CN114123909A - 电机控制器的死区补偿方法、装置及车辆 - Google Patents

电机控制器的死区补偿方法、装置及车辆 Download PDF

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Abstract

本发明涉及车辆技术领域，特别涉及一种电机控制器的死区补偿方法、装置及车辆，其中，方法包括：由dq旋转坐标系下电机控制器的电流指令变换得到abc坐标系下的三相电流；根据三相电流参照预设的死区电压曲线和导通电压曲线计算每相需要补偿的死区电压和导通电压；基于死区电压和导通电压得到电机控制器的补偿值，并基于补偿值补偿电机控制器的当前相电压。根据本发明实施例的方法，能够对控制器的死区进行精确的补偿，同时适用于控制器开关频率和母线电压变化等工况，降低电流畸变程度，提高电机性能，简单易于实现。

Description

电机控制器的死区补偿方法、装置及车辆
技术领域
本发明涉及车辆技术领域，特别涉及一种电机控制器的死区补偿方法、装置及车辆。
背景技术
目前，电机控制大多采用脉宽调制(Pulse Width Modulation，PWM)技术，同一桥臂上下管开通信号是互补的，为了防止直通，必须人为在功率管开关动作期间插入一段死区时间，死区时间的存在会使电机输出的实际电压值与期望电压值不相等，从而使得电机相电压和相电流畸变、零电流箝位效应以及转矩和转速脉动，影响电机的运行性能。
相关技术，的电机控制器死区补偿大多都采用硬件采样的三相电流，然后进行坐标变换，滤波，计算电流相位角来判断电流极性，通过电流极性计算补偿的电压，然后再通过补偿的电压值计算需要补偿的占空比，电压的补偿值通过离线测量或在线估算求得。
然而，由于受硬件的干扰，电流传感器精度，A/D转换精度，电流穿越零点的速度等影响，导致过零点附近的电流检测精度变差，电流极性判断出现差错，使得死区补偿方向错误。离线补偿值的测量通过更改占空比的方式，根据占空比计算相电压，与采样的相电流，得出电流电压曲线，然后与理想的电流电压曲线做差，得到电流电压误差曲线，测试过程不但复杂，由于受硬件干扰，功率器件的非线性等因素影响，最终得到的电流电压误差曲线误差较大；在线估算的方式根据死区时间和母线电压等参数计算，受功率器件的非线性影响更大，得到的电流电压曲线误差更大，以上的死区补偿方式还没有考虑控制器开关频率和母线电压变化对死区补偿电压的影响，最终导致电流过零点畸变更加严重，亟待解决。
发明内容
有鉴于此，本发明旨在提出一种电机控制器的死区补偿方法，该方法能够对控制器的死区进行精确的补偿，同时适用于控制器开关频率和母线电压变化等工况，降低电流畸变程度，提高电机性能，简单易于实现。
为达到上述目的，本发明的技术方案是这样实现的：
一种电机控制器的死区补偿方法，包括以下步骤：
由dq旋转坐标系下电机控制器的电流指令变换得到abc坐标系下的三相电流；
根据所述三相电流参照预设的死区电压曲线和所述导通电压曲线计算每相需要补偿的死区电压和导通电压；以及
基于所述死区电压和导通电压得到所述电机控制器的补偿值，并基于所述补偿值补偿所述电机控制器的当前相电压。
进一步地，在计算所述每相需要补偿的死区电压和导通电压之前，还包括：
根据电流PI调节器的电压值和定子电阻前馈系数进行比例-积分PI闭环控制，生成所述预设的死区电压曲线和所述导通电压曲线。
进一步地，所述基于所述死区电压和导通电压得到所述电机控制器的补偿值，包括：
获取电机控制器的实际开关频率；
根据所述实际开关频率和所述电机控制器的母线电压修正所述每相需要补偿的死区电压，得到三相死区电压，且由所述每相需要补偿的导通电压得到三相导通电压。
进一步地，所述基于所述补偿值补偿所述电机控制器的当前相电压，包括：
根据所述三相导通电压和所述三相死区电压计算目标补偿电压；
将所述目标补偿电压叠加至所述电机控制器的三相电压命令上。
进一步地，所述根据所述三相电流指令参照预设的死区电压曲线和所述导通电压曲线计算每相需要补偿的死区电压和导通电压，包括：
根据所述三相电流和预设的死区电压曲线和所述导通电压曲线的对应关系，查表得到所述每相需要补偿的死区电压和导通电压。
相对于现有技术，本发明所述的电机控制器的死区补偿方法具有以下优势：
本发明所述的电机控制器的死区补偿方法，可以由dq旋转坐标系下电机控制器的电流指令变换得到abc坐标系下的三相电流，并根据三相电流参照预设的死区电压曲线和导通电压曲线计算每相需要补偿的死区电压和导通电压，并基于死区电压和导通电压得到电机控制器的补偿值，并基于补偿值补偿电机控制器的当前相电压。由此，能够对控制器的死区进行精确的补偿，同时适用于控制器开关频率和母线电压变化等工况，降低电流畸变程度，提高电机性能，简单易于实现。
本发明的另一个目的在于提出一种电机控制器的死区补偿装置，该装置能够对控制器的死区进行精确的补偿，同时适用于控制器开关频率和母线电压变化等工况，降低电流畸变程度，提高电机性能，简单易于实现。为达到上述目的，本发明的技术方案是这样实现的：
一种电机控制器的死区补偿装置，包括：
变换模块，用于由dq旋转坐标系下电机控制器的电流指令变换得到abc坐标系下的三相电流；
计算模块，用于根据所述三相电流参照预设的死区电压曲线和所述导通电压曲线计算每相需要补偿的死区电压和导通电压；以及
补偿模块，用于基于所述死区电压和导通电压得到所述电机控制器的补偿值，并基于所述补偿值补偿所述电机控制器的当前相电压。
进一步地，在计算所述每相需要补偿的死区电压和导通电压之前，所述计算模块，还用于：
根据电流PI调节器的电压值和定子电阻前馈系数进行比例-积分PI闭环控制，生成所述预设的死区电压曲线和所述导通电压曲线。
进一步地，所述补偿模块，具体用于：
获取电机控制器的实际开关频率；
根据所述实际开关频率和所述电机控制器的母线电压修正所述每相需要补偿的死区电压，得到三相死区电压，且由所述每相需要补偿的导通电压得到三相导通电压。
进一步地，所述补偿模块，具体用于：
根据所述三相导通电压和所述三相死区电压计算目标补偿电压；
将所述目标补偿电压叠加至所述电机控制器的三相电压命令上。
进一步地，所述根据所述三相电流指令参照预设的死区电压曲线和所述导通电压曲线计算每相需要补偿的死区电压和导通电压，包括：
根据所述三相电流和预设的死区电压曲线和所述导通电压曲线的对应关系，查表得到所述每相需要补偿的死区电压和导通电压。
所述的电机控制器的死区补偿装置与上述的电机控制器的死区补偿方法相对于现有技术所具有的优势相同，在此不再赘述。
本发明的另一个目的在于提出一种车辆，该车辆能够对控制器的死区进行精确的补偿，同时适用于控制器开关频率和母线电压变化等工况，降低电流畸变程度，提高电机性能，简单易于实现。
为达到上述目的，本发明的技术方案是这样实现的：
一种车辆，设置有如上述实施例所述的电机控制器的死区补偿装置。
所述的车辆与上述的电机控制器的死区补偿装置相对于现有技术所具有的优势相同，在此不再赘述。
附图说明
构成本发明的一部分的附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：
图1为本发明实施例的电机控制器的死区补偿方法的流程图；
图2为本发明一个实施例的利用电流闭环方式离线标定电机控制器死区电压曲线和导通电压曲线流程图；
图3为本发明一个实施例的电流控制器结构框图；
图4为本发明一个实施例的导通电压曲线示意图；
图5为本发明一个实施例的死区电压曲线示意图；
图6为本发明一个实施例的电机控制器的死区补偿方法的流程图；
图7为本发明实施例的电机控制器的死区补偿装置的方框示意图；
具体实施方式
需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。
下面将参考附图并结合实施例来详细说明本发明。
图1是根据本发明实施例的电机控制器的死区补偿方法的流程图。
如图1所示，根据本发明实施例的电机控制器的死区补偿方法，包括以下步骤：
步骤S101，由dq旋转坐标系下电机控制器的电流指令变换得到abc坐标系下的三相电流。
具体而言，本发明实施例可以采用dq旋转坐标系下控制器输入的电流指令Idref和Iqref变换到abc坐标系下的三相电流Ia、Ib和Ic。
步骤S102，根据三相电流参照预设的死区电压曲线和导通电压曲线计算每相需要补偿的死区电压和导通电压。
进一步地，根据三相电流指令参照预设的死区电压曲线和导通电压曲线计算每相需要补偿的死区电压和导通电压，包括：根据三相电流和预设的死区电压曲线和导通电压曲线的对应关系，查表得到每相需要补偿的死区电压和导通电压。
具体而言，如图2所示，根据三相电流指令参照预设的死区电压曲线和导通电压曲线计算每相需要补偿的死区电压和导通电压，包括以下步骤：
S201，标定开始前保持电机转速为0，母线电压为Vdc1，电机电气角度设定为固定值θ1。
S202，设定控制器开关频率为f1，给定低频d轴电流指令值Idref，q轴电流指令值Iqref保持为0，获取d轴电流PI调节器输出的电压值Udpi1，通过调整定子电阻前馈系数K，使Idref-Udpi1曲线中Udpi1斜率随Idref的增大逐渐变小，最终接近于0，记录Idref对应的Udpi1数据曲线。
S203，设定控制器开关频率为f2，其中f2＝0.5f1，给定上一步骤中同样大小和频率的d轴电流指令Idref，q轴电流指令值Iqref保持为0，获取d轴电流PI调节器输出的电压值Udpi2，通过调整定子电阻前馈系数K，使Idref-Udpi2曲线中Udpi2斜率随Idref的增大逐渐变小，最终接近于0，记录Idref对应的Udpi2数据曲线。
S204，将Udpi2乘以2减去Udpi1得到Udpi3，将Udpi1-Udpi3得到Udpi4，得到Idref对应的Udpi3数据曲线和Idref对应的Udpi4数据曲线。
需要说明的是，Udpi3和Udpi4计算公式可以如式(1)所示：
Figure BDA0003382196240000051
S205，三相电流对应的Udpi3数据曲线和三相电流对应的Udpi4数据曲线即为三相电流对应的导通电压曲线和三相电流对应的死区电压曲线。
其中，将给定的d轴电流指令Idref分别赋值给abc坐标系下三相电流Ia、Ib和Ic，得到三相电流对应的Udpi3数据曲线和三相电流对应的Udpi4数据曲线。三相电流对应的导通电压曲线可以如图3所示，三相电流对应的死区电压曲线可以如图4所示。
在实际控制器运行时，把给定的d轴电流指令Id和q轴电流指令Iq进行帕克逆变换，得到两相静止坐标系下的相电流Ialfa、Ibeta，计算公式如式(2)所示：
Figure BDA0003382196240000052
其中，θ为电机电气角度。
将两相静止坐标系下的相电流Ialfa、Ibeta，进行克拉克逆变换得到abc坐标系下的实时三相电流Ia、Ib和Ic，计算公式如式(3)所示：
Figure BDA0003382196240000053
进一步地，根据实时三相电流Ia、Ib和Ic以及导通电压曲线和死区电压曲线的对应关系，查表得到三相电流Ia对应的导通电压Vaon和死区电压Vadead，Ib对应的导通电压Vbon和死区电压Vbdead，Ic对应的导通电压Vcon和死区电压Vcdead。
进一步地，在计算每相需要补偿的死区电压和导通电压之前，还包括：根据电流PI调节器的电压值和定子电阻前馈系数进行比例-积分PI闭环控制，生成预设的死区电压曲线和导通电压曲线。
具体地，如图3所示，图3为电流控制器的结构框图，电流控制器可以由电流PI调节器和定子电阻前馈组成，本发明实施例可以根据电流PI调节器输出的电压值和定子电阻前馈系数进行比例-积分PI闭环控制，生成预设的死区电压曲线和导通电压曲线。
步骤S103，基于死区电压和导通电压得到电机控制器的补偿值，并基于补偿值补偿电机控制器的当前相电压。
进一步地，基于死区电压和导通电压得到电机控制器的补偿值，包括：获取电机控制器的实际开关频率；根据实际开关频率和电机控制器的母线电压修正每相需要补偿的死区电压，得到三相死区电压，且由每相需要补偿的导通电压得到三相导通电压。
进一步地，基于补偿值补偿电机控制器的当前相电压，包括：根据三相导通电压和三相死区电压计算目标补偿电压；将目标补偿电压叠加至电机控制器的三相电压命令上。
应当理解的是，本发明实施例根据三相死区电压Vadead、Vbdead和Vcdead，以及控制器当前的开关频率和母线电压，得到三相修正后的死区电压Va′dead、Vb′dead和Vc′dead，修正计算公式如式(4)所示：
Figure BDA0003382196240000061
其中，f为控制器当前的开关频率Vdc为控制器当前的母线电压。
进一步地，根据修正后的死区电压Va′dead、Vb′dead、Vc′dead，和导通电压Vaon、Vbon、Vcon以及三相电流Ia、Ib和Ic，计算三相最终要补偿的电压(即目标补偿电压)Vacom、Vbcom和Vccom，计算公式如式(5)所示：
Figure BDA0003382196240000062
其中，sgn(X)为符号函数，计算公式如式(6)所示：
Figure BDA0003382196240000063
进一步地，将目标补偿电压Vacom、Vbcom和Vccom叠加到对应的三相电压指令上，完成死区补偿过程。需要说明的是，实际应用标定过程中是给定低频d轴电流指令值，也可以给定低频q轴电流指令值或同时给定低频d轴电流指令值和低频q轴电流指令值的组合，补偿过程中得到的三相最终要补偿的电压Vacom、Vbcom和Vccom，也可以通过克拉克(CLARK)变换到两相静止坐标系叠加到对应的两相静止坐标下的电压指令进行补偿。
由此，本发明实施例通过电流闭环的方式进行离线标定，能够准确标定出控制器死区电压曲线和导通电压曲线，补偿时通过给定电流判断电流极性，参与计算补偿值，并且根据控制器的母线电压和开关频率实时修正标定的死区电压和导通电压，整个过程不受功率器件非线性，硬件干扰，软件滤波等影响。
为使得本领域技术人员进一步了解本发明实施例的电机控制器的死区补偿方法，下面结合图6进行详细说明。
如图6所示，该电机控制器的死区补偿方法，包括以下步骤：
S601，通过电流闭环方式离线标定死区电压曲线和导通电压曲线。
S602，将dq旋转坐标系下输入的电流指令变换到abc坐标系下得到三相电流，根据三相电流、死区电压曲线和导通电压曲线，得到三相的死区电压和导通电压。
S603，根据电机控制器当前的开关频率和母线电压实时修正得到的三相死区电压。
S604，将三相导通电压和修正后的三相死区电压加到三相电压命令上，完成死区补偿。
由此，采用dq旋转坐标系下控制器输入的电流指令Idref和Iqref变换到abc坐标系下指令电流Ia、Ib和Ic来进行判断指令电流极性，不受硬件干扰等因素的影响；死区电压曲线和导通电压曲线通过电流闭环方式进行离线标定，电流闭环方式中的电流控制器由电流PI调节器和定子电阻前馈组成，给定dq旋转坐标系下的低频d轴电流指令，记录电流闭环PI调节器的输出值，根据d轴电流指令与电流PI调节器的输出值，同时计算出由于死区时间导致的死区电压曲线表与由于功率器件导通压降导致的导通电压曲线表，通过abc坐标系下指令电流Ia、Ib和Ic查表得到每相需要补偿的死区电压和导通电压，结合当前的母线电压与控制器开关周期实时修死区电压，将修正后的死区电压与导通电压分别叠加到三相电压指令上进行死区补偿。解决了相关技术中通过改变占空比或理论计算的方式得到的控制器死区电压曲线不准确，并且标定过程较为复杂，以及通过实际采样电流参与计算过程中由于硬件延迟，干扰，软件滤波等因素导致补偿错误等问题，能够很好的适用于控制器开关频率和母线电压变化的工况，使用范围更广，补偿更精准。
根据本发明实施例的电机控制器的死区补偿方法，可以由dq旋转坐标系下电机控制器的电流指令变换得到abc坐标系下的三相电流，并根据三相电流参照预设的死区电压曲线和导通电压曲线计算每相需要补偿的死区电压和导通电压，并基于死区电压和导通电压得到电机控制器的补偿值，并基于补偿值补偿电机控制器的当前相电压。由此，能够对控制器的死区进行精确的补偿，同时适用于控制器开关频率和母线电压变化等工况，降低电流畸变程度，提高电机性能，简单易于实现。
进一步地，如图7所示，本发明的实施例还公开了一种电机控制器的死区补偿装置10，其包括：变换模块100、计算模块200和补偿模块300。
变换模块100用于由dq旋转坐标系下电机控制器的电流指令变换得到abc坐标系下的三相电流；
计算模块200用于根据三相电流参照预设的死区电压曲线和导通电压曲线计算每相需要补偿的死区电压和导通电压；以及
补偿模块300用于基于死区电压和导通电压得到电机控制器的补偿值，并基于补偿值补偿电机控制器的当前相电压。
进一步地，在计算每相需要补偿的死区电压和导通电压之前，计算模块，还用于：
根据电流PI调节器的电压值和定子电阻前馈系数进行比例-积分PI闭环控制，生成预设的死区电压曲线和导通电压曲线。
进一步地，补偿模块，具体用于：
获取电机控制器的实际开关频率；
根据实际开关频率和电机控制器的母线电压修正每相需要补偿的死区电压，得到三相死区电压，且由每相需要补偿的导通电压得到三相导通电压。
进一步地，补偿模块，具体用于：
根据三相导通电压和三相死区电压计算目标补偿电压；
将目标补偿电压叠加至电机控制器的三相电压命令上。
进一步地，根据三相电流指令参照预设的死区电压曲线和导通电压曲线计算每相需要补偿的死区电压和导通电压，包括：
根据三相电流和预设的死区电压曲线和导通电压曲线的对应关系，查表得到每相需要补偿的死区电压和导通电压。
需要说明的是，本发明实施例的电机控制器的死区补偿装置的具体实现方式与电机控制器的死区补偿方法的具体实现方式类似，为了减少冗余，此处不做赘述。
根据本发明实施例的电机控制器的死区补偿装置，可以由dq旋转坐标系下电机控制器的电流指令变换得到abc坐标系下的三相电流，并根据三相电流参照预设的死区电压曲线和导通电压曲线计算每相需要补偿的死区电压和导通电压，并基于死区电压和导通电压得到电机控制器的补偿值，并基于补偿值补偿电机控制器的当前相电压。由此，能够对控制器的死区进行精确的补偿，同时适用于控制器开关频率和母线电压变化等工况，降低电流畸变程度，提高电机性能，简单易于实现。
进一步地，本发明的实施例公开了一种车辆，该车辆设置有上述实施例的电机控制器的死区补偿装置。该车辆由于具有了上述装置，能够对控制器的死区进行精确的补偿，同时适用于控制器开关频率和母线电压变化等工况，降低电流畸变程度，提高电机性能，简单易于实现。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，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 (10)

1.一种电机控制器的死区补偿方法，其特征在于，包括以下步骤：
由dq旋转坐标系下电机控制器的电流指令变换得到abc坐标系下的三相电流；
根据所述三相电流参照预设的死区电压曲线和所述导通电压曲线计算每相需要补偿的死区电压和导通电压；以及
基于所述死区电压和导通电压得到所述电机控制器的补偿值，并基于所述补偿值补偿所述电机控制器的当前相电压。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在计算所述每相需要补偿的死区电压和导通电压之前，还包括：
根据电流PI调节器的电压值和定子电阻前馈系数进行比例-积分PI闭环控制，生成所述预设的死区电压曲线和所述导通电压曲线。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述基于所述死区电压和导通电压得到所述电机控制器的补偿值，包括：
获取电机控制器的实际开关频率；
根据所述实际开关频率和所述电机控制器的母线电压修正所述每相需要补偿的死区电压，得到三相死区电压，且由所述每相需要补偿的导通电压得到三相导通电压。
4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，所述基于所述补偿值补偿所述电机控制器的当前相电压，包括：
根据所述三相导通电压和所述三相死区电压计算目标补偿电压；
将所述目标补偿电压叠加至所述电机控制器的三相电压命令上。
5.根据权利要求1-4任一项所述的方法，其特征在于，所述根据所述三相电流指令参照预设的死区电压曲线和所述导通电压曲线计算每相需要补偿的死区电压和导通电压，包括：
根据所述三相电流和预设的死区电压曲线和所述导通电压曲线的对应关系，查表得到所述每相需要补偿的死区电压和导通电压。
6.一种电机控制器的死区补偿装置，其特征在于，包括：
变换模块，用于由dq旋转坐标系下电机控制器的电流指令变换得到abc坐标系下的三相电流；
计算模块，用于根据所述三相电流参照预设的死区电压曲线和所述导通电压曲线计算每相需要补偿的死区电压和导通电压；以及
补偿模块，用于基于所述死区电压和导通电压得到所述电机控制器的补偿值，并基于所述补偿值补偿所述电机控制器的当前相电压。
7.根据权利要求6所述的装置，其特征在于，在计算所述每相需要补偿的死区电压和导通电压之前，所述计算模块，还用于：
根据电流PI调节器的电压值和定子电阻前馈系数进行比例-积分PI闭环控制，生成所述预设的死区电压曲线和所述导通电压曲线。
8.根据权利要求6所述的装置，其特征在于，所述补偿模块，具体用于：
获取电机控制器的实际开关频率；
根据所述实际开关频率和所述电机控制器的母线电压修正所述每相需要补偿的死区电压，得到三相死区电压，且由所述每相需要补偿的导通电压得到三相导通电压。
9.根据权利要求8所述的装置，其特征在于，所述补偿模块，具体用于：
根据所述三相导通电压和所述三相死区电压计算目标补偿电压；
将所述目标补偿电压叠加至所述电机控制器的三相电压命令上。
10.一种车辆，其特征在于，包括：如权利要求6-9任一项所述的电机控制器的死区补偿装置。
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