[发明专利]永磁同步电机输出转矩在线计算方法

摘要

本发明涉及一种永磁同步电机输出转矩在线计算方法，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；其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。

主权项

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；所述三相电流传感器为基于霍尔效应的非接触式电流传感器或基于利用串入相线中电阻产生电压原理的接触式电流传感器，其用于检测永磁同步电机的三相电流，并将采集的电流信号输出到CLARK和PARK变换单元；所述位置及转速处理单元根据位置传感器输出信号计算转子位置θ和电机机械转速ω；所述CLARK和PARK变换单元接收电流传感器检测到的三相电流、、和位置及转速处理单元输出的位置信号θ，根据公式（1）、公式（2）和公式（3）换算为旋转坐标系下直轴电流和交轴电流；CLARK变换公式如下：（1）（2）PARK变换公式如下：（3）其中，、为静止坐标系下的直、交轴电流；、、为静止坐标系下的三相交流电流；θ转子位置电角度；、为旋转坐标系下的直、交轴电流；所述转矩计算模块包括交流相电流幅值计算单元、永磁体磁链查表模块、直交轴电感查表单元和转矩计算单元；其中，所述交流相电流幅值计算单元根据公式（11）计算交流相电流幅值，输出给永磁体磁链查表模块；所述永磁体磁链查表模块用于根据交流相电流幅值查表获得永磁体磁链值；所述直交轴电感查表单元根据直交轴电流查表获得直交轴电感和；所述的转矩计算单元根据永磁同步电机转矩公式（4）进行计算；（4）其中，p为电机转子极对数；Te为电磁转矩；为永磁体磁链；转矩公式（4）中，直轴电流和交轴电流可以通过CLARK和PARK变换单元计算得到，直交轴电感和通过直交轴电感查表单元获得，p为电机转子极对数为常数，公式中永磁体磁链不能做常数处理，其受转子温度影响很大，随着转子温度的上升而减小，反之，增加；由于无法直接测量，只能采用间接测量方法，具体方法如下：忽略电机相绕组漏电感、铁心饱和、涡流和磁滞损耗，电流为对称的三相正弦电流，则其稳态电压方程如下：（5）（6）其中，为直轴电压、为交轴电压， R为定子电阻；在电机三相短路情况下，忽略功率模块的管压降，则直轴电压和交轴电压为零，（7）（8）进一步可得：（9）（10）同时，由于直交轴电流满足如下关系：（11）其中，为定子相电流幅值；当电机机械转速ω趋近于无穷大时，则有，（12）（13）（14）（15）因此，通过试验标定出不同温度下永磁体磁链与定子相电流幅值的一一对应关系，通过以is为索引，查表获得永磁体磁链数值，带入到公司（4）中即可在线计算永磁同步电机输出转矩；所述直交轴电感查表单元，由于直轴电感是直轴电流和交轴电流的函数，通过有限元仿真软件可以得到二者之间的对应关系，同理可得交轴电感与直交轴电流和的对应关系。