控制永磁體馬達(dá)的方法以及相應(yīng)的系統(tǒng)的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明總體上涉及馬達(dá)控制的技術(shù)領(lǐng)域，并且具體地涉及同步永磁體馬達(dá)的控 制。
【背景技術(shù)】
[0002] 同步永磁體馬達(dá)包括一個(gè)具有一個(gè)或多個(gè)永磁體的轉(zhuǎn)子并且還包括一個(gè)包括繞 組的定子，相對于彼此有相移的電流在這些繞組中循環(huán)以便在馬達(dá)中產(chǎn)生一個(gè)轉(zhuǎn)動磁場， 從而驅(qū)動轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動。因?yàn)檗D(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)動頻率等于在定子內(nèi)循環(huán)的電流的頻率，所以這種馬達(dá) 或電機(jī)被認(rèn)為是"同步的"。
[0003] 為了控制這種馬達(dá)的轉(zhuǎn)矩，控制系統(tǒng)通過向定子的每個(gè)相施加合適的正弦電壓來 調(diào)節(jié)在定子內(nèi)循環(huán)的電流的幅度。為了簡化對系統(tǒng)內(nèi)的轉(zhuǎn)矩的控制算法，總體上使用帕克 變換來將電流和定子電壓投影到與轉(zhuǎn)子相關(guān)聯(lián)的轉(zhuǎn)動參考坐標(biāo)系內(nèi)。因此，在帕克參考坐 標(biāo)系中，確定了有待施加到定子上的定子電壓，以使得相應(yīng)的定子電流產(chǎn)生期望的轉(zhuǎn)矩。帕 克參考坐標(biāo)系中的這些定子電壓被稱為控制信號。通過執(zhí)行帕克逆變換，控制系統(tǒng)于是確 定有待施加到定子的不同相上以獲得期望轉(zhuǎn)矩（稱為設(shè)定點(diǎn)轉(zhuǎn)矩）的這些正弦電壓。
[0004] 這種馬達(dá)例如作為電動或混合動力車輛中牽引馬達(dá)的使用要求對轉(zhuǎn)矩的可靠控 制，這種控制要根據(jù)駕駛員對轉(zhuǎn)矩需要快速地作出響應(yīng)并且將轉(zhuǎn)矩約束在與這種車輛的牽 引用蓄電池的電壓兼容的值范圍內(nèi)。當(dāng)馬達(dá)的轉(zhuǎn)矩離開該值范圍時(shí)，馬達(dá)的控制系統(tǒng)通常 變得不穩(wěn)定，要避免這種不穩(wěn)定。
[0005] 被稱為積分微分校正器（IP校正器）的校正器通常用于調(diào)節(jié)這種馬達(dá)的定子電 流。然而，這些校正器呈現(xiàn)出不穩(wěn)定性問題，尤其是當(dāng)期望快速系統(tǒng)時(shí)。為了克服這一點(diǎn)，計(jì) 算出這些校正器的參數(shù)來確保在本說明書中指出的有待由馬達(dá)觀察的穩(wěn)定性余量。另外， 因?yàn)橛来朋w馬達(dá)的固有參數(shù)（諸如其內(nèi)阻或其電感）從一個(gè)馬達(dá)到另一個(gè)馬達(dá)是變化的， 已知的是進(jìn)一步增加這些穩(wěn)定性余量并且由此進(jìn)一步降低了校正器的性能，從而使得能夠 貫穿同系列車輛的所有馬達(dá)使用完全相同的校正器。
[0006] 在文件EP 0702451中披露了不使用積分微分校正器的一種校正器的另一個(gè)不 例，其提出了一種響應(yīng)于馬達(dá)的負(fù)載變化控制同步永磁體機(jī)器的速度的解決方案。這種解 決方案通常要求根據(jù)機(jī)器的速度校準(zhǔn)校正器的增益或者補(bǔ)償靜態(tài)耦合項(xiàng)，而這必須能夠被 完美地測量。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0007] 本發(fā)明的目標(biāo)之一是通過提供一種控制方法和一種控制馬達(dá)推進(jìn)單元的系統(tǒng)來 克服現(xiàn)有技術(shù)的至少某些缺點(diǎn)，這種方法和系統(tǒng)確保了獨(dú)立于其速度對永磁體電動機(jī)的轉(zhuǎn) 矩的穩(wěn)定和魯棒控制并且為同系列內(nèi)的大量生產(chǎn)的馬達(dá)使用完全相同的恒定增益。
[0008] 為此目的，本發(fā)明提出了用于對包括配備有永磁體轉(zhuǎn)子和一個(gè)定子的電馬達(dá)的一 種馬達(dá)推進(jìn)單元進(jìn)行控制的方法，所述方法包括調(diào)節(jié)該定子的這些電流從而使得它們借助 于對該電馬達(dá)的控制信號到達(dá)設(shè)定點(diǎn)電流值的步驟，所述有待調(diào)節(jié)的電流和所述控制信號 是以在包括多條軸線的轉(zhuǎn)動參考坐標(biāo)系來表達(dá)的，所述方法的特征在于所述調(diào)節(jié)步驟針對 所述多條軸線中的每一條軸線都包括將一個(gè)線性算子應(yīng)用到所述軸線上有待調(diào)節(jié)的電流 上的一個(gè)步驟，該線性算子根據(jù)所述有待調(diào)節(jié)的電流的值相對于其設(shè)定點(diǎn)值而不同，所述 應(yīng)用所述線性算子的步驟在所述軸線上提供了一個(gè)控制信號值。
[0009] 由于本發(fā)明，使用了線性算子來獲得馬達(dá)的控制信號，因此使得一旦期望響應(yīng)性 控制方法就可以遵從給定的電流設(shè)定點(diǎn)而無需添加經(jīng)常造成不穩(wěn)定的積分部件。根據(jù)本發(fā) 明的控制方法因此使得可以甚至在可變的速度下控制馬達(dá)的轉(zhuǎn)矩。
[0010] 根據(jù)依照本發(fā)明的控制方法的有利特征，所述線性算子包括：
[0011]-一個(gè)第一項(xiàng)，其根據(jù)所述有待調(diào)節(jié)的電流的值相對于其設(shè)定點(diǎn)值使得在所述軸 線上估計(jì)的一個(gè)控制信號的一個(gè)零階分量根據(jù)有待調(diào)節(jié)的電流、所述轉(zhuǎn)子的速度、以及所 述馬達(dá)推進(jìn)單元的估計(jì)特征的值范圍的極限值而最小化或最大化，
[0012] -以及一個(gè)第二項(xiàng)，其使用一個(gè)收斂因子與在所述軸線上與所述有待調(diào)節(jié)的電流 成比例。
[0013] 因此，使用了馬達(dá)推進(jìn)單元的特征的已知變化范圍，從而確保了根據(jù)本發(fā)明的控 制方法的魯棒性。使用這些已知變化范圍以及將線性算子以兩部分構(gòu)成公式就使得有待調(diào) 節(jié)的電流可以快速地朝向其設(shè)定點(diǎn)值收斂。
[0014] 根據(jù)進(jìn)一步的有利特征，所述值范圍包括從包括以下各項(xiàng)的組中選擇的至少兩個(gè) 估計(jì)值：
[0015] -定子的等效電阻的估計(jì)值，
[0016] -馬達(dá)推進(jìn)單元的電感所述軸線之一上的估計(jì)值，
[0017] -轉(zhuǎn)子的永磁體產(chǎn)生的磁通量的估計(jì)值。
[0018] 使用這些估計(jì)值使得可以使用根據(jù)本發(fā)明的方法來消除對每個(gè)馬達(dá)推進(jìn)單元都 測量所述馬達(dá)推進(jìn)單元的固有特征的需要，也就是說，其內(nèi)阻、其電感或轉(zhuǎn)子的永磁體產(chǎn)生 的磁通量。因此，本發(fā)明可以無改動地應(yīng)用于一整系列的大量生產(chǎn)的馬達(dá)推進(jìn)單元。
[0019] 這種馬達(dá)推進(jìn)單元例如是電動或混合動力車輛的馬達(dá)推進(jìn)單元、具有通過四分之 一轉(zhuǎn)的轉(zhuǎn)動的其固有特征的不變性。
[0020] 根據(jù)進(jìn)一步的有利特征，根據(jù)本發(fā)明的方法包括一旦所述軸線之一上的有待調(diào)節(jié) 的電流與其設(shè)定點(diǎn)值之間的差的絕對值低于預(yù)先確定的閾值就使得所述軸線上的控制信 號平滑的步驟。
[0021] 該平滑步驟允許通過標(biāo)準(zhǔn)執(zhí)行器而便利地實(shí)施根據(jù)本發(fā)明的方法。
[0022] 本發(fā)明還涉及一種用于對包括配備有永磁體轉(zhuǎn)子和一個(gè)定子的電馬達(dá)的馬達(dá)推 進(jìn)單元進(jìn)行控制的系統(tǒng)，所述系統(tǒng)包括用于調(diào)節(jié)定子的這些電流從而使得它們借助于電馬 達(dá)的控制信號而到達(dá)設(shè)定點(diǎn)電流值的裝置，所述有待調(diào)節(jié)的電流和所述控制信號是在包括 多條軸線的轉(zhuǎn)動參考坐標(biāo)系中表達(dá)的，根據(jù)本發(fā)明的系統(tǒng)的特征在于所述調(diào)節(jié)裝置針對所 述多條軸線中的每一條軸線都包括將一個(gè)線性算子應(yīng)用到所述軸線上有待調(diào)節(jié)的電流上 的裝置，該線性算子根據(jù)所述有待調(diào)節(jié)的電流的值相對于其設(shè)定點(diǎn)值而不同，所述施加所 述線性算子的裝置在所述軸線上提供了一個(gè)控制信號值。
[0023] 根據(jù)依照本發(fā)明的系統(tǒng)的有利特征，所述線性算子包括：
[0024] --個(gè)第一項(xiàng)，其根據(jù)所述有待調(diào)節(jié)的電流的值相對于其設(shè)定點(diǎn)值使得在所述軸 線上估計(jì)的一個(gè)控制信號的一個(gè)零階分量根據(jù)有待調(diào)節(jié)的電流、所述轉(zhuǎn)子的速度、以及所 述馬達(dá)推進(jìn)單元的估計(jì)特征的值范圍的極限值而最小化或最大化，
[0025] -以及一個(gè)第二項(xiàng)，其使用一個(gè)收斂因子與在所述軸線上與所述有待調(diào)節(jié)的電流 成比例。
[0026] 根據(jù)依照本發(fā)明的系統(tǒng)的進(jìn)一步的有利特征，所述值范圍包括從包括以下各項(xiàng)的 組中選擇的至少兩個(gè)估計(jì)值：
[0027] -定子的等效電阻的估計(jì)值，
[0028] -馬達(dá)推進(jìn)單元的電感所述軸線之一上的估計(jì)值，
[0029] -轉(zhuǎn)子的永磁體產(chǎn)生的磁通量的估計(jì)值。
[0030] 根據(jù)依照本發(fā)明的系統(tǒng)的進(jìn)一步的有利特征，所述系統(tǒng)還包括一旦所述軸線之一 上的有待調(diào)節(jié)的電流與其設(shè)定點(diǎn)值之間的差的絕對值低于預(yù)先確定的閾值就使得所述軸 線上的控制信號平滑的裝置。
[0031] 本發(fā)明還涉及一種計(jì)算機(jī)程序，其包括當(dāng)所述程序在一個(gè)或多個(gè)處理器上運(yùn)行時(shí) 實(shí)現(xiàn)根據(jù)本發(fā)明的控制方法的指令。
[0032] 根據(jù)本發(fā)明的控制系統(tǒng)以及根據(jù)本發(fā)明的計(jì)算機(jī)程序具有與根據(jù)本發(fā)明的控制 方法的優(yōu)點(diǎn)相類似的優(yōu)點(diǎn)。
【附圖說明】
[0033] 本發(fā)明的進(jìn)一步的優(yōu)點(diǎn)和特征將在于都參照附圖描述的優(yōu)選實(shí)施例時(shí)變得更明 顯，其中：
[0034] -圖1示出永磁體馬達(dá)
[0035] -圖2示出根據(jù)本發(fā)明在本發(fā)明的本實(shí)施例中用于控制馬達(dá)推進(jìn)單元的方法的步 驟，
[0036] -并且圖3示出根據(jù)本發(fā)明在本發(fā)明的這一實(shí)施例中用于控制馬達(dá)推進(jìn)單元的系 統(tǒng)。
【具體實(shí)施方式】
[0037] 根據(jù)本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例，使用了根據(jù)本發(fā)明的控制方法來控制電動車輛的馬達(dá) 推進(jìn)單元的永磁體馬達(dá)的轉(zhuǎn)矩。出于簡化僅以一對磁極示意性地在圖1中示出了這種馬 達(dá)。事實(shí)上，馬達(dá)可包括多對磁極，例如五對磁極。
[0038] 馬達(dá)包括纏繞在圍繞轉(zhuǎn)子R的三個(gè)線圈Ba、Bb和Bc上的一個(gè)定子，這三個(gè)線圈分 別由定子電流Ias、Ibs和Ics供能，這些電流是正弦的并且相對于彼此相移的2 π /3弧度。 跨各線圈施加以便獲得這些電流的這些相應(yīng)的正弦定子電壓分別是Vas、Vbs和Vcs。
[0039] 為了簡化該這一馬達(dá)