一种电机的参数标定和控制方法与流程

本发明涉电动机控制领域，具体而言涉及一种电动机的控制方法。

背景技术：

随着工业和新能源车的发展，三相电机的应用越来越广泛，目前普遍采用矢量控制技术，将三相电形成的磁场坐标系转换为类似于直流电机的磁场坐标系，将电机的励磁电流和转矩电流独立出来，然后采用类似于直流电机的计算方式(输入电流与转矩成正比)，实现对三相电机的转速或扭矩的控制，如图1所示,该控制方法需要使用电流传感器，测得各相的电流，然后根据电流进行clarke变换(三相静止坐标系转换为两相静止坐标系)、park变换(两相静止坐标系转换为两项动坐标系)后，用似于直流电机的调速和扭矩控制方法，计算控制参数，然后再通过反park变换(两相动坐标系转换为两相静止坐标系)，最后使用电压空间矢量调制(svpwm)算法，计算出三相线圈的各相的通电时间，对电机实施控制。

计算过程非常复杂，过程中所涉及到的参数、常量(系数)等设置验证难度大，另外，该算法主要以电机的控制性能为目标，虽然可以得到较好的转速、扭矩动态响应性能，但是不能在所有的转速和负载条件下都有高的效率，因为影响电机效率的不仅仅是三相的规律、幅度等，还有调制波pwm频率以及不同转速下感应电动势对电压电流角度、电机定子和转子气隙等导致的磁通变化等诸多因素影响，以及其他未知因素导致的不同转速、扭矩下的性能和效率差异，这些都会导致常规的方法不能最大限度的使电机在各工况下都有好的效率。作为动力电机，在满足扭矩、功率、速度等的需求前提下，效率是至关重要的参数，因此，目前的三相电机控制方法在动力电机效率方面存在不足，不利于节能。

另外，已有的通过转速、扭矩索引查表获取电流的标定和控制方法，仅仅解决了电机扭矩控制的精确性问题，其电流控制依然需要采用上述的矢量控制方法，依然存在计算过程复杂、受数学模型制约的问题，无法做到对电机的高效控制。

技术实现要素：

本发明目的在于提供一种电机的参数标定和控制方法，包括下列步骤：

1)标定步骤：

设定测功机的转速在一个目标值；

设定一个最小的目标扭矩；

通过一组初始的控制参数，启动目标电机；

逐个或同时改变目标电机的控制参数，通过比对输入功率，获得在当前设定转速和扭矩条件下的最小输入功率所对应的电机的控制参数，以设定的转速和扭矩条件作为索引，保存这些参数；

递增一个差值作为下一个目标扭矩，重复调节电机的输入参数，并保存所获得的最高效率的参数；如此重复，直到达到电机的在当前设定转速条件下的最大扭矩或达到设定的扭矩极限；

递增一个差值的转速，重复设定扭矩从最小到最大，找出各个扭矩节点对应的最高效率控制参数，且保存到以转速和扭矩为索引的形式保存；

重复递增转速差，且重复扭矩从最小到最大标定，直到达到电机的最高转速或达到设定的转速极限，保存数据；

2)电机控制方法：

扭矩控制模式：将电机的当前转速和目标扭矩转换为表格的索引号，查表得出目标控制参数，查表时，如果索引号位于表格的两个节点之间，使用插值的方法计算目标控制参数，使用查表和或计算的参数，作为电机的输入参数控制电机，即可基本达到目标扭矩，对于需要精确控制的场合，可结合pi或pid控制，调节查表所需的扭矩条件，可以实现精确的扭矩控制；

转速控制模式：首先通过转速控制算法，计算出达到目标转速所需要的扭矩条件，然后把当前电机的转速和计算所得的扭矩条件，转换为查表索引号，得到当前转速下实现目标扭矩所需的电机的输入参数，使用这些参数控制电机，即可实现精确的转速控制。

进一步，标定步骤中，把测得的电流和/或电压也作为参数保存起来，在控制步骤中，如果实际电流和/或电压偏离了查表所得的电流值和/或电压，则通过改变查表所得的调制度参数，使实测值保持为查表值。

本发明的方法，通过试验把控制电机所需的复杂的控制参数，线性化对应为以扭矩和转速为条件的控制参数数据表格，再通过电流传感器等修正由于其他条件影响导致的性能偏离，实现对电机的精准高效控制，既简化了电机控制所需的数学模型，又克服了数学模型控制电机的局限性，实现对电机的高效精确控制。

附图说明

图1为现有技术的三相电机的转速或扭矩的控制示意图。

图2为本发明较优实施例的电机的参数标定和控制方法的标定流程示意图。

图3为本发明较优实施例的电机的参数标定和控制方法的控制流程之转速控制模式的流程示意图。

图4为本发明较优实施例的电机的参数标定和控制方法的控制流程之扭矩控制模式的流程示意图。

具体实施方式

为了更了解本发明的技术内容，特举具体实施例并配合所附图式说明如下。

所述的通过实验台试验的方法举例：

组成：目标电机通过扭矩传感器与测功机相连(测功机至少具有控制转速的功能)，测功机用于控制电机输出轴稳定运行在设定的转速，扭矩传感器用于测量目标电机的输出扭矩。

标定步骤(如图2)：

首先设定测功机的转速在一个目标值；

设定一个最小的目标扭矩；

然后，通过一组初始的控制参数，启动目标电机；

逐个或同时改变目标电机的控制参数，通过比对输入功率，获得在当前设定转速和扭矩条件下的最小输入功率所对应的电机的控制参数，以设定的转速和扭矩条件作为索引，保存这些参数；

递增一个差值作为下一个目标扭矩，重复调节电机的输入参数，并保存所获得的最高效率的参数；如此重复，直到达到电机的在当前设定转速条件下的最大扭矩或达到设定的扭矩极限；

递增一个差值的转速，重复设定扭矩从最小到最大，找出各个扭矩节点对应的最高效率控制参数，且保存到以转速和扭矩为索引的形式保存。

重复递增转速差，且重复扭矩从最小到最大标定，直到达到电机的最高转速或达到设定的转速极限，保存数据。至此，参数标定结束。

电机控制方法：

扭矩控制模式(如图4)：将电机的当前转速和目标扭矩转换为表格的索引号，查表得出目标控制参数，查表时，如果索引号位于表格的两个节点之间，使用插值的方法计算目标控制参数。使用查表和或计算的参数，作为电机的输入参数控制电机，即可基本达到目标扭矩，对于需要精确控制的场合，可结合pi或pid控制，调节查表所需的扭矩条件，可以实现精确的扭矩控制。

转速控制模式(如图3)：首先通过转速控制算法(例如：pi或pid等)，计算出达到目标转速所需要的扭矩条件，然后把当前电机的转速和计算所得的扭矩条件，转换为查表索引号，得到当前转速下实现目标扭矩所需的电机的输入参数，使用这些参数控制电机，即可实现精确的转速控制。

作为补充，由于电机绕组的电流受电源电压、绕组温度等影响，会使相同控制参数下，电机的输出状态偏离设定值，为此，在控制器中设置电流检测传感器，该传感器可以是一个(设置在输入电源线路上)，或者是多个(设置在两相或三相线路上)，标定时，把电流也作为参数保存起来，控制时，如果电流偏离了查表所得的电流值，则通过改变查表所得的调制度参数，使电流保持为查表值，这样电机就有了很好的稳定性和适应性。

本方法克服了使用数学模型控制电机时，由于电机和控制器硬件的电路、磁路以及机械等方面存在的、无法通过数学模型计算的不确定性因素对电机效率的影响，使电机在满足性能参数要求的同时，相比于使用一般控制方法控制的电机，具有更高的效率。例如：在电机处于小扭矩工作时，需要较小的电流，为此，既可以采用常规的小调制度+较低pwm频率的方法，也可以采用较大调制度+较高pwm频率的方法，采用本发明的方法后，可以通过试验比较在相同的输出转速和扭矩状态下，哪种控制效率更高，就使用哪种控制方法，克服了依靠数学模型计算控制参数的不足，实现更高的电能转换效率。本发明的方法，可以做到，通过试验用什么参数控制能使电机的电能转换效率高，就用什么参数控制，完全摆脱了数学模型的约束，控制策略灵活高效。

所述的电机控制参数包括但不限于：pwm调制波频率、调制度、定子磁场电流与电压的夹角等。

所述的pwm调制波频率，是指控制电机电流所使用的脉宽调制波的频率；

所述的调制度是指决定svpwm或spwm计算时，对应着电流正弦波波峰高度的参数；

所述的定子磁场电流与电压的夹角，是指由于受定子线圈感抗影响，施加在线圈上电压与通过线圈的电流之间的滞后效应，反映在转子上的转角，以下简称电压提前角；

所述的电流参数，包括但不限于电流矢量、标量等，也可以是其中的任何一个。

所述的电压参数，包括但不限于电压的数值、相位等也可以是其中的任何一个。

本发明的方法，通过试验把控制电机所需的复杂的控制参数，线性化对应为以扭矩和转速为条件的控制参数数据表格，再通过电流传感器修正由于其他条件影响导致的性能偏离，实现对电机的精准高效控制，既简化了电机控制所需的数学模型，又克服了使用数学模型控制电机时，由于电机和控制器硬件的电路、磁路以及机械等方面存在的、无法通过数学模型计算的不确定性因素对电机效率的影响，使电机在满足性能参数要求的同时，相比于使用一般控制方法控制的电机，具有更高的效率。

虽然本发明已以较佳实施例揭露如上，然其并非用以限定本发明。本发明所属技术领域中具有通常知识者，在不脱离本发明的精神和范围内，当可作各种的更动与润饰。因此，本发明的保护范围当视权利要求书所界定者为准。