用于电机控制器的开关频率切换方法、装置、设备及汽车与流程

1.本技术实施例涉及汽车控制领域，具体而言，涉及一种用于电机控制器的开关频率切换方法、装置、电子设备及汽车。


背景技术：

2.在电机控制技术领域，电机控制系统的开关频率也叫控制频率，开关频率越高，电机输出的转矩就越平稳。但开关频率高会导致开关损耗加大，功率模块温度升高，降低系统效率。为了降低开关损耗，提高系统效率，通过电机控制器控制开关频率，在电机转速低速段采用低开关频率，在电机转速高速段采取高开关频率，在不同的转速段时通过电机控制器切换开关频率。
3.现有技术中存在的问题是，电机控制器接收到开关切换指令时，立即切换开关频率，致使开关频率切换前后电压作用时间不一致，电机输出电压产生突变，从而产生瞬时的电流冲击，进而产生转矩脉动，影响电机转速稳定性，使电机能耗增加。


技术实现要素：

4.本技术实施例提供一种用于电机控制器的开关频率切换方法、装置、电子设备以及汽车，旨在减小开关频率切换时产生的转矩脉动。
5.本技术实施例第一方面提供一种用于电机控制器的开关频率切换方法，所述方法包括：
6.接收开关频率切换指令；
7.执行开关频率切换指令，将所述开关频率由当前开关频率切换至目标开关频率；
8.其中，在执行所述开关频率切换指令后的第一个开关周期内占空比为过渡占空比，在执行所述开关频率切换指令后的剩余开关周期内的占空比恢复为所述开关频率切换前的占空比，所述过渡占空比不同于所述开关频率切换前的占空比。
9.可选地，其特征在于，所述过渡占空比的计算方法为：
10.获取所述当前开关频率、所述目标开关频率以及所述当前占空比；
11.根据所述当前开关频率、所述目标开关频率以及所述当前占空比计算出过渡占空比。
12.可选地，其特征在于，根据所述当前开关频率、所述目标开关频率以及所述当前占空比计算出过渡占空比，所述计算方法包括：
[0013][0014]
可选地，其特征在于，所述过渡占空比的取值符合以下条件：
[0015]
在执行所述开关频率切换指令后的第一个开关周期内所述电机控制器所控制的电机的输出电压，与在执行所述开关频率切换指令之前的所述开关周期的该电机的输出电压之间的电压差值小于预设阈值。
[0016]
本技术实施例第二方面提供一种用于电机控制器的开关频率切换装置，所述装置包括：
[0017]
指令接收模块，用于接收开关频率切换指令；
[0018]
指令执行模块，用于执行开关频率切换指令，将所述开关频率由当前开关频率切换至目标开关频率；
[0019]
其中，在执行所述开关频率切换指令后的第一个开关周期内占空比为过渡占空比，在执行所述开关频率切换指令后的剩余开关周期内的占空比恢复为所述开关频率切换前的占空比，所述过渡占空比不同于所述开关频率切换前的占空比。
[0020]
可选地，其特征在于，所述指令执行模块包括：
[0021]
参数获取子模块，用于获取所述当前开关频率、所述目标开关频率以及所述当前占空比；
[0022]
过渡占空比计算子模块，用于根据所述当前开关频率、所述目标开关频率以及所述当前占空比计算出过渡占空比。
[0023]
本技术实施例第三方面提供一种汽车，所述汽车包括：电机控制器；
[0024]
所述电机控制器用于实现如本技术第一方面所述的方法的步骤。
[0025]
本技术实施例第四方面提供一种电子设备，包括存储器、处理器及存储在存储器上并可在处理器上运行的计算机程序，所述处理器执行所述计算机程序时，实现本技术第一方面所述的方法的步骤。
[0026]
采用本技术提供的用于电机控制器的开关频率切换方法，在电机控制器接收到开关频率切换指令后，获取当前开关频率，目标开关频率，当前占空比。根据当前开关频率，目标开关频率，当前占空比计算出过渡占空比，将计算出的过渡占空比用于执行开关频率切换指令后的第一个开关周期，在剩余的开关周期恢复正常占空比。本技术通过在切换开关频率时采用过渡占空比的方式，使开关频率切换前后的电机输出电压不会随着开关频率的改变而产生突变，这样的开关频率切换方式计算简单，只需要知道目标开关频率，当前开关频率，当前占空比即可计算出过度占空比，不需要增加额外的输入量，而因为过度占空比的加入，实现了开关频率切换时电机电压的平滑过渡，进而消除了因电机电压突变而产生的转矩脉动。
附图说明
[0027]
为了更清楚地说明本技术实施例的技术方案，下面将对本技术实施例的描述中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技术的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
[0028]
图1是本技术一实施例提出的用于电机控制器的开关频率切换方法的流程图；
[0029]
图2是本技术一实施例提出的开关频率切换原理图；
[0030]
图3是本技术一实施例提出的用于电机控制器的开关频率切换装置的示意图。
具体实施方式
[0031]
下面将结合本技术实施例中的附图，对本技术实施例中的技术方案进行清楚、完
整地描述，显然，所描述的实施例是本技术一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本技术中的实施例，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他实施例，都属于本技术保护的范围。
[0032]
现有的用于电机的开关频率切换的方法为在接收到开关频率切换指令后立即进行开关频率切换，开关频率切换前后的占空比保持不变，这样会导致开关频率切换前后电压作用时间突变，存在瞬时电流冲击，进而产生转矩脉动，影响电机性能。
[0033]
本技术在通过在开关频率切换过程中加入了过渡占空比，在执行开关频率切换指令后的第一个开关周期使用过渡占空比，在之后的周期恢复正常占空比，采用过渡占空比时电机的输出电压与开关频率切换之前的电压值差值在预设阈值之内，同样的，采用过渡占空比时电机的输出电压与开关频率切换后剩余周期电机的电压值的差值在预订阈值之内，这样就保证了开关频率切前后的电压平滑过渡，减小了电流的冲击，消除了转矩脉动现象，保证了电机的性能。
[0034]
参考图1，图1是本技术一实施例提出的用于电机控制器的开关频率切换方法的流程图。如图1所示，该方法包括以下步骤：
[0035]
s1：接收开关频率切换指令。
[0036]
本实施例中，电机控制系统是用于控制电机按照设定的转速，角度，时间，响应速度等来运行的集成电路。开关频率是指电机控制系统中功率管在每秒内导通的次数。开关频率切换指令是用于指示电机控制器进行开关频率切换的代码。
[0037]
本实施例中，当需要改变电机的转速时，例如由低转速变为高转速或由高转速变为低转速时，电机控制器会接收到开关频率切换指令，进而对开关频率进行切换。
[0038]
示例地，不同的电机可以有不同的电机控制系统，最简单的电机控制器可以直接将电流送给电机以驱动电机运行。本实施例中的电机控制系统中至少包括一个具备运算功能的电机控制器，电机驱动器，也可以叫做电机驱动电路，还可以包括稳压器，各种监测电路。电机控制器用于将外部输入的指令代码转化为电信号进行输出，还可以根据指令代码进行计算，将计算结果作为电信号进行输出，电机驱动电路可以是根据所要驱动的电机特性而设计成的，用于驱动电机的运行，稳压器用于将外部输入电压稳定至电机的额定电压，而各种监测电路可以时刻监测电机的运行状况，向电机控制器反馈状况，电机控制器可以根据监测电路发送的参数对电机进行控制和调整。电机控制器可以根据需要集成各种功能。例如在永磁同步电机中，可以通过控制开关频率进行电机转速的控制，永磁同步电机控制系统中电源通过稳压电路连接一个逆变器，这个逆变器可以视作电机的驱动电路，逆变器的作用是向永磁同步电机输送经过调频的电流，驱动电机运转，而逆变器外部还接有一个电机控控制器，这个控制器可以是芯片，电机控制器可以控制逆变器对永磁同步电机输入一定频率的电流，即电机控制器通过控制开关频率的方式控制住电机的转速。
[0039]
示例地，当电机作为电动汽车的发动机时，需要对汽车进行加速或减速时，车载电脑对电机控制器发出加速或减速指令。当然，电机控制器在不同的使用情况下接收到的信号可以是不同的载体发出的，在这里不做限定。
[0040]
在另一个实施例中，电机控制器也可以通过内置芯片的方式，由内置芯片通过监测电路在接收到电机反馈信号后通过计算得到目标转速与现实转速之间的差距，根据计算结果控制电流的频率，进而控制电机的转速。
[0041]
s2：执行开关频率切换指令，将所述开关频率由当前开关频率切换至目标开关频率；其中，在执行所述开关频率切换指令后的第一个开关周期内占空比为过渡占空比，在执行所述开关频率切换指令后的剩余开关周期内的占空比恢复为所述开关频率切换前的占空比，所述过渡占空比不同于所述开关频率切换前的占空比。
[0042]
本实施例中，通过电机控制器执行开关频率切换指令，在电机控制器接收到开关频率切换指令时，会对该指令进行分析，根据指令的内容进行相应的运算分析，将分析结果从数字信号转换为电流信号传送至电机驱动电路，控制驱动电路中功率管的开关频率。
[0043]
本实施例中，功率管的开关频率实际上是功率管一秒内完全导通、断电的次数，电机控制器通过控制功率管一秒钟内完全导通、断开的次数进功率管开关频率的控制。
[0044]
示例地，电机开关频率与电机转速成正比关系时，低开关频率对应了低转速，高开关频率对应了高转速，电机的开关频率由低频率变为高频率时实质上是电机控制器控制电机驱动电路中的功率管增加了在每秒钟完全导通、断开的次数，由高频率变为低频率实质电机控制器控制电机驱动电路中的功率管减少了在每秒钟完全导通、断开的次数。
[0045]
本实施例中，将功率管进行一次完全导通、断开所经历的时间称为一个开关周期，占空比是指电路在一个工作周期内导通的时间占整个周期的百分比，即在一个开关周期内功率管完全导通的时间占整个开关周期的百分比。
[0046]
本实施例中，电机的输出电压，符合以下公式：
[0047]
uo＝udc*d0*ts
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(1)
[0048]
其中，uo为电机的输出电压，udc为母线电压，d0为占空比，ts为开关周期。其中，电机输出电压为电机通电运行时的实际电压，母线电压为系统提供的电压，例如可以是发电机提供的电压。
[0049]
现有切换开关频率的方法中，切换开关频率前后，占空比保持不变，开关频率的改变导致开关周期随之改变，这时就会造成电机的输出电压产生突变，进而产生转矩脉动，影响电机性能。
[0050]
示例地，设电压为220v，占空比为40％，当前开关频率(记为f)为50hz，则ts为0.02s，根据公式(1)，可计算得到电机输出电压uo为1.76v。将当前开关频率由50hz切换为25hz，则ts改变为0.04s，此时电机输出电压为3.52v，可见在占空比不变的情况下，电机输出电压会随着周期的改变发生突变。
[0051]
本实施例中，在电机控制器执行开关频率切换指令的第一个周期使用过渡占空比，即改变d0的数值，通过改变d0的数值使电机控制器执行开关频率切换指令之后的电机输出电压值不会发生过大的改变，过渡占空比维持一个开关周期之后，电机控制器发出正常占空比，这时的电机输出电压与之前开关周期的电压不会发生过大的改变，有效的减少了因电压突变而产生的转矩脉动，电机输出电压可以实现平滑过渡。
[0052]
示例地，如图2所示，图2是本技术的开关频率切换原理图，图中展示了电机驱动电路输送给电机的脉冲图像，其中高电平表示功率管完全导通，低电平表示功率管断开。前两个开关周期是电机控制器执行开关频率切换指令前的开关周期，所对应的占空比为正常占空比，第三个开关周期为电机控制器执行开关频率切换指令后的第一个开关周期，所对应的占空比为过渡占空比，后两个开关周期为剩余开关周期，所对应的占空比与控制器执行开关频率切换指令之前的占空比相同，即正常占空比。加入过渡占空比的方式是通过电机
控制器来增加或减少电机电路在一个开关周期中的导通时间来加入过渡占空比。
[0053]
本实施例中，计算过渡占空比的方法为：
[0054]
s2-1：获取所述当前开关频率、所述目标开关频率以及所述当前占空比。
[0055]
本实施例中，当前开关频率是电机控制器执行本次开关频率切换指令之前的开关频率。目标开关频率是电机控制器执行开关频率切换指令后的开关频率。当前占空比是电机控制器执行开关切换频率之前的占空比，即功率管完全导通时间与一个开关周期的比值。
[0056]
本实施例中，目标开关频率是通过开关频率切换指令得到的，也可以预设多个开关频率，每接收到开关频率切换指令时直接切换到预设的开关频率，在这里不做限定。因为电机控制器已经在控制驱动电路，使其以当前开关频率驱动电机，并且使用当前占空比，所以电机控制器可直接得到当前开关频率与当前占空比，也可以在输入开关频率切换指令时直接将当前开关频率和当前占空比与目标开关频率一起发送至电机控制器。
[0057]
s2-2：根据所述当前开关频率、所述目标开关频率以及所述当前占空比计算出过渡占空比。
[0058]
本实施例中，电机控制器获得当前开关频率，目标开关频率以及当前占空比后，根据当前开关频率，目标开关频率以及当前占空比计算出过渡占空比，过渡占空比的计算公式为：
[0059][0060]
根据公式(2)即可计算出过渡占空比，从公式(2)中可看出，目标开关频率与当前开关频率的比值在开关频率增加时是大于1的，而开关频率下降时是小于1大于0的。即增加目标开关频率时，过渡占空比是大于当前占空比的，降低目标开关频率时，过渡占空比是小于当前占空比的。
[0061]
本实施例中，过渡占空比最高不会超过100％，在实际应用中，由于电机开关频率的限制，不会出现过渡占空比超过100％的情况。也可以人为设定目标开关频率与当前开关频率之间的倍数关系，使当前占空比与目标开关频率和当前开关频率之间的乘积，即过渡占空比最高不超过100％。
[0062]
示例地，设当前占空比为40％，将开关频率由20hz转变为40hz时，根据公式(2)计算出的过渡占空比为80％，这时控制器将该过渡占空比用于执行频率切换指令的后第一个周期，就可以实现电压的平滑过渡。
[0063]
本实施例中，过渡占空比的选取还要符合以下条件：
[0064]
在执行所述开关频率切换指令后的第一个开关周期内所述电机控制器所控制的电机的输出电压，与在执行所述开关频率切换指令之前的所述开关周期的该电机的输出电压之间的电压差值小于预设阈值。
[0065]
由公式(1)可知道，在占空比不变的情况下，电机控制器执行开关频率切换指令前后，电机输出电压会产生突变。通过在电机控制器执行开关频率切换指令后的第一个周期加入过渡占空比，改变占空比的值可以使电压值改变幅度变小，即执行开关频率切换指令之后的第一个周期与之前周期的电压值的差值小于预设阈值，在开关频率切换之后的剩余周期中，使用正常的占空比，开关频率切换完成之后，剩余周期电机的输出电压与使用过渡
占空比时电机的输出电压的差值同样少于预设阈值。使用过渡占空比时的电机输出电压处于开关频率切换之前的电机输出电压与开关频率切换后剩余周期的电机输出电压之间。以此实现电压的平滑过渡。
[0066]
本实施例中，执行开关频率切换指令的瞬间，开关频率发生瞬时变化，在此时加入过渡占空比，在开关频率发生变化的瞬间防止电流产生突变。过渡占空比对应的开关周期为电机控制器执行开关频率切换指令后的第一个周期，这个开关周期是处于开关频率改变之前对应的开关周期和开关频率改变之后对应的周期中间的周期，可以理解为本周期的前半段为开关频率改变之前的开关周期，本周期的后半段为开关频率改变之后的开关周期，也可叫做中间周期。开关频率切换指令和过渡占空比是同时发出的，在执行了开关频率切换指令后的第一个开关周期中，也可以叫做中间中期周使用过渡占空比。
[0067]
本实施例中，在下一次开关频率切换之时同样继续执行上述步骤即可完成开关频率的切换。
[0068]
本实施例中，由主机或集成芯片发出开关频率切换指令，该指令中可以包含有目标开关频率，当前开关频率，当前占空比，也可以是专用于指示电机控制器进行频率切换的指令，电机控制器接收到开关频率切换指令之后，根据当前开关频率，目标开关频率，当前占空比计算出过渡占空比，在执行开关频率切换指令的同时向电机驱动电路发出过渡占空比，电机驱动电路中的功率管按照该过渡占空比进行导通或断开。这个过渡占空比持续一个周期，在执行过开关切换频率的剩余周期中，电机控志气恢复发出正常占空比。这样在电机开关频率改变之前和电机开关频率改变之后的中间周期中，使用了过渡占空比，这个开关周期中电机输出电压值介于电机开关频率改变之前电压值和电机开关频率改变之后电压值的中间。本实施例还说明了过渡占空比的计算方法。这种在切换开关频率时加入过渡占空比的方法实现了切换开关频率时电压的平滑过渡，不会产生突变，消除了转矩脉动，减小了电机的损耗，保证了电机的整机性能。
[0069]
基于同一发明构思，本技术一实施例提供一种用于电机控制器的开关频率切换装置。参考图3，图3是本技术一实施例提出的装置的示意图。如图3所示，该装置包括：
[0070]
指令接收模块，用于接收开关频率切换指令；
[0071]
指令执行模块，用于执行开关频率切换指令，将所述开关频率由当前开关频率切换至目标开关频率；
[0072]
其中，在执行所述开关频率切换指令后的第一个开关周期内占空比为过渡占空比，在执行所述开关频率切换指令后的剩余开关周期内的占空比恢复为所述开关频率切换前的占空比，所述过渡占空比不同于所述开关频率切换前的占空比。
[0073]
可选地，所述指令执行模块包括：
[0074]
参数获取子模块，用于获取所述当前开关频率、所述目标开关频率以及所述当前占空比；
[0075]
过渡占空比计算子模块，用于根据所述当前开关频率、所述目标开关频率以及所述当前占空比计算出过渡占空比。
[0076]
可选地，根据所述当前开关频率、所述目标开关频率以及所述当前占空比计算出过渡占空比，所述计算方法包括：
[0077][0078]
可选地，所述过渡占空比的取值符合以下条件：
[0079]
在执行所述开关频率切换指令后的第一个开关周期内所述电机控制器所控制的电机的输出电压，与在执行所述开关频率切换指令之前的所述开关周期的该电机的输出电压之间的电压差值小于预设阈值。
[0080]
基于同一发明构思，本技术另一实施例提供一种汽车，所述汽车包括：电机控制器；
[0081]
所述电机控制器用于实现如本技术上述任一实施例所述的开关频率切换方法的步骤
[0082]
基于同一发明构思，本技术另一实施例提供一种电子设备，包括存储器、处理器及存储在存储器上并可在处理器上运行的计算机程序，所述处理器执行时实现本技术上述任一实施例所述的开关频率切换方法中的步骤。
[0083]
对于装置实施例而言，由于其与方法实施例基本相似，所以描述的比较简单，相关之处参见方法实施例的部分说明即可。
[0084]
本说明书中的各个实施例均采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似的部分互相参见即可。
[0085]
本领域内的技术人员应明白，本技术实施例的实施例可提供为方法、装置、或计算机程序产品。因此，本技术实施例可采用完全硬件实施例、完全软件实施例、或结合软件和硬件方面的实施例的形式。而且，本技术实施例可采用在一个或多个其中包含有计算机可用程序代码的计算机可用存储介质(包括但不限于磁盘存储器、cd-rom、光学存储器等)上实施的计算机程序产品的形式。
[0086]
本技术实施例是参照根据本技术实施例的方法、终端设备(系统)、和计算机程序产品的流程图和/或方框图来描述的。应理解可由计算机程序指令实现流程图和/或方框图中的每一流程和/或方框、以及流程图和/或方框图中的流程和/或方框的结合。可提供这些计算机程序指令到通用计算机、专用计算机、嵌入式处理机或其他可编程数据处理终端设备的处理器以产生一个机器，使得通过计算机或其他可编程数据处理终端设备的处理器执行的指令产生用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的装置。
[0087]
这些计算机程序指令也可存储在能引导计算机或其他可编程数据处理终端设备以特定方式工作的计算机可读存储器中，使得存储在该计算机可读存储器中的指令产生包括指令装置的制造品，该指令装置实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能。
[0088]
这些计算机程序指令也可装载到计算机或其他可编程数据处理终端设备上，使得在计算机或其他可编程终端设备上执行一系列操作步骤以产生计算机实现的处理，从而在计算机或其他可编程终端设备上执行的指令提供用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的步骤。
[0089]
尽管已描述了本技术实施例的优选实施例，但本领域内的技术人员一旦得知了基本创造性概念，则可对这些实施例做出另外的变更和修改。所以，所附权利要求意欲解释为
包括优选实施例以及落入本技术实施例范围的所有变更和修改。
[0090]
最后，还需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者终端设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者终端设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个
……”
限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者终端设备中还存在另外的相同要素。
[0091]
以上对本技术所提供的一种用于电机控制器的开关频率切换方法、装置、电子设备及汽车，进行了详细介绍，本文中应用了具体个例对本技术的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本技术的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本技术的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处，综上所述，本说明书内容不应理解为对本技术的限制。