本发明属于电机控制技术领域，提供了一种基于电流和功角的永磁同步电极电磁转矩控制方法及系统。
背景技术：
由于能量密度大和效率高，永磁同步电机在新能源汽车领域获得了广泛的应用，电磁转矩是永磁同步电机的一个重要外特性变量，要得到快速、准确的控制，以满足人们对汽车的性能要求，由于成本、精度、可靠性、安装、信号处理及响应带宽等方面的考虑，基于转矩传感器的电磁转矩直接反馈控制往往难以实现，故此在实际应用中电磁转矩的控制通常是间接实现的，目前最常用的电磁转矩控制方法是基于定子电流反馈来控制定子电压指令，最终由逆变器执行电压指令，从而达到控制转矩控制的目的，在工程应用中，电流反馈控制方法存在的问题是：在高速运行条件下，电磁转矩控制性能变差或失效。
技术实现要素：
本发明实施例提供一种基于电流和功角的永磁同步电极电磁转矩控制方法，旨在解决电流反馈控制方法在高速运行条件下，电磁转矩控制性能变差或失效的问题。
本发明是这样实现的，一种基于电流和功角的永磁同步电机电磁转矩控制方法，所述方法包括：
s1、基于转矩指令读取当前的电池电压及电机转子转速，所述转矩指令中携带有电磁转矩值；
s2、基于所述电磁转矩值、当前电池电压及当前电机转子转速来分别查找对应的定子电流值及功角值；
s3、基于所述定子电流值及所述功角值分别计算定子电压，即基于所述定子电流值计算第一定子电压，基于所述功角值计算第二定子电压；
s4、基于所述第一定子电压及所述第二定子电压分别获取电流pwm占空比及功角pwm占空比；
s5、基于所述第一定子电压计算电压调制系数m；
s6、基于所述电压调制系数m控制电流pwm占空比或功角pwm占空比输出至逆变器，以使所述逆变器基于电流pwm占空比或功角pwm占空比来控制永磁同步电机电磁转矩。
进一步的，基于所述功角值计算第二定子电压的计算方法具体如下：
基于电池电压vdc及所述功角δ值计算第二定子电压，计算公式具体如下：
其中，v2d和v2q分别为第二定子电压的d-轴和q-轴分量。
进一步的，所述电压调制系数m的计算公式具体如下：
其中，v1d和v1q为第一定子电压的d-轴和q-轴分量，vdc为电池电压。
进一步的，当m小于m1，或m大于m1且趋向于m2时，将电流pwm占空比输出至逆变器；当m小于m2，或m小于m2且趋向于m1时，将功角pwm占空比输出至逆变器。
本发明还提供了一种基于电流和功角的永磁同步电机的电磁转矩控制系统，所述系统包括：
定子电流读取单元、第一定子电压计算单元、电流pwm获取单元、电压调制系数计算单元、功角读取单元、第二定子电压计算单元、功角pwm获取单元，模式切换单元；
定子电流读取单元、第一定子电压计算单元、电流pwm获取单元、电压调制系数计算单元、及模式切换单元依次连接，功角读取单元、第二定子电压计算单元、及功角pwm获取单元依次连接，电流pwm获取单元及功角pwm获取单元通过单刀双掷开关与逆变器连接，其中，
定子电流读取单元，基于转矩指令读取当前的电池电压及电机转子转速，所述转矩指令中携带有电磁转矩值，且基于电磁转矩值、当前电池电压及当前电机转子转速从转矩-电流表中读取定子电流；
第一定子电压计算单元，基于定子电流计算第一定子电压；
电流pwm获取单元，基于第一定子电压获取电流pwm占空比；
电压调制系数计算单元，基于第一定子电压计算电压调制系数；
功角值读取单元，基于转矩指令读取当前的电池电压及电机转子转速，所述转矩指令中携带有电磁转矩值，且基于电磁转矩值、当前电池电压及当前电机转子转速从转矩-功角表中读取功角值；
第二定子电压计算单元，基于功角值计算第二定子电压；
功角pwm获取单元，基于第二定子电压获取功角pwm占空比；
模式切换单元，基于电压调制系数控制单刀双掷开关掷向电流pwm获取单元或功角pwm获取单元，即控制电流pwm获取单元或功角pwm获取单元与逆变器连接，以使逆变器基于电流pwm获取单元输出的电流pwm占空比或功角pwm获取单元输出的功角pwm占空比来控制永磁同步电机电磁转矩。
进一步的，基于所述第二定子电压计算单元基于电池电压vdc及所述功角δ值计算第二定子电压，计算公式具体如下：
其中，v2d和v2q分别为第二定子电压的d-轴和q-轴分量。
进一步的，所述电压调制系数m的计算公式具体如下：
其中，v1d和v1q为第一定子电压的d-轴和q-轴分量，vdc为电池电压。
进一步的，当m小于m1，或m大于m1且趋向于m2时，模式切换单元控制单刀双掷开关掷向电流pwm获取单元，电流pwm获取单元将电流pwm占空比输出至逆变器；当m小于m2，或m小于m2且趋向于m1时，模式切换单元控制单刀双掷开关掷向功角pwm获取单元，功角pwm获取单元将功角pwm占空比输出至逆变器。
在永磁同步电机低速运行时，采用基于定子电流来控制定子电压，在永磁同步电机高速运行时，基于功角来控制定子电压，以解决电流反馈控制方法在高速运行条件下存在的电磁转矩控制性能变差或失效的问题。
附图说明
图1是本发明实施例提供的基于电流和功角的永磁同步电机电磁转矩控制方法的流程图；
图2是本发明实施例提供的功角定义示意图；
图3是本发明实施例提供的电流控制模式及功角控制模式的滞环控制方法的示意图；
图4为本发明实施例发明实施例提供的基于电流和功角的永磁同步电机的电磁转矩控制系统的结构示意图；
11.定子电流读取单元、12.第一定子电压计算单元、13.电流pwm获取单元、14.电压调制系数计算单元、15.功角读取单元、16.第二定子电压计算单元、17.功角pwm获取单元，18.模式切换单元、19.逆变器。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
在永磁同步电机低速运行时，采用基于定子电流来控制定子电压，在永磁同步电机高速运行时，基于功角来控制定子电压，以解决电流反馈控制方法在高速运行条件下存在的电磁转矩控制性能变差或失效的问题。
图1是本发明实施例提供的基于电流和功角的永磁同步电机电磁转矩控制方法的流程图，为了便于说明，仅示出与本发明实施例相关的部分。
s1、基于转矩指令读取当前的电池电压及电机转子转速，该转矩指令中携带有电磁转矩值；
电池电压为动力电池电压，电机转子转速为永磁同步电机的转子转速。
s2、基于电磁转矩值、当前电池电压及当前电机转子转速来分别查找对应的定子电流值及功角值；
在本发明实施例中，在永磁同步电机的功角被定义为deqe旋转坐标系中定子电压矢量
其中，vdc为电池电压，τe为电磁转矩，ωe为转子速度，λm为转子磁链，ld为d-轴电感，lq为q-轴电感，p为转子极对数，δ为功角。
在本发明实施例中，转矩-电流表为以电池电压、电机转子转速和电磁转矩为输入变量，电流值为输出变量的三维表格，基于电磁转矩值、当前电池电压、及当前电机转子转速在转矩-电流表中查找对应的电流值；转矩-功角表为以电池电压、电机转子转速和电磁转矩为输入变量，功角值为输出变量的三维表格，基于电磁转矩值、当前电池电压、及当前电机转子转速在转矩-功角表中查找对应的功角值。
s3、基于定子电流值及功角值分别计算定子电压，即基于定子电流值计算第一定子电压，基于功角值计算第二定子电压；
在本发明实施例中，第一定子电压、第二定子电压均包括d-轴电压指令vd和q-电压指令vq，基于定子电压计算第一定子电压的计算方法采用的是现有的计算方法，基于功角值计算第二定子电压的计算方法具体为：
第二定子电压由电池电压vdc和功角δ产生，具体如下：
其中，v2d和v2q为第二定子电压的d-轴和q-轴分量，vdc为电池电压，δ为功角值。
s4、基于第一定子电压及第二定子电压分别获取电流pwm占空比及功角pwm占空比；
控制电机的定子谐波电流，本发明实施例中的功角pwm占空比可以采用规则pwm算法，如三脉冲法和五脉冲法，它们可以有效地消除或降低5次，7次，11次和13次谐波电流，可以选择更为复杂的pwm算法，达到综合消除谐波电流的目的。
s5、基于第一定子电压计算电压调制系数m；
在本发明实施例中，基于第一定子电压计算电压调制系数m，计算公式具体如下：
其中，v1d和v1q为第一定子电压的d-轴和q-轴分量，vdc为电池电压。
s6、基于电压调制系数m控制电流pwm占空比或功角pwm占空比输出至逆变器，以使逆变器基于电流pwm占空比或功角pwm占空比来控制永磁同步电机电磁转矩。
电流控制模式和功角控制模式是基于电压调制系数m实现，当m小于设定值时，采用电流控制模式，即将电流pwm占空比输出至逆变器，否则，采用功角控制模式，即将功角pwm占空比输出至逆变器，为了防止两种模式的频繁切换，采用滞环方法来控制控制模式的切换，如图3所示，即当m小于m1(m1＜m2)，或m大于m1且趋向于m2时(是指m位于m1与m2之间，且呈增大趋势)，将电流pwm占空比输出至逆变器，当m小于m2，或m小于m2且趋向于m1时(是指m位于m1与m2之间，且呈减小趋势)，将功角pwm占空比输出至逆变器。
本发明通过功角控制模式来控制同步电机高速运行时的定子电压，解决传统电流反馈控制出存在高速过流，导致电磁转矩控制性能变差或失效的问题，此外，拓宽了电机转速及电磁转矩的控制范围，该控制方法还可以在已有的硬件平台上开发，无需额外的硬件支持。
本领域普通技术人员可以理解实现上述实施例的全部或部分可以通过硬件来完成，也可以通过程序指令相关的硬件来完成，执行上述步骤的程序可以存储于一种计算机可读存储介质，上述提到的存储介质可以是只读存储器、闪存、磁盘或光盘等。
图4为本发明实施例发明实施例提供的基于电流和功角的永磁同步电机的电磁转矩控制系统的结构示意图，为了便于说明，仅示出与本发明实施例相关的部分。
该系统包括：
定子电流读取单元11、第一定子电压计算单元12、电流pwm获取单元13、电压调制系数计算单元14、功角读取单元15、第二定子电压计算单元16、功角pwm获取单元17，模式切换单元18；
定子电流读取单元11、第一定子电压计算单元12、电流pwm获取单元13、电压调制系数计算单元14、及模式切换单元18依次连接，功角读取单元15、第二定子电压计算单元16、及功角pwm获取单元17依次连接，电流pwm获取单元13及功角pwm获取单元17通过单刀双掷开关与逆变器19连接，其中，
定子电流读取单元11，基于转矩指令读取当前的电池电压及电机转子转速，转矩指令中携带有电磁转矩值，且基于电磁转矩值、当前电池电压及当前电机转子转速从转矩-电流表中读取定子电流；
第一定子电压计算单元12，基于定子电流计算第一定子电压；
电流pwm获取单元13，基于第一定子电压获取电流pwm占空比；
电压调制系数计算单元14，基于第一定子电压计算电压调制系数；
在本发明实施例中，基于第一定子电压计算电压调制系数m，计算公式具体如下：
其中，v1d和v1q为第一定子电压的d-轴和q-轴分量，vdc为电池电压。
功角值读取单元15，基于转矩指令读取当前的电池电压及电机转子转速，转矩指令中携带有电磁转矩值，且基于电磁转矩值、当前电池电压及当前电机转子转速从转矩-功角表中读取功角值；
第二定子电压计算单元16，基于功角值计算第二定子电压；
基于功角值计算第二定子电压的计算方法具体为：
第二定子电压由电池电压vdc和功角δ产生，具体如下：
其中，v2d和v2q为第二定子电压的d-轴和q-轴分量，vdc为电池电压，δ为功角值。
功角pwm获取单元17，基于第二定子电压获取功角pwm占空比；
模式切换单元18，基于电压调制系数控制单刀双掷开关掷向电流pwm获取单元13或功角pwm获取单元17，即控制电流pwm获取单元13或功角pwm获取单元17与逆变器19连接，以使逆变器19基于电流pwm获取单元输出的电流pwm占空比或功角pwm获取单元输出的功角pwm占空比来控制永磁同步电机电磁转矩，以使逆变器基于电流pwm占空比或功角pwm占空比来控制永磁同步电机电磁转矩。
电流控制模式和功角控制模式是基于电压调制系数m实现，当m小于设定值时，采用电流控制模式，即将电流pwm占空比输出至逆变器19，否则，采用功角控制模式，即将功角pwm占空比输出至逆变器19，为了防止两种模式的频繁切换，采用滞环方法来控制控制模式的切换，当m小于m1(m1＜m2)，或m大于m1且趋向于m2时(是指m位于m1与m2之间，且呈增大趋势)，模式切换单元18控制单刀双掷开关掷向电流pwm获取单元13，电流pwm获取单元13将电流pwm占空比输出至逆变器19；当m小于m2，或m小于m2且趋向于m1时(是指m位于m1与m2之间，且呈较小趋势)，模式切换单元18控制单刀双掷开关掷向功角pwm获取单元17，功角pwm获取单元17将功角pwm占空比输出至逆变器19。
本发明通过功角控制模式来控制同步电机高速运行时的定子电压，解决传统电流反馈控制出存在高速过流，导致电磁转矩控制性能变差或失效的问题，此外，拓宽了电机转速及电磁转矩的控制范围，该控制方法系统还可以在已有的硬件平台上开发，无需额外的硬件支持。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。