CN112821850A

CN112821850A - 一种同步调制相位补偿方法、介质及电子设备

Info

Publication number: CN112821850A
Application number: CN202011632318.3A
Authority: CN
Inventors: 熊丽满; 杨良会; 原诚寅; 邹广才
Original assignee: Beijing New Energy Vehicle Technology Innovation Center Co Ltd
Current assignee: Beijing New Energy Vehicle Technology Innovation Center Co Ltd
Priority date: 2020-12-31
Filing date: 2020-12-31
Publication date: 2021-05-18
Anticipated expiration: 2040-12-31
Also published as: CN112821850B

Abstract

本发明公开了一种同步调制相位补偿方法、介质及电子设备，该方法包括：基于电机转子位置、电机d轴电压和q轴电压，计算发波相电压的实际发波相位；基于载波比，获得电流周期第一个电流采样点的期望相位；获得实际发波相位与第一个电流采样点的期望相位的相位偏差；基于相位偏差和PI控制算法，获得调节开关频率；基于调节开关频率，获得最终开关频率。本发明通过第一个电流采样点的期望相位和实际相位的相位偏差，并通过PI控制算法，获得调节开关频率，进而获得最终开关频率(载波频率)，通过动态调节载波频率，降低输出谐波分量，达到电流环控制相位恒定计算进而调节电流采样点相位，保证电流采样相位固定，控制三相电流上下半轴是对称。

Description

一种同步调制相位补偿方法、介质及电子设备

技术领域

本发明属于汽车控制技术领域，更具体地，涉及一种同步调制相位补偿方法、介质及设备。

背景技术

当前电机控制器算法中，通过分段变频实现同步调制，只是保证了一个电流周期内采样点数目是固定的，但是不能保证电流采样相位是固定，输出电压波形相位发生改变，难以保证三相输出的对称性，引起电机工作不平稳，以及电流输出谐波也增加，带来谐波损耗增加问题。在大功率的场合，如果开关频率太高，就会导致开关损耗升高，使用异步调制的话会导致大量的高幅值的低次谐波，因此，采用同步调制策略来消除低频的谐波。

同步调制控制主要是控制N，fc/f＝N，控制载波比N为常数，f为调制波频率，fc为载波频率。

目前常用的同步调制方法是采用分段式变频方式实现同步调制，把整个变频范围划分若干频段，每个频段内都维持恒定的载波比N，在电流信号频率f较低时，采用低的载波频率fc控制，保证fc/f＝N比值不变，即载波比N值固定，电流频率高时，采用高的载波fc控制；可以实现低转速时，开关频率(载波频率)降低到合适范围内，来降低开关损耗，提高控制输出电流能力。

现有的采用分段式变频方式控制方法，电流频率段分层若干频率段，且不同频率段取不同的N值，且N值尽量取3的整数倍。如下表所示：

载波频率选择依据：开关频率选择要考虑驱动模块的输出电流能力，如低频时要考虑IGBT驱动模块的输出能力和NVH的影响，权衡二者影响，选择合适最小开关频率。另外，高速区域，载波比N数不能低于6个。

电流频率	载波比N	PWM开关频率
			121Hz～165Hz	24	2.9KHz～3.96KHz
170Hz～210Hz	21	3.57KHz～4.4KHz
			…	…	…
1000Hz～1066Hz	9	9KHz～9.6KHz

其次，在变频过程中涉及频率切换，防止载波频率在切换点附近来回跳动，出现振荡，算法要增加滞环控制方式。

现有的采用分段式变频方式控制方法只是实现了某个频率段内电流周期内载波比N是不变，但是没有保证电流采样相位固定，当电机转速发生升速/降速过程中，理想同步调试控制效果是如图1所示，周期第一个采样点在30度位置(依次30°、60°……360°)，而实际电流采样第一个点移到到A点或者B点，导致电流控制相位发生变会，不同电流频率周期，控制电流相位也不是固定点，这样导致控制器出电流波形上下半轴不对称，输出谐波分量增加，带来谐波损坏增加，效率降低。

因此，特别需要一种使得电流波形上下半轴对称、保证电流采样相位固定、降低输出谐波分量的同步调制方法。

发明内容

本发明的目的是提出一种使得电流波形上下半轴对称、保证电流采样相位固定、降低输出谐波分量的同步调制相位补偿方法、介质及电子设备。

第一方面，本发明提供了一种同步调制相位补偿方法，包括：基于电机转子位置、电机d轴电压和q轴电压，计算发波相电压的实际发波相位；基于载波比，获得电流周期第一个电流采样点的期望相位；获得所述实际发波相位与第一个电流采样点的期望相位的相位偏差；基于所述相位偏差和PI控制算法，获得调节开关频率；基于所述调节开关频率，获得最终开关频率。

优选地，所述基于电机转子位置、电机d轴电压和q轴电压，计算发波相电压的实际发波相位包括：获取电机转子位置；基于所述电机d轴电压和q轴电压，计算所述发波相电压在dq轴的相位角；基于所述转子位置和所述发波相电压在dq轴的相位角，计算所述发波电压的实际发波相位。

优选地，采用下述公式计算所述发波相电压在dq轴的相位角：

β＝tan(Uq/Ud)

其中，β为发波相电压在dq轴的相位角，Ud为电机的d轴电压，Uq为电机的q轴电压。

优选地，采用下述公式计算所述发波相电压的实际发波相位：

α＝θ+β

其中，α为发波相电压的实际发波相位，θ为电机转子位置，β为发波相电压在dq轴的相位角。

优选地，所述基于载波比，获得电流周期第一个电流采样点的期望相位包括：当所述载波比等于12、18或24时，将预设相位值作为所述第一个电流采样点的期望相位；当所述载波比不等于12、18或24时，所述第一个电流采样点的期望相位为360/N*K，N为载波比，K为常数。

优选地，采用下述公式获得调节开关频率：

Δfc＝Kp*Err

其中，Δfc为调节开关频率，Kp为比例系数，Err为实际发波相位与第一个电流采样点的期望相位的相位偏差。

优选地，采用下述公式获得最终开关频率fc：

fc＝Δfc+fc1

其中，fc为最终开关频率，Δfc为调节开关频率，fc1为分段变频控制方法输出的开关频率。

优选地，采用电机控制系统旋变位置传感器器测量所述电机转子位置。

第二方面，本发明还提供一种电子设备，存储器，存储有可执行指令；处理器，所述处理器运行所述存储器中的所述可执行指令，以实现上述同步调制相位补偿方法。

第三方面，本发明还提供一种计算机可读存储介质，该计算机可读存储介质存储有计算机程序，该计算机程序被处理器执行时实现上述同步调制相位补偿方法。

本发明的有益效果在于：本发明的同步调制相位补偿方法通过第一个电流采样点的期望相位和实际相位的相位偏差，并通过PI控制算法，获得调节开关频率，进而获得最终开关频率(载波频率)，通过动态调节载波频率，降低输出谐波分量，达到电流环控制相位恒定计算进而调节电流采样点相位，保证电流采样相位固定，进而保证发波相位也是固定，控制三相电流上下半轴是对称。

本发明的方法具有其它的特性和优点，这些特性和优点从并入本文中的附图和随后的具体实施例中将是显而易见的，或者将在并入本文中的附图和随后的具体实施例中进行详细陈述，这些附图和具体实施例共同用于解释本发明的特定原理。

附图说明

通过结合附图对本发明示例性实施方式进行更详细的描述，本发明的上述以及其它目的、特征和优势将变得更加明显。其中，在本发明示例性实施方式中，相同的附图标记通常代表相同部件。

图1示出了单个周期内电流采样点相位。

图2示出了根据本发明的一个实施例的同步调制相位补偿方法的流程图。

图3示出了根据本发明的一个实施例的同步调制相位补偿方法的三相电流上下半轴是对称。

图4示出了根据本发明的一个实施例的同步调制相位补偿方法的详细流程图。

图5示出了根据本发明的一个实施例的同步调制相位补偿方法的框图。

具体实施方式

下面将参照附图更详细地描述本发明的优选实施例。虽然附图中显示了本发明的优选实施例，然而应该理解，可以以各种形式实现本发明而不应被这里阐述的实施方式所限制。相反，提供这些实施方式是为了使本发明更加透彻和完整，并且能够将本发明的范围完整地传达给本领域的技术人员。

本发明提供了一种同步调制相位补偿方法，包括：基于电机转子位置、电机d轴电压和q轴电压，计算发波相电压的实际发波相位；基于载波比，获得电流周期第一个电流采样点的期望相位；获得实际发波相位与第一个电流采样点的期望相位的相位偏差；基于相位偏差和PI控制算法，获得调节开关频率；基于调节开关频率，获得最终开关频率。

具体的，计算发波相电压的实际发波相位，它是第一个电流采样点相位角度可能范围，计算电流周期第一个电流采样点的期望相位，它是期望固定第一个采样点的相位，计算实际发波相位与第一个电流采样点的期望相位的相位偏差，基于相位偏差通过PI闭环控制，获得调节开关频率，基于调节开关频率和采用分段变频控制方法获得的开关频率，获得最终开关频率，即载波频率fc，采用比例控制来实现动态调节，根据最终开关频率，计算变频输出PWM开关频率和载波比N，用于控制PWM开关频率。

根据示例性的实施方式，同步调制相位补偿方法通过第一个电流采样点的期望相位和实际相位的相位偏差，并通过PI控制算法，获得调节开关频率，进而获得最终开关频率(载波频率)，通过动态调节载波频率，降低输出谐波分量，达到电流环控制相位恒定计算进而调节电流采样点相位，保证电流采样相位固定，进而保证发波相位也是固定，控制三相电流上下半轴是对称。

作为优选方案，基于电机转子位置、电机d轴电压和q轴电压，计算发波相电压的实际发波相位包括：获取电机转子位置；基于电机d轴电压和q轴电压，计算发波相电压在dq轴的相位角；基于转子位置和发波相电压在dq轴的相位角，计算发波电压的实际发波相位。

作为优选方案，采用下述公式计算发波相电压在dq轴的相位角：

β＝tan(Uq/Ud)

具体的，根据系统电流环实时计算电机的dq轴电压Ud和Uq，再根据Ud和Uq的大小计算Us的相位角度β，通过tan(Uq/Ud)得出β。

作为优选方案，采用下述公式计算发波相电压的实际发波相位：

α＝θ+β

具体的，计算出发波相电压Us的实际发波相位α＝θ+β。

作为优选方案，基于载波比，获得电流周期第一个电流采样点的期望相位包括：当载波比等于12、18或24时，将预设相位值作为第一个电流采样点的期望相位；当载波比不等于12、18或24时，第一个电流采样点的期望相位为360/N*K，N为载波比，K为常数。

具体的，根据载波比N数值计算出电流周期第一个电流采样点的期望相位，由于N值不同，第一个电流采样点的相位可能在0°，例如载波比N等于12、18或24时，采用固定角度C(预设相位)来作为期望相位角度，当载波比N为其他值时，取360°/N的中间位置作为电流采样期望相位点，如360/N*K。

作为优选方案，采用下述公式获得调节开关频率：

Δfc＝Kp*Err

具体的，经过只有比例控制的PI控制，比例系数Kp需要实际标定给出，计算出调节开关频率Δfc。

作为优选方案，采用下述公式获得最终开关频率fc：

fc＝Δfc+fc1

具体的，通过分段变频控制方法获得输出的开关频率fc1，在fc1的基础上加上相位同步补偿计算的Δfc，输出最终开关频率fc(即载波频率)。

将开关频率fc发给底层，由底层的PWM计算模块，PWM计算模块按照开关周期触发ADC采样，当PWM开关频率确定了，电流采样点位置就可以确定了，通过相位同步补偿获得的电流采样点位置使得电流波形上下半轴对称。

作为优选方案，采用电机控制系统旋变位置传感器器测量电机转子位置。

具体的，根据MCU控制系统旋变位置传感器器实时测量出电机转子位置θ，测量准确。

第二方面，本发明还提供一种电子设备，存储器，存储有可执行指令；处理器，处理器运行存储器中的可执行指令，以实现上述同步调制相位补偿方法。

实施例一

图2示出了根据本发明的一个实施例的同步调制相位补偿方法的流程图。图3示出了根据本发明的一个实施例的同步调制相位补偿方法的三相电流上下半轴是对称。图4示出了根据本发明的一个实施例的同步调制相位补偿方法的详细流程图。图5示出了根据本发明的一个实施例的同步调制相位补偿方法的框图。

结合图2、图3、图4和图5所示，该同步调制相位补偿方法，包括：

步骤1：基于电机转子位置、电机d轴电压和q轴电压，计算发波相电压的实际发波相位；

步骤2：基于载波比，获得电流周期第一个电流采样点的期望相位；

步骤3：获得实际发波相位与第一个电流采样点的期望相位的相位偏差；

步骤4：基于相位偏差和PI控制算法，获得调节开关频率；基于调节开关频率，获得最终开关频率。

其中，基于电机转子位置、电机d轴电压和q轴电压，计算发波相电压的实际发波相位包括：获取电机转子位置；基于电机d轴电压和q轴电压，计算发波相电压在dq轴的相位角；基于转子位置和发波相电压在dq轴的相位角，计算发波电压的实际发波相位。

其中，采用下述公式计算发波相电压在dq轴的相位角：

β＝tan(Uq/Ud)

其中，采用下述公式计算发波相电压的实际发波相位：

α＝θ+β

其中，基于载波比，获得电流周期第一个电流采样点的期望相位包括：当载波比等于12、18或24时，将预设相位值作为第一个电流采样点的期望相位；当载波比不等于12、18或24时，第一个电流采样点的期望相位为360/N*K，N为载波比，K为常数。

其中，采用下述公式获得调节开关频率：

Δfc＝Kp*Err

其中，采用下述公式获得最终开关频率fc：

fc＝Δfc+fc1

其中，采用电机控制系统旋变位置传感器器测量电机转子位置。

实施例二

本公开提供一种电子设备包括，该电子设备包括：存储器，存储有可执行指令；处理器，处理器运行存储器中的可执行指令，以实现上述同步调制相位补偿方法。

根据本公开实施例的电子设备包括存储器和处理器。

该存储器用于存储非暂时性计算机可读指令。具体地，存储器可以包括一个或多个计算机程序产品，该计算机程序产品可以包括各种形式的计算机可读存储介质，例如易失性存储器和/或非易失性存储器。该易失性存储器例如可以包括随机存取存储器(RAM)和/或高速缓冲存储器(cache)等。该非易失性存储器例如可以包括只读存储器(ROM)、硬盘、闪存等。

该处理器可以是中央处理单元(CPU)或者具有数据处理能力和/或指令执行能力的其它形式的处理单元，并且可以控制电子设备中的其它组件以执行期望的功能。在本公开的一个实施例中，该处理器用于运行该存储器中存储的该计算机可读指令。

本领域技术人员应能理解，为了解决如何获得良好用户体验效果的技术问题，本实施例中也可以包括诸如通信总线、接口等公知的结构，这些公知的结构也应包含在本公开的保护范围之内。

有关本实施例的详细说明可以参考前述各实施例中的相应说明，在此不再赘述。

实施例三

本公开提供一种计算机可读存储介质，该计算机可读存储介质存储有计算机程序，该计算机程序被处理器执行时实现上述同步调制相位补偿方法。

根据本公开实施例的计算机可读存储介质，其上存储有非暂时性计算机可读指令。当该非暂时性计算机可读指令由处理器运行时，执行前述的本公开各实施例方法的全部或部分步骤。

上述计算机可读存储介质包括但不限于：光存储介质(例如：CD－ROM和DVD)、磁光存储介质(例如：MO)、磁存储介质(例如：磁带或移动硬盘)、具有内置的可重写非易失性存储器的媒体(例如：存储卡)和具有内置ROM的媒体(例如：ROM盒)。

以上已经描述了本发明的实施例，上述说明是示例性的，并非穷尽性的，并且也不限于所披露的实施例。在不偏离所说明的实施例的范围和精神的情况下，对于本技术领域的普通技术人员来说许多修改和变更都是显而易见的。

Claims

1.一种同步调制相位补偿方法，其特征在于，包括：

基于电机转子位置、电机d轴电压和q轴电压，计算发波相电压的实际发波相位；

基于载波比，获得电流周期第一个电流采样点的期望相位；

获得所述实际发波相位与第一个电流采样点的期望相位的相位偏差；

基于所述相位偏差和PI控制算法，获得调节开关频率；

基于所述调节开关频率，获得最终开关频率。

2.根据权利要求1所述的同步调制相位补偿方法，其特征在于，所述基于电机转子位置、电机d轴电压和q轴电压，计算发波相电压的实际发波相位包括：

获取电机转子位置；

基于所述电机d轴电压和q轴电压，计算所述发波相电压在dq轴的相位角；

基于所述转子位置和所述发波相电压在dq轴的相位角，计算所述发波电压的实际发波相位。

3.根据权利要求2所述的同步调制相位补偿方法，其特征在于，采用下述公式计算所述发波相电压在dq轴的相位角：

β＝tan(Uq/Ud)

4.根据权利要求3所述的同步调制相位补偿方法，其特征在于，采用下述公式计算所述发波相电压的实际发波相位：

α＝θ+β

5.根据权利要求4所述的同步调制相位补偿方法，其特征在于，所述基于载波比，获得电流周期第一个电流采样点的期望相位包括：

当所述载波比等于12、18或24时，将预设相位值作为所述第一个电流采样点的期望相位；

当所述载波比不等于12、18或24时，所述第一个电流采样点的期望相位为360/N*K。

6.根据权利要求4所述的同步调制相位补偿方法，其特征在于，采用下述公式获得调节开关频率：

Δfc＝Kp*Err

7.根据权利要求6所述的同步调制相位补偿方法，其特征在于，采用下述公式获得最终开关频率fc：

fc＝Δfc+fc1

8.根据权利要求2所述的同步调制相位补偿方法，其特征在于，采用电机控制系统旋变位置传感器器测量所述电机转子位置。

9.一种电子设备，其特征在于，所述电子设备包括：

存储器，存储有可执行指令；

处理器，所述处理器运行所述存储器中的所述可执行指令，以实现根据权利要求1-8所述的同步调制相位补偿方法。

10.一种计算机可读存储介质，其特征在于，该计算机可读存储介质存储有计算机程序，该计算机程序被处理器执行时实现根据权利要求1-8所述的同步调制相位补偿方法。