[发明专利]一种车用永磁同步电机的抗饱和电流调节器及方法

说明书

本发明公开了一种车用永磁同步电机的抗饱和电流调节器及方法，包括d轴电流调节器和q轴电流调节器，d轴电流调节器和q轴电流调节器的输出端分别与过调制装置、抗饱和装置、饱和判断装置相连，所述过调制装置输出端与输出电压重构装置相连。方法包括：计算d轴和q轴电流调节器的输出指令；计算输出电压幅值|V_{s_ref}|；将|V_{s_ref}|与V_{s_lmt}比较；修正电压指令的幅值和相位；根据修正电压重构出实际的d轴电压V_{d_real}和q轴电压V_{q_real}。该技术方案通过引入新的抗饱和算法和设计合理的控制参数，保证电机控制系统有较高的母线电压利用率，提升电机系统高速弱磁区运行的电流控制的稳定性和动态响应，防止电流调节器因饱和而失去调节能力，避免造成重要安全事故。

技术领域

本发明涉及电动汽车驱动领域，尤其涉及一种车用永磁同步电机的抗饱和电流调节器及方法。

背景技术

电动汽车普遍采用永磁同步电机作为驱动装置。其工作流程为：整车下发转矩指令至电机控制器，电机控制器将转矩指令转换为对应的电流指令，通过电机控制算法计算响应该电流需要的电压指令，最后通过脉宽调制(PWM)技术将来源于动力电池的直流电转换成交流电驱动电机完成转矩响应。由上述工作流程可知，电机实现转矩输出的过程本质上是电流输出，因此电流控制在电动汽车电机控制器中起着至关重要的作用。电流调节器的一般拓扑为比例加积分环节，其输出为电压指令，该电压指令实际能够输出的电压在母线电压固定时存在一个上限，当实际电流无法跟踪给定，比例积分调节器的输出超出逆变器实际能输出的电压，积分器一直增加而实际电流不增加，此现象为电流调节器饱和现象。饱和之后，电流调节器不再具有电流调节能力，也意味着电流不再受控，整车输出转矩不再响应驾驶员意图，严重时会造成重大安全事故。因此，抗饱和能力对于电流调节器十分重要。

电动汽车用电机控制的特点在于，母线电压受到动力电池的约束，导致逆变器实际能输出的交流电压存在上限，电机高速运行时需要弱磁运行，电压利用率越低则弱磁电流越大，降低系统效率影响续航，而提高母线的电压利用率则能够有效减小弱磁电流，一般通过过调制技术实现电压利用率的提升。提高母线的电压利用率会引起电流控制余量不足出现饱和问题导致系统失控，造成安全性问题。

中国专利文献CN104135206A中公开了一种基于反向计算的电流抗饱和控制方案，但是没有涉及PWM过调制运行的情况。当电流调节器输出电压运行至过调制区域时，抗饱和功能生效，避免电机进入过调制区域，这会导致电机控制系统电压利用率偏低。此外，如果通过修改参数使该方案支持运行在过调制区，该方法也无法完全表征此时的输出电压，影响抗饱和性能，造成电流控制震荡。

发明内容

本发明主要解决原有的电流抗饱和技术无法直接应用于带过调制运行的电流控制的技术问题，提供一种车用永磁同步电机的抗饱和电流调节器及方法，通过引入新的抗饱和算法和设计合理的控制参数，能够保证电机控制系统有较高的母线电压利用率，提升电机系统高速弱磁区运行的电流控制的稳定性和动态响应，同时在电压余量较小时，防止电流调节器因饱和而失去调节能力，避免造成重要安全事故。

本发明的上述技术问题主要是通过下述技术方案得以解决的：一种车用永磁同步电机的抗饱和电流调节器，包括d轴电流调节器和q轴电流调节器，d轴电流调节器和q轴电流调节器的输出端分别与过调制装置、抗饱和装置、饱和判断装置相连，所述过调制装置输出端与输出电压重构装置相连。

作为优选，所述的输出电压重构装置输出端与抗饱和装置输入端相连。计算出实际生效的d轴电压V_{d_real}和q轴电压V_{q_real}与d轴和q轴电压指令的偏差ΔV_d和ΔV_q，分别计算dq轴抗饱和分量k_awd·ΔV_d和k_awq·ΔV_q，当抗饱和功能使能时，分别将这两项送入对应的电流调节器的积分器。