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新能源汽车技术|新能源汽车永磁同步电机系统标定方法及实现

电动车千人会

2020-08-04

导读：点击蓝字关注我们新能源汽车永磁同步电机系统标定方法及实现赵飞翔, 王平来, 任华, 赵悦

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新能源汽车永磁同步电机系统标定方法及实现

赵飞翔, 王平来, 任华, 赵悦

(中国重型汽车集团有限公司汽车研究总院，山东济南 250000)

0 引言

电机系统是新能源车辆的重要动力来源。对于纯电车辆而言，电机系统作为唯一的动力装置，直接影响整车的动力性、经济性、NVH性能等[1-3]。电机系统主要包含驱动电机和电机控制器。驱动电机是机电转换装置，将三相交流功率转换为机械功率输出，一般采用同步电机或异步电机。同步电机以其高效率和高功率密度等特点在国内新能源车辆中应用广泛[4-5]。电机控制器采集电机转子位置和三相电流，控制电机产生期望的d轴和q轴电流，使电机输出期望扭矩的同时保证效率最优化和外特性曲线的输出[4]。对于不同的电机，不同转速、母线电压、期望扭矩条件下对应的d轴和q轴电流也不同，为了保证扭矩输出准确性、系统效率和扩速区间满足要求，电机系统产品释放之前，需进行电机与控制器的匹配标定，获取到电机、传感器特性或MAP后，固化至控制器软件中，满足规范要求及使用标准。

如果电机与控制器的标定不准确，在弱磁区域时，在动力电池电压较低条件下电机无法满功率输出或降低峰值功率持续时间，影响了整车加速时间及最大爬坡度等动力性参数，同时在极限电压边界时易引起电流闭环系统稳定性变差，增加电流中的高次谐波成分，恶化系统NVH性能；在最大转矩电流比(MTPA)区域，则会使电机系统的效率偏低，整车应用时能耗升高，缩短了整车续驶里程[7]。因此，电机电控匹配标定的准确性对电机系统的台架及整车性能极为重要。

本文从车用永磁同步电机(PMSM)控制框架入手，通过分析电机在运行过程中的电流和电压限制条件，引入了电机机械特性点与d、q轴电流坐标点的对应关系，说明了电机系统的主要标定内容。通过分析电机系统标定中的电流采样延迟和电压执行延迟，说明了延迟补偿的必要性。逐一对电机电控的标定内容进行了原理和实现过程的详细阐述，并在测功机台架中进行了试验验证。结果表明，本文提出的标定方法可以对旋变零点及电流特性进行准确标定，应用标定结果后，电机控制器可实现对电机输出扭矩的准确控制。

1 电机系统的标定内容

基于转子磁场定向的PMSM扭矩控制框图如图1所示[1]。包含电流解析模块、电流调节模块、Park变换、反Park变换、Clarke变换、电压调制模块、旋变解析模块、转速计算模块等。其中，旋变解析模块的匹配多集中在硬件设计环节中。驱动电机与电机控制器的软件匹配标定的大部分工作集中在电流解析模块。电流解析模块根据扭矩指令、电机转速、母线电压的变化实时计算出d、q轴电流指令，计算过程可以使用基于电机特性参数的公式，也可以使用三维或二维MAP。目前常用的方法是以扭矩指令、电机转速、母线电压为输入的三维MAP。该MAP直接决定了电机的扭矩控制性能，也是电机与电机控制器的标定重点，需受到约束条件的限制。