一种MTPV曲线标定方法及系统与流程

一种mtpv曲线标定方法及系统
技术领域
1.本发明涉及电动汽车控制领域，尤其涉及一种mtpv曲线标定方法及系统。


背景技术：

2.mtpv控制方式即最大转矩电压比控制方式(maximum torque-per-voltage，mtpv)，其含义是在该控制方式下，幅值一定的定子电压产生的转矩最大，等价于对应相同的电磁转矩，在该方式下所需的定子电压最小，进而对应的电动机铁损也最小。mtpv对应的工作点除了具有电压最小的特性之外，该点的定子磁链的幅值也最小。mtpv控制可以提高电机在单位定子电压下的转矩输出能力，因此，拟定mtpv曲线尤为关键。
3.传统方式上，mtpv曲线需要在台架进行精细的标定，具体存在以下几种标定方式：
4.1.手动地向电机输入电流id以及iq，通过肉眼观察并记录扭矩值，该标定方式下，记录精度不高，同时采用手动标定方法的操作较频繁，占用时间长，还会出现一些人为操作错误；
5.2.通过自动化标定平台，在不同的转速下迭代电流iq以及id，基于迭代的数据找mtpv曲线，该标定方式下，仍占用较长的时间。
6.因此，需要一种新型的mtpv曲线标定方法，可大幅度减少标定耗时，避免人为操作的失误。


技术实现要素：

7.为了克服上述技术缺陷，本发明的目的在于提供一种mtpv曲线标定方法及系统，获得的mtpv曲线平滑无波动，且mtpv区域内反馈电流基本与预测一致。
8.本发明公开了一种mtpv曲线标定方法，包括以下步骤：
9.基于测试台架对电机测试得到的扭矩数据，计算得到电流-磁链数据组和电流-扭矩数据组；
10.将mtpa曲线中的最大扭矩所对应的第一电流输入至电流-磁链数据组，以得到第一电流对应的第一磁链值，及于第一磁链值下电压利用率为1时的转折转速，并计算转折转速下的目标磁链值；
11.于电流-磁链数据组中遍历寻找与目标磁链值差值小于一阈值的电流-磁链点，并提取所有电流-磁链点中扭矩最大点为mtpv点。
12.优选地，基于测试台架对电机测试得到的扭矩数据，计算得到电流-磁链数据组和电流-扭矩数据组的步骤包括：
13.获取测试台架在不同的测试转速下对电机测试得到的扭矩数据；
14.提取扭矩数据中每一扭矩对应的d轴电压ud、q轴电压uq及d轴电流id、q轴电流iq；
15.针对每一扭矩，计算d轴电压ud和q轴电压uq的平方和后开根并除以扭矩对应的测试转速，以形成电流-磁链数据组；
16.针对每一扭矩，将d轴电流id、q轴电流iq升序排列以形成电流-扭矩数据组；
17.以1a为单元电流，对电流-磁链数据组和电流-扭矩数据组线性插值。
18.优选地，将mtpa曲线中的最大扭矩所对应的第一电流输入至电流-磁链数据组，以得到第一电流对应的第一磁链值，及于第一磁链值下电压利用率为1时的转折转速，并计算转折转速下的目标磁链值的步骤包括：
19.提取mtpa曲线中的已标定数据，其中已标定数据包括不同测试转速下的最大扭矩及其对应的第一电流；
20.将第一电流输入至电流-磁链数据组，并通过线性插值得到第一电流对应的第一磁链值；
21.基于电机控制器控制电机运行于额定电压下，并记录电压利用率为1时的转速值为转折转速；
22.基于一预设转速步长，将额定电压除以每一测试转速，以计算自转折转速至电机的峰值转速下每一测试转速所对应的目标磁链值。
23.优选地，于电流-磁链数据组中遍历寻找与目标磁链值差值小于一阈值的电流-磁链点，并提取所有电流-磁链点中扭矩最大点为mtpv点的步骤包括：
24.于电流-磁链数据组中遍历寻找与目标磁链值差值小于一阈值的电流-磁链点，并存储为提取数组，其中提取数组包括d轴电流id、q轴电流iq及对应的扭矩；
25.比较提取数组中的所有数据，并记录扭矩最大值对应的d轴电流id、q轴电流iq所在的点为mtpv点。
26.优选地，于电流-磁链数据组中遍历寻找与目标磁链值差值小于一阈值的电流-磁链点，并提取所有电流-磁链点中扭矩最大点为mtpv点的步骤还包括：
27.记录所有mtpv点中，d轴电流id最大的点为起始点；
28.判断自起始点起，相邻于前一mtpv点的后一mtpv点的d轴电流id是否小于前一mtpv点的d轴电流id；
29.当所有后一mtpv点的d轴电流id小于前一mtpv点的d轴电流id时，连接相邻mtpv点以拟合为一mtpv曲线；
30.当任一或任意后一mtpv点的d轴电流id大于或等于前一mtpv点的d轴电流id时，将扭矩最大值减去一预设差值得到扭矩次大值，寻找于扭矩次大值至扭矩最大值间的mtpv点，并从寻找到的mtpv点中提取最接近于d轴电流id最大的点的点为更新起始点，
31.将更新起始点替换起始点，并再次判断自更新起始点起，相邻于前一mtpv点的后一mtpv点的d轴电流id是否小于前一mtpv点的d轴电流id，直至所有后一mtpv点的d轴电流id小于前一mtpv点的d轴电流id时，连接相邻mtpv点以拟合为一mtpv曲线。
32.优选地，mtpv曲线标定方法还包括以下步骤：
33.基于mtpv曲线，根据等磁链原理计算电机的每一运行电压下的电机外特性数据。
34.本发明还公开了一种mtpv曲线标定系统，包括测试台架及处理模块，
35.基于测试台架对电机测试得到的扭矩数据，处理模块计算得到电流-磁链数据组和电流-扭矩数据组；
36.处理模块将mtpa曲线中的最大扭矩所对应的第一电流输入至电流-磁链数据组，以得到第一电流对应的第一磁链值，及于第一磁链值下电压利用率为1时的转折转速，并计算转折转速下的目标磁链值；
37.处理模块于电流-磁链数据组中遍历寻找与目标磁链值差值小于一阈值的电流-磁链点，并提取所有电流-磁链点中扭矩最大点为mtpv点。
38.优选地，处理模块获取测试台架在不同的测试转速下对电机测试得到的扭矩数据；
39.处理模块提取扭矩数据中每一扭矩对应的d轴电压ud、q轴电压uq及d轴电流id、q轴电流iq；
40.针对每一扭矩，处理模块计算d轴电压ud和q轴电压uq的平方和后开根并除以扭矩对应的测试转速，以形成电流-磁链数据组；
41.针对每一扭矩，处理模块将d轴电流id、q轴电流iq升序排列以形成电流-扭矩数据组；
42.处理模块以1a为单元电流，对电流-磁链数据组和电流-扭矩数据组线性插值。
43.优选地，处理模块提取mtpa曲线中的已标定数据，其中已标定数据包括不同测试转速下的最大扭矩及其对应的第一电流；
44.处理模块将第一电流输入至电流-磁链数据组，并通过线性插值得到第一电流对应的第一磁链值；
45.基于电机控制器处理模块控制电机运行于额定电压下，并记录电压利用率为1时的转速值为转折转速；
46.基于一预设转速步长，处理模块将额定电压除以每一测试转速，以计算自转折转速至电机的峰值转速下每一测试转速所对应的目标磁链值。
47.优选地，处理模块于电流-磁链数据组中遍历寻找与目标磁链值差值小于一阈值的电流-磁链点，并存储为提取数组，其中提取数组包括d轴电流id、q轴电流iq及对应的扭矩；
48.处理模块比较提取数组中的所有数据，并记录扭矩最大值对应的d轴电流id、q轴电流iq所在的点为mtpv点；
49.处理模块记录所有mtpv点中，d轴电流id最大的点为起始点；
50.处理模块判断自起始点起，相邻于前一mtpv点的后一mtpv点的d轴电流id是否小于前一mtpv点的d轴电流id；
51.当所有后一mtpv点的d轴电流id小于前一mtpv点的d轴电流id时，处理模块连接相邻mtpv点以拟合为一mtpv曲线；
52.当任一或任意后一mtpv点的d轴电流id大于或等于前一mtpv点的d轴电流id时，处理模块将扭矩最大值减去一预设差值得到扭矩次大值，寻找于扭矩次大值至扭矩最大值间的mtpv点，并从寻找到的mtpv点中提取最接近于d轴电流id最大的点的点为更新起始点，
53.处理模块将更新起始点替换起始点，并再次判断自更新起始点起，相邻于前一mtpv点的后一mtpv点的d轴电流id是否小于前一mtpv点的d轴电流id，直至所有后一mtpv点的d轴电流id小于前一mtpv点的d轴电流id时，连接相邻mtpv点以拟合为一mtpv曲线。
54.采用了上述技术方案后，与现有技术相比，具有以下有益效果：
55.1.无额外的标定工作，可节约标定时间，避免引入人为标定错误；
56.2.获得的mtpv曲线平滑无波动，且可直接生成高精度的外特性曲线。
附图说明
57.图1为符合本发明一优选实施例中mtpv曲线标定方法的流程示意图；
58.图2为符合本发明一优选实施例中mtpv曲线标定方法中mtpv曲线波动与优化示意图；
59.图3为符合本发明一优选实施例中基于mtpv曲线绘制电机的外特性数据示意图。
具体实施方式
60.以下结合附图与具体实施例进一步阐述本发明的优点。
61.这里将详细地对示例性实施例进行说明，其示例表示在附图中。下面的描述涉及附图时，除非另有表示，不同附图中的相同数字表示相同或相似的要素。以下示例性实施例中所描述的实施方式并不代表与本公开相一致的所有实施方式。相反，它们仅是与如所附权利要求书中所详述的、本公开的一些方面相一致的装置和方法的例子。
62.在本公开使用的术语是仅仅出于描述特定实施例的目的，而非旨在限制本公开。在本公开和所附权利要求书中所使用的单数形式的“一种”、“所述”和“该”也旨在包括多数形式，除非上下文清楚地表示其他含义。还应当理解，本文中使用的术语“和/或”是指并包含一个或多个相关联的列出项目的任何或所有可能组合。
63.应当理解，尽管在本公开可能采用术语第一、第二、第三等来描述各种信息，但这些信息不应限于这些术语。这些术语仅用来将同一类型的信息彼此区分开。例如，在不脱离本公开范围的情况下，第一信息也可以被称为第二信息，类似地，第二信息也可以被称为第一信息。取决于语境，如在此所使用的词语“如果”可以被解释成为“在
……
时”或“当
……
时”或“响应于确定”。
64.在本发明的描述中，需要理解的是，术语“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
65.在本发明的描述中，除非另有规定和限定，需要说明的是，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是机械连接或电连接，也可以是两个元件内部的连通，可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语的具体含义。
66.在后续的描述中，使用用于表示元件的诸如“模块”、“部件”或“单元”的后缀仅为了有利于本发明的说明，其本身并没有特定的意义。因此，“模块”与“部件”可以混合地使用。
67.参阅图1，为符合本发明一优选实施例中mtpv曲线标定方法的流程示意图，在该实施例中，mtpv曲线标定方法包括以下步骤：
68.s100：基于测试台架对电机测试得到的扭矩数据，计算得到电流-磁链数据组和电流-扭矩数据组；
69.测试台架在对电机进行测试时(非测试台架的单独标定结果，为综合测试结果)，将得到电机的扭矩标定数据，即本发明中原始数据的来源可来自于已有的数据，将该扭矩
标定数据记录为扭矩数据，并自该已有数据提取不同扭矩下对应的电流-磁链数据组和电流-扭矩数据组。“磁链”是导电线圈或电流回路所链环的磁通量，磁链等于导电线圈匝数n与穿过该线圈各匝的平均磁通量φ的乘积，故又称磁通匝。磁链与建立磁通的电流有关，因此，该电流-磁链数据组以及电流-扭矩数据组分别反映了电流与磁链和电流与扭矩的关系。
70.s200：将mtpa曲线中的最大扭矩所对应的第一电流输入至电流-磁链数据组，以得到第一电流对应的第一磁链值，及于第一磁链值下电压利用率为1时的转折转速，并计算转折转速下的目标磁链值；
71.基于已标定的mtpa(最大转矩电流比)曲线，其所标定所得的最大扭矩下的第一电流输入至电流-磁链数据组，可得到第一电流对应的第一磁链值，同时在该于第一磁链值下电压利用率为1时的转折转速。电压利用率是指电机逆变器输出线电压的基波幅值与直流母线电压之比值。对于电机而言，由于定子电流大小和相位一定，定子磁场大小以及与转子的相对位置就一定，因此气隙合成磁场大小也一定，随着气隙合成磁场转速的增大，切割定子绕组的速度也随之增大，电机的端电压也就随之增大，直到电机端电压达到变频器输出的电压限值，就不能再继续这样保持转矩恒定、转速增大了，这个保持恒转矩的最高速度点称为转折转速。在该转折转速下，第一电流对应的磁链值记录为目标磁链值。
72.s300：于电流-磁链数据组中遍历寻找与目标磁链值差值小于一阈值的电流-磁链点，并提取所有电流-磁链点中扭矩最大点为mtpv点
73.由于目标磁链值的大小，可能并没有记录在于电流-磁链数据组中，但mtpv点应当在该目标磁链值所对应的电流附近，因此，遍历寻找与目标磁链值差值小于一阈值(例如0.0001)的电流-磁链点，所有处于该范围内的数组均将被存储。后将所有得到的电流-磁链点中提取具有最大扭矩的点为mtpv点，即满足于最大转矩电压比控制方式。
74.通过上述配置，全程无需人工标定或配置，只需利用已有数据便可完成对mtpv点的标记，以及mtpv曲线的拟合(多个mtpv点连接所得即为mtpv曲线)。
75.一优选实施例中，步骤s100包括：
76.s110：获取测试台架在不同的测试转速下对电机测试得到的扭矩数据；
77.测试台架在不同测试转速下，可得到电机外特性下的不同扭矩数据，即一个测试转速可对应于多个扭矩数据。
78.s120：提取扭矩数据中每一扭矩对应的d轴电压ud、q轴电压uq及d轴电流id、q轴电流iq；
79.所有扭矩数据中，得到每一扭矩对应的d轴电压ud、q轴电压uq及d轴电流id、q轴电流iq。可以理解的是，在对扭矩进行表示时，将一同记录此时对应的电压和电流值，因此，d轴电压ud、q轴电压uq及d轴电流id、q轴电流iq可在扭矩数据中直接获取。
80.s130：针对每一扭矩，计算d轴电压ud和q轴电压uq的平方和后开根并除以扭矩对应的测试转速，以形成电流-磁链数据组；
81.为计算每一电流下对应的磁链值，可将d轴电压ud和q轴电压uq的平方和后开根并除以扭矩对应的测试转速。
82.s140：针对每一扭矩，将d轴电流id、q轴电流iq升序排列以形成电流-扭矩数据组；
83.s150：以1a为单元电流，对电流-磁链数据组和电流-扭矩数据组线性插值。
84.由于电流-扭矩数据组和电流-磁链数据组依托于扭矩标定数据，而扭矩标定数据的数据量有限，因此在步骤s140和步骤s150中，将以软件的方式，对电流-磁链数据组和电流-扭矩数据组插值。首先需将所有数据按照d轴电流id、q轴电流iq升序排列，后以较小的电流步长(如本实施例中1a为单元电流)，将已有的相邻电流-磁链数据和电流-扭矩数据线性插值，以丰富电流-磁链数据组和电流-扭矩数据组的数据，即模拟其中原不具有的数据变化呈线性变化，当具有大量的数据量后，可减少预测误差。
85.又一优选实施例中，步骤s200包括：
86.s210：提取mtpa曲线中的已标定数据，其中已标定数据包括不同测试转速下的最大扭矩及其对应的第一电流；
87.s220：将第一电流输入至电流-磁链数据组，并通过线性插值得到第一电流对应的第一磁链值；
88.同样可以理解的是，第一电流可能在原电流-磁链数据组中并不具有，因此，可通过线性插值的方式，计算得到第一电流对应的第一磁链值，该第一磁链值也同样是mtpa与电流圆交点处的磁链值。
89.s230：基于电机控制器控制电机运行于额定电压下，并记录电压利用率为1时的转速值为转折转速；
90.即在电控运行额定电压下，且电压利用率为1时的转速为上文所述的转折转速。
91.s240：基于一预设转速步长，将额定电压除以每一测试转速，以计算自转折转速至电机的峰值转速下每一测试转速所对应的目标磁链值。
92.该预设转速步长可较小，通过将额定电压除以每一测试转速，得到多个目标磁链值，每一目标磁链值对应转折转速至电机的峰值转速(电机性质的已知值)间每一测试转速，以用作为后续寻找等磁链圆的基准。
93.进一步地，步骤s300包括：
94.s310：于电流-磁链数据组中遍历寻找与目标磁链值差值小于一阈值的电流-磁链点，并存储为提取数组，其中提取数组包括d轴电流id、q轴电流iq及对应的扭矩；
95.基于目标磁链值，在电流-磁链数据组中寻找出所有目标磁链值附近的点(阈值可以是0.0001)存储为提取数组。
96.s320：比较提取数组中的所有数据，并记录扭矩最大值对应的d轴电流id、q轴电流iq所在的点为mtpv点
97.为判断所拟合出的mtpv点是否会造成mtpv曲线波动，即出现曲线折回的情况发生，步骤s300还包括：
98.s330：记录所有mtpv点中，d轴电流id最大的点为起始点，即选取所有mtpv点中，在id和iq坐标轴下最接近于作为纵轴的iq的点为起始点。可以理解的是，mtpv曲线的开始点为转折转速所对应的mtpv点，不同于上述起始点。
99.s340：判断自起始点起，相邻于前一mtpv点的后一mtpv点的d轴电流id是否小于前一mtpv点的d轴电流id；
100.即判断后一个mtpv点的d轴电流id是否比前一mtpv点的d轴电流id小，若是则表示在id和iq坐标轴下，后一个mtpv点应当位于前一mtpv点的右侧。
101.s350：当所有后一mtpv点的d轴电流id小于前一mtpv点的d轴电流id时，表示所有
后一个mtpv点都位于前一mtpv点的右侧，则没有出现mtpv点波动的情况，连接相邻mtpv点以拟合为一mtpv曲线；
102.s350’：当任一或任意后一mtpv点的d轴电流id大于或等于前一mtpv点的d轴电流id时，表示出现了后一mtpv点位于前一mtpv点的左侧的情况，意味着所选取的mtpv点并不符合实际值，则将扭矩最大值减去一预设差值(例如可以是1)得到扭矩次大值(即作为比较标准的，仅小于扭矩最大值的扭矩值)，寻找于扭矩次大值至扭矩最大值间的mtpv点，并从寻找到的mtpv点中提取最接近于d轴电流id最大的点的点为更新起始点，即重复上一步骤中，找到扭矩最大值下一定范围内的所有数据中，哪一个点的d轴电流id最大，将该点记录为本次的mtpv点。
103.s360：将更新起始点替换起始点，并再次判断自更新起始点起，相邻于前一mtpv点的后一mtpv点的d轴电流id是否小于前一mtpv点的d轴电流id，直至所有后一mtpv点的d轴电流id小于前一mtpv点的d轴电流id时，连接相邻mtpv点以拟合为一mtpv曲线，参阅图2，可最终得到输出扭矩基本不变，且形状平滑的mtpv曲线。
104.更进一步地，在一优选实施例中，mtpv曲线标定方法还包括以下步骤：
105.s400：参阅图3，基于mtpv曲线，根据等磁链原理计算电机在其运行电压范围内的每一运行电压下的电机外特性数据，包括电机的扭矩、转速和输出功率等。
106.具有上述配置后，经测试，mtpv曲线的区域实测反馈电流基本与预测一致，实际输出扭矩基本与预测一致，误差在3％之内。
107.本发明还公开了一种mtpv曲线标定系统，包括测试台架及处理模块，基于测试台架对电机测试得到的扭矩数据，处理模块计算得到电流-磁链数据组和电流-扭矩数据组；处理模块将mtpa曲线中的最大扭矩所对应的第一电流输入至电流-磁链数据组，以得到第一电流对应的第一磁链值，及于第一磁链值下电压利用率为1时的转折转速，并计算转折转速下的目标磁链值；处理模块于电流-磁链数据组中遍历寻找与目标磁链值差值小于一阈值的电流-磁链点，并提取所有电流-磁链点中扭矩最大点为mtpv点。
108.优选地，处理模块获取测试台架在不同的测试转速下对电机测试得到的扭矩数据；处理模块提取扭矩数据中每一扭矩对应的d轴电压ud、q轴电压uq及d轴电流id、q轴电流iq；针对每一扭矩，处理模块计算d轴电压ud和q轴电压uq的平方和后开根并除以扭矩对应的测试转速，以形成电流-磁链数据组；针对每一扭矩，处理模块将d轴电流id、q轴电流iq升序排列以形成电流-扭矩数据组；处理模块以1a为单元电流，对电流-磁链数据组和电流-扭矩数据组线性插值。
109.优选地，处理模块提取mtpa曲线中的已标定数据，其中已标定数据包括不同测试转速下的最大扭矩及其对应的第一电流；处理模块将第一电流输入至电流-磁链数据组，并通过线性插值得到第一电流对应的第一磁链值；基于电机控制器处理模块控制电机运行于额定电压下，并记录电压利用率为1时的转速值为转折转速；基于一预设转速步长，处理模块将额定电压除以每一测试转速，以计算自转折转速至电机的峰值转速下每一测试转速所对应的目标磁链值。
110.优选地，处理模块于电流-磁链数据组中遍历寻找与目标磁链值差值小于一阈值的电流-磁链点，并存储为提取数组，其中提取数组包括d轴电流id、q轴电流iq及对应的扭矩；处理模块比较提取数组中的所有数据，并记录扭矩最大值对应的d轴电流id、q轴电流iq
所在的点为mtpv点；处理模块记录所有mtpv点中，d轴电流id最大的点为起始点；处理模块判断自起始点起，相邻于前一mtpv点的后一mtpv点的d轴电流id是否小于前一mtpv点的d轴电流id；当所有后一mtpv点的d轴电流id小于前一mtpv点的d轴电流id时，处理模块连接相邻mtpv点以拟合为一mtpv曲线；当任一或任意后一mtpv点的d轴电流id大于或等于前一mtpv点的d轴电流id时，处理模块将扭矩最大值减去一预设差值得到扭矩次大值，寻找于扭矩次大值至扭矩最大值间的mtpv点，并从寻找到的mtpv点中提取最接近于d轴电流id最大的点的点为更新起始点，处理模块将更新起始点替换起始点，并再次判断自更新起始点起，相邻于前一mtpv点的后一mtpv点的d轴电流id是否小于前一mtpv点的d轴电流id，直至所有后一mtpv点的d轴电流id小于前一mtpv点的d轴电流id时，连接相邻mtpv点以拟合为一mtpv曲线。
111.应当注意的是，本发明的实施例有较佳的实施性，且并非对本发明作任何形式的限制，任何熟悉该领域的技术人员可能利用上述揭示的技术内容变更或修饰为等同的有效实施例，但凡未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何修改或等同变化及修饰，均仍属于本发明技术方案的范围内。