CN115225002A - 一种车用永磁同步电机自动化标定的控制系统及方法 - Google Patents

Abstract

本发明是一种车用永磁同步电机自动化标定的控制系统及方法。本发明涉及永磁同步电机标定技术领域，通过解耦电机转矩指令，得到目标电流指令；基于电机的转子位置和三相电流等反馈量，达到目标电流指令，达到目标转矩值；通过台架上位机分别通过CAN通讯对电池模拟器、测控机和电机控制器进行控制，实现了恒功率区的自动化标定。本发明条件下，结合电机控制器和台架上位机等条件，公开了一种恒功率区自动化标定的控制方法，该方法的应用，实现了全域电机MAP的自动化标定，大大提高了电机标定的效率，降低了人工成本。

Description

一种车用永磁同步电机自动化标定的控制系统及方法

技术领域

本发明涉及永磁同步电机标定技术领域，是一种车用永磁同步电机自动化标定的控制系统及方法。

背景技术

为满足车用永磁同步电机的转矩响应性、转矩控制精度和控制鲁棒性等需求，需要利用台架对电机进行标定。电机标定主要包括恒转矩区标定和恒功率区标定，恒转矩区标定主要是指在较低电机转速条件下，通过给定不同的电流幅值和不同角度进行估算出，全工作电流区间内的转矩估算表格，由于恒转矩区标定的电机转速和电压输入固定，所以这部分较易实现自动化标定。恒功率区标定主要是逆变器输入电压端达到饱和后，通过调节电压角度得到相应条件下的最大转矩，此处相应条件主要是指不同电压和不同转速的输入，恒功率区的标定工作主要是人工进行标定，人工标定工作量大，且效率不高。

针对车用永磁同步电机自动化标定的控制方法，业内人士给出了很多参考方案。

专利文献1(CN106452266A)公开了一种车载电机自动标定方法及装置，其方法包括：获取不同标定直轴电流和不同标定交轴电流下的输出转矩值，根据输出转矩值，计算对应的标定直流电流和标定交轴电流下的转矩常数；根据转矩阐述进行曲线拟合，得到转矩-直轴电流的最佳曲线。通过给定不同的标定直轴电流和标定交轴电流，增加采样点数提高转矩标定精度，自动读取对应的输出转矩值并计算对应的转矩常数，根据转矩常数进行曲线拟合得到转矩-直轴电流的最佳曲线，大大提高标定效率。

专利文献2(CN108226774A)，公开了一种电动汽车用永磁同步电机的自动标定系统及方法，本系统由被测电机和测功机及对应的电机控制器构成，扭矩速度传感器用于检测被测电机和测功机的扭矩和速度并通过信息发送单元传输至工控机，工控机分别与对应的电机控制器通讯连接。本方法通过工控机自动测量满足电机控制器极限电压和电流的所有电流命令值，记录下各个电流命令值下的定子电压、磁通、扭矩和温度等参数，通过插值拟合的方式找出满足电机控制的最优电流命令值。本系统及方法由于通过实际测量的数据进行标定，不仅精确度高，而且自动化运行，标定速度快，加快的新产品的开发进度，降低研发成本。

专利文献3(CN109617486A)涉及纯电动汽车标定测试领域，具体涉及一种永磁同步电机自动标定方法，包括以下步骤：步骤1、测功机拖动被标定的永磁同步电机在设定的转速下运行；步骤2、记录设定电流矢量幅值下的最大转矩电流点，即最优工作点：步骤3、电流矢量幅值按照预设电流梯度逐级增加；本发明通过对电流矢量角的变化过程进行合理规划，使其从90°逐渐减小，避免了现有方法让电流矢量角从0度逐渐增大到90度导致的基速以上时电流矢量角直接给定为0度所产生的电压不足以调节电流大小的问题和电机失控的问题。

专利文献4(CN109818543A)涉及车辆性能测试领域，提出了一种电机自动标定方法、装置及控制器。所述方法通过输入直轴电流和交轴电流，获得直轴电压强度、交轴电压强度和电机转矩，根据电机转矩、直轴电流、交轴电流的关系，以及直轴电流、交轴电流、直轴电压强度和交轴电压强度之间的关系进行数据处理，获得不同转速下给定的转矩值对应的直轴电流和交轴电流。所述方法在相邻点之间进行差值，当出现误差数据时，误差数据也只影响到相邻的点，其他数据不受影响，避免了个别异常点对整个计算的影响。所述方法在进行自动标定之前还具有温度检测功能，避免了过温度造成的危险和对数据的影响。

专利文献5(CN111628690B)公开了一种自寻优车载永磁同步电机标定方法及系统，所述方法是根据待标定电机的目标外特性曲线，对每一个转速下每一个扭矩点通过自动寻优获得最大转矩电流比的电流指令(Id,Iq)和目标转矩Ter，将所述电流指令(Id,Iq)自动输入至设置于待标定电机的控制器中的电机系统中，由电机系统闭环控制得到反馈扭矩Tef，直至每一个扭矩点的反馈扭矩Tef符合目标外特性曲线的标定过程。本发明基于DownHillSimplex寻优算法实现，对于电流闭环控制系统的扭矩标定过程中能够有效的克服手工标定中的人为读数误差，还能减小温度变化对于标定的影响，自寻优算法比基于拟合的方法对于标定结果有着更高的精确度。

专利文献6(CN112671281A)公开一种电动助力车用凸极电机自动标定方法，通过控制IPMSM的三相电压，进而实现对电机的三相电流进行控制；通过对电动助力车用凸极电机的电流-扭矩进行自动标定，搜索最优运行点并进行二维建表，通过上位机和下位机互相配合的方式完成整个自动标定流程。在MTPA区时，通过固定电流下的定角度步长搜点搜索扭矩MTPA点；在FW区时，设计电压闭环策略，由电机控制器自动调节电流角度(不改变电流矢量大小)直至在设定的端电压圆边界上稳定运行；相较于传统的标定策略，本发明大大简化人工操作时间，同时提升了标定精度和标定效率。

发明内容

本发明为克服现有技术的不足，本发明提供一种车用永磁同步电机自动化标定的控制系统及方法。

需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。

本发明提供了一种车用永磁同步电机自动化标定的控制系统及方法，本发明提供了以下技术方案：

一种车用永磁同步电机自动化标定的控制方法，所述方法包括以下步骤：

通过解耦电机转矩指令，得到目标电流指令；

基于电机的转子位置和三相电流等反馈量，达到目标电流指令，达到目标转矩值；

通过台架上位机分别通过CAN通讯对电池模拟器、测控机和电机控制器进行控制，实现了恒功率区的自动化标定。

优选地，通过恒转矩区的标定后，电压幅值达到最大，当再增加电机转速，按照恒转矩区的标定方式，引入恒功率区的标定。

优选地，按照电压幅值固定，通过调节电压角度得到相应条件下的最大转矩。

优选地，台架上位机给定电池模拟器高压Vol1，Vol1表示设定的标定电压值，台架上位机通过CAN通讯控制电机开管，然控制测控机在T1时间内达到标定的目标转速Spd1，此处Spd1表示设定的标定转速值。

优选地，再经过T2时间后，台架上位机发送恒功率区标定指令给电机控制器，经过T3时间后，台架上位机记录自动化标定过程中的转矩最大值，然后台架上位机判断此时台架转矩是否小于等于Trq1的设定转矩值，当小于等于则进行下一个恒功率区工况点的自动化标定，若大于则停机检查故障。

优选地，恒转矩区标定是在较低电机转速条件下，通过给定不同的电流幅值和不同的电流角度进行转矩估算，覆盖全工作电流区间内的转矩估算表格，实现自动化标定。

一种车用永磁同步电机自动化标定的控制系统，所述系统包括：

指令模块，所述指令模块通过解耦电机转矩指令，得到目标电流指令；

反馈模块，所述反馈模块基于电机的转子位置和三相电流等反馈量，达到目标电流指令，达到目标转矩值；

自动标定模块，所述自动标定模块通过台架上位机分别通过CAN通讯对电池模拟器、测控机和电机控制器进行控制，实现了恒功率区的自动化标定。

一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，该程序被处理器执行，以用于实现一种车用永磁同步电机自动化标定的控制方法。

一种计算机设备，包括存储器和处理器，所述存储器存储有计算机程序，所述处理器执行所述计算机程序时实现一种车用永磁同步电机自动化标定的控制方法。

一种车辆，包括：存储器、处理器及存储在所述存储器上并可在所述处理器上运行的计算机程序，所述处理器执行所述程序，以实现一种车用永磁同步电机自动化标定的控制方法。

本发明具有以下有益效果：

本发明从恒功率区标定角度出发，主要是逆变器输入电压端达到饱和后，通过调节电压角度得到相应条件下的最大转矩，此处相应条件主要是指不同电压和不同转速的输入，恒功率区的标定工作主要是人工进行标定，人工标定工作量大，且效率不高，本发明在以上条件下，结合电机控制器和台架上位机等条件，公开了一种恒功率区自动化标定的控制方法，该方法的应用，实现了全域电机MAP的自动化标定，大大提高了电机标定的效率，降低了人工成本。

附图说明

为了更清楚地说明本发明具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施方式，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为永磁同步电机控制框图；

图2为电机外特性标定区间关系示意图；

图3为电机恒转矩区标定与恒功率区标定关系示意图；

图4为电机标定输出区间划分示意图；

图5为电机恒功率区自动化标定结构示意图；

图6为电机恒功率区自动化标定逻辑框图。

具体实施方式

下面将结合附图对本发明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。

在本发明的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“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。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

此外，下面所描述的本发明不同实施方式中所涉及的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互结合。

以下结合具体实施例，对本发明进行了详细说明。

具体实施例一：

根据图1至图6所示，本发明为解决上述技术问题采取的具体优化技术方案是：本发明涉及一种车用永磁同步电机自动化标定的控制系统及方法。

一种车用永磁同步电机自动化标定的控制方法，所述方法包括以下步骤：

通过解耦电机转矩指令，得到目标电流指令；

基于电机的转子位置和三相电流等反馈量，达到目标电流指令，达到目标转矩值；

通过台架上位机分别通过CAN通讯对电池模拟器、测控机和电机控制器进行控制，实现了恒功率区的自动化标定。

具体实施例二：

本申请实施例二与实施例一的区别仅在于：

通过恒转矩区的标定后，电压幅值达到最大，当再增加电机转速，按照恒转矩区的标定方式，引入恒功率区的标定。

具体实施例三：

本申请实施例三与实施例二的区别仅在于：

按照电压幅值固定，通过调节电压角度得到相应条件下的最大转矩。

具体实施例四：

本申请实施例四与实施例三的区别仅在于：

台架上位机给定电池模拟器高压Vol1，Vol1表示设定的标定电压值，台架上位机通过CAN通讯控制电机开管，然控制测控机在T1时间内达到标定的目标转速Spd1，此处Spd1表示设定的标定转速值。

具体实施例五：

本申请实施例五与实施例四的区别仅在于：

再经过T2时间后，台架上位机发送恒功率区标定指令给电机控制器，经过T3时间后，台架上位机记录自动化标定过程中的转矩最大值，然后台架上位机判断此时台架转矩是否小于等于Trq1的设定转矩值，当小于等于则进行下一个恒功率区工况点的自动化标定，若大于则停机检查故障。

具体实施例六：

本申请实施例六与实施例五的区别仅在于：

恒转矩区标定是在较低电机转速条件下，通过给定不同的电流幅值和不同的电流角度进行转矩估算，覆盖全工作电流区间内的转矩估算表格，实现自动化标定。

具体实施例七：

本申请实施例七与实施例六的区别仅在于：

本发明提供一种车用永磁同步电机自动化标定的控制系统，所述系统包括：

指令模块，所述指令模块通过解耦电机转矩指令，得到目标电流指令；

反馈模块，所述反馈模块基于电机的转子位置和三相电流等反馈量，达到目标电流指令，达到目标转矩值；

自动标定模块，所述自动标定模块通过台架上位机分别通过CAN通讯对电池模拟器、测控机和电机控制器进行控制，实现了恒功率区的自动化标定。

具体实施例八：

本申请实施例八与实施例七的区别仅在于：

本发明提供一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，该程序被处理器执行，以用于实现一种车用永磁同步电机自动化标定的控制方法。

具体实施例九：

本申请实施例九与实施例八的区别仅在于：

本发明提供一种计算机设备，包括存储器和处理器，所述存储器存储有计算机程序，所述处理器执行所述计算机程序时实现一种车用永磁同步电机自动化标定的控制方法。

具体实施例十：

本申请实施例十与实施例九的区别仅在于：

本发明提供一种车辆，包括：存储器、处理器及存储在所述存储器上并可在所述处理器上运行的计算机程序，所述处理器执行所述程序，以实现一种车用永磁同步电机自动化标定的控制方法。

为满足车用永磁同步电机的转矩响应性、转矩控制精度和控制鲁棒性等需求，本发明专利公开了一种恒功率区自动化标定的控制方法。如图1为永磁同步电机控制框图，当前控制的主要方案是转子磁场定向矢量控制，通过解耦电机转矩指令，得到目标电流指令，基于电机的转子位置和三相电流等反馈量，最终达到目标电流指令，进而达到目标转矩值。如图2为电机外特性标定区间，主要是指恒转矩区的标定和恒功率区的标定。恒转矩区标定主要是指在较低电机转速条件下，通过给定不同的电流幅值和不同的电流角度进行转矩估算，覆盖全工作电流区间内的转矩估算表格，由于恒转矩区标定的电机转速和电压输入固定，所以这部分较易实现自动化标定。如图3为电机恒转矩区标定与恒功率区标定关系，通过恒转矩区的标定后，电压幅值达到最大，即如图4所示，电机逆变器的电压达到红圈部分，若再增加电机转速，按照恒转矩区的标定方式，电流控制器将出现饱和失控状态，因此引入恒功率区的标定，即此时按照电压幅值固定，即图4中红圈电压，通过调节电压角度得到相应条件下的最大转矩，此处相应条件主要是指不同电压和不同转速的输入，恒功率区的标定工作主要是人工进行标定，人工标定工作量大，且效率不高，基于以上条件，如图5所示，通过台架上位机分别通过CAN通讯对电池模拟器、测控机和电机控制器进行控制，实现了恒功率区的自动化标定，其自动化标定的逻辑框图如图6所示，台架上位机给定电池模拟器高压Vol1，此处Vol1表示设定的标定电压值，台架上位机通过CAN通讯控制电机开管，然后控制测控机在T1时间内达到标定的目标转速Spd1，此处Spd1表示设定的标定转速值，再经过T2时间后，台架上位机发送恒功率区标定指令给电机控制器，经过T3时间后，台架上位机记录自动化标定过程中的转矩最大值，然后台架上位机判断此时台架转矩是否小于等于Trq1的设定转矩值，若小于等于则进行下一个恒功率区工况点的自动化标定，若大于则停机检查故障。通过恒功率区的自动化标定就，结合恒转矩区的自动化标定，大大提高了电机标定的效率，降低了人工成本。

本发明提出恒功率区的自动化标定逻辑。

本发明提出固定恒功率区的电压幅值，通过扫描电压角度进行转矩记录。

本发明提出测控机升速时间T1、测控机稳速时间T2。

本发明提出测控机T3时间后进行数据处理，台架进行点记实际转矩值，然后处理自动标定区间的转矩点，取其中最大。

本发明提出判断台架测控机转矩判断。

在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不必须针对的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任一个或N个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的特征进行结合和组合。此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。在本发明的描述中，“N个”的含义是至少两个，例如两个，三个等，除非另有明确具体的限定。流程图中或在此以其他方式描述的任何过程或方法描述可以被理解为，表示包括一个或更N个用于实现定制逻辑功能或过程的步骤的可执行指令的代码的模块、片段或部分，并且本发明的优选实施方式的范围包括另外的实现，其中可以不按所示出或讨论的顺序，包括根据所涉及的功能按基本同时的方式或按相反的顺序，来执行功能，这应被本发明的实施例所属技术领域的技术人员所理解。在流程图中表示或在此以其他方式描述的逻辑和/或步骤，例如，可以被认为是用于实现逻辑功能的可执行指令的定序列表，可以具体实现在任何计算机可读介质中，以供指令执行系统、装置或设备(如基于计算机的系统、包括处理器的系统或其他可以从指令执行系统、装置或设备取指令并执行指令的系统)使用，或结合这些指令执行系统、装置或设备而使用。就本说明书而言，"计算机可读介质"可以是任何可以包含、存储、通信、传播或传输程序以供指令执行系统、装置或设备或结合这些指令执行系统、装置或设备而使用的装置。计算机可读介质的更具体的示例(非穷尽性列表)包括以下：具有一个或N个布线的电连接部(电子装置)，便携式计算机盘盒(磁装置)，随机存取存储器(RAM)，只读存储器(ROM)，可擦除可编辑只读存储器(EPROM或闪速存储器)，光纤装置，以及便携式光盘只读存储器(CDROM)。另外，计算机可读介质甚至可以是可在其上打印所述程序的纸或其他合适的介质，因为可以例如通过对纸或其他介质进行光学扫描，接着进行编辑、解译或必要时以其他合适方式进行处理来以电子方式获得所述程序，然后将其存储在计算机存储器中。应当理解，本发明的各部分可以用硬件、软件、固件或它们的组合来实现。在上述实施方式中，N个步骤或方法可以用存储在存储器中且由合适的指令执行系统执行的软件或固件来实现。如，如果用硬件来实现和在另一实施方式中一样，可用本领域公知的下列技术中的任一项或他们的组合来实现：具有用于对数据信号实现逻辑功能的逻辑门电路的离散逻辑电路，具有合适的组合逻辑门电路的专用集成电路，可编程门阵列(PGA)，现场可编程门阵列(FPGA)等。

本技术领域的普通技术人员可以理解实现上述实施例方法携带的全部或部分步骤是可以通过程序来指令相关的硬件完成，所述的程序可以存储于一种计算机可读存储介质中，该程序在执行时，包括方法实施例的步骤之一或其组合。此外，在本发明各个实施例中的各功能单元可以集成在一个处理模块中，也可以是各个单元单独物理存在，也可以两个或两个以上单元集成在一个模块中。上述集成的模块既可以采用硬件的形式实现，也可以采用软件功能模块的形式实现。所述集成的模块如果以软件功能模块的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，也可以存储在一个计算机可读取存储介质中。

以上所述仅是一种车用永磁同步电机自动化标定的控制系统及方法的优选实施方式，一种车用永磁同步电机自动化标定的控制系统及方法的保护范围并不仅局限于上述实施例，凡属于该思路下的技术方案均属于本发明的保护范围。应当指出，对于本领域的技术人员来说，在不脱离本发明原理前提下的若干改进和变化，这些改进和变化也应视为本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种车用永磁同步电机自动化标定的控制方法，其特征是：所述方法包括以下步骤：

通过解耦电机转矩指令，得到目标电流指令；

基于电机的转子位置和三相电流等反馈量，达到目标电流指令，达到目标转矩值；

通过台架上位机分别通过CAN通讯对电池模拟器、测控机和电机控制器进行控制，实现了恒功率区的自动化标定。

2.根据权利要求1所述的一种车用永磁同步电机自动化标定的控制方法，其特征是：通过恒转矩区的标定后，电压幅值达到最大，当再增加电机转速，按照恒转矩区的标定方式，引入恒功率区的标定。

3.根据权利要求2所述的一种车用永磁同步电机自动化标定的控制方法，其特征是：按照电压幅值固定，通过调节电压角度得到相应条件下的最大转矩。

4.根据权利要求3所述的一种车用永磁同步电机自动化标定的控制方法，其特征是：台架上位机给定电池模拟器高压Vol1，Vol1表示设定的标定电压值，台架上位机通过CAN通讯控制电机开管，然控制测控机在T1时间内达到标定的目标转速Spd1，此处Spd1表示设定的标定转速值。

5.根据权利要求4所述的一种车用永磁同步电机自动化标定的控制方法，其特征是：再经过T2时间后，台架上位机发送恒功率区标定指令给电机控制器，经过T3时间后，台架上位机记录自动化标定过程中的转矩最大值，然后台架上位机判断此时台架转矩是否小于等于Trq1的设定转矩值，当小于等于则进行下一个恒功率区工况点的自动化标定，若大于则停机检查故障。

6.根据权利要求5所述的一种车用永磁同步电机自动化标定的控制方法，其特征是：

恒转矩区标定是在较低电机转速条件下，通过给定不同的电流幅值和不同的电流角度进行转矩估算，覆盖全工作电流区间内的转矩估算表格，实现自动化标定。

7.一种车用永磁同步电机自动化标定的控制系统，其特征是：所述系统包括：

指令模块，所述指令模块通过解耦电机转矩指令，得到目标电流指令；

反馈模块，所述反馈模块基于电机的转子位置和三相电流等反馈量，达到目标电流指令，达到目标转矩值；

自动标定模块，所述自动标定模块通过台架上位机分别通过CAN通讯对电池模拟器、测控机和电机控制器进行控制，实现了恒功率区的自动化标定。

8.一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，其特征在于，该程序被处理器执行，以用于实现如权利要求1-6任意一项权利要求所述的一种车用永磁同步电机自动化标定的控制方法。

9.一种计算机设备，包括存储器和处理器，所述存储器存储有计算机程序，其特征是：所述处理器执行所述计算机程序时实现权利要求1-6任意一项权利要求所述的一种车用永磁同步电机自动化标定的控制方法。

10.一种车辆，其特征在于，包括：存储器、处理器及存储在所述存储器上并可在所述处理器上运行的计算机程序，所述处理器执行所述程序，以实现如权利要求1-6任意一项权利要求所述的一种车用永磁同步电机自动化标定的控制方法。

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