一种新能源电动卡车电机控制器调速系统
阅读说明：本技术 一种新能源电动卡车电机控制器调速系统 (New forms of energy electric truck motor controller speed governing system ) 是由 倪成虎 王雪翠 钟国华 蒋龙 叶奇云 于 2020-11-27 设计创作，主要内容包括：一种新能源电动卡车电机控制器调速系统,使用空间矢量调制(SVPWM)算法作为电机控制算法的新能源电动卡车。控制系统布置有电流传感器用于检测驱动电机三相电流,旋变传感器用于检测驱动电机转子当前旋转角度,并通过数学运算计算出转子当前的旋转角速度。(A new energy electric truck motor controller speed regulating system uses a space vector modulation (SVPWM) algorithm as a motor control algorithm. The control system is provided with a current sensor for detecting three-phase current of the driving motor, and a rotation sensor for detecting the current rotation angle of the rotor of the driving motor and calculating the current rotation angular speed of the rotor through mathematical operation.)
技术领域：
本发明属于新能源车辆的的定速巡航技术领域，特别涉及一种新能源电动卡车电机控制器调速系统。
背景技术：
随着经济的发展城市车辆日益增多，随之产生的车辆噪音、排放污染等环境问题日益严峻。电动卡车受益于其零排放、低噪音的特性近年来得到了大规模的应用，尤其是城市环卫领域。各整车企业及改装企业陆续推出多种基于电动卡车底盘的新能源电动洒水、扫地或垃圾运输车辆，用于城市绿植维护、道路清扫、垃圾运输等。此类环卫用车大多需要长时间保持在低车速工作，尤其是洒水或扫地车辆。因此，此类车辆大部分配置定速巡航功能来降低驾驶员工作负荷。电动卡车的定速巡航功能通常可由车辆控制器(VCU)或电机控制器来(MCU)实现。本专利涉及一种放置于电机控制器的定速续航速度控制算法。
新能源电动卡车通过电机为车辆提供动力。图1是典型的新能源纯电动卡车驱动控制系统，由电池系统，车辆控制器，电机控制器，驱动电机组成。各控制器之间通过CAN网络传输信息和控制请求。通常电机控制器提供扭矩控制和速度控制两种工作模式。电机控制器的工作模式由车辆控制器负责管理，电机控制器根据车辆控制器的要求进入不同的工作模式，响应车辆控制的扭矩或转速需求。因而可将速度控制功能放于车辆控制器或者电机控制器，实现车辆的定速续航。
图2为一种简化的电机速度控制系统，为电机工作的目标转速，ωM为电机实际转速。1为速控制系统，根据电机目标转速及实际转速差计算出电机系统目标电流，为本专利主要涉及部分。2为电流控制系统，根据系统的目标电流控制系来控制实际电流的输出，本专利不涉及。3为系统电流与扭矩传递关系，本专利不涉及。4为车辆动力学特性，本专利不涉及。
传统比例-积分-微分(PID)调速控制算法广泛用于速度控制系统，图2中1部分所示。对于一个稳定系统可以通过理论计算或实验标定方式找到一组比例，积分，微分控制参数，可以在响应速度和超调量之间寻求平衡。但是对于洒水车或扫地车辆随着工作进行器自身质量发生大幅度变化，会引起自身动力学特性变化，图2中4部分。已标定的参数将向响应速度或超调量两个指标中的一个倾斜，从而导致另一个指标无法满足控制需求。
公开于该背景技术部分的信息仅仅旨在增加对本发明的总体背景的理解，而不应当被视为承认或以任何形式暗示该信息构成已为本领域一般技术人员所公知的现有技术。
发明内容
：本发明的目的在于提供一种新能源电动卡车电机控制器调速系统，从而克服上述现有技术中整车质量的变化直接影响的速度控制系统被控对象的动力学特性发生变化，在低速变负载状态时使用传统PID算法对电动卡车车辆进行定速巡航控制，难以持续获得满意的响应与超调特性的缺陷。
为实现上述目的，本发明提供了一种新能源电动卡车电机控制器调速系统，其特征在于：安装在使用永磁同步电机作为驱动电机的车辆上，包括：
电流传感器，用于检测驱动电机三相电流；
旋变传感器，用于检测驱动电机转子当前旋转角度；
电机控制器，接收车辆控制器发送的请求转速指令；
速度控制器模块，根据输入信号计算出电机当前需求Q轴目标电流信号；
弱磁控制器，用于弱磁管理，根据当前D轴Q轴需求电压和值计算出当前需求的D轴电流值。
一种新能源电动卡车电机控制器调速方法，按照如下步骤进行：
驱动系统工作在速度控制模式；
电机控制器接收车辆控制器发送的请求转速指令
电机控制器以请求转速作为目标转速，经加速度限制后得到实时参考转速实时比较驱动电机的参考转速与实际转速ωM，并将两个速度差值e和实际转速ωM传递至速度控制器模块；
速度控制器模块根据输入信号计算出电机当前需求Q轴目标电流信号。
为防止电机高速旋转式产生的反电动势超出供给电压，通常需要对电机做弱磁处理。电机控制内有负责弱磁管理的弱磁控制器，弱磁控制器计算根据当前D轴Q轴需求电压和值计算出当前需求的D轴电流值
电机控制器通过电流传感器检测驱动电机的三相电流值Ia、Ib和Ic，结合旋变传感器检测到的电机当前转速位置角度θM信号，计算出电机在Q轴的实际电流Iq，在D轴的实际电流Id；
电机Q轴目标电流与实际电流Iq的差值，D轴目标电流与实际电流Id的差值经过电流控制器运算处理后，通常电流控制器使用PID控制算法，得出Q轴与D轴的目标电压和
结合当前转子角度经过SVPWM调制后驱动IGBT模块来对电机三相供电，使电机产生相应的驱动转矩，从而完成对车辆的驱动。
优选地，上述技术方案中，速度控制器的计算过程具体为：电机的目标转速与电机实际转速ωM的差值经过积分环节进行误差累积，减去ωM经过比例环节处理的比例项作为电机工作的参考电流i*；GCC(S)为电机控制器系统的传递函数，电机控制器根据参考电流i*使电机系统产生实际电流i，电机电流与电机输出转矩近似比例关系，因而经过一个比例环节后转换为电机输出转矩Te为电机的输出扭矩；TL为电机的负载转矩，车辆系统简化为惯性系统1/JS；电机驱动扭矩减去负载扭矩作用在惯性系统上，产生电机的输出转速ωM。
优选地，上述技术方案中，速度控制器对速度控制过程时间离散化后得到的时域公式为公式1，时域离散参考电流i*增量如公式2按照，根据公式1、公
式2可计算出电流n时刻参考电流i*(n)；
Δi*(n)＝Ksi*e(n)-Ksp*[ωM(n)-ωM(n-1)]，公式2；
i*(n)＝Δi*(n)+i*(n-1)，公式3。
与现有技术相比，本发明具有如下有益效果：
本发明提出一种新型具备前馈算法的积分-比例速度控制算法，该算法可自动适应整车质量变化，保证车辆在不同负载状态时都可以达到令人满意的无超调的快速速度响应。
附图说明：
图1是典型的新能源纯电动卡车驱动控制系统；
图2为一种简化的电机速度控制系统；
图3为本专利适用的电机控制框图；
图4为速度控制器的积分-比例控制算法框图；
图5为计算参考电流值流程图。
具体实施方式
：
下面对本发明的具体实施方式进行详细描述，但应当理解本发明的保护范围并不受具体实施方式的限制。
除非另有其它明确表示，否则在整个说明书和权利要求书中，术语“包括”或其变换如“包含”或“包括有”等等将被理解为包括所陈述的元件或组成部分，而并未排除其它元件或其它组成部分。
本发明所涉及的定速巡航速度控制算法适用于一种永磁同步电机作为车辆的驱动电机，使用空间矢量调制(SVPWM)算法作为电机控制算法的新能源电动卡车。控制系统布置有电流传感器用于检测驱动电机三相电流，旋变传感器用于检测驱动电机转子当前旋转角度，并通过数学运算计算出转子当前的旋转角速度ωM。图3为本专利适用的电机控制框图，当驱动系统工作在速度控制模式时，电机控制器接收车辆控制器发送的请求转速指令电机控制器以请求转速作为目标转速，经加速度限制后得到实时参考转速实时比较驱动电机的参考转速与实际转速ωM，并将两个速度差值e和实际转速ωM传递至速度控制器模块。速度控制器模块根据输入信号计算出电机当前需求Q轴目标电流信号。
为防止电机高速旋转式产生的反电动势超出供给电压，通常需要对电机做弱磁处理。电机控制内有负责弱磁管理的弱磁控制器，弱磁控制器计算根据当前D轴Q轴需求电压和值计算出当前需求的D轴电流值
电机控制器通过电流传感器检测驱动电机的三相电流值Ia、Ib和Ic，结合旋变传感器检测到的电机当前转速位置角度θM信号，可计算出电机在Q轴的实际电流Iq，在D轴的实际电流Id。
电机Q轴目标电流与实际电流Iq的差值，D轴目标电流与实际电流Id的差值经过电流控制器运算处理后，通常电流控制器使用PID控制算法，得出Q轴与D轴的目标电压和结合当前转子角度经过SVPWM调制后驱动IGBT模块来对电机三相供电，使是电机产生相应的驱动转矩，从而完成对车辆的驱动。
图4为本专利发明内容涉及上文所述的速度控制器的积分-比例控制算法框图。电机的目标转速与电机实际转速ωM的差值经过积分环节进行误差累积，减去ωM经过比例环节处理的比例项作为电机工作的参考电流i*。
GCC(S)为电机控制器系统的传递函数，电机控制器根据参考电流i*使电机系统产生实际电流i，电机电流与电机输出转矩近似比例关系，因而经过一个比例环节后转换为电机输出转矩为Te电机的输出扭矩。TL为电机的负载转矩，车辆系统简化为惯性系统1/JS。电机驱动扭矩减去负载扭矩作用在惯性系统上，产生电机的输出转速ωM。虚线框内的内容即为速度控制器。对速度控制过程时间离散化后得到的时域公式为公式(1)，时域离散参考电流i*增量如公式(2)按照。根据公式(1)、公式(2)可计算出电流n时刻参考电流如公式(3)。
Δi*(n)＝Ksi*e(n)-Ksp*[ωM(n)-ωM(n-1)] 公式(2)，
i*(n)＝Δi*(n)+i*(n-1) 公式(3)，
按图5流程计算n时刻点的参考电流值i*(n)。
前述对本发明的具体示例性实施方案的描述是为了说明和例证的目的。这些描述并非想将本发明限定为所公开的精确形式，并且很显然，根据上述教导，可以进行很多改变和变化。对示例性实施例进行选择和描述的目的在于解释本发明的特定原理及其实际应用，从而使得本领域的技术人员能够实现并利用本发明的各种不同的示例性实施方案以及各种不同的选择和改变。本发明的范围意在由权利要求书及其等同形式所限定。
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