CN113098355A - 一种电机控制器的过调制方法及系统 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种电机控制器的过调制方法及系统，过调制方法包括以下步骤：电机控制模块发送目标调制波至过调制模块；过调制模块计算目标调制波的输入调制比，且过调制模块接收一期望调制比，以形成输入‑输出调制比关系；过调制模块基于多条输入‑输出调制比关系形成输入‑输出调制比对应表并存储；当过调制模块自电机控制模块接收一调制波时，计算调制波的输入调制比，并将输入调制比遍历至输入‑输出调制比对应表，以查找到对应的期望调制比；过调制模块基于期望调制比对调制波过调制。采用上述技术方案后，可使过调制区域的输出电压基波幅值与控制器内部软件的调制比呈线性比例关系，提高了过调制区域的控制性能。
Description
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。
具体控制时，将对直流母线电压的幅值分为非过调制区和过调制区。在非过调制区，逆变器的输出电压基波幅值与控制器内部软件的调制比呈线性比例关系。而在过调制区域，输出电压的基波幅值真实值的增加速度小于软件调制比的增加速度，呈非线性关系。具体原因为，在过调制区域基波幅值的提升无法反映在调制中的方波中，导致真实输出的基波幅值有损失，因此在下游的调制器处，将会把实际放大倍数反馈至过调制模块，使得过调制模块进行相应的修正，该过程一方面使得过调制区域控制性能的下降，另一方面由于延迟的问题，修正后的调制比可能无法满足当前时刻下已调整的输入调制比，从而始终无法满足实时响应和准确过调制的期望效果。
因此，需要一种新型的过调制方法，可在过调制模块内准备给到期望的输出电压调制比，使控制对象保持一致。
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方法及系统，使过调制区域的输出电压基波幅值与控制器内部软件的调制比呈线性比例关系，提高了过调制区域的控制性能。
本发明公开了一种电机控制器的过调制方法，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目标调制波至过调制模块；
过调制模块接收目标调制波，计算目标调制波的输入调制比，且过调制模块接收一期望调制比，以形成输入-输出调制比关系；
反复执行上述步骤，过调制模块基于多条输入-输出调制比关系形成输入-输出调制比对应表并存储；
当过调制模块自电机控制模块接收一调制波时，计算调制波的输入调制比，并将输入调制比遍历至输入-输出调制比对应表，以查找到对应的期望调制比；
过调制模块基于期望调制比对调制波过调制，使得调制波的输出电压幅值与母线电压的输出调制比满足期望调制比。
优选地，还包括以下步骤：
过调制模块与一调制器模块连接，输出调制波至调制器模块，使得调制模块基于调制波输出脉冲波。
优选地，当过调制模块自电机控制模块接收一调制波时，计算调制波的输入调制比，并将输入调制比遍历至输入-输出调制比对应表，以查找到对应的期望调制比的步骤包括：
计算调制波的输入调制比，并将输入调制比遍历至输入-输出调制比对应表的输入部分；
当输入调制比匹配至输入-输出调制比对应表的输入部分时，提取输入部分对应的期望调制比；
当输入调制比不匹配至输入-输出调制比对应表的输入部分时，线性计算与输入调制比相邻的两输入部分对应的两期望调制比的中间值。
优选地，当输入调制比不匹配至输入-输出调制比对应表的输入部分时，线性计算与输入调制比相邻的两输入部分对应的两期望调制比的中间值的步骤包括：
提取与输入调制比相邻的两输入部分对应的两期望调制比；
拟合两输入-输出调制比关系的直线，并计算直线的函数关系；
将输入调制比代入函数关系以求得输入调制比对应的期望调制比。
优选地，反复执行上述步骤，过调制模块基于多条输入-输出调制比关系形成输入-输出调制比对应表并存储的步骤包括：
基于多条输入-输出调制比关系，计算相邻输入-输出调制比关系的函数关系，以拟合输入-输出调制比对应表的基本线性关系。
本发明还公开了一种电机控制器的过调制系统，包括电机控制模块及过调制模块，电机控制模块发送目标调制波至过调制模块；
过调制模块接收目标调制波，计算目标调制波的输入调制比，且过调制模块接收一期望调制比，以形成输入-输出调制比关系；
过调制模块基于多条输入-输出调制比关系形成输入-输出调制比对应表并存储；
当过调制模块自电机控制模块接收一调制波时，计算调制波的输入调制比，并将输入调制比遍历至输入-输出调制比对应表，以查找到对应的期望调制比；
过调制模块基于期望调制比对调制波过调制，使得调制波的输出电压幅值与母线电压的输出调制比满足期望调制比。
优选地，过调制系统还包括调制器模块：
过调制模块与调制器模块连接，输出调制波至调制器模块，使得调制模块基于调制波输出脉冲波。
优选地，过调制模块计算调制波的输入调制比，并将输入调制比遍历至输入-输出调制比对应表的输入部分；
当输入调制比匹配至输入-输出调制比对应表的输入部分时，提取输入部分对应的期望调制比；
当输入调制比不匹配至输入-输出调制比对应表的输入部分时，线性计算与输入调制比相邻的两输入部分对应的两期望调制比的中间值。
优选地，过调制模块提取与输入调制比相邻的两输入部分对应的两期望调制比，拟合两输入-输出调制比关系的直线，并计算直线的函数关系；
过调制模块将输入调制比代入函数关系以求得输入调制比对应的期望调制比。
优选地，过调制模块基于多条输入-输出调制比关系，计算相邻输入-输出调制比关系的函数关系，以拟合输入-输出调制比对应表的基本线性关系。
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.过调制区域的输出电压基波幅值与控制器内部软件的调制比呈线性比例关系，计算效率更佳；
2.提高了系统的稳定性与响应速度；
3.过调制区域与非过调制区域具有相同的控制手段，电机控制器的控制对象保持一致。
附图说明
图1为符合本发明一优选实施例中电机控制器的过调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器的过调制系统的结构示意图。
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方法的流程示意图，在该实施例中，过调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目标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。
在实验环境内，将电机控制模块与过调制模块连接后，电机控制模块将一目标调制波发送至过调制模块。可以理解的是，目标调制波为，实验环境，或离线环境下，对电机控制模块测试工作，模拟发送实际的调制波至过调制模块，以检测过调制模块的过调制性能。
S200：过调制模块接收所述目标调制波，计算所述目标调制波的输入调制比，且所述过调制模块接收一期望调制比，以形成输入-输出调制比关系
接收到目标调制波后，过调制模块将计算目标调制波的输入调制比。具体地，过调制模块将采集目标调制波的幅值，例如该目标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。
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，对于目标调制波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。
鉴于在离线的实验测试环境下，用户可在外部向过调制模块发送一期望调制比，代表了经过调制模块过调制后，调制波的幅值期望被放大到的倍数。通过手动输入方式，在测试环境下将某一输入调制比下的输出的期望调制比绑定，形成输入-输出调制比关系。也就是说，通过离线环境下的强绑定，使得不同输入调制比下的期望调制比预先设置，不需要再由调制器反馈实际的调制比至过调制模块，再由过调制模块调整调制比。反之，通过输入-输出调制比关系的建立，可直接获取到期望的输出调制比，从而控制调制器模块输出的脉冲经FFT后计算的正弦波基波。
S300：反复执行上述步骤，过调制模块基于多条输入-输出调制比关系形成输入-输出调制比对应表并存储
对上述步骤S100和S200反复执行后，在具有了多条输入-输出调制比关系，例如在输入调制比为1.15-1.27间，具有100个输入调制比的采样点后，可成表形成为基于多条输入-输出调制比关系的输入-输出调制比对应表。该对应标的每一行分别具有输入调制比和输出调制比，使得输入调制比和输出调制比一一对应，存储在过调制模块后，供过调制模块后续调用。
可以理解的是，输入-输出调制比对应表内具有的输入-输出调制比关系越多，则在不同工况下，接收到的输入调制比的直接对应情况效率越高，也即离线环境下实验采样和输入的样本点越多，对于过调制的输出也越具有准确性。
S400：当所述过调制模块自所述电机控制模块接收一调制波时，计算所述调制波的输入调制比，并将所述输入调制比遍历至所述输入-输出调制比对应表，以查找到对应的期望调制比
具有上述输入-输出调制比对应表后，在实际工况下，过调制模块自电机控制模块接收到一调制波时，同样也将计算该调制波的输入调制比，以确定是否需要对该调制波进行过调制处理。输入-输出调制比对应表里可选地存储有非过调制区域下的线性对应关系，即将输入调制比的数值遍历至输入-输出调制比对应表，找到匹配的输入调制比后，同时查找与该匹配的输入调制比对应的输出调制比。
S500：过调制模块基于所述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与母线电压的输出调制比满足所述期望调制比
具有输出调制比后，将直接依据输出调制比的数值用作为期望调制比对调制波过调制，即基于该数值对调制波的幅值放大至相对于母线电压的期望调制比倍数，在牺牲THD表现的代价下，增加输出基波的幅值，在同样的电流下输出更大的功率。相比于现有技术中反馈补偿的机制，使调制器线性输出，使控制对象的一致性增强，提高了控制性能。此外，也简化了相关软件环节，降低软件复杂度，避免了状态机设计，并降低了CPU的负载。
一优选实施例中，过调制方法还包括以下步骤：
S600：过调制模块与一调制器模块连接，输出所述调制波至所述调制器模块，使得所述调制模块基于所述调制波输出脉冲波
过调制模块与一调制器模块连接后，经幅值放大的调制波将被输出至调制器模块，也就是说，向调制器模块输入的为控制器希望输出的电压波形，调制器模块调制后，输出为电控开关管的驱动信号，生成脉冲波形，从而更进一步地控制电机的电流大小。
又一优选或可选实施例中，步骤S400包括：
S410：计算调制波的输入调制比，并将输入调制比遍历至输入-输出调制比对应表的输入部分；
S420：当输入调制比匹配至输入-输出调制比对应表的输入部分时，提取输入部分对应的期望调制比；
该实施例中，若输入调制比可完全匹配到输入-输出调制比对应表的输入部分，即输入调制比的某一字条时，也即可在输入-输出调制比对应表内得到完整对应的输出调制比，则可将匹配的期望调制比提取调用。
S420’：当输入调制比不匹配至输入-输出调制比对应表的输入部分时，线性计算与输入调制比相邻的两输入部分对应的两期望调制比的中间值
若遍历输入-输出调制比对应表后，发现输入部分不具有与输入调制比完全匹配的数据时，将通过线性方式计算得到期望调制比。例如，取与输入调制比相邻的两输入部分的数据，以及分别对应的期望调制比，并在两期望调制比间随机地、或线性地选择中间值为期望调制比。需要说明的是，中间值不局限于两期望调制比的均值，可以是两期望调制比间的任意值。
更为具体地，步骤S420’可包括：
S421’：提取与所述输入调制比相邻的两输入部分对应的两期望调制比；
S422’：拟合两输入-输出调制比关系的直线，并计算所述直线的函数关系；
步骤S421’后，将获得两采样点，分别为夹持了当前输入调制比的两输入调制比和对应的两期望调制比。以该两点为基础，计算经过两点的直线的函数关系，该函数关系表示了两输入调制比间的任意输入调制比下，将对应的期望调制比的值。
S423’：将所述输入调制比代入所述函数关系以求得所述输入调制比对应的期望调制比。
最终，再将当前的输入调制比代入函数关系内，以求得输入调制比对应的期望调制比。可以理解的是，所得的该期望调制比，未被记载在输入-输出调制比对应表内，但最终通过与非过调制区域相同的线性计算方式所得，仍然可省去了反馈补偿机制的采用。
又一优选实施例中，步骤S300可包括：
S310：基于多条输入-输出调制比关系，计算相邻输入-输出调制比关系的函数关系，以拟合输入-输出调制比对应表的基本线性关系
在步骤S300中，将各采样点的函数关系一一计算，若建立输入-输出调制比坐标轴，在过调制区将获得基本呈直线(采样点越多，线性越强)的基本线性关系，其中包含了多个函数关系(各个可不相同)。则在输入部分不具有与输入调制比完全匹配的数据时，可直接代入函数关系式内计算，加快获取输出调制比的流程。
参阅图2，本发明还公开了一种电机控制器的过调制系统，包括电机控制模块及过调制模块，电机控制模块发送目标调制波至过调制模块；过调制模块接收目标调制波，计算目标调制波的输入调制比，且过调制模块接收一期望调制比，以形成输入-输出调制比关系；过调制模块基于多条输入-输出调制比关系形成输入-输出调制比对应表并存储；当过调制模块自电机控制模块接收一调制波时，计算调制波的输入调制比，并将输入调制比遍历至输入-输出调制比对应表，以查找到对应的期望调制比；过调制模块基于期望调制比对调制波过调制，使得调制波的输出电压幅值与母线电压的输出调制比满足期望调制比。
优选地，过调制系统还包括调制器模块：过调制模块与调制器模块连接，输出调制波至调制器模块，使得调制模块基于调制波输出脉冲波。
优选地，过调制模块计算调制波的输入调制比，并将输入调制比遍历至输入-输出调制比对应表的输入部分；当输入调制比匹配至输入-输出调制比对应表的输入部分时，提取输入部分对应的期望调制比；当输入调制比不匹配至输入-输出调制比对应表的输入部分时，线性计算与输入调制比相邻的两输入部分对应的两期望调制比的中间值。
优选地，过调制模块提取与输入调制比相邻的两输入部分对应的两期望调制比，拟合两输入-输出调制比关系的直线，并计算直线的函数关系；过调制模块将输入调制比代入函数关系以求得输入调制比对应的期望调制比。
优选地，过调制模块基于多条输入-输出调制比关系，计算相邻输入-输出调制比关系的函数关系，以拟合输入-输出调制比对应表的基本线性关系。
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目标调制波至所述过调制模块；
所述过调制模块接收所述目标调制波，计算所述目标调制波的输入调制比，且所述过调制模块接收一期望调制比，以形成输入-输出调制比关系；
反复执行上述步骤，所述过调制模块基于多条输入-输出调制比关系形成输入-输出调制比对应表并存储；
当所述过调制模块自所述电机控制模块接收一调制波时，计算所述调制波的输入调制比，并将所述输入调制比遍历至所述输入-输出调制比对应表，以查找到对应的期望调制比；
所述过调制模块基于所述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与母线电压的输出调制比满足所述期望调制比。
2.如权利要求1所述的过调制方法，其特征在于，还包括以下步骤：
所述过调制模块与一调制器模块连接，输出所述调制波至所述调制器模块，使得所述调制模块基于所述调制波输出脉冲波。
3.如权利要求1所述的过调制方法，其特征在于，
当所述过调制模块自所述电机控制模块接收一调制波时，计算所述调制波的输入调制比，并将所述输入调制比遍历至所述输入-输出调制比对应表，以查找到对应的期望调制比的步骤包括：
计算调制波的输入调制比，并将输入调制比遍历至输入-输出调制比对应表的输入部分；
当输入调制比匹配至输入-输出调制比对应表的输入部分时，提取所述输入部分对应的期望调制比；
当输入调制比不匹配至输入-输出调制比对应表的输入部分时，线性计算与所述输入调制比相邻的两输入部分对应的两期望调制比的中间值。
4.如权利要求3所述的过调制方法，其特征在于，
当输入调制比不匹配至输入-输出调制比对应表的输入部分时，线性计算与所述输入调制比相邻的两输入部分对应的两期望调制比的中间值的步骤包括：
提取与所述输入调制比相邻的两输入部分对应的两期望调制比；
拟合两输入-输出调制比关系的直线，并计算所述直线的函数关系；
将所述输入调制比代入所述函数关系以求得所述输入调制比对应的期望调制比。
5.如权利要求1所述的过调制方法，其特征在于，
反复执行上述步骤，所述过调制模块基于多条输入-输出调制比关系形成输入-输出调制比对应表并存储的步骤包括：
基于多条输入-输出调制比关系，计算相邻输入-输出调制比关系的函数关系，以拟合输入-输出调制比对应表的基本线性关系。
6.一种电机控制器的过调制系统，包括电机控制模块及过调制模块，其特征在于，
所述电机控制模块发送目标调制波至所述过调制模块；
所述过调制模块接收所述目标调制波，计算所述目标调制波的输入调制比，且所述过调制模块接收一期望调制比，以形成输入-输出调制比关系；
所述过调制模块基于多条输入-输出调制比关系形成输入-输出调制比对应表并存储；
当所述过调制模块自所述电机控制模块接收一调制波时，计算所述调制波的输入调制比，并将所述输入调制比遍历至所述输入-输出调制比对应表，以查找到对应的期望调制比；
所述过调制模块基于所述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与母线电压的输出调制比满足所述期望调制比。
7.如权利要求1所述的过调制系统，其特征在于，所述过调制系统还包括调制器模块：所述过调制模块与所述调制器模块连接，输出所述调制波至所述调制器模块，使得所述调制模块基于所述调制波输出脉冲波。
8.如权利要求1所述的过调制系统，其特征在于，
所述过调制模块计算调制波的输入调制比，并将输入调制比遍历至输入-输出调制比对应表的输入部分；
当输入调制比匹配至输入-输出调制比对应表的输入部分时，提取所述输入部分对应的期望调制比；
当输入调制比不匹配至输入-输出调制比对应表的输入部分时，线性计算与所述输入调制比相邻的两输入部分对应的两期望调制比的中间值。
9.如权利要求3所述的过调制系统，其特征在于，
所述过调制模块提取与所述输入调制比相邻的两输入部分对应的两期望调制比，拟合两输入-输出调制比关系的直线，并计算所述直线的函数关系；
所述过调制模块将所述输入调制比代入所述函数关系以求得所述输入调制比对应的期望调制比。
10.如权利要求1所述的过调制系统，其特征在于，
所述过调制模块基于多条输入-输出调制比关系，计算相邻输入-输出调制比关系的函数关系，以拟合输入-输出调制比对应表的基本线性关系。
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