[发明专利]永磁同步电机输出转矩在线计算方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种永磁同步电机输出转矩在线计算方法，属于电机驱动控制技术领域。

背景技术

新能源汽车一般情况下是由多个动力源驱动整车，动力源包括电机和发动机等，电机既可和发动机同时驱动也可单独驱动完成各种整车工作模式。电机在整车中多采用转矩控制模式，但多数车用电机的工作环境温度范围都在-40℃到150℃之间。对于永磁同步电机，在该温度范围内，转矩输出会随着温度的升高而降低，导致整车输出动力不足。为了实现转矩安全，一种方法是在电机输出轴上增加转矩传感器，对输出转矩进行实时监控，以保证系统安全，但是，这会导致整车成本升高，而且整车的空间非常有限。另一种方法是开发转矩估算，以监控电机输出，提高电机系统的可靠性。这种方法仅利用系统的原有参数即可进行转矩估算，不需要额外传感器，降低了硬件成本，因此得到广泛应用。目前转矩估算方法大体可以分为两类：磁链估算法和滑模观测器法。磁链估算法是以三相电流、电压和转子位置作为三个输入量，通过估算磁通进而估算转矩，这种方法软件程序简单，可以很容易地集成到单片机或者DSP中，然而，缺点是由于积分和温度变化导致磁通有很大的直流偏置，该偏置会给转矩估算带来偏差。滑模观测器法是通过滑模观测器估算转矩，这种方法的主要缺点是由于电机本体参数如d-q轴电感和定子电阻等都是时变的，模型的稳定性和收敛性不好。

申请号 201110071027.6公开了一种《一种故障模式下永磁电机转矩估算方法》，其提出当所述电机工作状态为正常模式时，按照预定的转矩计算公式实时地计算转矩输出；当所述电机工作状态为故障模式时，根据所述多个电机控制器检测信号中的一个或多个进行查表来得到转矩输出或者按照功率等效计算公式U_dc*I_dc*η＝T*n实时地计算得到转矩输出，其中U_dc为直流母线电压，I_dc为直流母线电流，η为系统效率，T为转矩，n为转速。该方法未考虑永磁体温度的对转矩输出影响，且依赖大量实验数据，实际应用中的精度不高。

申请号 201310124299.7公开了一种《电动马达扭矩估算》，通过校准马达以使得对于每个扭矩指令均具有对应的直轴（d轴）和交轴（q轴）电流指令。该方法包括建立扭矩指令T*。分别确定对应于扭矩指令T*的d轴和q轴电流指令Id*、Iq*。基于Id*、Iq*控制马达。分别测量d轴和q轴电流Id、Iq。根据扭矩指令T*与扭矩差之和估算输出扭矩。根据Id*、Iq*、Id、和Iq的函数确定扭矩差。可基于估算的输出扭矩控制车辆。该专利通过转矩指令T*查表获得d轴和q轴电流指令Id*、Iq*，并未考虑温度对转矩的影响。

综上所述，以上转矩估算方法都未考虑永磁体温度的影响，且均依赖于永磁同步电机本体的L_d、L_q和R_s等参数，而这些参数的时变特性限制了转矩估算的精度。

发明内容

本发明的目的就在于针对上述现有技术的不足，提供一种永磁同步电机输出转矩在线计算方法，该方法通过测量主动短路电流补偿了温度对永磁体磁链影响，提高永磁同步电机输出转矩计算精度。

本发明是通过以下技术方案实现的：

一种永磁同步电机输出转矩在线计算方法，由整车控制单元、主动短路控制单元、逆变开关电路、永磁同步电机、位置传感器、三相电流传感器、位置及转速处理单元、CLARK和PARK变换单元和转矩计算模块组成；其特征在于：

所述整车控制单元用于根据整车工作模式向主动短路控制单元发出主动短路控制指令；

所述主动短路控制单元根据整车控制单元发出的主动短路控制指令和位置及转速处理单元输出的转速信号判断是否实施主动短路控制，当整车控制单元输出的主动短路控制指令为且电机机械转速超过拐点转速_g，在两个条件均成立的情况下，输出主动短路PWM信号到逆变开关电路，如不满足条件则不输出主动短路PWM信号；

所述逆变开关电路包括六个开关元件，开关元件为绝缘栅双极晶体管(IGBT)，用于执行主动短路控制单元发出的主动短路PWM信号，控制相应的三个上桥臂或下桥臂开关元件执行闭合动作；

所述永磁同步电机为三相永磁同步电机，是被控对象，接受逆变开关电路的控制；

所述位置传感器为旋转变压器或者绝对位置光电编码器，其用于检测电机转子绝对位置；