发明内容
针对上述缺陷,本发明实施例的目的是提供一种五相交流电机的控制方法以及控制装置,解决了针对五相交流电机,如何对该电机进行控制,实现扭矩和电机转速可调,并使运行更平稳的技术问题。
为了实现上述目的,本发明提供了一种五相交流电机控制方法,包括五相PWM逆变电路和五相交流电机,其中,所述方法包括:
根据目标扭矩、输入电压以及电机转速确定第一轴映射电流和第二轴映射电流;根据所述五相交流电机各相电流确定第二轴反馈电流;根据所述第二轴反馈电流确定第一轴预设交轴电流范围;根据所述第一轴预设交轴电流范围对所述第一轴映射电流进行调整,并得到第一轴输出电流;根据所述第一轴输出电流控制所述五相PWM逆变电路的输入信号。
进一步地,所述根据所述第二轴反馈电流确定第一轴预设交轴电流范围具体为:根据第一轴交轴电流限制值以及第一轴预设差值确定所述第一轴预设交轴电流范围,根据第二轴定子超速电流和所述第二轴反馈电流确定所述第一轴预设差值。
进一步地,所述根据第二轴定子超速电流和所述第二轴反馈电流确定所述第一轴预设差值具体为:所述第二轴反馈电流与所述第二轴定子超速电流和所述第二轴映射电流比较后,得到第一轴偏差,所述第一轴偏差经PI控制调节后输出所述第一轴预设差值。
进一步地,通过调整所述第二轴定子超速电流和所述第一轴交轴电流限制值调整所述第一轴预设交轴电流范围。
进一步地,所述根据所述第一轴预设交轴电流范围对所述第一轴映射电流进行调整,并得到第一轴输出电流具体为:判断所述第一轴映射电流是否在第一轴预设交轴电流范围之内;若所述第一轴映射电流在所述第一轴预设交轴电流范围之内,则不对所述第一轴映射电流进行调整,得到所述第一轴输出电流;若所述第一轴映射电流在所述第一轴交轴电流范围之外,则对所述第一轴映射电流进行调整,得到所述第一轴输出电流。
进一步地,还包括根据所述五相交流电机各相电流确定第一轴反馈电流;所述根据所述第一轴输出电流控制所述五相PWM逆变电路的输入信号具体为:所述第一轴反馈电流和所述第一轴输出电流经PI控制调节后生成第一轴命令电压,所述第二轴映射电流和所述第二轴反馈电流经PI控制调节后生成第二轴命令电压;所述第一轴命令电压和所述第二轴命令电压经过转换后作为SVPWM模块的输入信号,所述SVPWM模块输出所述五相PWM逆变电路的输入信号。
进一步地,还包括根据所述五相交流电机各相电流确定第一轴反馈电流或第三轴反馈电流,根据所述第一轴反馈电流或所述第三轴反馈电流确定第二轴预设交轴电流范围,根据所述第二轴预设交轴电流范围对所述第二轴映射电流进行调整,并得到第二轴输出电流。
进一步地,所述根据所述第一轴输出电流控制所述五相PWM逆变电路的输入信号具体为:所述第一轴输出电流和所述第一轴反馈电流经PI控制调节后生成第一轴命令电压,根据所述第二轴输出电流和所述第二轴反馈电流经PI控制调节后生成第二轴命令电压;所述第一轴命令电压和所述第二轴命令电压经过转换后作为SVPWM模块的输入信号,所述SVPWM模块输出所述五相PWM逆变电路的输入信号。
根据本发明的另外一个方面,提供了一种五相交流电机控制装置,包括直流电源和PWM逆变电路、反馈电流采集模块、电机转速采集模块,其中,还包括控制回路模块,所述控制回路模块用于根据目标扭矩、输入电压和电机转速以及接收到的第一轴反馈电流、第二轴反馈电流输出第一轴命令电压和第二轴命令电压;所述控制回路模块包括扭矩到电流映射模块、映射电流调整模块和命令电压生成模块;所述映射电流调整模块用于调整第一轴映射电流和/或第二轴映射电流;所述命令电压生成模块用于输出所述第一轴命令电压和第二轴命令电压。
进一步地,所述命令电压生成模块包括第一轴PI控制模块、第二轴PI控制模块;所述第一轴PI控制模块根据所述第一轴输出电流和第一轴反馈电流生成第一轴命令电压,所述第二轴PI控制模块根据所述第二轴输出电流和所述第二轴反馈电流生成所述第二轴命令电压;或,所述第一轴PI控制模块根据所述第一轴输出电流和所述第一轴反馈电流生成所述第一轴命令电压,所述第二轴PI控制模块根据所述第二轴映射电流和所述第二轴反馈电流生成所述第二轴命令电压。
本发明提供的五相交流电机控制方法,能够对五相交流电机进行可靠控制,实现扭矩和电机转速可调;通过控制器接收到的目标扭矩Te*、输入电压Vdc、以及电机转速ω,得到控制电流,判断控制电流需要调整,根据调整后的控制电流控制五相PWM逆变电路的输入信号,来控制五相电机的各相波形以及电流信号,来控制五相电机的运转。此种设置可以快速根据负载的变化、电机转速的变化以及输入电压的波动对相电流进行调整,实现扭矩和电机转速可调,设置调整范围来确定可靠的运行范围,使运行更平稳。
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,下面将结合附图对具体实施例进行详细描述。
本发明提供的一种五相交流电机的控制方法。五相电机的控制方法,包括五相PWM逆变电路和五相交流电机,具体包括如下步骤:
根据目标扭矩Te*、输入电压Vdc以及电机转速ω确定第二轴映射电流Ids*和第一轴映射电流Iqs*;
根据五相交流电机各相电流确定第二轴反馈电流Ids;
根据第二轴反馈电流Ids确定第一轴预设交轴电流范围;
根据第一轴预设交轴电流范围对第一轴映射电流Iqs*进行调整,并得到第一轴输出电流Iq*;
根据第一轴输出电流Iq*控制五相PWM逆变电路的输入信号。
通过控制器接收到的目标扭矩Te*、输入电压Vdc、以及电机转速ω,得到控制电流,判断控制电流需要调整,根据调整后的控制电流控制五相PWM逆变电路的输入信号,来控制五相电机的各相波形以及电流信号,来控制五相电机的运转。此种设置可以快速根据负载的变化、电机转速的变化以及输入电压的波动对相电流进行调整,实现扭矩和电机转速可调,设置调整范围来确定可靠的运行范围,使运行更平稳。
在本发明的另外一个实施例中,还提供了如何根据第二轴反馈电流确定第一轴预设交轴电流范围,具体为:根据第一轴交轴电流限制值Iqmax以及第一轴预设差值Iqf确定第一轴预设交轴电流范围,根据第二轴反馈电流Ids和第二轴定子超速电流Ios确定第一轴预设差值。第二轴反馈电流Ids与第二轴定子超速电流Ios和第二轴映射电流Ids*比较后,得到第一轴偏差ΔIq,第一轴偏差ΔIq经PI控制调节后输出第一轴预设差值Iqf。本发明的方法实施例所确定的第一轴预设交轴电流范围为:[-Iq1,Iq1],Iq1=Iqmax-Iqf。当第一轴映射电流Iqs*在q轴预设交轴电流范围之内时,第一轴输出电流Iq*=第一轴映射电流Iqs*,否则q轴输出电流Iq*=Iq1。
通过第二轴反馈电流Ids来对第一轴映射电流Iqs*进行调整,可以使两轴电流相互影响,相互调整,从而使电机运行更平稳。
也可以通过调整第二轴定子超速电流Ios和第一轴交轴电流限制值Iqmax调整第一轴预设交轴电流范围。可以使五相电机平稳运行,保持转矩稳定,尤其在高速情况下。
在本发明的另外一个实施例中,提供了如何根据第一轴预设交轴电流范围对第一轴映射电流Iqs*进行调整,得到第一轴输出电流Iq*;具体为:
判断第一轴映射电流Iqs*是否在第一轴预设交轴电流范围之内;
若第一轴映射电流Iqs*在第一轴预设交轴电流范围之内,则不对第一轴映射电流进行调整,得到第一轴输出电流Iq*;若第一轴映射电流在第一轴交轴电流范围之外,则对第一轴映射电流进行调整,得到第一轴输出电流Iq*。本发明的方法实施例所确定的第一轴预设交轴电流范围为:[-Iq1,Iq1],Iq1=Iqmax-Iqf。当第一轴映射电流Iqs*在q轴预设交轴电流范围之内时,第一轴输出电流Iq*=第一轴映射电流Iqs*,否则q轴输出电流Iq*=Iq1。
在本发明的另外一个实施例中,还包括根据五相交流电机各相电流确定第一轴反馈电流Iqs,根据第一轴输出电流Iq*控制五相PWM逆变电路的输入信号具体为:
第一轴输出电流Iq*和第一轴反馈电流Iqs经PI控制调节后生成第一轴命令电压Vqs*,第二轴映射电流Ids*和第二轴反馈电流Ids经PI控制调节后生成第二轴命令电压Vds*;第一轴命令电压Vqs*和第二轴命令电压Vds*经过同步到静止映射模块转换后作为SVPWM模块的输入信号,SVPWM模块输出五相PWM逆变电路的输入信号。
在本发明的另外一个实施例中,还包括根据五相交流电机各相电流确定第一轴反馈电流Iqs,根据第一轴反馈电流Iqs确定第二轴预设交轴电流范围,根据第二轴预设交轴电流范围对第二轴映射电流Ids*进行调整,得到第二轴输出电流。在本发明的另外一个实施例中,根据第一轴输出电流Iq*控制五相PWM逆变电路的输入信号具体为:第一轴输出电流Iq*和第一轴反馈电流Iqs经PI控制调节后生成第一轴命令电压Vqs*,根据第二轴输出电流和第二轴反馈电流Ids经PI控制调节后生成第二轴命令电压Vds*;第一轴命令电压Vqs*和第二轴命令电压Vds*经过同步到静止映射模块转换后作为SVPWM模块的输入信号,SVPWM模块输出五相PWM逆变电路的输入信号。五相交流电机各相电流经Clarke和Park变换转换成第一轴反馈电流Iqs和第二轴反馈电流Ids。通过第一轴反馈电流和第二轴反馈电流同时调节第二轴映射电流和第一轴映射电流,使两者相互影响,相互调节,控制更精确。
在本发明的另外一个实施例中,还包括根据五相交流电机各相电流确定第三轴反馈电流、第四轴反馈电流、第五轴反馈电流,根据第三轴反馈电流确定第二轴预设交轴电流范围,根据第二轴预设交轴电流范围对第二轴映射电流Ids*进行调整,得到第二轴输出电流,根据第四轴反馈电流调整第三轴映射电流,根据第五轴反馈电流调整第四轴映射电流,根据第一轴反馈电流调整第五轴映射电流,分别得到各轴输出电流;具体地,五相交流电机各相电流分别作为第一轴反馈电流、第二轴反馈电流、第三轴反馈电流、第四轴反馈电流和第五轴反馈电流,分别根据各轴反馈电流和各轴输出电流经过PI控制调节后生成各轴命令电压,各轴命令电压作为SVPWM模块的输入信号,SVPWM模块输出五相PWM逆变电路的输入信号。经调整后的上述五个映射电流控制SVPWM模块的输入信号或PWM逆变电路的输入信号,各相电流间相互影响,精确地对电机的各相电流进行调整,实现扭矩和电机转速可调,并使运行更平稳。
图1为本发明提供的一种五相交流电机控制装置的结构框图,如图1所示,本发明实施例提供了一种五相交流电机控制装置,包括直流电源100和PWM逆变电路30以及电机控制器主控制板18,PWM逆变电路包括逆变电路和调制电路,五相交流电机控制装置还包括SVPWM模块29,设置在调制电路的前端,用于生成开关量信号控制调制电路,SVPWM模块29可设置在电机控制器主控制板18上。直流电源100为动力电池,一般采用磷酸铁锂或三元材料,电源为高压直流电,电压等级比较高,一般大于300V。直流支撑电容301,并联在逆变电路的直流母线上,起到稳压和滤波的作用。逆变电路30包括十个逆变器用绝缘栅双极型晶体管312,其作用是将高压直流电逆变成交流电,由PWM输出电路控制,即由调制电路进行调制;由这十个IGBT的开关产生交变的电流控制五相交流电机14输出指定的扭矩和速度。SVPWM模块29设置在调制电路的前端,用于生成开关量信号控制调制电路,进而控制PWM输出电路的输出信号,是否有效。从而实现五相交流电机的电机转速和扭矩可调,从而对五相交流电机14进行有效可靠的控制,可以减小转矩的脉动,使电机输出平稳。
在电机控制器主控制板18上设置有温度采集模块26,与IGBT模块温度传感器13和/或电机定子温度传感器15相连,用于检测PWM逆变电路的温度和/或电机的温度,防止PWM逆变电路模块和/或电机的温度过高,影响***和整车的性能。电机控制器主控制板18上还设置有检测五相交流电机14转子位置的转子位置传感器16,与电机转速采集模块28相连,一般采用旋变。电机控制器主控制板18上还设置有电压采集装置27,与母线电压传感器17相连,可以采集母线的直流电压,即输入电压。在电机控制器主控制板18上设置有采集各相电流的反馈电流采集模块21,用于采集各相电流Ias-Ies。电机控制器主控制板18和整车控制器19通过CAN总线进行通讯,受到整车控制器19的控制。
如图2所示,五相交流电机控制装置还包括控制回路模块200、静止到同步映射模块24、同步到静止映射模块25,控制回路模块200根据接收到的目标扭矩Te*、电机转速ω和输入电压Vdc以及接收到的第二轴反馈电流Ids、第一轴反馈电流Iqs输出第二轴命令电压Vds*和第一轴命令电压Vqs*;控制回路模块200包括映射电流调整模块20、扭矩到电流映射模块22、命令电压生成模块23。
扭矩到电流映射模块22根据接收到的目标扭矩Te*、电机转速ω即电机转速采集模块28采集电机转子位置θr,然后通过求导得到转子的角速度,即电机转速ω和输入电压Vdc生成第二轴映射电流Ids*和第一轴映射电流Iqs*。
静止到同步映射模块24把电流采集模块21采集的各相电流Ias-Ies经Clarke和Park变换转换成第二轴反馈电流Ids和第一轴反馈电流Iqs。
命令电压生成模块23包括第一轴PI控制模块和第二轴PI控制模块,第二轴经典PI控制模块根据第二轴输出电流和第二轴反馈电流Ids生成第二轴命令电压Vds*,第一轴经典PI控制模块根据第一轴输出电流和第一轴反馈电流Iqs生成第一轴命令电压Vqs*;或,本装置实施例所提供的,第二轴PI控制模块根据第二轴映射电流Ids*和第二轴反馈电流Ids生成第二轴命令电压Vds*,第一轴PI控制模块根据第一轴输出电流Iq*和第一轴反馈电流Iqs生成第一轴命令电压Vqs*。
同步到静止映射模块24根据第二轴命令电压Vds*和第一轴命令电压Vqs*转换成SVPWM模块29中电路的输入信号;具体为根据第二轴命令电压Vds*和第一轴命令电压Vqs*再加上电机转子位置θr经过Clarke和Park逆变换转换成第一相正弦电压Va--第五相正弦电压Ve。
映射电流调整模块20用于调整d轴映射电流Ids*和/或q轴映射电流Iqs*,具体地,根据第一轴反馈电流Iqs和第一轴定子超速电流以及第一轴映射电流Iqs*确定第二轴偏差,第二轴偏差经PI控制调节输出第二轴预设差值,根据第二轴预设差值和第二轴交轴电流限制值确定第二轴预设交轴电流范围,映射电流调整模块输出第二轴输出电流;和/或,根据第二轴反馈电流Iqs和第二轴定子超速电流Ios以及第二轴映射电流Ids*确定第一轴偏差ΔIq,第一轴偏差ΔIq经PI控制调节后输出第一轴预设差值Iqf,根据第一轴预设差值Iqf和第一轴交轴电流限制值Iqmax确定第一轴预设交轴电流范围,映射电流调整模块20对第一轴映射电流Iqs*进行调整,输出第一轴输出电流Iq*。通过调整第一轴定子超速电流和第二轴交轴电流限制值调整第二轴预设交轴电流范围;和/或通过调整第二轴定子超速电流Ios和第一轴交轴电流限制值Iqmax调整第一轴预设交轴电流范围。在本实施例中,只调整第一轴映射电流Iqs*,在实际控制中,通过充分调整第二轴定子超速电流Ios和第一轴交轴电流限制值Iqmax这两个变量,可以使五相电机平稳运行,尤其是在高速情况下,保持转矩稳定。
由上可知,本发明实施例具有以下优势:
本发明提供的五相交流电机控制方法,能够对五相交流电机进行可靠控制,实现扭矩和电机转速可调;通过控制器接收到的目标扭矩Te*、输入电压Vdc、以及电机转速ω,得到控制电流,判断控制电流需要调整,根据调整后的控制电流控制五相PWM逆变电路的输入信号,来控制五相电机的各相波形以及电流信号,来控制五相电机的运转。此种设置可以快速根据负载的变化、电机转速的变化以及输入电压的波动对相电流进行调整,实现扭矩和电机转速可调,设置调整范围来确定可靠的运行范围,使运行更平稳。
以上所述仅是本发明的优选实施方式,应当指出,对于本技术领域的普通技术人员来说,在不脱离本发明原理的前提下,还可以做出若干改进和润饰,这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。