[发明专利]电动车用无刷电机控制器

说明书

技术领域

本发明涉及一种基于矢量控制思想的电动车用无刷电机控制器。

背景技术

电动车行业的一个重要的发展趋势是：要求调速范围越来越宽，要求扭矩及效率越来越高。而方波控制方式的无刷直流电机，由于其理论的局限性，调速范围较窄，难以兼顾速度、效率和扭矩；如何在保证高效率的基础上能同时实现电机的宽调速范围和大转矩，这个问题一直困扰着电动车行业的技术人员，如何解决这个矛盾，目前行业内也进行了一些有益的探索，前期大致有以下几种方法：

一、从电机上考虑，采取绕组抽头的方法，外部通过控制器及继电器控制其在宽调速范围和大扭矩需求间切换。不足之处是：电机及外部硬件成本增加，系统结构复杂，可靠性降低。

二、从控制器上考虑，采用“方波提前换相的弱磁方法”。不足之处是：速降很快，实际提速范围改进很小，电机噪声大。

伴随着技术的发展，在工业领域中出现了矢量控制。矢量控制是高性能的电机调速系统中主要采用的闭环精确实时智能控制方法。它的基本原理是：通过坐标的变换来实现电流和速度的解耦。对比目前普遍电动车行业主要采用的方波控制，可以看出其主要的优势在于：

1、闭环

采用电流、速度闭环控制，电流内环，速度外环，即当检测到电流或速度不满足用户给定值时，通过微处理器自动增大或减小PWM来实现用户的目标；

2、实时

传统的方波控制方式HALL跳变一次控制一次(一个毫秒左右)，而矢量控制中每个PWM周期控制一次(几十个微秒)，控制时间更短，一个HALL换相里控制多次，控制更加精确；

3、SVPWM调制方式

工业控制用的矢量控制普遍采用的是180度SVPWM调制方式，它采用三相互补调制的方式，程序中不用去脉动处理，简单实用；同时噪声更低，电压利用率更高，上下功率管发热均匀，增加了控制器的使用寿命。矢量控制中有效的弱磁控制(宽调速范围)、方便的最大转矩电流(大扭矩)和最大效率控制(高效率)，正好可以满足目前电动车对宽的调速范围，大扭矩和高效率的要求，其代表了电动车未来发展的方向。

由于工业控制用的矢量控制系统中需要用到两个电流互感器及一个光电编码器，分别用来采样三相电流和速度，用来进行电流和速度闭环控制，电流互感器和编码器价格相对于电动车而言太贵，成本较高，电动车生产企业难以承受，同时又因为电动车用控制器对精度要求不是太高(相对于工业控制)，如采用工业控制用的矢量控制系统对资源是一种浪费，性价比不高。

发明内容

本发明的目的是克服上述现有技术的不足，提供一种高性价比的、基于矢量控制思想的电动车用无刷电机控制器。

为了实现上述目的，本发明公开了一种电动车用无刷电机控制器，其特征在于：所述控制器包括误差检测器、SVPWM电机矢量控制器、PI控制单元及弱磁角采样单元、电流采样单元、转速采样单元，所述PI控制单元输出与SVPWM电机矢量控制器输入连接，SVPWM电机矢量控制器输出与电机连接，SVPWM电机矢量控制器设有弱磁角和电流反馈构成内闭环控制，电机转速采样单元的输出和把手信号与误差检测器连接构成速度外闭环控制，其中电流采样单元中的电流采样元件为勘铜丝，转速采样元件为HALL传感器。

与现有技术相比，本发明的电动车用无刷电机控制器同样基于矢量控制思想的控制方法，在控制器中电流采样元件选用勘铜丝，转速采样元件为HALL传感器，成本大为降低，适合于电动车上使用，并且实现了速度闭环的控制，使整车在正常情况下的宽调速范围性能得到满足，采用矢量控制中的SVPWM技术，上下MOS管同时互补，有效的减小了普通方波控制时下管的发热，使得上下MOS管发热更加均匀，有效提高控制器的使用寿命；同时电机脉动更小，运行效率更高，电流更小，噪声更低，骑行感觉更舒适。

下面将结合附图与具体实施例对本发明作进一步说明。

附图说明：

附图1为本发明具体实施例控制框图。

附图2为本发明具体实施例电流采样原理示意图。

附图3为本发明具体实施例PWM计算单元程序流程图。

附图4为本发明具体实施例反馈弱磁角调节单元程序流程图。

具体实施方式

如图1所示，电动车用无刷电机控制器包括误差检测器1、SVPWM电机矢量控制器3、PI控制单元2及弱磁角采样单元、电流采样单元、转速采样单元5，所述PI控制单元2输出与SVPWM电机矢量控制器3输入连接，SVPWM电机矢量控制器3输出与电机4连接，SVPWM电机矢量控制器3设有弱磁角和电流反馈构成内闭环控制，电机转速采样单元5的输出和把手信号与误差检测器1连接构成速度外闭环控制，其中电流采样单元中的电流采样元件为勘铜丝，原理图如图2所示，转速采样元件为HALL传感器。其中SVPWM电机矢量控制器3以微处理器MCU为核心，SVPWM电机矢量控制器3包括PWM计算单元和反馈弱磁角调节单元，所述PWM计算单元中设有HALL计数值存储器、反馈弱磁角存储器和扇区/PWM表存储器，所述HALL计数值存储器用于存贮与电机转动位置相对应的角度值，反馈弱磁角存储器用于存储弱磁角采样单元实时采集的反馈弱磁角值，所述扇区/PWM表存储器用于存储电机当前扇区位置与PWM控制值的对应表。PWM计算单元可以通过相应程序实现，如图3所示，程序的工作步骤为：先读取HALL计数值存入HALL计数值存储器，采集的反馈弱磁角存入反馈弱磁角存储器，然后根据HALL计数值和速度反馈弱磁角计算实际弱磁角，再计算出电机当前的扇区(所谓扇区即是电机转子的位置，将转子的一周360°分成六个扇区)最后根据扇区，查扇区/PWM表得出PWM控制值。反馈弱磁角调节单元中设有速度给定值存储器、当前反馈弱磁角存储器和比较器，所述速度给定值存储器用于存储把手的输入值，当前反馈弱磁角存储器用于存储当前反馈弱磁角值，比较器用于比较速度给定值与电机当前速度值的大小。反馈弱磁角调节单元同样通过程序实现，如图4所示，程序的工作步骤如下：从HALL计数值存储器读取HALL计数值计算电机当前速度，然后用比较器判断当前速度是否达到速度给定值(即把手的速度输入值)，若达到，则保持当前速度反馈弱磁角不变，若未达到，计算速度误差，根据速度误差，调节速度反馈弱磁角。