一种电动车控制器及控制方法技术

本发明专利技术涉及一种电动车控制器及控制方法，它是基于对电机转子速度或位置的精确检测，针对电机以转矩控制为核心，功率控制和速度控制相结合的系统控制策略，提高对电流和速度的控制精度，从而保证电机控制的优越性能。基于精确的电流和磁场位置检测，实现真正的闭环矢量控制，电流和速度控制精准，不会产生较大电流尖峰，MOSFET受冲击小；过载时效率高，频繁启动和爬坡状态下效率高，发热小，配合内部温度和功率优化调节曲线，有效保护驱动器和电机免遭损坏。鉴于以上理由，本发明专利技术可以广泛用于电动车领域。

【技术实现步骤摘要】
一种电动车控制器及控制方法
本专利技术涉及电动车领域，特别是关于一种电动车控制器及控制方法。
技术介绍
随着石油资源的减少和人们环保意识的提高，电动车以其零排放、低噪音和高效率等优点而越来越受到人们的重视。电动车较内燃机车结构简单，机械传动部件少，维修保养工作量小，且电动车易于操控，电动车发展与应用前景令人瞩目。目前，普遍采用的电动车控制器及其控制方法有以下几种：1、有刷直流电机控制器简单PWM(PulseWidthModulation，脉冲宽度调制技术)脉宽调速，大多采用专用芯片或模拟电路设计，价格便宜，控制简单，发展已非常成熟，但控制精度低、保护措施弱。实际应用时需要电机换向(即前进或倒车)情况下，都必须有外部装置电磁接触器，可靠性低，只能配合有刷直流串励/他励或有刷永磁电机使用。2、基于开关霍尔的方波控制器采用低价位的8位或16位微处理器设计，通过开关霍尔元件实现电机磁场换向和速度反馈，调节PWM占空比进行电机调速，电流环使用开环控制，控制电源多采用线性电源。这种方案技术成熟，成本低廉，但方波控制器在电流换向过程中，易产生转矩波动，电磁噪声也较大，且仅通过开关霍尔元件的六个状态进行一个磁极内的转矩控制，使得磁场控制精度低，损耗较大，效率较低，过载能力弱，对于车类负载不确定的情况下，容易导致功率器件损坏，续航里程也短。3、基于开关霍尔的正弦波控制器此类控制器采用类似方波控制器的硬件结构，使用矢量控制算法，通过开关霍尔元件和当前速度预估当前电角度位置，电流检测手段上各有区别：如在母线上采用单电阻采样，使用电流重构技术作为电流反馈；采用母线采样电阻和一相下桥臂采样电阻采样电流；采用两相下桥臂采样电阻采样电流；其它也有直接采样两相相电流模式。此类控制器的最大特点就是通过最简单的手段实现磁场的精确检测，达到电流的精确控制，控制效率高，转矩波动小，续航里程大大提高，但启动仍然使用方波启动，低速控制效率提高不明显。4、基于位置传感器的正弦波控制器此类控制器控制手段也是矢量控制技术，只是角度检测和速度反馈使用位置传感器，使得控制启动性能和低速性能得到大大提高，但车类常用传感器是旋转变压器，其可靠性高，但价格贵，也只在高速纯电动汽车和客车上得以广泛应用，三轮车和低速电动汽车上还是用不起。综上可知，目前市场上普遍应用的控制器，采用的大多是基于开关霍尔元件作为位置传感器(只能检测换向点，不能反馈精确的转子磁场方向)的半开环正弦控制方式；控制器大都无精确的电机电流和转子角度反馈，属于半开环控制，电流尖峰大，导致MOSFET击穿概率增加；大扭矩时电机效率低，频繁启动和爬坡运行时发热量大，控制器和电机烧坏概率增加；采用旋转变压器作为位置传感器时，又价格贵，只能用在高速电动汽车和大型客车上。当前控制器导致的电动车存在问题：1)启动不平稳，转矩控制精度低，零速或低速时不能输出大转矩；2)爬坡性能较差，且连续过载能力弱；3)续航里程不长，高效率(80％以上)范围窄；4)过温、连续过载等恶劣状态时，不能保护好电机和驱动器；5)不能实时监测母线电压和母线电流，对欠电压、母线电流过放电没有保护好。
技术实现思路
本专利技术要解决的技术问题是：为了解决现有技术中不能实现电机电流和速度精准控制的问题，本专利技术提供一种电动车控制器及控制方法来解决上述问题。为了实现上述目的，本专利技术采用了如下技术方案：一种电动车控制器，其特征在于：它包括主控模块、功率模块和接口模块，且所述功率模块包括电机，所述接口模块包括电机转子传感器；所述接口模块中的所述电机转子传感器用于检测电机转子的反馈角位置θ_fb，并将该反馈角位置θ_fb信息传送给所述主控模块；所述功率模块用于向所述主控模块提供电机反馈电流I_fb，并根据所述主控模块输出的控制信号控制所述电机运转；所述主控模块包括主控单元，所述主控单元包括微分器、功率控制器、转矩处理器、比较器、速度控制器和电流控制器，且所述微分器接收所述电机转子传感器传送的反馈角位置θ_fb信息，所述电流控制器接收所述功率模块传送的电机反馈电流I_fb；所述微分器用于针对所述电机转子传感器提供的反馈角位置θ_fb信息进行微分得到反馈速度V_fb，并将反馈速度V_fb分别传送给所述功率控制器和所述速度控制器；所述功率控制器用于针对反馈速度V_fb和预先设定的功率设置值Pow_ref进行功率限制计算得到电流限制值I_limit和系数k，并将系数k传送给所述转矩处理器和将电流限制值I_limit传送给所述比较器；所述转矩处理器根据预先设定的转矩指令T_ref结合系数k经过计算得到电流目标值I_ref，并将电流目标值I_ref传送给所述比较器；所述比较器用于比较电流目标值I_ref和电流限制值I_limit，若I_ref>I_limit，则电流环输入目标值I`_ref＝I_limit；否则I`_ref＝I_ref，比较后输出电流环输入目标值I`_ref，并将电流环输入目标值I`_ref传送给所述电流控制器；所述速度控制器用于计算预先设定的速度目标值V_ref和反馈速度V_fb的速度差值ΔV，通过速度差值ΔV计算输出电流值I，实现速度闭环控制，并将电流值I传送给所述电流控制器；所述电流控制器采用电流环输入目标值I`_ref、电流值I和电机反馈电流I_fb计算电流差值ΔI，通过电流差值ΔI计算输出驱动电压U，实现电流闭环控制；并将驱动电压U转换成电机驱动信号传送给所述功率模块，所述功率模块根据驱动信号生成电流控制电机运转。所述电机转子传感器采用角位移传感器。所述接口模块还包括传感器接口、功能接口和通讯接口；所述传感器接口用于与所述电机转子传感器连接，并接收所述电机转子传感器信号，并将接收的所述电机转子传感器信号传送给所述主控模块；所述功能接口用于与电动车各个功能部件连接，一方面接收电动车部件各种功能信号，并将接收的电动车部件各种功能信号传送给所述主控模块，另一方面接收所述主控模块提供的功能控制信号，输出给相应的功能部件；所述通讯接口用于与PC上位机连接，一方面接收所述PC上位机数据信号传送给所述主控模块，另一方面接收所述主控模块提供的数据信号输出给所述PC上位机。所述控制器还包括电源模块，所述电源模块分别连接所述主控模块和所述功率模块，且为二者供电；所述电源模块包括母线电源，所述母线电源实时将母线电压信号BUS_VOR和母线电流信号BUS_CUR传送给所述主控模块；所述主控模块内预先设置母线电压范围值和母线电流最大值；当母线电压信号BUS_VOR不在母线电压范围值内，则停止或降低输出所述控制器的运行功率，实现对母线欠压或者过压保护；当母线电流信号BUS_CUR超过母线电流最大值时，对电机进行功率限制控制。一种电动车控制器的控制方法，它包括以下步骤：1)所述功率模块将电机反馈电流I_fb反馈给主控模块中的所述电流控制器，同时所述电机转子传感器检测电机转子输出的反馈角位置θ_fb，并将反馈角位置θ_fb传送给所述微分器；2)所述微分器用于针对所述电机转子传感器提供的反馈角位置θ_fb信息进行微分得到反馈速度V_fb，并将反馈速度V_fb分别传送给所述功率控制器和所述速度控制器；3)所述功率控制器用于针对反馈速度V_fb和预先设定的功率设置值本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种电动车控制器，其特征在于：它包括主控模块(100)、功率模块(200)和接口模块(300)，且所述功率模块(200)包括电机，所述接口模块(300)包括电机转子传感器(301)；所述接口模块(300)中的所述电机转子传感器(301)用于检测电机转子的反馈角位置θ_fb，并将该反馈角位置θ_fb信息传送给所述主控模块(100)；所述功率模块(200)用于向所述主控模块(100)提供电机反馈电流I_fb，并根据所述主控模块(100)输出的控制信号控制所述电机运转；所述主控模块(100)包括主控单元(101)，所述主控单元(101)包括微分器(102)、功率控制器(103)、转矩处理器(104)、比较器(105)、速度控制器(106)和电流控制器(107)，且所述微分器(102)接收所述电机转子传感器(301)传送的反馈角位置θ_fb信息，所述电流控制器(107)接收所述功率模块(200)传送的电机反馈电流I_fb；所述微分器(102)用于针对所述电机转子传感器(301)提供的反馈角位置θ_fb信息进行微分得到反馈速度V_fb，并将反馈速度V_fb分别传送给所述功率控制器(103)和所述速度控制器(106)；所述功率控制器(103)用于针对反馈速度V_fb和预先设定的功率设置值Pow_ref进行功率限制计算得到电流限制值I_limit和系数k，并将系数k传送给所述转矩处理器(104)和将电流限制值I_limit传送给所述比较器(105)；所述转矩处理器(104)根据预先设定的转矩指令T_ref结合系数k经过计算得到电流目标值I_ref，并将电流目标值I_ref传送给所述比较器(105)；所述比较器(105)用于比较电流目标值I_ref和电流限制值I_limit，若I_ref>I_limit，则电流环输入目标值I`_ref＝I_limit；否则I`_ref＝I_ref，比较后输出电流环输入目标值I`_ref，并将电流环输入目标值I`_ref传送给所述电流控制器(107)；所述速度控制器(106)用于计算预先设定的速度目标值V_ref和反馈速度V_fb的速度差值ΔV，通过速度差值ΔV计算输出电流值I，实现速度闭环控制，并将电流值I传送给所述电流控制器(107)；所述电流控制器(107)采用电流环输入目标值I`_ref、电流值I和电机反馈电流I_fb计算电流差值ΔI，通过电流差值ΔI计算输出驱动电压U，实现电流闭环控制；并将驱动电压U转换成电机驱动信号传送给所述功率模块(200)，所述功率模块(200)根据驱动信号生成电流控制电机运转。...

【技术特征摘要】
1.一种电动车控制器，其特征在于：它包括主控模块(100)、功率模块(200)和接口模块(300)，且所述功率模块(200)包括电机，所述接口模块(300)包括电机转子传感器(301)；所述接口模块(300)中的所述电机转子传感器(301)用于检测电机转子的反馈角位置θ_fb，并将该反馈角位置θ_fb信息传送给所述主控模块(100)；所述功率模块(200)用于向所述主控模块(100)提供电机反馈电流I_fb，并根据所述主控模块(100)输出的控制信号控制所述电机运转；所述主控模块(100)包括主控单元(101)，所述主控单元(101)包括微分器(102)、功率控制器(103)、转矩处理器(104)、比较器(105)、速度控制器(106)和电流控制器(107)，且所述微分器(102)接收所述电机转子传感器(301)传送的反馈角位置θ_fb信息，所述电流控制器(107)接收所述功率模块(200)传送的电机反馈电流I_fb；所述微分器(102)用于针对所述电机转子传感器(301)提供的反馈角位置θ_fb信息进行微分得到反馈速度V_fb，并将反馈速度V_fb分别传送给所述功率控制器(103)和所述速度控制器(106)；所述功率控制器(103)用于针对反馈速度V_fb和预先设定的功率设置值Pow_ref进行功率限制计算得到电流限制值I_limit和系数k，并将系数k传送给所述转矩处理器(104)和将电流限制值I_limit传送给所述比较器(105)；所述转矩处理器(104)根据预先设定的转矩指令T_ref结合系数k经过计算得到电流目标值I_ref，并将电流目标值I_ref传送给所述比较器(105)；所述比较器(105)用于比较电流目标值I_ref和电流限制值I_limit，若I_ref>I_limit，则电流环输入目标值I`_ref＝I_limit；否则I`_ref＝I_ref，比较后输出电流环输入目标值I`_ref，并将电流环输入目标值I`_ref传送给所述电流控制器(107)；所述速度控制器(106)用于计算预先设定的速度目标值V_ref和反馈速度V_fb的速度差值ΔV，通过速度差值ΔV计算输出电流值I，实现速度闭环控制，并将电流值I传送给所述电流控制器(107)；所述电流控制器(107)采用电流环输入目标值I`_ref、电流值I和电机反馈电流I_fb计算电流差值ΔI，通过电流差值ΔI计算输出驱动电压U，实现电流闭环控制；并将驱动电压U转换成电机驱动信号传送给所述功率模块(200)，所述功率模块(200)根据驱动信号生成电流控制电机运转。2.如权利要求1所述的一种电动车控制器，其特征在于：所述电机转子传感器(301)采用角位移传感器。3.如权利要求1或2所述的一种电动车控制器，其特征在于：所述接口模块(300)还包括传感器接口(302)、功能接口(303)和通讯接口(304)；所述传感器接口(302)用于与所述电机转子传感器(301)连接，并接收所述电机转子传感器(301)信号，并将接收的所述电机转子传感器(301)信号传送给所述主控模块(100)；所述功能接口(303)用于与电动车各个功能部件连接，一方面接收电动车部件各种功能信号，并将接收的电动车部件各种功能信号传送给所述主控模块(100)，另一方面接收所述主控模块(100)提供的功能控制信号，输出给相应的功能部件；所述通讯接口(304)用于与PC上位机连接，一方面接收所述PC上位机数据信号传送给所述主控模块(100)，另一方面接收所述主控模块(100)提供的数据信号输出给所述PC上位机。4.如权利要求1或2所述的一种电动车控制器，其特征在于：所述控制器还包括电源模块(500)，所述电源模块(500)分别连接所述主控模块(100)和所述功率模块(200)，且为二者供电；所述电源模块(500)包括母线电源(501)，所述母线电源(501)实时将母线电压信号BUS_VOR和母线电流信号BUS_CUR传送给所述主控模块(100)；所述主控模块(100)内预先设置母线电压范围值和母线电流最大值；当母线电压信号BUS_VOR不在母线电压范围值内，则停止或降低输出所述控制器的运行功率，实现对母线欠压或者过压保护；当母线电流信号BUS_CUR超过母线电流最大值时，对电机进行功率限制控制。5.如权利要求1所述的一种电动车控制器的控制方法，它包括以下步骤：1)所述功率模块(200)将电机反馈电流I_fb反馈给主控模块(100)中的所述电流控制器(107)，同时所述电机转子传感器(301)检测电机转子输出的反馈角位置θ_fb，并将反馈角位置θ_fb传送给所述微分器(102)；2)所述微分器(102)用于针对所述电机转子传感器(301)提供的反馈角位置θ_fb信息进行微分得到反馈速度V_fb，并将反馈速度V_fb分别传送给所述功率控制器(103)和所述速度控制器(106)；3)所述功率控制器(103)用于针对反馈速度V_fb和预先设定的功率设置值Pow_ref进行功率限制计算得到电流限制值I_limit和系数k，并将系数k传送给所述转矩处理器(104)和将电流限制值I_limit传送给所述比较器(105)；4)所述转矩处理器(104)根据预先设定的转矩指令T_ref结合系数k经过计算得到电流目标值I_ref，并将电流目标值I_ref传送给所述比较器(105)；5)所述比较器(105)用于比较电流目标值...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘杰，蔡一，石晶合，
申请(专利权)人：常州寻心电子科技有限公司，
类型：发明
国别省市：江苏,32