电动汽车交流永磁同步电动机弱磁调速控制判定方法

摘要

本发明公开了一种电动汽车交流永磁同步电动机弱磁调速控制判定方法，包括步骤：一、信号采集及传输，二、交流永磁同步电动机弱磁调速控制判定，具体过程为：步骤201、计算调制系数m；步骤202、控制器将调制系数m与1进行比较，当m≤1时，控制器控制交流永磁同步电动机运行在恒转矩区域；当m>1时，控制器将交流永磁同步电动机的电压u与逆变器的最大输出电压U

说明书

技术领域

本发明属于电动汽车运动控制技术领域，具体涉及一种电动汽车交流永磁同步电动机弱磁调速控制判定方法。

背景技术

电动汽车运行速度范围宽，为了满足该要求，作为驱动电动机，也应具有宽的调速范围功能。一般地，当电动机电压等于逆变器最大输出电压时，如果需进一步提高电动机转速，需要进行弱磁控制，使得电动机能够运行在恒功率区域达到提高转速的目的，使电动机具有宽的调速特性。

此外，在交流电动机的调速中，为了提高电源利用率减小谐波，常采用电压空间矢量脉宽调制控制方式。在此前提下，当前采用永磁同步电动机驱动的电动汽车，根据永磁同步电动机的弱磁调速原理及空间矢量脉宽调制技术SVPWM中对调制系数的定义，对电动汽车进行弱磁调速，目前主要的方法有：

(1)当调制系数大于1时，采用负的直轴去磁电流分量削弱励磁磁场进行弱磁调速控制，反之，电动机工作在正常恒转矩运行状态所在的区域；

(2)当调制系数大于1，并且电动机运行转速高于转折速度时，控制电动机运行在弱磁调速区域；

(3)当调制系数大于1，并且电动机电压高于逆变器的最大输出电压时，控制电动机运行在弱磁调速区域。

但是实际使用中，电动汽车运行工况复杂，单独采用调制系数作为弱磁调速控制的判断条件，在一些工况下会出现误判现象，如在电动汽车低速爬坡行驶过程中，电动汽车需要大的驱动转矩，此时电动机转速低于转折速度，高驱动转矩要求使调制系数出现大于1的情况，若进行弱磁调速控制，将对电动机造成过热危害；当电动汽车在高速下坡时，电动机的转速高于转折速度，但所需的驱动转矩很小，电动机电压低于逆变器最大输出电压，相应的调制系数小于1；当采用调制系数和转折速度进行判断时，由于转折速度是在电压确定时测到的电动机转速，在电动汽车运行过程中，直流电压是不断发生变化的，相应地电动机的转折速度也发生变化，这时仍然按照先前测量的转折速度作为判断转速，不可避免会产生误判断。

发明内容

本发明所要解决的技术问题在于针对上述现有技术中的不足，提供一种电动汽车交流永磁同步电动机弱磁调速控制判定方法，其方法步骤简单，设计新颖合理，实现方便，计算量小，误判率低，实用性强，使用效果好，便于推广使用。

为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是：一种电动汽车交流永磁同步电动机弱磁调速控制判定方法，所述电动汽车上设置有用于将直流电转换为交流电后为交流永磁同步电动机供电的逆变器，其特征在于该方法包括以下步骤：

步骤一、信号采集及传输：采用电压传感器对逆变器直流侧电压U_dc进行实时检测并将检测到的信号输出给控制器，采用位置传感器对交流永磁同步电动机转子位置角θ进行实时检测并将检测到的信号输出给控制器，采用A相电流传感器对交流永磁同步电动机的定子绕组的A相输入电流i_A进行实时检测并将检测到的信号输出给控制器，采用B相电流传感器对交流永磁同步电动机的定子绕组的B相输入电流i_B进行实时检测并将检测到的信号输出给控制器，采用C相电流传感器对交流永磁同步电动机的定子绕组的C相输入电流i_C进行实时检测并将检测到的信号输出给控制器；

步骤二、交流永磁同步电动机弱磁调速控制判定，具体过程为：

步骤201、控制器采用空间矢量脉宽调制算法对交流永磁同步电动机进行调制，并根据公式计算调制系数m；其中，U_ref为两相静止坐标系下交流永磁同步电动机的定子绕组的参考电压；

步骤202、控制器将调制系数m与1进行比较，当m≤1时，控制器控制交流永磁同步电动机运行在恒转矩区域；否则，当m>1时，首先，控制器采用两相旋转坐标系下的电动机电压计算模型计算交流永磁同步电动机的电压u，然后，控制器将交流永磁同步电动机的电压u与逆变器的最大输出电压U_max进行比较，当u≤U_max时，控制器控制交流永磁同步电动机运行在恒转矩区域，当u>U_max时，控制器对交流永磁同步电动机进行弱磁调速控制；其中，ω为交流永磁同步电动机转子的角速度且t为时间，L_d为交流永磁同步电动机的定子绕组在两相旋转坐标系下的d轴电感，L_q为交流永磁同步电动机的定子绕组在两相旋转坐标系下的q轴电感，i_d为交流永磁同步电动机的定子绕组在两相旋转坐标系下的d轴电流，i_q为交流永磁同步电动机的定子绕组在两相旋转坐标系下的q轴电流，$\left(\begin{array}{c}{i}_d\\ i_q\end{array}\right)=\frac{2}{3}\left(\begin{array}{cc}\cos \theta & \sin \theta \\ \sin \theta & -\cos \theta \end{array}\right)\left(\begin{array}{ccc}1& -\frac{1}{2}& -\frac{1}{2}\\ 0& \frac{\sqrt{3}}{2}& -\frac{\sqrt{3}}{2}\end{array}\right)\left(\begin{array}{c}{i}_A\\ i_B\\ i_C\end{array}\right),$ψ_f为交流永磁同步电动机永磁体产生的磁链。

上述的电动汽车交流永磁同步电动机弱磁调速控制判定方法，其特征在于：步骤202中控制器对交流永磁同步电动机进行弱磁调速控制的过程中，当u的值从u>U_max变化为u<U_max且|u-U_max|≤k₁U_max时，或者当交流永磁同步电动机转子的角速度ω的取值满足|w-w_b|≤k₂w_b时，控制器仍然对交流永磁同步电动机进行弱磁调速控制；当u的值从u>U_max变化为u<U_max且|u-U_max|>k₁U_max时，或者当交流永磁同步电动机转子的角速度ω的取值满足|w-w_b|>k₂w_b时，控制器控制交流永磁同步电动机运行在恒转矩区域；其中，w_b为电动机电压u等于U_max时交流永磁同步电动机转子的角速度，k₁为电压差调整系数且k₁为小于1的数，k₂为角速度差调整系数且k₂为小于1的数。

上述的电动汽车交流永磁同步电动机弱磁调速控制判定方法，其特征在于：所述k₁的取值范围为0.16～0.23。

上述的电动汽车交流永磁同步电动机弱磁调速控制判定方法，其特征在于：所述k₂的取值范围为0.2～0.29。

本发明与现有技术相比具有以下优点：

1、本发明的方法步骤简单，设计新颖合理，实现方便。

2、本发明联合调制系数、电动机电压和电动机转子的角速度来判断电动汽车的运行状态，确定是否需要进行弱磁调速控制，能够保证电动汽车行驶的安全性。

3、本发明以逆变器的最大输出电压为中心，当电动机电压高于逆变器的最大输出电压或低于逆变器的最大输出电压一定数值时，进行或取消弱磁调速控制，可以避免电动机在正常运行和弱磁调速之间的振荡。

4、电动汽车在运行过程中，车载能源的直流电压处于不断变化的状态，因此电动机的转折速度也是随之而变化的，采用与转折速度关联的电动机电压与逆变器的最大输出电压的对比，能够克服原有的固定转折速度判断不准确的不足。

5、本发明的计算量小，误判率低，实用性强，使用效果好，便于推广使用。

综上所述，本发明方法步骤简单，设计新颖合理，实现方便，计算量小，误判率低，实用性强，使用效果好，便于推广使用。

下面通过附图和实施例，对本发明的技术方案做进一步的详细描述。

附图说明

图1为本发明所采用的电动汽车交流永磁同步电动机弱磁调速控制系统的电路框图。

图2为本发明的方法流程框图。

附图标记说明:

1—电压传感器； 2—控制器； 3—位置传感器；

4—A相电流传感器； 5—B相电流传感器； 6—C相电流传感器；

7—交流永磁同步电动机。

具体实施方式

如图1和图2所示，本发明的电动汽车交流永磁同步电动机弱磁调速控制判定方法，所述电动汽车上设置有用于将直流电转换为交流电后为交流永磁同步电动机7供电的逆变器，该方法包括以下步骤：

步骤一、信号采集及传输：采用电压传感器1对逆变器直流侧电压U_dc进行实时检测并将检测到的信号输出给控制器2，采用位置传感器3对交流永磁同步电动机7转子位置角θ进行实时检测并将检测到的信号输出给控制器2，采用A相电流传感器4对交流永磁同步电动机7的定子绕组的A相输入电流i_A进行实时检测并将检测到的信号输出给控制器2，采用B相电流传感器5对交流永磁同步电动机7的定子绕组的B相输入电流i_B进行实时检测并将检测到的信号输出给控制器2，采用C相电流传感器6对交流永磁同步电动机7的定子绕组的C相输入电流i_C进行实时检测并将检测到的信号输出给控制器2；

步骤二、交流永磁同步电动机7弱磁调速控制判定，具体过程为：

步骤201、控制器2采用空间矢量脉宽调制算法(SVPWM)对交流永磁同步电动机7进行调制，并根据公式计算调制系数m；其中，U_ref为两相静止坐标系下交流永磁同步电动机7的定子绕组的参考电压；参考电压U_ref为在控制器2采用空间矢量脉宽调制算法SVPWM对交流永磁同步电动机7进行调制过程中的已知量；

步骤202、控制器2将调制系数m与1进行比较，当m≤1时，控制器2控制交流永磁同步电动机7运行在恒转矩区域；否则，当m>1时，首先，控制器2采用两相旋转坐标系下的电动机电压计算模型计算交流永磁同步电动机7的电压u，然后，控制器2将交流永磁同步电动机7的电压u与逆变器的最大输出电压U_max进行比较，当u≤U_max时，控制器2控制交流永磁同步电动机7运行在恒转矩区域，当u>U_max时，控制器2对交流永磁同步电动机7进行弱磁调速控制；其中，ω为交流永磁同步电动机7转子的角速度且t为时间，L_d为交流永磁同步电动机7的定子绕组在两相旋转坐标系下的d轴电感，L_q为交流永磁同步电动机7的定子绕组在两相旋转坐标系下的q轴电感，i_d为交流永磁同步电动机7的定子绕组在两相旋转坐标系下的d轴电流，i_q为交流永磁同步电动机7的定子绕组在两相旋转坐标系下的q轴电流，$\left(\begin{array}{c}{i}_d\\ i_q\end{array}\right)=\frac{2}{3}\left(\begin{array}{cc}\cos \theta & \sin \theta \\ \sin \theta & -\cos \theta \end{array}\right)\left(\begin{array}{ccc}1& -\frac{1}{2}& -\frac{1}{2}\\ 0& \frac{\sqrt{3}}{2}& -\frac{\sqrt{3}}{2}\end{array}\right)\left(\begin{array}{c}{i}_A\\ i_B\\ i_C\end{array}\right),$ψ_f为交流永磁同步电动机7永磁体产生的磁链。在交流永磁同步电动机7已确定的情况下，L_d、L_q和ψ_f均为已知量。

本实施例中，步骤202中控制器2对交流永磁同步电动机7进行弱磁调速控制的过程中，当u的值从u>U_max变化为u<U_max且|u-U_max|≤k₁U_max时，或者当交流永磁同步电动机7转子的角速度ω的取值满足|w-w_b|≤k₂w_b时，控制器2仍然对交流永磁同步电动机7进行弱磁调速控制；当u的值从u>U_max变化为u<U_max且|u-U_max|>k₁U_max时，或者当交流永磁同步电动机7转子的角速度ω的取值满足|w-w_b|>k₂w_b时，控制器2控制交流永磁同步电动机7运行在恒转矩区域；其中，w_b为电动机电压u等于U_max时交流永磁同步电动机7转子的角速度，k₁为电压差调整系数且k₁为小于1的数，k₂为角速度差调整系数且k₂为小于1的数。w_b在此处为电动机的转折速度。

本实施例中，所述k₁的取值范围为0.16～0.23。k₁这样的取值范围是根据U_dc的变化范围确定的，能够有效地避免交流永磁同步电动机7在正常运行和弱磁调速之间的振荡。

本实施例中，所述k₂的取值范围为0.2～0.29。k₂这样的取值范围是根据交流永磁同步电动机7转子的角速度随着额定电压变化的范围确定的，能够有效地避免交流永磁同步电动机7在正常运行和弱磁调速之间的振荡。

以上所述，仅是本发明的较佳实施例，并非对本发明作任何限制，凡是根据本发明技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、变更以及等效结构变化，均仍属于本发明技术方案的保护范围内。