[发明专利]一种基于虚拟霍尔技术的电动车电机控制器的控制方法

权利要求书

1.一种基于虚拟霍尔技术的电动车电机控制器的控制方法，其特征在于，电动车电机采用星型绕组结构，所述控制方法包括：

在每个PWM周期开始，获取电动车电机三相绕组的电平状态，并对应获取电机中性点与三相绕组构成的虚拟中性点之间的压差，所述压差包含电机相位电感的数据；

所述压差通过模数转换器接入电角度算法模块，通过矢量变换转换为实时电角度；

将所述实时电角度送入FOC模块进行FOC控制运算后，经过PWM信号驱动模块产生六路PWM信号，六路所述PWM信号通过三相桥式功率电路驱动电机运转，所述模数转换器、电角度算法模块、FOC模块和PWM信号驱动模块均设置在电机控制器中；

其中，所述压差通过模数转换器接入电角度算法模块，通过矢量变换转换为实时电角度，包括：

在电平变化前，建立所述三相绕组的端电压与三相绕组电感的表达式，并根据所述表达式获取传递函数，包括：

当电机速度为零时，相电压方程表达式为：

其中，R表示定子电阻，相电压和相电流分别表示为：

v_abc(t)＝[v_AN(t) v_BN(t) v_CN(t)]^T，v_AN(t)、v_BN(t)、v_CN(t)表示t时刻任意一相X(X＝A、B、C)对中性点N的电压；i_abc(t)＝[i_A(t) i_B(t) i_C(t)]^T，分别表示t时刻任意一相X(X＝A、B、C)的电流；

电感矩阵L_abc定义为：

其中，L_aa、L_bb、L_cc分别为三相绕组自感，其余分量表示两两之间的互感；

所述相电压还表示为：v_abc＝v_XO-v_NOT₁^T    (2)其中，v_XO表示任意一相X(X＝A、B、C)对地O的电压，v_NO表示中性点N对地O的电压，T₁＝[1 1 1]；

对公式(1)进行拉普拉斯变换得到：

v_abc(s)＝Ri_abc(s)+L_abc(si_abc(s)-i_abc(0-))                          (3)

其中，i_abc(0-)是电平变化前的电流初始值；

将公式(2)代入公式(3)，令Z_abc＝L_abcs+R，则推导出下述公式：

z_abc*i_abc(s)＝v_XO(s)-v_NOT₁^T(s)+L_abci_abc(0-)                     (4)

进一步推出：

令

其中，为所述电感矩阵L_abc的伴随矩阵，L_∑a，L_∑b，L_∑c分别表示伴随矩阵每一列求和；

将公式(5)和(6)代入公式(3)中，得到：

其中，|z_abc|是z_abc的模值，是z_abc的伴随矩阵，I为单位向量；

将公式(7)写为：

则定义传递函数G(s)为：

在电平变化后，以所述PWM信号作为激励，在低电平激励和高电平激励状态下，根据所述传递函数建立端电压与中性点对地电压的关系式，包括：

所述端电压的拉普拉斯表达式为：其中v_DC为母线电压；

进行反拉普拉斯变换，得到：v_XO(t)＝v_DC1(t-t₁)，其中1(t)表示阶跃函数；

在电平初始状态时，所述中性点对地电压的表达式为：

v_NO＝G(s)v_XO                                    (8)

其中，传递函数表示为：

将公式(9)代入公式(8)得到：v_NO＝L_k∑(v_XO)+w_s(v_XO)    (10)

进行反拉普拉斯反变换，得到：

v_NO(t)＝L_k∑v_XO(t)+w(t)v_XO(t)                                (11)

令：b_A(t)＝w_a(t)*v_AO(t)，b_B(t)＝w_b(t)*v_BO(t)，b_C(t)＝w_c(t)*v_CO(t)，并代入公式(11)中，得到：

根据所述关系式获取电平变化前后所述中性点对地电压与三相绕组电感的关系式，并转换为电平变化前后电机中性点与虚拟中性点之间的压差与三相绕组电感的关系式，所述三相绕组电感与电机转子的位置呈正弦变化关系，包括：

分别推导出电平变化前后端电压的值并代入公式(12)，则电平变化前后对应的电机中性点N对地O的电压表达式分别为：

由于

得到则将公式(14)减去公式(13)得到电平变化过程中电机中性点N对地O的电压压差表示为：

利用去除的共模分量，其中v_VO表示虚拟中性点V对地O的电压，v_XO(t)＝v_DC1(t-t₁)；

则电平变化过程中电机中性点N对虚拟中性点V的电压压差表示为：

其中，L_k∑_X表示A、B、C三相构成的矩阵、下标X表示A、B、C三相中任意一相；公式(16)表明在不同激励状态的跃迁过程中测量所述电机中性点N和虚拟中性点V的电压压差得到包含电机相位电感的数据；

定义每个PWM周期开始时测量的压差矢量如下：

其中，L_K∑表示每一列数据求和构成的矩阵，Γ_a，Γ_b，Γ_c均是包含电机相位的压差分量；

对所述压差矢量进行Clark变换：

Γ_αβγ＝T_cΓ_abc＝[Γ_α Γ_β Γ_γ]^T                        (18)

其中，T_c是矢量变换的转换矩阵，Γ_a、Γ_β、Γ_γ是Clark变换之后的结果；

获取Γ_a、Γ_β并求解反正切函数得到对应的实时电角度估算值为：