CN115483868A - 一种电机控制器堵转控制方法及控制系统 - Google Patents

一种电机控制器堵转控制方法及控制系统 Download PDF

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Abstract

本发明提供一种电机控制器堵转控制方法及控制系统，控制方法包括：当电机当前处于堵转工况时，基于当前多个采样周期内的转子位置角平均值n1与相邻的历史多个采样周期内的转子位置角平均值n2之间的变化差Δn，确定当前时刻电机逆变器的开关频率；获取当前时刻的转子位置角对应的电机转速Ns，将电机转速Ns与参考转速Nref进行差值比较，根据转速差值大小ΔN确定对应的位置环参数和转速环参数；基于位置环参数和转速环参数实现电机的闭环控制，以改变电机控制器堵转时刻的响应能力。本发明通过优化堵转时刻电机控制系统电流环和速度环参数调整控制系统响应性以达到提升电机堵转性能防止堵转时刻过温发生。

Description

一种电机控制器堵转控制方法及控制系统
技术领域
本发明涉及电机控制技术领域，更具体地，涉及一种电机控制器堵转控制方法及控制系统。
背景技术
随着新能源汽车的普及，用户越来越关注新能源汽车的安全性和可靠性，作为三电(电池、电机、电控系统)的核心零部件的逆变器在某些特定工况下存在热失效的风险。其中电机堵转工况是热失效的典型案例。
在电动汽车驱动系统设计中，存在有最大爬坡这一性能指标。电动汽车在进行最大爬坡性能测试时，会出现轮胎抱死的情况，电动汽车此时的电机转速趋近于零，电机发生堵转。在电机发生堵转的情况下，电机控制器中的三相绝缘栅双极型晶体管(InsulatedGate Bipolar Transistor，IGBT)不再切换开关，致使某一相IGBT迅速升温，从而烧坏该IGBT，引起电机控制器的损坏。
纯电动汽车处于坡道加速或者堵转工况时，电机的控制策略变得尤为重要。一般要求电机输出峰值转矩，电机转速低，相应的电流幅值也达到峰值，而此时绝缘栅双极型晶体管(简称IGBT)处于较高的开关频率，相应的IGBT开关损耗也很大，会造成IGBT温度迅速上升。特别在反复爬坡，长时间坡道加速或者堵转状态下，甚至可能造成IGBT的烧毁，对行驶安全造成隐患，安全性下降。目前，当汽车处于上述工况时，电机的控制策略为不变频，因此，整车系统的安全性无法得到保障。
为解决上述问题，现有技术大多采用通过降低实际输出扭矩来满足堵转要求，然而这种策略无法保证相同转矩输出的情况下达到降低最高温度的效果，同时降低扭矩的方法无法满足堵转需求。此外，在降低堵转最高温升的方法中，现有技术目前通常为三相IGBT分别增加传感器，实时监测三相IGBT各自的温度，依据三相IGBT中对应的最高温度值判定电机是否发生堵转。然而，IGBT上的传感器测量所得到的温度值存在着较大的偏差和延时，极易导致电机发生较长时间的堵转后才反馈警报，无法及时做出保护手段，致使电机控制器损坏。同时由于增加额外的温度检测设备，导致成本增加，而增加温度传感器的方法需要结合在线温度计算的步骤，导致计算复杂，同时占用芯片资源。
发明内容
本发明针对现有技术中存在的技术问题，提供一种电机控制器堵转控制方法及控制系统。
根据本发明的第一方面，提供了一种电机控制器堵转控制方法，包括：
基于电机控制器实时计算的反馈扭矩Te和扭矩加载斜率K，判断电机当前工作状态；
当电机当前工作状态为堵转工况时，基于当前多个采样周期内的转子位置角平均值n1与相邻的历史多个采样周期内的转子位置角平均值n2之间的变化差Δn，确定当前时刻电机逆变器的开关频率；
获取当前时刻的转子位置角对应的电机转速Ns，将所述电机转速Ns与所述当前时刻电机逆变器的开关频率对应的参考转速Nref进行差值比较，根据转速差值大小ΔN确定对应的位置环参数和转速环参数；
基于所述位置环参数和转速环参数实现电机的闭环控制，以提升电机控制器的响应时间。
在上述技术方案的基础上，本发明还可以作出如下改进。
可选的，所述基于电机控制器实时计算的反馈扭矩Te和扭矩加载斜率K，判断电机当前工作状态，包括：
获取电机控制器实时计算的反馈扭矩Te，以及获取电机反馈扭矩加载到0.9*Tmax时的电机扭矩的变化系数K，Tmax为电机峰值扭矩；
当电机扭矩的变化系数K大于堵转状态下的油门踏板开度变化率Pr0，且电机反馈扭矩Te大于0.9*Tmax时，判定电机处于堵转状态，为非稳定状态；
其中，所述反馈扭矩Te为电机控制器实时估算的电机输出扭矩，所述电机反馈扭矩加载到0.9*Tmax时的电机扭矩的变化系数K根据整车控制器反馈的油门踏板开度变化率Pr确定，电机堵转状态下的油门踏板开度变化率Pr0通过整车进行实际标定获取。
可选的，所述当电机当前工作状态为堵转工况时，基于当前多个采样周期内的转子位置角平均值n1与相邻的历史多个采样周期内的转子位置角平均值n2之间的转子位置变化差Δn，确定当前时刻电机逆变器的开关频率，包括：
当电机当前工作状态为堵转工况时，通过转子位置传感器获取当前多个采样周期的转子位置角平均值n1和获取相邻的历史多个采样周期的转子位置角平均值n2；
基于转子位置角平均值n1和转子位置角平均值n2，计算转子位置变化差Δn＝n1-n2；
根据所述转子位置变化差Δn所落入的区域范围，确定当前时刻电机逆变器的开关频率。
可选的，所述转子位置变化差Δn所落入的区域范围通过对转子位置变化差Δn的大小进行划分，其中，通过台架测试永磁同步电机的堵转特性获取不同转子位置变化差Δn所对应的扭矩响应，进而确定转子位置变化差Δn的不同区域范围。
可选的，还包括：
当电机当前工作状态为正常工作状态时，根据电机正常工作时的转速N确定当前时刻电机逆变器的开关频率，其中，通过台架标定获取不同转速段范围内对应的电机逆变器的开关频率。
可选的，所述位置环参数和转速环参数根据所述转速差值大小ΔN确定，且电流环参数Kcp和Kci满足：
Figure BDA0003783094870000041
其中，L为电机的电感参数，R为电机绕组电阻，通过台架标定获取相关参数；
通过设定电流环稳定调节时间ts对电流环参数进行整定，所述的电流环稳定调节时间ts为：
Figure BDA0003783094870000042
根据当前时刻电机逆变器的开关频率对所述转速环参数Ksp和Ksi进行取值，使得电机在预设时长t3的转速趋于稳定。
可选的，基于所述位置环参数和转速环参数实现电机的闭环控制，还包括：
实时采集电机控制器中IGBT的温度T，将所述IGBT的温度T与堵转警告温度T0进行比较；
基于所述IGBT的温度T与堵转警告温度T0的比较结果，再次判断电机是否处于堵转状态。
可选的，基于所述IGBT的温度T与堵转警告温度T0的比较结果，再次判断电机是否处于堵转状态，包括：
当所述IGBT的温度T大于堵转警告温度T0时，判定电机处于堵转状态，则限制电机控制器的扭矩输出；
其中，所述堵转警告温度T0通过电机台架测试获取，通过测试电机处于完全堵转状态下能承受的最高温度Tmax，所述堵转警告温度T0＝90％Tmax。
根据本发明的第二方面，提供一种电机控制器堵转控制系统，包括：
判断模块，用于基于电机控制器实时计算的反馈扭矩Te和扭矩加载斜率K，判断电机当前工作状态；
第一确定模块，用于当电机当前工作状态为堵转工况时，基于当前多个采样周期内的转子位置角平均值n1与相邻的历史多个采样周期内的转子位置角平均值n2之间的变化差Δn，确定当前时刻电机逆变器的开关频率；
第二确定模块，用于获取当前时刻的转子位置角对应的电机转速Ns，将所述电机转速Ns与所述当前时刻电机逆变器的开关频率对应的参考转速Nref进行差值比较，根据转速差值大小ΔN确定对应的位置环参数和转速环参数；
控制模块，用于基于所述位置环参数和转速环参数实现电机的闭环控制，以提升电机控制器的响应时间。
根据本发明的第三方面，提供了一种电子设备，包括存储器、处理器，所述处理器用于执行存储器中存储的计算机管理类程序时实现电机控制器堵转控制方法的步骤。
根据本发明的第四方面，提供了一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机管理类程序，所述计算机管理类程序被处理器执行时实现电机控制器堵转控制方法的步骤。
本发明提供的一种电机控制器堵转控制方法及控制系统，当电机当前处于堵转工况时，根据相邻多个采样周期的转子位置变化差确定当前时刻电机逆变器的开关频率，然后根据当前时刻的转子位置角对应的电机转速Ns与当前时刻电机逆变器的开关频率对应的参考转速Nref进行差值比较，根据转速差值大小ΔN确定对应的位置环参数和转速环参数；基于位置环参数和转速环参数实现电机的闭环控制，以提升电机控制器的响应时间。本发明通过优化堵转时刻电机控制系统电流环和速度环参数调整控制系统响应性以达到提升电机堵转性能防止堵转时刻过温发生。
附图说明
图1为本发明一个实施例提供的一种电机控制器堵转控制方法流程图；
图2为不同转速差对应的电机扭矩响应示意图；
图3为不同转速环和电流环参数电机转速响应示意图；
图4为本发明另一个实施例提供的一种电机控制器堵转控制方法流程示意图；
图5为用于电机控制器FOC控制的系统的结构示意图；
图6为本发明提供的一种电机控制器堵转控制系统的结构示意图；
图7为本发明提供的一种可能的电子设备的硬件结构示意图；
图8为本发明提供的一种可能的计算机可读存储介质的硬件结构示意图。
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。另外，本发明提供的各个实施例或单个实施例中的技术特征可以相互任意结合，以形成可行的技术方案，这种结合不受步骤先后次序和/或结构组成模式的约束，但是必须是以本领域普通技术人员能够实现为基础，当技术方案的结合出现相互矛盾或无法实现时，应当认为这种技术方案的结合不存在，也不在本发明要求的保护范围之内。
针对背景技术中的问题，本发明提出了一种新能源汽车电机控制器堵转控制方法及控制系统，此方法可以通过优化堵转时刻电机控制系统电流环和速度环参数调整控制系统响应性以达到提升电机堵转性能防止堵转时刻过温发生。
图1为本发明提供的一种电机控制器堵转控制方法流程图，如图1所示，该方法主要包括以下步骤：
S1，基于电机控制器实时计算的反馈扭矩Te和扭矩加载斜率K，判断电机当前工作状态。
作为实施例，所述基于电机控制器实时计算的反馈扭矩Te和扭矩加载斜率K，判断电机当前工作状态，包括：
获取电机控制器实时计算的反馈扭矩Te，以及获取电机反馈扭矩加载到0.9*Tmax时的电机扭矩的变化系数K，Tmax为电机峰值扭矩；
当电机扭矩的变化系数K大于堵转状态下的油门踏板开度变化率Pr0，且电机反馈扭矩Te大于0.9*Tmax时，判定电机处于堵转状态。
可以理解的是，在对电机控制器的堵转进行控制之前，先判断电机当前工作状态，如果电机当前工作在稳定状态时，则无需进行过流控制。当电机当前工作在堵转状态时，则需要进行控制。
其中，电机控制器实时计算反馈扭矩Te以及扭矩的实时加载斜率，当反馈扭矩Te加载到90％的扭矩峰值Tmax时，获取此时的扭矩加载斜率K(以下称为电机扭矩的变化系数)。当电机扭矩的变化系数K大于堵转状态下的油门踏板开度变化率Pr0，且电机反馈扭矩Te大于0.9*Tmax时，判定电机处于堵转状态。
其中，反馈扭矩Te为电机控制器实时估算的电机输出扭矩，电机反馈扭矩加载到0.9*Tmax时的电机扭矩的变化系数K根据整车控制器(VCU)反馈的油门踏板开度变化率Pr确定，电机堵转状态下的油门踏板开度变化率Pr0通过整车进行实际标定获取。
S2，当电机当前工作状态为堵转工况时，基于当前多个采样周期内的转子位置角平均值n1与相邻的历史多个采样周期内的转子位置角平均值n2之间的变化差Δn，确定当前时刻电机逆变器的开关频率。
作为实施例，所述当电机当前工作状态为堵转工况时，基于当前多个采样周期内的转子位置角平均值n1与相邻的历史多个采样周期内的转子位置角平均值n2之间的转子位置变化差Δn，确定当前时刻电机逆变器的开关频率，包括：当电机当前工作状态为堵转工况时，通过转子位置传感器获取当前多个采样周期的转子位置角平均值n1和获取相邻的历史多个采样周期的转子位置角平均值n2；基于转子位置角平均值n1和转子位置角平均值n2，计算转子位置变化差Δn＝n1-n2；根据所述转子位置变化差Δn所落入的区域范围，确定当前时刻电机逆变器的开关频率。
可以理解的是，当判定出电机当前工作状态为堵转工况时，则通过转子位置传感器获取10个采样周期的转子位置角平均值n1和下一周期10个采样周期的转子位置角平均值n2，并根据位置角平均值n1和位置角平均值n2获取转子位置变化差Δn,并判断转子位置变化差Δn所在区域，基于转子位置变化差Δn所落入的区域，确定当前时刻逆变器开关频率。若电机处于非堵转状态，则根据电机当前转速N确定逆变器开关频率Tpwm0。
其中，转子位置角平均值n1为包括当前时刻的10个采样周期的转子位置角的平均值通过公式(1)获取：
Figure BDA0003783094870000091
转子位置角平均值n2为上一个10个采样周期的转子位置角的平均值通过公式(2)获取：
Figure BDA0003783094870000092
转子位置变化差Δn所在区域通过转子位置变化差Δn大小进行划分，如表1所示。
表1转速差范围对应的区域划分
转速差范围(r/min) 20 40 60 80 100
转速区域 Ⅰ Ⅱ Ⅲ Ⅳ Ⅴ
其中，通过台架测试永磁同步电机的堵转特性获取不同转速差Δn所对应的扭矩响应，图2示出了不同转速差Δn所对应的扭矩响应的示意图，进而确定不同转速差对应的划分方式。电机非堵转状态为电机正常工作状态，此时逆变器开关频率Tpwm0根据电机正常工作时的转速N确定，采用现有技术中通过台架标定获取不同转速段范围内的开关频率。
根据表1确定电机堵转状态下转子位置角变化差Δn对应的区域范围，根据对应区域范围确定堵转状态下的开关频率Tpwm1，开关频率Tpwm1根据台架标定获取，表2示出了电机堵转状态下不同区域范围对应的开关频率。
表2堵转状态下不同区域对应的开关频率
Figure BDA0003783094870000101
S3，获取当前时刻的转子位置角对应的电机转速Ns，将所述电机转速Ns与所述当前时刻电机逆变器的开关频率对应的参考转速Nref进行差值比较，根据转速差值大小ΔN确定对应的位置环参数和转速环参数。
可以理解的是，上述步骤S2得到了电机当前时刻的开关频率，其中，开关频率与参考转速Nref具有对应关系。
本步骤中，获取当前时刻的转子位置角对应的电机转速Ns，将电机转速Ns与当前时刻电机逆变器的开关频率对应的参考转速Nref进行差值比较，基于比较结果确定当前时刻的位置环参数和转速环参数。
具体的，转子位置角度对应的电机转速Ns为电机实时转速，参考转速Nref为非堵转状态下根据当前整车的油门开度及三相电流大小确定的对应电机转速，与当前时刻电机的开关频率有关系。转速差值为电机当前转速Ns与对应的参考转速Nref转速差值ΔN＝Ns-Nref，电流环参数Kcp、Kci及转速环参数Ksp、Ksi为根据转速差值ΔN进行取值。具体的，电流环参数根据不同的转速差范围ΔN进行PI参数整定，为避免由于超调引起过流，电流环参数Kcp和Kci需满足：
Figure BDA0003783094870000111
其中，L为电机的电感参数，R为电机绕组电阻，通过台架标定获取相关参数。
通过设定电流环稳定调节时间ts,对电流环参数进行整定，电流环稳定调节时间ts为：
Figure BDA0003783094870000112
转速环参数Ksp、Ksi根据转速差值ΔN取值，在取值的过程中，转速环参数调节为如图3所示的t3对应的转速环参数Ksp、Ksi，电机在预设时长t3的转速趋于稳定，t3所示的转速环参数稳定性较好，转速响应时间较长，最终得到不同开关频率下对应电流环和转速环PI参数。
需要说明的是，当在步骤S1判定出电机当前工作状态为稳定状态时，基于电机的当前转速确定电机当前时刻的开关频率，并根据电机当前转速Ns电机当前时刻的开关频率对应的参考转速Nref之间的转速差值获取对应的电流环参数和转速环参数。
其中，不同转速差对应位置环和转速环参数可见表3。
表3.不同转速差对应电流环和转速环PI参数
Figure BDA0003783094870000113
Figure BDA0003783094870000121
S4，基于所述位置环参数和转速环参数实现电机的闭环控制，以提升电机控制器的响应时间。
其中，获取电机当前时刻的位置环参数和转速环参数后，实现对电机的闭环控制。
作为实施例，基于所述位置环参数和转速环参数实现电机的闭环控制，还包括：实时采集电机控制器中IGBT的温度T，将所述IGBT的温度T与堵转警告温度T0进行比较；基于所述IGBT的温度T与堵转警告温度T0的比较结果，再次判断电机是否处于堵转状态。
其中，基于所述IGBT的温度T与堵转警告温度T0的比较结果，再次判断电机是否处于堵转状态，包括：当所述IGBT的温度T大于堵转警告温度T0时，判定电机处于堵转状态，则限制电机控制器的扭矩输出；其中，所述堵转警告温度T0通过电机台架测试获取，通过测试电机处于完全堵转状态下能承受的最高温度Tmax，所述堵转警告温度T0＝90％Tmax。
可以理解的是，在基于位置环参数和转速环参数实现电机的闭环控制的过程中，还需要检测闭环控制是否将电机控制器的温度降下来。因此，在闭环控制的整个过程中，实时采集电机控制器中IGBT的温度T，将IGBT的温度T与堵转警告温度T0进行比较。如果T＞T0，那么电机依然处于堵转状态，则表明此时的闭环控制没有效果，需要采取其它的措施来确保电机的温度不会过高。
具体的，堵转警告温度T0通过电机台架测试获取，通过测试电机处于完全堵转状态下(转速为0加载90％峰值扭矩)能承受的最高温度Tmax，堵转警告温度T0＝90％Tmax。当电机温度传感器采集当前时刻的IGBT温度T大于90％Tmax时，电机处于过温状态为防止IGBT损坏，此时对电机的功率进行限制。
参见图4，为本发明提供的一种电机控制器堵转控制方法的整体流程图，该堵转控制方法主要如下步骤：
(1)电机控制器通过实时计算反馈扭矩Te的大小及扭矩加载斜率K，判断电机堵转条件是否满足。
(2)若电机处于堵转工况，则通过转子位置传感器获取当前10个采样周期的转子位置角平均值n1和上一周期10个采样周期的转子位置角平均值n2，并根据位置角平均值n1和位置角平均值n2获取转子位置角的变化差Δn＝n1-n2，并判断转子位置变化差Δn所在区域。若电机处于非堵转状态，根据当前转速N确定当前时刻逆变器开关频率Tpwm0。
(3)根据当前堵转状态下转子位置变化差Δn对应的区域确定当前时刻逆变器的开关频率Tpwm1。
(4)根据转子位置传感器获取当前时刻的转子位置角度对应的电机转速Ns，将电机当前转速Ns与当前时刻逆变器开关频率对应的参考转速Nref进行差值比较，根据转速差值大小确定电流环参数Kcp、Kci及转速环参数Ksp、Ksi。若电机处于非堵转状态，电流环参数为Kcp0、Kci0，转速环Ksp0、Ksi0。
(5)基于位置环参数和转速环参数实现对电机的闭环控制，通过温度传感器实时采集IGBT温度T，并与堵转警告温度T0进行比较,根据IGBT当前温度T与堵转警告温度T0的比较结果再次判断电机的堵转状态，若电机依然处于堵转状态，则需要对电机的输出扭矩极性控制。
其中，参见图5，为用于电机控制器FOC控制的系统，永磁同步电机控制系统主要包括电流环PI调节器、转速环PI调节器、Park逆变换模块、SVPWM模块、Inverter逆变器模块、Clark变换模块、Park变换模块、永磁同步电机等。MCU根据永磁同步电机转速参考信号nref与电机转子位置传感器采集的实际转速n进行差值运算后经过转速环PI，并经过MTPA运算后获取交、直轴电流iqreh和idreh。电流环PI调节器和转速环PI调节器则将调节后的交、直轴电流iq *和id *转换成交、直轴电压uq和ud，再经过Park逆变换模块转换成uβ和uα，最终经过SVPWM模块转换成控制Inverter逆变器模块的开关信号控制Inverter逆变器输出交变的三相电流进而控制永磁同步电机。Clark变换模块将三相电流转换成iα和iβ，并通过Park变换模块转换成id和iq从而实现电流的闭环控制。
本发明当电机当前处于堵转工况时，根据相邻多个采样周期的转子位置变化差确定当前时刻电机逆变器的开关频率，然后根据当前时刻的转子位置角对应的电机转速Ns与当前时刻电机逆变器的开关频率对应的参考转速Nref进行差值比较，根据转速差值大小ΔN确定对应的位置环参数和转速环参数；基于位置环参数和转速环参数实现电机的闭环控制，以提升电机控制器的响应时间。本发明通过优化堵转时刻电机控制系统电流环和速度环参数调整控制系统响应性以达到提升电机堵转性能防止堵转时刻过温发生。
参见图6，本发明提供了一种电机控制器堵转控制系统，该堵转控制系统包括判断模块601、第一确定模块602、第二确定模块603和控制模块604，其中：
判断模块601，用于基于电机控制器实时计算的反馈扭矩Te和扭矩加载斜率K，判断电机当前工作状态；
第一确定模块602，用于当电机当前工作状态为堵转工况时，基于当前多个采样周期内的转子位置角平均值n1与相邻的历史多个采样周期内的转子位置角平均值n2之间的变化差Δn，确定当前时刻电机逆变器的开关频率；
第二确定模块603，用于获取当前时刻的转子位置角对应的电机转速Ns，将所述电机转速Ns与所述当前时刻电机逆变器的开关频率对应的参考转速Nref进行差值比较，根据转速差值大小ΔN确定对应的位置环参数和转速环参数；
控制模块604，用于基于所述位置环参数和转速环参数实现电机的闭环控制，以提升电机控制器的响应时间。
可以理解的是，本发明提供的一种电机控制器堵转控制系统与前述各实施例提供的电机控制器堵转控制方法相对应，电机控制器堵转控制系统的相关技术特征可参考电机控制器堵转控制方法的相关技术特征，在此不再赘述。
请参阅图7，图7为本发明实施例提供的电子设备的实施例示意图。如图7所示，本发明实施例提了一种电子设备700，包括存储器710、处理器720及存储在存储器710上并可在处理器720上运行的计算机程序711，处理器720执行计算机程序711时实现以下步骤：基于电机控制器实时计算的反馈扭矩Te和扭矩加载斜率K，判断电机当前工作状态；当电机当前工作状态为堵转工况时，基于当前多个采样周期内的转子位置角平均值n1与相邻的历史多个采样周期内的转子位置角平均值n2之间的变化差Δn，确定当前时刻电机逆变器的开关频率；获取当前时刻的转子位置角对应的电机转速Ns，将所述电机转速Ns与所述当前时刻电机逆变器的开关频率对应的参考转速Nref进行差值比较，根据转速差值大小ΔN确定对应的位置环参数和转速环参数；基于所述位置环参数和转速环参数实现电机的闭环控制，以提升电机控制器的响应时间。
请参阅图8，图8为本发明提供的一种计算机可读存储介质的实施例示意图。如图8所示，本实施例提供了一种计算机可读存储介质800，其上存储有计算机程序811，该计算机程序811被处理器执行时实现如下步骤：基于电机控制器实时计算的反馈扭矩Te和扭矩加载斜率K，判断电机当前工作状态；当电机当前工作状态为堵转工况时，基于当前多个采样周期内的转子位置角平均值n1与相邻的历史多个采样周期内的转子位置角平均值n2之间的变化差Δn，确定当前时刻电机逆变器的开关频率；获取当前时刻的转子位置角对应的电机转速Ns，将所述电机转速Ns与所述当前时刻电机逆变器的开关频率对应的参考转速Nref进行差值比较，根据转速差值大小ΔN确定对应的位置环参数和转速环参数；基于所述位置环参数和转速环参数实现电机的闭环控制，以提升电机控制器的响应时间。
本发明实施例提供的一种电机控制器堵转控制方法及控制系统，通过判断堵转状态下相邻时刻电机转子位置角平均值差值所在区域，并根据所在区域调整开关频率。同时根据永磁同步电机堵转状态下扭矩响应特性，通过将当前时刻电机转速和参考转速差值大小调节转速环PI参数和电流环PI参数，在满足电机电流响应的前提下增加转速响应时间从而达到增加最大堵转时间，防止逆变器热失效的效果。与现有技术通过降低实际输出扭矩来降低最高温升的方法相比，本发明在不降低输出转矩的情况下即可实现降低最高温度，从而保护逆变器。此外，此方法与现有技术需要额外的增加温度检测设备(如温度传感器)辅助实现相比，可以极大降低成本，而增加温度传感器的方法需要结合在线温度计算的步骤，导致计算复杂，同时占用芯片资源。
需要说明的是，在上述实施例中，对各个实施例的描述都各有侧重，某个实施例中没有详细描述的部分，可以参见其它实施例的相关描述。
本领域内的技术人员应明白，本发明的实施例可提供为方法、系统、或计算机程序产品。因此，本发明可采用完全硬件实施例、完全软件实施例、或结合软件和硬件方面的实施例的形式。而且，本发明可采用在一个或多个其中包含有计算机可用程序代码的计算机可用存储介质(包括但不限于磁盘存储器、CD-ROM、光学存储器等)上实施的计算机程序产品的形式。
本发明是参照根据本发明实施例的方法、设备(系统)、和计算机程序产品的流程图和/或方框图来描述。应理解可由计算机程序指令实现流程图和/或方框图中的每一流程和/或方框、以及流程图和/或方框图中的流程和/或方框的结合。可提供这些计算机程序指令到通用计算机、专用计算机、嵌入式计算机或者其他可编程数据处理设备的处理器以产生一个机器，使得通过计算机或其他可编程数据处理设备的处理器执行的指令产生用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的装置。
这些计算机程序指令也可存储在能引导计算机或其他可编程数据处理设备以特定方式工作的计算机可读存储器中，使得存储在该计算机可读存储器中的指令产生包括指令装置的制造品，该指令装置实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能。
这些计算机程序指令也可装载到计算机或其他可编程数据处理设备上，使得在计算机或其他可编程设备上执行一系列操作步骤以产生计算机实现的处理，从而在计算机或其他可编程设备上执行的指令提供用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的步骤。
尽管已描述了本发明的优选实施例，但本领域内的技术人员一旦得知了基本创造概念，则可对这些实施例作出另外的变更和修改。所以，所附权利要求意欲解释为包括优选实施例以及落入本发明范围的所有变更和修改。
显然，本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包括这些改动和变型在内。

Claims (10)

1.一种电机控制器堵转控制方法，其特征在于，包括：
基于电机控制器实时计算的反馈扭矩Te和扭矩加载斜率K，判断电机当前工作状态；
当电机当前工作状态为堵转工况时，基于当前多个采样周期内的转子位置角平均值n1与相邻的历史多个采样周期内的转子位置角平均值n2之间的变化差Δn，确定当前时刻电机逆变器的开关频率；
获取当前时刻的转子位置角对应的电机转速Ns，将所述电机转速Ns与所述当前时刻电机逆变器的开关频率对应的参考转速Nref进行差值比较，根据转速差值大小ΔN确定对应的位置环参数和转速环参数；
基于所述位置环参数和转速环参数实现电机的闭环控制，以提升电机控制器的响应时间。
2.根据权利要求1所述的电机控制器堵转控制方法，其特征在于，所述基于电机控制器实时计算的反馈扭矩Te和扭矩加载斜率K，判断电机当前工作状态，包括：
获取电机控制器实时计算的反馈扭矩Te，以及获取电机反馈扭矩加载到0.9*Tmax时的电机扭矩的变化系数K，Tmax为电机峰值扭矩；
当电机扭矩的变化系数K大于堵转状态下的油门踏板开度变化率Pr0，且电机反馈扭矩Te大于0.9*Tmax时，判定电机处于堵转状态；
其中，所述反馈扭矩Te为电机控制器实时估算的电机输出扭矩，所述电机反馈扭矩加载到0.9*Tmax时的电机扭矩的变化系数K根据整车控制器反馈的油门踏板开度变化率Pr确定，电机堵转状态下的油门踏板开度变化率Pr0通过整车进行实际标定获取。
3.根据权利要求1所述的电机控制器堵控制方法，其特征在于，所述当电机当前工作状态为堵转工况时，基于当前多个采样周期内的转子位置角平均值n1与相邻的历史多个采样周期内的转子位置角平均值n2之间的转子位置变化差Δn，确定当前时刻电机逆变器的开关频率，包括：
当电机当前工作状态为堵转工况时，通过转子位置传感器获取当前多个采样周期的转子位置角平均值n1和获取相邻的历史多个采样周期的转子位置角平均值n2；
基于转子位置角平均值n1和转子位置角平均值n2，计算转子位置变化差Δn＝n1-n2；
根据所述转子位置变化差Δn所落入的区域范围，确定当前时刻电机逆变器的开关频率。
4.根据权利要求3所述的电机控制器堵转控制方法，其特征在于，所述转子位置变化差Δn所落入的区域范围通过对转子位置变化差Δn的大小进行划分，其中，通过台架测试永磁同步电机的堵转特性获取不同转子位置变化差Δn所对应的扭矩响应，进而确定转子位置变化差Δn的不同区域范围。
5.根据权利要求3所述的电机控制器堵转控制方法，其特征在于，还包括：
当电机当前工作状态为正常工作状态时，根据电机正常工作时的转速N确定当前时刻电机逆变器的开关频率，其中，通过台架标定获取不同转速段范围内对应的电机逆变器的开关频率。
6.根据权利要求1所述的电机控制器堵转控制方法，其特征在于，所述位置环参数和转速环参数根据所述转速差值大小ΔN确定，且电流环参数Kcp和Kci满足：
Figure FDA0003783094860000031
其中，L为电机的电感参数，R为电机绕组电阻，通过台架标定获取相关参数；
通过设定电流环稳定调节时间ts对电流环参数进行整定，所述的电流环稳定调节时间ts为：
Figure FDA0003783094860000032
根据当前时刻电机逆变器的开关频率对所述转速环参数Ksp和Ksi进行取值，使得电机在预设时长t3的转速趋于稳定。
7.根据权利要求1-6任一项所述的电机控制器堵转控制方法，其特征在于，基于所述位置环参数和转速环参数实现电机的闭环控制，还包括：
实时采集电机控制器中IGBT的温度T，将所述IGBT的温度T与堵转警告温度T0进行比较；
基于所述IGBT的温度T与堵转警告温度T0的比较结果，再次判断电机是否处于堵转状态。
8.根据权利要求7所述的电机控制器堵转控制方法，其特征在于，基于所述IGBT的温度T与堵转警告温度T0的比较结果，再次判断电机是否处于堵转状态，包括：
当所述IGBT的温度T大于堵转警告温度T0时，判定电机处于堵转状态，则限制电机控制器的扭矩输出；
其中，所述堵转警告温度T0通过电机台架测试获取，通过测试电机处于完全堵转状态下能承受的最高温度Tmax，所述堵转警告温度T0＝90％Tmax。
9.一种电机控制器堵转控制系统，其特征在于，包括：
判断模块，用于基于电机控制器实时计算的反馈扭矩Te和扭矩加载斜率K，判断电机当前工作状态；
第一确定模块，用于当电机当前工作状态为堵转工况时，基于当前多个采样周期内的转子位置角平均值n1与相邻的历史多个采样周期内的转子位置角平均值n2之间的变化差Δn，确定当前时刻电机逆变器的开关频率；
第二确定模块，用于获取当前时刻的转子位置角对应的电机转速Ns，将所述电机转速Ns与所述当前时刻电机逆变器的开关频率对应的参考转速Nref进行差值比较，根据转速差值大小ΔN确定对应的位置环参数和转速环参数；
控制模块，用于基于所述位置环参数和转速环参数实现电机的闭环控制，以提升电机控制器的响应时间。
10.一种计算机可读存储介质，其特征在于，其上存储有计算机管理类程序，所述计算机管理类程序被处理器执行时实现电机控制器堵转控制方法的步骤。
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