背景技術(shù)：

1、電子機器(例如，電動機)使用磁場和電流產(chǎn)生扭矩，并使用鐵磁材料來最大化和引導(dǎo)(channel)磁通量。特別地，現(xiàn)代電子機器設(shè)計可以旨在最小化芯材料以降低電機重量和成本。磁通與生成磁通的電流之間的這種關(guān)系通常是非線性的，并且表現(xiàn)出飽和和交叉飽和。這種關(guān)系可以使用磁模型(mm)來建模，磁模型也被稱為磁鏈(flux?linkage)映射。電子機器的數(shù)字控制器可以使用mm，即使只是線性化的mm。對于一些機器和應(yīng)用，這些控制器的準確度和性能可能很大程度上取決于mm的準確度。mm可以歸類為靜態(tài)(離線)和動態(tài)(在線)方法，并且可以包括其他非線性驅(qū)動系統(tǒng)效應(yīng)，諸如例如開關(guān)諧波、開關(guān)死區(qū)時間、鐵芯損耗(iron?loss)和機器溫度。離線mm可以使用有限元分析(fea)、分析計算和實驗值中的一者或其組合來測量各個操作點處的電感。通過這些方法獲得的離散值可以使用各種方法鏈接在一起。在線mm可以使用來自實時測量的在線估計參數(shù)和離線mm的組合來產(chǎn)生動態(tài)mm。此類動態(tài)mm模型可具有實時適應(yīng)溫度、開關(guān)死區(qū)時間、pwm諧波、老化和部分故障的能力。動態(tài)mm中使用的在線估計技術(shù)的示例包括擴展卡爾曼濾波器、基于觀測器的lpv、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)和泰勒級數(shù)近似。

技術(shù)實現(xiàn)思路

1、離線和在線mm方法都受到用于控制電動機的數(shù)字信號處理器(dsp)的計算和存儲器約束。各種類型的電動機已經(jīng)被生產(chǎn)和用于許多工業(yè)和環(huán)境中?？刂萍夹g(shù)的復(fù)雜性可以取決于電機的類型而變化。作為電機的一個示例類型，同步電機是具有定子的交流(ac)電機，該定子由ac供電信號(例如，定子的每個相的一個信號)驅(qū)動，以引起轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)。更具體地，定子的定子繞組中的ac供電信號生成與轉(zhuǎn)子的一個或多個磁場相互作用的磁場，以引起轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)。轉(zhuǎn)子的旋轉(zhuǎn)通常與ac供電電流的頻率同步。轉(zhuǎn)子可以是永磁轉(zhuǎn)子、繞線式場轉(zhuǎn)子或包括繞線式場和永磁體兩者的混合轉(zhuǎn)子。在永磁轉(zhuǎn)子的情況下，轉(zhuǎn)子的一個或多個永磁體生成轉(zhuǎn)子的一個或多個磁場。在繞線式場轉(zhuǎn)子的情況下，電流被提供給轉(zhuǎn)子的一個或多個場繞組以生成轉(zhuǎn)子的一個或多個磁場。在混合轉(zhuǎn)子的情況下，永磁體和接收電流的繞線式場都生成轉(zhuǎn)子的一個或多個磁場。

2、在特定時間和幅度下控制電流施加到定子繞組以及在繞線式場轉(zhuǎn)子的情況下施加到轉(zhuǎn)子繞組以高效地驅(qū)動同步電機可能是具有挑戰(zhàn)性的。例如，電機控制器可以控制逆變器，以基于當(dāng)前轉(zhuǎn)子位置和電機的其他特性向電機的每個相提供ac信號。與旋轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)子相互作用的每個定子繞組的磁場的物理特性可能導(dǎo)致復(fù)雜的數(shù)學(xué)問題，創(chuàng)建這些數(shù)學(xué)問題和求解這些數(shù)學(xué)問題以解決導(dǎo)致電機的高效驅(qū)動的因素是有挑戰(zhàn)性的，并且在繞線式場同步(wfs)電機的情況下，由于增加的繞線式場轉(zhuǎn)子，這些挑戰(zhàn)可能會加劇。wfs電機還可以被稱為繞線式轉(zhuǎn)子同步機器(wrsm)、繞線式場同步機器(wfsm)、繞組轉(zhuǎn)子同步生成器(wrsg)、繞線式場同步生成器(wfsg)以及若干其他名稱。

3、在一些系統(tǒng)中，電機控制器使用旋轉(zhuǎn)參考系來操作，以簡化電機控制。例如，可以使用基于克拉克變換和帕克變換的變換來測量電機特性(在靜止參考系中)并將其轉(zhuǎn)換到直(軸)-交(軸)-零(軸)(direct-quadrature-null，dqn)空間，或dqn+轉(zhuǎn)子(r)空間或參考系(也稱為dqnr、rdqnull和參考系)。換句話說，電機特性(例如，定子電流、轉(zhuǎn)子電流和轉(zhuǎn)子位置)可以轉(zhuǎn)換成d軸值、q軸值、n軸(或軸)值和r(轉(zhuǎn)子場)值。通過使用其中定子以ac信號的頻率旋轉(zhuǎn)的旋轉(zhuǎn)參考系，ac信號可以被視為直流信號(即，d、q、n和r值)，這可以簡化用于確定控制信號的計算。可以基于確定的dqn和r值來計算期望的dqn和r值，然后將其變換回靜止參考系中的定子和轉(zhuǎn)子控制值，以控制電機。在一些示例中，使用變量“f”或“f”(即，用于轉(zhuǎn)子場)而不是“r”或“r”來指代該參考系的轉(zhuǎn)子場維度。

4、相對于永磁(pm)同步電機，在用于wfs電機的rdqn控制方案中，除了在pm同步電機和wfs電機中都可能存在的(定子)d軸與q軸之間的耦合狀態(tài)之外，轉(zhuǎn)子在(定子)d軸和r(轉(zhuǎn)子場)之間提供附加的狀態(tài)交叉耦合。換句話說，對于pm同步電機和wfs電機，d軸的改變會影響q軸，并且q軸的改變會影響d軸。然而，對于wfs電機，存在附加的控制復(fù)雜性，因為d軸的改變會影響r，而r的改變會影響d軸。至少在一些情況下，d軸和r分量之間的交叉耦合源于定子與轉(zhuǎn)子之間的固有氣隙。這些交叉耦合增加了復(fù)雜性，并對設(shè)計用于wfs電機高性能應(yīng)用的電機和電機控制器提出了挑戰(zhàn)。

5、本文公開的一些實施例解決了這些或其他問題。例如，本文公開的一些實施例涉及使用分段仿射(pwa)建模的電機控制。此類電機控制可以實現(xiàn)基于離線mm的電機控制，該基于離線mm的電機控制減少了電機控制器(例如，dsp)的計算和存儲器資源的使用，同時相對于其他基于離線mm的電機控制技術(shù)提供了改進的電機控制準確度。盡管本文主要關(guān)于wfs或永磁同步(pms)電機進行描述，但是使用pwa建模的電機控制也適用于其他電機類型，包括具有永磁轉(zhuǎn)子的其他無刷電機、感應(yīng)電機、通用電機、(同步和開關(guān))磁阻電機等。此外，眾所周知，用作從輸入電功率輸出機械功率的電動機的電子機器也可以反向操作，并且用作從輸入機械功率輸出電功率的發(fā)電機。相應(yīng)地，為了便于描述，本文描述的電子機器通常將被稱為電動機，但是也意味著涵蓋發(fā)電機和可以作為電動機和發(fā)電機運行的設(shè)備。也就是說，本文所述的電機控制技術(shù)也可以應(yīng)用于控制作為發(fā)電機運行的電機。術(shù)語“電子機器”也可用于泛指電動機和發(fā)電機中的任一者或兩者。

6、在一個實施例中，提供了一種電機控制系統(tǒng)。該電機控制系統(tǒng)包括：功率開關(guān)網(wǎng)絡(luò)，所述功率開關(guān)網(wǎng)絡(luò)被配置成用于耦合到電源；電機，所述電機耦合到所述功率開關(guān)網(wǎng)絡(luò)；以及電子控制器。所述電子控制器被配置成用于：確定電機在旋轉(zhuǎn)參考系中的電流值，每個電流值與旋轉(zhuǎn)參考系的維度集合中的維度相關(guān)聯(lián)；基于所述電流值，使用分段仿射映射確定針對所述旋轉(zhuǎn)參考系的所述維度集合中的每一個維度的磁鏈值；確定針對所述旋轉(zhuǎn)參考系的所述維度集合中的每一個維度的目標磁鏈值；以及基于磁鏈值和目標磁鏈值來控制功率開關(guān)網(wǎng)絡(luò)。

7、在另一實施例中，提供了一種控制電機的方法。該方法包括：由電子控制器確定電機在旋轉(zhuǎn)參考系中的電流值，每個電流值與旋轉(zhuǎn)參考系的維度集合中的維度相關(guān)聯(lián)；基于所述電流值，使用分段仿射映射確定針對所述旋轉(zhuǎn)參考系的所述維度集合中的每一個維度的磁鏈值；由所述電子控制器確定針對所述旋轉(zhuǎn)參考系的所述維度集合中的每一個維度的目標磁鏈值；以及由所述電子控制器基于所述磁鏈值和所述目標磁鏈值來控制耦合在電源與所述電機之間的功率開關(guān)網(wǎng)絡(luò)。

8、在另一實施例中，提供了一種電機系統(tǒng)。電機系統(tǒng)包括電子控制器，該電子控制器包括處理器和存儲器。所述電子控制器被配置成用于：獲得用于電動機的操作點的電流-磁鏈對的數(shù)據(jù)集；將域分解算法應(yīng)用于所述數(shù)據(jù)集以生成電流單純形和磁鏈單純形；以及將電流單純形和磁鏈單純形存儲在存儲器中。

9、在另一實施例中，提供了一種控制電機的方法。該方法包括：由電子控制器獲得用于電動機的操作點的電流-磁鏈對的數(shù)據(jù)集；由電子控制器將域分解算法應(yīng)用于所述數(shù)據(jù)集以生成電流單純形和磁鏈單純形；以及由電子控制器將電流單純形和磁鏈單純形存儲在存儲器中。

10、在另一實施例中，提供了一種電機系統(tǒng)。該電機系統(tǒng)包括：功率開關(guān)網(wǎng)絡(luò)，所述功率開關(guān)網(wǎng)絡(luò)被配置成用于耦合到電源；電機，所述電機耦合到所述功率開關(guān)網(wǎng)絡(luò)；以及電子控制器。所述電子控制器被配置成用于：確定電機在旋轉(zhuǎn)參考系中的電流值，每個電流值與旋轉(zhuǎn)參考系的維度集合中的維度相關(guān)聯(lián)；基于期望控制參數(shù)，使用定義最小每扭矩功率損耗(mplpt)函數(shù)的第一分段仿射映射來確定針對所述旋轉(zhuǎn)參考系的所述維度集合中的每一個維度的目標電機控制參數(shù)值；以及基于電流值和目標電機控制參數(shù)值來控制功率開關(guān)網(wǎng)絡(luò)。

11、在另一實施例中，提供了一種控制電機的方法。該方法包括：由電子控制器確定電機在旋轉(zhuǎn)參考系中的電流值，每個電流值與旋轉(zhuǎn)參考系的維度集合中的維度相關(guān)聯(lián)；由電子控制器并且基于期望控制參數(shù)，使用第一分段仿射映射來確定針對旋轉(zhuǎn)參考系的維度集合中的每一個維度的目標電機控制參數(shù)值；以及由電子控制器基于電流值和目標電機控制參數(shù)值來控制功率開關(guān)網(wǎng)絡(luò)。

12、在另一實施例中，提供了一種電機系統(tǒng)。該電機系統(tǒng)包括：功率開關(guān)網(wǎng)絡(luò)，所述功率開關(guān)網(wǎng)絡(luò)被配置成用于耦合到電源；電機，所述電機耦合到所述功率開關(guān)網(wǎng)絡(luò)；以及電子控制器。所述電子控制器被配置成用于：確定電機在旋轉(zhuǎn)參考系中的電流值，每個電流值與旋轉(zhuǎn)參考系的維度集合中的維度相關(guān)聯(lián)；基于期望控制參數(shù)確定針對旋轉(zhuǎn)參考系的維度集合中的每一個維度的目標電機控制參數(shù)值；以及通過使用分段仿射映射基于電流值和目標電機控制參數(shù)值來控制功率開關(guān)網(wǎng)絡(luò)，所述分段仿射映射是通過使用樣本輸入離線求解約束有限時間最優(yōu)控制算法來定義的。

13、在另一實施例中，提供了一種方法。該方法包括：由電子控制器確定電機在旋轉(zhuǎn)參考系中的電流值，每個電流值與旋轉(zhuǎn)參考系的維度集合中的維度相關(guān)聯(lián)；由電子控制器并且基于期望控制參數(shù)確定針對旋轉(zhuǎn)參考系的維度集合中的每一個維度的目標電機控制參數(shù)值；以及由電子控制器通過使用分段仿射映射基于電流值和目標電機控制參數(shù)值來控制功率開關(guān)網(wǎng)絡(luò)，所述分段仿射映射是通過使用樣本輸入離線求解模型預(yù)測控制算法來定義的。

14、本公開的前述和其他方面以及優(yōu)點將通過以下描述顯現(xiàn)。在該描述中，參考在此形成其一部分的附圖，并且在附圖中通過圖示的方式顯示了一個或多個實施例。然而，這些實施例不一定代表本發(fā)明的全部范圍，并且因此，為了解釋本發(fā)明的范圍，要參考權(quán)利要求和本文。在以下描述中，相同的附圖標記將被用于指代附圖之間相同的部分。