电机弱磁控制方法、电机控制器及新能源汽车与流程

1.本发明涉及电机技术领域，尤其涉及一种电机弱磁控制方法、一种电机控制器及一种新能源汽车。


背景技术：

2.目前，国内新能源汽车电机驱动系统中，凸极式永磁同步电机弱磁算法主要分为三种：一种是电压开环标定数据方法；另一种是按照电机数学模型公式挑选数据方法；再一种是通过电流闭环标定数据的方法。以上三种方法在实际产品中都会有个电压利用率的概念，实则是降低电机输出功率来保证电机控制系统的稳定性。然而，如何提高电压利用率、增大电机输出功率是当前电机控制系统中的难点。


技术实现要素：

3.本发明旨在至少在一定程度上解决相关技术中的技术问题之一。为此，本发明的第一个目的在于提出一种电机弱磁控制方法，能够增强电机控制系统抗干扰能力、提高电压利用率、增大电机输出功率。
4.本发明的第二个目的在于提出一种电机控制器。
5.本发明的第三个目的在于提出一种新能源汽车。
6.为达到上述目的，本发明第一方面实施例提出了一种电机弱磁控制方法，所述方法包括：获取所述电机的三相电流值，并根据所述三相电流值得到d轴电流值和q轴电流值；获取转矩给定值、所述电机的转速和直流母线电压,并根据所述转矩给定值、所述转速和所述直流母线电压，查预先标定的弱磁控制表得到d轴电流参考值、q轴电流参考值、d轴电压饱和限幅值和q轴电压饱和限幅值；通过电流pi调节器根据所述d轴电流参考值、所述d轴电流值、所述q轴电流参考值和所述q轴电流值，得到d轴电压值和q轴电压值；利用所述d轴电压饱和限幅值对所述d轴电压值进行限制，得到d轴电压调节值，并利用所述q轴电压饱和限幅值对所述q轴电压值进行限制，得到q轴电压调节值；根据所述d轴电压调节值和所述q轴电压调节值生成svpwm调制波，控制所述电机。
7.进一步地，所述利用所述d轴电压饱和限幅值对所述d轴电压值进行限制，得到d轴电压调节值，包括：如果所述d轴电压值小于等于所述d轴电压饱和限幅值，则将所述d轴电压值作为所述d轴电压调节值；如果所述d轴电压值大于所述d轴电压饱和限幅值，则将所述d轴电压饱和限幅值作为所述d轴电压调节值；所述利用所述q轴电压饱和限幅值对所述q轴电压值进行限制，得到q轴电压调节值，包括：如果所述q轴电压值小于等于所述q轴电压饱和限幅值，则将所述q轴电压值作为所述q轴电压调节值；如果所述q轴电压值大于所述q轴电压饱和限幅值，则将所述q轴电压饱和限幅值作为所述q轴电压调节值。
8.根据本发明的一个实施例，所述电流pi调节器包括d轴电流pi调节器和q轴电流pi调节器，所述方法还包括：计算所述d轴电压值与所述d轴电压调节值之间的第一差值，并在所述第一差值大于0时，增大所述d轴电流pi调节器的积分系数；计算所述q轴电压值与所述
q轴电压调节值之间的第二差值，并在所述第二差值大于0时，增大所述q轴电流pi调节器的积分系数。
9.进一步地，所述增大所述d轴电流pi调节器的积分系数，包括：根据所述第一差值确定第一调节值，将所述d轴电流pi调节器的积分系数增大所述第一调节值；所述增大所述q轴电流pi调节器的积分系数，包括：根据所述第二差值确定第二调节值，将所述q轴电流pi调节器的积分系数增大所述第二调节值。
10.进一步地，所述第一调节值为所述第一差值与第一可调节系数的乘积，所述第二调节值为所述第二差值与第二可调节系数的乘积。
11.进一步地，所述第一可调节系数根据所述第一差值的所处区间得到，且所述第一可调节系数与所述第一差值正相关，所述第二可调节系数根据所述第二差值的所处区间得到，且所述第二调节系数与所述第二差值正相关。
12.根据本发明的一个实施例，所述电流pi调节器为采用电压前馈解耦的电流pi调节器。
13.根据本发明实施例的电机弱磁控制方法，能够增强电机控制系统抗干扰能力、提高电压利用率、增大电机输出功率
14.为达到上述目的，本发明第二方面实施例提出了一种电机控制器，包括存储器、处理器和存储在所述存储器上的计算机程序，所述计算机程序被所述处理器执行时，实现所述的电机弱磁控制方法。
15.为达到上述目的，本发明第三方面实施例提出了一种新能源汽车，包括：电机和所述的电机控制器。
16.本发明附加的方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。
附图说明
17.图1是本发明一个实施例的电机弱磁控制方法的流程示意图；
18.图2是本发明一个实施例的电机电压的运行轨迹图；
19.图3是本发明一个实施例的合成电压矢量分配的示意图；
20.图4是本发明一个实施例的弱磁控制框图。
具体实施方式
21.下面参考附图1-4描述本发明实施例的电机弱磁控制方法、电机控制器及新能源汽车，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。参考附图描述的实施例是示例性的，不能理解为对本发明的限制。
22.图1是本发明一个实施例的电机弱磁控制方法的流程示意图。如图1所示，电机弱磁控制方法包括以下步骤：
23.s101、获取电机的三相电流值，并根据三相电流值得到d轴电流值和q轴电流值。
24.具体地，可通过相电流传感器反馈三相电流ia、ib、ic，再对三相电流ia、ib、ic进行3s/2s(3相静止坐标到2相静止坐标的变换)、2s/2r(2相静止坐标到2相旋转坐标的变换)变换，得到d轴电流值id、q轴电流值iq。
25.s102、获取转矩给定值、电机的转速和直流母线电压,并根据转矩给定值、转速和直流母线电压，查预先标定的弱磁控制表得到d轴电流参考值、q轴电流参考值、d轴电压饱和限幅值和q轴电压饱和限幅值。
26.作为一个示例，弱磁控制表基于电机测试台架标定，电机测试台架可包括测功机和与测功机连接的上位机，弱磁控制表的标定可包括步骤s202-s203：
27.s201、确定弱磁转速范围[w
in
,w
max
]和预设转速步长。
[0028]
具体地，参见图2，mtpa曲线为最大转矩电流比控制轨迹曲线，mtpv曲线为最大转矩电压比控制轨迹曲线，te1、te2、te3、te4曲线为等转矩线，假设直流母线电压udc不变，进入拐点转速w
in
之后，在不同的转速(如图2中ω1、ω2、ω3、ω4)下，都有一个电压极限椭圆，称之为电压极限椭圆族。等转矩线跟电压极限椭圆相交的点为弱磁控制的工作点，等转矩线跟电压极限椭圆相切的点为该工况下，电机输出峰值转矩。
[0029]
s202、在弱磁转速范围[w
in
,w
max
]内将转速按照预设转速步长进行划分。
[0030]
具体地，在确定弱磁转速范围及预设转速步长后，可将弱磁转速范围平均分成若干份。
[0031]
s203、在电压开环条件下，依次在不同的划分转速下，按照角度步长改变合成电压矢量角，使转矩在0n
·
m到tmax范围内变化，记录电机测功机上的转矩和上位机的d轴电流参考值、q轴电流参考值、d轴电压饱和限幅值和q轴电压饱和限幅值和直流母线电压，得到弱磁控制表。
[0032]
具体地，在电压开环条件下，假设在电压极限椭圆上，保持合成电压矢量幅值us不变，分步长改变合成电压矢量角度θ(参见图3)，则可以从测功机上看到转矩在0n
·
m到tmax范围内的变化。参见图2，假设当前角速度为ω1，那么此时合成的电压矢量会限定在这个电压极限椭圆上。这个电压极限椭圆上跟等转矩线族有交点，通过改变合成电压矢量角θ，可以在测功机上读取到相应的转矩值；同时从上位机中读取d轴电流参考值q轴电流参考值d轴电压饱和限幅值ud_limit和q轴电压饱和限幅值uq_limit和直流母线电压udc。其中，d轴电压饱和限幅值ud_limit和q轴电压饱和限幅值uq_limit满足下式：
[0033]
uq_limit*uq_limit＝us*us-ud_limit*ud_limit，
[0034][0035]
需要说明的是，是合成电压矢量幅值us所能达到线性区内最大幅值，此幅值基础上再乘以一个系数k(0.5≤k≤1),降低电机功率输出以获取控制系统的稳定性，即
[0036]
另外，可通过位置传感器反馈合成电压矢量角度θ、ω。位置传感器用的是旋转变压器。该位置传感器是绝对式位置传感器，由于装配等因素造成旋变零位偏移。每次面对一款新电机，在空载的条件下，工程师都对其进行软件零位校零。具体为向逆变器中注入a相上桥臂开通，b、c下桥臂开通的脉冲，此时转子会强行拉扯到软件上定义的转子磁场0
°
方向。
[0037]
由此，通过记录电机测功机上的转矩和上位机的d轴电流参考值q轴电流参考值d轴电压饱和限幅值ud_limit和q轴电压饱和限幅值uq_limit和直流母线电压udc，得
到弱磁控制表(参见图4中查询表idq、查询表udq)。
[0038]
进一步地，在获取转矩给定值t、电机的转速ω和直流母线电压udc后,如果根据转矩给定值t、转速ω和直流母线电压udc，查预先标定的弱磁控制表(参见图4中查询表idq、查询表udq)得到d轴电流参考值、q轴电流参考值、d轴电压饱和限幅值和q轴电压饱和限幅值。
[0039]
s103、通过电流pi调节器根据d轴电流参考值、d轴电流值、q轴电流参考值和q轴电流值，得到d轴电压值和q轴电压值。
[0040]
具体地，上述电流pi调节器为采用电压前馈解耦的电流pi调节器。可通过下式得到d轴电压值ud、q轴电压值uq。
[0041]
ud＝rsid+ldpi
d-ωldid，uq＝r
siq
+lqpi
q-ωldid+ωψf，
[0042]
其中，ψf为转子永磁体磁链，ld为d轴电感，lq为q轴电感，id为d轴电流，iq为q轴电流，ω为电角速度。需要解释的是，ω就是图4中ω，ψf可以认为是电机的一个参数，从电机厂家获取。
[0043]
进一步地，电流pi调节器可包括d轴电流pi调节器和q轴电流pi调节器。电机弱磁控制方法还可包括：计算d轴电压值与d轴电压调节值之间的第一差值，并在第一差值大于0时，增大d轴电流pi调节器的积分系数，具体为：根据第一差值确定第一调节值，将d轴电流pi调节器的积分系数增大第一调节值，其中，第一调节值为第一差值与第一可调节系数的乘积，而第一可调节系数根据第一差值的所处区间得到，且第一可调节系数与第一差值正相关。计算q轴电压值与q轴电压调节值之间的第二差值，并在第二差值大于0时，增大q轴电流pi调节器的积分系数，具体为：根据第二差值确定第二调节值，将q轴电流pi调节器的积分系数增大第二调节值，其中，第二调节值为第二差值与第二可调节系数的乘积，而第二可调节系数根据第二差值的所处区间得到，且第二调节系数与第二差值正相关。
[0044]
具体地，参见图4，当d轴电压值ud与d轴电压调节值uid之间的第一差值大于0，即ud-uid＞0时，d轴电流pi调节器需要进入电压饱和状态，此时需要d轴电流pi调节器进行抗饱和过程，即将d轴电流pi调节器的积分系数增大第一调节值，其中，第一调节值为第一差值的第一可调节系数ks_d的乘积，也就是说，将第一差值乘以第一可调节系数ks_d叠加到d轴电流环积分系数ki_d乘以电流误差1/s项处，否则电机控制系统将出现失控。当d轴电压值与d轴电压调节值之间的第一差值等于0，即ud-uid＝0时，说明d轴电流pi调节器没有进入电压饱和状态。需要说明的是，为了获取更好的控制性能，第一可调节系数ks_d需要分工况进行标定，即第一可调节系数ks_d是一个比例调节系数，根据ud跟uid的第一差值来分段取值，随第一差值增大而增大。
[0045]
参见图4，当q轴电压值uq与q轴电压调节值uiq之间的第二差值大于0，即uq-uiq＞0时，q轴电流pi调节器需要进入电压饱和状态，此时需要q轴电流pi调节器进行抗饱和过程，即将q轴电流pi调节器的积分系数增大第二调节值，其中，第二调节值为第二差值与第二可调节系数的乘积，也就是说，将第二差值乘以第二可调节系数ks_q叠加到q轴电流环积分系数ki_q乘以电流误差1/s项处，否则电机控制系统将出现失控。当q轴电压值与q轴电压调节值之间的第二差值等于0，即uq-uiq＝0时，说明q轴电流pi调节器没有进入电压饱和状态。需要说明的是，为了获取更好的控制性能，第二可调节系数ks_d需要分工况进行标定，即第二可调节系数ks_q是一个比例调节系数，根据uq跟uiq的第二差值来分段取值，随第二
差值增大而增大。
[0046]
s104、利用d轴电压饱和限幅值对d轴电压值进行限制，得到d轴电压调节值，并利用q轴电压饱和限幅值对q轴电压值进行限制，得到q轴电压调节值。
[0047]
作为一个示例，利用d轴电压饱和限幅值对d轴电压值进行限制，得到d轴电压调节值，可包括：如果d轴电压值小于等于d轴电压饱和限幅值，则将d轴电压值作为d轴电压调节值；如果d轴电压值大于d轴电压饱和限幅值，则将d轴电压饱和限幅值作为d轴电压调节值。利用q轴电压饱和限幅值对q轴电压值进行限制，得到q轴电压调节值，可包括：如果q轴电压值小于等于q轴电压饱和限幅值，则将q轴电压值作为q轴电压调节值；如果q轴电压值大于q轴电压饱和限幅值，则将q轴电压饱和限幅值作为q轴电压调节值。
[0048]
具体地，如果d轴电压值ud小于d轴电压饱和限幅值ud_limit，则d轴电压调节值uid＝ud；如果d轴电压值ud大于d轴电压饱和限幅值ud_limit，则d轴电压调节值uid＝ud_limit。如果q轴电压值uq小于q轴电压饱和限幅值uq_limit，则q轴电压调节值uiq＝uq；如果q轴电压值uq大于q轴电压饱和限幅值uq_limit，则q轴电压调节值uiq＝uq_limit。
[0049]
s105、根据d轴电压调节值和q轴电压调节值生成svpwm调制波，控制电机。
[0050]
具体地，参见图4，根据d轴电压调节值uid和q轴电压调节值uiq生成svpwm调制波，生成的svpwm调制波输入逆变器，再控制电机ipmsm。
[0051]
综上所述，该电机弱磁控制方法，通过根据d轴电压调节值和q轴电压调节值生成svpwm调制波，控制电机，能够增强电机控制系统抗干扰能力、提高电压利用率、增大电机输出功率。
[0052]
本发明还提供一种电机控制器，包括存储器、处理器和存储在存储器上的计算机程序，计算机程序被处理器执行时，实现上述实施例的电机弱磁控制方法。
[0053]
本发明实施例的电机控制器，在其上存储的与上述电机弱磁控制方法对应的计算机程序被处理器执行时，能够增强电机控制系统抗干扰能力、提高电压利用率、增大电机输出功率。
[0054]
本发明还提供一种新能源汽车，包括：电机和上述电机控制器。
[0055]
本发明实施例的新能源汽车，通过电机和上述电机控制器，能够增强电机控制系统抗干扰能力、提高电压利用率、增大电机输出功率。
[0056]
需要说明的是，在流程图中表示或在此以其他方式描述的逻辑和/或步骤，可以被认为是用于实现逻辑功能的可执行指令的定序列表，可以具体实现在任何计算机可读介质中，以供指令执行系统、装置或设备(如基于计算机的系统、包括处理器的系统或其他可以从指令执行系统、装置或设备取指令并执行指令的系统)使用，或结合这些指令执行系统、装置或设备而使用。就本说明书而言，“计算机可读介质”可以是任何可以包含、存储、通信、传播或传输程序以供指令执行系统、装置或设备或结合这些指令执行系统、装置或设备而使用的装置。计算机可读介质的更具体的示例(非穷尽性列表)包括以下：具有一个或多个布线的电连接部(电子装置)，便携式计算机盘盒(磁装置)，随机存取存储器(ram)，只读存储器(rom)，可擦除可编辑只读存储器(eprom或闪速存储器)，光纤装置，以及便携式光盘只读存储器(cdrom)。另外，计算机可读介质甚至可以是可在其上打印所述程序的纸或其他合适的介质，因为可以例如通过对纸或其他介质进行光学扫描，接着进行编辑、解译或必要时以其他合适方式进行处理来以电子方式获得所述程序，然后将其存储在计算机存储器中。
[0057]
应当理解，本发明的各部分可以用硬件、软件、固件或它们的组合来实现。在上述实施方式中，多个步骤或方法可以用存储在存储器中且由合适的指令执行系统执行的软件或固件来实现。如果用硬件来实现，和在另一实施方式中一样，可用本领域公知的下列技术中的任一项或他们的组合来实现：具有用于对数据信号实现逻辑功能的逻辑门电路的离散逻辑电路，具有合适的组合逻辑门电路的专用集成电路，可编程门阵列(pga)，现场可编程门阵列(fpga)等。
[0058]
在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。
[0059]
在本说明书的描述中，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”、“轴向”、“径向”、“周向”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，不能理解为对本发明的限制。
[0060]
此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是至少两个，例如两个，三个等，除非另有明确具体的限定。
[0061]
在本说明书的描述中，除非另有说明，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系，除非另有明确的限定。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
[0062]
在本发明中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征“上”或“下”可以是第一和第二特征直接接触，或第一和第二特征通过中间媒介间接接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”可是第一特征在第二特征正上方或斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”可以是第一特征在第二特征正下方或斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。
[0063]
尽管上面已经示出和描述了本发明的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本发明的限制，本领域的普通技术人员在本发明的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。

技术特征：
1.一种电机弱磁控制方法，其特征在于，所述方法包括：获取所述电机的三相电流值，并根据所述三相电流值得到d轴电流值和q轴电流值；获取转矩给定值、所述电机的转速和直流母线电压,并根据所述转矩给定值、所述转速和所述直流母线电压，查预先标定的弱磁控制表得到d轴电流参考值、q轴电流参考值、d轴电压饱和限幅值和q轴电压饱和限幅值；通过电流pi调节器根据所述d轴电流参考值、所述d轴电流值、所述q轴电流参考值和所述q轴电流值，得到d轴电压值和q轴电压值；利用所述d轴电压饱和限幅值对所述d轴电压值进行限制，得到d轴电压调节值，并利用所述q轴电压饱和限幅值对所述q轴电压值进行限制，得到q轴电压调节值；根据所述d轴电压调节值和所述q轴电压调节值生成svpwm调制波，控制所述电机。2.根据权利要求1所述的电机弱磁控制方法，其特征在于，所述利用所述d轴电压饱和限幅值对所述d轴电压值进行限制，得到d轴电压调节值，包括：如果所述d轴电压值小于等于所述d轴电压饱和限幅值，则将所述d轴电压值作为所述d轴电压调节值；如果所述d轴电压值大于所述d轴电压饱和限幅值，则将所述d轴电压饱和限幅值作为所述d轴电压调节值；所述利用所述q轴电压饱和限幅值对所述q轴电压值进行限制，得到q轴电压调节值，包括：如果所述q轴电压值小于等于所述q轴电压饱和限幅值，则将所述q轴电压值作为所述q轴电压调节值；如果所述q轴电压值大于所述q轴电压饱和限幅值，则将所述q轴电压饱和限幅值作为所述q轴电压调节值。3.根据权利要求1所述的电机弱磁控制方法，其特征在于，所述电流pi调节器包括d轴电流pi调节器和q轴电流pi调节器，所述方法还包括：计算所述d轴电压值与所述d轴电压调节值之间的第一差值，并在所述第一差值大于0时，增大所述d轴电流pi调节器的积分系数；计算所述q轴电压值与所述q轴电压调节值之间的第二差值，并在所述第二差值大于0时，增大所述q轴电流pi调节器的积分系数。4.根据权利要求3所述的电机弱磁控制方法，其特征在于，所述增大所述d轴电流pi调节器的积分系数，包括：根据所述第一差值确定第一调节值，将所述d轴电流pi调节器的积分系数增大所述第一调节值；所述增大所述q轴电流pi调节器的积分系数，包括：根据所述第二差值确定第二调节值，将所述q轴电流pi调节器的积分系数增大所述第二调节值。5.根据权利要求4所述的电机弱磁控制方法，其特征在于，所述第一调节值为所述第一差值与第一可调节系数的乘积，所述第二调节值为所述第二差值与第二可调节系数的乘积。6.根据权利要求5所述的电机弱磁控制方法，其特征在于，所述第一可调节系数根据所述第一差值的所处区间得到，且所述第一可调节系数与所述第一差值正相关，所述第二可
调节系数根据所述第二差值的所处区间得到，且所述第二调节系数与所述第二差值正相关。7.根据权利要求1-6中任一项所述的电机弱磁控制方法，其特征在于，所述电流pi调节器为采用电压前馈解耦的电流pi调节器。8.一种电机控制器，包括存储器、处理器和存储在所述存储器上的计算机程序，其特征在于，所述计算机程序被所述处理器执行时，实现如权利要求1-7中任一项所述的电机弱磁控制方法。9.一种新能源汽车，其特征在于，包括：电机和如权利要求8所述的电机控制器。

技术总结
本发明公开了一种电机弱磁控制方法、电机控制器及新能源汽车，方法包括：根据电机的三相电流值，得到d轴和q轴电流值；根据转矩给定值、电机的转速和直流母线电压，查预先标定的弱磁控制表得到d轴和q轴电流参考值、d轴和q轴电压饱和限幅值；通过电流PI调节器根据d轴电流参考值、d轴电流值、q轴电流参考值和q轴电流值，得到d轴电压值和q轴电压值；利用d轴电压饱和限幅值对d轴电压值进行限制，得到d轴电压调节值，并利用q轴电压饱和限幅值对q轴电压值进行限制，得到q轴电压调节值；根据d轴电压调节值和q轴电压调节值生成SVPWM调制波，控制电机。由此，能够增强电机控制系统抗干扰能力、提高电压利用率、增大电机输出功率。高电压利用率、增大电机输出功率。高电压利用率、增大电机输出功率。


技术研发人员：温伟平 李根 曹正坤 赵伟冰
受保护的技术使用者：比亚迪股份有限公司
技术研发日：2022.02.25
技术公布日：2023/9/7