新能源汽车主驱无位置控制采用高频注入效果如何

drf63329272

山岭巨人 发表于 2020-7-24 11:32
2倍以上的测试我没印象了，1.5倍是没问题。一般变频器2倍额定负载超过2s就要保护了，低速下长时间堵转更 ...

嗯，可能行业不一样，工具类和车的工况的过载要求可能更高一点

山岭巨人

drf63329272 发表于 2020-7-24 11:34
嗯，可能行业不一样，工具类和车的工况的过载要求可能更高一点

高频注入是不依赖电机参数，对定子电阻的发热是不敏感的，更不需要反电势。同步电感的变化也只是对误差增益有一定影响，总体还是依赖PLL的带宽，所以过载2倍也好，3倍也好，和额定负载的区别是会造成电机参数的变化，比如电感饱和。对于高频注入来说，参数的变化并不会造成观测性能的下降，所以只要驱动器设计合理，加上合适的死区补偿，2倍过载，3倍过载和额定负载对于高频注入没有区别。

drf63329272

山岭巨人 发表于 2020-7-24 12:09
高频注入是不依赖电机参数，对定子电阻的发热是不敏感的，更不需要反电势。同步电感的变化也只是对误差增 ...

我的理解是：
高频注入主要是会减小电压的有效输出极限值，进而影响启动扭矩的输出能力；相比起有感的方式，我可以达到最大的电压输出，来达到更大的启动扭矩；
同样的，在运行中也是一样的，抗负载突变的能力有差别。
差别的大小，取决于电机参数所取的你的注入电压大小

山岭巨人

drf63329272 发表于 2020-7-24 12:24
我的理解是：
高频注入主要是会减小电压的有效输出极限值，进而影响启动扭矩的输出能力；相比起有感的方 ...

以15kW IPM为例，Ld=4mH，Lq=10mH，额定电流30A，额定电压380VAC，额定频率90Hz，3对极。
开关频率4k，每个开关周期发一次单向电压脉冲，一般为了保证采样精度，脉冲电流需要达到额定电流的30%，设定Ipulse=0.3*1.414*30=12.7A。
那么估算出每个单向电压周期方波电压的幅值为U=Ld*Ipulse/Ts=4mH*12.7A/0.00025s=203V，相当于标幺值Upu=203/(380*1.414/1.732)=0.65。
那么除去高频注入，剩余可用的最大基波电压幅值是Umax=sqrt(1-Upu^2)=0.76。
高频注入最多也就用在20%基速以下，也就是说20%基速以下，对应频率标幺值0.2，可用的电压基波标幺值高达0.76。
这样子，电压还不够用？？？低速下还能限制输出转矩？？？

甲洋洋

山岭巨人 发表于 2020-7-24 12:09
高频注入是不依赖电机参数，对定子电阻的发热是不敏感的，更不需要反电势。同步电感的变化也只是对误差增 ...

你好，不知道你有没有真正仔细的研究过高频注入，显然在磁饱和导致电感变化的工况下会严重影响高频注入的位置估算精度，限制带载能力。如果你的对象电机比较特殊，电机工作点不是设计在磁饱和附近，那也是有可能有较高“过载”能力。

山岭巨人

甲洋洋 发表于 2020-7-24 15:40
你好，不知道你有没有真正仔细的研究过高频注入，显然在磁饱和导致电感变化的工况下会严重影响高频注入的 ...

高频注入分旋转高频注入，方波高频注入，脉振高频注入。
旋转高频注入是基于静止坐标系，在alpha-beta坐标系展开，脉振和方波注入都是基于d-q旋转坐标系展开。
旋转高频注入和脉振注入的电压激励信号都是需要过零点，对死区非常敏感，容易造成误差信号提取的失真，所以最优的方式是方波高频注入。
因为方波注入没有过零点，并且幅值很大，所以对死区不敏感，至少死区不会影响观测器需要的误差信号的提取！

选定了方波信号之后，可以推导出角度误差信号：delta_theta=-Ld*Lq*Ipulse/2/(Ld-Lq)/Ts/Upulse，然后角度误差作为PLL输入去计算速度和角度。
如果电感饱和，因为d轴上施加的脉冲电流和Id=0的基波叠加很小，所以主要是Lq容易饱和。
电机的饱和不是线性的，比如15kW IPM电机，Lq=10mH是在q轴电流幅值40A的情况下测试得到，那么q轴80A可能就是7~8mH，q轴电流20A可能就是15mH。
也就是说，为了防止饱和带来的影响，在对电机作离线参数辨识的时，就尽可能保证辨识时电流幅值接近实际最大q轴电流，这样就可以测试到深入饱和下的Lq，在实际中使用这个电感量就不用影响性能。

还有一点弄明白，Lq的饱和影响的是角度误差delta_theta与电流脉冲幅值Ipulse之间的增益，这个增益最终还要和锁相环的增益相乘，对最终的精度影响是有限的。

高频注入除了3大主流方法，还有很多衍生的细分方法，我不明白为什么浅尝辄止就觉得方法不行?为什么就没考虑是自己没有开发成功？这么多方法都没有深入去实验，就直接说电感饱和对性能有影响？
电感怎么饱和的？电感怎么测试的？自己用的Lq准不准？我估计大多数都是拿电桥测的，都不知道如何离线去辨识精确的电感，更不要谈什么高频注入和PLL带宽了，纸上谈兵而已。大多数都是浮在表面，随便搞两下，连MATLAB仿真都没有做就说不行，不能用。

drf63329272

山岭巨人 发表于 2020-7-24 13:34
以15kW IPM为例，Ld=4mH，Lq=10mH，额定电流30A，额定电压380VAC，额定频率90Hz，3对极。
开关频率4k， ...

我认为有影响：
启动扭矩的大小，静态下不考虑其他的影响，启动扭矩与电流I正相关，可以通过所能达到的最大启动电流的大小来比较启动扭矩的大小 ；
在电感存在饱和的情况下， 高频注入无疑更快的进入饱和，所能达到的电流会更小；
在电感不饱和的情况下，有感和高频注入因为电压有效值的不一样，影响了启动电流I的上升速度；进而在一定的启动时间内，所达到的电流是不一致的；
如果暂时不管时间问题，那都能达到一样大吗？
这也是有很多其他影响因素的，大电流下，要求时间越长，对于相同的硬件电路，母线电容所能维持的能力是相同的，另外温升会不一样，这个影响更大；

山岭巨人

drf63329272 发表于 2020-7-24 16:45
我认为有影响：
启动扭矩的大小，静态下不考虑其他的影响，启动扭矩与电流I正相关，可以通过所能达到的 ...

1、电机是一个非线性的模型，输出电压够不够，电流能不能上去，是由电流环来根据环路误差来计算的，不是按照电感变化来考虑电流能不能上去这种线性思维。而且按照你说的电感饱和的话，感抗变小，那么同样的输出电压下，电流会更大，而不是更小。
2、在启动的时候，2倍过载3倍过载也好，这个时候转矩再大，总功率也很小，无法跟额定满载相比，评估电容的压力是看功率，不是看转矩！转矩再大，实际输出功率低，电容也不会有很大的温升。
3、为了验证你说的输出电压不足的情况，我用实际的仿真数据说话。
Un=220V,fn=200Hz,I=3A,Np=4,P=750W,T=2.4N*m，Ld=3mH，这是电机模型参数，开关频率8k，电流带宽设计600Hz,无感FOC设计速度环带宽20Hz。为了单独验证电压够不够这个问题，位置和速度信息我用编码器提供，环路仍然按照无感FOC设计，摒除其他因素的影响，所以不需要加高频注入，就单纯看高倍数低速过载下的输出电压够不够。仿真采用带3倍负载即7.2N*m从零加速，限流3倍。因为高频注入我说过只用到基速的20%，所以参考速度是标幺值0.2。
从下图可以看到，图1第一栏是参考速度和反馈速度，可以很好跟踪，参考速度给阶跃参考，是0.2*3000rpm=600rpm。第二栏是实际角度，因为MATLAB带载开机，负载是加的阶跃负载，所以会先反转，所以转矩上升之前角度和速度都是在反转，这是正常现象。第三栏可以看到负载7.2N*m，实际输出转矩上升到了7.2N*m才开始反向减速并加速。
4、图二第一栏是d轴电流环，第二栏是d轴输出电压，都是标幺值，可以看到过载下Udmax=0.25。
5、图三第一栏是q轴电流环，第二栏是q轴输出电压，都是标幺值，可以看到过载下Uqmax=-0.4。
6、估算注入的脉冲电压，Ipulse=0.3*3*1.414=1.3A，Upulse=Ld*Ipulse/Ts=31.2V，对应标幺值大约31.2/(220*1.414/1.732)=0.17，那么包含高频注入，3倍起动转矩下的输出电压极限值是Umax=sqrt（(0.25+0.17)^2+0.4^2）=0.58,也就是说，高频注入带3倍额定负载开机，包含脉冲电压下的输出电压最大值标幺值是0.58，距离最大限制1.0是够用的。
7、不管电感是否饱和，输出电压是由电流环路来决定，建议用环路的思维来分析电机如何工作，而不是把电机当成RL负载这么简单。
8、讨论问题，建议最好拿出实际的波形，或者分析的数据，或者提出参考文献也可以，实事求是，而不是简单的分析。

山岭巨人

drf63329272 发表于 2020-7-24 16:45
我认为有影响：
启动扭矩的大小，静态下不考虑其他的影响，启动扭矩与电流I正相关，可以通过所能达到的 ...

回复不了，看图片。

山岭巨人

甲洋洋 发表于 2020-7-24 15:40
你好，不知道你有没有真正仔细的研究过高频注入，显然在磁饱和导致电感变化的工况下会严重影响高频注入的 ...

1、你觉得磁饱和会影响观测精度，怎么个影响法能详细说说吗？
2、以高频方波注入为例，提取的角度误差和脉冲电流关系：delta_theta=-Ld*Lq*Ipulse/2/(Ld-Lq)/Ts/Upulse，假设电感饱和，以15kW IPM为例，Ld=4mH，电感饱和影响的是coef=Ld*Lq/(Ld-Lq);因为d轴基波Id=0，脉冲电流是额定的30%，所以d轴电流不大，不会明显饱和，主要在于q轴电感。根据实测，Iq=20A，Lq=14mH，coef=-5.6；当Iq=40A，Lq=10mH，coef=-6.6；当Iq=80A，Lq=7mH，coef=-9.3；继续加电流幅值电感不会再明显下降，也就是说Iq从40A变化到80A，coef从-6.6变化到了-9.3，这个增益相当于乘以电流脉冲幅值和PLL带宽去计算速度和角度，也就是变相改变了PLL的带宽，那么只需要在设计PLL的时候选取适当的带宽，同时在对Ld/Lq离线辨识的时候，尽可能使辨识的峰值电流达到最大负载电流，即使用的Lq就是深度饱和的Lq，就不会影响观测性能。这是我在实验中得到验证的！！！
3、我不知道你说的电感饱和就一定能降低性能是基于什么理由，如果你研究过，请拿出波形或者数据，或者贴出参考文献证明这一点！
4、我甚至都怀疑你是否在设计高频注入和PLL的时候，是否真的对电机进行过离线辨识，是否知道准确的Ld/Lq？还是仅仅拿电桥测试的参数？
5、高频注入三大主流方法，还不包括衍生的细分方法，你都仔细研究过就因为电感饱和无法使用？请拿出数据，或者仿真，或者文献证明这一点！
6、我想问你一个基本的原理问题，旋转高频注入不能用在表贴式，脉振和方波可以用在表贴式，这三种方法提取的误差增益都含有Ld*Lq/(Ld-Lq)，为什么单单旋转高频注入不能用在表贴式呢？你能把这个问题详细解释明白吗？这个问题只有公开的结论，很少看到公开的解释，我想看看你对这个问题如何理解的。
7、仔细看下这个贴子我的回答，高频注入讲到这种程度，只差把代码公开了，还要怎么样才算深入研究？

drf63329272

山岭巨人 发表于 2020-7-24 18:03
1、电机是一个非线性的模型，输出电压够不够，电流能不能上去，是由电流环来根据环路误差来计算的，不是 ...

欢迎加**流
实在抱歉，我是手头上有项目就做什么，也没有什么实际无感FOC调试经验，有几点：
1、在启动过程中，速度没起来也不用看什么功率，你无法估计瞬时的功率，你说的功率小，是平均功率；
2、输出电压不仅仅是由电流环路决定，电流环的输出仅仅是期望值，实际的电机参数和硬件参数会有限制；
软件上的电流环控制器仅仅是软件调节器，实际的响应情况，不同的电压利用率，是不一样的；
3、启动时，看成简单的RL，其实是速度低，没有反电势，因此电机模型可以简化成这样看待；

xiaoxiao201005

山岭巨人 发表于 2020-7-24 22:49
1、你觉得磁饱和会影响观测精度，怎么个影响法能详细说说吗？
2、以高频方波注入为例，提取的角度误差 ...

之前回复了这么多,今天才看到,感谢解惑

山岭巨人

xiaoxiao201005 发表于 2020-7-28 15:58
之前回复了这么多,今天才看到,感谢解惑

我权限很低，发不了私信。你能帮我联系管理员吗？我想把ID改成“转子磁场定向”，如果方便的话请帮忙联系下，谢谢。我的知乎也是这个ID。

18201975434

山岭巨人 发表于 2020-7-28 16:52
我权限很低，发不了私信。你能帮我联系管理员吗？我想把ID改成“转子磁场定向”，如果方便的话请帮忙联系 ...

ID都是改不了的，我也一直想改没改了，私信一般也发不了，你可以留言进微信群

xiaoxiao201005

山岭巨人 发表于 2020-7-28 16:52
我权限很低，发不了私信。你能帮我联系管理员吗？我想把ID改成“转子磁场定向”，如果方便的话请帮忙联系 ...

ID不知道能不能修改,我帮你问问

山岭巨人

xiaoxiao201005 发表于 2020-7-29 08:57
ID不知道能不能修改,我帮你问问

我权限低，你加好友的申请我通过不了。

xiaoxiao201005

山岭巨人 发表于 2020-7-29 09:43
我权限低，你加好友的申请我通过不了。

那就在这里回复吧.
不能修改ID,你可以扫码先进一个之前的研讨会群,进群后可以联系管理员,扫这个图片的二维码即可

kujj

电动汽车工作再弱磁区时，此时再遇到车轮打滑，转速出现反复波动，此时好的观测器好使吗？

zzy51607

kujj 发表于 2020-8-8 22:16
电动汽车工作再弱磁区时，此时再遇到车轮打滑，转速出现反复波动，此时好的观测器好使吗？

汽车上的机械振荡频率一般是几十ms，这个级别任何观测器都能跟随吧？
你说的振荡，是指电流振荡吗，根据我之前的仿真，有些观测器受电流振荡的影响相对较小，但是打滑为什么会导致电流振荡呢？

lightorange

贴一篇论文，目前已知的无传感方波的控制器，例如电动自行车，还有手电钻之类的，都是利用了这个方式。
在我看来，想要达到媲美带传感器的启动扭矩，前面大家讨论的电感饱和问题就避不开，在我的实验中，发现相电流越大，Ld和Lq的差异也就越小，直到基本一致。
在我看来，电机的转子位置信息在0速下只能来源于电感，而一个完全没有凸极性的电机，是不能提供这个信息的。
当然，可以做一些策略，让电机电感间接性的降低饱和度来获取位置，只是噪声、振动什么的又会冒出来，当然扭矩也会损失一些。