CN112564564B - 一种基于转矩估算的电机转矩闭环控制方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种基于转矩估算的电机转矩闭环控制方法，包括：将电机转矩分为电磁转矩和磁阻转矩两个部分进行数表存放；以常温t0的电磁转矩建立数表，对于非常温t1时磁链
Figure DDA0002804843190000011
的变化带来的转矩变化，建立补偿关系；在转矩开环控制的基础上增加转矩控制外环，转矩控制外环通过估算的转矩误差进行滑模滤波计算，对转矩指令进行补偿，实现转矩闭环控制。本发明将电机转矩分为两部分进行数表存放，并考虑了电磁转矩部分的温度补偿，提高了电磁转矩估算精度；在传统开环控制基础上增加转矩控制外环，对转矩指令进行补偿，实现转矩闭环控制；补偿环采用滑模控制器，进行输出滤波，既可以保证响应速度又能减小***增加反馈环之后带来的稳态误差。

Description

一种基于转矩估算的电机转矩闭环控制方法
技术领域
本发明涉及转矩估算技术领域，具体涉及一种基于转矩估算的电机转矩闭环控制方法。
背景技术
永磁同步电机电驱动***作为新能源车的主流方案，广泛应用于纯电动，混动等车型。由于使用转矩传感器成本很高，且电流和转矩具有较直接的函数关系，往往通过对电流进行标定，通过电流闭环控制，以特定的电流代表特定的转矩以实现转矩开环控制。但应用于新能源汽车复杂的使用环境，随着环境温度，电机工作温度等的变化，或当电流控制稳定性降低，电流控制出现静差时，开环标定的电流更多的只能反映转矩变化的趋势。
现有技术中，有将电机PARK变换之后的Id、Iq整理成二维数表，在行驶过程中不断进行查表做转矩估算。该转矩估算不具有温度适应性，只能补偿电流控制稳态误差引起的转矩误差。
此外，还有添加母线电流传感器，测量母线电压和母线电流，测量出直流母线功率，然后分析各工况下电机损耗和控制器损耗，通过母线功率减去热功率来对电机有功功率进行估算，最后通过估算出的电机有功功率和电机转速来计算出电机转矩。这种方式的缺点在于，需要增加额外的元器件，有后期固定成本，热功率损耗和控制器IGBT模块频率，电机谐波量，电机运行工况多变量相关，标定难度和准确度较低。
发明内容
本发明要解决的技术问题在于针对上述现有技术存在的不足，提供一种基于转矩估算的电机转矩闭环控制方法，通过一定算法对电机转矩进行估算，计算出较为准确的电机当前转矩，对转矩进行闭环控制，对电驱动***在电机控制过程中由于电机温度，稳态误差进行补偿。
本发明为解决上述提出的技术问题所采用的技术方案为：
一种基于转矩估算的电机转矩闭环控制方法，包括以下步骤：
步骤S1、将电机转矩分为电磁转矩和磁阻转矩两个部分进行数表存放
Figure BDA0002804843170000021
(id，iq，tii)，iq表示q轴电流，id表示d轴电流，
Figure BDA0002804843170000022
表示电磁转矩，tii表示磁阻转矩；
步骤S2、电磁转矩温度补偿：以常温t0的电磁转矩建立数表，对于非常温t1时磁链
Figure BDA0002804843170000023
的变化带来的转矩变化，建立补偿关系；
步骤S3、电机转矩闭环控制：在转矩开环控制的基础上增加转矩控制外环，转矩控制外环通过估算的转矩误差进行滑模滤波计算，对转矩指令进行补偿，实现转矩闭环控制。
上述方案中，步骤S1中：
Figure BDA0002804843170000024
tii＝p(Ld-Lq)idiq (2)
Figure BDA0002804843170000025
式中，p为电机极对数，
Figure BDA0002804843170000026
为永磁体磁链，Ld为d轴的电感，Lq为q轴的电感；te表示电机转矩，为电磁转矩和磁阻转矩之和。
上述方案中，步骤S2中，建立补偿关系如下：
Figure BDA0002804843170000027
式中，α为磁钢材料相关的转矩系数常量，
Figure BDA0002804843170000028
分别为非常温t1和常温t0在q轴电流相等条件下的电磁转矩。
上述方案中，步骤S3中，所述转矩开环控制具体包括以下步骤：
步骤S3.1、输入转矩指令；
步骤S3.2、根据转矩查值表将转矩指令映射至对应的d轴电流指令和q轴电流指令；
步骤S3.3、根据电流指令控制电机。
上述方案中，步骤S3中，增加的转矩控制外环具体包括以下步骤：
步骤S3.4、dq解耦电流输入：对静止ABC轴三相电流采样结果进行坐标变换到旋转dq轴；
步骤S3.5、转矩误差估算：根据步骤S2中建立的补偿关系对转矩误差进行估计；
步骤S3.6、对转矩误差进行滑模滤波计算：对转矩误差使用一定周期内的实时平均进行低通滤波并放大后参与反馈控制。
上述方案中，所述一定周期选为远大于电流的控制周期。
本发明的有益效果在于：
1.本发明将电机转矩分为电磁转矩和磁阻转矩两部分进行数表存放，并考虑了电磁转矩部分的温度补偿，提高了电磁转矩估算精度。
2.一般电机转矩控制直接对输入转矩进行查表得到电流控制指令，实现转矩开环控制，本发明在此基础上增加转矩控制外环，对转矩指令进行补偿，实现转矩闭环控制。
3.补偿环采用滑模控制器，进行输出滤波，既可以保证响应速度又能减小***增加反馈环之后带来的稳态误差。
4.本发明方法可以提高车辆行驶中整车转矩控制的稳定性和响应精度。
附图说明
下面将结合附图及实施例对本发明作进一步说明，附图中：
图1是本发明基于转矩估算的电机转矩闭环控制方法的流程图。
具体实施方式
为了对本发明的技术特征、目的和效果有更加清楚的理解，现对照附图详细说明本发明的具体实施方式。
本发明提出一种基于转矩估算的电机转矩闭环控制方法，包括以下步骤：
步骤S1、将电机转矩分为电磁转矩和磁阻转矩两个部分进行数表存放(tq，
Figure BDA0002804843170000041
)，(id，iq，tii)，iq表示交轴(q轴)电流，id表示直轴(d轴)电流，
Figure BDA0002804843170000042
表示电磁转矩，tii表示磁阻转矩，且：
Figure BDA0002804843170000043
tii＝p(Ld-Lq)idiq (2)
Figure BDA0002804843170000044
式中，p为电机极对数，
Figure BDA0002804843170000045
为永磁体磁链，Ld为d轴的电感，Lq为q轴的电感；te表示电机转矩，为电磁转矩和磁阻转矩之和。
上述计算方法中，电磁转矩
Figure BDA0002804843170000046
主要与q轴电流和磁链
Figure BDA0002804843170000047
相关。磁阻转矩tii主要与q轴电流和d轴电流相关，由于温度对电感影响极小，所以对于以(id，iq，tii)点存储的二维数表查表对磁阻转矩的计算精度很高。但以
Figure BDA0002804843170000048
点储存的电磁转矩一维查表只能对某一温度进行较高精度的测量。
步骤S2、电磁转矩温度补偿：
以常温t0的电磁转矩建立数表，对于非常温t1时磁链
Figure BDA0002804843170000049
的变化带来的转矩变化，建立补偿关系如下：
Figure BDA00028048431700000410
式中，α为磁钢材料相关的转矩系数常量，
Figure BDA00028048431700000411
分别为非常温t1和常温t0在q轴电流相等条件下的电磁转矩。
步骤S3、电机转矩闭环控制：
一般电机转矩控制直接对输入转矩指令进行查表得到电流控制指令，实现转矩开环控制，参见图1，转矩开环控制具体包括以下步骤：
步骤S3.1、输入转矩指令；
步骤S3.2、根据转矩查值表将转矩指令映射至对应的d轴电流指令和q轴电流指令；
步骤S3.3、根据电流指令控制电机。
本发明在此基础上增加转矩控制外环，转矩控制外环通过估算的转矩误差进行滑模滤波计算，对转矩指令进行补偿，实现转矩闭环控制。继续参见图1，转矩控制外环具体包括以下步骤：
步骤S3.4、dq解耦电流输入：对静止ABC轴三相电流采样结果进行坐标变换到旋转dq轴；
步骤S3.5、转矩误差估算：运用式(4)对转矩误差进行估计，转矩误差为
Figure BDA0002804843170000051
步骤S3.6、对转矩误差进行滑模滤波计算：对转矩误差使用10ms周期内的实时平均进行低通滤波并放大后参与反馈控制，这样既可以保证响应速度又能减小***增加反馈环之后带来的稳态误差。
上面结合附图对本发明的实施例进行了描述，但是本发明并不局限于上述的具体实施方式，上述的具体实施方式仅仅是示意性的，而不是限制性的，本领域的普通技术人员在本发明的启示下，在不脱离本发明宗旨和权利要求所保护的范围情况下，还可做出很多形式，这些均属于本发明的保护之内。

Claims (3)

1.一种基于转矩估算的电机转矩闭环控制方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤S1、将电机转矩分为电磁转矩和磁阻转矩两个部分进行数表存放
Figure FDA0003727585100000011
(id，iq，tii)，iq表示q轴电流，id表示d轴电流，
Figure FDA0003727585100000012
表示电磁转矩，tii表示磁阻转矩；
步骤S2、电磁转矩温度补偿：以常温t0的电磁转矩建立数表，对于非常温t1时磁链
Figure FDA0003727585100000013
的变化带来的转矩变化，建立补偿关系，如下：
Figure FDA0003727585100000014
式中，α为磁钢材料相关的转矩系数常量，
Figure FDA0003727585100000015
分别为非常温t1和常温t0在q轴电流相等条件下的电磁转矩；
步骤S3、电机转矩闭环控制：在转矩开环控制的基础上增加转矩控制外环，转矩控制外环通过估算的转矩误差进行滑模滤波计算，对转矩指令进行补偿，实现转矩闭环控制；所述转矩控制外环具体包括以下步骤：
步骤S3.4、dq解耦电流输入：对静止ABC轴三相电流采样结果进行坐标变换到旋转dq轴；
步骤S3.5、转矩误差估算：根据步骤S2中建立的补偿关系对转矩误差进行估计；
步骤S3.6、对转矩误差进行滑模滤波计算：对转矩误差使用一定周期内的实时平均进行低通滤波并放大后参与反馈控制；所述一定周期选为大于电流的控制周期。
2.根据权利要求1所述的基于转矩估算的电机转矩闭环控制方法，其特征在于，步骤S1中：
Figure FDA0003727585100000016
tii＝p(Ld-Lq)idiq (2)
Figure FDA0003727585100000017
式中，p为电机极对数，
Figure FDA0003727585100000018
为永磁体磁链，Ld为d轴的电感，Lq为q轴的电感；te表示电机转矩，为电磁转矩和磁阻转矩之和。
3.根据权利要求1所述的基于转矩估算的电机转矩闭环控制方法，其特征在于，步骤S3中，所述转矩开环控制具体包括以下步骤：
步骤S3.1、输入转矩指令；
步骤S3.2、根据转矩查值表将转矩指令映射至对应的d轴电流指令和q轴电流指令；
步骤S3.3、根据电流指令控制电机。
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