專利名稱：一種車用永磁同步電機(jī)控制系統(tǒng)及方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于新能源汽車驅(qū)動(dòng)電機(jī)系統(tǒng)領(lǐng)域，具體涉及永磁同步電機(jī)的轉(zhuǎn)矩控制方式、弱磁調(diào)節(jié)方式及交叉解耦控制。
背景技術(shù)：
對(duì)于新能源汽車驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)，一般采用具有高效率和高功率密度特性的永磁同步電機(jī)系統(tǒng)進(jìn)行驅(qū)動(dòng)，同時(shí)永磁同步電機(jī)的低速恒轉(zhuǎn)矩和高速恒功率特性也正好符合汽車的運(yùn)行特性要求。為了滿足整車運(yùn)行的速度范圍及控制的精確性，一般要求電機(jī)系統(tǒng)采用轉(zhuǎn)矩控制方式，并具備較高的調(diào)速范圍，從而對(duì)電機(jī)的控制方式提出了較高的要求。目前車用永磁同步電機(jī)系統(tǒng)控制時(shí)電流-電壓調(diào)節(jié)一般采用非交叉解耦的方式。該方式對(duì)電機(jī)的高速運(yùn)行有較大的限制，易于引起系統(tǒng)不穩(wěn)定。本發(fā)明主要針對(duì)這一相關(guān)問(wèn)題提出一種全新車用永磁同步電機(jī)系統(tǒng)控制方式，該方式中電流-電壓調(diào)節(jié)采用交叉解耦方式，同時(shí)采用自動(dòng)弱磁調(diào)節(jié)控制，可以降低控制難度，提高系統(tǒng)高速穩(wěn)定性和調(diào)速范圍。

發(fā)明內(nèi)容
為解決現(xiàn)有技術(shù)中存在的以上問(wèn)題，本申請(qǐng)公開(kāi)了一種新能源汽車用永磁同步電機(jī)控制系統(tǒng)。本發(fā)明針對(duì)車用永磁同步電機(jī)系統(tǒng)的工作要求提出一種永磁同步電機(jī)控制方式，該方式能夠?qū)崿F(xiàn)電機(jī)系統(tǒng)的轉(zhuǎn)矩控制，并具備寬調(diào)速范圍的工作能力，從而滿足整車工
作需要。本發(fā)明具體采用以下技術(shù)方案
一種車用永磁同步電機(jī)控制系統(tǒng)，其特征在于所述控制系統(tǒng)包含轉(zhuǎn)矩指令輸入單元、 轉(zhuǎn)矩_電流查表單元、交叉解耦調(diào)節(jié)單元、空間矢量脈寬調(diào)制單元、弱磁調(diào)節(jié)單元以及逆變器單元；
所述轉(zhuǎn)矩指令輸入單元通過(guò)CAN總線與整車相連，將整車發(fā)送的轉(zhuǎn)矩指令信號(hào)并進(jìn)行解析后輸入至所述轉(zhuǎn)矩_電流查表單元；
所含轉(zhuǎn)矩_電流查表單元根據(jù)轉(zhuǎn)矩指令輸入單元傳送的轉(zhuǎn)矩指令信號(hào)和弱磁調(diào)節(jié)單元輸出的弱磁參考電流指令進(jìn)行查表獲取所需的交/直軸電流指令信號(hào)輸入至交叉解耦調(diào)節(jié)單元；
所述交叉解耦調(diào)節(jié)單元根據(jù)轉(zhuǎn)矩_電流查表單元輸出的交/直電流指令和永磁同步電機(jī)單元輸出的實(shí)際交/直軸電流反饋信號(hào)進(jìn)行交叉解耦調(diào)節(jié)得到交/直軸參考電壓，并且將所述交/直軸參考電壓分別輸入至空間矢量脈寬調(diào)制單元和弱磁調(diào)節(jié)單元；
所述弱磁調(diào)節(jié)單元根據(jù)交叉解耦調(diào)節(jié)單元輸出的交/直軸參考電壓計(jì)算弱磁參考指令并輸入至所述轉(zhuǎn)矩_電流查表單元；
所述空間矢量脈寬調(diào)制單元根據(jù)交叉解耦調(diào)節(jié)單元輸出的交/直軸參考電壓進(jìn)行空間矢量脈寬調(diào)制，并將得到的脈寬調(diào)制信號(hào)輸入到所述逆變器單元，通過(guò)逆變器單元輸出三相動(dòng)力電壓驅(qū)動(dòng)永磁同步電機(jī)，永磁同步電機(jī)反饋輸出實(shí)際交/直軸電流反饋信號(hào)輸出至交叉解耦單元以進(jìn)行交叉解耦電流閉環(huán)調(diào)節(jié)。當(dāng)永磁同步電機(jī)轉(zhuǎn)速在當(dāng)前母線電壓對(duì)應(yīng)的基速以下時(shí)，弱磁調(diào)節(jié)單元無(wú)輸出， 當(dāng)永磁同步電機(jī)輸出轉(zhuǎn)速在當(dāng)前母線電壓對(duì)應(yīng)的基速以上時(shí)，弱磁調(diào)節(jié)單元輸出的弱磁參考電流指令作為轉(zhuǎn)矩-電流查表單元的輸入。在進(jìn)行弱磁調(diào)節(jié)控制時(shí)，交叉解耦單元輸出的交/直軸參考電壓作為弱磁調(diào)節(jié)單元的輸入，并且只有當(dāng)交/直軸參考電壓的幅值大于當(dāng)前母線電壓下最大可用電壓矢量幅值時(shí)才進(jìn)行弱磁調(diào)節(jié)。交叉解耦調(diào)節(jié)單元根據(jù)轉(zhuǎn)矩_電流查表單元輸出的交/直軸電流指令與永磁同步電機(jī)輸出的反饋電流的差值進(jìn)行交叉解耦調(diào)節(jié)，在進(jìn)行交叉解耦調(diào)節(jié)時(shí)，將交/直軸電流調(diào)節(jié)的結(jié)果分別乘以相應(yīng)的系數(shù)交叉疊加到各自調(diào)節(jié)的輸出上，經(jīng)過(guò)限幅后輸出交/直軸參考電壓指令，同時(shí)需要根據(jù)當(dāng)前轉(zhuǎn)速的方向?qū)徊娼怦钕禂?shù)進(jìn)行調(diào)整。采用上述車用永磁同步電機(jī)系統(tǒng)控制方案可以降低系統(tǒng)控制難度，擴(kuò)展電機(jī)轉(zhuǎn)速運(yùn)行范圍，提高系統(tǒng)的高速穩(wěn)定性，從而可進(jìn)一步提高新能源汽車用永磁同步電機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的安全性和可靠性。


圖1車用永磁同步電機(jī)控制系統(tǒng)框圖； 圖2交叉解耦單元內(nèi)部框架圖。
具體實(shí)施例方式下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明進(jìn)一步進(jìn)行闡述說(shuō)明。為了實(shí)現(xiàn)車用永磁同步電機(jī)系統(tǒng)寬調(diào)速范圍的要求，本發(fā)明在電機(jī)控制系統(tǒng)中引入了弱磁調(diào)節(jié)單元。由于受母線電壓的限制，當(dāng)電機(jī)轉(zhuǎn)速較高時(shí)，逆變器單元無(wú)法提供運(yùn)行所需的電壓幅值，故為了滿足較寬的調(diào)速范圍，需要對(duì)電機(jī)進(jìn)行弱磁控制，通過(guò)增加直軸負(fù)向電流的幅值，降低直軸磁場(chǎng)的磁密。在該控制方式的弱磁調(diào)節(jié)單元中，通過(guò)將交直軸電壓參考指令的幅值與當(dāng)前母線電壓下最大可用電壓矢量幅值進(jìn)行比較，從而判斷當(dāng)前轉(zhuǎn)速狀態(tài)下是否需要進(jìn)行弱磁控制，并根據(jù)二者的差值自動(dòng)進(jìn)行去磁直軸電流指令的輸出調(diào)節(jié)。 該調(diào)節(jié)方式不以轉(zhuǎn)速作為輸入，而是以交直軸電壓參考指令和母線電壓進(jìn)行自動(dòng)判斷和調(diào)節(jié)，提高了弱磁調(diào)節(jié)及系統(tǒng)控制的方便性。對(duì)于永磁同步電機(jī)，其電壓方程如下式所示
權(quán)利要求
1.一種車用永磁同步電機(jī)控制系統(tǒng)，其特征在于所述控制系統(tǒng)包含轉(zhuǎn)矩指令輸入單元、轉(zhuǎn)矩-電流查表單元、交叉解耦調(diào)節(jié)單元、空間矢量脈寬調(diào)制單元、弱磁調(diào)節(jié)單元以及逆變器單元；所述轉(zhuǎn)矩指令輸入單元通過(guò)CAN總線與整車相連，將整車發(fā)送的轉(zhuǎn)矩指令信號(hào)并進(jìn)行解析后輸入至所述轉(zhuǎn)矩_電流查表單元；所述轉(zhuǎn)矩_電流查表單元根據(jù)轉(zhuǎn)矩指令輸入單元傳送的轉(zhuǎn)矩指令信號(hào)和弱磁調(diào)節(jié)單元輸出的弱磁參考電流指令進(jìn)行查表獲取所需的交/直軸電流指令信號(hào)輸入至交叉解耦調(diào)節(jié)單元；所述交叉解耦調(diào)節(jié)單元根據(jù)轉(zhuǎn)矩_電流查表單元輸出的交/直電流指令信號(hào)和永磁同步電機(jī)單元輸出的實(shí)際交/直軸電流反饋信號(hào)進(jìn)行交叉解耦調(diào)節(jié)得到交/直軸參考電壓， 并且將所述交/直軸參考電壓分別輸入至空間矢量脈寬調(diào)制單元和弱磁調(diào)節(jié)單元；所述弱磁調(diào)節(jié)單元根據(jù)交叉解耦調(diào)節(jié)單元輸出的交/直軸參考電壓計(jì)算弱磁參考電流指令并輸入至所述轉(zhuǎn)矩_電流查表單元；所述空間矢量脈寬調(diào)制單元根據(jù)交叉解耦調(diào)節(jié)單元輸出的交/直軸參考電壓進(jìn)行空間矢量脈寬調(diào)制，并將得到的脈寬調(diào)制信號(hào)輸入到所述逆變器單元，通過(guò)逆變器單元輸出三相動(dòng)力電壓驅(qū)動(dòng)永磁同步電機(jī)，永磁同步電機(jī)反饋輸出實(shí)際交/直軸電流反饋信號(hào)輸出至交叉解耦單元以進(jìn)行交叉解耦電流閉環(huán)調(diào)節(jié)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的控制系統(tǒng)，其特征在于當(dāng)永磁同步電機(jī)轉(zhuǎn)速在當(dāng)前母線電壓對(duì)應(yīng)的基速以下時(shí)，弱磁調(diào)節(jié)單元無(wú)輸出；當(dāng)永磁同步電機(jī)輸出轉(zhuǎn)速在當(dāng)前母線電壓對(duì)應(yīng)的基速以上時(shí)，弱磁調(diào)節(jié)單元輸出的弱磁參考電流指令作為轉(zhuǎn)矩_電流查表單元的輸入。
3.根據(jù)權(quán)利2所述的控制系統(tǒng)，其特征在于在進(jìn)行弱磁調(diào)節(jié)控制時(shí)，交叉解耦單元輸出的交/直軸參考電壓作為弱磁調(diào)節(jié)單元的輸入，并且只有當(dāng)交/直軸參考電壓的幅值大于當(dāng)前母線電壓下最大可用電壓矢量幅值時(shí)才進(jìn)行弱磁調(diào)節(jié)。
4.根據(jù)權(quán)利1或3所述的控制系統(tǒng)，其特征在于交叉解耦調(diào)節(jié)單元根據(jù)轉(zhuǎn)矩_電流查表單元輸出的交/直軸電流指令與永磁同步電機(jī)輸出的反饋電流的差值進(jìn)行交叉解耦調(diào)節(jié)。
5.根據(jù)權(quán)利4所述的控制系統(tǒng)，其特征在于在進(jìn)行交叉解耦調(diào)節(jié)時(shí)，將交/直軸電流調(diào)節(jié)的結(jié)果分別乘以相應(yīng)的系數(shù)交叉疊加到各自調(diào)節(jié)的輸出上，經(jīng)過(guò)限幅后輸出交/直軸參考電壓指令，同時(shí)需要根據(jù)當(dāng)前轉(zhuǎn)速的方向?qū)徊娼怦钕禂?shù)進(jìn)行調(diào)整。
全文摘要
本發(fā)明提供一種全新永磁同步電機(jī)控制方法，該方法應(yīng)用的控制系統(tǒng)包括轉(zhuǎn)矩指令輸入單元，轉(zhuǎn)矩-電流查表單元，交叉解耦調(diào)節(jié)單元，空間矢量脈寬調(diào)制單元，逆變器單元，弱磁調(diào)節(jié)單元及永磁同步電機(jī)單元。其中轉(zhuǎn)矩-電流查表單元依據(jù)當(dāng)前弱磁調(diào)節(jié)的輸出結(jié)果和轉(zhuǎn)矩指令進(jìn)行解析查表獲取交直軸電流指令，該查表方式與轉(zhuǎn)速無(wú)關(guān)聯(lián)，從而提高了轉(zhuǎn)矩查表的方便性和準(zhǔn)確性。同時(shí)交叉解耦調(diào)節(jié)單元對(duì)交直軸電流指令和實(shí)際電流反饋的差值進(jìn)行交叉PI調(diào)節(jié)，從而降低電機(jī)本身高速時(shí)交叉耦合的影響，提高電機(jī)的高速穩(wěn)定性。而弱磁調(diào)節(jié)單元根據(jù)當(dāng)前的交直軸電壓參考指令計(jì)算電壓矢量的幅值，然后將此幅值與當(dāng)前母線電壓下的最大可用電壓矢量幅值進(jìn)行PI調(diào)節(jié)，自動(dòng)輸出弱磁參考電流指令，從而方便的擴(kuò)大電機(jī)調(diào)速范圍。
文檔編號(hào)H02P6/08GK102324877SQ201110273460
公開(kāi)日2012年1月18日 申請(qǐng)日期2011年9月15日 優(yōu)先權(quán)日2011年9月15日
發(fā)明者張輝, 朱華榮, 薛山 申請(qǐng)人:重慶長(zhǎng)安新能源汽車有限公司, 重慶長(zhǎng)安汽車股份有限公司