[发明专利]永磁同步电机时序任务调度和空间状态调度协同控制系统

说明书

本发明涉及一种基于纯应用层开发的纯电动汽车用永磁同步电机实现时序任务调度和空间状态调度协同控制的系统，其结构包括“算法模块”和“逻辑模块”，所述的算法模块包括高速采样、矢量控制算法等；所述的逻辑模块包括一种特殊的任务调度机制，该机制，时序上以不同的优先级和功能集将控制策略划分为不同周期的任务包，同时采用主次时序嵌套调度的方式，对同一时序线路上任务的个数进行有效分流，避免任务重入和堆积；空间上将有限状态机逻辑置于实时性最高的周期任务中，将状态的输出介入时序调度，以更高的优先级驱动不同周期任务中的功能函数。本发明基于纯应用层开发，实现纯电动汽车用永磁同步电机时序任务调度和空间状态调度协同控制。

技术领域

本发明涉及电力传动技术领域，尤其涉及电动汽车的车用主驱永磁同步电机控制方法领域，具体是指一种基于纯应用层开发的纯电动汽车用永磁同步电机实现时序任务调度和空间状态调度协同控制的系统。

背景技术

随着近些年纯电动汽车在全世界范围内的兴起，永磁同步电机作为主驱电机被广泛应用于纯电动汽车之中。永磁同步电机从工业应用到纯电汽车应用，其控制方法也变得更加复杂和多样化。

永磁同步电机应用于纯电动汽车初期，其控制方法仅仅是在矢量控制基本算法的基础之上，加上协议层、诊断层等一些模式控制的基本逻辑，所有的程序基本上全部置于PWM周期中断之中，也没有复杂的高速控制算法，软件调制更新周期与电机控制器硬件模块的开关周期保持一致。

近几年，国家加大新能源电动汽车的扶持力度，纯电动汽车的市场也逐渐扩大，对于纯电动汽车主驱永磁同步电机的控制也有了更高的要求，扭矩标定的精度、传感器采样的方法和精度、控制高效区的拓展、损耗的降低、扭矩脉动的抑制和补偿等等方面均成为研发人员们的主要突破方向。控制上对传感器采样的要求，使AD转换中断取缔了PWM周期中断；控制高效区的拓展和损耗的降低，也要求全转速范围内的PWM调制频率需要连续的变化；高速甚至超高速的控制，对PWM更新的频率提出了更高的要求。

纯电动汽车车用永磁同步电机控制策略和算法逐渐完善，代码量随之增大。而高速甚至超高速控制中要求PWM调制更新频率足够高，即在高速控制时为满足载波比的要求，AD转换中断时间需要足够短。车用级微控芯片核心数的选型需要考虑成本等诸多因素，在主控芯片核心数硬件限制的前提下，AD转换中断时间短与增加的代码量在工程实现上相悖。显然再将所有的控制策略和算法代码全部置于AD转换中断中是不合适的。

本发明将纯电动汽车车用永磁同步电机控制的基本逻辑策略和算法独立开来，将基于矢量控制PWM调制的纯算法部分和对采样要求最高的电流与角度采样部分以顺序结构置于AD转换中断中，这段纯算法部分需要足够的精简；纯逻辑部分按照执行的优先级和功能集以特殊的任务调度形式，将相关代码置于主循环中。本发明中这种特殊的任务调度是一种基于纯应用层开发的“时序任务调度”和“空间状态调度”协同控制方法。目前整个新能源行业中，纯电动商用车车用永磁同步电机控制相对简单，甚至大多数未用到实时操作系统，纯电动乘用车永磁同步电机的控制中，有些采用嵌入式系统中常见的μC_OS-Ⅱ、有些采用商用RTOS(Real Time Operating System)、有些采用传统汽车常用的OSEK等等，这些实时操作系统，实时性高、任务调度成熟，也多用于嵌入式系统和汽车行业，但是多数并未全部开源，商用化普遍，且需要底层驱动代码配合实现，与底层硬件设备的集成度较高，不便移植。本发明中的任务调度完全基于应用层软件开发，不依赖于底层驱动实现，移植性强，且采用时序调度和空间调度协同控制的方式，可以同时兼顾“‘硬’实时系统要求规定时间内必须完成任务”和““软’实时系统按照优先级完成操作”的实时系统任务调度特征。

发明内容

本发明的目的是克服了上述现有技术的缺点，提供了一种满足实时性好、操作简便、平台移植性强，不依赖于具体微控芯片集成环境，软件开发成本和市场应用成本低、适用范围较为广泛的基于纯应用层开发的纯电动汽车用永磁同步电机实现时序任务调度和空间状态调度协同控制的系统。