新能源汽车电机扭矩控制 弱磁场控制.docx

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新能源汽车电机扭矩控制弱磁场控制

谈谈新能源电机扭矩控制—弱磁场控制

（1）

本讲开始，笔者将分4次对电机扭矩控制中的弱磁场控制进行详细介绍！

对于新能源电机扭矩控制，除了电流控制、电流谐波重叠控制、振动隔离处理控制外，至少还包括：

弱磁场控制、扭矩推测控制、相电流平均电流推测、振动抑制控制、电机转速FB控制、扭矩指令值计算、dq轴变换控制、车轮转速控制等。

今天，笔者将继续对电机扭矩控制的其他模块进行详细介绍，接着振动隔离处理控制谈谈电机扭矩控制中的弱磁场控制技术。

首先，我们一起回顾下电机扭矩控制功能的整体控制框图，如下图所示：

以整车控制器（VCU）输出的扭矩目标值为起点，虚线框图表示电机MCU扭矩处理的整体控制流程简图，具体控制流程如下：

当电机MCU获取VCU的扭矩目标指令值后，扭矩控制模块会根据扭矩推测值输出电流指令值给弱磁场控制模块，弱磁场控制模块会综合考虑效率和能耗将电流目标值输出给电流控制模块，然后电流控制模块会结合电流目标值以及电流实际值，将电压指令值输出给电压控制模块，最后，电压控制模块会将Gate信息给到IGBT模块，由IGBT控制模块对通道进行打开和关闭控制。

此外，电机MCU内置模式控制方式，根据车辆不同的工况和负荷，分别对扭矩控制模块、弱磁场控制模块、电流控制模块以及电压控制模块的控制参数进行调整；同时，扭矩推测模块根据电流实际值以及电压指令值，通过内部算法将扭矩推测值输出给扭矩控制模块，对电流指令值的正确发出起到一个非常核心的参考作用。

因此，对于电机扭矩控制，由上图可以看出：

基于电流指令值调整电流目标值，使电压指令值不脱离期望的电压值，其中扮演重要角色的就是“电机的弱磁场控制”。

对于以上弱磁场控制的核心目标，就是通过调整电流目标值，使电源电压上可施加的电压不超过目标值来实现的！

同样的，在提出需求前，我们先来看看弱磁场领域的控制方法，如下图所示：

在弱磁场领域内，电压限制椭圆和扭矩曲线的交点为可能输出效率最高的扭矩点。

转速与电流相位非线性复杂图示

因此，弱磁场控制就是通过操作电流使之在电压限制椭圆内向电流目标值移动的过程。

电机高速旋转时如下图所示：

不在电压限制椭圆内，无法对电流进行控制。

那么，根据以上弱磁场控制的认识，笔者提出以下基本需求：

∙在弱磁场领域内，通过电压目标值计算电压限制值；

∙能够对电压限制值进行切换处理；

∙直交领域内不实施弱磁场控制。

谈谈新能源电机扭矩控制—弱磁场控制

（2）

上一讲，笔者对弱磁场控制的机理和基本需求进行了详细介绍。

本讲笔者将接着上一讲的内容，对弱磁场控制的运行点搜索方法及弱磁场控制整体框架进行详细介绍。

对于弱磁场控制运行点的搜索方法，如下图所示：

Step1：

从dq电流空间进行变换，即dq电流空间在ΔI方向的补正，对应的图示如下：

Step2：

当电压目标值超过电压限制值时，计算电压目标值超过电压限制值的超调量并在dq轴上进行分解，同时在电流目标值上体现，对应的图示如下：

然后，我们再来回顾下弱磁场控制的整体基本需求，如下所示：

需求①、在弱磁场领域内，通过电压目标值计算电压限制值；

需求②、能够对电压限制值进行切换处理；

需求③、直交领域内不实施弱磁场控制。

同样的，我们也将需求进行细化，分别对1~5条基本需求进行细化以及深度思考，如下所示。

需求①的思考：

1.1、在弱磁场领域，计算各种条件下的电压限制值；

1.2、在弱磁场领域，计算电压目标值超过电压限制值的部分；

1.3、在弱磁场领域，计算电压补正量以及电压向对电流的变换；

1.4、在弱磁场领域，计算其他限制模块限制下的电压限制值。

1.5、在弱磁场领域，计算电压滤波相位。

需求②的思考：

2.1、在各种条件下，都能够对电压限制值进行切换处理。

需求③的思考：

3.1、在直交领域，将电压补正值限制为最小值，一般取0，可标定。

深度思考后，笔者将以上1~3详细思考的内容汇总成如下表格：

项目

目的

基本需求

详细需求

弱磁场控制

调整电流目标值，使电源电压上可施加的电压不超过目标值

在弱磁场领域内，通过电压目标值计算电压限制值

1.1、在弱磁场领域，计算各种条件下的电压限制值。

1.2、在弱磁场领域，计算电压目标值超过电压限制值的部分。

1.3、在弱磁场领域，计算电压补正量以及电压向对电流的变换。

1.4、在弱磁场领域，计算其他限制模块限制下的电压限制值。

1.5、在弱磁场领域，计算电压滤波相位。

②

能够对电压限制值进行切换处理

在各种条件下，都能够对电压限制值进行电压向电流的切换处理

③

直交领域内不实施弱磁场控制

在直交领域，将电压补正值限制为最小值，一般取0，可标定

深度分析需求后，笔者根据详细需求得出弱磁场控制的整体框架，同时将框架模型根据需求进行细化。

弱磁场控制整体框图

将上面红色的框图进行细化，得到弱磁场控制的细化模型：

弱磁场控制细化简略图

谈谈新能源电机扭矩控制—弱磁场控制（3）

上一讲，笔者对弱磁场控制的需求和模型框架进行了细化，今天会对各个模块的物理动作进行详细介绍，将物理动作与控制模块、需求建立起关联！

首先，我们一起回顾下若磁场控制的整体框架，如下图所示：

弱磁场控制整体框图

将上面红色的框图进行细化，得到弱磁场控制的细化模型：

弱磁场控制细化简略图

由于需求与物理动作对应，同样的，笔者也分2次对物理动作进行详细介绍。

本次先介绍需求①（1.1~1.5）的物理动作。

对于需求①-1.1：

在弱磁场领域，计算各种条件下的电压限制值，物理动作与模型关联如下图所示：

DC电压Vpin和DQ电压坐标下处理值的变换（k是变换系数），公式如下：

对于需求①-1.2：

在弱磁场领域，计算电压目标值超过电压限制值的部分，物理动作与模型关联如下图所示：

对于需求①-1.3：

在弱磁场领域，计算电压补正量以及电压向对电流的变换，物理动作与模型关联如下图所示：

对于需求①-1.4：

在弱磁场领域，计算其他限制模块限制下的电压限制值，物理动作与模型关联如下图所示：

对于需求①-1.5：

在弱磁场领域，计算电压滤波相位，物理动作与模型关联如下图所示：

为能在电流控制器中更新电压相位，必须让电压圆心与电压补正方向不一致。

谈谈新能源电机扭矩控制—弱磁场控制（4）

上一讲，笔者对弱磁场控制的需求①的物理动作进行了详细介绍；今天会对剩余需求②以及需求③的物理动作进行详细介绍，将物理动作与控制模块、需求建立起关联！

首先，我们一起回顾下若磁场控制的整体框架，如下图所示：

弱磁场控制整体框图

将上面红色的框图进行细化，得到弱磁场控制的细化模型：

弱磁场控制细化简略图

本讲会对剩余需求②和需求③的物理动作进行详细介绍。

弱磁场控制的需求②和需求③，如下表所示：

项目

目的

基本需求

详细需求

弱磁场控制

调整电流目标值，使电源电压上可施加的电压不超过目标值

②

能够对电压限制值进行切换处理

在各种条件下，都能够对电压限制值进行电压向电流的切换处理

③

直交领域内不实施弱磁场控制

在直交领域，将电压补正值限制为最小值，一般取0，可标定

对于需求②，在各种条件下，都能够对电压限制值进行电压向电流的切换处理，物理动作与模型关联如下图所示：

电压和电流的切换公式和解释如下：

对于需求③-直交领域内不实施弱磁场控制，物理动作与模型关联如下图所示：