[發明專利]永磁同步電機輸出轉矩在線計算方法

在審

• 申請號: 201710620377.0
• 申請日: 2017-07-26
• 公開（公告）號: CN107294451A
• 公開（公告）日: 2017-10-24
• 發明（設計）人: 文彥東;劉志強;郭璐璐;張穎;暴杰;胡晶;趙慧超;王飛;李帥;胡波;黃智昊;劉曉錄;劉金峰
• 申請（專利權）人: 中國第一汽車股份有限公司
• 主分類號: H02P21/20
• 分類號: H02P21/20
• 代理公司: 吉林長春新紀元專利代理有限責任公司22100
• 代理人: 王薇

1.一種永磁同步電機輸出轉矩在線計算方法，由整車控制單元、主動短路控制單元、逆變開關電路、永磁同步電機、位置傳感器、三相電流傳感器、位置及轉速處理單元、CLARK和PARK變換單元和轉矩計算模塊組成；其特征在于：

所述整車控制單元用于根據整車工作模式向主動短路控制單元發出主動短路控制指令；

所述主動短路控制單元根據整車控制單元發出的主動短路控制指令和位置及轉速處理單元輸出的轉速信號判斷是否實施主動短路控制，當整車控制單元輸出的主動短路控制指令為且電機機械轉速超過拐點轉速_g，在兩個條件均成立的情況下，輸出主動短路PWM信號到逆變開關電路，如不滿足條件則不輸出主動短路PWM信號；

所述逆變開關電路包括六個開關元件，開關元件為絕緣柵雙極晶體管(IGBT)，用于執行主動短路控制單元發出的主動短路PWM信號，控制相應的三個上橋臂或下橋臂開關元件執行閉合動作；

所述永磁同步電機為三相永磁同步電機，是被控對象，接受逆變開關電路的控制；

所述位置傳感器為旋轉變壓器或者絕對位置光電編碼器，其用于檢測電機轉子絕對位置；

所述三相電流傳感器為基于霍爾效應的非接觸式電流傳感器或基于利用串入相線中電阻產生電壓原理的接觸式電流傳感器，其用于檢測永磁同步電機的三相電流，并將采集的電流信號輸出到CLARK和PARK變換單元；

所述位置及轉速處理單元根據位置傳感器輸出信號計算轉子位置θ和電機機械轉速ω；

所述CLARK和PARK變換單元接收電流傳感器檢測到的三相電流、 、和位置及轉速處理單元輸出的位置信號θ，根據公式（1）、公式（2）和公式（3）換算為旋轉坐標系下直軸電流和交軸電流；

CLARK變換公式如下：

（1）

（2）

PARK變換公式如下：

（3）

其中，、 為靜止坐標系下的直、交軸電流；、 、為靜止坐標系下的三相交流電流；θ轉子位置電角度；、為旋轉坐標系下的直、交軸電流；

所述轉矩計算模塊包括交流相電流幅值計算單元、永磁體磁鏈查表模塊、直交軸電感查表單元和轉矩計算單元；其中，所述交流相電流幅值計算單元根據公式（11）計算交流相電流幅值，輸出給永磁體磁鏈查表模塊；所述永磁體磁鏈查表模塊用于根據交流相電流幅值查表獲得永磁體磁鏈值；所述直交軸電感查表單元根據直交軸電流查表獲得直交軸電感和；所述的轉矩計算單元根據永磁同步電機轉矩公式（4）進行計算；

（4）

其中，p為電機轉子極對數；T_e為電磁轉矩；為永磁體磁鏈；

轉矩公式（4）中，直軸電流和交軸電流可以通過CLARK和PARK變換單元計算得到，直交軸電感和通過直交軸電感查表單元獲得，p為電機轉子極對數為常數，公式中永磁體磁鏈不能做常數處理，其受轉子溫度影響很大，隨著轉子溫度的上升而減小，反之，增加；由于無法直接測量，只能采用間接測量方法，具體方法如下：

忽略電機相繞組漏電感、鐵心飽和、渦流和磁滯損耗，電流為對稱的三相正弦電流，則其穩態電壓方程如下：

（5）

（6）

其中，為直軸電壓、為交軸電壓， R為定子電阻；

在電機三相短路情況下，忽略功率模塊的管壓降，則直軸電壓和交軸電壓為零，

（7）

（8）

進一步可得：

（9）

（10）

同時，由于直交軸電流滿足如下關系：

（11）

其中， 為定子相電流幅值；

當電機機械轉速ω趨近于無窮大時，則有，

（12）

（13）

（14）

（15）

因此，通過試驗標定出不同溫度下永磁體磁鏈與定子相電流幅值的一一對應關系，通過以i_s為索引，查表獲得永磁體磁鏈數值，帶入到公司（4）中即可在線計算永磁同步電機輸出轉矩；

所述直交軸電感查表單元，由于直軸電感是直軸電流和交軸電流的函數，通過有限元仿真軟件可以得到二者之間的對應關系，同理可得交軸電感與直交軸電流和的對應關系。

2.根據權利要求1所述的一種永磁同步電機輸出轉矩在線計算方法，其特征在于具體步驟如下：

A、對系統上電進行初始化；

B、由主動短路控制單元判斷主動短路指令是否為；如是，執行步驟D，否則停留在此步驟繼續判斷；

C、接著判斷電機機械轉速是否超過拐點轉速_g；如是，則執行步驟D，否則返回步驟B；

D、由主動短路控制單元發出主動短路控制指令，逆變開關電路實施主動短路；

E、由位置傳感器檢測電機轉子位置，三相電流傳感器、檢測三相電流；由位置及轉速處理單元計算轉子位置和電機機械轉速；由CLARK和PARK變換單元計算直交軸電流；由交流相電流幅值計算單元計算相電流幅值i_s；

F、由步驟E計算出的直交軸電流，輸入到交流相電流幅值計算單元計算相電流幅值i_s；根據i_s對永磁體磁鏈查表獲得永磁體磁鏈數值；由直交軸電感查表單元通過查表獲得直交軸電感數值；

G、由轉矩計算單元根據轉矩公式計算輸出轉矩；

步驟F中，所述永磁體磁鏈表格為試驗法獲得，每個轉子溫度對應一個永磁體磁鏈數值，在不同轉子溫度下，對永磁同步電機進行不同轉速下穩態短路試驗而獲得短路電流幅值與永磁體磁鏈的關系；

步驟F中，所述永磁體磁鏈表格也可為仿真法獲得，是根據永磁同步電機有限元仿真模型獲得不同轉子溫度和轉速下，短路電流幅值與永磁體磁鏈的關系表。