申请/专利权人：江西理工大学

申请日：2018-01-09

公开（公告）日：2021-05-07

公开（公告）号：CN108155845B

主分类号：H02P23/14(20060101)

分类号：H02P23/14(20060101)

优先权：

专利状态码：有效-授权

法律状态：2021.05.07#授权;2018.07.06#实质审查的生效;2018.06.12#公开

摘要：本发明公开了一种汽车、电机的负载转矩的预测方法及装置，该方法通过建立第一预测方程以及创建第二预测方程再设置第一控制方程U＝signe1，然后根据第一控制方程，不断调节转速预测值与转速ωr之间的转速预测偏差e1，使得调节值U等于0，并且根据第二预测方程，进而使得负载转矩预测值的导数收敛到0，最后根据使得负载转矩预测值的导数收敛到0时的转速预测偏差e1，经由第一预测方程计算出电机的负载转矩预测值以使得可以根据汽车行驶路况，实时预测出负载转矩T1，为转速的精确控制提供准确的负载转矩数据。

主权项：1.一种电机的负载转矩的预测方法，包括：建立电机的转速预测值的导数与转速预测值电磁转矩Te、负载转矩预测值及调节值U之间的第一预测方程其中，Bm是摩擦系数，J是转动惯量，调节值U是变量矩阵，用于实时补偿第一预测方程存在的误差；创建负载转矩预测值的导数与调节值U之间的第二预测方程其中，β是小于0的实数；设置调节值U与转速预测偏差e1之间的第一控制方程U＝signe1，其中，转速预测偏差e1是转速预测值与实际转速ωr之间的偏差；根据第一控制方程，不断调节转速预测偏差e1，使得调节值U等于0，并且根据第二预测方程，进而使得负载转矩预测值的导数收敛到0；根据使得负载转矩预测值的导数收敛到0时的转速预测偏差e1，经由第一预测方程计算出电机的负载转矩预测值

全文数据：汽车、电机的负载转矩的预测方法及装置技术领域[0001]本发明涉及新能源汽车电机的控制技术领域，尤其涉及一种汽车、电机的负载转矩的预测方法及装置。背景技术[0002]随着新能源汽车的不断发展和普及，用户对汽车的操作性能和舒适感也要求越来越高。特别是新能源汽车的加速性能和高速驾驶时的速度平稳性。故而对新能源汽车的电机控制提出了更高的要求。[0003]但是，由于传统的伺服电机的速度控制是基于电机模型的，忽略了汽车路况的多样性，而作为影响电机速度控制因素之一的负载转矩在不同的路况具有不同的值，是难以测量的。因此，这就使得传统的伺服电机的速度控制方法忽略负载转矩，进而造成电机的速度控制存在一定的偏差，致使在复杂路况时汽车行驶速度会出现明显的抖动，用户体验具有顿挫感。发明内容[0004]本发明的主要目的在于解决现有技术中由于电机的负载转矩在不同的路况具有不同的值，难以测量，以使得传统的电机速度控制方法忽略负载转矩而造成在复杂路况下汽车行驶速度不稳定的技术问题。[0005]为实现上述目的，本发明提供一种电机的负载转矩的预测方法，包括：[0006]建立电机的转速预测值的导数為与转速预测值、电磁转矩Te3、负载转矩预测值寫.及调节值U之间的第一预测方·^其中，Bm是摩擦系数，J是转动惯量；[0007]创建负载转矩预测值的导数_与调节值U之间的第二预测方g,其中，β是小于0的实数；[0008]设置调节值U与转速预测偏差針之间的第一控制方程U=Signei，其中，转速预测偏差ei是转速预测值与实际转速ωr之间的偏差；[0009]根据第一控制方程，不断调节转速预测偏差ei，使得调节值U等于0,并且根据第二预测方程，进而使得负载转矩预测值的导数^收敛到〇;[0010]根据使得负载转矩预测值的导数^收敛到0时的转速预测偏差ei，经由第一预测方程计算出电机的负载转矩预测值f|。[0011]其中，在建立第一预测方程的步骤之前，还包括步骤：[0012]根据电机的动力方程，建立电机的转速的导数‘V与转速ωr、电磁转矩1^及负载转矩!^之间的第一方程[0013]其中，电机的动力方程是^其中，Te3是电磁转矩，Ti是负载转矩，Bm是摩擦系数，J是转动惯量，〇^是转速。[0014]其中，电机是用于新能源汽车的永磁同步电机。[0015]另外，本发明还提供一种电机的负载转矩的预测装置，包括：[0016]第一创建模块，用于建立电机的转速预测值的导数_与转速预测值、电磁转矩Ί-负载转矩预测值及调节值U之间的第一预测方程其中，Bm是摩擦系数，J是转动惯量；[0017]第二创建模块，用于创建负载转矩预测值的导数Ir与调节值U之间的第二预测方程其中，β是小于〇的实数；[0018]设置模块，用于设置调节值U与转速预测偏差則之间的第一控制方程U=Signei，其中，转速预测偏差61是转速预测值％、与实际转速cor之间的偏差；[0019]调节模块，用于根据第一控制方程，不断调节转速预测偏差ei，使得调节值U等于〇，并且根据第二预测方程，进而使得负载转矩预测值的导数收敛到〇;[0020]预测值计算模块，用于根据使得负载转矩预测值的导数$收敛到0时的转速预测偏差ei，经由第一预测方程计算出电机的负载转矩预测值fy[0021]其中，还包括第三创建模块，第三创建模块用于根据电机的动力方程，建立电机的转速的导数心!?;与转速ω!·、电磁转矩Te3及负载转矩Tl之间的第一方葙[0022]其中，电机的动力方程是7機.+5m®r+1其中，Te是电磁转矩，Ti是负载转矩，Bm是摩擦系数，J是转动惯量，COr是转速。[0023]其中，电机是用于新能源汽车的永磁同步电机。[0024]另外，本发明还提供一种汽车，汽车包括用于控制电机的控制系统，所述控制系统包括如上所述的汽车电机的负载转矩的预测装置。[0025]本发明汽车、电机的负载转矩的预测方法及装置通过建立第一预测方程,以及创建第二预测方程，再设置第一控制方程U=Signfe1，然后根据第一控制方程，不断调节转速预测值錢i、与转速cor之间的转速预测偏差ei，使得调节值U等于0,并且根据第二预测方程，进而使得负载转矩预测值的导数_收敛到〇,最后根据使得负载转矩预测值的导数#丨收敛到〇时的转速预测偏差ei，经由第一预测方程计算出电机的负载转矩预测值笔，以使得可以根据汽车行驶路况，实时预测出负载转矩T1，为转速的精确控制提供准确的负载转矩数据。附图说明[0026]图1为本发明电机的负载转矩的预测方法的较佳实施例的流程示意图；[0027]图2为本发明电机的负载转矩的预测装置的较佳实施例的功能模块示意图；[0028]本发明目的的实现、功能特点及优点将结合实施例，参照附图做进一步说明。具体实施方式[0029]应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。[0030]为了解决本发明所要解决的上述技术问题，在一个较佳的实施例中，本发明提供一种电机的负载转矩的预测方法。[0031]请参加图1，本发明电机的负载转矩的预测方法可以包括：[0032]步骤101，建立电机的转速预测值的导数為^与转速预测值％、电磁转矩Te、负载转矩预测值及调节值U之间的第一预测方S[0033]本实施例中，例如，电机可以是用于新能源汽车的永磁同步电机。对于永磁同步电机，可以根据其数学模型得到永磁同步电机的动力方程其中，Te3是电磁转矩，Tl是负载转矩，Bm是摩擦系数，J是转动惯量，Wr是转速。并且，Te、Ti、COr都是变量矩阵。永磁同步电机的动力方程是本领域的理论等式，其推导过程在此不再赘述。[0034]本实施例中，转速预测方程是基于转速方程进行的预测，即第一预测方程是基于第一方程进行的预测，故，为了得到第一预测方程，需要先得到第一方程。例如，可以在建立第一预测方程的步骤之前，还包括步骤：[0035]根据电机的动力方程+心"〈·+，建立电机的转速的导数％：与转速ωr、电磁转矩Te及负载转矩1\之间的第一方程[0036]那么，在得到了转速方程，即第一方程，之后，可以基于第一方程，将转速的导数转速c〇r、负载转矩!\分别设置为转速预测值的导数_^:、转速预测值、负载转矩预测值1,并且在方程的右侧设置调节值U，以得到转速预测方程，即第一预测方程。也就是建立电机的转速预测值的导数Ilr与转速预测值％、电磁转矩Te3、负载转矩预测值名及调节值U之间的第一预测方程[0037]需要说明的是，本发明是预测对电机转速造成影响的负载转矩，故而仅将第一方程中转速的导数转速ωr、负载转矩1^分别设置为转速预测值的导数為^_、转速预测值、负载转矩预测值瑪，而没有将电磁转矩Te3设置为预测值。[0038]并且，由于第一方ίI理论等式，任何时候都成立，但是，当将第一方程中的转速的导数转速Ur、负载转矩!^分别设置为预测值之后，第一预测方程的等式不一定准确，会存在误差，所以，为了保证第一预测方程的等式准确，在等式的右侧设置调节值U，以实时补偿等式存在的误差。其中，调节值U也是变量矩阵。[0039]步骤102,创建负载转矩预测值的导数％与调节值U之间的第二预测方程Il=PII',其中，β是小于0的实数。[0040]本实施例中，为了预测负载转矩T1，需要设置负载转矩预测方程，即设置第二预测方程:¾二pir,以建立负载转矩预测值的导数^与调节值U之间的关系，以及实时调节负载转矩的预测值，使得预测值更加接近实际值。[0041]进一步地，由于电机的负载转矩的控制周期很短，则控制周期内，电机的负载转矩变化很小，即有负载转矩的导数L故，负载转矩预测值的导数ft与负载转矩的导数％的差可以表示为\„.[0042]进一步地，为了方便描述，本实施将转速预测值·;^与转速cor之间的偏差定义为ei，即同时，将负载转矩预测值焉.与负载转矩T1之间的偏差定义为e2，即[0043]这时，第一预测方S与第一方葙的差_，就可以表示为。以及，负载转矩预测值的导数与负载转矩的导数_的差就可以表示为[0044]进一步地，从等式可以看出，当ei=0时，则有e2=JU，进而可以根据:„和e2=JU得到。又由于β〇,则可知e2按指数级收敛到〇,则，即负载转矩预测值$等于实际的负载转矩Tu[0045]那么，为了保证ei=0,接着需要执行步骤103。[0046]步骤103,设置调节值U与转速预测偏差幻之间的第一控制方程U=Signei，其中，转速预测偏差ei是转速预测值％与实际转速ωr之间的偏差；[0047]本实施例中，通过设置第一控制方程U=signei，以保证转速预测值％:与转速ωΓ之间的偏差ei=0。[0048]步骤104，根据第一控制方程，不断调节转速预测偏差ei，使得调节值U等于0，并且根据第二预测方程，进而使得负载转矩预测值的导数^收敛到〇;[0049]本实施例中，通过不断调节转速预测值鐵^与转速cor之间的转速预测偏差ei，通过第一控制方程U=Signe〇使得调节值U等于0,进而可以通过第二预测方程$=使得负载转矩的变化值收敛到〇,即负载转矩预测值的导数％收敛到0。[0050]步骤105,根据使得负载转矩预测值的导数收敛到0时的转速预测偏差ei，经由第一预测方程计算出电机的负载转矩预测值$。[0051]本实施例中，在使得使得负载转矩的变化值收敛到0时，可以根据第一预测方程:十算出负载转矩!^，其中，电磁转矩Te3可以根据电机的数学模型计算出，其计算过程在此不再赘述。[0052]综上所述，本发明电机的负载转矩的预测方法通过建立第一预测方程以及创建第二预测方程ΐ再设置第一控制方程U=Signfe1，然后根据第一控制方程，不断调节转速预测值％与转速cor之间的转速预测偏差m，使得调节值U等于0,并且根据第二预测方程，进而使得负载转矩预测值的导数收敛到0,最后根据使得负载转矩预测值的导数1|收敛到O时的转速预测偏差ei，经由第一预测方程计算出电机的负载转矩预测值焉，以使得可以根据汽车行驶路况，实时预测出负载转矩Ti，为转速的精确控制提供准确的负载转矩数据。[0053]另外，在另一个较佳的实施例中，本发明还提供一种电机的负载转矩的预测装置。该电机的负载转矩的预测装置的各功能模块分别与上述电机的负载转矩的预测方法的各步骤一一对应。电机的负载转矩的预测装置各功能模块的具体描述可参考电机的负载转矩的预测方法的各步骤的具体描述。[0054]如图2所示，本发明电机的负载转矩的预测装置包括依序通信连接的第一创建模块201、第二创建模块202、设置模块203、调节模块204、预测值计算模块205。具体地：[0055]第一创建模块201用于建立电机的转速预测值的导数I、与转速预测值、电磁转矩I、负载转矩预测值及调节值U之间的第一预测方S其中，Bm是摩擦系数，J是转动惯量；[0056]第二创建模块202用于创建负载转矩预测值的导数_.与调节值U之间的第二预测方程iI二PII,其中，β是小于〇的实数；[0057]设置模块203用于设置调节值U与转速预测偏差則之间的第一控制方程U=Sign⑹，其中，转速预测偏差針是转速预测值与实际转速c〇r之间的偏差；[0058]调节模块204用于根据第一控制方程，不断调节转速预测偏差ei，使得调节值U等于0，并且根据第二预测方程，进而使得负载转矩预测值的导数$收敛到0;[0059]预测值计算模块205用于根据使得负载转矩预测值的导数$收敛到0时的转速预测偏差ei，经由第一预测方程计算出电机的负载转矩预测值[0060]进一步地，在其他变更实施例中，本发明电机的负载转矩的预测装置还可以包括第三创建模块。具体地，第三创建模块用于根据电机的动力方程，建立电机的转速的导数一、与转速ωr、电磁转矩Te3及负载转矩Ti之间的第一方程：[0061]其中，例如，电机的动力方程是，其中，Te3是电磁转矩，Ti是负载转矩，Bm是摩擦系数，J是转动惯量，Cor是转速。例如，电机是用于新能源汽车的永磁同步电机。[0062]另外，在又一个较佳的实施例中，本发明还提供一种汽车，该汽车包括用于控制电机的控制系统，所述控制系统包括如上所述的汽车电机的负载转矩的预测装置。[0063]以上仅为发明的优选实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构变换，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。

权利要求：1.一种电机的负载转矩的预测方法，包括：建立电机的转速预测值的导数：与转速预测值.电磁转矩负载转矩预测值及调节值U之间的第一预测方程其中，Bm是摩擦系数，J是转，.动惯量；创建负载转矩预测值的导数与调节值U之间的第二预测方程，其中，β是小于O的实数；设置调节值U与转速预测偏差則之间的第一控制方程U=Signei，其中，转速预测偏差ei是转速预测值与实际转速ωr之间的偏差；根据第一控制方程，不断调节转速预测偏差ei，使得调节值U等于O，并且根据第二预测方程，进而使得负载转矩预测值的导数收敛到〇;根据使得负载转矩预测值的导数收敛到〇时的转速预测偏差ei，经由第一预测方程计算出电机的负载转矩预测值2.如权利要求1所述的电机的负载转矩的预测方法，其特征在于，在建立第一预测方程的步骤之前，还包括步骤：根据电机的动力方程，建立电机的转速的导数_与转速ωr、电磁转矩Te及负载转矩Ti之间的第一方程3.如权利要求2所述的电机的负载转矩的预测方法，其特征在于，电机的动力方程是，其中，Te3是电磁转矩，T1是负载转矩，Bm是摩擦系数，J是转动惯量，ωr是转速。4.如权利要求1-3任一项所述的电机的负载转矩的预测方法，其特征在于，电机是用于新能源汽车的永磁同步电机。5.—种电机的负载转矩的预测装置，其特征在于，包括：第一创建模块，用于建立电机的转速预测值的导数与转速预测值.电磁转矩Te3、负载转矩预测值及调节值U之间的第一预测方程其中，Bm是摩擦系数，J是转动惯量；第二创建模块，用于创建负载转矩预测值的导数与调节值U之间的第二预测方程实中，β是小于0的实数；设置模块，用于设置调节值U与转速预测偏差的之间的第一控制方程U=Signei，其中，转速预测偏差61是转速预测值：与实际转速之间的偏差；调节模块，用于根据第一控制方程，不断调节转速预测偏差ei，使得调节值U等于0,并且根据第二预测方程，进而使得负载转矩预测值的导数i收敛到〇;预测值计算模块，用于根据使得负载转矩预测值的导数i收敛到〇时的转速预测偏差ei，经由第一预测方程计算出电机的负载转矩预测值D6.如权利要求5所述的电机的负载转矩的预测装置，其特征在于，还包括：第三创建模块，用于根据电机的动力方程，建立电机的转速的导数.与转速ωr、电磁转矩Te及负载转矩1\之间的第一方程7.如权利要求6所述的电机的负载转矩的预测装置，其特征在于，电机的动力方程是其中，Te3是电磁转矩，T1是负载转矩，Bm是摩擦系数，J是转动惯量，ω肩转速。8.如权利要求5-7任一项所述的电机的负载转矩的预测装置，其特征在于，电机是用于新能源汽车的永磁同步电机。9.一种汽车，包括用于控制电机的控制系统，所述控制系统包括如权利要求5-8任一项所述的汽车电机的负载转矩的预测装置。

百度查询： 江西理工大学 汽车、电机的负载转矩的预测方法及装置

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