用于提升电动汽车IPM电机控制器最大输出功率的方法技术

本发明专利技术公开了一种用于提升电动汽车IPM电机控制器最大输出功率的方法，本方法电机控制器以电流指令获取模块、比例积分控制器、电压矢量限制算法模块、坐标逆转换模块、矢量控制过调制模块和三相逆变器驱动电机，三相逆变器输出信号经坐标转换模块反馈至比例积分控制器，电机位置和速度信号经位置速度测量模块实现测量并反馈；电流指令获取模块按三个区域给出电机d、q轴电流指令；电压矢量限制算法模块判断电机工况给出电机d、q轴的电压限幅；矢量控制过调制模块按区域进行电压调制并定义脉宽调制比；建立电机动态模型，优化电机d、q轴电流输出质量。本方法提升最大输出功率，实现电流的平稳控制、良好的电流跟随动态响应以及稳态性能。

A Method for Improving the Maximum Output Power of IPM Motor Controller of Electric Vehicle

The invention discloses a method for increasing the maximum output power of IPM motor controller of electric vehicle. The motor controller of the method uses current command acquisition module, proportional integral controller, voltage vector restriction algorithm module, coordinate reversal conversion module, vector control over-modulation module and three-phase inverter drive motor. The output signal of three-phase inverter is fed back to the motor by coordinate conversion module. Proportional integral controller, motor position and speed signals are measured and fed back by position and speed measurement module; current command acquisition module gives motor D and q axis current instructions according to three regions; voltage vector limitation algorithm module gives motor D and q axis voltage limitation when judging motor working conditions; vector control over-modulation module carries out voltage modulation according to region and defines pulse width modulation ratio; The dynamic model of motor is used to optimize the output quality of D and q axis current. This method enhances the maximum output power, realizes the smooth control of current, good dynamic response of current following and steady-state performance.

【技术实现步骤摘要】
用于提升电动汽车IPM电机控制器最大输出功率的方法
本专利技术涉及电机控制
，尤其一种用于提升电动汽车IPM电机控制器最大输出功率的方法。
技术介绍
在采用电池供电的电动汽车用内嵌式永磁同步电机(IPMSM，InteriorPermanentMagnetSynchronousMachine)控制器中，存在着输出电压范围窄、输出扭矩小的不足，这是导致最大输出功率低的主要原因。为了提升电机控制系统的输出功率，通常大多从电机本体的设计入手考虑，其设计以减小损耗和提高效率为目标，为降低铜损，定子电阻设计较小，为提高电流和扭矩响应，定子d、q轴电感也较小。但其并未从电机运行特性进行考虑，输出功率的提升有限，影响电机的运行性能。
技术实现思路
本专利技术所要解决的技术问题是提供一种用于提升电动汽车IPM电机控制器最大输出功率的方法，本方法简便、容易实现，可实现提升最大输出功率接近20％，实现了电流的平稳控制、良好的电流跟随动态响应以及稳态性能。为解决上述技术问题，本专利技术用于提升电动汽车IPM电机控制器最大输出功率的方法，电机控制器以依次连接的电流指令获取模块、比例积分控制器、电压矢量限制算法模块、坐标逆转换模块、矢量控制过调制模块和三相逆变器驱动电机，三相逆变器输出信号经坐标转换模块反馈至比例积分控制器，电机位置和速度信号经位置速度测量模块分别反馈至电流指令获取模块、坐标逆转换模块和坐标转换，其中电流指令获取模块输入电机全速域工况的给定扭矩；本方法包括如下步骤：步骤一、电流指令获取模块分别按电机恒转矩区域采用最大转矩电流比控制算法给出电机d、q轴电流指令值，电机恒功率区域采用普通弱磁控制算法给出电机d、q轴电流指令值，电机深度弱磁区域采用最大转矩电压比控制算法给出电机d、q轴电流指令值；步骤二、优化电压矢量限制算法模块的电压矢量限制算法，判断电机全速域的工作区域以及电机所工作的发电或电动工况，分别给出电机d、q轴的电压限幅；步骤三、矢量控制过调制模块按区域进行电压调制并定义脉宽调制比MI为：其中：为基波相电压幅值，UDC为三相逆变器的母线电压；步骤四、建立电机动态模型，优化电机d、q轴的电流输出质量，依据电机的经典控制理论，磁路饱和及交叉耦合效应时的电机d、q轴电压方程为：其中，是随电机d、q轴电流id、iq非线性变化的磁链，Rs为定子电阻，ωe为同步转速，将式(1)和式(2)展开得到：其中，表示d轴动态电感，记为DLd，表示q轴动态电感，记为DLq，表示d轴交叉耦合电感，记为DLdq，表示q轴交叉耦合电感，记为DLqd；则电机动态模型为：电机动态模型融入电机动态电感和交叉耦合电感，提高电机矢量控制的准确性。进一步，所述电流指令获取模块在电机恒功率区域的d、q轴电流指令值给定如下:其中，Ulim＝0.636UDC，UDC为三相逆变器母线电压，Ismax为电机电流极限圆半径，Ld、Lq为电机d、q轴电感，且Lq>Ld，ψm为电机转子永磁链，ωe为同步转速；所述电流指令获取模块在电机深度弱磁区域的d、q轴电流指令值给定如下:其中，进一步，所述电压矢量限制算法模块的电压矢量限制算法包括如下步骤：A)判断全速域电机工作段是否为深度弱磁区域，如进入深度弱磁区域，如则退出深度弱磁区域；B)电机退出深度弱磁区域工作，判断电机所工作的工况是发电还是电动，如为电动工况，如为发电工况；C)电机电动工况时，按如下限幅规则对电机d、q轴电压进行限幅，比较电机d、q轴电流指令的大小，如果成立，按如下限幅措施执行：如：|ud|>η×Ulim，则udlim＝η×Ulim，如：|ud|≤η×Ulim，则udlim＝ud，如果成立，按如下限幅措施执行：如：|uq|>η×Ulim，则uqlim＝η×Ulim，如：|uq|≤η×Ulim，则uqlim＝uq，D)电机发电工况时，按如下限幅规则对电机d、q轴电压进行限幅，E)电机进入深度弱磁区域工作，判断电机所工作的工况是发电还是电动，如为电动工况，如为发电工况；F)电机电动工况时，按如下所述的限幅规则对电机d、q轴电压进行限幅，如|uq|>η×Ulim，则uqlim＝η×Ulim，如|uq|≤η×Ulim，则uqlim＝uq，G)电机发电工况时，按如下所述的限幅规则对电机d、q轴电压进行限幅，如|ud|>η×Ulim，则udlim＝η×Ulim，如|ud|≤η×Ulim，则udlim＝ud，其中，ud、uq为电压矢量限制算法模块的输入，udlim、uqlim为电机d、q轴电压限幅值，η为线性调制区最大输出电压与过调制区最大输出电压的比，为电机d轴磁链。进一步，所述矢量控制过调制模块将电压调制划分为线性区、第一过调制区和第二过调制区；所述线性区0≤MI<0.9069，输出电压Uo的范围为Uo≤0.577UDC；所述第一过调制区0.9069≤MI≤0.9523，输出电压Uo的范围为0.577UDC≤Uo≤0.606UDC，第一过调制区保持参考电压矢量相位不变，仅修正电压幅度，其中修正控制角αr与脉宽调制比MI的关系如下：所述第二过调制区0.9523<MI≤1，输出电压Uo的范围为0.606UDC≤MI<0.636UDC，第二过调制区参考电压矢量相位和电压幅度均进行修正，其中修正保持角αh与脉宽调制比MI的关系如下：角度修正按下式进行，其中，θe为参考电压矢量角度，θr'为电压矢量修正角度。进一步，所述坐标逆转换模块将电机d、q轴电压转换为α、β坐标系电压，uα＝udcosθe-uqsinθeuβ＝udsinθe+uqcosθe其中：uα为α轴电压，uβ为β轴电压，θe为参考电压矢量角度。进一步，所述坐标转换模块将电机三相电流转换为电机d、q轴电流，其中：ia为电机a相电流，ib为电机b相电流，θe为参考电压矢量角度。由于本专利技术用于提升电动汽车IPM电机控制器最大输出功率的方法采用了上述技术方案，即本方法中电机控制器以依次连接的电流指令获取模块、比例积分控制器、电压矢量限制算法模块、坐标逆转换模块、矢量控制过调制模块和三相逆变器驱动电机，三相逆变器输出信号经坐标转换模块反馈至比例积分控制器，电机位置和速度信号经位置速度测量模块分别反馈至电流指令获取模块、坐标逆转换模块和坐标转换，其中电流指令获取模块输入电机全速域工况的给定扭矩；电流指令获取模块分别按三个区域给出电机d、q轴电流指令值；电压矢量限制算法模块判断电机工况优化电压矢量限制算法，分别给出电机d、q轴的电压限幅；矢量控制过调制模块按区域进行电压调制并定义脉宽调制比；建立电机动态模型，优化电机d、q轴的电流输出质量。本方法简便、容易实现，有效实现最大输出功率的提升，实现了电流的平稳控制、良好的电流跟随动态响应以及稳态性能。附图说明下面结合附图和实施方式对本专利技术作进一步的详细说明：图1为本方法中电机控制器的原理框图；图2为本方法中电机全速域工况下工作区域划分示意图；图3为本方法中电压矢量限制算法模块的流程框图；图4为本方法中矢量控制过调制模块电压调制的线性区示意图；图5为本方法中矢量控制过调制模块电压调制的第一过调制区示意图；图6为本方本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种用于提升电动汽车IPM电机控制器最大输出功率的方法，电机控制器以依次连接的电流指令获取模块、比例积分控制器、电压矢量限制算法模块、坐标逆转换模块、矢量控制过调制模块和三相逆变器驱动电机，三相逆变器输出信号经坐标转换模块反馈至比例积分控制器，电机位置和速度信号经位置速度测量模块分别反馈至电流指令获取模块、坐标逆转换模块和坐标转换，其中电流指令获取模块输入电机全速域工况的给定扭矩；其特征在于本方法包括如下步骤：步骤一、电流指令获取模块分别按电机恒转矩区域采用最大转矩电流比控制算法给出电机d、q轴电流指令值，电机恒功率区域采用普通弱磁控制算法给出电机d、q轴电流指令值，电机深度弱磁区域采用最大转矩电压比控制算法给出电机d、q轴电流指令值；步骤二、优化电压矢量限制算法模块的电压矢量限制算法，判断电机全速域的工作区域以及电机所工作的发电或电动工况，分别给出电机d、q轴的电压限幅；步骤三、矢量控制过调制模块按区域进行电压调制并定义脉宽调制比MI为：

【技术特征摘要】
1.一种用于提升电动汽车IPM电机控制器最大输出功率的方法，电机控制器以依次连接的电流指令获取模块、比例积分控制器、电压矢量限制算法模块、坐标逆转换模块、矢量控制过调制模块和三相逆变器驱动电机，三相逆变器输出信号经坐标转换模块反馈至比例积分控制器，电机位置和速度信号经位置速度测量模块分别反馈至电流指令获取模块、坐标逆转换模块和坐标转换，其中电流指令获取模块输入电机全速域工况的给定扭矩；其特征在于本方法包括如下步骤：步骤一、电流指令获取模块分别按电机恒转矩区域采用最大转矩电流比控制算法给出电机d、q轴电流指令值，电机恒功率区域采用普通弱磁控制算法给出电机d、q轴电流指令值，电机深度弱磁区域采用最大转矩电压比控制算法给出电机d、q轴电流指令值；步骤二、优化电压矢量限制算法模块的电压矢量限制算法，判断电机全速域的工作区域以及电机所工作的发电或电动工况，分别给出电机d、q轴的电压限幅；步骤三、矢量控制过调制模块按区域进行电压调制并定义脉宽调制比MI为：其中：为基波相电压幅值，UDC为三相逆变器的母线电压；步骤四、建立电机动态模型，优化电机d、q轴的电流输出质量，依据电机的经典控制理论，磁路饱和及交叉耦合效应时的电机d、q轴电压方程为：其中，是d、q轴磁链，且随电机d、q轴电流id、iq非线性变化，Rs为定子电阻，ωe为同步转速，将式(1)和式(2)展开得到：其中，表示d轴动态电感，记为DLd，表示q轴动态电感，记为DLq，表示d轴交叉耦合电感，记为DLdq，表示q轴交叉耦合电感，记为DLqd；则电机动态模型为：电机动态模型融入电机动态电感和交叉耦合电感，提高电机矢量控制的准确性。2.根据权利要求1所述的用于提升电动汽车IPM电机控制器最大输出功率的方法，其特征在于：所述电流指令获取模块在电机恒功率区域的d、q轴电流指令值给定如下:其中，Ulim＝0.636UDC，UDC为三相逆变器母线电压，Ismax为电机电流极限圆半径，Ld、Lq为电机d、q轴电感，且Lq>Ld，ψm为电机转子永磁链，ωe为同步转速；所述电流指令获取模块在电机深度弱磁区域的d、q轴电流指令值给定如下:其中，3.根据权利要求1所述的用于提升电动汽车IPM电机控制器最大输出功率的方法，其特征在于：所述电压矢量限制算法模块的电压矢量限制算法包括如下步骤：A)判断全速域电机工作段是否为深度弱磁区域，如进入深度弱磁区域，如则退出深度弱磁区域；B)电机退出深度弱磁区域工作，判断电机所工作的工况是发电还是电动，如为电动工况，如为发电工况；C)电机电动工况时，按如下限幅规则对电机d、q轴电压进行限幅，比较电机d、q轴电流指令的大小，如果成...

【专利技术属性】
技术研发人员：吴平仿，陈双，王双全，
申请(专利权)人：上海大郡动力控制技术有限公司，
类型：发明
国别省市：上海,31