矢量型永磁无刷电机控制方法技术

本发明专利技术公开了一种矢量型永磁无刷电机控制方法，电机启动时，采用恒转矩区电流闭环控制方法对永磁无刷电机进行控制，其中，当电流环比例积分控制器输出的PWM占空比达到设定好的阈值时，采用恒功率弱磁区转矩闭环控制方法对永磁无刷电机进行控制；在恒功率弱磁区转矩闭环控制方法中，当转矩环比例积分控制器输出的弱磁控制超前导通换相角ΔθFW低于设定好的阈值时，采用恒转矩区电流闭环控制方法对永磁无刷电机进行控制。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种电机控制方法，尤其涉及矢量型永磁无刷电机控制方法。
技术介绍
纯电动汽车与混合动力汽车由于污染与排放少，且有较高的燃油经济性，成为未来汽车的主要形式。纯电动汽车与混合动力汽车的动力主要使用永磁同步电机和永磁无刷电机，其中永磁无刷电机为具有梯形波反电势的永磁同步电机，又称为直流无刷电机。目前使用永磁无刷电机作为汽车动力电机采用的是基于霍尔传感器的六步法控制策略。使用六步法控制策略只能实现电机电流的标量控制，若永磁无刷电机为内埋式转子永磁体，其dq轴电感不相等，使用标量控制无法实现电机最大转矩的输出。另外，随着电机转速的提升，转子永磁体的反电势逐渐提高，基于霍尔传感器的标量控制无法实现弱磁功能，电机的提速能力受到限制。在高转速区域的扭矩输出也受到限制。
技术实现思路
为改善传统标量型永磁无刷电机控制策略转矩输出能力低及无法弱磁扩速的弊端，本专利技术提出一种矢量型永磁无刷电机控制方法，其使用更高精度的位置传感器如增量编码器或旋转变压器作为电机转子位置传感器，并使用基于该位置传感器的电流矢量控制策略，实现了电机恒转矩区域最大转矩电流比控制以及恒功率区域的弱磁控制，提高了永磁无刷电机转矩输出能力，以及弱磁扩速能力。本专利技术解决技术问题采用如下技术方案：一种矢量型永磁无刷电机控制方法，其特征在于，电机启动时，采用恒转矩区电流闭环控制方法对永磁无刷电机进行控制，其中，当电流环比例积分控制器输出的PWM占空比达到设定好的阈值时，采用恒功率弱磁区转矩闭环控制方法对永磁无刷电机进行控制；在恒功率弱磁区转矩闭环控制方法中，当转矩环比例积分控制器输出的弱磁控制超前导通换相角ΔθFW低于设定好的阈值时，采用恒转矩区电流闭环控制方法对永磁无刷电机进行控制。可选的，所述恒转矩区电流闭环控制方法包括：S110、获取电机三相电流Ia，Ib和Ic；S120、获取电机转子位置θ；S130、根据电机三相电流Ia，Ib和Ic，得到三相电流幅值Ix；S140、根据转矩指令Te*得到电流指令Ix*以及最大转矩电流比控制的超前导通换相角ΔθMTPA，以实现最大转矩电流比控制；S150、对电流指令与各相电流幅值进行对比，利用比例积分控制器控制电机输出相应转矩，其中比例积分控制器的输出量为控制功率逆变器的PWM占空比；S160、将电机转子位置与最大转矩电流比控制的超前导通换相角ΔθMTPA叠加，得到新的电机转子位置θ*，并输入至PWM调制模块；S170、PWM调制模块根据新的电机转子位置θ*，确定功率逆变器的调制方式，输出相应占空比的PWM调制波形。可选的，恒功率弱磁区转矩闭环控制方法包括：S210、获取电机三相电流Ia，Ib和Ic；S220、获取电机转子位置θ；S230、通过3/2变换模块获取永磁无刷电机dq轴电流Id和Iq，并通过永磁无刷电机转矩估算模块获取电机电磁转矩Te_est；S240、对比Te*与估算的电机电磁转矩Te_est，通过转矩比例积分控制器输出弱磁超前导通换相角ΔθFW；S250、将电机转子位置与最大转矩电流比控制超前导通换相角ΔθMTPA、弱磁超前角ΔθFW叠加，得到新的电机转子位置θ*；S260、PWM调制模块根据电机转子位置θ*，确定功率逆变器的调制方式，输出相应占空比的PWM调制波形。可选的，当电流环比例积分控制器输出的PWM占空比达到98％时，锁定电流环比例积分控制器输出的PWM占空比为100％，采用恒功率弱磁区转矩闭环控制方法对永磁无刷电机进行控制。可选的，当转矩环比例积分控制器输出的弱磁控制超前导通换相角ΔθFW低于-5°时，解除电流环比例积分控制器输出的PWM占空比为100％的锁定，电机恢复到恒转矩区电流闭环控制方法。本专利技术具有如下有益效果：本专利技术解决了传统永磁无刷电机可控转速低的问题，提升了永磁无刷电机的转速范围，并实现全部转速区间的转矩控制。提升了永磁无刷电机恒转矩区的转矩输出能力，提高了控制的电流利用率。使得永磁无刷电动机作为动力电机应用于纯电动及混合动力汽车成为可能。附图说明图1为本专利技术的永磁无刷电机控制装置的结构示意图；图2为永磁无刷电机控制装置的结构示意图；图3为三相电流处理模块内部结构图；图4为转矩电流指令查表模块内部结构图；图5为永磁无刷电机PWM调制方式示意图；图6a为永磁无刷电机超前导通调制示意图；图6b为永磁无刷电机超前导通调制的等效矢量图；图7为转矩估算模块内部结构图；图8为恒转矩控制与弱磁控制切换流程图；图中标记示意为：1-永磁无刷电机；2-功率逆变器；3-电机控制器；4-位置传感器；5-三相电流传感器；6-3/2变换模块；7-转矩估算模块；8-电流处理模块；9-转矩-电流指令转换模块；10-电流环比例积分控制器；11-PWM调制模块；12-转矩环比例积分控制器。具体实施方式下面结合实施例及附图对本专利技术的技术方案作进一步阐述。实施例1本实施例提供了一种矢量型永磁无刷电机控制方法，其基于永磁无刷电机控制装置，所述永磁无刷电机控制装置包括永磁无刷电机1、功率逆变器2、电机控制器3、电机转子位置传感器4和三相电流传感器5。所述功率逆变器用于产生三相交流电；所述功率逆变器由MOS管或IGBT等功率元件构成特殊的拓扑结构(三相全桥逆变器)以实现电流从直流到交流的变换。所述三相电流传感器用于检测永磁无刷电机的三相电流；其一般为霍尔电流传感器。所述电机转子位置传感器用于检测电机转子实际位置；由高精度位置传感器如旋转变压器、光电编码器等传感器构成，在本实施例中使用旋转变压器作为电机转子位置传感器。所述电机控制器用于控制功率逆变器；本实施例中，所述电机控制器通过转子位置传感器获取永磁无刷电机转子位置(电角度)，通过三相电流传感器获取永磁无刷电机三相电流，同时控制功率逆变器进行直流交流变换，驱动永磁无刷电机输出指定的转矩。所述矢量型永磁无刷电机控制方法包括：当电机刚启动时，采用恒转矩区电流闭环控制方法；所述恒转矩区电流闭环控制方法包括：S110、通过三相电流传感器获取电机三相电流Ia，Ib和Ic；S120、通过永磁无刷电机转子位置传感器获取电机转子位置θ；S130、根据电机三相电流Ia，Ib和Ic，得到三相电流幅值Ix；参见附图2，三相电流处理模块8用于将三相电流转换为电流幅值Ix，三相电流的转换过程如图3所示，因永磁无刷电机三相电流任意时刻均一相为正、一相为负和一相为零，因此，可以将三相电流的每相的幅值取绝对值后相加并除以二，得到三相电流的电流幅值Ix。S140、根据转矩指令Te*得到电流指令Ix*以及最大转矩电流比控制的超前导通换相角ΔθMTPA，以实现最大转矩电流比控制；参见图2，转矩-电流指令转换模块9获取转矩指令Te*，并将转矩指令Te*转换为对应的电流指令Ix*及超前导通换相角ΔθMTPA。电流指令Ix*与超前导通换相角ΔθMTPA可以通过图4所示的查表单元获得，根据转矩指令Te*，通过查表单元LUT1及LUT2得到对应的电流指令Ix*及超前导通换相角ΔθMTPA。该查表单元可通过实际的电机数据标定得到，以实现永磁无刷电机的最大转矩电流比控制。S150、对电流指令与各相电流幅值进行对比，利用比例积分控制器控制电机输出相应转矩，其中比例积分控制器的输出量为控制功率逆变器的PW本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种矢量型永磁无刷电机控制方法，其特征在于，电机启动时，采用恒转矩区电流闭环控制方法对永磁无刷电机进行控制，其中，当电流环比例积分控制器输出的PWM占空比达到设定好的阈值时，采用恒功率弱磁区转矩闭环控制方法对永磁无刷电机进行控制；在恒功率弱磁区转矩闭环控制方法中，当转矩环比例积分控制器输出的弱磁控制超前导通换相角ΔθFW低于设定好的阈值时，采用恒转矩区电流闭环控制方法对永磁无刷电机进行控制。

【技术特征摘要】
1.一种矢量型永磁无刷电机控制方法，其特征在于，电机启动时，采用恒转矩区电流闭环控制方法对永磁无刷电机进行控制，其中，当电流环比例积分控制器输出的PWM占空比达到设定好的阈值时，采用恒功率弱磁区转矩闭环控制方法对永磁无刷电机进行控制；在恒功率弱磁区转矩闭环控制方法中，当转矩环比例积分控制器输出的弱磁控制超前导通换相角ΔθFW低于设定好的阈值时，采用恒转矩区电流闭环控制方法对永磁无刷电机进行控制。2.根据权利要求1所述的矢量型永磁无刷电机控制方法，其特征在于，所述恒转矩区电流闭环控制方法包括：S110、获取电机三相电流Ia，Ib和Ic；S120、获取电机转子位置θ；S130、根据电机三相电流Ia，Ib和Ic，得到三相电流幅值Ix；S140、根据转矩指令Te*得到电流指令Ix*以及最大转矩电流比控制的超前导通换相角ΔθMTPA，以实现最大转矩电流比控制；S150、对电流指令与各相电流幅值进行对比，利用比例积分控制器控制电机输出相应转矩，其中比例积分控制器的输出量为控制功率逆变器的PWM占空比；S160、将电机转子位置与最大转矩电流比控制的超前导通换相角ΔθMTPA叠加，得到新的电机转子位置θ*，并输入至PWM调制模块；S170、PWM调制模块根据新的电机转子位置θ*，确定功率逆变器的调制方式，输出相应占...

【专利技术属性】
技术研发人员：李岩，常城，赵慧超，
申请(专利权)人：中国第一汽车股份有限公司，
类型：发明
国别省市：吉林;22