CN103840732B - 驱动电机弱磁控制方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种电机控制技术，尤其涉及一种应用在混合动力汽车或纯电动汽车上的驱动电机弱磁控制方法。该方法包括如下步骤，步骤一，于转子坐标系下的弱磁区域内，构建位于电流极限圆内的电流矢量控制边界；步骤二，控制驱动电机运转时的实际电流矢量于电流矢量控制边界限定的电流矢量区域内。采用本发明的技术方案，能够使驱动电机在整车高速工况下运行，并且减少驱动电机的发热量，控制电机运行在降功率区，提高电机高速弱磁运行时间，并且降低电机整体损耗，延长电机驱动***寿命，有效的提高了混合动力汽车及纯电动汽车可靠性，增大车辆高速超车工况下驱动电机持续运行时间，并增加电动汽车续驶里程。

Description

驱动电机弱磁控制方法
技术领域
本发明涉及一种电机控制技术，尤其涉及一种应用在混合动力汽车或纯电动汽车上的驱动电机弱磁控制方法。
背景技术
驱动电机多采用普通的矢量控制方式，通过坐标变换将定子三相解耦，实现对电机转速及转矩的矢量控制，在基速以下进行Id=0控制或最大转矩电流比控制，在基速以上采用电机弱磁控制，弱磁过程中，Id、Iq边界沿电流极限圆运行，随着电机转速的提高，电枢反应磁场的空间旋转速度也在不断的提高，当电枢电压达到极限值时，电机的转速受到了限制，不能再提高，要使转速继续升高，就要使电机内部的反电动势不能超高电机的额定值，反电动势又与电机内部的气隙磁通的乘积成正比，要使转速和磁通的积不变，只能使气隙磁链减小从而保证转速升高。
为了提高驱动电机的应用性能，现有技术的弱磁控制中，通常是通过改变弱磁控制策略以使弱磁时电压能够得到充分利用，如中国发明专利申请CN102651626A公开的永磁同步电机的弱磁控制方法中，其通过电机转速调节器得到直流电流指令，通过电机直轴电流调节器输出的直轴电压指令值和逆变器输出的最大电压值来计算得到电机交轴电压的指令值，保证在弱磁区间电机电压达到最大值等。然而，在混合动力汽车和纯电动汽车驱动电机采用的矢量控制中，采用常规的弱磁控制，即基速以上的调速过程中，电机在同步旋转坐标系下，合成电流矢量运行边界在电流极限圆弧长上，在电机高速运行过程中，转矩电流降低，直轴弱磁电流增加，合成电流矢量幅值较大，电机可以运行在峰值恒功率区，驱动电机***长时间稳定在高速过程中，电机***发热量较大，动力***效率偏低。
发明内容
为解决现有技术中存在的不足，本发明提供了一种能够减少在高车速工况下驱动电机发热量以降低电机整体损耗的驱动电机弱磁控制方法。
为实现上述目的，本发明的驱动电机弱磁控制方法，包括如下步骤：
步骤一，于转子坐标系下的弱磁区域内，构建位于电流极限圆内的电流矢量控制边界；
步骤二，控制驱动电机运转时的实际电流矢量于电流矢量控制边界限定的电流矢量区域内。
通过在电流极限圆内构建电流矢量控制边界，使驱动电机运转时，实际电流矢量被控制在电流矢量控制边界限定的电流矢量区域内，降低了高车速工况下实际电流矢量达到最大电流极限的几率，减小了驱动电机的发热量，降低了驱动电机整体损耗，延长了驱动电机驱动***的寿命。
作为对本发明的限定，所述的电流矢量控制边界为弱磁起始点和峰值转速电压极限圆与电流极限圆交点之间的电流极限圆弧所对应的电流矢量限制弦。通过将电流矢量控制边界的该具体设置，在确保驱动电机具有符合要求的转速同时，使电机相电流为传统弱磁控制电流的91%，电机运行高效区占整个运行区域的75%左右，提高了电机运行效率，增强了驱动电机高速运行的可靠性，保证了电机使用寿命。
作为对本发明的限定，所述的步骤二包括以下步骤；
步骤a，获取实际电流矢量Is及相位角β；
步骤b，对相位角β下的实际电流矢量Is的幅值以及电流矢量控制边界上的边界电流矢量Is1的幅值进行比对；
若实际电流矢量Is的幅值不大于边界电流矢量Is1的幅值时，控制驱动电机以实际电流矢量Is运转；若实际电流矢量Is的幅值大于边界电流矢量Is1的幅值时，控制驱动电机以边界电流矢量Is1运转。
综上所述，采用本发明的技术方案，能够使驱动电机在整车高速工况下运行，并且减少驱动电机的发热量，控制电机运行在降功率区，提高电机高速弱磁运行时间，并且降低电机整体损耗，延长电机驱动***寿命，有效的提高了混合动力汽车及纯电动汽车可靠性，增大车辆高速超车工况下驱动电机持续运行时间，并增加电动汽车续驶里程。
附图说明
下面结合附图及具体实施方式对本发明作更进一步详细说明：
图1为本发明实施例弱磁控制电流轨迹原理图；
图2为本发明实施例方法流程图。
具体实施方式
本实施例涉及一种驱动电机弱磁控制方法，基于现有的如永磁同步电机的驱动电机结构而设置，该方法主要是对驱动电机在弱磁控制时的改进，其整体的设计思想主要包括两个步骤：步骤一，于转子坐标系下的弱磁区域内，构建位于电流极限圆内的电流矢量控制边界；步骤二，控制驱动电机运转时的实际电流矢量于电流矢量控制边界限定的电流矢量区域内。
为了更清楚的对本发明进行说明，如下通过对驱动电机整个工况详细说明如下。
如图2示出的方法流程图中可以看出，在如上描述的步骤一之前，需要对驱动电机是否需要弱磁控制进行判定，该判定可采用现有的方法来实现，如在本实施例中：首先采集旋转变压器转子角位置信号，转角的正余弦信号通过ADI解码芯片转换成16路数字信号，通过主芯片TC1782计算ω=dθ/dt,计算电机角速度；然后求解反馈电压E，具体是通过A/D转换值赋值给测量值E（n），采用增量型数字PI调节算法，由最近5次采样值的偏差求出ΔE，其中，E（k）=E（k-1）+ΔE。其次进行弱磁判断，在该判断过程中，比较E（k）与Umax，如果E（k）≤Umax,则电机进入恒功率控制方式，相反则永磁同步电机开始弱磁。
在对本实施例弱磁控制过程描述前，需要于转子坐标系下的弱磁区域内，构建位于电流极限圆内的电流矢量控制边界；在本实施例中，电流矢量控制边界为弱磁起始点和峰值转速电压极限圆与电流极限圆交点之间的电流极限圆弧所对应的电流矢量限制弦。
具体来讲，如图1所示，基速ω1转速对应的椭圆为最大电压极限椭圆，该最大电压极限椭圆与电流极限圆于交直轴坐标系第二象限内的交点A即为弱磁起始点，该点坐标可由基速ω1对应电压极限圆方程与电流极限圆方程联立确定，即通过x2+y2=Ismax2解得，其结果中，取x为负、y为正的点为A点，在本实施例中表示为（xa,ya）。
峰值转速ω2对应电压极限圆与电流极限圆于第二象限内的交点为B，B点坐标可由峰值转速ω2对应电压极限圆方程与电流极限圆方程联立解得，该解得结果同样取x为负、y为正的点为B点坐标，其表示为（xb,yb）。
A点和B点连线构成的电流矢量弦AB即为本实施例中电流矢量控制边界，该控制边界的弦长方程为：y-ya=(ya-yb)*(x-xa)/(xa-xb)。
由得到的上述控制边界的弦长方程，在驱动电机运转时，驱动电机的实际电流矢量被控制在该弦长限定的电流矢量区域内。
其具体步骤包括步骤a，获取实际电流矢量Is及相位角β，其具体的可通过速度PI调节进行电流矢量Is的计算，通过电压环的PI调节求出电流矢量超前角q轴的电角度，也就是相位角β。
步骤b，对相位角β下的实际电流矢量Is的幅值以及电流矢量控制边界上的边界电流矢量Is1的幅值进行比对，其具体的，以图1中的表示实际电流矢量Is的直线为例，由于任意时刻电流矢量均通过原点，表示实际电流矢量Is的线性方程为：y=ax，其中，a为负值。联立实际电流矢量Is的线性方程以及弦长方程，求得实际电流矢量与弦长的交点（xc,yc
此时，边界电流矢量Is1的幅值为：。
实际电流矢量Is的幅值为：。
若实际电流矢量Is的幅值不大于边界电流矢量Is1的幅值时，即图1中实际电流矢量Is位于控制边界区域内，表示实际电流矢量Is的直线与控制边界弦无交点，此时，以实际电流矢量Is对应的Id、Iq输出；若实际电流矢量Is位于控制边界弦AB与电流极限圆的AB圆弧围成的区间内时，即此时实际电流矢量Is的幅值大于边界电流矢量Is1的幅值，则以（xc,yc）对应的电流矢量，也就是根据边界电流矢量Is1,通过Id=Is1×sinβ、Iq=Is1×cosβ对Id和Iq进行计算后输出。
如上是对本发明的创新之处的示意性说明，在Id、Iq输出的后续控制中，可通过Id及Iq通过PI调节计算Ud,Uq，进而通过park反变换求解Uα，Uβ，通过SVPWM进行解算，最终由六路控制脉冲，通过IGBT将母线电压转换成目标电压PWM波，进而控制电机运行。
通过试验证明在电机额定负载下，采用电流矢量限制弦为AB直线的策略来控制电机相电流，为普通弱磁控制电流的91%，电机运行高效区(80%以上)占整个运行区域的75%左右，提高了电机运行效率，增强电机高速运行可靠性，保证了电机使用寿命。

Claims (2)

1.一种驱动电机弱磁控制方法，其特征在于该方法包括如下步骤：
步骤一，于转子坐标系下的弱磁区域内，构建位于电流极限圆内的电流矢量控制边界；
步骤二，控制驱动电机运转时的实际电流矢量于电流矢量控制边界限定的电流矢量区域内；
所述的电流矢量控制边界为弱磁起始点和峰值转速电压极限圆与电流极限圆交点之间的电流极限圆弧所对应的电流矢量限制弦。
2.根据权利要求1所述的驱动电机弱磁控制方法，其特征在于：所述的步骤二包括以下步骤：
步骤a，获取实际电流矢量Is及相位角β；
步骤b，对相位角β下的实际电流矢量Is的幅值以及电流矢量控制边界上的边界电流矢量Is1的幅值进行比对；
若实际电流矢量Is的幅值不大于边界电流矢量Is1的幅值时，控制驱动电机以实际电流矢量Is运转；若实际电流矢量Is的幅值大于边界电流矢量Is1的幅值时，控制驱动电机以边界电流矢量Is1运转。
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