CN117148250A - 一种交流电机定子电流传感器检测误差自校正方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种交流电机定子电流传感器检测误差自校正方法，电流传感器检测误差定义，电流控制误差计算，电流传感器误差在线监测，电流传感器误差在线自校正。本发明实现了对电流传感器采样误差的在线检测，并通过检测结果对电流传感器采样信号进行在线校正。
Description
技术领域
本发明涉及一种传感器误差自校正方法，特别是一种交流电机定子电流传感器检测误差自校正方法，属于新能源汽车驱动动力总成技术领域。
背景技术
交流电机的功能是实现电能和机械能的转换，主要通过其轴上的输出转矩来体现；由于电机的输出转矩与电机的定子电流存在一一对应关系，在现代交流电机传动系统中，转矩控制均通过定子电流控制来实现。图2示意了交流电机控制架构；其中，转矩指令是控制输入，根据转矩指令和电机转速由转矩-电流表获得相应的电流指令；电流调节器的输入是电流指令和电流反馈的差值，其输出是电压指令，用于驱动功率逆变器产生所需的电压，达到闭环控制电流的目的；在正常工作状态下，电机电流可以完全跟踪电流指令，从而实现电机转矩的控制；电流传感器用于采样电机的定子电流，其输出经过信号处理提供所需的电流反馈。
现代交流电机控制的核心是电流控制，为实现电流的可靠控制，需提供准确的电流反馈信息。如果电流反馈出现偏差，电机运行将偏离希望的工作状态，导致各种关联故障；尤其在新能源汽车应用场合，电流反馈偏差会产生不可预料的转矩，将出现行驶安全问题。因此，针对电流传感器和信号处理环节，需要对其所提供的电流反馈信息的准确性予以判断，以保证电机控制的可靠性；同时，在实际应用中，电流传感器的精度随电机运行工况会发生变化，因此采样得到的电流信息需要在线实时校正，以反映电流的真实值，从而保证电机转矩控制的准确性；另外，针对新能源汽车应用，在电流传感器及其信号处理电路故障情况下，要求电机仍处于可控状态，保证安全泊车。
图3示意了常规电流传感器信号；其中，I s 代表待检测的电机电流，经电流传感器检测及信号处理，得到模拟输出电压信号V out ，该信号被送到CPU的A/D模块；V out 与I s 存在线性关系，如公式（10）所示：
（10）
其中，是电流电压转换系数，/>是待检测电流I s 为零时的传感器输出电压；-I sm 和I sm 是负向和正向最大待测电流，它们分别与最小和最大输出电压V min 和V max 的取值范围（V min ，V max ）与电流的检测范围（-I sm ，I sm ）相对应；正常情况下，如果/>的取值在（V min ，V max ）以外，即认为电流采样存在故障。这种信号处理方法存在如下问题：1. 采样信号的准确度完全依赖于电流传感器及其信号处理电路的可靠性，受工作环境的影响，通常存在检测误差；2. 该方法可以检测到电机的过电流故障，但无法提供电流传感器及其信号处理电路自身的故障信息。
如图4和图5所示，在实际应用中，电流传感器主要存在两种检测误差，偏置误差和线性误差，它们随电机运行工况发生变化，目前尚没有成熟的技术对它们进行检测和补偿。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一种交流电机定子电流传感器检测误差自校正方法，对电流传感器采样误差进行在线检测并对采样信号在线校正。
为解决上述技术问题，本发明所采用的技术方案是：
一种交流电机定子电流传感器检测误差自校正方法，其特征在于包含以下步骤：
S1、电流传感器检测误差定义；
S2、电流控制误差计算；
S3、电流传感器误差在线监测；
S4、电流传感器误差在线自校正。
进一步地，所述步骤S1具体为：
定义电流传感器的偏置误差为，电流传感器的线性误差为μ，在理想情况下，偏置误差/> ，线性误差μ=1；电流传感器输出特性曲线将上、下平移/>；在线性误差μ偏离其理想值时，电流传感器输出特性曲线将围绕/>旋转。
进一步地，所述步骤S2具体为：
对电机的两相电流进行采样，在考虑检测误差的情况下，电机A相的检测电流和B相的检测电流/>表达为：
（1）
（2）
（3）
其中，为电机的A-相电流，/>为电机的B-相电流，/>为A相电流传感器的线性误差，/>为B相电流传感器的线性误差，/>为A相的电流偏置误差，/>为B相的电流偏置误差，电机的C相检测电流由公式(3)计算；
鉴于电流控制算法是在同步旋转坐标系里实现的，通过公式（4）将静止坐标系里的三相电流变换到旋转坐标系里的两相电流：
（4）
（5）
其中，为检测到的q-轴电流，/>为检测到的d-轴电流，/>为实际的q-轴电流，/>为实际的d-轴电流；
将公式（4）和公式（5）相减，并整理后可求得在旋转坐标系里的电流控制误差如下：
（6）
其中，是电机的电气角速度，/>是电机的电流角；/>为电流误差的二次谐波分量，/>为电流误差的基波分量，/>为电流误差的直流分量； />、/> 和/>分别求得如下：
（7）
（8）
（9）
其中，是定子电流的幅值。
进一步地，所述A相的电流偏置误差与A相的偏置误差/>呈正比，B相的电流偏置误差/>与B相的偏置误差/>呈正比。
进一步地，所述步骤S3具体为：
电流传感器误差的在线检测通过对电流控制误差信号的处理来实现；
电流控制误差信号经过低通滤波后输出电流误差的直流分量；
电流控制误差信号经过带通滤波后输出电流误差的基波分量；
电流控制误差信号经过高通滤波后输出电流误差的二次分量；
分别由公式（7）、（8）和（9）计算出电流传感器的线性误差μ和偏置误差。
进一步地，所述步骤S4具体为：
检测到的电流传感器的线性误差μ和偏置误差用于电流传感器误差的在线自校正，将步骤S3中检测到的电流传感器的线性误差μ和偏置误差/>分别用来驱动一个PI调节器，PI调机器的输出对电流传感器的偏置误差/>和线性误差μ进行实时动态校正，在该机制作用下，电流传感器的误差将趋于零。
本发明与现有技术相比，具有以下优点和效果：本发明提供了一种交流电机定子电流传感器检测误差自校正方法，实现了对电流传感器采样误差的在线检测，并通过检测结果对电流传感器采样信号进行在线校正。
附图说明
图1是本发明的一种交流电机定子电流传感器检测误差自校正方法的流程图。
图2是本发明的交流电机转矩和电流控制架构示意图。
图3是本发明的电流传感器信号的示意图。
图4是本发明的电流传感器偏置误差的示意图。
图5是本发明的电流传感器线性误差的示意图。
图6是本发明的电流传感器误差在线检测的示意图。
图7是本发明的电流传感器误差自校正的示意图。
具体实施方式
为了详细阐述本发明为达到预定技术目的而所采取的技术方案，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晰、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明的部分实施例，而不是全部的实施例，并且，在不付出创造性劳动的前提下，本发明的实施例中的技术手段或技术特征可以替换，下面将参考附图并结合实施例来详细说明本发明。
如图1所示，本发明的一种交流电机定子电流传感器检测误差自校正方法，包含以下步骤：
S1、电流传感器检测误差定义。
定义电流传感器的偏置误差为，电流传感器的线性误差为μ，在理想情况下，偏置误差/> ，线性误差μ=1；电流传感器输出特性曲线将上、下平移/>；在线性误差μ偏离其理想值时，电流传感器输出特性曲线将围绕/>旋转。
S2、电流控制误差计算。
在交流电机控制设计中，通常对电机的两相电流进行采样，在考虑检测误差的情况下，电机A相的检测电流和B相的检测电流/>表达为：
（1）
（2）
（3）
其中，为电机的A-相电流，/>为电机的B-相电流，/>为A相电流传感器的线性误差，/>为B相电流传感器的线性误差，/>为A相的电流偏置误差，/>为B相的电流偏置误差，电机的C相检测电流由公式(3)计算；
鉴于电流控制算法是在同步旋转坐标系里实现的，通过公式（4）将静止坐标系里的三相电流变换到旋转坐标系里的两相电流：
（4）
（5）
其中，为检测到的q-轴电流，/>为检测到的d-轴电流，/>为实际的q-轴电流，/>为实际的d-轴电流；
将公式（4）和公式（5）相减，并整理后可求得在旋转坐标系里的电流控制误差如下：
（6）
其中，是电机的电气角速度，/>是电机的电流角；/>为电流误差的二次谐波分量，/>为电流误差的基波分量，/>为电流误差的直流分量； />、/> 和/>分别求得如下：
（7）
（8）
（9）
其中，是定子电流的幅值。
S3、电流传感器误差在线监测。
公式（7）和公式（9）表明，电流控制误差的直流和二次谐波分量与电流传感器的线性系数相关，即非理想电流传感器线性系数将导致电流控制误差。
公式（8）表明，电流控制误差的基波分量与电流传感器的偏置误差相关，即电流传感器偏置误差将同样导致电流控制误差。
基于此，电流传感器误差的在线检测通过对电流控制误差信号的处理来实现。
如图6所示，电流控制误差信号经过低通滤波后输出电流误差的直流分量；电流控制误差信号经过带通滤波后输出电流误差的基波分量/>；电流控制误差信号经过高通滤波后输出电流误差的二次分量/>。
分别由公式（7）、（8）和（9）计算出电流传感器的线性误差μ和偏置误差。
S4、电流传感器误差在线自校正。
检测到的电流传感器的线性误差μ和偏置误差用于电流传感器误差的在线自校正。如图7所示，将步骤S3中检测到的电流传感器的线性误差μ和偏置误差/>分别用来驱动一个PI调节器，PI调机器的输出对电流传感器的偏置误差/>和线性误差μ进行实时动态校正，在该机制作用下，电流传感器的误差将趋于零。
本发明提供了一种交流电机定子电流传感器检测误差自校正方法，实现了对电流传感器采样误差的在线检测，并通过检测结果对电流传感器采样信号进行在线校正。
以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非对本发明作任何形式上的限制，虽然本发明已以较佳实施例揭露如上，然而并非用以限定本发明，任何熟悉本专业的技术人员，在不脱离本发明技术方案范围内，当可利用上述揭示的技术内容做出些许更动或修饰为等同变化的等效实施例，但凡是未脱离本发明技术方案内容，依据本发明的技术实质，在本发明的精神和原则之内，对以上实施例所作的任何简单的修改、等同替换与改进等，均仍属于本发明技术方案的保护范围之内。
Claims (6)
1.一种交流电机定子电流传感器检测误差自校正方法，其特征在于包含以下步骤：
S1、电流传感器检测误差定义；
S2、电流控制误差计算；
S3、电流传感器误差在线监测；
S4、电流传感器误差在线自校正。
2.根据权利要求1所述的一种交流电机定子电流传感器检测误差自校正方法，其特征在于：所述步骤S1具体为：
定义电流传感器的偏置误差为，电流传感器的线性误差为μ，在理想情况下，偏置误差/> ，线性误差μ=1；电流传感器输出特性曲线将上、下平移/>；在线性误差μ偏离其理想值时，电流传感器输出特性曲线将围绕/>旋转。
3.根据权利要求1所述的一种交流电机定子电流传感器检测误差自校正方法，其特征在于：所述步骤S2具体为：
对电机的两相电流进行采样，在考虑检测误差的情况下，电机A相的检测电流和B相的检测电流/>表达为：
（1）
（2）
（3）
其中，为电机的A-相电流，/>为电机的B-相电流，/>为A相电流传感器的线性误差，/>为B相电流传感器的线性误差，/>为A相的电流偏置误差，/>为B相的电流偏置误差，电机的C相检测电流由公式(3)计算；
鉴于电流控制算法是在同步旋转坐标系里实现的，通过公式（4）将静止坐标系里的三相电流变换到旋转坐标系里的两相电流：
（4）
（5）
其中，为检测到的q-轴电流，/>为检测到的d-轴电流，/>为实际的q-轴电流，/>为实际的d-轴电流；
将公式（4）和公式（5）相减，并整理后可求得在旋转坐标系里的电流控制误差如下：
（6）
其中，是电机的电气角速度，/>是电机的电流角；/>为电流误差的二次谐波分量，为电流误差的基波分量，/>为电流误差的直流分量；/> 、/> 和/>分别求得如下：
（7）
（8）
（9）
其中，是定子电流的幅值。
4.根据权利要求3所述的一种交流电机定子电流传感器检测误差自校正方法，其特征在于：所述A相的电流偏置误差与A相的偏置误差/>呈正比，B相的电流偏置误差/>与B相的偏置误差/>呈正比。
5.根据权利要求3所述的一种交流电机定子电流传感器检测误差自校正方法，其特征在于：所述步骤S3具体为：
电流传感器误差的在线检测通过对电流控制误差信号的处理来实现；
电流控制误差信号经过低通滤波后输出电流误差的直流分量；
电流控制误差信号经过带通滤波后输出电流误差的基波分量；
电流控制误差信号经过高通滤波后输出电流误差的二次分量；
分别由公式（7）、（8）和（9）计算出电流传感器的线性误差μ和偏置误差。
6.根据权利要求5所述的一种交流电机定子电流传感器检测误差自校正方法，其特征在于：所述步骤S4具体为：
检测到的电流传感器的线性误差μ和偏置误差用于电流传感器误差的在线自校正，将步骤S3中检测到的电流传感器的线性误差μ和偏置误差/>分别用来驱动一个PI调节器，PI调机器的输出对电流传感器的偏置误差/>和线性误差μ进行实时动态校正，在该机制作用下，电流传感器的误差将趋于零。
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Legal Events
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| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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| GR01 | Patent grant | ||
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