CN113708702B - 一种电机控制器的降频控制方法及系统 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种电机控制器的降频控制方法及系统，电机控制器的降频控制方法包括以下步骤：获取电机控制器的扭矩‑转速关系示意图，扭矩‑转速关系示意图根据最大输出电流划分成降频运行曲线与正常运行曲线；基于动力总成系统，实验环境下离线标定不同开关频率时正常运行时的第一最大输出扭矩、第一综合效率，降频运行时的第二最大输出扭矩、第二综合效率；以电机的扭矩为纵轴分别比较第一最大输出扭矩和第二最大输出扭矩，及第一综合效率和第二综合效率，选取具有更高效率的运行状态；拟合动力总成系统的扭矩‑转速关系示意图，并在使用环境下对电机执行降频。采用上述技术方案后，优化了降频区域与非降频区域的分布。

Description

一种电机控制器的降频控制方法及系统

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降频控制方法及系统。

背景技术

在新能源车载驱动器或其他变频器中，在低速区域常使用降低开关频率的方式减小系统的开关损耗，提高逆变器效率或增加其在低速下的运行扭矩。然而较低的开关频率增加了电流纹波值，这增加了电机的损耗。(同时较低的开关频率造成了更大的母线电容电压纹波，增加了电池的损耗。)

在实际的动力总成系统中，系统的综合效能受到逆变器与电机综合影响，因此在选择控制器的调制运行策略时，需要综合考虑动力总成系统的效率。

因此，需要一种新型的电机控制器的降频控制方法及系统，提高了系统的效率，增加了电动汽车的续航里程。

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降频控制方法及系统，优化了降频区域与非降频区域的分布。

本发明公开了一种电机控制器的降频控制方法，包括以下步骤：

获取电机控制器的扭矩-转速关系示意图，扭矩-转速关系示意图划分成降频运行曲线与正常运行曲线，降频运行曲线与正常运行曲线的交点对应的转速为转速阈值；

基于电机控制器、电机与电池组成的动力总成系统，实验环境下离线标定动力总成系统在转速小于等于转速阈值的范围内，不同开关频率时正常运行时的第一最大输出扭矩、第一综合效率，降频运行时的第二最大输出扭矩、第二综合效率；

以电机的扭矩为纵轴分别比较第一最大输出扭矩和第二最大输出扭矩，及第一综合效率和第二综合效率，选取各转速下第一综合效率和第二综合效率中具有更高效率的运行状态；

基于选取的运行状态，拟合动力总成系统的扭矩-转速关系示意图；

基于动力总成系统的扭矩-转速关系示意图，使用环境下对电机执行降频。

优选地，获取电机控制器的扭矩-转速关系示意图，扭矩-转速关系示意图划分成降频运行曲线与正常运行曲线，降频运行曲线与正常运行曲线的交点对应的转速为转速阈值的步骤包括：

设定一转速阈值；

获取电机控制器在大于等于转速阈值的转速下的正常运行时的第一曲线示意图；

获取电机控制器在小于等于转速阈值的转速下的降频运行时的第二曲线示意图；

拟合第一曲线示意图和第一曲线示意图为扭矩-转速关系示意图。

优选地，基于电机控制器、电机与电池组成的动力总成系统，实验环境下离线标定动力总成系统在转速小于等于转速阈值的范围内，不同开关频率时正常运行时的第一最大输出扭矩、第一综合效率，降频运行时的第二最大输出扭矩、第二综合效率的步骤中，第一综合效率和第二综合效率包括不同开关频率下电流纹波对电机损耗的第一损耗数据，及不同开关频率下电池损耗的第二损耗数据。

优选地，以电机的扭矩为纵轴分别比较第一最大输出扭矩和第二最大输出扭矩，及第一综合效率和第二综合效率，选取各转速下第一综合效率和第二综合效率中具有更高效率的运行状态的步骤包括：

电机控制内设定一输出扭矩阈值，输出扭矩阈值于扭矩-转速关系示意图内将转速低于转速阈值的范围划定为第一区域和第二区域；

于第一区域内，比较第一综合效率和第二综合效率，选取各转速下第一综合效率和第二综合效率中具有更高效率的运行状态。

优选地，基于选取的运行状态，拟合动力总成系统的扭矩-转速关系示意图的步骤包括：

将划定有更高效率的运行状态中降频运行状态的区域与第二区域合并，形成降频运行区域，划定有更高效率的运行状态中正常运行状态的区域为正常运行区域；

基于动力总成系统的扭矩-转速关系示意图，使用环境下对电机执行降频的步骤包括：

当转速和扭矩均落入降频运行区域内时，使用环境下对电机执行降频。

本发明还公开了一种电机控制器的降频控制系统，包括形成动力总成系统的电机控制器和电机，及与动力总成系统连接的上位机，

上位机获取电机控制器的扭矩-转速关系示意图，扭矩-转速关系示意图划分成降频运行曲线与正常运行曲线，降频运行曲线与正常运行曲线的交点对应的转速为转速阈值；

基于电机控制器、电机与电池组成的动力总成系统，上位机于实验环境下离线标定动力总成系统在转速小于等于转速阈值的范围内，不同开关频率时正常运行时的第一最大输出扭矩、第一综合效率，降频运行时的第二最大输出扭矩、第二综合效率；

上位机以电机的扭矩为纵轴分别比较第一最大输出扭矩和第二最大输出扭矩，及第一综合效率和第二综合效率，选取各转速下第一综合效率和第二综合效率中具有更高效率的运行状态；

基于选取的运行状态，上位机拟合动力总成系统的扭矩-转速关系示意图；

基于动力总成系统的扭矩-转速关系示意图，使用环境下对电机执行降频。

优选地，上位机内设定一转速阈值，获取电机控制器在大于等于转速阈值的转速下的正常运行时的第一曲线示意图，及获取电机控制器在小于等于转速阈值的转速下的降频运行时的第二曲线示意图，并拟合第一曲线示意图和第一曲线示意图为扭矩-转速关系示意图。

优选地，第一综合效率和第二综合效率包括不同开关频率下电流纹波对电机损耗的第一损耗数据，及不同开关频率下电池损耗的第二损耗数据。

优选地，电机控制内设定一输出扭矩阈值，输出扭矩阈值于扭矩-转速关系示意图内将转速低于转速阈值的范围划定为第一区域和第二区域；

上位机于第一区域内，比较第一综合效率和第二综合效率，选取各转速下第一综合效率和第二综合效率中具有更高效率的运行状态。

优选地，上位机将划定有更高效率的运行状态中降频运行状态的区域与第二区域合并，形成降频运行区域，划定有更高效率的运行状态中正常运行状态的区域为正常运行区域；

当转速和扭矩均落入降频运行区域内时，使用环境下对电机执行降频。

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.更细致地优化了电机控制时降频策略中降频区域与非降频区域的分布；

2.无需增加硬件成本，便可提高控制系统的效率，增加了应用该电机控制器的电动汽车的续航里程。

附图说明

图1为符合本发明一优选实施例中降频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扭矩-转速关系示意图。

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降频控制方法的流程示意图，在该实施例中，降频控制方法包括以下步骤：

S100：获取电机控制器的扭矩-转速关系示意图，扭矩-转速关系示意图根据最大输出电流划分成降频运行曲线与正常运行曲线，降频运行曲线与正常运行曲线的交点对应的转速为转速阈值；

对于电机控制器而言，其具有在不同转速下，可生成的扭矩的关系，即扭矩-转速关系示意图。在该示意图中，划分为两部分，分别为正常运行曲线和降频运行曲线。通常而言，正常运行曲线为直线形式与曲线形式结合，表示在该段转速下(如低速下)，可生成相同的扭矩，而进入高速区域后，扭矩将逐渐降低。

S200：基于电机控制器、电机与电池组成的动力总成系统，实验环境下离线标定动力总成系统在转速小于等于转速阈值的范围内，不同开关频率时正常运行时的第一最大输出扭矩、第一综合效率，降频运行时的第二最大输出扭矩、第二综合效率；

就现有技术而言，何时采用降频，完全依据于低速和高速区域的划分，当转速位于低速区域时，执行降频操作，当转速位于高速区域时，正常运行。但实际对于系统的效率，仅根据转速并不一定是最优的选择。因此，在该步骤S200中，基于电机控制器、电机与电池组成的动力总成系统，实验环境下离线标定所述动力总成系统在转速小于等于所述转速阈值的范围内，不同开关频率时正常运行时的第一最大输出扭矩、第一综合效率，降频运行时的第二最大输出扭矩、第二综合效率。具体地，离线标定即指，动力总成系统在实验环境下，以及单独对动力总成系统测试时，绘制从低速至高速的全转速范围电机转速下，以及正常运行和降频运行时的第一综合效率、第二综合效率(可以效率图谱显示)。

S300：以电机的扭矩为纵轴分别比较第一最大输出扭矩和第二最大输出扭矩，及第一综合效率和第二综合效率，选取各转速下第一综合效率和第二综合效率中具有更高效率的运行状态；

具有第一综合效率和第二综合效率后，将以电机的扭矩为纵轴进行比较，也即比较各种扭矩下，哪种运行状态具有更高的效率。而转速侧，可仅选择低速区域。比较的方式，可以以各点比较，也可以将第一综合效率和第二综合效绘制在同一坐标轴内，以比较各扭矩下哪一效率更高。

S400：基于选取的运行状态，拟合动力总成系统的扭矩-转速关系示意图；

对于所选取的运行状态，最终拟合动力总成系统的扭矩-转速关系示意图。该动力总成系统的扭矩-转速关系示意图表示了各转速下，正常运行区域和降频运行区域。参阅图2，可知，正常运行区域将扩大，即原属于降频运行区域的部分将回归至正常运行区域，原因在于，这些扩大的区域内，电机控制器的效率可能减小，但动力总成系统的效率将增加。

S500：基于动力总成系统的扭矩-转速关系示意图，使用环境下对电机执行降频。

根据扭矩-转速关系示意图的拟定，满足降频运行区域内的转速和扭矩在使用环境下触发时，将执行降频操作。

一优选实施例中，获取电机控制器的扭矩-转速关系示意图，扭矩-转速关系示意图划分成降频运行曲线与正常运行曲线，降频运行曲线与正常运行曲线的交点对应的转速为转速阈值的步骤S100包括：

S110：设定一转速阈值；

该第一转速阈值为直接分隔正常运行区域和降频运行区域的分隔点。经该转速阈值分隔所得的正常运行区域将保持正常运行状态，本发明中对于降频运行的重新界定，仅限于降频运行区域内。

S120：获取电机控制器在大于等于转速阈值的转速下的正常运行时的第一曲线示意图；

S130：获取电机控制器在小于等于转速阈值的转速下的降频运行时的第二曲线示意图；

可以理解的是，在某些实施例下，第二曲线示意图也可是电机控制器在小于等于转速阈值的转速下的正常运行时的曲线。降频运行区域和正常运行区域的分隔仅依靠转速阈值。

S140：拟合第一曲线示意图和第一曲线示意图为扭矩-转速关系示意图。

优选地或可选地，基于电机控制器、电机与电池组成的动力总成系统，实验环境下离线标定所述动力总成系统在转速小于等于所述转速阈值的范围内，不同开关频率时正常运行时的第一最大输出扭矩、第一综合效率，降频运行时的第二最大输出扭矩、第二综合效率的步骤S200中，第一综合效率和第二综合效率包括不同开关频率下电流纹波对电机损耗的第一损耗数据，及不同开关频率下电池损耗的第二损耗数据。

优选地或可选地，以电机的扭矩为纵轴分别比较所述第一最大输出扭矩和第二最大输出扭矩，及第一综合效率和第二综合效率，选取各转速下第一综合效率和第二综合效率中具有更高效率的运行状态的步骤S300包括：

S310：电机控制内设定一输出扭矩阈值，输出扭矩阈值于扭矩-转速关系示意图内将转速低于转速阈值的范围划定为第一区域和第二区域；

划定时，将输出扭矩阈值为数据，在扭矩-转速关系图上的扭矩纵轴选取输出扭矩阈值，并横向划分直至与经过转速阈值的竖直线相交，由此，输出扭矩阈值于扭矩-转速关系示意图内将转速低于转速阈值的范围划定为第一区域和第二区域，输出扭矩阈值的下半部分为第一区域，上半部分为第二区域。

S320：于第一区域内，比较第一综合效率和第二综合效率，选取各转速下第一综合效率和第二综合效率中具有更高效率的运行状态。

在该步骤S320中，综合考虑电机损耗、电池损耗、电流纹波等因素，并于第一区域内，比较第一综合效率和第二综合效率，选取各转速下第一综合效率和第二综合效率中具有更高效率的运行状态，具有更高效率的运行状态下的扭矩数据和转速数据将以坐标形式被记录。

进一步地，基于选取的运行状态，拟合动力总成系统的扭矩-转速关系示意图的步骤S400包括：

S410：将划定有更高效率的运行状态中降频运行状态的区域与第二区域合并，形成降频运行区域，划定有更高效率的运行状态中正常运行状态的区域为正常运行区域；

具有更高效率的运行状态中，通常在扭矩-转速关系图中呈矩形，即具有一扭矩值(类似于输出扭矩阈值，将降频运行区域横向划分)，该扭矩值以下，正常运行状态的效率更高，该扭矩值以上，降频运行状态的效率更高。则位于该扭矩值以上的降频运行状态的区域与第二区域合并后，形成新的降频运行区域，使得二次修正正常运行区域后的区域缩小，全方面考虑运行效率和输出扭矩。

进而，基于动力总成系统的扭矩-转速关系示意图，使用环境下对电机执行降频的步骤S500包括：

S510：当转速和扭矩均落入降频运行区域内时，使用环境下对电机执行降频，使得奖品运行区域内的第二最大输出扭矩小于或等于输出扭矩阈值。换句话说，当输出扭矩阈值变化时，也将改变降频运行区与正常运行区域的边界。

本发明还公开了一种电机控制器的降频控制系统，包括形成动力总成系统的电机控制器和电机，及与动力总成系统连接的上位机，上位机获取电机控制器的扭矩-转速关系示意图，扭矩-转速关系示意图划分成降频运行曲线与正常运行曲线，降频运行曲线与正常运行曲线的交点对应的转速为转速阈值；基于电机控制器、电机与电池组成的动力总成系统，上位机于实验环境下离线标定动力总成系统在转速小于等于转速阈值的范围内，不同开关频率时正常运行时的第一最大输出扭矩、第一综合效率，降频运行时的第二最大输出扭矩、第二综合效率；上位机以电机的扭矩为纵轴分别比较第一最大输出扭矩和第二最大输出扭矩，及第一综合效率和第二综合效率，选取各转速下第一综合效率和第二综合效率中具有更高效率的运行状态；基于选取的运行状态，上位机拟合动力总成系统的扭矩-转速关系示意图；基于动力总成系统的扭矩-转速关系示意图，使用环境下对电机执行降频。

优选地或可选地，上位机内设定一转速阈值，获取电机控制器在大于等于转速阈值的转速下的正常运行时的第一曲线示意图，及获取电机控制器在小于等于转速阈值的转速下的降频运行时的第二曲线示意图，并拟合第一曲线示意图和第一曲线示意图为扭矩-转速关系示意图。

优选地或可选地，第一综合效率和第二综合效率包括不同开关频率下电流纹波对电机损耗的第一损耗数据，及不同开关频率下电池损耗的第二损耗数据。

优选地或可选地，电机控制内设定一输出扭矩阈值，输出扭矩阈值于扭矩-转速关系示意图内将转速低于转速阈值的范围划定为第一区域和第二区域；上位机于第一区域内，比较第一综合效率和第二综合效率，选取各转速下第一综合效率和第二综合效率中具有更高效率的运行状态。

优选地或可选地，上位机将划定有更高效率的运行状态中降频运行状态的区域与第二区域合并，形成降频运行区域，划定有更高效率的运行状态中正常运行状态的区域为正常运行区域；当转速和扭矩均落入降频运行区域内时，使用环境下对电机执行降频。

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降频控制方法，其特征在于，包括以下步骤：

获取电机控制器的扭矩-转速关系示意图，所述扭矩-转速关系示意图划分成降频运行曲线与正常运行曲线，所述降频运行曲线与正常运行曲线的交点对应的转速为转速阈值；

基于电机控制器、电机与电池组成的动力总成系统，实验环境下离线标定所述动力总成系统在转速小于等于所述转速阈值的范围内，不同开关频率时正常运行时的第一最大输出扭矩、第一综合效率，降频运行时的第二最大输出扭矩、第二综合效率；

以电机的扭矩为纵轴分别比较所述第一最大输出扭矩和第二最大输出扭矩，及第一综合效率和第二综合效率，选取各转速下第一综合效率和第二综合效率中具有更高效率的运行状态；

基于选取的运行状态，拟合动力总成系统的扭矩-转速关系示意图；

基于所述动力总成系统的扭矩-转速关系示意图，使用环境下对电机执行降频。

2.如权利要求1所述的降频控制方法，其特征在于，获取电机控制器的扭矩-转速关系示意图，所述扭矩-转速关系示意图划分成降频运行曲线与正常运行曲线，所述降频运行曲线与正常运行曲线的交点对应的转速为转速阈值的步骤包括：

设定一转速阈值；

获取电机控制器在大于等于所述转速阈值的转速下的正常运行时的第一曲线示意图；

获取电机控制器在小于等于所述转速阈值的转速下的降频运行时的第二曲线示意图；

拟合第一曲线示意图和第二曲线示意图为扭矩-转速关系示意图。

3.如权利要求1所述的降频控制方法，其特征在于，基于电机控制器、电机与电池组成的动力总成系统，实验环境下离线标定所述动力总成系统在转速小于等于所述转速阈值的范围内，不同开关频率时正常运行时的第一最大输出扭矩、第一综合效率，降频运行时的第二最大输出扭矩、第二综合效率的步骤中，第一综合效率包括不同开关频率下电流纹波对电机损耗的第一损耗数据，第二综合效率包括不同开关频率下电池损耗的第二损耗数据。

4.如权利要求1所述的降频控制方法，其特征在于，以电机的扭矩为纵轴分别比较所述第一最大输出扭矩和第二最大输出扭矩，及第一综合效率和第二综合效率，选取各转速下第一综合效率和第二综合效率中具有更高效率的运行状态的步骤包括：

电机控制内设定一输出扭矩阈值，所述输出扭矩阈值于扭矩-转速关系示意图内将转速低于转速阈值的范围划定为第一区域和第二区域；

于所述第一区域内，比较第一综合效率和第二综合效率，选取各转速下第一综合效率和第二综合效率中具有更高效率的运行状态。

5.如权利要求4所述的降频控制方法，其特征在于，基于选取的运行状态，拟合动力总成系统的扭矩-转速关系示意图的步骤包括：

将划定有更高效率的运行状态中降频运行状态的区域与第二区域合并，形成降频运行区域，划定有更高效率的运行状态中正常运行状态的区域为正常运行区域；

基于所述动力总成系统的扭矩-转速关系示意图，使用环境下对电机执行降频的步骤包括：

当转速和扭矩均落入降频运行区域内时，使用环境下对电机执行降频。

6.一种电机控制器的降频控制系统，包括形成动力总成系统的电机控制器和电机，及与所述动力总成系统连接的上位机，其特征在于，

上位机获取电机控制器的扭矩-转速关系示意图，所述扭矩-转速关系示意图划分成降频运行曲线与正常运行曲线，所述降频运行曲线与正常运行曲线的交点对应的转速为转速阈值；

基于电机控制器、电机与电池组成的动力总成系统，上位机于实验环境下离线标定所述动力总成系统在转速小于等于所述转速阈值的范围内，不同开关频率时正常运行时的第一最大输出扭矩、第一综合效率，降频运行时的第二最大输出扭矩、第二综合效率；

上位机以电机的扭矩为纵轴分别比较所述第一最大输出扭矩和第二最大输出扭矩，及第一综合效率和第二综合效率，选取各转速下第一综合效率和第二综合效率中具有更高效率的运行状态；

基于选取的运行状态，上位机拟合动力总成系统的扭矩-转速关系示意图；

基于所述动力总成系统的扭矩-转速关系示意图，使用环境下对电机执行降频。

7.如权利要求6所述的降频控制系统，其特征在于，

上位机内设定一转速阈值，获取电机控制器在大于等于所述转速阈值的转速下的正常运行时的第一曲线示意图，及获取电机控制器在小于等于所述转速阈值的转速下的降频运行时的第二曲线示意图，并拟合第一曲线示意图和第二曲线示意图为扭矩-转速关系示意图。

8.如权利要求6所述的降频控制系统，其特征在于，第一综合效率包括不同开关频率下电流纹波对电机损耗的第一损耗数据，第二综合效率包括不同开关频率下电池损耗的第二损耗数据。

9.如权利要求6所述的降频控制系统，其特征在于，

电机控制内设定一输出扭矩阈值，所述输出扭矩阈值于扭矩-转速关系示意图内将转速低于转速阈值的范围划定为第一区域和第二区域；

上位机于所述第一区域内，比较第一综合效率和第二综合效率，选取各转速下第一综合效率和第二综合效率中具有更高效率的运行状态。

10.如权利要求9所述的降频控制系统，其特征在于，

上位机将划定有更高效率的运行状态中降频运行状态的区域与第二区域合并，形成降频运行区域，划定有更高效率的运行状态中正常运行状态的区域为正常运行区域；

当转速和扭矩均落入降频运行区域内时，使用环境下对电机执行降频。