CN113098354B - 一种电机控制器的过调制区域控制方法及系统 - Google Patents

一种电机控制器的过调制区域控制方法及系统 Download PDF

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Abstract

本发明提供了一种电机控制器的过调制区域控制方法及系统，过调制区域控制方法，包括以下步骤：将一电机控制模块与一过调制模块连接，自电机控制模块发送调制波至过调制模块；过调制模块基于一期望调制比对调制波过调制，使得调制波的输出电压幅值交替于可控区域或不可控区域；于过调制模块内预设有一控制频率阈值，当调制波的输出电压幅值处于可控区域内时，向与过调制模块连接的调制器模块发送控制指令，其中控制指令包括基于频率增量和控制频率阈值增加电机控制器的开关频率。采用上述技术方案后，当电机控制器运行在低载波/高转速的工况下时，可稳定运行，提升系统的控制性能。

Description

一种电机控制器的过调制区域控制方法及系统
技术领域
本发明涉及电机控制领域，尤其涉及一种电机控制器的过调制区域控制方法及系统。
背景技术
在新能源车载驱动器或其他变频器中，常常采用过调制的方案以提高电机控制器的直流母线电压利用率，从而实现在高速区运行范围扩大，电流更小，提高了电机控制器的效率。
当处于过调制的控制方案下，于过调制区域中，输出的线电压在部分区域处于不可控的状态。在此类不可控状态下，当系统存在扰动或其他工作点变化的情况时，则系统的实际输出可能与控制器的期望输出具有较大的偏差。当运行阶段系统处于可控区域时，系统可被控至控制目标状态。
在系统的调制比很高，且运行转速很快时，控制器在可控区域中的开关次数减少，控制能力减弱，可能无法将输出调整至目标状态就开启了新的不控周期，长期这样的运行将引起输出状态的发散，无法将输出控制至目标状态，甚至越来越远离目标状态，最终使得整个系统不稳定。
因此，需要一种新型的过调制区域控制方法，可在总损耗略微增加的前提下，提高可控区域的控制性能。
发明内容
为了克服上述技术缺陷，本发明的目的在于提供一种电机控制器的过调制区域控制方法及系统，当电机控制器运行在低载波/高转速的工况下时，可稳定运行，提升系统的控制性能。
本发明公开了一种电机控制器的过调制区域控制方法，包括以下步骤：
将一电机控制模块与一过调制模块连接，自电机控制模块发送调制波至过调制模块；
过调制模块基于一期望调制比对调制波过调制，使得调制波的输出电压幅值交替于可控区域或不可控区域；
于过调制模块内预设有一控制频率阈值，当调制波的输出电压幅值处于可控区域内时，向与过调制模块连接的调制器模块发送控制指令，其中控制指令包括基于频率增量和控制频率阈值增加电机控制器的开关频率。
优选地，过调制模块基于一期望调制比对调制波过调制，使得调制波的输出电压幅值交替于可控区域或不可控区域的步骤包括：
过调制模块接收一期望调制比，并将期望调制比与预设调制比区间比较；
当期望调制比落入1.15以下的预设调制比区间时，调制波的输出电压幅值处于非过调制区域的全控区域；
当期望调制比落入1.15-1.21的预设调制比区间时，调制波的输出电压幅值处于部分全控区域、部分半控区域；
当期望调制比落入1.21-1.27的预设调制比区间时，调制波的输出电压幅值处于部分半控区域、部分不可控区域。
优选地，于过调制模块内预设有一控制频率阈值，当调制波的输出电压幅值处于可控区域内时，向与过调制模块连接的调制器模块发送控制指令的步骤包括：
过调制模块内预设有一控制频率阈值；
当调制波的输出电压幅值处于可控区域内时，过调制模块生成一频率增量，并基于控制频率阈值增加频率增量生成增幅频率；
过调制模块发送包含增幅频率的控制指令至调制器模块。
优选地，过调制模块生成一频率增量，并基于控制频率阈值增加频率增量生成增幅频率的步骤包括：
过调制模块内预设有一目标幅值；
过调制模块生成一频率增量，使得调制波的输出电压幅值回落至目标幅值。
优选地，输出电压幅值在可控区域和不可控区域内对称。
本发明还公开了一种电机控制器的过调制区域控制系统，包括电连接的电机控制模块、过调制模块及调制器模块，
电机控制模块发送调制波至过调制模块；
过调制模块基于一期望调制比对调制波过调制，使得调制波的输出电压幅值交替于可控区域或不可控区域；
过调制模块内预设有一控制频率阈值，当调制波的输出电压幅值处于可控区域内时，向调制器模块发送控制指令，其中控制指令包括基于频率增量和控制频率阈值增加电机控制器的开关频率。
优选地，过调制模块接收一期望调制比，并将期望调制比与预设调制比区间比较；
当期望调制比落入1.15以下的预设调制比区间时，调制波的输出电压幅值处于非过调制区域的全控区域；
当期望调制比落入1.15-1.21的预设调制比区间时，调制波的输出电压幅值处于部分全控区域、部分半控区域；
当期望调制比落入1.21-1.27的预设调制比区间时，调制波的输出电压幅值处于部分半控区域、部分不可控区域。
优选地，过调制模块内预设有一控制频率阈值；
当调制波的输出电压幅值处于可控区域内时，过调制模块生成一频率增量，并基于控制频率阈值增加频率增量生成增幅频率；
过调制模块发送包含增幅频率的控制指令至调制器模块。
优选地，过调制模块内预设有一目标幅值；
过调制模块生成一频率增量，使得调制波的输出电压幅值回落至目标幅值。
优选地，输出电压幅值在可控区域和不可控区域内对称。
采用了上述技术方案后，与现有技术相比，具有以下有益效果：
1.在系统总损耗略微增加的前提下，极大地提高了逆变器在可控区域的控制能力，提高了系统整体的稳定性；
2.提高变频器的控制性能的同时，使得电机控制器在低载波比的特种应用中，即便系统处于不稳态下，仍能正常工作。
附图说明
图1为符合本发明一优选实施例中过调制区域控制方法的流程示意图；
图2为符合本发明一优选实施例中电机控制系统在可控区域/不可控区域下的输出电压幅值表现示意图。
具体实施方式
以下结合附图与具体实施例进一步阐述本发明的优点。
这里将详细地对示例性实施例进行说明，其示例表示在附图中。下面的描述涉及附图时，除非另有表示，不同附图中的相同数字表示相同或相似的要素。以下示例性实施例中所描述的实施方式并不代表与本公开相一致的所有实施方式。相反，它们仅是与如所附权利要求书中所详述的、本公开的一些方面相一致的装置和方法的例子。
在本公开使用的术语是仅仅出于描述特定实施例的目的，而非旨在限制本公开。在本公开和所附权利要求书中所使用的单数形式的“一种”、“所述”和“该”也旨在包括多数形式，除非上下文清楚地表示其他含义。还应当理解，本文中使用的术语“和/或”是指并包含一个或多个相关联的列出项目的任何或所有可能组合。
应当理解，尽管在本公开可能采用术语第一、第二、第三等来描述各种信息，但这些信息不应限于这些术语。这些术语仅用来将同一类型的信息彼此区分开。例如，在不脱离本公开范围的情况下，第一信息也可以被称为第二信息，类似地，第二信息也可以被称为第一信息。取决于语境，如在此所使用的词语“如果”可以被解释成为“在……时”或“当……时”或“响应于确定”。
在本发明的描述中，需要理解的是，术语“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
在本发明的描述中，除非另有规定和限定，需要说明的是，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是机械连接或电连接，也可以是两个元件内部的连通，可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语的具体含义。
在后续的描述中，使用用于表示元件的诸如“模块”、“部件”或“单元”的后缀仅为了有利于本发明的说明，其本身并没有特定的意义。因此，“模块”与“部件”可以混合地使用。
参阅图1，为符合本发明一优选实施例中电机控制器的过调制区域控制方法的流程示意图，在该实施例中过调制区域下对于过调制逻辑的具体控制方法包括以下步骤：
S100：将一电机控制模块与一过调制模块连接，自所述电机控制模块发送调制波至所述过调制模块；
电机控制模块为根据不同电机的类型及电机的使用场合有不同的要求及目的的模块，对于电动机，通过电机控制，达到电机快速启动、快速响应、高效率、高转矩输出及高过载能力的目的。
S200：过调制模块基于一期望调制比对所述调制波过调制，使得所述调制波的输出电压幅值交替于可控区域或不可控区域；
接收到调制波后，过调制模块将基于一期望调制比对所述调制波过调制。具体地，过调制模块将采集调制波的幅值，例如该测试调制波呈正弦波的状态，则正弦波的幅值代表了被超过母线电压部分削去后，对调制器最终生成的脉冲波的脉冲频率影响。继而，在调制波的幅值基础上，调整其本身具有的调制比至该期望调制比，从而对调制波调制。
可以理解的是，本领域内通常对非调制区域和过调制区域的划分，为调制波的输入调制比是否大于或等于1.15，也就是说，对于测试调制波所对应线电压的幅值与母线电压的比值小于或等于1.15的，则在调制区域内线性调制，而当大于1.15的，则在过调制区域进行过调制处理。
在不同调制比的基础上，将使得过调制模块的输出电压幅值在可控区域和不可控区域间交替。也就是说，在不可控区域，输出电压幅值将有可能偏离于目标幅值，而当处于可控区域时，输出电压幅值将逐渐回归至目标幅值。在电机运行过程中，输出电压的幅值将按此规律不断变化。
S300：于所述过调制模块内预设有一控制频率阈值，当所述调制波的输出电压幅值处于可控区域内时，向与所述过调制模块连接的调制器模块发送控制指令，其中所述控制指令包括基于频率增量和控制频率阈值增加所述电机控制器的开关频率；
在过调制模块内，预设有一控制频率阈值，用作为对三相开关的控制基础。该实施例中，在过调制区域不变的情况下，且不调整不可控区域和不可控周期的情况下，适当地增加控制频率，增加幅度为在过调制模块内，同时还设有一频率增量，使得过调制模块向调制器模块发送控制指令时，在控制频率阈值的基础上增加该频率增量。也就是说，增加可控区域的控制频率，即开关频率后，虽少量增加了电机控制系统的总损耗，但在可控区域下，如图2所示，与原被控指标(在这里可以指电流，扭矩等)发散相比(虚线)，被控指标不再发散(实线)，反之，呈现较为稳定的表态，实现稳定的控制系统。
一优选实施例中，过调制模块基于一期望调制比对调制波过调制，使得调制波的输出电压幅值交替于可控区域或不可控区域的步骤S200包括：
S210：过调制模块接收一期望调制比，并将期望调制比与预设调制比区间比较；
S220：当期望调制比落入1.15以下的预设调制比区间时，调制波的输出电压幅值处于非过调制区域的全控区域；
S220’：当期望调制比落入1.15-1.21的预设调制比区间时，调制波的输出电压幅值处于部分全控区域、部分半控区域；
S220”：当期望调制比落入1.21-1.27的预设调制比区间时，调制波的输出电压幅值处于部分半控区域、部分不可控区域。
也就是说，在不同期望调制比下，由于三相系统的控制自由度为2，使得非过调制区域和过调制区域的不可控区域和可控区域的长度不同，但最终实现的目的仍为，在进入不可控区域前，将输出电压幅值调整至接近于目标幅值。因此，不论输出电压幅值是否处于半控或全控区域，都将基于上述步骤S300，在不同的频率增量下，增加电机控制器的开关频率。
另一优选或可选实施例中，于过调制模块内预设有一控制频率阈值，当调制波的输出电压幅值处于可控区域内时，向与过调制模块连接的调制器模块发送控制指令的步骤S300包括：
S310：过调制模块内预设有一控制频率阈值；
过调制模块内预设有的控制频率阈值，可以是用户根据工况需求，手动输入的控制频率阈值，也可以是原过调制模块内对电机控制的已有控制频率，直接用作为控制频率阈值。
S320：当调制波的输出电压幅值处于可控区域内时，过调制模块生成一频率增量，并基于控制频率阈值增加频率增量生成增幅频率；
在可控区域内，过调制模块将在控制频率阈值的基础上，直接增加，或加权增加频率增量来获得增幅频率。可以理解的是，是否选择直接增加，亦或是基于一权重(可以是对频率增量的缩小倍数或增加倍数)调整频率增量，可以根据在不可控区域内，输出电压幅值的浮动程度、原可控区域内，输出电压幅值的浮动程度、可控区域与不可控区域的长度比值的基础上调整。
S330：过调制模块发送包含增幅频率的控制指令至调制器模块，由调制器模块对应调节。
更进一步地，过调制模块生成一频率增量，并基于控制频率阈值增加频率增量生成增幅频率的步骤S320包括：
S321：过调制模块内预设有一目标幅值；
过调制模块内设有的该目标幅值，表示了用户对输出电压幅值的期望值。
S322：过调制模块生成一频率增量，使得调制波的输出电压幅值回落至目标幅值。
对于频率增量的生成，期望目标为，在可控区域的结束时域，或是即将结束的时域下，输出电压幅值已达到并稳定在目标幅值。因此，可通过实验环境下测试、反馈机制的设置等方式，不断地对频率增量进行微调，直至在不同调制比下，均具有对应的频率增量值，最终实现如优选地输出电压幅值关于可控区域和不可控区域对称的效果。
本发明还公开了一种电机控制器的过调制区域控制系统，包括电连接的电机控制模块、过调制模块及调制器模块，电机控制模块发送调制波至过调制模块；过调制模块基于一期望调制比对调制波过调制，使得调制波的输出电压幅值交替于可控区域或不可控区域；过调制模块内预设有一控制频率阈值，当调制波的输出电压幅值处于可控区域内时，向调制器模块发送控制指令，其中控制指令包括基于频率增量和控制频率阈值增加电机控制器的开关频率。
优选或可选地，过调制模块接收一期望调制比，并将期望调制比与预设调制比区间比较；当期望调制比落入1.15以下的预设调制比区间时，调制波的输出电压幅值处于非过调制区域的全控区域；当期望调制比落入1.15-1.21的预设调制比区间时，调制波的输出电压幅值处于部分全控区域、部分半控区域；当期望调制比落入1.21-1.27的预设调制比区间时，调制波的输出电压幅值处于部分半控区域、部分不可控区域。
优选或可选地，过调制模块内预设有一控制频率阈值；当调制波的输出电压幅值处于可控区域内时，过调制模块生成一频率增量，并基于控制频率阈值增加频率增量生成增幅频率；过调制模块发送包含增幅频率的控制指令至调制器模块。
优选或可选地，过调制模块内预设有一目标幅值；过调制模块生成一频率增量，使得调制波的输出电压幅值回落至目标幅值。
优选或可选地，输出电压幅值关于可控区域和不可控区域对称。
应当注意的是，本发明的实施例有较佳的实施性，且并非对本发明作任何形式的限制，任何熟悉该领域的技术人员可能利用上述揭示的技术内容变更或修饰为等同的有效实施例，但凡未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何修改或等同变化及修饰，均仍属于本发明技术方案的范围内。

Claims (10)

1.一种电机控制器的过调制区域控制方法，其特征在于，包括以下步骤：
将一电机控制模块与一过调制模块连接，自所述电机控制模块发送调制波至所述过调制模块；
所述过调制模块基于一期望调制比对所述调制波过调制，使得所述调制波的输出电压幅值在可控区域和不可控区域间交替；
于所述过调制模块内预设有一控制频率阈值，当所述调制波的输出电压幅值处于可控区域内时，向与所述过调制模块连接的调制器模块发送控制指令，其中所述控制指令包括基于频率增量和控制频率阈值增加所述电机控制器的开关频率。
2.如权利要求1所述的过调制区域控制方法，其特征在于，
所述过调制模块基于一期望调制比对所述调制波过调制，使得所述调制波的输出电压幅值在可控区域和不可控区域间交替的步骤包括：
所述过调制模块接收一期望调制比，并将所述期望调制比与预设调制比区间比较；
当所述期望调制比落入1.15以下的预设调制比区间时，所述调制波的输出电压幅值处于非过调制区域的全控区域；
当所述期望调制比落入1.15-1.21的预设调制比区间时，所述调制波的输出电压幅值处于部分全控区域、部分半控区域；
当所述期望调制比落入1.21-1.27的预设调制比区间时，所述调制波的输出电压幅值处于部分半控区域、部分不可控区域。
3.如权利要求1所述的过调制区域控制方法，其特征在于，
于所述过调制模块内预设有一控制频率阈值，当所述调制波的输出电压幅值处于可控区域内时，向与所述过调制模块连接的调制器模块发送控制指令的步骤包括：
所述过调制模块内预设有一控制频率阈值；
当所述调制波的输出电压幅值处于可控区域内时，所述过调制模块生成一频率增量，并基于所述控制频率阈值增加所述频率增量生成增幅频率；
所述过调制模块发送包含所述增幅频率的控制指令至所述调制器模块。
4.如权利要求3所述的过调制区域控制方法，其特征在于，
所述过调制模块生成一频率增量，并基于所述控制频率阈值增加所述频率增量生成增幅频率的步骤包括：
所述过调制模块内预设有一目标幅值；
所述过调制模块生成一频率增量，使得所述调制波的输出电压幅值回落至所述目标幅值。
5.如权利要求4所述的过调制区域控制方法，其特征在于，
所述输出电压幅值关于所述可控区域和不可控区域对称。
6.一种电机控制器的过调制区域控制系统，包括电连接的电机控制模块、过调制模块及调制器模块，其特征在于，
所述电机控制模块发送调制波至所述过调制模块；
所述过调制模块基于一期望调制比对所述调制波过调制，使得所述调制波的输出电压幅值在可控区域和不可控区域间交替；
所述过调制模块内预设有一控制频率阈值，当所述调制波的输出电压幅值处于可控区域内时，向所述调制器模块发送控制指令，其中所述控制指令包括基于频率增量和控制频率阈值增加所述电机控制器的开关频率。
7.如权利要求6所述的过调制区域控制系统，其特征在于，
所述过调制模块接收一期望调制比，并将所述期望调制比与预设调制比区间比较；
当所述期望调制比落入1.15以下的预设调制比区间时，所述调制波的输出电压幅值处于非过调制区域的全控区域；
当所述期望调制比落入1.15-1.21的预设调制比区间时，所述调制波的输出电压幅值处于部分全控区域、部分半控区域；
当所述期望调制比落入1.21-1.27的预设调制比区间时，所述调制波的输出电压幅值处于部分半控区域、部分不可控区域。
8.如权利要求6所述的过调制区域控制系统，其特征在于，
所述过调制模块内预设有一控制频率阈值；
当所述调制波的输出电压幅值处于可控区域内时，所述过调制模块生成一频率增量，并基于所述控制频率阈值增加所述频率增量生成增幅频率；
所述过调制模块发送包含所述增幅频率的控制指令至所述调制器模块。
9.如权利要求8所述的过调制区域控制系统，其特征在于，
所述过调制模块内预设有一目标幅值；
所述过调制模块生成一频率增量，使得所述调制波的输出电压幅值回落至所述目标幅值。
10.如权利要求9所述的过调制区域控制系统，其特征在于，
所述输出电压幅值关于所述可控区域和不可控区域对称。
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