宽转速自适应调节的新能源汽车用永磁同步电机控制方法与流程

1.本发明属于电机控制技术领域，特别是涉及宽转速自适应调节的新能源汽车用永磁同步电机控制方法。


背景技术：

2.永磁同步电机通常由包含永磁体的转子以及包含线圈的定子组成，由于永磁电机自带磁体，因此在中低转速区间内，相比较励磁电机具有高能效的技术优点。
3.但是在高转速区间，由于永磁体高速转动与线圈感应产生的反电动势会大幅度降低电机的输出扭矩，导致永磁同步电机在高转速区间的运行受到影响。


技术实现要素：

4.本发明的目的在于提供宽转速自适应调节的新能源汽车用永磁同步电机控制方法，通过控制输入电机的电流，使得电机在较宽的转速区间内依旧能够保持目标转矩，有效避免高转速状态下无法稳定输出转矩的问题。
5.为解决上述技术问题，本发明是通过以下技术方案实现的：
6.本发明提供宽转速自适应调节的新能源汽车用永磁同步电机控制方法，其特征在于，包括，
7.获取目标转矩；
8.获取转矩-电流-转速的预估映射关系；
9.获取电机的实时电流和实时转速；
10.根据所述实时电流、所述目标转矩、所述实时转速以及所述转矩-电流-转速的预估映射关系得到下一时刻电流；
11.在下一时刻向所述电机输入所述下一时刻电流；
12.获取所述电机的下一时刻转速；
13.根据所述下一时刻电流、所述下一时刻转速以及所述转矩-电流-转速的预估映射关系获取下一时刻转矩；
14.根据所述目标转矩与所述下一时刻转矩的差值对所述下一时刻电流进行调整，使得所述电机的转矩接近所述目标转矩；
15.重复以上步骤直至达到所述目标转矩。
16.在本发明的一个实施例中，所述获取转矩-电流-转速的预估映射关系的步骤，包括，
17.获取标准规格电机的转矩-电流-转速的标定准确映射关系；
18.根据所述标定准确映射关系获取所述标准规格电机在特定转速状态下电流-转矩的标定准确映射关系；
19.获取所述电机在所述特定转速状态下电流与转矩的若干组数量关系；
20.根据所述电机在所述特定转速状态下电流与转矩的若干组数量关系以及所述标
准规格电机在所述特定转速状态下电流-转矩的标定准确映射关系，得到所述电机的永磁体与所述标准规格电机的永磁体的磁通量的比例关系；
21.根据所述电机的永磁体与所述标准规格电机的永磁体的磁通量的比例关系，将所述标准规格电机的转矩-电流-转速的标定准确映射关系转化为所述电机的转矩-电流-转速的预估映射关系。
22.在本发明的一个实施例中，所述根据所述电机的永磁体与所述标准规格电机的永磁体的磁通量的比例关系，将所述标准规格电机的转矩-电流-转速的标定准确映射关系转化为所述电机的转矩-电流-转速的预估映射关系的步骤，包括，
23.根据所述标准规格电机的转矩-电流-转速的标定准确映射关系，得到所述标准规格电机在各个转速状态下转矩-电流的标定准确映射关系；
24.根据所述电机的永磁体与所述标准规格电机的永磁体的磁通量的比例关系，对所述标准规格电机在各个转速状态下转矩-电流的标定准确映射关系中的转矩进行转化，得到所述电机在各个转速状态下转矩-电流的预估映射关系；
25.将所述电机在各个转速状态下转矩-电流的预估映射关系进行整合，得到所述电机的转矩-电流-转速的预估映射关系。
26.在本发明的一个实施例中，所述根据所述实时电流、所述目标转矩、所述实时转速以及所述转矩-电流-转速的预估映射关系得到下一时刻电流的步骤，包括，
27.根据所述目标转矩、所述实时转速以及所述转矩-电流-转速的预估映射关系解算出目标预估电流；
28.将目标预估电流分解为目标励磁预估电流和目标转矩预估电流，其中所述目标励磁预估电流和所述目标转矩预估电流的矢量方向相互垂直，且所述目标励磁预估电流产生磁场的方向与所述电机中永磁体的磁场方向相同或相反；
29.根据所述实时电流、实时转速以及所述转矩-电流-转速的预估映射关系解算出实时励磁电流和实时转矩电流；
30.根据所述目标励磁预估电流和所述目标转矩预估电流，对所述实时励磁电流以及所述实时转矩电流进行调整，得到下一刻输入所述电机的电流，即所述下一时刻电流。
31.在本发明的一个实施例中，所述根据所述目标转矩与所述下一时刻转矩的差值对所述下一时刻电流进行调整，使得所述电机的转矩接近所述目标转矩的步骤，包括，
32.获取所述目标转矩和所述下一时刻转矩的差值；
33.获取所述目标转矩和所述下一时刻转矩的差值与所述下一时刻转矩的比例；
34.根据所述下一时刻电流以及所述目标转矩和所述下一时刻转矩的差值与所述下一时刻转矩的比例，得到下下一刻输入所述电机的电流的第一边界值；
35.将所述下一时刻电流作为下下一刻输入所述电机的电流的第二边界值；
36.在所述第一边界值和所述第二边界值选取数值作为下一时刻向所述电机输入的电流；
37.重复上述步骤使得所述电机的转矩接近所述目标转矩。
38.在本发明的一个实施例中，所述在所述第一边界值和所述第二边界值选取数值作为下一时刻向所述电机输入的电流的步骤，包括，
39.在固定数字区间内生成多个随机数；
40.去除多个所述随机数中的部分数值，使得多个所述随机数分散在所述数字区间；
41.获取所述固定数字区间内的分散随机数；
42.获取所述固定数字区间内的分散的每个随机数与其中最大值的比值；
43.根据所述固定数字区间内的分散的任一随机数与其中最大值的比值，在所述第一边界值和所述第二边界值之间选取数值作为下一时刻向所述电机输入的电流。
44.在本发明的一个实施例中，所述去除多个所述随机数中的部分数值，使得多个所述随机数分散在所述数字区间的步骤，包括，
45.将所述固定数字区间随机划分为若干个数字单元；
46.获取每个所述数字单元的范围宽度与所述数字区间范围宽度的比值；
47.获取每个所述数字单元内所述随机数的数量；
48.在所述数字单元内删除或新增随机数，使得每个所述数字单元的范围宽度与所述数字区间范围宽度的比值，等于每个所述数字单元内所述随机数的数量与所述数字区间内所述随机数的数量的比值。
49.在本发明的一个实施例中，所述根据所述固定数字区间内的分散的任一随机数与其中最大值的比值，在所述第一边界值和所述第二边界值之间选取数值作为下一时刻向所述电机输入的电流的步骤，包括，
50.获取汽车平稳行驶状态的加速度区间范围；
51.获取汽车行驶状态；
52.根据所述汽车平稳行驶状态的加速度区间范围以及所述汽车行驶状态，获取所述电机的单位时间内最大扭矩增量；
53.在所述固定数字区间内选取一个随机数作为初始随机数，根据所述初始随机数与所述固定数字区间内最大值的比值，作为初始预选比值；
54.在所述第一边界值和所述第二边界值之间按照所述初始预选比例选取数值作为下一时刻向所述电机输入的初始预选电流；
55.根据所述初始预选电流、所述下一时刻转速以及所述转矩-电流-转速的预估映射关系获取初始预选转矩；
56.根据下一时刻与下下一时刻的时间差、所述下一时刻转矩以及所述初始预选转矩，判断所述初始预选转矩是否会导致所述汽车脱离平稳行驶状态的加速度区间范围；
57.若否则将所述初始预选转矩作为下一时刻向所述电机输入的电流；
58.若否则重复上述步骤。
59.在本发明的一个实施例中，所述重复上述步骤使得所述电机的转矩接近所述目标转矩的步骤，包括，
60.在使得所述电机的转矩接近所述目标转矩的过程中，不断根据所述固定数字区间内的分散的任一随机数与其中最大值的比值，在所述第一边界值和所述第二边界值之间选取数值作为向所述电机输入的电流的数值。
61.在本发明的一个实施例中，所述重复上述步骤使得所述电机的转矩接近所述目标转矩的步骤，包括，
62.在使得所述电机的转矩接近所述目标转矩的过程中，按照所述固定数字区间内所述随机数的大小顺序，不断根据所述固定数字区间内的分散的任一随机数与其中最大值的
比值，在所述第一边界值和所述第二边界值之间选取数值作为向所述电机输入的电流的数值。
63.本发明通过控制输入电机的电流，使得电机在较宽的转速区间内依旧能够保持目标转矩，有效避免高转速状态下无法稳定输出转矩的问题。
64.当然，实施本发明的任一产品并不一定需要同时达到以上所述的所有优点。
附图说明
65.为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例描述所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
66.图1为本发明所述宽转速自适应调节的新能源汽车用永磁同步电机控制方法于一实施例的实施步骤流程示意图；
67.图2为本发明所述步骤s2于一实施例的实施步骤流程示意图；
68.图3为本发明所述步骤s25于一实施例的实施步骤流程示意图；
69.图4为本发明所述步骤s4于一实施例的实施步骤流程示意图；
70.图5为本发明所述步骤s8于一实施例的实施步骤流程示意图；
71.图6为本发明所述步骤s85于一实施例的实施步骤流程示意图；
72.图7为本发明所述步骤s852于一实施例的实施步骤流程示意图；
73.图8为本发明所述步骤s855于一实施例的实施步骤流程示意图。
具体实施方式
74.下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。
75.由于永磁同步电机在高转速工况下转矩输出乏力，为了保持电机在较宽的转速区间都能保持目标转矩，本发明提供以下方案。
76.请参阅图1所示，本发明提供了宽转速自适应调节的新能源汽车用永磁同步电机控制方法。常规的新能源电动汽车内多采用轮毂电机，也就是电机与轮毂合为一体，动力源与驱动轮刚性连接，中间不再设置变速结构，因此新能源汽车的高行驶速度需要电机的高转速。为了避免高转速状态下电机输出转矩发力，可以首先执行步骤s1获取目标转矩。
77.接下来可以执行步骤s2获取转矩-电流-转速的预估映射关系，此处的映射关系与电机本身的材料和结构相关，例如永磁体中磁极数量和每个磁极的磁通，同时还和线圈绕组数量、圈数和状态密切相关，不仅如此，电机内部的其它部分的结构材料也会对映射关系息息相关，同时汽车电机作为大规模工业制成品无法对每个电机进行详细测定每组数据构建映射关系，因此只能获取转矩-电流-转速的预估映射关系。接下来可以执行步骤s3获取电机的实时电流和实时转速，此处可以通过电流计和转速计来实时测定。接下来可以执行步骤s4根据实时电流、目标转矩、实时转速以及转矩-电流-转速的预估映射关系得到下一
时刻电流。接下来可以执行步骤s5在下一时刻向电机输入下一时刻电流，接下来可以执行步骤s6获取电机的下一时刻转速。接下来可以执行步骤s7根据下一时刻电流、下一时刻转速以及转矩-电流-转速的预估映射关系获取下一时刻转矩。接下来可以执行步骤s8根据目标转矩与下一时刻转矩的差值对下一时刻电流进行调整，使得电机的转矩接近目标转矩。接下来可以执行步骤s9重复以上步骤直至达到目标转矩，通过不断迭代接近的方式，即使驾驶员激烈驾驶导致车速忽高忽低，也能够迅速调整使得电机的输出扭矩达到目标值，达到宽转速区间的可靠扭矩输出。
78.请参阅图2所示，为了获取较为准确的转矩-电流-转速的预估映射关系，上述的步骤s2中首先可以执行步骤s21获取标准规格电机的转矩-电流-转速的标定准确映射关系。接下来可以执行步骤s22根据标定准确映射关系获取标准规格电机在特定转速状态下电流-转矩的标定准确映射关系。接下来可以执行步骤s23获取电机在特定转速状态下电流与转矩的若干组数量关系。接下来可以执行步骤s24根据电机在特定转速状态下电流与转矩的若干组数量关系以及标准规格电机在特定转速状态下电流-转矩的标定准确映射关系，得到电机的永磁体与标准规格电机的永磁体的磁通量的比例关系。最后可以执行步骤s25根据电机的永磁体与标准规格电机的永磁体的磁通量的比例关系，将标准规格电机的转矩-电流-转速的标定准确映射关系转化为电机的转矩-电流-转速的预估映射关系。通过与准确的转矩-电流-转速的标定准确映射关系进行比对，获取较为精确的转矩-电流-转速的预估映射关系。
79.请参阅图3所示，为了实现转矩-电流-转速的预估映射与转矩-电流-转速的标定准确映射关系的比对和转换，首先可以执行步骤s251根据标准规格电机的转矩-电流-转速的标定准确映射关系，得到标准规格电机在各个转速状态下转矩-电流的标定准确映射关系。接下来可以执行步骤s252根据电机的永磁体与标准规格电机的永磁体的磁通量的比例关系，对标准规格电机在各个转速状态下转矩-电流的标定准确映射关系中的转矩进行转化，得到电机在各个转速状态下转矩-电流的预估映射关系。最后可以执行步骤s253将电机在各个转速状态下转矩-电流的预估映射关系进行整合，得到电机的转矩-电流-转速的预估映射关系。通过以转速为维度对转矩-电流-转速的标定准确映射关系和转矩-电流-转速的预估映射关系进行展开后转化，能够实现转矩-电流-转速的预估映射与转矩-电流-转速的标定准确映射关系的转换。
80.请参阅图4所示，在电机处于极高的转速状态下，为了避免永磁体产生的磁感线切割线圈过程中产生的反电动势对转矩输出造成的不良影响，上述步骤s4中首先可以执行步骤s41根据目标转矩、实时转速以及转矩-电流-转速的预估映射关系解算出目标预估电流。接下来可以执行步骤s42将目标预估电流分解为目标励磁预估电流和目标转矩预估电流，其中目标励磁预估电流和目标转矩预估电流的矢量方向相互垂直，且目标励磁预估电流产生磁场的方向与电机中永磁体的磁场方向相同或相反。接下来可以执行步骤s43根据实时电流、实时转速以及转矩-电流-转速的预估映射关系解算出实时励磁电流和实时转矩电流。最后可以执行步骤s44根据目标励磁预估电流和目标转矩预估电流，对实时励磁电流以及实时转矩电流进行调整，得到下一刻输入电机的电流，即下一时刻电流。通过解算出目标励磁预估电流和目标转矩预估电流，使用励磁预估电流压制反电动势，使得电机在极高的转速状态下依旧能够稳定输出目标转矩。
81.请参阅图5所示，为了让电机的转矩快速准确达到目标转矩，上述的步骤s8中首先可以执行步骤s81获取目标转矩和下一时刻转矩的差值。接下来可以执行步骤s82获取目标转矩和下一时刻转矩的差值与下一时刻转矩的比例。接下来可以执行步骤s83根据下一时刻电流以及目标转矩和下一时刻转矩的差值与下一时刻转矩的比例，得到下下一刻输入电机的电流的第一边界值。接下来可以执行步骤s84将下一时刻电流作为下下一刻输入电机的电流的第二边界值。接下来可以执行步骤s85在第一边界值和第二边界值选取数值作为下一时刻向电机输入的电流。最后可以执行步骤s86重复上述步骤使得电机的转矩接近目标转矩。通过迭代产生下一时刻向电机输入的电流，使得电机的实际输出转矩快速准确达到目标转矩。
82.请参阅图6所示，由于电机的结构并非理想的永磁电机结构，汽车的行驶工况也不是理想工况，使用传统得pid调节方式并不能让实际转矩快速贴近目标转矩，为了解决此问题，上述的步骤s851中首先可以执行步骤s851在固定数字区间内生成多个随机数。接下来可以执行步骤s852去除多个随机数中的部分数值，使得多个随机数分散在数字区间，接下来可以执行步骤s853获取固定数字区间内的分散随机数。接下来可以执行步骤s854获取固定数字区间内的分散的每个随机数与其中最大值的比值。最后可以执行步骤s855根据固定数字区间内的分散的任一随机数与其中最大值的比值，在第一边界值和第二边界值之间选取数值作为下一时刻向电机输入的电流。通过快速迭代第一边界值和第二边界值随机的下一时刻向电机输入的电流，能够在实际工况下让电机的实际输出转矩具有较大的概率快速达到目标转矩。
83.在使得电机的转矩接近目标转矩的过程中，可以不断根据固定数字区间内的分散的任一随机数与其中最大值的比值，在第一边界值和第二边界值之间选取数值作为向电机输入的电流的数值，以此实现使得电机的转矩接近目标转矩的技术效果。
84.在使得电机的转矩接近目标转矩的过程中，还可以按照固定数字区间内随机数的大小顺序，不断根据固定数字区间内的分散的任一随机数与其中最大值的比值，在第一边界值和第二边界值之间选取数值作为向电机输入的电流的数值，以此减少汽车行驶过程中顿挫。
85.请参阅图7所示，为了进一步缩短实际输出转矩达到目标转矩的迭代时间，上述的步骤s852中首先可以执行步骤s8521将固定数字区间随机划分为若干个数字单元。接下来可以执行步骤s8522获取每个数字单元的范围宽度与数字区间范围宽度的比值，接下来可以执行步骤s8523获取每个数字单元内随机数的数量。最后可以执行步骤s8524在数字单元内删除或新增随机数，使得每个数字单元的范围宽度与数字区间范围宽度的比值，等于每个数字单元内随机数的数量与数字区间内随机数的数量的比值。通过将固定数字区间内的随机数进行均匀分布，进一步提高了实际输出转矩达到目标转矩的概率，从而缩短实际输出转矩达到目标转矩的迭代时间。
86.请参阅图8所示，为了避免转矩调整对行驶品质造成不良影响，上述步骤s855中首先可以执行步骤s8551获取汽车平稳行驶状态的加速度区间范围。接下来可以执行步骤s8552获取汽车行驶状态。接下来可以执行步骤s8553根据汽车平稳行驶状态的加速度区间范围以及汽车行驶状态，获取电机的单位时间内最大扭矩增量。接下来可以执行步骤s8554在固定数字区间内选取一个随机数作为初始随机数，根据初始随机数与固定数字区间内最
大值的比值，作为初始预选比值。接下来可以执行步骤s8555在第一边界值和第二边界值之间按照初始预选比例选取数值作为下一时刻向电机输入的初始预选电流。接下来可以执行步骤s8556根据初始预选电流、下一时刻转速以及转矩-电流-转速的预估映射关系获取初始预选转矩。根据下一时刻与下下一时刻的时间差、下一时刻转矩以及初始预选转矩，判断初始预选转矩是否会导致汽车脱离平稳行驶状态的加速度区间范围。若是则接下来可以执行步骤s8557将初始预选转矩作为下一时刻向电机输入的电流，若否则重复上述步骤。通过迭代产生合适的预选转矩，降低转矩调整过程中的汽车行驶顿挫，提高乘车舒适性。
87.综上所示，本方案对电机的转速进行迭代调整，使得实际输出转矩贴近目标转矩，即使在高转速情况下也能够保持电机转矩的稳定达标输出，提高了电机的可用转速区间。
88.本发明所示实施例的上述描述(包括在说明书摘要中的内容)并非意在详尽列举或将本发明限制到本文所公开的精确形式。尽管在本文仅为说明的目的而描述了本发明的具体实施例和本发明的实例，但是正如本领域技术人员将认识和理解的，各种等效修改是可以在本发明的精神和范围内的。如所指出的，可以按照本发明实施例的上述描述来对本发明进行这些修改，并且这些修改将在本发明的精神和范围内。
89.本文已经在总体上将系统和方法描述为有助于理解本发明的细节。此外，已经给出了各种具体细节以提供本发明实施例的总体理解。然而，相关领域的技术人员将会认识到，本发明的实施例可以在没有一个或多个具体细节的情况下进行实践，或者利用其它装置、系统、配件、方法、组件、材料、部分等进行实践。在其它情况下，并未特别示出或详细描述公知结构、材料和/或操作以避免对本发明实施例的各方面造成混淆。
90.因而，尽管本发明在本文已参照其具体实施例进行描述，但是修改自由、各种改变和替换意在上述公开内，并且应当理解，在某些情况下，在未背离所提出发明的范围和精神的前提下，在没有对应使用其他特征的情况下将采用本发明的一些特征。因此，可以进行许多修改，以使特定环境或材料适应本发明的实质范围和精神。本发明并非意在限制到在下面权利要求书中使用的特定术语和/或作为设想用以执行本发明的最佳方式公开的具体实施例，但是本发明将包括落入所附权利要求书范围内的任何和所有实施例及等同物。因而，本发明的范围将只由所附的权利要求书进行确定。