适用于电动车电机的控制方法与流程

1.本技术涉及电机控制领域，具体而言，涉及一种适用于电动车电机的控制方法。


背景技术：

2.随着经济的不断发展，对于出行的要求越来越高；电动助力车由于其小巧轻便、环保、经济等特点受到了越来越普遍的欢迎；作为电动助力车的核心部件之一，驱动电机性能的好坏决定了整车的动力、驾驶舒适性、续航等等方面是否满足使用需求；目前市场上应用的驱动电机大多为spmsm（表贴式永磁同步电机），其控制方式均为foc(磁场定向)控制；磁场定向控制需要实时获取电机当前的三相电流和转子位置信号；在电动助力车的驱动电机控制方式中，传统的转子角度获取位置方式通过霍尔位置传感器获得，但是霍尔位置传感器在由于在电机运行过程中返回脉冲数较少以及采样噪声较大，无法满足电机在高速运行过程中对于位置精度的要求；无感传感器是基于基波电压方程设计反电动势观测器，进而从反电动势信号中提取出电机转子位置信号的一种角度获取方式，但是由于反电动势信号在电机低速运行时较小，无法从中提取出有效的转子位置信号，所以无感观测器一般应用于电机中高速运行的场合，低速一般采取电压开环强制拖动的方式运行，但这种方式下，电机运行电流过大，同时容易进入失步状态。


技术实现要素：

3.本技术的内容部分用于以简要的形式介绍构思，这些构思将在后面的具体实施方式部分被详细描述。本技术的内容部分并不旨在标识要求保护的技术方案的关键特征或必要特征，也不旨在用于限制所要求的保护的技术方案的范围。
4.本技术的一些实施例提出了一种适用于电动车电机的控制方法，所述适用于电动车电机的控制方法由一个电机控制系统所执行，所述电机控制系统包括：第一类位置传感器，基于霍尔效应检测所述电机的转子位置以输出第一类转子角度信号；第二类位置传感器，根据所述电机的反电势检测所述电机的转子位置以输出第二类转子角度信号；控制器，用于根据所述第一类转子角度信号或/和所述第二类转子角度信号输出驱动所述电机的驱动信号；所述控制方法包括如下步骤：所述控制器采集所述第一类位置传感器的第一类转子角度信号；所述控制器采集所述第二类位置传感器的第二类转子角度信号；根据所述第一类转子角度信号或/和所述第二类转子角度信号判断所述电子转子的转速是否满足所述第一切换阈值或/和所述第二切换阈值所限定速度区间，如果满足所述第一切换阈值或/和所述第二切换阈值所限定速度区间则采用滞环切换的方式实现第一驱动模式和第二驱动模式的切换；
其中，在所述第一驱动模式时，控制器根据所述第一类转子角度信号输出所述驱动信号；在所述第二驱动模式时，控制器根据所述第二类转子角度信号输出所述驱动信号。
5.进一步地，其中，所述第一类位置传感器包括三个霍尔位置传感器；其中，所述控制器采集所述第一类位置传感器的第一类转子角度信号具体包括如下步骤：s1、霍尔位置传感器将获取的三霍尔电平进行处理，得到在每个开关周期下的电机转子角度信号。
6.进一步地，其中，所述电机为表面式永磁同步电机，所述第二类位置传感器包括一个无感观测器；其中，所述控制器采集所述第二类位置传感器的第二类转子角度信号具体包括如下步骤：s2、基于表面式永磁同步电机的alfa、beta轴基波电压方程，对输入量u_alfa、i_alfa、u_beta、i_beta执行运算，获得无感观测器的输出角度信号。
7.进一步地，其中，根据所述第一类转子角度信号或/和所述第二类转子角度信号判断所述电子转子的转速是否满足所述第一切换阈值或/和所述第二切换阈值所限定速度区间，如果满足所述第一切换阈值或/和所述第二切换阈值所限定速度区间则采用滞环切换的方式实现第一驱动模式和第二驱动模式的切换具体包括：s3、设定转速阈值滞环切换方式，包含第一切换阈值和第二切换阈值，实现无感观测器和霍尔位置传感器两种角度获取方式的平滑切换。
8.进一步地，其中，根据所述第一类转子角度信号或/和所述第二类转子角度信号判断所述电子转子的转速是否满足所述第一切换阈值或/和所述第二切换阈值所限定速度区间，如果满足所述第一切换阈值或/和所述第二切换阈值所限定速度区间则采用滞环切换的方式实现第一驱动模式和第二驱动模式的切换具体还包括：s4、在电机运行的全时刻阶段，在线监测霍尔位置传感器的健康状态，若发生故障，则切换至无感方式运行，实现电机霍尔故障下的冗余控制。
9.进一步地，所述步骤s1具体包括如下步骤：s11、设定霍尔三电平的角度初始计算信号为0；s12、根据霍尔三电平的当前状态，确定转子位置信号当前所处的扇区，为最大限度的逼近转子当前的实际角度，设定转子角度为当前扇区的中心角；s13、根据上一步骤所确定的转子角度，同时获取到电机的三相电流，执行clark变换，得到定子绕组电流在alfa、beta轴上的分量i_alfa、i_beta，得到定子绕组电流在dq轴上的分量，对d轴电流和q轴电流分别进行控制，得到d轴电压和q轴电压，以dq轴电压和转子当前角度作为输入量，执行反park变换，得到逆变器输出电压在alfa、beta轴上的分量u_alfa、u_beta；s14、实时更新当前角度；取两次扇区变化时间差作为delta_t，delta_t=t1-t2；其中，t1为上次扇区变化的时间节点，t2为本次扇区变化的时间节点；两次扇区变换的角度差为delta_theta=pi/3，基于以上推导得到电机的角速度w=delta_theta/delta_t；对角速度w执行等效运算，得到角度信号在开关周期内的变化值w_dpp；s15、在每个开关周期内，实时更新当前的角度信号，theta_hall=theta_hall+w_dpp。
10.进一步地，所述步骤s2具体包括如下步骤：s21、将theta_hall执行正余弦处理后，作为替代信号替换反电动势观测器中原有的sin(theta_est)和cos(theta_est)，加快反电动势观测器对于反电动势观测的收敛速度；其中，theta_est为观测器的角度估计值；s22、将步骤s15计算得到theta_hall信号代入估计角度计算积分反馈模块，加快整个pll模块的估计角度收敛速度。
11.进一步地，所述步骤s3具体包括如下步骤：s31、在所述电机运行过程中，比较霍尔位置传感器信号处理模块的输出信号和无感观测器的输出角度信号，将无感观测器输出信号稳定后的转速点speed1设定为第一切换阈值，将speed1加上一个固定转速delta_speed后，得到第二切换阈值speed2；其中，delta_speed=speed/3；s32、以霍尔处理后得到的角度信号w_dpp作为输入信号，判断theta_hall_dpp和speed1的大小；s33、若当前电机运行模式为采用根据霍尔位置传感器输出信号进行驱动的有感驱动模式mode1，当w_dpp小于等于speed2时，电机当前的运行模式仍然为mode1，反之则切换运行模式至mode2；s34、若当前电机运行模式为采用根据无感观测器输出信号进行驱动的无感驱动模式mode2，当w_dpp小于等于speed1时，电机当前的运行模式切换至mode2，反之则保持当前运行模式为mode2。
12.进一步地，所述步骤s4具体包括如下步骤：s41、对实时采集的霍尔三电平信号进行判断，若三电平均为高电平或均为低电平，控制器执行霍尔故障处理步骤，将霍尔故障标志位写入存储器，并将电机运行模式切换至mode2。
13.进一步地，所述步骤s4具体还包括如下步骤：。
14.s42、检测霍尔电平信号，若连续n个判断周期内，霍尔三电平信号均未出现高电平或均为低电平，则清除所述存储器中的霍尔故障标志，控制器解除霍尔故障状态，转为根据步骤s32或s33进行电机运行模式切换。
15.本技术的有益效果在于：提供一种能有效实现电机在不同转速下精确驱动的适用于电动车电机的控制方法。
附图说明
16.构成本技术的一部分的附图用来提供对本技术的进一步理解，使得本技术的其它特征、目的和优点变得更明显。本技术的示意性实施例附图及其说明用于解释本技术，并不构成对本技术的不当限定。
17.另外，贯穿附图中，相同或相似的附图标记表示相同或相似的元素。应当理解附图是示意性的，元件和元素不一定按照比例绘制。
18.在附图中：图1是根据本技术一种实施例的适用于电动车电机的控制方法的主要步骤示意图；
图2是根据本技术一种实施例的适用于电动车电机的控制方法的一部分具体步骤示意图；图3是根据本技术一种实施例的适用于电动车电机的控制方法中步骤s1的一部分具体步骤的示意图；图4是根据本技术一种实施例的适用于电动车电机的控制方法中步骤s2的一部分具体步骤的示意图；图5是根据本技术一种实施例的适用于电动车电机的控制方法中步骤s3的一部分具体步骤的示意图；图6是根据本技术一种实施例的适用于电动车电机的控制方法中步骤s4的一部分具体步骤的示意图；图7是根据本技术一种实施例的适用于电动车电机的控制方法中一个具体逻辑判断过程示意图；图8是根据本技术一种实施例的适用于电动车电机的控制方法中另一个具体逻辑判断过程示意图。
具体实施方式
19.下面将参照附图更详细地描述本公开的实施例。虽然附图中显示了本公开的某些实施例，然而应当理解的是，本公开可以通过各种形式来实现，而且不应该被解释为限于这里阐述的实施例。相反，提供这些实施例是为了更加透彻和完整地理解本公开。应当理解的是，本公开的附图及实施例仅用于示例性作用，并非用于限制本公开的保护范围。
20.另外还需要说明的是，为了便于描述，附图中仅示出了与有关发明相关的部分。在不冲突的情况下，本公开中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。
21.需要注意，本公开中提及的“第一”、“第二”等概念仅用于对不同的装置、模块或单元进行区分，并非用于限定这些装置、模块或单元所执行的功能的顺序或者相互依存关系。
22.需要注意，本公开中提及的“一个”、“多个”的修饰是示意性而非限制性的，本领域技术人员应当理解，除非在上下文另有明确指出，否则应该理解为“一个或多个”。
23.本公开实施方式中的多个装置之间所交互的消息或者信息的名称仅用于说明性的目的，而并不是用于对这些消息或信息的范围进行限制。
24.下面将参考附图并结合实施例来详细说明本公开。
25.参照图1至图8所示，本技术适用于电动车电机的控制方法由一个电机控制系统所执行，该电机控制系统包括：第一类位置传感器，基于霍尔效应检测电机的转子位置以输出第一类转子角度信号；第二类位置传感器，根据电机的反电势检测电机的转子位置以输出第二类转子角度信号；控制器，用于根据第一类转子角度信号或/和第二类转子角度信号输出驱动电机的驱动信号。
26.作为更加图的方案，控制系统具体可以包括：霍尔位置传感器信号处理模块、dq-abc变换模块、svm模块、igbt开关模块、电流采样电路、abc-dq变换模块以及无感观测器模块等。
27.作为具体方案，本技术呢的控制方法包括如下步骤：控制器采集第一类位置传感器的第一类转子角度信号；控制器采集第二类位置传感器的第二类转子角度信号；根据第
一类转子角度信号或/和第二类转子角度信号判断电子转子的转速是否满足第一切换阈值或/和第二切换阈值所限定速度区间，如果满足第一切换阈值或/和第二切换阈值所限定速度区间则采用滞环切换的方式实现第一驱动模式和第二驱动模式的切换；其中，在第一驱动模式时，控制器根据第一类转子角度信号输出驱动信号；在第二驱动模式时，控制器根据第二类转子角度信号输出驱动信号。
28.具体而言，其中，第一类位置传感器包括三个霍尔位置传感器；其中，控制器采集第一类位置传感器的第一类转子角度信号具体包括如下步骤：s1、霍尔位置传感器将获取的三霍尔电平进行处理，得到在每个开关周期下的电机转子角度信号。
29.具体而言，其中，电机为表面式永磁同步电机，第二类位置传感器包括一个无感观测器。其中，控制器采集第二类位置传感器的第二类转子角度信号具体包括如下步骤：s2、基于表面式永磁同步电机的alfa、beta轴基波电压方程，对输入量u_alfa、i_alfa、u_beta、i_beta执行运算，获得无感观测器的输出角度信号。
30.具体而言，其中，根据第一类转子角度信号或/和第二类转子角度信号判断电子转子的转速是否满足第一切换阈值或/和第二切换阈值所限定速度区间，如果满足第一切换阈值或/和第二切换阈值所限定速度区间则采用滞环切换的方式实现第一驱动模式和第二驱动模式的切换具体包括：s3、设定转速阈值滞环切换方式，包含第一切换阈值和第二切换阈值，实现无感观测器和霍尔位置传感器两种角度获取方式的平滑切换。
31.具体而言，其中，根据第一类转子角度信号或/和第二类转子角度信号判断电子转子的转速是否满足第一切换阈值或/和第二切换阈值所限定速度区间，如果满足第一切换阈值或/和第二切换阈值所限定速度区间则采用滞环切换的方式实现第一驱动模式和第二驱动模式的切换具体还包括：s4、在电机运行的全时刻阶段，在线监测霍尔位置传感器的健康状态，若发生故障，则切换至无感方式运行，实现电机霍尔故障下的冗余控制。
32.具体而言，步骤s1具体包括如下步骤：s11、设定霍尔三电平的角度初始计算信号为0。
33.s12、根据霍尔三电平的当前状态，确定转子位置信号当前所处的扇区，为最大限度的逼近转子当前的实际角度，设定转子角度为当前扇区的中心角。
34.s13、根据上一步骤所确定的转子角度，同时获取到电机的三相电流，执行clark变换，得到定子绕组电流在alfa、beta轴上的分量i_alfa、i_beta，得到定子绕组电流在dq轴上的分量，对d轴电流和q轴电流分别进行控制，得到d轴电压和q轴电压，以dq轴电压和转子当前角度作为输入量，执行反park变换，得到逆变器输出电压在alfa、beta轴上的分量u_alfa、u_beta。
35.s14、对定子绕组电流在dq轴上的分量分别进行控制，即传统所说的foc控制；让电机由零速缓慢开始加速；获取当前霍尔三电平信号随转子角度变化的实时状态量。实时更新当前角度。取两次扇区变化时间差作为delta_t，delta_t=t1-t2。其中，t1为上次扇区变化的时间节点，t2为本次扇区变化的时间节点。两次扇区变换的角度差为delta_theta=pi/3，基于以上推导得到电机的角速度w=delta_theta/delta_t。对角速度w执行等效运算，得
到角度信号在开关周期内的变化值w_dpp。
36.s15、在每个开关周期内，实时更新当前的角度信号，theta_hall=theta_hall+w_dpp。
37.具体而言，步骤s2具体包括如下步骤：s21、将theta_hall执行正余弦处理后，作为替代信号替换反电动势观测器中原有的sin(theta_est)和cos(theta_est)，加快反电动势观测器对于反电动势观测的收敛速度。其中，theta_est为观测器的角度估计值。
38.其中，无感观测器由两部分组成，分别为反电动势观测器部分和pll(锁相环)部分组成；其中，锁相环模块也由三部分组成，分别为角度误差计算模块、pi调节器模块、估计角度计算积分反馈模块。作为优选，pll包含的pi模块包括kp、ki两个参数变量，第一乘法器m1、第一积分器s2和第一加法器，其中kp为比例增益，ki为积分增益。
39.s22、将步骤s15计算得到theta_hall信号代入估计角度计算积分反馈模块，加快整个pll模块的估计角度收敛速度。
40.具体而言，步骤s3具体包括如下步骤：s31、在电机运行过程中，比较霍尔位置传感器信号处理模块的输出信号和无感观测器的输出角度信号，将无感观测器输出信号稳定后的转速点speed1设定为第一切换阈值，将speed1加上一个固定转速delta_speed后，得到第二切换阈值speed2。其中，delta_speed=speed/3。
41.s32、以霍尔处理后得到的角度信号w_dpp作为输入信号，判断theta_hall_dpp和speed1的大小。
42.s33、若当前电机运行模式为采用根据霍尔位置传感器输出信号进行驱动的有感驱动模式mode1，当w_dpp小于等于speed2时，电机当前的运行模式仍然为mode1，反之则切换运行模式至mode2。
43.s34、若当前电机运行模式为采用根据无感观测器输出信号进行驱动的无感驱动模式mode2，当w_dpp小于等于speed1时，电机当前的运行模式切换至mode2，反之则保持当前运行模式为mode2。
44.具体而言，步骤s4具体包括如下步骤：s41、对实时采集的霍尔三电平信号进行判断，若三电平均为高电平或均为低电平，控制器执行霍尔故障处理步骤，将霍尔故障标志位写入存储器，并将电机运行模式切换至mode2。
45.具体而言，步骤s4具体还包括如下步骤：s42、检测霍尔电平信号，若连续n个判断周期内，霍尔三电平信号均未出现高电平或均为低电平，则清除存储器中的霍尔故障标志，控制器解除霍尔故障状态，转为根据步骤s32或s33进行电机运行模式切换。
46.本技术公开了一种霍尔位置传感器和无感观测器的切换策略；该算法通过控制ipmsm的三相电压，进而实现对电机的三相电流进行控制；在低速时，基于霍尔位置传感器获得电机转子的位置信号；中高速运行时，切换至无感观测器获取位置信号的模式；通过永磁同步电机转子位置检测切换系统，实现转子位置信号的最优获取；同时，在检测到霍尔故障发生后，控制器将故障状态写入控制器芯片的flash存储器进行永久储存，同时后续后续
运行状态切换至无感观测器，直至霍尔位置传感器维修后恢复正常。
47.采用以上方案，降低了中高速下的骑行噪声，提升了骑行人的骑行舒适感受；提高了软件的功能安全等级，在霍尔出现故障后，仍然可以维持车辆的正常骑行，实现了对于零部件的冗余控制；霍尔处理模块的输出角度作为无感观测器的初始设定值，提高了无感观测器的收敛速度和收敛精度；本发明公开的切换控制算法，可以实现车辆的平稳性和反应速度的平衡，具有舒适的骑行体验感。
48.以上描述仅为本公开的一些较佳实施例以及对所运用技术原理的说明。本领域技术人员应当理解，本公开的实施例中所涉及的发明范围，并不限于上述技术特征的特定组合而成的技术方案，同时也应涵盖在不脱离上述发明构思的情况下，由上述技术特征或其等同特征进行任意组合而形成的其它技术方案。例如上述特征与本公开的实施例中公开的（但不限于）具有类似功能的技术特征进行互相替换而形成的技术方案。