车用永磁同步电机的抗饱和电流调节器及方法.pdf

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1、(19)中华人民共和国国家知识产权局 (12)发明专利申请 (10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请号 201911347117.6 (22)申请日 2019.12.24 (71)申请人 浙江零跑科技有限公司 地址 310051 浙江省杭州市滨江区物联网 街451号1楼、 6楼 (72)发明人 曹然 (74)专利代理机构 杭州杭诚专利事务所有限公 司 33109 代理人 尉伟敏 (51)Int.Cl. H02P 21/22(2016.01) H02P 21/00(2016.01) H02P 6/28(2016.01) B60L 15/20(2006.01) (54)发明名称 一种车。

2、用永磁同步电机的抗饱和电流调节 器及方法 (57)摘要 本发明公开了一种车用永磁同步电机的抗 饱和电流调节器及方法， 包括d轴电流调节器和q 轴电流调节器， d轴电流调节器和q轴电流调节器 的输出端分别与过调制装置、 抗饱和装置、 饱和 判断装置相连， 所述过调制装置输出端与输出电 压重构装置相连。 方法包括： 计算d轴和q轴电流 调节器的输出指令； 计算输出电压幅值|Vs_ref|； 将|Vs_ref|与Vs_lmt比较； 修正电压指令的幅值和 相位； 根据修正电压重构出实际的d轴电压Vd_real 和q轴电压Vq_real。 该技术方案通过引入新的抗饱 和算法和设计合理的控制参数， 保证电。

3、机控制系 统有较高的母线电压利用率， 提升电机系统高速 弱磁区运行的电流控制的稳定性和动态响应， 防 止电流调节器因饱和而失去调节能力， 避免造成 重要安全事故。 权利要求书2页 说明书5页 附图1页 CN 111262492 A 2020.06.09 CN 111262492 A 1.一种车用永磁同步电机的抗饱和电流调节器， 其特征在于， 包括d轴电流调节器(1) 和q轴电流调节器(2)， d轴电流调节器(1)和q轴电流调节器(2)的输出端分别与过调制装置 (3)、 抗饱和装置(5)、 饱和判断装置(6)相连， 所述过调制装置(3)输出端与输出电压重构装 置(4)相连。 2.根据权利要求1所。

4、述的一种车用永磁同步电机的抗饱和电流调节器， 其特征在于， 所 述输出电压重构装置(4)输出端与抗饱和装置(5)输入端相连。 3.一种车用永磁同步电机的抗饱和电流调节器的应用方法， 其特征在于， 包括以下步 骤： 计算d轴电流调节器和q轴电流调节器的输出指令； 根据d轴和q轴电压指令计算得到输出电压幅值|Vs_ref|； 将输出电压幅值|Vs_ref|与Vs_lmt比较， 判断抗饱和功能是否使能； 过调制装置对电压指令的幅值和相位进行修正并输出； 输出电压重构装置根据修正电压重构出实际的d轴电压Vd_real和q轴电压Vq_real。 4.根据权利要求3所述的一种车用永磁同步电机的抗饱和电流调。

5、节器的应用方法， 其 特征在于， 所述步骤1的d轴电流调节器的输出为： Vd_refkp_did+ ki_did q轴电流调节器的输出为： Vq_refkp_qiq+ ki_qiq 其中kp_d等于d轴电感Ld乘以电流调节器设计带宽wBW,ki_d等于电机定子电阻Rs乘以wBW， kp_q等于q轴电感Lq乘以电流调节器设计带宽wBW,ki_q等于电机定子电阻Rs乘以wBW。 5.根据权利要求4所述的一种车用永磁同步电机的抗饱和电流调节器的应用方法， 其 特征在于， 所述步骤2的输出电压幅值|Vs_ref|： 6.根据权利要求3所述的一种车用永磁同步电机的抗饱和电流调节器的应用方法， 其 特征在。

6、于， 所述步骤3的当时， 直接输出 d轴电流调节器的输出指令Vd_ref和q轴电流调节器的输出指令Vq_ref； 当 逆变器进入过调制装置进行修正。 7.根据权利要求6所述的一种车用永磁同步电机的抗饱和电流调节器的应用方法， 其 特征在于， 所述步骤3判断d轴电流调节器和q轴电流调节器的输出指令是否需要修正的同 时， 通过输出电压的幅值|Vs_ref|判断是否出现饱和而决定抗饱和功能是否开启， 开启时 Flag_AW1， 反之Flag_AW0.其判据为： 8.根据权利要求7所述的一种车用永磁同步电机的抗饱和电流调节器的应用方法， 其 特征在于， 抗饱和装置根据反馈的d轴和q轴电压与d轴和q轴电。

7、压指令的偏差Vd和Vq， 分 权利要求书 1/2 页 2 CN 111262492 A 2 别计算dq轴抗饱和分量kawdVd和kawqVq， 当抗饱和功能使能时， 分别将这两项送入对 应的电流调节器的积分器。 9.根据权利要求8所述的一种车用永磁同步电机的抗饱和电流调节器的应用方法， 其 特征在于， 所述步骤4抗饱和装置使能后， d轴电流调节器的输出为： Vd_refkp_did+ ki_d(kawdVd+id) q轴电流调节器的输出为： Vq_refkp_qiq+ ki_q(kawqVq+iq) 其中kawd1/kp_d， kawq1/kp_q。 10.根据权利要求3所述的一种车用永磁同步。

8、电机的抗饱和电流调节器的应用方法， 其 特征在于， 所述步骤4在经过过调制装置时， 期望电压在某些区域会超出电压六边形范围。 为了输出期望电压， 需要对初始电压矢量进行修正， 使其落在电压六边形的边 缘或内部， 实际输出的电压矢量被修正成 权利要求书 2/2 页 3 CN 111262492 A 3 一种车用永磁同步电机的抗饱和电流调节器及方法 技术领域 0001 本发明涉及电动汽车驱动领域， 尤其涉及一种车用永磁同步电机的抗饱和电流调 节器及方法。 背景技术 0002 电动汽车普遍采用永磁同步电机作为驱动装置。 其工作流程为： 整车下发转矩指 令至电机控制器， 电机控制器将转矩指令转换为对应。

9、的电流指令， 通过电机控制算法计算 响应该电流需要的电压指令， 最后通过脉宽调制(PWM)技术将来源于动力电池的直流电转 换成交流电驱动电机完成转矩响应。 由上述工作流程可知， 电机实现转矩输出的过程本质 上是电流输出， 因此电流控制在电动汽车电机控制器中起着至关重要的作用。 电流调节器 的一般拓扑为比例加积分环节， 其输出为电压指令， 该电压指令实际能够输出的电压在母 线电压固定时存在一个上限， 当实际电流无法跟踪给定， 比例积分调节器的输出超出逆变 器实际能输出的电压， 积分器一直增加而实际电流不增加， 此现象为电流调节器饱和现象。 饱和之后， 电流调节器不再具有电流调节能力， 也意味着电。

10、流不再受控， 整车输出转矩不再 响应驾驶员意图， 严重时会造成重大安全事故。 因此， 抗饱和能力对于电流调节器十分重 要。 0003 电动汽车用电机控制的特点在于， 母线电压受到动力电池的约束， 导致逆变器实 际能输出的交流电压存在上限， 电机高速运行时需要弱磁运行， 电压利用率越低则弱磁电 流越大， 降低系统效率影响续航， 而提高母线的电压利用率则能够有效减小弱磁电流， 一般 通过过调制技术实现电压利用率的提升。 提高母线的电压利用率会引起电流控制余量不足 出现饱和问题导致系统失控， 造成安全性问题。 0004 中国专利文献CN104135206A中公开了一种基于反向计算的电流抗饱和控制方案。

11、， 但是没有涉及PWM过调制运行的情况。 当电流调节器输出电压运行至过调制区域时， 抗饱和 功能生效， 避免电机进入过调制区域， 这会导致电机控制系统电压利用率偏低。 此外， 如果 通过修改参数使该方案支持运行在过调制区， 该方法也无法完全表征此时的输出电压， 影 响抗饱和性能， 造成电流控制震荡。 发明内容 0005 本发明主要解决原有的电流抗饱和技术无法直接应用于带过调制运行的电流控 制的技术问题， 提供一种车用永磁同步电机的抗饱和电流调节器及方法， 通过引入新的抗 饱和算法和设计合理的控制参数， 能够保证电机控制系统有较高的母线电压利用率， 提升 电机系统高速弱磁区运行的电流控制的稳定性。

12、和动态响应， 同时在电压余量较小时， 防止 电流调节器因饱和而失去调节能力， 避免造成重要安全事故。 0006 本发明的上述技术问题主要是通过下述技术方案得以解决的： 一种车用永磁同步 电机的抗饱和电流调节器， 包括d轴电流调节器和q轴电流调节器， d轴电流调节器和q轴电 流调节器的输出端分别与过调制装置、 抗饱和装置、 饱和判断装置相连， 所述过调制装置输 说明书 1/5 页 4 CN 111262492 A 4 出端与输出电压重构装置相连。 0007 作为优选， 所述的输出电压重构装置输出端与抗饱和装置输入端相连。 计算出实 际生效的d轴电压Vd_real和q轴电压Vq_real与d轴和q。

13、轴电压指令的偏差Vd和Vq， 分别计算 dq轴抗饱和分量kawdVd和kawqVq， 当抗饱和功能使能时， 分别将这两项送入对应的电 流调节器的积分器。 0008 一种车用永磁同步电机的抗饱和电流调节器的应用方法， 包括以下步骤： 0009 (1)计算d轴电流调节器和q轴电流调节器的输出指令； 0010 (2)根据d轴和q轴电压指令计算得到输出电压幅值|Vs_ref|； 0011 (3)将输出电压幅值|Vs_ref|与Vs_lmt比较， 判断抗饱和功能是否使能； 0012 (4)过调制装置对电压指令的幅值和相位进行修正并输出； 0013 (5)输出电压重构装置根据修正电压重构出实际的d轴电压V。

14、d_real和q轴电压 Vq_real。 0014 作为优选， 所述的步骤1的d轴电流调节器的输出为： 0015 Vd_refkp_did+ ki_did 0016 q轴电流调节器的输出为： 0017 Vq_refkp_qiq+ ki_qiq 0018 其中kp_d等于d轴电感Ld乘以电流调节器设计带宽wBW,ki_d等于电机定子电阻Rs乘 以wBW， kp_q等于q轴电感Lq乘以电流调节器设计带宽wBW,ki_q等于电机定子电阻Rs乘以wBW。 0019 作为优选， 所述的步骤2的输出电压幅值|Vs_ref|： 0020 0021作为优选， 所述的步骤3的当 时， 直接输出d轴电流调节器的输。

15、出指令Vd_ref和q轴电流调节器的输出指令Vq_ref； 当 逆变器进入过调制装置进行修正。 0022 作为优选， 所述的步骤3判断d轴电流调节器和q轴电流调节器的输出指令是否需 要修正的同时， 通过输出电压的幅值|Vs_ref|判断是否出现饱和而决定抗饱和功能是否开 启， 开启时Flag_AW1， 反之Flag_AW0.其判据为： 0023 0024 作为优选， 抗饱和装置根据反馈的d轴和q轴电压与d轴和q轴电压指令的偏差Vd 和Vq， 分别计算dq轴抗饱和分量kawdVd和kawqVq， 当抗饱和功能使能时， 分别将这 两项送入对应的电流调节器的积分器。 0025 作为优选， 所述的步骤。

16、4抗饱和装置使能后， d轴电流调节器的输出为： 0026 Vd_refkp_did+ ki_d(kawdVd+id) 0027 q轴电流调节器的输出为： 0028 Vq_refkp_qiq+ ki_q(kawqVq+iq) 说明书 2/5 页 5 CN 111262492 A 5 0029 其中kawd1/kp_d， kawq1/kp_q。 0030 作为优选， 所述的步骤4在经过过调制装置时， 期望电压在某些区域会超出电压六 边形范围。 为了输出期望电压， 需要对初始电压矢量进行修正， 使其落在电压六 边形的边缘或内部， 实际输出的电压矢量被修正成根据该电压矢量重构出实 际生效的dq电压指令。

17、用于电流调节器的抗饱和。 0031 本发明的有益效果是： 通过引入新的抗饱和算法和设计合理的控制参数， 能够保 证电机控制系统有较高的母线电压利用率， 提升电机系统高速弱磁区运行的电流控制的稳 定性和动态响应， 同时在电压余量较小时， 防止电流调节器因饱和而失去调节能力， 避免造 成重要安全事故。 附图说明 0032 图1是本发明的一种电路原理连接结构框图。 0033 图2是本发明的电压六边形范围图。 0034 图中 1 d轴电流调节器， 2 q轴电流调节器,3过调制装置,4输出电压重构装置,5 抗饱和装置,6饱和判断装置。 具体实施方式 0035 下面通过实施例， 并结合附图， 对本发明的技。

18、术方案作进一步具体的说明。 0036 实施例： 本实施例的一种车用永磁同步电机的抗饱和电流调节器， 如图1所示， 包 括d轴电流调节器1和q轴电流调节器2， d轴电流调节器1和q轴电流调节器2的输出端分别与 过调制装置3、 抗饱和装置5、 饱和判断装置6相连。 将d轴电流调节器的输出指令Vd_ref和q轴 电流调节器的输出指令Vq_ref传输到过调制装置3、 抗饱和装置5、 饱和判断装置6。 过调制装 置3输出端与输出电压重构装置4相连， 将修正电压传输给输出电压重构装置， 重构出实际 的d轴电压Vd_real和q轴电压Vq_real。 输出电压重构装置4输出端与抗饱和装置5输入端相连。 重构。

19、出实际生效的d轴电压指令Vd_real和q轴电压指令Vq_real与电流控制器输出的原始d轴和 q轴电压指令的偏差Vd和Vq， 分别计算dq轴抗饱和分量kawdVd和kawqVq， 当抗饱 和功能使能时， 分别将这两项送入对应的电流调节器的积分器。 0037 一种车用永磁同步电机的抗饱和电流调节器的应用方法， 包括以下步骤： 0038 (1)计算d轴电流调节器和q轴电流调节器的输出指令； d轴电流调节器的输出为： 0039 Vd_refkp_did+ ki_did 0040 q轴电流调节器的输出为： 0041 Vq_refkp_qiq+ ki_qiq 0042 其中kp_d等于d轴电感Ld乘以。

20、电流调节器设计带宽wBW,ki_d等于电机定子电阻Rs乘 以wBW， kp_q等于q轴电感Lq乘以电流调节器设计带宽wBW,ki_q等于电机定子电阻Rs乘以wBW。 0043 (2)根据d轴和q轴电压指令计算得到输出电压幅值|Vs_ref|； 输出电压幅值|Vs_ref |： 0044 说明书 3/5 页 6 CN 111262492 A 6 0045 (3)将输出电压幅值|Vs_ref|与Vs_lmt比较， 判断抗饱和功能是否使能； 其中， 当时， 直接输出d轴电流调节器的输出 指令Vd_ref和q轴电流调节器的输出指令Vq_ref； 当逆变器进入过调制装 置进行修正。 0046 (4)过调。

21、制装置对电压指令的幅值和相位进行修正并输出； 经过过调制装置时， 期 望电压在某些区域会超出电压六边形范围， 如图2。 为了输出期望电压， 需要对初始电压矢 量进行修正， 使其落在电压六边形的边缘或内部。 计算电压矢量的相位时， 考虑 到算法实施的载体-数字控制芯片的特性， 第k拍电流调节得到的输出电压会在第(k+1)拍 生效， 因此需要对相位进行补偿。 补偿值 comp等于1.5倍相邻两次转子位置采样的差值， 最 终计算的电压相位 u comp+ dq+ r,其中 r为转子位置；经过相位补 偿的电压即为第(k+1)拍的输出电压， 经过一拍延时用于第(k+1)拍电流调节的抗饱和计 算。 经过O。

22、VM装置， 实际输出的电压矢量被修正成 0047 (5)输出电压重构装置根据修正电压重构出实际的d轴电压Vd_real和q轴电压 Vq_real； 0048 (6)抗饱和装置根据实际的d轴电压Vd_real和q轴电压Vq_real与d轴和d轴电流调节器 的输出指令Vd_ref和q轴电流调节器的输出指令Vq_ref， 求出偏差Vd和Vq， 分别计算dq轴抗 饱和分量kawdVd和kawqVq， 当抗饱和功能使能时， 分别将这两项送入对应的电流调节 器的积分器。 0049 (7)通过输出电压的幅值|Vs_ref|判断是否出现饱和而决定抗饱和功能是否开启， 开启时Flag_AW1， 反之Flag_A。

23、W0.其判据为： 0050 0051 当Flag_AW0， 抗饱和功能不使能， dq轴反馈电压Vd_real、 Vq_real分别等于Vd_ref、 Vq_ref， ； 当Flag_AW1， dq轴反馈电压Vd_real、 Vq_real分别等于Vd_real0、 Vq_real0,此时为过调制 区重构后的电压， 在电流调节器饱和后小于初始电压指令， 利用此偏差实现电流环抗饱和 功能。 0052 (8)抗饱和装置使能后， d轴电流调节器的输出为： 0053 Vd_refkp_did+ ki_d(kawdVd+id) 0054 q轴电流调节器的输出为： 0055 Vq_refkp_qiq+ ki。

24、_q(kawqVq+iq) 0056 其中kawd1/kp_d， kawq1/kp_q。 0057 电流调节抗饱和装置使能之后， 实际输出电压Vd_real和Vq_real在一个电周期内的大 部分时间内均小于指令电压Vd_ref和Vq_ref,即Vd和Vq为负， 这样就能够在出现饱和时， 即 电流调节器的输出大于PWM的输出能力时， 对积分器输出进行削弱， 避免积分项过大， 使电 说明书 4/5 页 7 CN 111262492 A 7 流调节器的输出能够保证维持在非饱和状态。 当电流指令发生变化时， 电流调节器仍具有 电流控制能力， 控制电机的输出转矩。 同时， 通过合理控制抗饱和装置开启的条件， 能够利 用过调制装置提高电机驱动系统的稳态电压输出， 降低电机的弱磁电流， 提高弱磁区电机 的峰值功率输出， 在保证安全的条件下， 最大限度的利用电机的输出能力。 说明书 5/5 页 8 CN 111262492 A 8 图1 图2 说明书附图 1/1 页 9 CN 111262492 A 9 。