磁同步电机控制技术领域，更具体地说，尤其涉及一种基于电机控制器的直流母线电流估算方法。
背景技术
在电动汽车电机控制领域，直流母线电流虽然不是控制的直接对象，但作为反映动力电池充放电的关键量，也可作为电动汽车高压电安全的重要参照量，车辆上一般都要求电机控制器将直流母线电流进行实时传输，这就要求控制器硬件需要加入直流母线电流检测传感器以及检测电路，增加了硬件器件成本，并占用了DSP的AD通道资源，硬件自身存在检测精度误差和失效风险问题，会导致控制器检测母线电流功能和性能缺陷，严重时甚至影响电动汽车行车安全。因此，需要提出一种直流母线电流的计算方法，不依靠电流传感器的母线电流计算方法，具备零成本、安全和高可靠性的优势。
发明内容
本发明的目的在于针对上述现有技术的不足，提供一种基于电机控制器的直流母线电流估算方法，不需要依赖于电流传感器，只基于永磁同步电机现有的控制系统关键数据进行估算，具备零成本、安全和高可靠性的优势。
为实现上述目的，本发明采用的技术方案是：一种基于电机控制器的直流母线电流估算方法，包括以下执行步骤：
S1、电机控制系统关键量提取：在电机控制系统中提取关键控制矢量ud、id、uq、iq，依据坐标变换幅值守恒原则，建立电机交流侧功率模型如下公式(1)
Figure BDA0002835756490000011
其中，P交为交流侧电功率，ud为同步电机模型中d轴电压，uq为同步电机模型中q轴电压，id为同步电机模型中d轴电流，iq为同步电机模型中q轴电流；
S2、对控制矢量进行滤波处理：采用一阶低通滤波分别对控制矢量ud、id、uq、iq做滤波处理；
S3、计算交流侧电功率：将滤波处理后得到的ud、id、uq、iq数据值代入公式(1)中计算得到交流侧电功率P交；
S4、电机工作状态判断：结合iq与电机当前转速n的关系判断电机处于电动还是发电状态；
S5、获取控制器效率：永磁同步电机经过台架标定测试后，会输出电机系统在四象限工作区域的效率数据表，数据表中只包含典型的测试工况点，根据当前的电机转速，定位到控制器效率曲线1和效率曲线2，由当前转矩指令，分别查询到曲线1和效率曲线2所对应的效率1和效率2，再根据转速，结合二分法原则，计算出最终的控制器效率η；
S6、计算直流母线电流：根据步骤S4和S5，得出电机工作状态和控制器效率η，如果电机工作在电动状态，结合步骤S3获得的交流侧功率P交，根据公式(2)计算出直流侧功率P直；如果电机工作在发电状态，结合步骤S3获得的交流侧功率P交，根据公式(3)计算出直流侧功率P直，最后根据公式(4)计算出直流母线电流i直：
Figure BDA0002835756490000021
P直＝P交*η..........(3)
Figure BDA0002835756490000022
其中，i直为直流侧电流，u直为直流母线电压，通过电机控制器必备功能母线电压采样获取，至此，直流母线电流已经估算得到。
本发明的有益效果是：直流母线电流的计算不需要依赖于电流传感器，只基于永磁同步电机现有的控制系统关键数据进行估算，同时，结合同步电机台架标定测试精确效率结果，计算出准确的母线电流，母线电流计算精度达到±1％，为电机控制器降低了成本，提高了母线电流检测精度，提升了电动汽车车辆高压安全和可靠性。
附图说明
图1是本发明估算方法的流程图；
图2是本发明中电机矢量控制框图；
图3是本发明中电机控制系统的结构简图；
图4是本发明中控制器效率曲线计算流程图。
具体实施方式
为了更好地理解本发明，下面结合附图对本发明作进一步的详细说明，但并不构成对本发明的任何限制。
本发明的一种基于电机控制器的直流母线电流估算方法，包括以下执行步骤：
S1、电机控制系统关键量提取
在电机控制系统中提取关键控制矢量ud、id、uq、iq，依据坐标变换幅值守恒原则，建立电机交流侧功率模型如下公式(1)：
Figure BDA0002835756490000031
其中，P交为交流侧电功率，ud为同步电机模型中d轴电压，uq为同步电机模型中q轴电压，id为同步电机模型中d轴电流，iq为同步电机模型中q轴电流；
S2、对控制矢量进行滤波处理
由于电机模型中ud、id、uq、iq都为直流量，为避免数据扰动造成估算精度差问题，需要对该四项数据进行滤波处理，本发明采用一阶低通滤波分别对控制矢量ud、id、uq、iq做滤波处理，滤波算法处理如下：
Figure BDA0002835756490000032
滤波算法所在软件中的执行频率为一阶低通滤波截止频率，可根据实际调试波形选取合适的滤波截止频率，在软件中匹配合适的时间周期t值，本发明中针对控制系统关键矢量进行滤波截止频率设置为10Hz；
同理，id、uq、iq滤波算法如下：
Figure BDA0002835756490000033
Figure BDA0002835756490000034
Figure BDA0002835756490000035
S3、计算交流侧电功率
将滤波处理后得到的ud、id、uq、iq数据值代入公式(1)中计算得到交流侧电功率P交；
S4、电机工作状态判断
结合iq与电机当前转速n的关系判断电机处于电动还是发电状态，判断方法如下：
当iq≥0，n≥0时，电机工作在电动状态；
当iq≥0，n＜0时，电机工作在发电状态；
当iq≤0，n≤0时，电机工作在电动状态；
当iq≤0，n＞0时，电机工作在发电状态；
S5、获取控制器效率
永磁同步电机经过台架标定测试后，会输出电机系统在四象限工作区域的效率数据表，数据表中只包含典型的测试工况点，根据当前的电机转速，定位到控制器效率曲线1和效率曲线2，由当前转矩指令，分别查询到曲线1和效率曲线2所对应的效率1和效率2，再根据转速，结合二分法原则，计算出最终的控制器效率η；获取控制器效率计算方法可参见图4效率曲线计算流程图；
S6、计算直流母线电流
根据步骤S4和S5，得出电机工作状态和控制器效率η，如果电机工作在电动状态，结合步骤S3获得的交流侧功率P交，根据公式(2)计算出直流侧功率P直；如果电机工作在发电状态，结合步骤S3获得的交流侧功率P交，根据公式(3)计算出直流侧功率P直，最后根据公式(4)计算出直流母线电流i直：
Figure BDA0002835756490000041
P直＝P交*η..........(3)
Figure BDA0002835756490000042
其中，i直为直流侧电流，也就是本发明中最终估算的物理量，u直为直流母线电压，通过电机控制器必备功能母线电压采样获取；
至此，直流母线电流已经估算得到。
采用本发明方法，直流母线电流的计算不需要依赖于电流传感器，只基于永磁同步电机现有的控制系统关键数据进行估算，同时，结合同步电机台架标定测试精确效率结果，计算出准确的母线电流，母线电流计算精度达到±1％，为电机控制器降低了成本，提高了母线电流检测精度，提升了电动汽车车辆高压安全和可靠性。

Claims (3)

1.一种基于电机控制器的直流母线电流估算方法，其特征在于：包括以下执行步骤：
S1、电机控制系统关键量提取：在电机控制系统中提取关键控制矢量ud、id、uq、iq，依据坐标变换幅值守恒原则，建立电机交流侧功率模型如下公式(1)
Figure FDA0002835756480000011
其中，P交为交流侧电功率，ud为同步电机模型中d轴电压，uq为同步电机模型中q轴电压，id为同步电机模型中d轴电流，iq为同步电机模型中q轴电流；
S2、对控制矢量进行滤波处理：采用一阶低通滤波分别对控制矢量ud、id、uq、iq做滤波处理；
S3、计算交流侧电功率：将滤波处理后得到的ud、id、uq、iq数据值代入公式(1)中计算得到交流侧电功率P交；
S4、电机工作状态判断：结合iq与电机当前转速n的关系判断电机处于电动还是发电状态；
S5、获取控制器效率：永磁同步电机经过台架标定测试后，会输出电机系统在四象限工作区域的效率数据表，数据表中只包含典型的测试工况点，根据当前的电机转速，定位到控制器效率曲线1和效率曲线2，由当前转矩指令，分别查询到曲线1和效率曲线2所对应的效率1和效率2，再根据转速，结合二分法原则，计算出最终的控制器效率η；
S6、计算直流母线电流：根据步骤S4和S5，得出电机工作状态和控制器效率η，如果电机工作在电动状态，结合步骤S3获得的交流侧功率P交，根据公式(2)计算出直流侧功率P直；如果电机工作在发电状态，结合步骤S3获得的交流侧功率P交，根据公式(3)计算出直流侧功率P直，最后根据公式(4)计算出直流母线电流i直：
Figure FDA0002835756480000012
P直＝P交*η..........(3)
Figure FDA0002835756480000013
其中，i直为直流侧电流，u直为直流母线电压，通过电机控制器必备功能母线电压采样获取，至此，直流母线电流已经估算得到。
2.根据权利要求1所述的基于电机控制器的直流母线电流估算方法，其特征在于：所述步骤S2中对ud、id、uq、iq做滤波处理的算法如下：
Figure FDA0002835756480000021
Figure FDA0002835756480000022
Figure FDA0002835756480000023
Figure FDA0002835756480000024
其中，t为与滤波截止频率匹配的时间周期值。
3.根据权利要求1所述的基于电机控制器的直流母线电流估算方法，其特征在于：所述步骤S3对电机工作状态的判断如下所述：
当iq≥0，n≥0时，电机工作在电动状态；
当iq≥0，n＜0时，电机工作在发电状态；
当iq≤0，n≤0时，电机工作在电动状态；
当iq≤0，n＞0时，电机工作在发电状态。
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