专利名称：基于map图的电动汽车用驱动电机前馈矢量控制方法
技术领域：
本发明属于现代交通技术领域，涉及到一种电机控制方法，特别涉及到一种基于 MAP图的电动汽车用驱动电机前馈矢量控制方法。
背景技术：
矢量控制方法是目前电动汽车用驱动电机普遍采用的一种控制方法，其技术要点 是测量交流侧三相电流，进行坐标变换得到转矩电流分量和磁场电流分量，根据实际电流 分量和需求电流分量的偏差进行PID控制，调节电压输出矢量，达到控制电机转矩的目的。 由于汽车运行工况复杂、动力控制目标随机变化且不可预见的特点，要求车用驱动电机工 作时具有调速范围宽、转矩响应速度快、低速输出大扭矩等特性，采用传统的矢量控制方法 进行电动汽车用驱动电机控制具有如下缺陷PID控制中的积分环节很难满足快速响应的 要求，导致过流现象，反复的过流将缩短电机控制器中IGBT的寿命，降低了控制器的安全 性和可靠性；小电流工作时电流传感器测量误差相对较大，影响电机控制性能；反馈闭环 控制响应速度慢、控制环节多、结构复杂、成本高。为了解决上述问题，需要开发适合汽车工 况特点的车用驱动电机控制方法
发明内容
本发明要解决的技术问题是针对传统的矢量控制方法中反馈闭环PID控制很难 满足快速响应要求，导致过流现象，缩短电机控制器中IGBT寿命的缺点，提出一种基于MAP 图的电动汽车用驱动电机前馈矢量控制方法，查询存储在电机控制程序中的电机控制三维 MAP图以获得最优的需求电压矢量大小和相位角，实施前馈矢量控制，响应速度快、避免了 过流现象，且消除了对电流测量的依赖，提高了控制性能、降低了成本。本发明的技术方案是本发明的系统组成包括电机转速和角位置传感器、电机控 制三维MAP图查询模块、空间电压矢量脉宽调制模块、逆变器模块、蓄电池组和电机。本发 明包括电机控制三维MAP图标定过程和基于MAP图的电机前馈矢量控制过程两部分。A、电机控制三维MAP图标定过程为第一步，在电机标定试验台架上，选择电机n-T图上的一系列工作点，电机转速从 nmin至nmax每间隔Δ η、电机转矩从Tmin至Tmax每间隔Δ Τ，作为电机控制三维MAP图的标定
点ο第二步，在每个电机控制三维MAP图的标定点处，调整电压矢量大小U和相位角θ 以满足该标定点的电机转速η和转矩T条件，选取使三相电流I最小的一组U和θ作为电 机控制三维MAP图中该标定点的最优值。第三步，完成所有的电机控制三维MAP图标定点的最优值标定，形成最优的电机 控制三维MAP图，以表的形式存储到电机控制程序中。B、基于MAP图的电机前馈矢量控制过程为第一步，电机控制三维MAP图查询模块根据目标转矩T*和电机转速η*查询电机控制三维MAP图，确定目标转矩T*和电机转速η*在MAP图中的三角形工作区域，并获得三角 形工作区域各顶点处的电机转矩Ti和电机转速Iii及电压矢量大小最优值Ui和相位角最优 值 θ i，其中 i = 1,2,30第二步，根据目标转矩Τ*和电机转速η*及所获得的三角形顶点处的电机转矩凡和 电机转速Iii及电压矢量大小最优值Ui和相位角最优值θ i进行曲面差值计算，求得电机在 转矩 "和转速η*工作点处应施加的最优电压矢量大小U*和相位角θ *0第三步，空间电压矢量脉宽调制模块根据最优相位角θ *和电机转子机械位置角
f获得电压矢量在α-β静止坐标系下的矢量角然后根据最优电压矢量大小
『和矢量角& +/+*求得六路PWM控制信号，控制逆变器模块产生三相交流电压，控制 电机运行。
本发明的效果和益处是采用前馈矢量控制方法，响应速度快、避免了过流现象， 提高了控制器的安全性、可靠性和耐久性；无电流测量环节，消除了小电流工作时电流传感 器测量误差相对较大带来的影响，提高了控制性能；基于MAP图进行前馈开环控制，结构简 单，无电流传感器，降低了成本。
图1是本发明的系统组成示意图。图中是目标转矩；η*是电机转速；『是电压矢量大小最优值；θ *是相位角最优 值；^z/是电机转子机械位置角。图2是本发明的矢量控制坐标系图。图中α - β是静止坐标系；d_q是旋转坐标系；U是电压矢量大小；θ是电压矢量 相对于q轴提前的相位角；识是电机转子机械位置角。图3是本发明的电机控制三维MAP图中的三角形工作区域图。图中A(η”T1, U1, θ ^,Bfc2jT2jU2, θ 2)、C(n3，T3，U3，θ 3)是三角形工作区域三个 顶点参数Ji是电机转矩；ni电机转速恥是各顶点电压矢量大小最优值，θ i是相位角最优 值；其中i = 1，2，3 是电机目标工作点；Τ*是目标转矩y是电机转速；U* 是电压矢量大小最优值；θ *是相位角最优值。
具体实施例方式以下结合技术方案和附图详细叙述本发明的具体实施方式
。实施例如图1所示，本发明的系统组成包括电机转速和角位置传感器、电机控制三维MAP 图查询模块、空间电压矢量脉宽调制模块、逆变器模块、蓄电池组和电机。本发明包括电机控制三维MAP图标定过程和基于MAP图的电机前馈矢量控制过程 两部分。A、电机控制三维MAP图标定过程为第一步，在电机标定试验台架上，选择电机n-T图上的一系列工作点，电机转速η从500rpm至6000rpm，间隔为200rpm，电机转矩T从ON · m至96N · m,间隔为16N · m,作为 电机控制三维MAP图的标定点。第二步，在每个电机控制三维MAP图的标定点处，调整电压矢量大小U和相位角θ 以满足该标定点的电机转速η和转矩T条件，其中U为电压矢量大小，θ为电压矢量相对 于q轴提前的相位角，如图2所示；选取使三相电流I最小的一组U和θ作为电机控制三 维MAP图中该标定点的最优值。同一标定点处三相电流I最小意味着热损耗最小，电机效 率最高。各点标定方法相同，现以电机转速n = 500rpm、电机转矩T= 16Ν·πι标定点为例 说明首先，令测功机二工作在定转速模式，设定转速为500rpm ；然后，调整电压矢量大小U及相位角θ，使电机转矩达到目标转矩16Ν·πι，测定三 相电流I值；最后，反复调整电压矢量大小U及相位角θ，使电机工作在转速η = 500rpm、转矩 T = 16N -m的标定点，获得多个三相电流I值，选定使三相电流I最小的一组电压矢量大小 U及相位角θ作为电机控制三维MAP图中该标定点的最优值。第三步，完成所有的电机控制三维MAP图标定点的最优值标定，形成最优的电机 控制三维MAP图，以表的形式存储到电机控制程序中。
B、基于MAP图的电机前馈矢量控制过程为第一步，如图1所示，电机控制三维MAP图查询模块根据目标转矩T*和电机转速 η*查询电机控制三维MAP图，确定目标转矩 "和电机转速η*在MAP图中的三角形工作区 域，并获得三角形工作区域各顶点处的电机转矩Ti和电机转速Iii及电压矢量大小最优值Ui 和相位角最优值 01，其中土 = 1，2，3，设为八(111，1\，仏，θ ^,Bfc2jT2jU2, 02)、C(n3，T3，U3， θ 3)，如图3所示。第二步，根据目标转矩f和电机转速η*及所获得的A、B、C点的参数进行曲面差值 计算，求得电机在转矩 "和转速η*工作点处应施加的最优电压矢量大小U*和相位角θ 其中电压矢量大小『由公示(1)求出，相位角Θ*由公示(2)求出。[ (T2-T1) X (U3-U1) - (T3-T1) X (U2-U1) ] X (n*-ni) - [ (Ii2-Ii1) X (U3-U1) - (Ii3-Ii1) X (U2-U1) ] X (Ti-T1) + [ (II2-Ii1) X (T3-T1) - (Ii3-Ii1) X (T2-T1) ] X (Ui-U1) =0(1)[ (T2-T1) X ( θ 3- θ (T3-T1) X ( θ 2- θ》]X (η*-ηι) - [ (H2-Ii1) X ( θ 3- θ 1)-( Ii3-Ii1) X ( θ 2- θ X (Ti-T1) + [ (Ii2-Ii1) X (T3-T1) - (Ii3-Ii1) X (T2-T1) ] X ( θ *- θ = 0 (2)第三步，空间电压矢量脉宽调制模块根据最优相位角θ *和电机转子机械位置角 口*获得电压矢量在α -β静止坐标系下的矢量角《+f ；然后根据最优电压矢量大小
U*和矢量角《+ ^ + *求得六路PWM控制信号，控制逆变器模块产生三相交流电压，控制 电机运行。
权利要求
一种基于MAP图的电动汽车用驱动电机前馈矢量控制方法，包含电机控制三维MAP图标定过程和基于MAP图的电机前馈矢量控制过程，其特征在于，A、电机控制三维MAP图标定过程包含以下步骤第一步，在电机标定试验台架上，选择电机n-T图上的一系列工作点，电机转速从nmin至nmax每间隔Δn、电机转矩从Tmin至Tmax每间隔ΔT，作为电机控制三维MAP图的标定点；第二步，在每个电机控制三维MAP图的标定点处，调整电压矢量大小U和相位角θ以满足该标定点的电机转速n和转矩T条件，选取使三相电流I最小的一组U和θ作为电机控制三维MAP图中该标定点的最优值；第三步，完成所有的电机控制三维MAP图标定点的最优值标定，形成最优的电机控制三维MAP图，以表的形式存储到电机控制程序中；B、基于MAP图的电机前馈矢量控制过程包含以下步骤第一步，电机控制三维MAP图查询模块根据目标转矩T*和电机转速n*查询电机控制三维MAP图，确定目标转矩T*和电机转速n*在MAP图中的三角形工作区域，并获得三角形工作区域各顶点处的电机转矩Ti和电机转速ni及电压矢量大小最优值Ui和相位角最优值θi，其中i＝1，2，3；第二步，根据目标转矩T*和电机转速n*及所获得的三角形顶点处的电机转矩Ti和电机转速ni及电压矢量大小最优值Ui和相位角最优值θi进行曲面差值计算，求得电机在转矩T*和转速n*工作点处应施加的最优电压矢量大小U*和相位角θ*；第三步，空间电压矢量脉宽调制模块根据最优相位角θ*和电机转子机械位置角获得电压矢量在α-β静止坐标系下的矢量角然后根据最优电压矢量大小U*和矢量角求得六路PWM控制信号，控制逆变器模块产生三相交流电压，控制电机运行。FSA00000120687800011.tif,FSA00000120687800012.tif,FSA00000120687800013.tif
全文摘要
一种基于MAP图的电动汽车用驱动电机前馈矢量控制方法，属于现代交通技术领域。其特征包括电机控制三维MAP图标定过程和基于MAP图的电机前馈矢量控制过程；首先，选择n-T图上一系列工作点作为MAP图标定点，调整电压矢量大小U和相位角θ满足标定点的n和T条件，选取使三相电流I最小的一组U和θ作为MAP图中该标定点的最优值，形成最优的电机控制三维MAP图；然后，电机控制三维MAP图查询模块根据目标转矩T*和转速n*查询MAP图并经过曲面差值，求得最优的电压矢量大小U*和相位角θ*，空间电压矢量脉宽调制模块根据U*和θ*及电机转子机械位置角求得六路PWM控制信号，使逆变器模块产生三相交流电压，控制电机运行。本发明的效果和益处是避免过流现象、提高控制器的安全性和耐久性，降低成本。
文档编号H02P27/06GK101841299SQ20101018646
公开日2010年9月22日 申请日期2010年5月25日 优先权日2010年5月25日
发明者周雅夫, 孙新函, 沈晓勇, 连静, 迟春华 申请人:大连理工大学