CN117578944A - 一种新能源汽车用永磁同步电机自适应调节方法及系统 - Google Patents

一种新能源汽车用永磁同步电机自适应调节方法及系统 Download PDF

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Abstract

本发明涉及电机调节方法领域，尤其涉及一种新能源汽车用永磁同步电机自适应调节方法及系统；技术问题：对电机状态进行检测时，采用加装物理传感器的方法对永磁同步电机的状态进行检测，一方面会导致电机的占用空间大，另一方面还会导致永磁同步电机在运行时产生主轴震动等问题；技术方案：一种新能源汽车用永磁同步电机自适应调节方法，包括有获取永磁同步电机的相关参数和根据获取的永磁同步电机的相关参数计算电机的转速；本发明采用无位置传感器技术，可以提升永磁同步电机在车辆恶劣环境下的适应性和可靠性，并降低控制系统的成本，且可以解决加装物理传感器以检测电机状态而导致电机空间占用大、主轴震动等问题。

Description

一种新能源汽车用永磁同步电机自适应调节方法及系统
技术领域
本发明涉及电机调节方法领域，尤其涉及一种新能源汽车用永磁同步电机自适应调节方法及系统。
背景技术
永磁同步电机控制是一种用于控制永磁同步电机运行的技术；它利用电流和磁场来控制电机的转速和转矩；在永磁同步电机控制中，通常使用场定向控制(FOC)技术来实现高效的控制；但是，在实际应用中，由于传感器和控制算法等方面的限制，FOC存在一些问题，例如成本高和复杂性高；永磁同步电机控制将能够更加灵活高效地应用于各种领域，如工业自动化和电动车辆等；对电机状态进行检测时，采用加装物理传感器的方法对永磁同步电机的状态进行检测，一方面会导致电机的占用空间大，另一方面还会导致永磁同步电机在运行时产生主轴震动等问题。
发明内容
为了克服对电机状态进行检测时，采用加装物理传感器的方法对永磁同步电机的状态进行检测，一方面会导致电机的占用空间大，另一方面还会导致永磁同步电机在运行时产生主轴震动等的问题。
本发明的技术方案为：一种新能源汽车用永磁同步电机自适应调节方法，包括有以下步骤：
S1：获取永磁同步电机的相关参数；
S2：根据获取的永磁同步电机的相关参数计算电机的转速；
S3：算出设定的转速与计算的永磁同步电机的转速在数学上进行对比，计算差值；
S4：将计算出的转速差值输入至电流调制器，得到q轴的给定电流，其中，q轴为永磁同步电机的永磁极轴线d轴逆时针旋转90度得到；
S5：测量永磁同步电机中一组定子的输入电流ia，并将其经过park-clark变化得到的q轴电流与q轴的给定电流进行数学比较运算，算出差值；
S6：将计算出的q轴电流与给定电流的差值输入电压调制器，得到park逆变换的输入值uq；
S7：设置预定的d轴电流为固定参考值，与永磁同步电机中测量出来的另一组定子的输入电流ib，并将ib经过park-clark变化后得到d轴电流，并与预定的d轴电流作差，并将差值经过电压调制器得到park逆变换的另一输入值ud；
S8：将uq和ud经过park逆变换，得到空间矢量脉宽调制模块的输入值uα和uβ，并进行处理得到永磁同步电机的频率和幅值可变的三相正弦电流值。
优选的，在对电机状态进行检测时，采用加装物理传感器的方法对永磁同步电机的状态进行检测，一方面会导致电机的占用空间大，另一方面还会导致永磁同步电机在运行时产生主轴震动等问题，无位置传感器技术是指在电机中没有安装位置传感器的情况下，通过分析电机的物理量(如电压和电流)和数学模型，计算得出电机的状态(如转速和位置)采用这种技术可以提升永磁同步电机在车辆恶劣环境下的适应性和可靠性，并降低控制系统的成本，且可以解决加装物理传感器以检测电机状态而导致电机空间占用大、主轴震动等问题。
作为优选，永磁同步电机的定子电流值最大为ism，其中，
优选的，永磁同步电机的矢量控制对象是定子d轴和q轴的电流，它们之间存在线性关系，同时交轴电流直接影响电磁转矩，然而，定子电流不能无限制地增加以进一步提高电磁转矩，这是因为过大的定子电流会导致电流过热，并且逆变器输出的电压和电流有限制，因此，总的来说，定子电流受到电压和电流两个限制条件的影响，因此永磁同步电机的定子的电流有一个最大值。
作为优选，在获取永磁同步电机的相关参数时，获取的参数包括永磁同步电机的三个定子相的电流瞬时值、三个定子相的电压瞬时值、三个定子的电阻、永磁同步电机的各相绕组全磁链和永磁同步电机的转矩。
作为优选，在对电机的转速进行计算时，通过以下步骤对永磁同步电机的转速进行计算:
S1：将永磁同步电机的相关参数经过Clark-park变换从三相坐标转换为两相的极坐标
S2：计算永磁同步电机的转子的电角速度；
S3：根据转子的电角速度对永磁同步电机的转速进行计算。
作为优选，通过以下公式对转子的电角速度进行计算，其中，ωr为转子的电角速度，Rs为定子的电阻，ψd和ψq分别为d、q轴磁链，id和iq分别为d、q轴电流，ud和uq分别为d、q轴电压。
作为优选，通过以下公式对电机的转速进行计算，n＝30ωr/(Pn*π)，其中，Pn为永磁同步电机的极对数，ωr为转子的电角速度，π为圆周率。
作为优选，通过公式对d、q轴的磁链进行计算，其中，Ld为d轴的电感，Lq为q轴的电感，id和iq分别为d、q轴电流。
作为优选，在将输入值uα和uβ输入至空间矢量脉宽调制模块中时，空间矢量脉宽调制模块的工作包括以下步骤：
S1：根据uα和uβ对扇区进行判断；
S2：根据所确定的扇区，计算矢量作用时间；
S3：根据确定的矢量作用时间，计算七段式开关作用时间；
S4：生成SVPWM波。
作为优选，在对矢量作用时间进行计算时，通过以下公式对对应矢量ui(i＝0-7)的作用时间Ti进行计算：
uαT＝|ui―1|Ti―1+0.5|ui+1|Ti+1；
其中，i为之前所确定的扇区，T为采样周期。
作为优选，由于在三相坐标系下永磁同步电机的数学模型太过复杂，很难进行高性能的控制，因此可以根据clark-park变换将三相坐标转换为两相的极坐标，使得系统大大简化，使得系统成为一个线性系统，大大方便了对永磁同步电机的控制，且采用矢量控制策略，并确定d轴电流作为固定参考值的控制方法，简单直观，电机的转矩最大且工作特性安全稳定。
作为优选，在根据uα和uβ对扇区进行判断时，扇区分为Ⅰ区、Ⅱ区、Ⅲ区、Ⅳ区、Ⅴ区和Ⅵ区，其中，在Ⅰ区，开关的切换顺序为：0、4、6、7、7、6、4、0；在Ⅱ区，开关的切换顺序为：0、2、6、7、7、6、2、0；在Ⅲ区，开关的切换顺序为：0、2、3、7、7、3、2、0；在Ⅳ区，开关的切换顺序为：0、1、3、7、7、3、1、0；在Ⅴ区，开关的切换顺序为：0、1、5、7、7、5、1、0；在Ⅵ区，开关的切换顺序为：0、4、5、7、7、5、4、0。
优选的，采用空间矢量脉宽调制模块，该模块从电机的本身触发，使得电机获得恒定的圆形旋转磁场，且采用七段式空间矢量脉宽调制算法，可以在每次开关状态转换时，只改变其中一相的开关状态，并且对零矢量在时间上进行平均分配，使得产生的脉宽调制对称，减低脉宽调制的谐波分量，使得对永磁同步电机的控制更加稳定和安全。
一种新能源汽车用永磁同步电机自适应调节系统，用于实现如上所述的调节方法，包括：
第一模块，被设置为获取永磁同步电机的相关参数；
第二模块，被设置为根据获取的永磁同步电机的相关参数计算电机的转速；
第三模块，被设置为算出设定的转速与计算的永磁同步电机的转速在数学上进行对比，计算差值；
第四模块，被设置为将计算出的转速差值输入至电流调制器，得到q轴的给定电流，其中，q轴为永磁同步电机的永磁极轴线d轴逆时针旋转90度得到；
第五模块，被设置为测量永磁同步电机中一组定子的输入电流ia，并将其经过park-clark变化得到的q轴电流与q轴的给定电流进行数学比较运算，算出差值；
第六模块，被设置为将计算出的q轴电流与给定电流的差值输入电压调制器，得到park逆变换的输入值uq；
第七模块，被设置为设置预定的d轴电流为固定参考值，与永磁同步电机中测量出来的另一组定子的输入电流ib，并将ib经过park-clark变化后得到d轴电流，并与预定的d轴电流作差，并将差值经过电压调制器得到park逆变换的另一输入值ud；
第八模块，被设置为将uq和ud经过park逆变换，得到空间矢量脉宽调制模块的输入值uα和uβ，并进行处理得到永磁同步电机的频率和幅值可变的三相正弦电流值。
本发明的有益效果：
1、相对于现有技术对电机状态进行检测时，采用加装物理传感器的方法对永磁同步电机的状态进行检测，一方面会导致电机的占用空间大，另一方面还会导致永磁同步电机在运行时产生主轴震动等问题，无位置传感器技术是指在电机中没有安装位置传感器的情况下，通过分析电机的物理量(如电压和电流)和数学模型，计算得出电机的状态(如转速和位置)采用这种技术可以提升永磁同步电机在车辆恶劣环境下的适应性和可靠性，并降低控制系统的成本，且可以解决加装物理传感器以检测电机状态而导致电机空间占用大、主轴震动等问题；
2、由于在三相坐标系下永磁同步电机的数学模型太过复杂，很难进行高性能的控制，因此可以根据clark-park变换将三相坐标转换为两相的极坐标，使得系统大大简化，使得系统成为一个线性系统，大大方便了对永磁同步电机的控制，且采用矢量控制策略，并确定d轴电流作为固定参考值的控制方法，简单直观，电机的转矩最大且工作特性安全稳定；
3、采用空间矢量脉宽调制模块，该模块从电机的本身触发，使得电机获得恒定的圆形旋转磁场，且采用七段式空间矢量脉宽调制算法，可以在每次开关状态转换时，只改变其中一相的开关状态，并且对零矢量在时间上进行平均分配，使得产生的脉宽调制对称，减低脉宽调制的谐波分量，使得对永磁同步电机的控制更加稳定和安全。
附图说明
图1展现的为本发明的新能源汽车用永磁同步电机自适应调节方法流程意图；
图2展现的为本发明的新能源汽车用永磁同步电机自适应调节方法中空间矢量脉宽调制模块的工作流程示意图。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明进一步地进行说明。
请参阅图1，本发明提供一种实施例：一种新能源汽车用永磁同步电机自适应调节方法，包括有以下步骤：
S1：获取永磁同步电机的相关参数；
S2：根据获取的永磁同步电机的相关参数计算电机的转速；
S3：算出设定的转速与计算的永磁同步电机的转速在数学上进行对比，计算差值；
S4：将计算出的转速差值输入至电流调制器，得到q轴的给定电流，其中，q轴为永磁同步电机的永磁极轴线d轴逆时针旋转90度得到；
S5：测量永磁同步电机中一组定子的输入电流ia，并将其经过park-clark变化得到的q轴电流与q轴的给定电流进行数学比较运算，算出差值；
S6：将计算出的q轴电流与给定电流的差值输入电压调制器，得到park逆变换的输入值uq；
S7：设置预定的d轴电流为固定参考值，与永磁同步电机中测量出来的另一组定子的输入电流ib，并将ib经过park-clark变化后得到d轴电流，并与预定的d轴电流作差，并将差值经过电压调制器得到park逆变换的另一输入值ud；
S8：将uq和ud经过park逆变换，得到空间矢量脉宽调制模块的输入值uα和uβ，并进行处理得到永磁同步电机的频率和幅值可变的三相正弦电流值。
优选的，在对电机状态进行检测时，采用加装物理传感器的方法对永磁同步电机的状态进行检测，一方面会导致电机的占用空间大，另一方面还会导致永磁同步电机在运行时产生主轴震动等问题，无位置传感器技术是指在电机中没有安装位置传感器的情况下，通过分析电机的物理量(如电压和电流)和数学模型，计算得出电机的状态(如转速和位置)采用这种技术可以提升永磁同步电机在车辆恶劣环境下的适应性和可靠性，并降低控制系统的成本，且可以解决加装物理传感器以检测电机状态而导致电机空间占用大、主轴震动等问题。
作为优选，永磁同步电机的定子电流值最大为ism，其中，
优选的，永磁同步电机的矢量控制对象是定子d轴和q轴的电流，它们之间存在线性关系，同时交轴电流直接影响电磁转矩，然而，定子电流不能无限制地增加以进一步提高电磁转矩，这是因为过大的定子电流会导致电流过热，并且逆变器输出的电压和电流有限制，因此，总的来说，定子电流受到电压和电流两个限制条件的影响，因此永磁同步电机的定子的电流有一个最大值。
作为优选，在获取永磁同步电机的相关参数时，获取的参数包括永磁同步电机的三个定子相的电流瞬时值、三个定子相的电压瞬时值、三个定子的电阻、永磁同步电机的各相绕组全磁链和永磁同步电机的转矩。
作为优选，在对电机的转速进行计算时，通过以下步骤对永磁同步电机的转速进行计算:
S1：将永磁同步电机的相关参数经过Clark-park变换从三相坐标转换为两相的极坐标
S2：计算永磁同步电机的转子的电角速度；
S3：根据转子的电角速度对永磁同步电机的转速进行计算；
作为优选，通过以下公式对转子的电角速度进行计算，其中，ωr为转子的电角速度，Rs为定子的电阻，ψd和ψq分别为d、q轴磁链，id和iq分别为d、q轴电流，ud和uq分别为d、q轴电压。
作为优选，通过以下公式对电机的转速进行计算，n＝30ωr/(Pn*π)，其中，Pn为永磁同步电机的极对数，ωr为转子的电角速度，π为圆周率。
作为优选，通过公式对d、q轴的磁链进行计算，其中，Ld为d轴的电感，Lq为q轴的电感，id和iq分别为d、q轴电流。
请参阅图2，本发明提供一种实施例：一种新能源汽车用永磁同步电机自适应调节方法：在将输入值uα和uβ输入至空间矢量脉宽调制模块中时，空间矢量脉宽调制模块的工作包括以下步骤：
S1：根据uα和uβ对扇区进行判断；
S2：根据所确定的扇区，计算矢量作用时间；
S3：根据确定的矢量作用时间，计算七段式开关作用时间；
S4：生成SVPWM波。
作为优选，在对矢量作用时间进行计算时，通过以下公式对对应矢量ui(i＝0-7)的作用时间Ti进行计算：
uαT＝|ui―1|Ti―1+0.5|ui+1|Ti+1；
其中，i为之前所确定的扇区，T为采样周期。
作为优选，由于在三相坐标系下永磁同步电机的数学模型太过复杂，很难进行高性能的控制，因此可以根据clark-park变换将三相坐标转换为两相的极坐标，使得系统大大简化，使得系统成为一个线性系统，大大方便了对永磁同步电机的控制，且采用矢量控制策略，并确定d轴电流作为固定参考值的控制方法，简单直观，电机的转矩最大且工作特性安全稳定。
作为优选，在根据uα和uβ对扇区进行判断时，扇区分为Ⅰ区、Ⅱ区、Ⅲ区、Ⅳ区、Ⅴ区和Ⅵ区，其中，在Ⅰ区，开关的切换顺序为：0、4、6、7、7、6、4、0；在Ⅱ区，开关的切换顺序为：0、2、6、7、7、6、2、0；在Ⅲ区，开关的切换顺序为：0、2、3、7、7、3、2、0；在Ⅳ区，开关的切换顺序为：0、1、3、7、7、3、1、0；在Ⅴ区，开关的切换顺序为：0、1、5、7、7、5、1、0；在Ⅵ区，开关的切换顺序为：0、4、5、7、7、5、4、0。
优选的，采用空间矢量脉宽调制模块，该模块从电机的本身触发，使得电机获得恒定的圆形旋转磁场，且采用七段式空间矢量脉宽调制算法，可以在每次开关状态转换时，只改变其中一相的开关状态，并且对零矢量在时间上进行平均分配，使得产生的脉宽调制对称，减低脉宽调制的谐波分量，使得对永磁同步电机的控制更加稳定和安全。
通过上述步骤，在对电机状态进行检测时，采用加装物理传感器的方法对永磁同步电机的状态进行检测，一方面会导致电机的占用空间大，另一方面还会导致永磁同步电机在运行时产生主轴震动等问题，无位置传感器技术是指在电机中没有安装位置传感器的情况下，通过分析电机的物理量(如电压和电流)和数学模型，计算得出电机的状态(如转速和位置)采用这种技术可以提升永磁同步电机在车辆恶劣环境下的适应性和可靠性，并降低控制系统的成本，且可以解决加装物理传感器以检测电机状态而导致电机空间占用大、主轴震动等问题。
一种新能源汽车用永磁同步电机自适应调节系统，用于实现如上所述的调节方法，包括：
第一模块，被设置为获取永磁同步电机的相关参数；
第二模块，被设置为根据获取的永磁同步电机的相关参数计算电机的转速；
第三模块，被设置为算出设定的转速与计算的永磁同步电机的转速在数学上进行对比，计算差值；
第四模块，被设置为将计算出的转速差值输入至电流调制器，得到q轴的给定电流，其中，q轴为永磁同步电机的永磁极轴线d轴逆时针旋转90度得到；
第五模块，被设置为测量永磁同步电机中一组定子的输入电流ia，并将其经过park-clark变化得到的q轴电流与q轴的给定电流进行数学比较运算，算出差值；
第六模块，被设置为将计算出的q轴电流与给定电流的差值输入电压调制器，得到park逆变换的输入值uq；
第七模块，被设置为设置预定的d轴电流为固定参考值，与永磁同步电机中测量出来的另一组定子的输入电流ib，并将ib经过park-clark变化后得到d轴电流，并与预定的d轴电流作差，并将差值经过电压调制器得到park逆变换的另一输入值ud；
第八模块，被设置为将uq和ud经过park逆变换，得到空间矢量脉宽调制模块的输入值uα和uβ，并进行处理得到永磁同步电机的频率和幅值可变的三相正弦电流值。
上面结合附图对本发明的实施方式作了详细说明，但是本发明并不限于上述实施方式，在本领域技术人员所具备的知识范围内，还可以在不脱离本发明宗旨的前提下做出各种变化。

Claims (10)

1.一种新能源汽车用永磁同步电机自适应调节方法；其特征在于：包括有以下步骤：
S1：获取永磁同步电机的相关参数；
S2：根据获取的永磁同步电机的相关参数计算电机的转速；
S3：算出设定的转速与计算的永磁同步电机的转速在数学上进行对比，计算差值；
S4：将计算出的转速差值输入至电流调制器，得到q轴的给定电流，其中，q轴为永磁同步电机的永磁极轴线d轴逆时针旋转90度得到；
S5：测量永磁同步电机中一组定子的输入电流ia，并将其经过park-clark变化得到的q轴电流与q轴的给定电流进行数学比较运算，算出差值；
S6：将计算出的q轴电流与给定电流的差值输入电压调制器，得到park逆变换的输入值uq；
S7：设置预定的d轴电流为固定参考值，与永磁同步电机中测量出来的另一组定子的输入电流ib，并将ib经过park-clark变化后得到d轴电流，并与预定的d轴电流作差，并将差值经过电压调制器得到park逆变换的另一输入值ud；
S8：将uq和ud经过park逆变换，得到空间矢量脉宽调制模块的输入值uα和uβ，并进行处理得到永磁同步电机的频率和幅值可变的三相正弦电流值。
2.根据权利要求1所述的一种新能源汽车用永磁同步电机自适应调节方法，其特征在于：永磁同步电机的定子电流值最大为ism，其中，
3.根据权利要求1所述的一种新能源汽车用永磁同步电机自适应调节方法，其特征在于：在获取永磁同步电机的相关参数时，获取的参数包括永磁同步电机的三个定子相的电流瞬时值、三个定子相的电压瞬时值、三个定子的电阻、永磁同步电机的各相绕组全磁链和永磁同步电机的转矩。
4.根据权利要求1所述的一种新能源汽车用永磁同步电机自适应调节方法，其特征在于：在对电机的转速进行计算时，通过以下步骤对永磁同步电机的转速进行计算:
S1：将永磁同步电机的相关参数经过Clark-park变换从三相坐标转换为两相的极坐标
S2：计算永磁同步电机的转子的电角速度；
S3：根据转子的电角速度对永磁同步电机的转速进行计算。
5.根据权利要求4所述的一种新能源汽车用永磁同步电机自适应调节方法，其特征在于：通过以下公式对转子的电角速度进行计算，其中，ωr为转子的电角速度，Rs为定子的电阻，ψd和ψq分别为d、q轴磁链，id和iq分别为d、q轴电流，ud和uq分别为d、q轴电压。
6.根据权利要求5所述的一种新能源汽车用永磁同步电机自适应调节方法，其特征在于：通过公式对d、q轴的磁链进行计算，其中，Ld为d轴的电感，Lq为q轴的电感，id和iq分别为d、q轴电流。
7.根据权利要求1所述的一种新能源汽车用永磁同步电机自适应调节方法，其特征在于：在将输入值uα和uβ输入至空间矢量脉宽调制模块中时，空间矢量脉宽调制模块的工作包括以下步骤：
S1：根据uα和uβ对扇区进行判断；
S2：根据所确定的扇区，计算矢量作用时间；
S3：根据确定的矢量作用时间，计算七段式开关作用时间；
S4：生成SVPWM波。
8.根据权利要求7所述的一种新能源汽车用永磁同步电机自适应调节方法，其特征在于：在对矢量作用时间进行计算时，通过以下公式对对应矢量ui(i＝0-7)的作用时间Ti进行计算：
uαT＝|ui―1|Ti―1+0.5|ui+1|Ti+1；
其中，i为之前所确定的扇区，T为采样周期。
9.根据权利要求7所述的一种新能源汽车用永磁同步电机自适应调节方法，其特征在于：在根据uα和uβ对扇区进行判断时，扇区分为Ⅰ区、Ⅱ区、Ⅲ区、Ⅳ区、Ⅴ区和Ⅵ区，其中，在Ⅰ区，开关的切换顺序为：0、4、6、7、7、6、4、0；在Ⅱ区，开关的切换顺序为：0、2、6、7、7、6、2、0；在Ⅲ区，开关的切换顺序为：0、2、3、7、7、3、2、0；在Ⅳ区，开关的切换顺序为：0、1、3、7、7、3、1、0；在Ⅴ区，开关的切换顺序为：0、1、5、7、7、5、1、0；在Ⅵ区，开关的切换顺序为：0、4、5、7、7、5、4、0。
10.一种新能源汽车用永磁同步电机自适应调节系统，用于实现如权利要求至9中任意一项所述的调节方法，其特征在于，包括：
第一模块，被设置为获取永磁同步电机的相关参数；
第二模块，被设置为根据获取的永磁同步电机的相关参数计算电机的转速；
第三模块，被设置为算出设定的转速与计算的永磁同步电机的转速在数学上进行对比，计算差值；
第四模块，被设置为将计算出的转速差值输入至电流调制器，得到q轴的给定电流，其中，q轴为永磁同步电机的永磁极轴线d轴逆时针旋转90度得到；
第五模块，被设置为测量永磁同步电机中一组定子的输入电流ia，并将其经过park-clark变化得到的q轴电流与q轴的给定电流进行数学比较运算，算出差值；
第六模块，被设置为将计算出的q轴电流与给定电流的差值输入电压调制器，得到park逆变换的输入值uq；
第七模块，被设置为设置预定的d轴电流为固定参考值，与永磁同步电机中测量出来的另一组定子的输入电流ib，并将ib经过park-clark变化后得到d轴电流，并与预定的d轴电流作差，并将差值经过电压调制器得到park逆变换的另一输入值ud；
第八模块，被设置为将uq和ud经过park逆变换，得到空间矢量脉宽调制模块的输入值uα和uβ，并进行处理得到永磁同步电机的频率和幅值可变的三相正弦电流值。
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