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CN113708701B - 一种电机控制器的过调制方法及系统 - Google Patents

一种电机控制器的过调制方法及系统 Download PDF

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CN113708701B CN202111019489.3A CN202111019489A CN113708701B CN 113708701 B CN113708701 B CN 113708701B CN 202111019489 A CN202111019489 A CN 202111019489A CN 113708701 B CN113708701 B CN 113708701B
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Abstract

本发明提供了一种电机控制器的过调制方法及系统，过调制方法包括以下步骤：获取电机控制器的转矩‑转速关系示意图；基于电机控制器与电机组成的动力总成系统，实验环境下离线标定动力总成系统在全转速范围内，正常运行时的第一效率图谱和过调制运行时的第二效率图谱；以电机的转速为横轴比较第一效率图谱和第二效率图谱，选取各转速下第一效率图谱和第二效率图谱中具有更高效率的运行状态；基于选取的运行状态，拟合动力总成系统的转矩‑转速关系示意图；基于动力总成系统的转矩‑转速关系示意图，使用环境下对电机执行过调制。采用上述技术方案后，可提高动力总成系统的效率，增加了应用该电机控制器的电动汽车的续航里程。

Description

一种电机控制器的过调制方法及系统
技术领域
本发明涉及电机控制领域，尤其涉及一种电机控制器的过调制方法及系统。
背景技术
在新能源车载驱动器或其他变频器中，常常采用过调制的方案以提高电机控制器的直流母线电压利用率，在高速区运行范围扩大，电流更小，提高了电机控制器的效率。
但在过调制区域，由于逆变器的输出电压中含有低次谐波，这增加了电机的铁损。由此可见，过调制算法减小了电机的铜损而增大了铁损，对电机损耗的影响视实际情况决定，在实际的动力总成系统中，系统的综合效能受到逆变器与电机综合影响，因此在选择控制器的调制运行策略时，若仅考虑电机控制器，并不一定增加系统效率。
因此，需要一种新型的电机控制器的过调制方法，可提高动力总成系统的效率，增加了应用该电机控制器的电动汽车的续航里程。
发明内容
为了克服上述技术缺陷，本发明的目的在于提供一种电机控制器的过调制方法及系统，提高动力总成系统的效率，增加了应用该电机控制器的电动汽车的续航里程。
本发明公开了一种电机控制器的过调制方法，包括以下步骤：
获取电机控制器的转矩-转速关系示意图，转矩-转速关系示意图划分成正常运行曲线与过调制运行曲线；
基于电机控制器与电机组成的动力总成系统，实验环境下离线标定动力总成系统在全转速范围内，正常运行时的第一效率图谱和过调制运行时的第二效率图谱；
以电机的转速为横轴比较第一效率图谱和第二效率图谱，选取各转速下第一效率图谱和第二效率图谱中具有更高效率的运行状态；
基于选取的运行状态，拟合动力总成系统的转矩-转速关系示意图；
基于动力总成系统的转矩-转速关系示意图，使用环境下对电机执行过调制。
优选地，获取电机控制器的转矩-转速关系示意图，转矩-转速关系示意图划分成正常运行曲线与过调制运行曲线的步骤包括：
获取电机控制器在全转速范围内的正常运行时的第一曲线示意图；
获取转矩-转速关系示意图中，转矩单调递减区域所对应的转速范围内过调制运行时的第二曲线示意图；
拟合第一曲线示意图和第二曲线示意图为转矩-转速关系示意图，其中第一曲线示意图为正常运行曲线，第二曲线示意图为过调制运行曲线。
优选地，基于电机控制器与电机组成的动力总成系统，实验环境下离线标定动力总成系统在全转速范围内，正常运行时的第一效率图谱和过调制运行时的第二效率图谱的步骤中，第一效率图谱和第二效率图谱包括电机的铜损数据和铁损数据。
优选地，以电机的转速为横轴比较第一效率图谱和第二效率图谱，选取各转速下第一效率图谱和第二效率图谱中具有更高效率的运行状态的步骤包括：
以电机的转速为横轴比较第一效率图谱和第二效率图谱；
选取各转速下第一效率图谱和第二效率图谱中具有更高效率的运行状态，并记录所选取的运行状态下的转矩数据和转速数据。
优选地，基于选取的运行状态，拟合动力总成系统的转矩-转速关系示意图的步骤包括：
基于选取的运行状态，依次连接包括转矩数据和转速数据的转矩-转速点，以形成动力总成系统的转矩-转速关系示意图，其中动力总成系统的转矩-转速关系示意图中的过调制运行曲线低于电机控制器的转矩-转速关系示意图中的过调制运行曲线，以扩大过调制运行区域。
本发明还公开了一种电机控制器的过调制系统，包括形成动力总成系统的电机控制器和电机，及与动力总成系统连接的上位机，
上位机生成电机控制器的转矩-转速关系示意图，转矩-转速关系示意图划分成正常运行曲线与过调制运行曲线；
上位机于实验环境下离线标定动力总成系统在全转速范围内，正常运行时的第一效率图谱和过调制运行时的第二效率图谱；
上位机以电机的转速为横轴比较第一效率图谱和第二效率图谱，选取各转速下第一效率图谱和第二效率图谱中具有更高效率的运行状态；
基于选取的运行状态，上位机拟合动力总成系统的转矩-转速关系示意图；
基于动力总成系统的转矩-转速关系示意图，使用环境下电机执行过调制。
优选地，上位机获取电机控制器在全转速范围内的正常运行时的第一曲线示意图；
上位机获取转矩-转速关系示意图中，转矩单调递减区域所对应的转速范围内过调制运行时的第二曲线示意图；
上位机拟合第一曲线示意图和第二曲线示意图为转矩-转速关系示意图，其中第一曲线示意图为正常运行曲线，第二曲线示意图为过调制运行曲线。
优选地，第一效率图谱和第二效率图谱包括电机的铜损数据和铁损数据。
优选地，上位机以电机的转速为横轴比较第一效率图谱和第二效率图谱；
上位机选取各转速下第一效率图谱和第二效率图谱中具有更高效率的运行状态，并记录所选取的运行状态下的转矩数据和转速数据。
优选地，上位机基于选取的运行状态，依次连接包括转矩数据和转速数据的转矩-转速点，以形成动力总成系统的转矩-转速关系示意图，其中动力总成系统的转矩-转速关系示意图中的过调制运行曲线低于电机控制器的转矩-转速关系示意图中的过调制运行曲线，以扩大过调制运行区域。
采用了上述技术方案后，与现有技术相比，具有以下有益效果：
1.不需要增加硬件成本，可提供一种新型的过调制策略；
2.通过对动力总成系统性能的分析与标定，可提高系统的效率，增加了电动汽车的续航里程。
附图说明
图1为符合本发明一优选实施例中电机控制器的过调制方法的流程示意图；
图2为符合本发明一优选实施例中转矩-转速关系示意图。
具体实施方式
以下结合附图与具体实施例进一步阐述本发明的优点。
这里将详细地对示例性实施例进行说明，其示例表示在附图中。下面的描述涉及附图时，除非另有表示，不同附图中的相同数字表示相同或相似的要素。以下示例性实施例中所描述的实施方式并不代表与本公开相一致的所有实施方式。相反，它们仅是与如所附权利要求书中所详述的、本公开的一些方面相一致的装置和方法的例子。
在本公开使用的术语是仅仅出于描述特定实施例的目的，而非旨在限制本公开。在本公开和所附权利要求书中所使用的单数形式的“一种”、“所述”和“该”也旨在包括多数形式，除非上下文清楚地表示其他含义。还应当理解，本文中使用的术语“和/或”是指并包含一个或多个相关联的列出项目的任何或所有可能组合。
应当理解，尽管在本公开可能采用术语第一、第二、第三等来描述各种信息，但这些信息不应限于这些术语。这些术语仅用来将同一类型的信息彼此区分开。例如，在不脱离本公开范围的情况下，第一信息也可以被称为第二信息，类似地，第二信息也可以被称为第一信息。取决于语境，如在此所使用的词语“如果”可以被解释成为“在……时”或“当……时”或“响应于确定”。
在本发明的描述中，需要理解的是，术语“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
在本发明的描述中，除非另有规定和限定，需要说明的是，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是机械连接或电连接，也可以是两个元件内部的连通，可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语的具体含义。
在后续的描述中，使用用于表示元件的诸如“模块”、“部件”或“单元”的后缀仅为了有利于本发明的说明，其本身并没有特定的意义。因此，“模块”与“部件”可以混合地使用。
参阅图1，示出了符合本发明一优选实施例中电机控制器的过调制方法的流程示意图，在该实施例中，过调制方法包括以下步骤：
S100：获取电机控制器的转矩-转速关系示意图，转矩-转速关系示意图划分成正常运行曲线与过调制运行曲线；
对于电机控制器而言，其具有在不同转速下，可生成的转矩的关系，即转矩-转速关系示意图。在该示意图中，划分为两部分，分别为正常运行曲线和过调制运行曲线。通常而言，正常运行曲线为直线形式，表示在该段转速下(如低速下)，可生成相同的转矩，而进入高速区域后，转矩将逐渐降低。过调制的作用则在于，从而能够有效提高逆变器的输出基波电压，进而提高可生成的转矩，对缩短电机的动态响应时间、扩大稳态运行有重大意义。
S200：基于电机控制器与电机组成的动力总成系统，实验环境下离线标定动力总成系统在全转速范围内，正常运行时的第一效率图谱和过调制运行时的第二效率图谱；
就现有技术而言，何时采用过调制，完全依据与电机效率划定一曲线，当转速和转矩代表的坐标位于该曲线上时，将执行过调制。但实际对于系统的效率，并非提高。因此，在该步骤S200中，将基于电机控制器与电机组成的动力总成系统，并在实验环境下离线标定动力总成系统在全转速范围内，正常运行时的第一效率图谱和过调制运行时的第二效率图谱。具体地，离线标定即指，动力总成系统在实验环境下，以及单独对动力总成系统测试时，绘制从低速至高速的全转速范围电机转速下，以及正常运行和过调制运行时的第二效率图谱。也就是说，第一效率图谱和第二效率图谱表示了动力总成系统在两种状态下的效率，该效率考虑了电机内的铜损和铁损后对动力总成系统的影响。
S300：以电机的转速为横轴比较第一效率图谱和第二效率图谱，选取各转速下第一效率图谱和第二效率图谱中具有更高效率的运行状态；
具有第一效率图谱和第二效率图谱后，将以电机的转速为横轴进行比较，也即比较各种转速下，哪种运行状态具有更高的效率。比较的方式，可以以各点比较，也可以将第一效率图谱和第二效率图谱绘制在同一坐标轴内，以比较各转速下哪一图谱中的效率曲线更高。
S400：基于选取的运行状态，拟合动力总成系统的转矩-转速关系示意图；
对于所选取的运行状态，最终拟合动力总成系统的转矩-转速关系示意图。该动力总成系统的转矩-转速关系示意图表示了各转速下，正常运行区域和何种状态下可执行过调制。参阅图2，可知，过调制运行区域将扩大，即原属于正常运行区域的部分也将执行过调制，原因在于，这些扩大的区域内，电机控制器的效率可能减小，但动力总成系统的效率将增加。
S500：基于动力总成系统的转矩-转速关系示意图，使用环境下对电机执行过调制
根据转矩-转速关系示意图的拟定，满足过调制区域内的转速和转矩在使用环境下触发时，将执行过调制。
一优选实施例中，获取电机控制器的转矩-转速关系示意图，转矩-转速关系示意图划分成正常运行曲线与过调制运行曲线的步骤S100包括：
S110：获取电机控制器在全转速范围内的正常运行时的第一曲线示意图；
该第一曲线示意图表示未执行过调制时，电机正常工作下的转速与转矩的关系。
S120：获取转矩-转速关系示意图中，转矩单调递减区域所对应的转速范围内过调制运行时的第二曲线示意图；
当电机正常工作时，如上文所述的，转矩将在高速区域下单调递减，因此在这些转矩单调递减的区域内，执行过调制后，将生成一新的代表转速-转矩关系的第二曲线示意图。
S130：拟合第一曲线示意图和第二曲线示意图为转矩-转速关系示意图，其中第一曲线示意图为正常运行曲线，第二曲线示意图为过调制运行曲线。
又一优选实施例中，基于电机控制器与电机组成的动力总成系统，实验环境下离线标定所述动力总成系统在全转速范围内，正常运行时的第一效率图谱和过调制运行时的第二效率图谱的步骤S200中，第一效率图谱和第二效率图谱包括电机的铜损数据和铁损数据，使得在过调制区域，逆变器的输出电压所含有的低次谐波所增加的铁损也将被考虑在效率内。
优选或可选地，以电机的转速为横轴比较第一效率图谱和第二效率图谱，选取各转速下第一效率图谱和第二效率图谱中具有更高效率的运行状态的步骤S300包括：
S310：以电机的转速为横轴比较第一效率图谱和第二效率图谱；
S320：选取各转速下第一效率图谱和第二效率图谱中具有更高效率的运行状态，并记录所选取的运行状态下的转矩数据和转速数据。
如上文所述的，比较第一效率图谱和第二效率图谱后，具有更高效率的运行状态下的转矩数据和转速数据将以坐标形式被记录。
进而，基于选取的运行状态，拟合动力总成系统的转矩-转速关系示意图的步骤S400包括：
S410：基于选取的运行状态，依次连接包括转矩数据和转速数据的转矩-转速点，以形成动力总成系统的转矩-转速关系示意图，其中动力总成系统的转矩-转速关系示意图中的过调制运行曲线低于电机控制器的转矩-转速关系示意图中的过调制运行曲线，以扩大过调制运行区域。
也就是说，上述具有坐标形式的各点连接后，所形成的转矩-转速关系示意图将为动力总成系统内的关系。从该新的转矩-转速关系示意图中可知，过调制运行曲线内的过调制运行区域将增加。
本发明还公开了一种电机控制器的过调制系统，包括形成动力总成系统的电机控制器和电机，及与动力总成系统连接的上位机，上位机生成电机控制器的转矩-转速关系示意图，转矩-转速关系示意图划分成正常运行曲线与过调制运行曲线；上位机于实验环境下离线标定动力总成系统在全转速范围内，正常运行时的第一效率图谱和过调制运行时的第二效率图谱；上位机以电机的转速为横轴比较第一效率图谱和第二效率图谱，选取各转速下第一效率图谱和第二效率图谱中具有更高效率的运行状态；基于选取的运行状态，上位机拟合动力总成系统的转矩-转速关系示意图；基于动力总成系统的转矩-转速关系示意图，使用环境下电机执行过调制。上述实施例中，上位机可以是与电机控制器连接的各类控制模块等。
优选地，上位机获取电机控制器在全转速范围内的正常运行时的第一曲线示意图；上位机获取转矩-转速关系示意图中，转矩单调递减区域所对应的转速范围内过调制运行时的第二曲线示意图；
上位机拟合第一曲线示意图和第二曲线示意图为转矩-转速关系示意图，其中第一曲线示意图为正常运行曲线，第二曲线示意图为过调制运行曲线。
优选地或可选地，第一效率图谱和第二效率图谱包括电机的铜损数据和铁损数据。
优选地或可选地，上位机以电机的转速为横轴比较第一效率图谱和第二效率图谱；上位机选取各转速下第一效率图谱和第二效率图谱中具有更高效率的运行状态，并记录所选取的运行状态下的转矩数据和转速数据。
优选地或可选地，上位机基于选取的运行状态，依次连接包括转矩数据和转速数据的转矩-转速点，以形成动力总成系统的转矩-转速关系示意图，其中动力总成系统的转矩-转速关系示意图中的过调制运行曲线低于电机控制器的转矩-转速关系示意图中的过调制运行曲线，以扩大过调制运行区域。
应当注意的是，本发明的实施例有较佳的实施性，且并非对本发明作任何形式的限制，任何熟悉该领域的技术人员可能利用上述揭示的技术内容变更或修饰为等同的有效实施例，但凡未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何修改或等同变化及修饰，均仍属于本发明技术方案的范围内。

Claims (10)

1.一种电机控制器的过调制方法，其特征在于，包括以下步骤：
获取电机控制器的转矩-转速关系示意图，所述转矩-转速关系示意图划分成正常运行曲线与过调制运行曲线；
基于电机控制器与电机组成的动力总成系统，实验环境下离线标定所述动力总成系统在全转速范围内，正常运行时的第一效率图谱和过调制运行时的第二效率图谱；
以电机的转速为横轴比较所述第一效率图谱和第二效率图谱，选取各转速下第一效率图谱和第二效率图谱中具有更高效率的运行状态；
基于选取的运行状态，拟合动力总成系统的转矩-转速关系示意图；
基于所述动力总成系统的转矩-转速关系示意图，使用环境下对电机执行过调制。
2.如权利要求1所述的过调制方法，其特征在于，获取电机控制器的转矩-转速关系示意图，所述转矩-转速关系示意图划分成正常运行曲线与过调制运行曲线的步骤包括：
获取电机控制器在全转速范围内的正常运行时的第一曲线示意图；
获取所述转矩-转速关系示意图中，转矩单调递减区域所对应的转速范围内过调制运行时的第二曲线示意图；
拟合第一曲线示意图和第二曲线示意图为转矩-转速关系示意图，其中所述第一曲线示意图为正常运行曲线，第二曲线示意图为过调制运行曲线。
3.如权利要求1所述的过调制方法，其特征在于，基于电机控制器与电机组成的动力总成系统，实验环境下离线标定所述动力总成系统在全转速范围内，正常运行时的第一效率图谱和过调制运行时的第二效率图谱的步骤中，第一效率图谱和第二效率图谱包括电机的铜损数据和铁损数据。
4.如权利要求1所述的过调制方法，其特征在于，以电机的转速为横轴比较所述第一效率图谱和第二效率图谱，选取各转速下第一效率图谱和第二效率图谱中具有更高效率的运行状态的步骤包括：
以电机的转速为横轴比较所述第一效率图谱和第二效率图谱；
选取各转速下第一效率图谱和第二效率图谱中具有更高效率的运行状态，并记录所选取的运行状态下的转矩数据和转速数据。
5.如权利要求4所述的过调制方法，其特征在于，基于选取的运行状态，拟合动力总成系统的转矩-转速关系示意图的步骤包括：
基于选取的运行状态，依次连接包括转矩数据和转速数据的转矩-转速点，以形成动力总成系统的转矩-转速关系示意图，其中动力总成系统的转矩-转速关系示意图中的过调制运行曲线低于电机控制器的转矩-转速关系示意图中的过调制运行曲线，以扩大过调制运行区域。
6.一种电机控制器的过调制系统，包括形成动力总成系统的电机控制器和电机，及与所述动力总成系统连接的上位机，其特征在于，
上位机生成电机控制器的转矩-转速关系示意图，所述转矩-转速关系示意图划分成正常运行曲线与过调制运行曲线；
上位机于实验环境下离线标定动力总成系统在全转速范围内，正常运行时的第一效率图谱和过调制运行时的第二效率图谱；
上位机以电机的转速为横轴比较所述第一效率图谱和第二效率图谱，选取各转速下第一效率图谱和第二效率图谱中具有更高效率的运行状态；
基于选取的运行状态，上位机拟合动力总成系统的转矩-转速关系示意图；
基于所述动力总成系统的转矩-转速关系示意图，使用环境下电机执行过调制。
7.如权利要求6所述的过调制系统，其特征在于，
上位机获取电机控制器在全转速范围内的正常运行时的第一曲线示意图；
上位机获取所述转矩-转速关系示意图中，转矩单调递减区域所对应的转速范围内过调制运行时的第二曲线示意图；
上位机拟合第一曲线示意图和第二曲线示意图为转矩-转速关系示意图，其中所述第一曲线示意图为正常运行曲线，第二曲线示意图为过调制运行曲线。
8.如权利要求6所述的过调制系统，其特征在于，
第一效率图谱和第二效率图谱包括电机的铜损数据和铁损数据。
9.如权利要求6所述的过调制系统，其特征在于，
上位机以电机的转速为横轴比较所述第一效率图谱和第二效率图谱；
上位机选取各转速下第一效率图谱和第二效率图谱中具有更高效率的运行状态，并记录所选取的运行状态下的转矩数据和转速数据。
10.如权利要求9所述的过调制系统，其特征在于，
上位机基于选取的运行状态，依次连接包括转矩数据和转速数据的转矩-转速点，以形成动力总成系统的转矩-转速关系示意图，其中动力总成系统的转矩-转速关系示意图中的过调制运行曲线低于电机控制器的转矩-转速关系示意图中的过调制运行曲线，以扩大过调制运行区域。
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