异步电动机控制器的制造方法
异步电动机控制器的制造方法
【技术领域】
[0001] 本实用新型属于汽车控制器领域，具体涉及一种用于电动汽车的异步电动机控制 器。
【背景技术】
[0002] 内燃机车辆，尤其是汽车，是现代工业发展的重要成就之一。近些年随着汽车的急 剧增加，能源和环境问题日渐突出。因此，人们迫切需要寻找一种低排放和节约能源的交通 工具。电动汽车以其低噪音、无排放、能源利用率高以及能源来源多样化等优点已经成为各 国研宄的重点，并在世界范围内获得了广泛关注。而电机驱动系统是电动汽车最关键的部 分之一，决定了整车的性能。
[0003] 由于异步电动机由于具有体积小、功率大、效率高、结构简单和易于维护等优点， 交流异步电机驱动系统正逐渐替代直流电机驱动系统成为电动汽车主流的驱动系统。但 是，现有的交流异步电动机采用的控制方法是通过光电编码器输出的转速信号构成转速与 磁链双闭环的矢量控制系统，这样磁链的幅值和相位易受到外界影响，从而造成控制结果 的不准确，不能实现对转矩的瞬时控制，而且系统复杂，成本昂贵，因此使得电动汽车无法 被广泛地推广和应用。 【实用新型内容】
[0004] 本实用新型是为了解决上述课题而进行的，目的在于提供一种能够实时控制并且 控制精确、结构紧凑、成本低的异步电机控制器。
[0005] 本实用新型提供了一种控制效果好、结构紧凑、成本低的异步电机控制器，其特征 在于，包括：设定部，用于设定异步电动机的预定转速以及最大电压值；采集部，与异步电 动机相连用于采集异步电动机的输出定子电流、输出定子电压以及直流母线电压；计算部， 包含：根据输出定子电流、输出定子电压以及直流母线电压计算出异步电动机的实时转速 和磁通角的第一计算单元，根据定子电压与最大电压值之间的差值和磁通角基于预定规则 计算得到励磁电流调节信号的第二计算单元以及根据实时转速与预定转速的差值和磁通 角基于预定规则计算得到转矩电流调节信号的第三计算单元；转换部，将励磁电流调节信 号和转矩电流调节信号转换为电压调节信号；以及控制部，根据电压调节信号控制异步电 动机的工作电压。
[0006] 本实用新型的异步电动机控制器还可以具有这样的特征：其中，第一计算单元采 用FAST估算器计算交流异步电动机的实时转速和磁通角。
[0007] 本实用新型的异步电动机控制器还可以具有这样的特征：其中，控制部采用电压 矢量调制方法产生PWM信号从而控制异步电动机的工作电压。
[0008] 实用新型的作用与效果
[0009] 根据本实用新型所涉及的异步电动机控制器，因为采集部能够采集异步电动机 的输出定子电流、输出定子电压以及直流母线电压，第一计算单元能够计算出异步电动机 的实时转速和磁通角，第二计算单元能够计算出励磁电流调节信号，第三计算单元能够计 算出转矩电流调节信号，转换部能够将励磁电流调节信号和转矩电流调节信号转换为电压 调节信号，控制部根据电压调节信号控制异步电动机的工作电压，使得实时转速与设定部 的预定转速一致，实现对转矩进行瞬时控制，从而对交流异步电机的进行精确控制，而且具 有成本低廉、结构紧凑的优点。
【附图说明】
[0010] 图1是本实用新型的实施例中异步电动机控制器的结构框图；以及图2是本实用 新型的实施例中异步电动机控制器的控制原理图。
[0011] 具体实施案例
[0012] 为了使本实用新型实现的技术手段、创作特征、达成目的与功效易于明白了解，以 下实施例结合附图对本实用新型的异步电动机控制器作具体阐述。
[0013] 图1是本实用新型的实施例中异步电动机控制器的结构框图。
[0014] 如图1所示，异步电动机控制器100控制电动汽车的异步电动机110的工作电压 从而调节异步电动机的转速和转矩，异步电动机控制器100包括：设定部120、采集部130、 计算部140、转换部150、控制部160。
[0015] 设定部120用于输入异步电动机110的预定转速以及最大电压值，该最大电压值 作为计算部140的计算参考值。
[0016] 采集部130与异步电动机110相连接，用于采集异步电动机110中定子的输出定 子电流与输出定子电压，以及采集异步电动机110中直流母线的直流母线电压。
[0017] 计算部140与设定部120、采集部130和转换部150相连接，计算部140包含：第 一计算单元141、第二计算单元142和第三计算单元143。
[0018] 第一计算单元141根据输出定子电流、输出定子电压以及直流母线电压计算出交 流异步电动机的实时转速和磁通角。第二计算单元142计算得到定子电压与最大电压值之 间的差值并且根据该差值和磁通角基于预定规则计算得到励磁电流调节信号。第三计算单 元143计算得到实时转速与预定转速的差值并根据该差值和磁通角基于预定规则计算得 到转矩电流调节信号。
[0019] 转换部150将励磁电流调节信号和转矩电流调节信号转换为电压调节信号。
[0020] 控制部160根据电压调节信号控制异步电动机的工作电压。
[0021] 图2是本实用新型的实施例中异步电动机控制器的控制原理图。
[0022] 如图2所示，异步电动机110采用72V直流电源。控制部160包含三相逆变器，三 相逆变器将72V直流电源转换为异步电动机110工作所需的交流电。在本实施例中，异步 电动机110绕组采用星形接法，采集部130采用电流霍尔传感器检测该异步电动机的两相 定子电流和三相定子电压，因为三相定子电流之和为零，因此采集部130只需检测实时两 相定子电流:^和iB，三相定子电压％、％、!!。、直流母线电压Ud。和定子电压幅值Us。
[0023] 第一计算单元141包含：Clark变换器141a、Park变换器141b、FAST估算器141c 和电流-磁链转换器141d。Clark变换器141a通过Clark变换方法将实时两相定子电流 、和iB、实时三相 定子电压uA，uB，uc和实时直流母线电压Ud。从3轴、2维的定子静止坐标 系变换为2轴的静止坐标系中的实时电流ia和ip，实时电压ua和up。
[0024]FAST估算器141c接收实时电流匕和ip、实时电压11。和up后对异步电机110的 实时转速进行估算得到实时转速。在本实施例中，FAST估算器141c通过模型参考自适应 (MRAS)控制算法进行计算。
[0025]Park变换器141b将静止坐标系中的实时电流1。和ip转变为旋转坐标系中的实 时直流分量id和iq。然后，电流-磁链转换器141d将实时直流分量id、iq和实时转速转换 得到磁通角。磁通角反馈到Park变换器141b中用于磁场定向。
[0026] 第二计算单元142包含：第一差值计算器（图中未显示）、第二差值计算器（图中 未显示）、弱磁控制器142a和转矩电流计算器142b。第一差值计算器将定子电压幅值1与 最大电压值做差得到差值。然后，差值进入弱磁控制器142a得到磁通的补偿量，与原 来的磁通给定量相加得到电磁链<，通过转矩电流、励磁电流计算自动调节励磁电流和转 矩电流的分配，并通过励磁电流计算得到设定部120设定的预定励磁电流C。第二差值计 算器将预定励磁电流G与实时励磁直流分量^做差得到励磁电流调节信号i'd。
[0027]第三计算单元143包含：第三差值计算器（图中未显示）、第四差值计算器（图中 未显示）、ACR转速调节器143a和励磁电流计算器143b。第三差值计算器143将FAST估 算器141c估算得到的实时转速与设定部120设定的预定转速做差得到转速的差值，ASR转 速调节器143a将转速的差值计算得到电磁转矩：C，转矩电流计算器143将电磁转矩：C与 弱磁控制器142a分配的转矩电流计算得到设定部120设定的预定转矩电流^。第四差值计 算器将预定转矩电流< 与实时转矩电流做差得到转矩电流调节信号i'5。
[0028] 转换部150包含：第一ACR电流调节器151、第二ACR电流调节器152和Park逆变 器153。第一ACR电流调节器151接收励磁电流调节信号i'd并将励磁电流调节信号i' d转 换为旋转坐标系下的励磁电压调节信号IV第二ACR电流调节器152接收转矩电流调节信 号i' 5并将转矩电流调节信号i'q转换为旋转坐标系下的转矩电压调节信号ud，然后，Park 逆变器153将励磁电压调节信号Uq和转矩电压调节信号ud通过Park逆变换得到两相静 止坐标下的调节电压信号u'a和u'p。其中，电流-磁链转换器141d得到的磁通角反馈到 Park逆变器153中用于磁场定向。
[0029] 控制部160包含：电压矢量空间（SVPWM)调制器161和三相电压源逆变器162。电 压矢量空间（SVPWM)调制器161通过电压矢量空间（SVPWM)调制技术将u'。和11' e调制为 PWM信号，从而控制三相电压源逆变器工作162,三相电压源逆变器162根据PWM信号控制 异步电机110的转速与转矩。
[0030] 实施例的作用与效果
[0031]根据本实施例所涉及的异步电动机控制器，因为采集部能够采集异步电动机的输 出定子电流、输出定子电压以及直流母线电压，第一计算单元能够计算出异步电动机的实 时转速和磁通角，第二计算单元能够计算出励磁电流调节信号，第三计算单元能够计算出 转矩电流调节信号，转换部能够将励磁电流调节信号和转矩电流调节信号转换为电压调节 信号，控制部根据电压调节信号控制异步电动机的工作电压，使得实时转速与设定部的预 定转速一致，实现对转矩进行瞬时控制，从而对异步电动机的进行精确控制，而且具有成本 低廉、结构紧凑的优点。
[0032] 上述实施方式为本实用新型的优选案例，并不用来限制本实用新型的保护范围。
【主权项】
1. 一种异步电动机控制器，用于控制异步电动机的工作电压从而调节转速，其特征在 于，包括： 设定部，用于设定所述异步电动机的预定转速以及最大电压值； 采集部，与所述异步电动机相连用于采集所述异步电动机的输出定子电流、输出定子 电压以及直流母线电压； 计算部，包含：根据所述输出定子电流、所述输出定子电压以及所述直流母线电压计算 出所述异步电动机的实时转速和磁通角的第一计算单元，根据所述定子电压与所述最大电 压值之间的差值和所述磁通角基于预定规则计算得到励磁电流调节信号的第二计算单元 以及根据所述实时转速与所述预定转速的差值和所述磁通角基于预定规则计算得到转矩 电流调节信号的第三计算单元； 转换部，将所述励磁电流调节信号和所述转矩电流调节信号转换为电压调节信号；以 及 控制部，根据所述电压调节信号控制所述异步电动机的工作电压。2. 根据权利要求1所述的异步电动机控制器，其特征在于： 其中，所述第一计算单元采用FAST估算器计算所述异步电动机的实时转速和磁通角。3. 根据权利要求1所述的异步电动机控制器，其特征在于： 其中，所述控制部采用电压矢量调制方法产生PWM信号从而控制所述异步电动机的工 作电压。
【专利摘要】本实用新型涉及一种异步电机控制器，因为采集部能够采集异步电动机的输出定子电流、输出定子电压以及直流母线电压，第一计算单元能够计算出异步电动机的实时转速和磁通角，第二计算单元能够计算出励磁电流调节信号，第三计算单元能够计算出转矩电流调节信号，转换部能够将励磁电流调节信号和转矩电流调节信号转换为电压调节信号，控制部根据电压调节信号控制异步电动机的工作电压，使得实时转速与设定部的预定转速一致，实现对转矩进行瞬时控制，从而对交流异步电机的进行精确控制，而且具有成本低廉、结构紧凑的优点。
【IPC分类】H02P27/08, H02P21/14
【公开号】CN204696973
【申请号】CN201520218180
【发明人】高玲玲, 易映萍
【申请人】上海理工大学
【公开日】2015年10月7日
【申请日】2015年4月13日
【技术领域】
[0001] 本实用新型属于汽车控制器领域，具体涉及一种用于电动汽车的异步电动机控制 器。
【背景技术】
[0002] 内燃机车辆，尤其是汽车，是现代工业发展的重要成就之一。近些年随着汽车的急 剧增加，能源和环境问题日渐突出。因此，人们迫切需要寻找一种低排放和节约能源的交通 工具。电动汽车以其低噪音、无排放、能源利用率高以及能源来源多样化等优点已经成为各 国研宄的重点，并在世界范围内获得了广泛关注。而电机驱动系统是电动汽车最关键的部 分之一，决定了整车的性能。
[0003] 由于异步电动机由于具有体积小、功率大、效率高、结构简单和易于维护等优点， 交流异步电机驱动系统正逐渐替代直流电机驱动系统成为电动汽车主流的驱动系统。但 是，现有的交流异步电动机采用的控制方法是通过光电编码器输出的转速信号构成转速与 磁链双闭环的矢量控制系统，这样磁链的幅值和相位易受到外界影响，从而造成控制结果 的不准确，不能实现对转矩的瞬时控制，而且系统复杂，成本昂贵，因此使得电动汽车无法 被广泛地推广和应用。 【实用新型内容】
[0004] 本实用新型是为了解决上述课题而进行的，目的在于提供一种能够实时控制并且 控制精确、结构紧凑、成本低的异步电机控制器。
[0005] 本实用新型提供了一种控制效果好、结构紧凑、成本低的异步电机控制器，其特征 在于，包括：设定部，用于设定异步电动机的预定转速以及最大电压值；采集部，与异步电 动机相连用于采集异步电动机的输出定子电流、输出定子电压以及直流母线电压；计算部， 包含：根据输出定子电流、输出定子电压以及直流母线电压计算出异步电动机的实时转速 和磁通角的第一计算单元，根据定子电压与最大电压值之间的差值和磁通角基于预定规则 计算得到励磁电流调节信号的第二计算单元以及根据实时转速与预定转速的差值和磁通 角基于预定规则计算得到转矩电流调节信号的第三计算单元；转换部，将励磁电流调节信 号和转矩电流调节信号转换为电压调节信号；以及控制部，根据电压调节信号控制异步电 动机的工作电压。
[0006] 本实用新型的异步电动机控制器还可以具有这样的特征：其中，第一计算单元采 用FAST估算器计算交流异步电动机的实时转速和磁通角。
[0007] 本实用新型的异步电动机控制器还可以具有这样的特征：其中，控制部采用电压 矢量调制方法产生PWM信号从而控制异步电动机的工作电压。
[0008] 实用新型的作用与效果
[0009] 根据本实用新型所涉及的异步电动机控制器，因为采集部能够采集异步电动机 的输出定子电流、输出定子电压以及直流母线电压，第一计算单元能够计算出异步电动机 的实时转速和磁通角，第二计算单元能够计算出励磁电流调节信号，第三计算单元能够计 算出转矩电流调节信号，转换部能够将励磁电流调节信号和转矩电流调节信号转换为电压 调节信号，控制部根据电压调节信号控制异步电动机的工作电压，使得实时转速与设定部 的预定转速一致，实现对转矩进行瞬时控制，从而对交流异步电机的进行精确控制，而且具 有成本低廉、结构紧凑的优点。
【附图说明】
[0010] 图1是本实用新型的实施例中异步电动机控制器的结构框图；以及图2是本实用 新型的实施例中异步电动机控制器的控制原理图。
[0011] 具体实施案例
[0012] 为了使本实用新型实现的技术手段、创作特征、达成目的与功效易于明白了解，以 下实施例结合附图对本实用新型的异步电动机控制器作具体阐述。
[0013] 图1是本实用新型的实施例中异步电动机控制器的结构框图。
[0014] 如图1所示，异步电动机控制器100控制电动汽车的异步电动机110的工作电压 从而调节异步电动机的转速和转矩，异步电动机控制器100包括：设定部120、采集部130、 计算部140、转换部150、控制部160。
[0015] 设定部120用于输入异步电动机110的预定转速以及最大电压值，该最大电压值 作为计算部140的计算参考值。
[0016] 采集部130与异步电动机110相连接，用于采集异步电动机110中定子的输出定 子电流与输出定子电压，以及采集异步电动机110中直流母线的直流母线电压。
[0017] 计算部140与设定部120、采集部130和转换部150相连接，计算部140包含：第 一计算单元141、第二计算单元142和第三计算单元143。
[0018] 第一计算单元141根据输出定子电流、输出定子电压以及直流母线电压计算出交 流异步电动机的实时转速和磁通角。第二计算单元142计算得到定子电压与最大电压值之 间的差值并且根据该差值和磁通角基于预定规则计算得到励磁电流调节信号。第三计算单 元143计算得到实时转速与预定转速的差值并根据该差值和磁通角基于预定规则计算得 到转矩电流调节信号。
[0019] 转换部150将励磁电流调节信号和转矩电流调节信号转换为电压调节信号。
[0020] 控制部160根据电压调节信号控制异步电动机的工作电压。
[0021] 图2是本实用新型的实施例中异步电动机控制器的控制原理图。
[0022] 如图2所示，异步电动机110采用72V直流电源。控制部160包含三相逆变器，三 相逆变器将72V直流电源转换为异步电动机110工作所需的交流电。在本实施例中，异步 电动机110绕组采用星形接法，采集部130采用电流霍尔传感器检测该异步电动机的两相 定子电流和三相定子电压，因为三相定子电流之和为零，因此采集部130只需检测实时两 相定子电流:^和iB，三相定子电压％、％、!!。、直流母线电压Ud。和定子电压幅值Us。
[0023] 第一计算单元141包含：Clark变换器141a、Park变换器141b、FAST估算器141c 和电流-磁链转换器141d。Clark变换器141a通过Clark变换方法将实时两相定子电流 、和iB、实时三相 定子电压uA，uB，uc和实时直流母线电压Ud。从3轴、2维的定子静止坐标 系变换为2轴的静止坐标系中的实时电流ia和ip，实时电压ua和up。
[0024]FAST估算器141c接收实时电流匕和ip、实时电压11。和up后对异步电机110的 实时转速进行估算得到实时转速。在本实施例中，FAST估算器141c通过模型参考自适应 (MRAS)控制算法进行计算。
[0025]Park变换器141b将静止坐标系中的实时电流1。和ip转变为旋转坐标系中的实 时直流分量id和iq。然后，电流-磁链转换器141d将实时直流分量id、iq和实时转速转换 得到磁通角。磁通角反馈到Park变换器141b中用于磁场定向。
[0026] 第二计算单元142包含：第一差值计算器（图中未显示）、第二差值计算器（图中 未显示）、弱磁控制器142a和转矩电流计算器142b。第一差值计算器将定子电压幅值1与 最大电压值做差得到差值。然后，差值进入弱磁控制器142a得到磁通的补偿量，与原 来的磁通给定量相加得到电磁链<，通过转矩电流、励磁电流计算自动调节励磁电流和转 矩电流的分配，并通过励磁电流计算得到设定部120设定的预定励磁电流C。第二差值计 算器将预定励磁电流G与实时励磁直流分量^做差得到励磁电流调节信号i'd。
[0027]第三计算单元143包含：第三差值计算器（图中未显示）、第四差值计算器（图中 未显示）、ACR转速调节器143a和励磁电流计算器143b。第三差值计算器143将FAST估 算器141c估算得到的实时转速与设定部120设定的预定转速做差得到转速的差值，ASR转 速调节器143a将转速的差值计算得到电磁转矩：C，转矩电流计算器143将电磁转矩：C与 弱磁控制器142a分配的转矩电流计算得到设定部120设定的预定转矩电流^。第四差值计 算器将预定转矩电流< 与实时转矩电流做差得到转矩电流调节信号i'5。
[0028] 转换部150包含：第一ACR电流调节器151、第二ACR电流调节器152和Park逆变 器153。第一ACR电流调节器151接收励磁电流调节信号i'd并将励磁电流调节信号i' d转 换为旋转坐标系下的励磁电压调节信号IV第二ACR电流调节器152接收转矩电流调节信 号i' 5并将转矩电流调节信号i'q转换为旋转坐标系下的转矩电压调节信号ud，然后，Park 逆变器153将励磁电压调节信号Uq和转矩电压调节信号ud通过Park逆变换得到两相静 止坐标下的调节电压信号u'a和u'p。其中，电流-磁链转换器141d得到的磁通角反馈到 Park逆变器153中用于磁场定向。
[0029] 控制部160包含：电压矢量空间（SVPWM)调制器161和三相电压源逆变器162。电 压矢量空间（SVPWM)调制器161通过电压矢量空间（SVPWM)调制技术将u'。和11' e调制为 PWM信号，从而控制三相电压源逆变器工作162,三相电压源逆变器162根据PWM信号控制 异步电机110的转速与转矩。
[0030] 实施例的作用与效果
[0031]根据本实施例所涉及的异步电动机控制器，因为采集部能够采集异步电动机的输 出定子电流、输出定子电压以及直流母线电压，第一计算单元能够计算出异步电动机的实 时转速和磁通角，第二计算单元能够计算出励磁电流调节信号，第三计算单元能够计算出 转矩电流调节信号，转换部能够将励磁电流调节信号和转矩电流调节信号转换为电压调节 信号，控制部根据电压调节信号控制异步电动机的工作电压，使得实时转速与设定部的预 定转速一致，实现对转矩进行瞬时控制，从而对异步电动机的进行精确控制，而且具有成本 低廉、结构紧凑的优点。
[0032] 上述实施方式为本实用新型的优选案例，并不用来限制本实用新型的保护范围。
【主权项】
1. 一种异步电动机控制器，用于控制异步电动机的工作电压从而调节转速，其特征在 于，包括： 设定部，用于设定所述异步电动机的预定转速以及最大电压值； 采集部，与所述异步电动机相连用于采集所述异步电动机的输出定子电流、输出定子 电压以及直流母线电压； 计算部，包含：根据所述输出定子电流、所述输出定子电压以及所述直流母线电压计算 出所述异步电动机的实时转速和磁通角的第一计算单元，根据所述定子电压与所述最大电 压值之间的差值和所述磁通角基于预定规则计算得到励磁电流调节信号的第二计算单元 以及根据所述实时转速与所述预定转速的差值和所述磁通角基于预定规则计算得到转矩 电流调节信号的第三计算单元； 转换部，将所述励磁电流调节信号和所述转矩电流调节信号转换为电压调节信号；以 及 控制部，根据所述电压调节信号控制所述异步电动机的工作电压。2. 根据权利要求1所述的异步电动机控制器，其特征在于： 其中，所述第一计算单元采用FAST估算器计算所述异步电动机的实时转速和磁通角。3. 根据权利要求1所述的异步电动机控制器，其特征在于： 其中，所述控制部采用电压矢量调制方法产生PWM信号从而控制所述异步电动机的工 作电压。
【专利摘要】本实用新型涉及一种异步电机控制器，因为采集部能够采集异步电动机的输出定子电流、输出定子电压以及直流母线电压，第一计算单元能够计算出异步电动机的实时转速和磁通角，第二计算单元能够计算出励磁电流调节信号，第三计算单元能够计算出转矩电流调节信号，转换部能够将励磁电流调节信号和转矩电流调节信号转换为电压调节信号，控制部根据电压调节信号控制异步电动机的工作电压，使得实时转速与设定部的预定转速一致，实现对转矩进行瞬时控制，从而对交流异步电机的进行精确控制，而且具有成本低廉、结构紧凑的优点。
【IPC分类】H02P27/08, H02P21/14
【公开号】CN204696973
【申请号】CN201520218180
【发明人】高玲玲, 易映萍
【申请人】上海理工大学
【公开日】2015年10月7日
【申请日】2015年4月13日
最新回复(0)