一种电机控制方法、控制装置、控制系统和车辆与流程

1.本发明实施例涉及电机控制技术，尤其涉及一种电机控制方法、控制装置、控制系统和车辆。


背景技术：

2.永磁同步电机(permanent magnet synchronous motor，pmsm)具有结构简单、功率密度高、可靠性强等优点，在电动汽车、航空航天等领域得到广泛应用。而永磁同步电机控制系统中，高速、高精度、高控制频率的控制特性才能保证电机转矩性能的正常输出。
3.对于永磁同步电机控制系统，受成本及驱动模块开关损耗的因素的影响，目前大多主机厂电机控制系统的控制频率大多限制在10khz左右，即一个电机控制周期只进行一次pwm控制信号更新，控制延时时间较长。针对控制延时时间长的问题，可采用进一步提高pwm控制信号输出频率方式，然而这种方式对电机驱动模块有较高要求，增加开发成本，同时会影响电机电磁兼容性能。并且控制周期需要cpu同步进行电流及位置采样，占用载频控制时间，对芯片处理速度要求较高。


技术实现要素：

4.本发明提供一种电机控制方法、控制装置、控制系统和车辆，用以降低控制信号的输出频率，降低cpu处理速度要求，降低成本。
5.第一方面，本发明实施例提供了一种电机控制方法，包括：
6.通过直接存储器访问的方式获取电机实时数据；
7.在半个电机控制周期后，根据电机目标数据和所述电机实时数据计算，确定电机控制数据；
8.在半个所述电机控制周期后，根据所述电机控制数据驱动电机。
9.可选的，所述根据电机目标数据和所述电机实时数据计算，确定电机控制数据之后，还包括：
10.根据获取所述电机控制数据所需时间确定系统的系统负载率，更新所述电机控制周期。
11.可选的，所述根据获取所述电机控制数据所需时间确定系统的系统负载率，更新所述电机控制周期包括：
12.当所述系统负载率高于预设负载率时，延长所述电机控制周期。
13.可选的，所述电机控制数据通过pwm信号输出，所述根据所述电机控制数据驱动电机包括：
14.根据所述电机控制数据确定所述pwm信号的占空比，根据所述占空比控制电机输出动力。
15.可选的，所述根据所述电机控制数据驱动电机还包括：
16.所述占空比小于死区时间或小脉冲时间时，将所述占空比视为0％；
17.所述占空比大于所述pwm信号的周期减去所述死区时间和所述小脉冲时间时，将所述占空比视为100％。
18.可选的，所述电机实时数据包括电机实时电流和电机转子位置。
19.可选的，所述根据电机目标数据和所述电机实时数据计算，确定电机控制数据发生在所述电机控制周期的起始位置和中间位置；和/或，
20.所述根据所述电机控制数据驱动电机发生在所述电机控制周期的起始位置和中间位置。
21.第二方面，本发明实施例还提供了一种电机控制装置，包括：
22.电机实时数据获取模块，用于通过直接存储器访问的方式获取电机实时数据；
23.电机控制数据确定模块，用于在半个电机控制周期后，根据电机目标数据和所述电机实时数据计算，确定电机控制数据；
24.电机驱动模块，用于在半个所述电机控制周期后，根据所述电机控制数据驱动电机。
25.第三方面，本发明实施例还提供了一种电机控制系统，包括上述电机控制装置，所述电机控制装置用于实现上述任意一种电机控制方法。
26.第四方面，本发明实施例还提供了一种车辆，包括上述电机控制系统。
27.本发明实施例通过直接存储器访问的方式获取电机实时数据；在半个电机控制周期后，根据电机目标数据和电机实时数据计算，确定电机控制数据；在半个电机控制周期后，根据电机控制数据驱动电机。以直接存储器访问的方式代替cpu获取电机实时数据，节省了cpu计算资源，降低了cpu处理速度要求，进而降低成本。并且在半个电机控制周期内即可完成一次数据更新，降低了控制信号的输出频率要求，进而降低了对电机驱动系统的要求，降低开发成本，同时提高了电机电磁兼容性能。
附图说明
28.图1为本发明实施例提供的一种电机控制方法的流程示意图；
29.图2为本发明实施例提供的一种永磁同步电机控制系统的结构示意图；
30.图3为本发明实施例提供的一种电机控制方法的信号周期示意图；
31.图4为本发明实施例提供的一种电机矢量控制模块的处理流程示意图；
32.图5为本发明实施例提供的一种电机控制装置的结构示意图。
具体实施方式
33.下面结合附图和实施例对本发明作进一步的详细说明。可以理解的是，此处所描述的具体实施例仅仅用于解释本发明，而非对本发明的限定。另外还需要说明的是，为了便于描述，附图中仅示出了与本发明相关的部分而非全部结构。
34.图1为本发明实施例提供的一种电机控制方法的流程示意图，参考图1。本发明实施例提供了一种电机控制方法，包括：
35.s1：通过直接存储器访问的方式获取电机实时数据。
36.其中，相比cpu直接获取的方式，本发明实施例通过直接存储器访问(dma)的方式对电机实时数据进行获取，可以避免cpu在进行电机实时数据获取时耗费算力，减小cpu运
行压力。电机实时数据可以包括与电机实时状态相关的信息。通过直接存储器访问的方式进行电机实时数据获取不需要依赖于cpu的大量中断负载，直接将需要获取的数据保存到存储器中。现有技术中，cpu需要从来源把每一片段的资料复制到暂存器，然后把它们再次写到新的地方。在这个时间中，cpu对于其他的工作来说就无法使用。因此通过直接存储器访问的方式进行电机实时数据获取可以节省算力资源，降低cpu负载。可选的，电机实时数据可以包括电机实时电流和电机转子位置。
37.s2：在半个电机控制周期后，根据电机目标数据和电机实时数据计算，确定电机控制数据。
38.其中，将针对电机目标数据和电机实时数据的计算转移至电机实时数据获取的下半个周期进行，无需等待电机实时数据获取完成即可开始计算，为降低电机控制周期的长度提供可能。电机目标数据可以是根据电机控制指令获得的数据。电机控制数据可以是用于对电机进行控制的相关数据，电机控制数据可以是以pwm信号的形式输出的。
39.s3：在半个电机控制周期后，根据电机控制数据驱动电机。
40.其中，将电机驱动步骤置于计算电机控制数据之后的半个电机控制周期中，可以避免因计算电机控制数据耗时导致的电机控制周期较长，在本周期内无需等待电机控制数据的计算即可控制电机，为进一步降低电机控制周期的长度提供可能。
41.图2为本发明实施例提供的一种永磁同步电机控制系统的结构示意图，参考图2。电机控制方法可用于控制如下系统。永磁同步电机控制系统可以包括电流检测模块1、位置检测模块2、电机矢量控制模块3以及输出模块4。其中电流检测模块1用于检测驱动永磁同步电机5的三相电流，位置检测模块2用于检测永磁同步电机5转子的位置，电机矢量控制模块3用于进行对电机所需驱动电流进行计算，例如可以是矢量控制运算(foc运算)，输出模块4可以根据运算结果输出电流，对永磁同步电机5进行驱动，输出模块4可以是驱动板。系统根据收到的扭矩请求指令，结合电流检测模块实时采集的ia、ib、ic三相电流、位置检测模块2实时采集的电机位置信号θ以及电机目标数据trqcmd，作为矢量控制系统的输入，实时计算出需要输出的pwm信号，该信号作为驱动板的输入信号，使驱动板按照输出信号输出电流，驱动电机按照指令输出对应的扭矩。
42.图3为本发明实施例提供的一种电机控制方法的信号周期示意图，参考图3。由于电流检测模块以及位置检测模块采样的频率以及控制频率等参数对控制系统电机扭矩控制的精确度及动态响应性能至关重要。因此本发明实施例在一个载频周期内，进行两次电流信号采样、位置信号采样及电机矢量控制运算。为保证电机电流信号及位置信号采样的同步性。本发明实施例可以在一个载频周期内，控制两次电机控制数据的更新分别由两个pwm信号承载。即一个载频周期内，第一次更新可以记录在第一pwm信号上，第二次更新可以记录在第二pwm信号上。可选的，本发明实施例还可以根据实际需要选取电机实时数据采样结果锁存时间点。例如可以是pwm信号周期的起始点或者中间点(即t1、t2、t3、t4和t5)，同步触发电机实时数据采样结果锁存，使电机实时数据不跟随时间变化。通过直接存储器访问发送结果读取指令，在后台读取电机实时数据采样结果，将其存储于缓存空间。数据读取结束后，触发缓存内容锁存释放，方便进行下次信号采集。整个采集过程cpu不参与运算，而是通过dma方式实现。在一个电机控制周期中实现两次电机实时数据的采集和运算，因此电机控制周期是数据采集运算周期的两倍长。由于获取电机控制数据所需的计算与直接存储
器访问获取电机实时数据不在同一数据采集运算周期，因此在计算电机控制数据时，通过dma后台采集的电流及位置信号并不在本周期使用，而是在下个数据采集运算周期使用。因此下周期即可直接使用已经采集到的数据，无需额外的载频任务时间及cpu负载进行电机实时数据采样，大幅缩减传输电机实时数据所需的载频任务执行时间对cpu计算电机控制数据处理时间的占用，降低系统负载。同样的，计算所得的电机控制数据并不在本周期使用，而是在下个数据采集运算周期使用。因此下一数据采集运算周期即可直接使用已经计算出的电机控制数据用于对驱动板进行控制的pwm信号更新，降低了对电机驱动系统的要求，降低开发成本。在一个pwm信号周期内生成的第一pwm信号和第二pwm信号通过驱动板转化为驱动电流信号，对电机进行驱动。一个pwm信号周期内的驱动电流信号会根据第一pwm信号和第二pwm信号载有的不同电机控制数据分别输出具有上升趋势的电流和具有下降趋势的电流，从而实现在pwm信号输出频率不变的情况下，将驱动电流的控制调节频率翻倍。降低电机驱动模块要求，降低开发成本，同时不会对电机电磁兼容性能造成影响。
43.可选的，根据电机目标数据和电机实时数据计算，确定电机控制数据之后，还包括：
44.根据获取电机控制数据所需时间确定系统的系统负载率，更新电机控制周期。
45.其中，可以将电机控制周期设置为能够实时变化的可变周期。在电机实时数据采集、电机控制数据计算以及pwm信号更新等步骤中，电机控制数据计算所花费的时间往往最长，因此可以根据获取电机控制数据所需的时间计算电机控制周期的最小值。提升电机控制频率有助于提高电机动态响应速度，因此可以根据获取电机控制数据所需时间适时调整电机控制周期，提高电机控制频率。
46.进一步的，根据获取电机控制数据所需时间确定系统的系统负载率，更新电机控制周期包括：
47.当所述系统负载率高于预设负载率时，延长所述电机控制周期。
48.其中，当电机控制频率被提升得过高时，会导致系统负荷增加，甚至超过电机控制数据计算芯片能够承受的最大负荷。因此可以在系统负载率高于预设负载率时，延长电机控制周期。以此保护电机控制数据计算芯片，以免计算芯片的负荷过高导致超出芯片负载的安全范围。其中系统负载率可以是本次电机控制数据计算所需时间与电机控制周期时长之比。预设负载率可以根据实际需要确定。可选的，预设负载率可以是60-90％，例如70％。
49.可选的，电机控制数据通过pwm信号输出，根据电机控制数据驱动电机包括：
50.根据电机控制数据确定pwm信号的占空比，根据占空比控制电机输出动力。
51.其中，可以通过电机控制数据确定pwm信号，由pwm信号控制驱动板向电机提供驱动电流。可以将驱动板设置为根据pwm信号的占空比确定输出的电流大小。例如可以设置为pwm信号的占空比越大，则驱动板提供的驱动电流越大。从而根据pwm信号的占空比控制电机输出动力。
52.进一步的，根据电机控制数据驱动电机还包括：
53.待输出的占空比小于死区时间或小脉冲时间时，将占空比按照0％输出；
54.待输出的占空比大于pwm信号的周期减去死区时间和小脉冲时间时，将占空比按照100％输出。
55.其中，当pwm占空比小于死区时间和小脉冲时间时，占空比按照0％输出；当pwm占
空比大于pwm周期减去死区时间和小脉冲时间时，占空比按照100％输出；当占空比介于两者之间时，采用电机控制数据确定的pwm信号占空比即可。从而有效减少电机控制过程中由于小脉冲导致的无效动力输出，减少热量的产生和电力损耗。与此同时减少pwm信号产生模块因需要快速频繁切换电平状态导致短路。对永磁同步电机控制系统进行保护。
56.可选的，根据电机目标数据和电机实时数据计算，确定电机控制数据发生在电机控制周期的起始位置和中间位置；和/或，
57.根据电机控制数据驱动电机发生在电机控制周期的起始位置和中间位置。
58.其中，可以根据实际需要选取根据电机目标数据和电机实时数据计算，以及根据电机控制数据驱动电机这两动作相对于电机控制周期的发生时间。可以以电机控制周期的起始位置作为上述动作的发生时间，也可以以电机控制周期的中间位置作为上述动作的发生时间。
59.图4为本发明实施例提供的一种电机矢量控制模块的处理流程示意图，参考图4。在一个数据采集运算周期内，电机矢量控制模块的处理器对电机控制数据进行计算，确定电机控制数据。然后根据电机控制数据确定电机矢量控制模块输出的pwm信号的输出频率和占空比。然后确定电机控制数据计算的执行时间。接着根据电机控制数据计算的执行时间判断系统负载率是否高于预设负载率。若否，则根据获取电机控制数据所需的时间等参数推算系统最大允许负荷，根据系统最大允许负荷和载频任务执行时间推算出pwm信号的输出频率，并以此更新pwm信号的输出频率。若是，则判断pwm信号的占空比是否小于死区时间或小脉冲时间。以及是否大于pwm信号的周期减去死区时间和小脉冲时间。根据pwm信号的占空比将占空比更新为0％或100％，或者保持pwm占空比不变。然后输出pwm信号的频率及占空比，并开始下一周期的计算。
60.图5为本发明实施例提供的一种电机控制装置的结构示意图，参考图5。本发明实施例还公开了一种电机控制装置，包括：
61.电机实时数据获取模块01，用于通过直接存储器访问的方式获取电机实时数据；
62.电机控制数据确定模块02，用于在半个电机控制周期后，根据电机目标数据和电机实时数据计算，确定电机控制数据；
63.电机驱动模块03，用于在半个电机控制周期后，根据电机控制数据驱动电机。
64.其中，本发明实施例所提供的电机控制装置可执行本发明任意实施例所提供的电机控制方法，具备执行方法相应的功能模块和有益效果。
65.可选的，还包括电机控制周期更新模块，用于根据获取电机控制数据所需时间确定系统的系统负载率，更新电机控制周期。
66.本发明实施例还公开了一种电机控制系统，包括上述电机控制装置，电机控制装置用于实现上述任意一种电机控制方法。
67.其中，本发明实施例所提供的电机控制系统包括本发明任意实施例所提供的电机控制装置，具备执行方法相应的功能模块和有益效果。
68.本发明实施例还公开了一种车辆，包括上述电机控制系统。
69.其中，本发明实施例所提供的车辆包括本发明任意实施例所提供的电机控制系统，具备执行方法相应的功能模块和有益效果。
70.注意，上述仅为本发明的较佳实施例及所运用技术原理。本领域技术人员会理解，
本发明不限于这里所述的特定实施例，对本领域技术人员来说能够进行各种明显的变化、重新调整、相互结合和替代而不会脱离本发明的保护范围。因此，虽然通过以上实施例对本发明进行了较为详细的说明，但是本发明不仅仅限于以上实施例，在不脱离本发明构思的情况下，还可以包括更多其他等效实施例，而本发明的范围由所附的权利要求范围决定。