[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

技術領域

本發明涉及一種永磁同步電機輸出轉矩在線計算方法，屬于電機驅動控制技術領域。

背景技術

新能源汽車一般情況下是由多個動力源驅動整車，動力源包括電機和發動機等，電機既可和發動機同時驅動也可單獨驅動完成各種整車工作模式。電機在整車中多采用轉矩控制模式，但多數車用電機的工作環境溫度范圍都在-40℃到150℃之間。對于永磁同步電機，在該溫度范圍內，轉矩輸出會隨著溫度的升高而降低，導致整車輸出動力不足。為了實現轉矩安全，一種方法是在電機輸出軸上增加轉矩傳感器，對輸出轉矩進行實時監控，以保證系統安全，但是，這會導致整車成本升高，而且整車的空間非常有限。另一種方法是開發轉矩估算，以監控電機輸出，提高電機系統的可靠性。這種方法僅利用系統的原有參數即可進行轉矩估算，不需要額外傳感器，降低了硬件成本，因此得到廣泛應用。目前轉矩估算方法大體可以分為兩類：磁鏈估算法和滑模觀測器法。磁鏈估算法是以三相電流、電壓和轉子位置作為三個輸入量，通過估算磁通進而估算轉矩，這種方法軟件程序簡單，可以很容易地集成到單片機或者DSP中，然而，缺點是由于積分和溫度變化導致磁通有很大的直流偏置，該偏置會給轉矩估算帶來偏差。滑模觀測器法是通過滑模觀測器估算轉矩，這種方法的主要缺點是由于電機本體參數如d-q軸電感和定子電阻等都是時變的，模型的穩定性和收斂性不好。

申請號 201110071027.6公開了一種《一種故障模式下永磁電機轉矩估算方法》，其提出當所述電機工作狀態為正常模式時，按照預定的轉矩計算公式實時地計算轉矩輸出；當所述電機工作狀態為故障模式時，根據所述多個電機控制器檢測信號中的一個或多個進行查表來得到轉矩輸出或者按照功率等效計算公式U_dc*I_dc*η＝T*n實時地計算得到轉矩輸出，其中U_dc為直流母線電壓，I_dc為直流母線電流，η為系統效率，T為轉矩，n為轉速。該方法未考慮永磁體溫度的對轉矩輸出影響，且依賴大量實驗數據，實際應用中的精度不高。

申請號 201310124299.7公開了一種《電動馬達扭矩估算》，通過校準馬達以使得對于每個扭矩指令均具有對應的直軸（d軸）和交軸（q軸）電流指令。該方法包括建立扭矩指令T*。分別確定對應于扭矩指令T*的d軸和q軸電流指令Id*、Iq*。基于Id*、Iq*控制馬達。分別測量d軸和q軸電流Id、Iq。根據扭矩指令T*與扭矩差之和估算輸出扭矩。根據Id*、Iq*、Id、和Iq的函數確定扭矩差。可基于估算的輸出扭矩控制車輛。該專利通過轉矩指令T*查表獲得d軸和q軸電流指令Id*、Iq*，并未考慮溫度對轉矩的影響。

綜上所述，以上轉矩估算方法都未考慮永磁體溫度的影響，且均依賴于永磁同步電機本體的L_d、L_q和R_s等參數，而這些參數的時變特性限制了轉矩估算的精度。

發明內容

本發明的目的就在于針對上述現有技術的不足，提供一種永磁同步電機輸出轉矩在線計算方法，該方法通過測量主動短路電流補償了溫度對永磁體磁鏈影響，提高永磁同步電機輸出轉矩計算精度。

本發明是通過以下技術方案實現的：

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；