CN113381658A - 一种用于电动汽车电机控制器的变权重叠加型过调制方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种用于电动汽车电机控制器的变权重叠加型过调制方法，属于调制技术领域，包括采用磁场定向方法，计算获得调制系数；并获得叠加权重因子初始值；根据目标电压矢量，计算获得目标电压矢量在静止坐标系下的相位角；进行优化计算获得叠加权重因子优化值；根据目标电压矢量在静止坐标系下的相位角，计算获得用于叠加的加权分量，并获得参考电压矢量；根据参考电压矢量和空间矢量脉宽调制方法，计算获得逆变器的开关控制信号。本发明将叠加权重因子根据目标电压矢量相位角进行了优化计算，有效降低了电机相电流谐波畸变率以及驱动系统转矩脉动，提升了电动汽车动力输出性能以及驾乘人员的舒适性。

Description

一种用于电动汽车电机控制器的变权重叠加型过调制方法
技术领域
本发明涉及调制的技术领域，尤其涉及一种用于电动汽车电机控制器的变权重叠加型过调制方法。
背景技术
新能源汽车电机控制器通常采用空间矢量脉宽调制方法(SVPWM)计算逆变器IGBT开关的控制信号实现驱动系统的转矩控制。电机控制器的理论工作区域包括线性调制区以及非线性过调制区。传统电机驱动系统工作区域被限定在线性调制区以及程度较浅的非线性过调制区，没有充分利用控制器的电压输出能力，导致电压利用率较低。控制器工作在深度非线性过调制区时会出现电压矢量相位角突变的问题，使得相电流谐波畸变率激增，导致电机驱动系统出现转矩脉动的问题，影响新能源汽车的动力输出性能以及驾乘人员的舒适性，传统过调制算法没有对此作出针对性的优化。现有新能源汽车电驱动系统主要有以下缺点：大部分不能实现深度过调制区域运行，电压利用率较低；部分具有过调制算法的电驱动系统采用理论计算的方法，计算量大，不适用于工程运用；部分过调制算法采用权重叠加计算方法降低算法计算量，但是电压矢量在跨越调制扇区中心线时会出现电压矢量相位角突变的问题，使得相电流谐波畸变率激增，导致电机驱动系统出现转矩脉动的问题，影响新能源汽车的动力输出性能以及驾乘人员的舒适性。
发明内容
针对上述问题中存在的不足之处，本发明提供一种用于电动汽车电机控制器的变权重叠加型过调制方法。
为实现上述目的，本发明提供一种用于电动汽车电机控制器的变权重叠加型过调制方法，包括：
采用磁场定向方法，计算获得控制器目标电压矢量；
根据所述目标电压矢量以及母线电压值，计算获得调制系数；
根据所述调制系数，计算获得叠加权重因子初始值；
根据所述目标电压矢量，计算获得所述目标电压矢量在静止坐标系下的相位角；
根据所述叠加权重因子初始值和所述目标电压矢量在静止坐标系下的相位角，进行优化计算获得叠加权重因子优化值；
根据所述目标电压矢量在静止坐标系下的相位角，计算获得用于叠加的加权分量V1和VP；
根据所述叠加权重因子优化值以及所述加权分量V1和VP，计算获得参考电压矢量；
根据所述参考电压矢量和空间矢量脉宽调制方法，计算获得所述逆变器的开关控制信号。
优选的是，根据所述目标电压矢量以及母线电压值，计算获得调制系数包括：
根据所述目标电压矢量，获得所述目标电压矢量在两相旋转坐标系下的坐标轴分量ud和uq；
根据公式，获得所述调制系数MI；
Figure BDA0003123614970000021
其中，udc为母线电压值。
优选的是，根据所述调制系数，计算获得叠加权重因子初始值包括：
根据公式，获得叠加权重因子初始值k0；
Figure BDA0003123614970000022
Figure BDA0003123614970000023
优选的是，根据所述目标电压矢量，计算获得所述目标电压矢量在静止坐标系下的相位角包括：
对所述目标电压矢量在两相旋转坐标系下的坐标轴分量ud和uq进行反正切运算，获得所述目标电压矢量的相位角θv；
将所述相位角θv和转子位置角θN相加，计算获得所述目标电压矢量在静止坐标系下的相位角θ2s。
优选的是，根据所述叠加权重因子初始值和所述目标电压矢量在静止坐标系下的相位角，进行优化计算获得叠加权重因子优化值包括：
Figure BDA0003123614970000031
其中，kopt为叠加权重因子优化值。
优选的是，根据所述叠加权重因子优化值以及所述加权分量V1和VP，计算获得参考电压矢量包括：
根据所述加权分量V1和VP，获得所述加权分量V1和VP分别在所述静止坐标系下的坐标轴分量
Figure BDA0003123614970000034
和
Figure BDA0003123614970000035
根据公式，获得参考电压矢量在所述静止坐标系下的坐标轴分量；
Figure BDA0003123614970000032
Figure BDA0003123614970000033
其中，ua_OVM、ub_OVM所述参考电压矢量在所述静止坐标系下的坐标轴分量。
与现有技术相比，本发明的有益效果为：
本发明将叠加权重因子根据目标电压矢量相位角进行了优化计算，有效降低了电机相电流谐波畸变率以及驱动系统转矩脉动，提升了电动汽车动力输出性能以及驾乘人员的舒适性，且能够实现极限深度过调制控制(MI＝1)，与现有新能源汽车电驱动系统用调制方法相比，电压利用率提升效果明显；另外，本发明仅包含简单的线性运算，与传统理论计算型过调制方法相比，计算量较小，工程应用难度低；针对传统叠加型过调制方法在深度过调制区域出现的谐波畸变率激增的问题。
附图说明
图1是本发明中一种用于电动汽车电机控制器的变权重叠加型过调制方法的流程框架图；
图2是本发明中一种用于电动汽车电机控制器的变权重叠加型过调制方法的结构框架图；
图3是本发明中参考电压矢量在静止坐标系下的坐标轴分量计算图；
图4是本发明中参考电压矢量在静止坐标系下的坐标轴分量计算图。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
参照图1，本发明提供一种用于电动汽车电机控制器的变权重叠加型过调制方法，包括：
采用磁场定向方法，计算获得控制器目标电压矢量；
根据目标电压矢量以及母线电压值，计算获得调制系数；
具体地，根据目标电压矢量，获得目标电压矢量在两相旋转坐标系下的坐标轴分量ud和uq；
根据公式，获得调制系数MI；
Figure BDA0003123614970000041
其中，udc为母线电压值。
根据调制系数，计算获得叠加权重因子初始值；
具体地，根据公式，获得叠加权重因子初始值k0；
Figure BDA0003123614970000042
Figure BDA0003123614970000051
根据目标电压矢量，计算获得目标电压矢量在静止坐标系下的相位角；
具体地，对目标电压矢量在两相旋转坐标系下的坐标轴分量ud和uq进行反正切运算，获得目标电压矢量的相位角θv；
将相位角θv和转子位置角θN相加，计算获得目标电压矢量在静止坐标系下的相位角θ2s。
根据叠加权重因子初始值和目标电压矢量在静止坐标系下的相位角，进行优化计算获得叠加权重因子优化值；
具体地，
Figure BDA0003123614970000052
其中，kopt为叠加权重因子优化值。
根据目标电压矢量在静止坐标系下的相位角，计算获得用于叠加的加权分量V1和VP；
根据叠加权重因子优化值以及加权分量V1和VP，计算获得参考电压矢量；
具体地，根据加权分量V1和VP，获得加权分量V1和VP分别在静止坐标系下的坐标轴分量
Figure BDA0003123614970000057
和
Figure BDA0003123614970000058
参照图3和4，根据公式，获得参考电压矢量在静止坐标系下的坐标轴分量；
Figure BDA0003123614970000053
Figure BDA0003123614970000054
其中，ua_OVM、ub_OVM参考电压矢量在静止坐标系下的坐标轴分量；图3中
Figure BDA0003123614970000055
图4中
Figure BDA0003123614970000056
根据参考电压矢量和空间矢量脉宽调制方法，计算获得逆变器的开关控制信号。
参照图2，电动汽车电机控制多采用磁场定向控制方法(FOC)进行控制器目标电压矢量计算，其中电压幅值连同母线电压测量值被送入调制系数计算模块，根据调制系数实时计算结果可以进一步计算得到叠加权重因子的初始值；目标电压矢量相位角计算结果与电机转子位置角测量值进行求和得到静止坐标系下目标电压矢量相位角，一方面用于叠加算法各个加权分量计算，一方面结合叠加权重因子初始值进行叠加权重因子优化计算，另一方面直接参与参考电压矢量加权计算。上述所有计算结果被送入参考电压矢量加权计算模块，根据相位角处在不同的相位区间，结合具体优化策略，调用不同的叠加权重因子与各个加权分量进行参考电压矢量加权计算；计算结果作为输入用于空间矢量脉宽调制模块(SVPWM)计算逆变器IGBT开关控制信号。
本发明将目标电压矢量的相位角作为影响因素引入叠加权重因子的计算中，该算法通过优化过调制系数、电压相位角与叠加权重因子的函数关系，使得对于任意过调制系数，目标电压矢量跨越每个调制扇区中心线时叠加权重因子均能实现从零过渡，解决了传统叠加型过调制算法在此处产生的电压矢量相位角突变的问题，大幅度降低了相电流谐波畸变率。对于任意调制扇区，目标电压矢量相位角引入叠加权重因子计算，当相位角从0增加到
Figure BDA0003123614970000061
时，叠加权重因子从原有值逐渐减小至趋于0，此时六拍工况工作点的变化将不会造成参考电压相位角的突变；当目标电压相位角从
Figure BDA0003123614970000062
增加到
Figure BDA0003123614970000063
时，叠加权重因子从0增加至原有值。整个过程实现了参考电压矢量相位角的平滑变化，解决了相位角突变造成的相电流谐波畸变率激增的问题。
以上仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (6)

1.一种用于电动汽车电机控制器的变权重叠加型过调制方法，其特征在于，包括：
采用磁场定向方法，计算获得控制器目标电压矢量；
根据所述目标电压矢量以及母线电压值，计算获得调制系数；
根据所述调制系数，计算获得叠加权重因子初始值；
根据所述目标电压矢量，计算获得所述目标电压矢量在静止坐标系下的相位角；
根据所述叠加权重因子初始值和所述目标电压矢量在静止坐标系下的相位角，进行优化计算获得叠加权重因子优化值；
根据所述目标电压矢量在静止坐标系下的相位角，计算获得用于叠加的加权分量V1和VP；
根据所述叠加权重因子优化值以及所述加权分量V1和VP，计算获得参考电压矢量；
根据所述参考电压矢量和空间矢量脉宽调制方法，计算获得所述逆变器的开关控制信号。
2.如权利要求1所述的用于电动汽车电机控制器的变权重叠加型过调制方法，其特征在于，根据所述目标电压矢量以及母线电压值，计算获得调制系数包括：
根据所述目标电压矢量，获得所述目标电压矢量在两相旋转坐标系下的坐标轴分量ud和uq；
根据公式，获得所述调制系数MI；
Figure FDA0003123614960000011
其中，udc为母线电压值。
3.如权利要求2所述的用于电动汽车电机控制器的变权重叠加型过调制方法，其特征在于，根据所述调制系数，计算获得叠加权重因子初始值包括：
根据公式，获得叠加权重因子初始值k0；
Figure FDA0003123614960000021
Figure FDA0003123614960000022
4.如权利要求3所述的用于电动汽车电机控制器的变权重叠加型过调制方法，其特征在于，根据所述目标电压矢量，计算获得所述目标电压矢量在静止坐标系下的相位角包括：
对所述目标电压矢量在两相旋转坐标系下的坐标轴分量ud和uq进行反正切运算，获得所述目标电压矢量的相位角θv；
将所述相位角θv和转子位置角θN相加，计算获得所述目标电压矢量在静止坐标系下的相位角θ2s。
5.如权利要求4所述的用于电动汽车电机控制器的变权重叠加型过调制方法，其特征在于，根据所述叠加权重因子初始值和所述目标电压矢量在静止坐标系下的相位角，进行优化计算获得叠加权重因子优化值包括：
Figure FDA0003123614960000023
其中，kopt为叠加权重因子优化值。
6.如权利要求5所述的用于电动汽车电机控制器的变权重叠加型过调制方法，其特征在于，根据所述叠加权重因子优化值以及所述加权分量V1和VP，计算获得参考电压矢量包括：
根据所述加权分量V1和VP，获得所述加权分量V1和VP分别在所述静止坐标系下的坐标轴分量
Figure FDA0003123614960000026
和
Figure FDA0003123614960000027
根据公式，获得参考电压矢量在所述静止坐标系下的坐标轴分量；
Figure FDA0003123614960000024
Figure FDA0003123614960000025
其中，ua_OVM、ub_OVM所述参考电压矢量在所述静止坐标系下的坐标轴分量。
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