CN112003508B - 电机无位置传感器控制方法、装置 - Google Patents
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Abstract
本发明公开一种电机无位置传感器控制方法、装置，所述方法包括：步骤1：设定初始的电机相电流峰值；步骤2：扫描得到在相电流峰值下预设电流角度范围内的直交轴电流；确定其中满足直轴电感和交轴电感之间的约束关系的直交轴电流，将最大转矩对应的直交轴电流，作为拟合点；步骤3：若相电流峰值未达到相电流限幅值，则在相电流峰值增加电流步长值作为新的相电流峰值后，重复步骤2；若达到，进入下一步骤；步骤4：通过拟合点拟合得到最大转矩电流比曲线，并应用于电机控制。采用上述方案，在无位置传感器情况下，考虑电感的高频变化，建立并应用新的最大转矩电流比曲线，保证电机闭环控制收敛，即使是在输出大扭矩的情况下***依然闭环稳定。
Description
技术领域
本发明涉及电机控制领域，尤其涉及电机无位置传感器控制方法、装置。
背景技术
电动汽车在遇到位置传感器发生故障时，会采用无位置传感器控制技术方案来继续控制电机运行。在电机零速和低速运行阶段，脉振高频电压注入方案可以很好的进行转子位置跟踪。
现有技术中采用的脉振高频电压注入方案，用于描述电机模型的方程使用的电感都是常数，因此方程中只有电流微分项，而没有考虑电感微分项(没有考虑电感的高频变化)，无法表达出电感在高频电流下的真实特性，但由于电感饱和效应的影响，电机在高频电流下电感值的高频变化不可忽略，如果采用由此得到的最大转矩电流比曲线(MTPA，Maximum Torque Per Ampere)加载，导致电机在大扭矩下会控制发散。
发明内容
发明目的：本发明旨在提供一种电机无位置传感器控制方法、装置，在无位置传感器情况下，考虑电感的高频变化，避免电机在大扭矩下会控制发散。
技术方案：本发明提供一种电机无位置传感器控制方法，包括：步骤1：设定初始的电机相电流峰值；步骤2：扫描得到在相电流峰值下预设电流角度范围内的直交轴电流；确定其中满足直轴电感和交轴电感之间的约束关系的直交轴电流，将得到的直交轴电流范围内最大转矩对应的直交轴电流，作为拟合点；步骤3：若相电流峰值未达到相电流限幅值，则在相电流峰值增加电流步长值作为新的相电流峰值后，重复步骤2；若相电流峰值达到相电流限幅值，则停止，进入下一步骤；步骤4：通过拟合点拟合得到最大转矩电流比曲线，并应用于电机控制。
具体的，所述约束关系为Ld’＜Lq’，其中Ld’为直轴微分电感，Lq’为交轴微分电感。
具体的，计算得到相应的直轴微分电感和交轴微分电感。
具体的，采用以下公式计算直轴微分电感和交轴微分电感：
Ld’＝Ld+id-dcλd，
其中，Ld’表示直轴微分电感，Ld表示直轴平均电感，id-dc表示直轴电流的直流分量，λd表示直轴电感随电流的微分；
Lq’＝Lq+iq-dcλq，
其中，Lq’表示交轴微分电感，Lq表示交轴平均电感，iq-dc表示交轴电流的直流分量，λq表示交轴电感随电流的微分。
具体的，采用以下公式计算直轴微分电感和交轴微分电感：
dΨd/did＝Ld’，
其中，Ψd表示直轴磁链，id表示直轴电流，Ld’表示直轴微分电感；
dΨq/diq＝Lq’，
其中，Ψq表示交轴磁链，iq表示交轴电流，Lq’表示交轴微分电感。
本发明还提供一种电机无位置传感器控制装置，包括：初始单元、循环单元、步长单元、应用单元，其中：
所述初始单元，用于设定初始的电机相电流峰值；
所述循环单元，用于扫描得到在相电流峰值下预设电流角度范围内的直交轴电流；确定其中满足直轴电感和交轴电感之间的约束关系的直交轴电流，将得到的直交轴电流范围内最大转矩对应的直交轴电流，作为拟合点；
所述步长单元，用于若相电流峰值未达到相电流限幅值，则在相电流峰值增加电流步长值作为新的相电流峰值后，重复循环单元功能；若相电流峰值达到相电流限幅值，则停止，进入应用单元；
所述应用单元，用于通过拟合点拟合得到最大转矩电流比曲线，并应用于电机控制。
具体的，所述约束关系为Ld’＜Lq’，其中Ld’为直轴微分电感，Lq’为交轴微分电感。
具体的，所述循环单元，用于计算得到相应的直轴微分电感和交轴微分电感。
具体的，所述循环单元，用于采用以下公式计算直轴微分电感和交轴微分电感：
Ld’＝Ld+id-dcλd，
其中，Ld’表示直轴微分电感，Ld表示直轴平均电感，id-dc表示直轴电流的直流分量，λd表示直轴电感随电流的微分；
Lq’＝Lq+iq-dcλq，
其中，Lq’表示交轴微分电感，Lq表示交轴平均电感，iq-dc表示交轴电流的直流分量，λq表示交轴电感随电流的微分。
具体的，所述循环单元，用于采用以下公式计算直轴微分电感和交轴微分电感：
dΨd/did＝Ld’，
其中，Ψd表示直轴磁链，id表示直轴电流，Ld’表示直轴微分电感；
dΨq/diq＝Lq’，
其中，Ψq表示交轴磁链，iq表示交轴电流，Lq’表示交轴微分电感。
有益效果：与现有技术相比，本发明具有如下显著优点：在无位置传感器情况下，考虑电感的高频变化，建立并应用新的最大转矩电流比曲线，保证电机闭环控制收敛，即使是在输出大扭矩的情况下***依然闭环稳定，避免电机在大扭矩下会控制发散。
附图说明
图1为本发明提供的电机无位置传感器控制方法的流程示意图；
图2为本发明提供的微分电感计算参考图；
图3为本发明提供的又一微分电感计算参考图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明的技术方案作进一步说明。
参阅图1，其为本发明提供的电机无位置传感器控制方法的流程示意图，包括具体步骤。
步骤1，设定初始的电机相电流峰值。
在具体实施中，通常初始的相电流峰值是小于相电流限幅值，为了增加电流步长值留出空间，相电流峰值可以是指电机的三相电流矢量幅值。
步骤2，扫描得到在相电流峰值下预设电流角度范围内的直交轴电流；确定其中满足直轴电感和交轴电感之间的约束关系的直交轴电流，将得到的直交轴电流范围内最大转矩对应的直交轴电流，作为拟合点。
在具体实施中，预设电流角度可以依据用户在实际应用场景中的需求相应的设定，通常可以设定为90°～180°。
在具体实施中，考虑到直轴电感和交轴电感之间的约束关系的情况下，确定最大转矩所对应的直交轴电流(直轴电流和交轴电流)并作为拟合点，考虑电感的高频变化，可以表达出电感在高频电流下的真实特性，保证电机在输出大扭矩的情况下的***闭环稳定性。
在具体实施中，在满足约束关系的直交轴电流对应的电机转矩之中，找出最大转矩所对应的直交轴电流，作为拟合点，用于建立考虑电感高频变化的最大转矩电流比曲线。
本发明实施例中，所述约束关系为Ld’＜Lq’，其中Ld’为直轴微分电感，Lq’为交轴微分电感。
现有技术中高频注入下的电机模型采用平均电感模型(忽略定子电阻和交叉耦合项)，如下：
基于平均电感模型的高频注入估算的直交轴高频电流方程：
其中，ΔL＝(Ld-Lq)/2,ΔL＜0，L＝(Ld+Lq)/2。
因此，电机电感Ld＜Lq是电机***闭环控制收敛的前提条件，而实际情况下的电感微分项无法忽略，随着负载的增加，直交轴电流中的直流分量绝对值增加，微分电感Ld’和Lq’均减小，甚至出现Ld’＞Lq’的情况，不满足收敛条件，从而导致电机控制发散。
本发明实施例中，计算得到相应的直轴微分电感和交轴微分电感。
本发明实施例中，采用以下公式计算直轴微分电感和交轴微分电感：
Ld’＝Ld+id-dcλd，
其中，Ld’表示直轴微分电感，Ld表示直轴平均电感，id-dc表示直轴电流的直流分量，λd表示直轴电感随电流的微分；
Lq’＝Lq+iq-dcλq，
其中，Lq’表示交轴微分电感，Lq表示交轴平均电感，iq-dc表示交轴电流的直流分量，λq表示交轴电感随电流的微分。
在具体实施中，建立在高频注入下考虑电感微分项的电机电压方程如下：
其中，udh是直轴高频电压，uqh是交轴高频电压，idh是直轴高频电流，iqh是交轴高频电流，Ld是直轴平均电感，Lq是交轴平均电感，Ld’是直轴微分电感，Lq’是交轴微分电感，λd是直轴电感随电流的微分，λq是交轴电感随电流的微分。
参阅图2，其为本发明提供的微分电感计算参考图。
在具体实施中，据此可以得到如下公式：
本发明实施例中，采用以下公式计算直轴微分电感和交轴微分电感：
dΨd/did＝Ld’，
其中，Ψd表示直轴磁链，id表示直轴电流，Ld’表示直轴微分电感；
dΨq/diq＝Lq’，
其中，Ψq表示交轴磁链，iq表示交轴电流，Lq’表示交轴微分电感。
在具体实施中，建立在高频注入下考虑电感微分项的电机电压方程如下：
其中，Ψdh表示直轴高频磁链，Ψqh表示交轴高频磁链。
参阅图3，其为本发明提供的又一微分电感计算参考图。
在具体实施中，据此可以得到如下公式：
在具体实施中，依据电流的直流分量和电感随电流的微分计算微分电感的方式，和依据磁链计算微分电感的方式，是属于不同的两种计算微分电感的方式。
步骤3，若相电流峰值未达到相电流限幅值，则在相电流峰值增加电流步长值作为新的相电流峰值后，重复步骤2；若相电流峰值达到相电流限幅值，则停止，进入下一步骤。
在具体实施中，电流步长值可以由用户在实际应用场景中的需求相应的设定。通过步骤2与步骤3的配合，可以得出0～相电流限幅值范围内符合约束条件的所有最大扭矩所对应的直轴电流和交轴电流，可以将这些直轴电流和交轴电流作为拟合点用于拟合最大转矩电流比曲线。
步骤4，通过拟合点拟合得到最大转矩电流比曲线，并应用于电机控制。
在具体实施中，采用拟合点拟合得到的考虑电感高频变化的最大转矩电流比曲线，在高频电压注入下保证电机闭环控制收敛，电机即使是在输出大扭矩的情况下***依然闭环稳定。
本发明还提供一种电机无位置传感器控制装置，包括：初始单元、循环单元、步长单元、应用单元，其中：
所述初始单元，用于设定初始的电机相电流峰值；
所述循环单元，用于扫描得到在相电流峰值下预设电流角度范围内的直交轴电流；确定其中满足直轴电感和交轴电感之间的约束关系的直交轴电流，将得到的直交轴电流范围内最大转矩对应的直交轴电流，作为拟合点；
所述步长单元，用于若相电流峰值未达到相电流限幅值，则在相电流峰值增加电流步长值作为新的相电流峰值后，重复循环单元功能；若相电流峰值达到相电流限幅值，则停止，进入应用单元；
所述应用单元，用于通过拟合点拟合得到最大转矩电流比曲线，并应用于电机控制。
本发明实施例中，所述约束关系为Ld’＜Lq’，其中Ld’为直轴微分电感，Lq’为交轴微分电感。
本发明实施例中，所述循环单元，用于计算得到相应的直轴微分电感和交轴微分电感。
本发明实施例中，所述循环单元，用于采用以下公式计算直轴微分电感和交轴微分电感：
Ld’＝Ld+id-dcλd，
其中，Ld’表示直轴微分电感，Ld表示直轴平均电感，id-dc表示直轴电流的直流分量，λd表示直轴电感随电流的微分；
Lq’＝Lq+iq-dcλq，
其中，Lq’表示交轴微分电感，Lq表示交轴平均电感，iq-dc表示交轴电流的直流分量，λq表示交轴电感随电流的微分。
本发明实施例中，所述循环单元，用于采用以下公式计算直轴微分电感和交轴微分电感：
dΨd/did＝Ld’，
其中，Ψd表示直轴磁链，id表示直轴电流，Ld’表示直轴微分电感；
dΨq/diq＝Lq’，
其中，Ψq表示交轴磁链，iq表示交轴电流，Lq’表示交轴微分电感。
Claims (2)
1.一种电机无位置传感器控制方法，其特征在于，包括：
步骤1：设定初始的电机相电流峰值；
步骤2：扫描得到在相电流峰值下预设电流角度范围内的直交轴电流；
确定其中满足直轴电感和交轴电感之间的约束关系的直交轴电流，将得到的直交轴电流范围内最大转矩对应的直交轴电流，作为拟合点；
步骤3：若相电流峰值未达到相电流限幅值，则在相电流峰值增加电流步长值作为新的相电流峰值后，重复步骤2；若相电流峰值达到相电流限幅值，则停止，进入下一步骤；
步骤4：通过拟合点拟合得到最大转矩电流比曲线，并应用于电机控制；
所述约束关系为Ld’＜Lq’，其中Ld’为直轴微分电感，Lq’为交轴微分电感；
所述确定其中满足直轴电感和交轴电感之间的约束关系的直交轴电流，包括：
计算得到相应的直轴微分电感和交轴微分电感；
采用以下公式计算直轴微分电感和交轴微分电感：
Ld’＝Ld+id-dcλd，
其中，Ld’表示直轴微分电感，Ld表示直轴平均电感，id-dc表示直轴电流的直流分量，λd表示直轴电感随电流的微分；
Lq’＝Lq+iq-dcλq，
其中，Lq’表示交轴微分电感，Lq表示交轴平均电感，iq-dc表示交轴电流的直流分量，λq表示交轴电感随电流的微分；或者
采用以下公式计算直轴微分电感和交轴微分电感：
dΨd/did＝Ld’，
其中，Ψd表示直轴磁链，id表示直轴电流，Ld’表示直轴微分电感；
dΨq/diq＝Lq’，
其中，Ψq表示交轴磁链，iq表示交轴电流，Lq’表示交轴微分电感。
2.一种电机无位置传感器控制装置，其特征在于，包括：初始单元、循环单元、步长单元、应用单元，其中：
所述初始单元，用于设定初始的电机相电流峰值；
所述循环单元，用于扫描得到在相电流峰值下预设电流角度范围内的直交轴电流；确定其中满足直轴电感和交轴电感之间的约束关系的直交轴电流，将得到的直交轴电流范围内最大转矩对应的直交轴电流，作为拟合点；
所述步长单元，用于若相电流峰值未达到相电流限幅值，则在相电流峰值增加电流步长值作为新的相电流峰值后，重复循环单元功能；若相电流峰值达到相电流限幅值，则停止，进入应用单元；
所述应用单元，用于通过拟合点拟合得到最大转矩电流比曲线，并应用于电机控制；
所述约束关系为Ld’＜Lq’，其中Ld’为直轴微分电感，Lq’为交轴微分电感；
所述循环单元，用于计算得到相应的直轴微分电感和交轴微分电感；
所述循环单元，用于采用以下公式计算直轴微分电感和交轴微分电感：
Ld’＝Ld+id-dcλd，
其中，Ld’表示直轴微分电感，Ld表示直轴平均电感，id-dc表示直轴电流的直流分量，λd表示直轴电感随电流的微分；
Lq’＝Lq+iq-dcλq，
其中，Lq’表示交轴微分电感，Lq表示交轴平均电感，iq-dc表示交轴电流的直流分量，λq表示交轴电感随电流的微分；或者
所述循环单元，用于采用以下公式计算直轴微分电感和交轴微分电感：
dΨd/did＝Ld’，
其中，Ψd表示直轴磁链，id表示直轴电流，Ld’表示直轴微分电感；
dΨq/diq＝Lq’，
其中，Ψq表示交轴磁链，iq表示交轴电流，Lq’表示交轴微分电感。
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Legal Events
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