專利名稱：改善電機(jī)在場(chǎng)削弱區(qū)域工作期間的扭矩線性的增益調(diào)節(jié)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明的實(shí)施例總體上涉及電機(jī)控制，更具體地涉及改善電機(jī)在場(chǎng)削弱區(qū)域工作 時(shí)的扭矩線性的技術(shù)。
背景技術(shù)：
電機(jī)將電功率轉(zhuǎn)換為機(jī)械的力和運(yùn)動(dòng)。電機(jī)可見于許多應(yīng)用中，包括諸如風(fēng)扇、冰 箱和洗衣機(jī)等家用電器。電傳動(dòng)也日益運(yùn)用在電動(dòng)和混合動(dòng)力車輛中。旋轉(zhuǎn)電機(jī)通常具有稱為轉(zhuǎn)子的內(nèi)部旋轉(zhuǎn)磁體，其在靜止的定子內(nèi)旋轉(zhuǎn)。轉(zhuǎn)子電磁 場(chǎng)與定子繞組所產(chǎn)生的場(chǎng)之間相互作用，產(chǎn)生了電機(jī)扭矩。轉(zhuǎn)子可以是永磁體或者其可由 線圈制成。然而，如果轉(zhuǎn)子具有嵌入其中的永磁體(即，永磁體不是位于轉(zhuǎn)子表面)，則電機(jī) 可被稱為內(nèi)永磁(IPM)電機(jī)。輸入電壓被供應(yīng)到電機(jī)中被稱為“電樞”的部分。取決于電 機(jī)的設(shè)計(jì)，轉(zhuǎn)子或者定子可充當(dāng)電樞。在IPM電機(jī)中，電樞是定子，并且是由輸入電壓供電 以驅(qū)動(dòng)電機(jī)的一組繞組線圈。將機(jī)械能轉(zhuǎn)換為電能的反向任務(wù)由發(fā)電機(jī)或直流發(fā)電機(jī)完成。如上所述的電機(jī)也 可用作發(fā)電機(jī)，這是因?yàn)椴考际窍嗤?。?dāng)機(jī)械扭矩驅(qū)動(dòng)電機(jī)/發(fā)電機(jī)時(shí)，則輸出電力。 混合動(dòng)力以及電動(dòng)車輛或者機(jī)車上使用的牽引機(jī)通常執(zhí)行兩種任務(wù)。通常，當(dāng)電機(jī)加速時(shí)，電樞(因而以及場(chǎng))電流被進(jìn)一步對(duì)準(zhǔn)成與電機(jī)通量相對(duì)以 便減小總電機(jī)通量，并因此將定子電壓保持在其界限內(nèi)。使電機(jī)內(nèi)磁通量減小的場(chǎng)減小也 被稱為通量或場(chǎng)削弱。場(chǎng)削弱控制技術(shù)可用于提高電機(jī)的扭矩-速度特性中的性能。為了 保持對(duì)定子電流的控制，可通過場(chǎng)削弱控制環(huán)減小電機(jī)的場(chǎng)?？赏ㄟ^調(diào)節(jié)定子勵(lì)磁實(shí)現(xiàn)IPM 電機(jī)中的場(chǎng)或通量削弱?？赏ㄟ^電壓源變換器的電壓脈寬調(diào)制(PWM)來控制IPM電機(jī)中的 定子勵(lì)磁。通量削弱技術(shù)在過去已經(jīng)得到了使用，其中，特意削弱IPM通量以減少與高通量 關(guān)聯(lián)的問題，例如由于高的反電動(dòng)勢(shì)(Back-EMF)引起的過壓。例如，在電機(jī)工作的恒定扭 矩區(qū)域期間，已經(jīng)使用閉環(huán)電流調(diào)節(jié)器控制來控制所施加的PWM電壓勵(lì)磁，使得瞬時(shí)相電 流遵循其被命令的值。然而，當(dāng)電機(jī)端電壓接近PWM變換器的最大電壓時(shí)，可能在高速時(shí)出 現(xiàn)電流調(diào)節(jié)器的飽和。超過這個(gè)點(diǎn)，通量應(yīng)當(dāng)被削弱以維持適當(dāng)?shù)碾娏髡{(diào)節(jié)，直到最大可用 電機(jī)速度。減小電機(jī)內(nèi)的磁通量改善了 IPM電機(jī)在高速時(shí)的功率特性。然而，扭矩會(huì)與通 量直接成比例地降低。因此，希望當(dāng)電機(jī)工作在場(chǎng)削弱區(qū)域時(shí)保持扭矩的線性。此外，從后續(xù)的詳細(xì)說明 和所附權(quán)利要求并結(jié)合附圖
以及前述技術(shù)領(lǐng)域和背景技術(shù)，其他期望特征和特性將變得明
Mo

發(fā)明內(nèi)容
公開了用于當(dāng)電機(jī)工作在場(chǎng)削弱區(qū)域時(shí)產(chǎn)生扭矩線性的控制系統(tǒng)和方法。在一個(gè) 實(shí)施例中，提供了一種用于電機(jī)的控制系統(tǒng)。所述控制系統(tǒng)包括電流調(diào)節(jié)器模塊、場(chǎng)削弱模 塊和扭矩線性模塊。所述電流調(diào)節(jié)器模塊產(chǎn)生第一電壓命令信號(hào)和第二電壓命令信號(hào)。所 述場(chǎng)削弱模塊基于所述第一電壓命令信號(hào)和所述第二電壓命令信號(hào)產(chǎn)生第一調(diào)節(jié)電流命 令信號(hào)。所述扭矩線性模塊使用所述第一調(diào)節(jié)電流命令信號(hào)以及扭矩命令信號(hào)和第一受限 電流命令信號(hào)以產(chǎn)生第二調(diào)節(jié)電流命令信號(hào)。在一個(gè)非限制性實(shí)施方式中，所述扭矩線性模塊包括微分(導(dǎo)數(shù))增益模塊和聯(lián) 接到所述微分增益模塊的限制器模塊。所述微分增益模塊具有基于所述扭矩命令信號(hào)和所 述第一受限電流命令信號(hào)計(jì)算的微分增益。所述第一調(diào)節(jié)電流命令信號(hào)乘以所述微分增益 以產(chǎn)生粗略的第二調(diào)節(jié)電流命令信號(hào)。所述限制器模塊通過將所述粗略的第二調(diào)節(jié)電流命 令信號(hào)限制在所述限制器模塊設(shè)定的界限內(nèi)而產(chǎn)生所述第二調(diào)節(jié)電流命令信號(hào)。本發(fā)明還提供了以下技術(shù)方案。方案1. 一種用于電機(jī)的控制系統(tǒng)，所述控制系統(tǒng)包括電流調(diào)節(jié)器模塊，其設(shè)計(jì) 成產(chǎn)生第一電壓命令信號(hào)和第二電壓命令信號(hào)；場(chǎng)削弱模塊，其設(shè)計(jì)成基于所述第一電壓 命令信號(hào)和所述第二電壓命令信號(hào)產(chǎn)生第一調(diào)節(jié)電流命令信號(hào)；和扭矩線性模塊，其設(shè)計(jì) 成基于所述第一調(diào)節(jié)電流命令信號(hào)、扭矩命令信號(hào)和第一受限電流命令信號(hào)產(chǎn)生第二調(diào)節(jié) 電流命令信號(hào)，其中，所述扭矩線性模塊還包括微分增益模塊，其具有基于所述扭矩命令 信號(hào)和所述第一受限電流命令信號(hào)計(jì)算的微分增益，其中，所述第一調(diào)節(jié)電流命令信號(hào)乘 以所述微分增益以產(chǎn)生粗略的第二調(diào)節(jié)電流命令信號(hào)；以及限制器模塊，其聯(lián)接到所述增 益模塊并且設(shè)計(jì)成通過將所述粗略的第二調(diào)節(jié)電流命令信號(hào)限制在所述限制器模塊設(shè)定 的界限內(nèi)而產(chǎn)生所述第二調(diào)節(jié)電流命令信號(hào)。方案2.如方案1所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述微分增益模塊的所述微分增益是 所述扭矩命令信號(hào)和所述第一已調(diào)節(jié)的電流命令信號(hào)的函數(shù)。方案3.如方案2所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述微分增益模塊的所述微分增益基 于下式計(jì)算
dig = 4 TtX(Lg-L0) _6] ~d^=3PX [A+ CHLd-Lq)]2其中，P是所述電機(jī)的極數(shù)，Τ*是所述扭矩命令信號(hào)，其中，是所述第一受限電 流命令信號(hào)，其中，1^和Lq分別是所述電機(jī)的第一電感和第二電感，并且其中，λ是通量鏈
合常數(shù)。方案4.如方案1所述的系統(tǒng)，其特征在于，還包括電流命令查找表模塊，所述電 流命令查找表模塊接收所述扭矩命令信號(hào)、轉(zhuǎn)子角速度和DC鏈電壓，并且所述電流命令查 找表模塊產(chǎn)生第一電流命令信號(hào)和第二電流命令信號(hào)。方案5.如方案4所述的系統(tǒng)，其特征在于，還包括第一加法器，其設(shè)計(jì)成基于所 述第一電流命令信號(hào)和所述第一調(diào)節(jié)電流命令信號(hào)產(chǎn)生第一已調(diào)節(jié)的電流命令信號(hào)；和第 二加法器，其設(shè)計(jì)成基于第二電流命令信號(hào)和所述第二調(diào)節(jié)電流命令信號(hào)產(chǎn)生第二已調(diào)節(jié) 的電流命令信號(hào)。方案6.如方案5所述的系統(tǒng)，其特征在于，還包括相電流限制器模塊，所述相電流限制器模塊接收DC鏈電壓和所述電機(jī)的轉(zhuǎn)子角速度，并且所述相電流限制器模塊限制 所述第一已調(diào)節(jié)的電流命令信號(hào)以產(chǎn)生所述第一受限電流命令信號(hào)以及限制所述第二已 調(diào)節(jié)的電流命令信號(hào)以產(chǎn)生第二受限電流命令信號(hào)，所述第一受限電流命令信號(hào)被提供到 所述電流調(diào)節(jié)器模塊，所述第二受限電流命令信號(hào)被提供到所述電流調(diào)節(jié)器模塊。方案7. —種用于交流(AC)電機(jī)的控制系統(tǒng)，所述控制系統(tǒng)包括電流調(diào)節(jié)器模 ±夬，其設(shè)計(jì)成基于反饋d軸電流信號(hào)、反饋q軸電流信號(hào)、受限d軸電流命令信號(hào)和受限q 軸電流命令信號(hào)產(chǎn)生d軸電壓命令信號(hào)和q軸電壓命令信號(hào)；場(chǎng)削弱模塊，其設(shè)計(jì)成基于所 述d軸電壓命令信號(hào)和所述q軸電壓命令信號(hào)產(chǎn)生d軸調(diào)節(jié)電流命令信號(hào)；第一加法器，其 設(shè)計(jì)成基于d軸電流命令信號(hào)和所述d軸調(diào)節(jié)電流命令信號(hào)產(chǎn)生已調(diào)節(jié)的d軸電流命令信 號(hào)；扭矩線性模塊，其設(shè)計(jì)成基于所述d軸調(diào)節(jié)電流命令信號(hào)、扭矩命令信號(hào)和所述已調(diào)節(jié) 的d軸電流命令信號(hào)產(chǎn)生q軸調(diào)節(jié)電流命令信號(hào)；和第二加法器，其設(shè)計(jì)成基于q軸電流命 令信號(hào)和所述q軸調(diào)節(jié)電流命令信號(hào)產(chǎn)生已調(diào)節(jié)的q軸電流命令信號(hào)。方案8.如方案7所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述扭矩線性模塊還包括微分增益模 塊，其具有基于所述扭矩命令信號(hào)和所述受限d軸電流命令信號(hào)計(jì)算的微分增益，其中，所 述d軸調(diào)節(jié)電流命令信號(hào)乘以所述微分增益以產(chǎn)生粗略的q軸調(diào)節(jié)電流命令信號(hào)；和限制 器模塊，其聯(lián)接到所述增益模塊并且設(shè)計(jì)成通過將所述粗略的q軸調(diào)節(jié)電流命令信號(hào)限制 在所述限制器模塊設(shè)定的界限內(nèi)而產(chǎn)生所述q軸調(diào)節(jié)電流命令信號(hào)。方案9.如方案8所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述微分增益模塊的所述微分增益是 所述扭矩命令信號(hào)和所述已調(diào)節(jié)的d軸電流命令信號(hào)的函數(shù)。方案10.如方案9所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述微分增益模塊的所述微分增益基 于下式計(jì)算
權(quán)利要求
一種用于電機(jī)的控制系統(tǒng)，所述控制系統(tǒng)包括電流調(diào)節(jié)器模塊，其設(shè)計(jì)成產(chǎn)生第一電壓命令信號(hào)和第二電壓命令信號(hào)；場(chǎng)削弱模塊，其設(shè)計(jì)成基于所述第一電壓命令信號(hào)和所述第二電壓命令信號(hào)產(chǎn)生第一調(diào)節(jié)電流命令信號(hào)；和扭矩線性模塊，其設(shè)計(jì)成基于所述第一調(diào)節(jié)電流命令信號(hào)、扭矩命令信號(hào)和第一受限電流命令信號(hào)產(chǎn)生第二調(diào)節(jié)電流命令信號(hào)，其中，所述扭矩線性模塊還包括微分增益模塊，其具有基于所述扭矩命令信號(hào)和所述第一受限電流命令信號(hào)計(jì)算的微分增益，其中，所述第一調(diào)節(jié)電流命令信號(hào)乘以所述微分增益以產(chǎn)生粗略的第二調(diào)節(jié)電流命令信號(hào)；和限制器模塊，其聯(lián)接到所述增益模塊并且設(shè)計(jì)成通過將所述粗略的第二調(diào)節(jié)電流命令信號(hào)限制在所述限制器模塊設(shè)定的界限內(nèi)而產(chǎn)生所述第二調(diào)節(jié)電流命令信號(hào)。
2.如權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述微分增益模塊的所述微分增益是所述 扭矩命令信號(hào)和所述第一已調(diào)節(jié)的電流命令信號(hào)的函數(shù)。
3.如權(quán)利要求2所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述微分增益模塊的所述微分增益基于下 式計(jì)算dlQ = ^ χ ^X(Lq-Ld) dI^=3PX [A^-Cx(Ld-Lq)]2其中，P是所述電機(jī)的極數(shù)，Τ*是所述扭矩命令信號(hào)，其中，是所述第一受限電流命 令信號(hào)，其中，Li^plq分別是所述電機(jī)的第一電感和第二電感，并且其中，λ是通量鏈合常 數(shù)。
4.如權(quán)利要求ι所述的系統(tǒng)，其特征在于，還包括電流命令查找表模塊，所述電流命令查找表模塊接收所述扭矩命令信號(hào)、轉(zhuǎn)子角速度 和DC鏈電壓，并且所述電流命令查找表模塊產(chǎn)生第一電流命令信號(hào)和第二電流命令信號(hào)。
5.如權(quán)利要求4所述的系統(tǒng)，其特征在于，還包括第一加法器，其設(shè)計(jì)成基于所述第一電流命令信號(hào)和所述第一調(diào)節(jié)電流命令信號(hào)產(chǎn)生 第一已調(diào)節(jié)的電流命令信號(hào)；和第二加法器，其設(shè)計(jì)成基于第二電流命令信號(hào)和所述第二調(diào)節(jié)電流命令信號(hào)產(chǎn)生第二 已調(diào)節(jié)的電流命令信號(hào)。
6.如權(quán)利要求5所述的系統(tǒng)，其特征在于，還包括相電流限制器模塊，所述相電流限制器模塊接收DC鏈電壓和所述電機(jī)的轉(zhuǎn)子角速度， 并且所述相電流限制器模塊限制所述第一已調(diào)節(jié)的電流命令信號(hào)以產(chǎn)生所述第一受限電 流命令信號(hào)以及限制所述第二已調(diào)節(jié)的電流命令信號(hào)以產(chǎn)生第二受限電流命令信號(hào)，所述 第一受限電流命令信號(hào)被提供到所述電流調(diào)節(jié)器模塊，所述第二受限電流命令信號(hào)被提供 到所述電流調(diào)節(jié)器模塊。
7.一種用于交流(AC)電機(jī)的控制系統(tǒng)，所述控制系統(tǒng)包括電流調(diào)節(jié)器模塊，其設(shè)計(jì)成基于反饋d軸電流信號(hào)、反饋q軸電流信號(hào)、受限d軸電流 命令信號(hào)和受限q軸電流命令信號(hào)產(chǎn)生d軸電壓命令信號(hào)和q軸電壓命令信號(hào)；場(chǎng)削弱模塊，其設(shè)計(jì)成基于所述d軸電壓命令信號(hào)和所述q軸電壓命令信號(hào)產(chǎn)生d軸調(diào)節(jié)電流命令信號(hào)；第一加法器，其設(shè)計(jì)成基于d軸電流命令信號(hào)和所述d軸調(diào)節(jié)電流命令信號(hào)產(chǎn)生已調(diào) 節(jié)的d軸電流命令信號(hào)；扭矩線性模塊，其設(shè)計(jì)成基于所述d軸調(diào)節(jié)電流命令信號(hào)、扭矩命令信號(hào)和所述已調(diào) 節(jié)的d軸電流命令信號(hào)產(chǎn)生q軸調(diào)節(jié)電流命令信號(hào)；和第二加法器，其設(shè)計(jì)成基于q軸電流命令信號(hào)和所述q軸調(diào)節(jié)電流命令信號(hào)產(chǎn)生已調(diào) 節(jié)的q軸電流命令信號(hào)。
8.如權(quán)利要求7所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述扭矩線性模塊還包括微分增益模塊，其具有基于所述扭矩命令信號(hào)和所述受限d軸電流命令信號(hào)計(jì)算的微 分增益，其中，所述d軸調(diào)節(jié)電流命令信號(hào)乘以所述微分增益以產(chǎn)生粗略的q軸調(diào)節(jié)電流命 令信號(hào)；和限制器模塊，其聯(lián)接到所述增益模塊并且設(shè)計(jì)成通過將所述粗略的q軸調(diào)節(jié)電流命令 信號(hào)限制在所述限制器模塊設(shè)定的界限內(nèi)而產(chǎn)生所述q軸調(diào)節(jié)電流命令信號(hào)。
9.如權(quán)利要求8所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述微分增益模塊的所述微分增益是所述 扭矩命令信號(hào)和所述已調(diào)節(jié)的d軸電流命令信號(hào)的函數(shù)。
10.一種用于控制電機(jī)的方法，所述方法包括基于第一反饋電流信號(hào)、第二反饋電流信號(hào)、第一受限電流命令信號(hào)和第二受限電流 命令信號(hào)產(chǎn)生第一電壓命令信號(hào)和第二電壓命令信號(hào)；基于所述第一電壓命令信號(hào)和所述第二電壓命令信號(hào)產(chǎn)生第一調(diào)節(jié)電流命令信號(hào)；并且基于所述第一調(diào)節(jié)電流命令信號(hào)、扭矩命令信號(hào)和所述第一已調(diào)節(jié)的電流命令信號(hào)產(chǎn) 生第二調(diào)節(jié)電流命令信號(hào)。
全文摘要
本發(fā)明涉及改善電機(jī)在場(chǎng)削弱區(qū)域工作期間的扭矩線性的增益調(diào)節(jié)。公開了改善當(dāng)電機(jī)工作在場(chǎng)削弱區(qū)域時(shí)的扭矩線性的方法和系統(tǒng)。這些系統(tǒng)和方法利用通量削弱控制環(huán)和扭矩線性控制環(huán)調(diào)節(jié)電機(jī)定子電流命令的q軸和d軸分量，使得當(dāng)電機(jī)工作在場(chǎng)削弱工作區(qū)域時(shí)扭矩線性得以維持。
文檔編號(hào)H02P6/08GK101969289SQ201010239558
公開日2011年2月9日 申請(qǐng)日期2010年7月27日 優(yōu)先權(quán)日2009年7月27日
發(fā)明者G·加勒戈斯-羅佩斯, M·佩里西克, S·希蒂 申請(qǐng)人:通用汽車環(huán)球科技運(yùn)作公司