一种电机驱动电路母线电流估算方法、校验方法、装置、介质及电机闭环控制系统与流程

本发明涉及电机控制，特别涉及一种电机驱动电路母线电流估算方法、校验方法、装置、介质及电机闭环控制系统。

背景技术：

1、foc驱动是一种磁场定向控制方式，可以实现精准的电流、扭矩、转速、位置、行程控制，同时，foc驱动还具有动态响应快，调速范围广，转矩波动小，噪声低，效率高，控制算法灵活等诸多优势，被广泛的应用但不局限于热管理系统，转向系统，制动系统，悬架系统，驱动电机，tcu执行电机，油泵电机，水泵，冷却风扇，电动座椅等应用场景；图1所示为一种常见的foc驱动算法实现功能框图；

2、图2为传统电机驱动电路图，主要由供电电路，b6桥，电流/电压采样电路以及控制器组成。供电电源两端输出直流母线电流，电流采样电路由shunt电阻以及电压运算放大器模块组成，可以通过采集shunt两端的电压差值，计算得到直流侧母线电流值。b6桥为常见的桥式电路，电路开关均通过6个mosfet进行控制。控制器主要由主控芯片mcu和电机预驱芯片组成，通过mcu信号处理与逻辑计算，输出b6桥控制信号给到预驱芯片控制6个mosfet的开关从而实现不同调制方式和调制比的输出。

3、可见，基于传统的三相电机驱动电路设计，母线电压可以在电源两端直接采集，而母线电流需要通过shunt电阻并结合电压运算放大电路间接采样得到，或者直接采用电流传感器获取母线电流，采用该种母线电流计算方式，首先增加了硬件成本，并且shunt以及电压运算放大等元器件在工作中容易受环境影响发生失效；另一方面，采用单一的shunt采样电路，由于没有额外的冗余校验机制，系统无法对母线电流采样电路可能存在的失效进行监控，影响系统的安全性和可靠性。进一步的，对于无shunt采样电路或电流传感器采样的系统，现有方案多直接采用等功率方法对母线电流进行估计，如图3所示，该方法未考虑死区，mosfet导通时间等因素对实际等效电压的影响，且需要增加三相电压采样电路，其估算结果存在很大的偏差，且系统应用成本较高，无法满足特定应用场景的要求。

4、根据上述分析，可以看出，使用传统的电流采样电路获取母线电流的方法，或未改进的等功率母线电流估算方法会存在以下几个不足之处：

5、1，电流采样电路增加系统成本：采用shunt电阻+电压运算放大器电路或者电流传感器采样会增加产品成本，如元器件成本以及pcb成本等，以及增加失效风险，如上述提到的传感器或者电阻元器件，电压运算放大器电路等会受环境的影响；

6、2，缺少冗余校验：采用shunt电阻+电压运算放大器电路或者电流传感器采样方法对母线电流进行采集，无法对电流采集电路进行失效监控。当电子元器件发生失效时，系统无法获取到相应的失效信息，产品的安全性无法得到保证。

7、3，母线电流估算法电压采样电路增加系统成本：传统的母线电流估算法计算过程中需要使用到三相电压，三相电压采样需要额外的电压采样电路，增加了系统的应用成本。同时，电机运行过程中，若任一相电压采样发生失效，会严重影响母线电流的估计值，从而影响系统的故障诊断和正常运行。

8、4，未考虑死区，mosfet导通时间及mcu电流损耗影响：直接使用调制比计算出等效电压值，会受到死区时间以及mosfet开关时间的的影响。死区和mosfet开关的时间会影响b6桥的实际开关状态，导致实际输出电压有效值低于通过调制比计算得到的总电压值。特别的，当死区时间设置的较长时，或者所选用的mosfet导通时间较长时，所估算得到的母线电流精度将无法满足系统要求；另一方面，mcu运行过程中也会流入部分电流，会对总电流产生影响，如果不考虑该部分电流的影响会影响整体估计的精度。而且该电流损耗还会随着总电流的变化而变化，在总电流较大时，会对电流的估算值产生较大影响。

9、5，估算算法受电机接线影响：电机的内部接线方法是三角形连接还是星型连接，对应了不同的三相电压和三相电流合成幅值计算方法。只针对单一种类的电机进行估算会有一定的局限性，不适用于更加广泛的应用场景。

10、6，估算值存在较大的噪声：在实际工况中，会有一些特殊的工作情况，导致估算值更新时有一些噪声点。不加以处理会出现较多的毛刺点不利于数据的处理分析，导致系统的鲁棒性不足，影响系统的正常运行。

技术实现思路

1、本发明公开了一种电机驱动电路母线电流估算方法、校验方法、装置、介质及电机闭环控制系统，它可以在不增加硬件数量的情况下，提高驱动电路母线电流的估算准确度。

2、为达到上述目的，一方面，提供一种电机驱动电路母线电流估算方法，具体方法如下：

3、根据三相总功率与母线电压，估算母线电流；

4、所述三相总功率修正了mosfet开关过程及死区时间的电压损失。

5、该实施例的优点在于，考虑了死区，mosfet导通时间，以及mcu电流损耗的影响，并对估算的电流进行了滤波，显著提高了母线电流估算的精度。

6、进一步地，所述电机驱动电路包括电源、b6桥、mcu和采样电路；

7、获取三相总功率，具体方法如下：

8、通过采集电源两端电压获取母线电压，通过采样电路采集数据计算三相电流；

9、根据三相电流和母线电压计算三相电流合成幅值和三相电压合成幅值，所述三相电压合成幅值修正了mosfet开关过程及死区时间的损失电压幅值；

10、根据三相电流合成幅值和三相电压合成幅值计算三相总功率。

11、该实施例的优点在于，可以实现无需母线采样电路，通过软件方案估算得到母线电流，同时，相比于传统的母线估算方法，本发明避免了使用三相电压采集模块，大大降低了系统的应用成本。

12、进一步地，通过采样电路采集数据计算三相电流，具体方法如下：

13、分别获取采样电路中采样电阻两端的电压差值；

14、分别以电压差值除以电压运算放大器系数与采样电阻的积，算得三相电流。

15、进一步地，所述三相电流合成幅值由三相电流代入三相电流合成公式计算得到。

16、进一步地，修正了mosfet开关过程及死区时间损失电压幅值的三相电压合成幅值，获取方法如下：

17、分别获取死区时mosfet实际导通时间和mosfet开关实际导通时间，相加得到总实际导通时间；

18、以总实际导通时间占总开启时间的比例乘以最大电压，算得损失电压幅值；

19、以理论输出电压减去损失电压幅值的差，除以最大电压，算得调制比；

20、以母线电压乘以调制比，算得三相电压合成幅值。

21、该实施例的优点在于，无需增设三相电压采样电路，节省了成本，并基于死区时间和mosfet动态开关过程对估算值进行了修正，有较好的估计效果。

22、进一步地，所述死区时mosfet实际导通时间的获取方法如下：

23、将死区时间、扇区状态和mosfet当前的电流方向代入死区计算函数，算得死区时mosfet实际导通时间。

24、进一步地，根据三相电流合成幅值和三相电压合成幅值计算三相总功率，具体方法如下：

25、判断待估算母线电流的电机连接方式；

26、若电机连接方式为星形，则将三相电流合成幅值和三相电压合成幅值代入星形三相总功率计算公式，算得三相总功率；

27、若电机连接方式为三角型，则将三相电流合成幅值和三相电压合成幅值代入三角形三相总功率计算公式，算得三相总功率。

28、该实施例的优点在于，适用于不同接线方法的电机，显著降低了软硬件成本

29、可选地，估算母线电流，具体方法如下：

30、以三相总功率除以母线电压，算得第一母线电流；

31、以第一母线电流减去mcu损耗电流，算得第二母线电流，以第二母线电流作为最终的母线电流。

32、可选地，估算母线电流，具体方法如下：

33、以三相总功率除以母线电压，算得第一母线电流；

34、对第一母线电流进行滤波，算得第二母线电流，以第二母线电流作为最终的母线电流。

35、作为优选，估算母线电流，具体方法如下：

36、以三相总功率除以母线电压，算得第一母线电流；

37、以第一母线电流减去mcu损耗电流，算得第二母线电流；

38、对第二母线电流进行滤波，算得第三母线电流，以第三母线电流作为最终的母线电流。

39、进一步地，对母线电流进行滤波时，根据不同的电机接线方法，采取不同的滤波参数。

40、为达到上述目的，另一方面，提供一种电机驱动电路母线电流校验方法，将估算得到的母线电流与采样得到的母线电流进行比较；

41、若差值在阈值范围之内，则输出采样得到的母线电流；

42、若差值超过阈值，则判断母线电流采样故障，输出估算得到的母线电流。

43、进一步地，采样得到的母线电流由母线电流采样模块采集到的电阻电压差除以电压运算放大器系数与电阻的积，计算得到。

44、该实施例的优点在于，对于有母线电流采样电路的应用系统，本发明可以监控母线电流采样是否失效，并在母线电流采样失效时仍然可以通过估算的方法得到母线电流，系统的安全性稳定性都大幅度提高。

45、为达到上述目的，另一方面，提供一种电机驱动电路母线电流估算校验装置，包括三相电流计算子模块、三相电流合成幅值计算子模块、三相电压合成幅值计算子模块、三相总功率计算子模块和母线电流计算子模块；

46、所述三相电流计算子模块，分别获取采样电路中采样电阻两端的电压差值，分别以电压差值除以电压运算放大器系数与采样电阻的积，算得三相电流；

47、所述三相电流合成幅值计算子模块，将三相电流代入三相电流合成公式计算得到三相电流合成幅值；

48、所述三相电压合成幅值计算子模块，修正mosfet开关过程及死区时间损失电压幅值，计算三相电压合成幅值；

49、所述三相总功率计算子模块，根据电机连接方式，结合三相电流合成幅值和三相电压合成幅值计算三相总功率；

50、所述母线电流计算子模块，以三相总功率和母线电压计算第一母线电流；以第一母线电流减去mcu损耗电流计算第二母线电流；根据不同的电机接线方法采取不同的滤波参数，滤波第二母线电流得到第三母线电流。

51、为达到上述目的，另一方面，提供一种存储介质，存储有若干指令，处理器加载以执行权利要求1至13任意一项所述电机驱动电路母线电流估算方法，和/或电机驱动电路母线电流校验方法。

52、为达到上述目的，另一方面，提供一种电机闭环控制系统，所述电机闭环控制系统为转速电流双闭环控制系统，或电流单闭环控制系统，或转速单闭环控制系统；所述电机闭环控制系统采用权利要求1至13任意一项所述电机驱动电路母线电流估算方法和/或电机驱动电路母线电流校验方法，以及权利要求14所述电机驱动电路母线电流估算校验装置。

53、该实施例的优点在于，本发明采用的母线电流估算方法及冗余校验方法可以应用于多种控制模式，如电流，转速，位置控制，同时，适用于堵转和旋转工况，具有广大的应用场景，无需新增硬件器件，实现介质只需要普通的foc驱动电路即可实现。

54、需要说明的是，在本文中采用的“第一”、“第二”等类似的语汇，仅仅是为了描述技术方案中的各组成要素，并不构成对技术方案的限定，也不能理解为对相应要素重要性的指示或暗示；带有“第一”、“第二”等类似语汇的要素，表示在对应技术方案中，该要素至少包含一个。