新能源汽车电机扭矩控制

谈谈新能源电机扭矩控制一电流控制(上)我们从电流相位控制入手，对弱磁场控制进行了详细介绍，但弱磁场控制只是电机扭矩控制的“冰山一角”，对新能源车辆电机控制而言，最重要的电机扭矩控制功能至少还包括:理、制、制、电机电流控制、电流谐波重叠控制、振动隔离处扭矩推测控制、相电流平均电流推测、振动抑制控电机转速FB控制、扭矩指令值计算、dq理、制、制、今天，笔者将对电机扭矩控制功能的电流控制进行详细介绍。首先，我们来看看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：图，如下图所示:以整车控制器(VCU)输出的扭矩目标值为起点，虚虚当电机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（上一讲也对弱磁场控制进行了详细的讲解，想了解更多，请参考“新能源电机最佳电流相位控制，你理解吗？”），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。图中的黑色粗线框图表示电流控制在整个电机扭矩控制的定位，可以看出电流控制起着起到承上启下的作用，电压指令值的正确输出将直接影响目标扭矩控制。因此，电流控制最核心的目的是：通过合适的算■=/因此，电流控制最核心的目的是：通过合适的算■=/最法将电流实际值与电流目标值控制误差保持在可接受范围内。

电流控制希望实现的功能image(设想)如下图所需要考虑以下几个方面:电流目标值需要考虑电流指令值、弱磁场电流值以及高谐波重叠电流值，并通过三者共同决定；考虑d轴与q轴的独立性，进行非干涉化控制；实施F/B(feedback)控制，使电流实际值与电流目标值保持一致；需要保证电机高转速领域电流控制的稳定性，需要进行电流相位切换控制；考虑电机的转速变动对电流稳定性控制的影响；

考虑车辆可能的行驶区域，并对电压振幅进行限制将需要与功能进行汇总总结，形成如下需求与功能对应的表格：控制模块对应需求电流目标值决策电流目标值需要考虑电流指令值、弱磁场电流值以及高谐波重叠电流值，并通过三者共同决定非干涉控制考虑d轴与q轴的独立性，进行非干涉化控制电流F/B控制实施F/B(feedback)控制，使电流实际值与电流目标值保持一致电流相位控制需要保证电机高转速领域电流控制的稳定性，需要进行电流相位切换控制振动判断考虑电机的转速变动对电流稳定性控制的影响电压振幅控制考虑车辆可能的行驶区域，并对电压振幅进行限制根据以上需求和控制模块，可以画出电流控制的整体系统构成，如下图所示:电流控制可以详细分解为电流目标值决策模块、非干涉控制模块、振动判断模块、电流F/B控制模块、电压振幅控制以及电压目标值判断模块；这些细节模块功能中，电流F/B控制以及电压振幅控制是最核心的，电压振幅控制将最终的目标电压指令值的振幅进行调节，电流F/B控制对振幅的条件进行反馈，两者共同提高电压目标值的稳定性和响应性。场电流值以及高谐波重叠电流值，并通过三者共同决定非干涉控制考虑d轴与q轴的独立性，进行非干涉化控制谈谈新能源电机扭矩控制一电流控制(中)场电流值以及高谐波重叠电流值，并通过三者共同决定非干涉控制考虑d轴与q轴的独立性，进行非干涉化控制上一讲“谈谈新能源电机扭矩控制-电流控制，笔者对新能源电机扭矩控制中的电流控制需求和整体控制框架进行了详细讲解，本次，根据电流控制框架的详细模块，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！架，如下表格所示:控制模块对应需求电流目标值需要考虑电流指令值、弱磁电流目标值决定性，需要进行电流相位切换控制振动判断考虑电机的转速变动对电流稳定性控制的影响电压振幅控制定性，需要进行电流相位切换控制振动判断考虑电机的转速变动对电流稳定性控制的影响电压振幅控制考虑车辆可能的行驶区域，并对电压振幅进行限制实施F/B(feedback)控制，使电流实际电流F/B控制值与电流目标值保持一致需要保证电机高转速领域电流控制的稳电流相位控制根据以上需求和控制模块，整理出电流控制的整体系统构成，如下图所示：械洒A然后，我们对电流控制框架每一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！由于电机电流控制模块较多，笔者分两次对模块与物理现象进行详细介绍，先介绍电流目标值决策与非干涉控制。〈电流目标值决策〉要求：考虑电流指令值、弱磁场电流值以及高谐波重叠电流值，并通过三者共同决定最终电流目标值。电流目标值通过下记公式计算：if=+如一对尊**rI*I*也—十^q_vsat十其中：:d轴电流目标值:q轴电流目标值

:d轴电流指令值:q轴电流指令值:d轴弱磁场电流值:q轴弱磁场电流值:d轴高谐波重叠电流值:q轴高谐波重叠电流值以上电流目标值结合电流指令值、弱磁场电流值、高谐波重叠电流值进行计算，物理表现为三者的耦合关系，以严格公式的形式对模块进行表达。＜非干涉控制＞要求:控制。考虑d轴与q轴的独立性，进行非干涉化质=一叫孔洁景*丁。=土变量:要求:控制。考虑d轴与q轴的独立性，进行非干涉化Vd**：d轴非干涉电压[V]Vq**:q轴非干涉电压[V]id**:d轴电流目标值[A]iq**:q轴电流目标值[A]3re:电机角速度［rad/s］常数：Ld：d轴电感值H］Lq：q轴电感值［H］巾：电枢磁链有效值［Wb］T0：电流应答性常数［sec］30：目标电流应答性角速度［rad/s］以上公式为使用电流目标值、结合d、q轴非干涉电压、常量（比如电感、应答时间等）进行的计算，而进一步分析，dq坐标上的电机模型的电压方程式可以用下记框图表示："叫=［七+sLd―斜己曲］［妇］.［01福一［心dZ?ff+sLq\V1电机模型电压方程式用图示展示如下：由图可知:1、电动势会根据d轴电流/q轴电流以及转速的变化而变化2、电动势会在dq轴间相互干涉因此不能直接进行控制因此，将非干涉电压值适用于各轴，产生的效果如下图所示：假定电流目标值和电流实际值相同，由于添加了非干涉电压，可得出消除了dq轴间干涉的电机模型。同时，为了让非干涉电压值计算得出的电流值与实际电流值尽可能接近，针对目标电流值，采用在电流控制系统中设计的一次延迟滤波来处理。谈谈新能源电机扭矩控制一电流控制（下）上一讲“谈谈新能源电机扭矩控制-电流控制（中）”，笔者对新能源电机扭矩控制中的电流控制需求和整体控制框架进行了详细讲解，同时对各个模块的物理动作进行了详细介绍，并将物理动作与控制模块、需求建立起了关联，如下图表格所示：电流控制整体构成控制模块电流控制整体构成控制模块对应需求电流目标值决策电流目标值需要考虑电流指令值、弱磁场电流值以及高谐波重叠电流值，并通过三者共同决定非干涉控制考虑d轴与q轴的独立性，进行非干涉化控制电流F/B控制实施F/B（feedback）控制，使电流实际值与电流目标值保持一致电流相位控制需要保证电机高转速领域电流控制的稳定性，需要进行电流相位切换控制振动判断考虑电机的转速变动对电流稳定性控制的影响电压振幅控制考虑车辆可能的行驶区域，并对电压振幅进行限制根据以上需求和控制模块，整理出电流控制的整体系统构成，如下图所示：

teM*彼j朋teM*彼j朋]郴浦)＜•由戒象值一然后，笔者先对电流目标值决策与非干涉控制进行了详细介绍，因此，剩下的电流F/B控制、电流相位控制、振动判断以及电压振幅控制会在本次进行详细介绍。＜电流F/B控制＞要求：实施F/B(feedback)控制，使电流实际值与电流目标值保持一致。电流F/B控制的整体思路如下：根据d、q轴电流目标值和实际值，结合电流相位，通过PI控制进行d、q轴电压值的调整。d轴电流实际值d轴电流目标值q轴电流Hd轴电流实际值d轴电流目标值q轴电流H标值q轴电流实际门相呻叱流F/B控削电玉值q轴史流F/B控制巨工侑一般来说，非干涉化电机模型可以用如下传递函数表示：而？【控制器用公式表示如下:传递函数与PI控制器用图示如下:电流目标他电压电流实际值►电流目标他电压电流实际值►综上，对于q、d轴电流的目标和实际值，通过PI控制，在任何条件下，目标电流和实际电流的偏差最终都会变为0。＜电流相位控制＞要求：需要保证电机高转速领域电流控制的稳定性，需要进行电流相位切换控制。首先，需要明确相位与角速度的关系，如下记公式所示：。〈〔心一X-—+3^0)+函数关系可以借助图示进行理解：相位A；；叶―…]一0°；<*>th3址+%综上，实行电流相位控制，可以实现在低转速领域内的应答性以及高转速领域的稳定性。<振动判断>要求：考虑电机的转速变动对电流稳定性控制的影响。在电流控制内部计算中，使用包括车辆共振频率角度的情况下，该频数会发生共振。为防止共振发生，需要想办法剔除车辆共振频率的角速度；然而在角速度突变的情况下，通过一般过滤器的角速度未能达到效果，控制也不稳定，所以需要将滤波后的角速度在剔除共振频率下的角速度得到最终的角速度值。控制思考点如下图所示：

共振指示［-］角速度［rM⑶共掠剔除后伯速度［rad.si共振指示［-］角速度［rM⑶共掠剔除后伯速度［rad.si共振判断综上，基于控