在電功率駕駛系統(tǒng)中利用直接設(shè)備修改將當(dāng)前控制解耦的制作方法
【專利說明】在電功率駕駛系統(tǒng)中利用直接設(shè)備修改將當(dāng)前控制解耦
[0001] 相關(guān)申請的交叉引用 本專利申請要求2014年6月23日提交的美國臨時專利申請序號62/015, 784的優(yōu)先 權(quán)。美國臨時專利申請序號62/015, 784被整體地通過引用結(jié)合到本文中。
【背景技術(shù)】
[0002] 永磁體同步馬達（PMSM)(表面永磁體（SPM)或內(nèi)部永磁體（IPM)馬達）的輸出力 矩可由電壓命令和相位提前角確定。通過首先選擇特定象限軸(也稱為q軸)參考電流和直 軸(也稱為d軸)參考電流且然后基于所選象限軸參考電流和直軸參考電流確定電壓命令和 相位提前角來確定PMSM的特定輸出力矩。
[0003] 電功率駕駛（EPS)系統(tǒng)使用電馬達(例如，PMSM)來提供駕駛輔助。當(dāng)使用PMSM 時，利用場定向控制（FOC)，其允許將交流(AC)多相(例如，三相）馬達電壓和電流信號變換 成同時旋轉(zhuǎn)參考系，一般稱為d軸/q軸參考系，其中，馬達電壓和電流變成直流（DC)量。使 用前饋控制法或者閉環(huán)電流反饋控制或者其某種組合來實現(xiàn)FOC力矩控制技術(shù)。
[0004] PMSM的閉環(huán)電流控制到EPS系統(tǒng)的施加具有在控制系統(tǒng)的能力之外的獨特卻苛 刻的要求以跟蹤期望的輔助力矩命令（即，馬達力矩命令)。這些要求中的許多與力矩響應(yīng) 行為、馬達輸入擾動特性、電流測量噪聲傳輸特性以及針對估計電馬達參數(shù)估計的準(zhǔn)確度 的穩(wěn)健性的平衡相關(guān)聯(lián)。期望縱貫控制系統(tǒng)的整個操作范圍的性能一致性，包括縱貫整個 馬達速度范圍的操作和源電壓極限附近的操作。不同于利用PMSM的高壓功率施加，從交通 工具可用于控制系統(tǒng)的源電壓并不是無限的，并且通常盡可能高效地確定在這些應(yīng)用中使 用的馬達的尺寸以輸送穩(wěn)態(tài)功率壓球。這要求電流控制隨著可用于控制系統(tǒng)的瞬態(tài)電壓在 PMSM操作的峰值功率點附近變小而以穩(wěn)定且可預(yù)測的方式操作。因此，應(yīng)將控制系統(tǒng)配置 成在要求相對小的馬達電壓命令瞬態(tài)效應(yīng)的同時根據(jù)期望操作。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005] 在本發(fā)明的一個實施例中，提供了一種用于控制從輸入電壓命令生成輸出電流的 電馬達的系統(tǒng)，所述輸入電壓命令包括第一電壓命令和第二電壓命令的和。所述系統(tǒng)包括 第一模塊，所述第一模塊被配置成從所述馬達接收所述輸出電流作為反饋以及基于所述反 饋確定第一組增益因數(shù)以生成所述第一電壓命令，使得所述輸入電壓命令導(dǎo)致所述馬達生 成所述輸出電流，所述馬達的一組操作參數(shù)的變化的影響減少。所述系統(tǒng)還包括第二模塊， 所述第二模塊被配置成接收所述反饋與被加以命令的電流之間的差以及基于所述差來確 定第二組增益因數(shù)以生成所述第二電壓命令，使得所述輸入電壓命令導(dǎo)致所述馬達生成所 述輸出電流作為第一、二或更高階響應(yīng)。
[0006] 在本發(fā)明的另一實施例中，提供了一種控制從輸入電壓命令生成輸出電流的電馬 達的方法，所述輸入電壓命令包括第一電壓命令和第二電壓命令的和。所述方法包括從所 述馬達接收所述輸出電流作為反饋以及基于所述反饋確定第一組增益因數(shù)以生成所述第 一電壓命令，使得所述輸入電壓命令導(dǎo)致所述馬達生成所述輸出電流，所述馬達的一組操 作參數(shù)的變化的影響減少。所述方法確定所述反饋與期望電流之間的差以及基于所述差來 確定第二組增益因數(shù)以生成所述第二電壓命令，使得所述輸入電壓命令導(dǎo)致所述馬達生成 所述輸出電流作為第一、二或更高階響應(yīng)。
[0007] 根據(jù)結(jié)合附圖進行的以下描述，這些及其他優(yōu)點和特征將變得更加顯而易見。
【附圖說明】
[0008] 在本說明書所附的權(quán)利要求中特別地指出并明確地要求保護被視為本發(fā)明的主 題。根據(jù)結(jié)合附圖進行的以下詳細(xì)描述，本發(fā)明的前述及其他特征和優(yōu)點是清楚的，在所述 附圖中： 圖1是根據(jù)示例性實施例的馬達控制系統(tǒng)的示例性示意圖； 圖2是根據(jù)示例性實施例的馬達的相量圖； 圖3是根據(jù)示例性實施例的控制模塊的示例性框圖； 圖4是根據(jù)示例性實施例的控制模塊的示例性框圖； 圖5是根據(jù)示例性實施例的控制模塊的示例性框圖； 圖6是根據(jù)示例性實施例的控制模塊的示例性框圖； 圖7是根據(jù)示例性實施例的控制模塊的示例性框圖； 圖8是根據(jù)示例性實施例的控制模塊的示例性框圖； 圖9是根據(jù)示例性實施例的控制模塊的示例性框圖； 圖10是根據(jù)示例性實施例的控制模塊的示例性框圖；以及 圖11是根據(jù)示例性實施例的控制模塊的示例性框圖；以及 圖12圖示出根據(jù)示例性實施例的用于控制電馬達的控制方法的流程圖。
【具體實施方式】
[0009] 現(xiàn)在參考附圖，其中將參考特定實施例來描述本發(fā)明，在不對其進行限制的情況 下，圖1圖示出根據(jù)本發(fā)明的一個方面的馬達控制系統(tǒng)10。在如所示的示例性實施例中， 馬達控制系統(tǒng)10包括馬達20、逆變器22、源電壓24以及控制模塊30 (也稱為控制器)。電 壓源24向馬達20供應(yīng)源電壓匕。在某些實施例中，電壓源24是12伏電池。然而，應(yīng)理 解的是也可使用其它類型的電壓源。逆變器22通過標(biāo)記為M'、'皮和的多個連接32 (例如，三個連接器）被連接到馬達20。在某些實施例中，馬達20是多相、永磁體同步馬達 (PMSM)。在本示例中，馬達20是三相PMSM。控制模塊30通過逆變器22被連接到馬達20。 控制模塊30從系統(tǒng)34接收馬達力矩命令Taw,諸如駕駛控制系統(tǒng)。控制模塊30包括用于 通過逆變器22向馬達20發(fā)送馬達電壓命令晰]控制邏輯。
[0010] 現(xiàn)在參考圖1和2,操作馬達20,使得馬達電壓命令晰]相位相對于馬達20的逐 漸產(chǎn)生的反電動勢（BEMF)電壓屈勺相位移位。在圖2中示出了馬達20的相量圖，并且其圖 示出具有為匕的量值的馬達電壓命令矢量K BEMF電壓矢量方具有作為BEMF電壓&的量 值。第一電壓矢量肉BEMF電壓矢量&間對角并將其稱為相位提前角5。將定子相電 流稱為/，將象限軸（q軸）中的定子相電流稱為Λ，將直軸（d軸）中的定子相電流稱為心， 將各d軸中的定子相電抗稱為尤，將q軸中的定子相電抗稱為；，并且將相位J中的定子相 電阻稱為尺。
[0011] 在某些實施例中，使用編碼器36 (在圖1中示出）來測量馬達20的轉(zhuǎn)子的角位置 0 (即，轉(zhuǎn)子的機械位置)。將馬達20的角位置〃轉(zhuǎn)換成電位置〃衛(wèi)然后用來確定輸入 相電壓L 匕其中，輸入相電壓匕與連接對目對應(yīng)，輸入相電壓匕與連接辨目對應(yīng)， 并且輸入相電壓K與連接味目對應(yīng)?？刂颇K30包括用于用以下等式來計算輸入相電壓 ^匕和C的控制邏輯： F3= Vmsin{ θ + δ) (等式 1) 匕sin(^+J+120。）（等式 2) C=匕sin(0e+J+24O。）（等式 3) 其中，等式1一3中的（是從轉(zhuǎn)子的機械角或位置〃轉(zhuǎn)換的轉(zhuǎn)子電位置。馬達20可 在順時針以及逆時針方向上旋轉(zhuǎn)，并且還可在操作期間在順時針和逆時針兩個方向上產(chǎn)生 力矩。
[0012] 圖3是根據(jù)本發(fā)明的某些實施例的控制模塊30的示例性框圖。如所示，控制模 塊30包括多個子模塊一BEMF補償模塊302、積分模塊308、補償模塊306和310、修改模塊 320、減法模型304以及加法模塊312 - 316。圖3還圖示出馬達20。為了圖示和描述的簡 單起見，在圖3中未描述控制模塊30與馬達20之間的逆變器22。
[0013] 馬達20是正在由控制模塊30控制的設(shè)備。也就是說，馬達20接收電壓命令^ 并生成力矩（即，吸取或輸出電流4其為如上文參考圖1和2所述的實際馬達電流)。馬達 20連同控制模塊30 -起構(gòu)成具有某個頻率響應(yīng)特性的閉環(huán)系統(tǒng)。如可以認(rèn)識到的，閉環(huán)系 統(tǒng)的頻率響應(yīng)取決于一組模型等式，其定義將