使用从电流极限获得的转矩命令极限控制电机的制作方法

2025-05-24 17:00:02 342次浏览

使用从电流极限获得的转矩命令极限控制电机的制作方法
【专利摘要】至少一个示例性实施例公开了一种控制交流电机的方法。该方法包括确定或获取用于交流电机的电流极限(S505)，基于交流电机的电压?速度比率确定特征电流峰值(S510)，基于用于交流电机的转矩命令和转矩命令极限中的至少一个确定用于交流电机的电流命令值(S520)，基于转矩命令极限确定用于交流电机的电流命令值(S520)，并且基于电流命令值控制交流电机(S525)。
【专利说明】
使用从电流极限获得的转矩命令极限控制电机
技术领域
[0001]示例性实施例涉及电动驱动装置系统和/或用于控制诸如内置式永磁（IPM)马达或电机的电动驱动装置的方法。
【背景技术】
[0002] 因为交流(ac)电机（例如，IPM电机）提供比直流(dc)电机更高的效率，所以交流 (ac)电机广泛用于装载机、联合收割机或其它重型设备机械车辆电动驱动器。在交流电机中，内置式永磁(IPM)电机具有较高的驱动效率和更宽的恒定功率操作范围。内置式永磁电机控制器也称为控制内置式永磁电机的操作的逆变器。该控制器生成施加至内置式永磁电机的端子的交流控制信号。
[0003] 在内置式永磁电机中，可以启动电流极限特性，如停转电流极限和峰值功率。例如，峰值功率特性能使逆变器供应过载电流用于电机。当电流命令大于电机的连续额定值时，过载电流出现。
[0004] 如果启用峰值功率特性，则在过载过程中，逆变器监控和保护逆变器。保护逆变器的失效可能导致损坏逆变器部件，如电流传感器、直流总线、电容器和母线。过载状态极限是与允许过载电流的时间量一起被限定的。重复的过载状态被允许的频率也可以被限定。一旦逆变器在一持续时间中提供过载电流，则可以在循环的其余部分限制逆变器电流。

【发明内容】

[0005] -些实施例涉及用于通过估算实际逆变器或电机端子电压和转矩以控制交流电机的方法和设备，交流电机例如为内置式永磁电机。
[0006] 至少一个示例性实施例公开了一种控制交流(ac)电机的方法。该方法包括确定或获取用于交流电机的电流极限，基于交流电机的电压-速度比率确定特征电流峰值，基于特征电流峰值和电流极限确定转矩命令极限，基于用于交流电机的转矩命令和转矩命令极限中的至少一个确定用于交流电机的电流命令值，以及基于电流命令值控制交流电机。
【附图说明】
[0007] 将根据与附图结合的下文的详细描述更清楚地理解示例性实施例。图1-5表示如本文中所述的非限制性示例性实施例。
[0008] 图1图示了图1A-1B的方框图；
[0009] 图1A-1B是根据示例性实施例的用于控制电动马达的系统的方框图；
[0010] 图2是根据示例性实施例的与图1A-1B-致的电子数据处理系统的方框图；
[0011] 图3图示了用于逆变器的与连续额定电流和最大电流有关的输出电流；
[0012] 图個示了 d-q轴电流生成管理器的示例性实施例;并且
[0013] 图5图示了根据示例性实施例的控制交流(ac)电机的方法。
【具体实施方式】
[0014] 现在将更充分地参照图示一些示例性实施例的附图以描述多个示例性实施例。
[0015] 因此，尽管能够对示例性实施例进行各种修改并且形成可替换形式，但是附图通过示例的方法示出所述实施例并且本文将详细描述所述实施例。然而，应该理解，目的不是将示例性实施例限制到所公开的具体形式，而是相反，示例性实施例将覆盖落入权利要求的范围内的所有的修改例、等同例和供选例。在对附图的所有描述中，相同的数字指示相同的元件。
[0016] 将理解，虽然在本文中术语第一、第二等可以用于描述各种元件，但是这些术语不应该限制这些元件。这些术语仅用于区别一个元件与另一元件。例如，第一元件可以被称为第二元件，并且，类似地，第二元件可以被称为第一元件，这没有脱离示例性实施例的范围。如本文所用，术语"和/或"包括一个或多个相关联的列出项目的任意结合和所有结合。
[0017] 将理解，当元件被称为"连接"或"耦接"到另一元件时，其可以直接连接或耦接到可以存在的另一元件或插入元件。相反，当元件被称为"直接连接"或"直接耦接"到另一元件时，其中不存在插入元件。应该以相同方式理解用于描述元件之间的关系的其它措辞(例如，"在…之间"与"直接在…之间"，"邻近"与"直接邻近"等。）。
[0018] 本文中使用的术语仅为了描述具体的实施例并且目的不是限制示例性实施例。如本文所用，单数形式"a"、"an"和"the"旨在同样包括复数形式，除非上下文以其他方式明确表示。将进一步理解，当在本文中使用术语"包括"、"具有"、"包含"和/或"含有"时，指出存在规定的部件、整数、步骤、操作、元件和/或构件，但是不排除存在或增加一个或多个其它的部件、整数、步骤、操作、元件、构件和/或其组群。
[0019] 还应该注意，在一些替换实施方式中，所说明的功能/作用可以不按照图中图示的次序出现。例如，实际上可以大致同时执行或有时可以以相反次序执行连续示出的两个图，这取决于涉及的功能/作用。
[0020] 除非另有规定，否则本文中使用的所有术语(包括技术术语和科学术语)具有的意义与示例性实施例所属的技术领域中的人员通常理解的意义相同。将进一步理解，例如限定在通常使用的字典中的那些术语应该理解成具有的意义与其在相关技术的内容中的意义一致，而不应理解成理想化的意义或过度正式的意义，除非本文中明确地如此限定。
[0021] 示例性实施例和对应的详细描述的部分明确地呈现被具体地程控以执行软件的处理器，或关于计算机存储器中数据位的操作的算法和符号表示。这些描述和表示是本领域的技术人员向本领域的其他技术人员有效表达其工作的实质的方式。算法，作为本文使用的术语，并且如其被通常使用的那样，被认为是通向结果的一序列有条理的步骤。该步骤对物理量进行要求的物理操纵。通常，虽然不一定，这些物理量采取能够被存储、传送、组合、比较、和以其他方式操纵的光信号、电信号、或磁信号的形式。主要由于普遍使用的原因，有时方便地将这些信号称为位、值、要素、符号、字符、术语、数字等。
[0022] 在以下描述中，将参照可以执行为实现具体任务或采用具体的抽象数据类型的、包括例行程序、程序、目标、成分、数据结构等的程序模块或功能性过程并且可以使用现有的硬件执行的操作的作用和符号表示(例如，成流程图的形式)来描述说明性实施例。该现有硬件可以包括一个或多个中央处理器(CPU)、数字信号处理器(DSP)、专用集成电路、现场可编程门阵列(FPGA)计算机等。
[0023] 然而，应该明白，所有的这些术语和类似的术语将与适当的物理量相关并且仅是应用于这些物理量的方便的符号。除非以其他方式具体地规定，或如从讨论所显而易见的，诸如"处理"或"计算"或"运算"或"确定"或"显示"等术语指操作被表示为计算机系统的寄存器和存储器中的物理电子量的数据并且将其转换成类似地表示为计算机系统存储器或寄存器或其它的这种信息存储、传送或显示装置中的物理量的其它数据的计算机系统或类似的电子计算装置的作用和过程。
[0024] 还注意到执行示例性实施例的方面的软件通常被编码在一些形式的实体(或记录)存储介质上或通过一些类型的传送介质来执行。有形存储介质可以是磁介质（例如，软盘或硬盘)或光介质（例如，光盘只读存贮器，或"CD R0M"），并且可以只读或随机存取。
[0025] 至少一个示例性实施例公开了一种控制交流(ac)电机的方法。该方法包括确定或获取用于交流电机的电流极限，基于交流电机的电压-速度比率确定特征电流峰值，基于特征电流峰值和电流极限确定转矩命令极限，基于用于交流电机的转矩命令和转矩命令极限中的至少一个确定用于交流电机的电流命令值，并且基于电流命令值控制交流电机。
[0026] 在示例性实施例中，该方法进一步地包括获得用于交流电机的转矩命令，基于转矩命令确定转矩命令百分比，并且确定转矩命令百分比的与转矩命令极限一致的最小值，电流命令值基于所述最小值。
[0027] 在示例性实施例中，该方法进一步地包括基于电流极限和特征电流峰值确定电流幅值百分比，其中对转矩命令极限的确定基于电流幅值百分比。
[0028] 在示例性实施例中，确定或获取转矩命令极限包括确定交流电机的操作模式，该操作模式是制动模式和运转模式中的一种，并且选择与操作模式相关联的转矩命令极限表格，转矩命令极限表格包括分别地与电压-速度比率和电流幅值百分比对应的转矩命令极限值，转矩命令极限表格包括所确定的转矩命令极限。
[0029] 在示例性实施例中，确定或获取转矩命令极限包括，通过限制所确定的转矩命令极限和之前的转矩命令极限之间的变化率，生成最终转矩命令极限，电流命令值基于最终转矩命令极限。
[0030] 在示例性实施例中，电流命令值是直轴值和正交轴值。
[0031] 在示例性实施例中，确定电流命令值进一步包括基于交流电机的电压-速度比率和操作模式确定电流命令值。
[0032] 在示例性实施例中，转矩命令极限是百分比。
[0033]在示例性实施例中，电流命令值是直轴值和正交轴值。
[0034] 至少一个示例性实施例公开了一种包括处理器的系统，所述处理器被配置成确定或获取用于交流电机的电流极限，基于交流电机的电压-速度比率确定特征电流峰值，基于特征电流峰值和电流极限确定转矩命令极限，基于用于交流电机的转矩命令和转矩命令极限中的至少一个确定用于交流电机的电流命令值。
[0035] 在示例性实施例中，处理器被配置成获得用于交流电机的转矩命令，基于转矩命令确定转矩命令百分比，并且确定转矩命令百分比的与转矩命令极限一致的最小值，电流命令值基于所述最小值。
[0036] 在示例性实施例中，处理器被配置成基于电流极限和特征电流峰值确定电流幅值百分比，其中对转矩命令极限的确定基于电流幅值百分比。
[0037] 在示例性实施例中，处理器被配置成确定交流电机的操作模式，该操作模式是制动模式和运转模式中的一种，并且选择与操作模式相关联的转矩命令极限表格，转矩命令极限表格包括分别地与电压-速度比率和电流幅值百分比对应的转矩命令极限值，转矩命令极限表格包括所确定的转矩命令极限。
[0038] 在示例性实施例中，处理器被配置成，通过限制所确定的转矩命令极限和之前的转矩命令极限之间的变化率，生成最终转矩命令极限，电流命令值基于最终转矩命令极限。 [0039]在示例性实施例中，电流命令值是直轴值和正交轴值。
[0040]在示例性实施例中，处理器被配置成进一步基于交流电机的电压-速度比率和操作模式确定电流命令值。
[0041 ]在示例性实施例中，转矩命令极限是百分比。
[0042]在示例性实施例中，电流命令值是直轴值和正交轴值。
[0043] 根据示例性实施例，图1A-1B图示了用于控制电机的驱动系统100,如电动马达。电动马达可以是诸如马达117的马达(例如，内置式永磁（IPM)马达)或另一交流电机。马达117 具有直流总线额定电压(例如，320伏特）。额定电压是指定电压。例如，马达117的额定电压可以是320伏特，但是马达可以在高于或低于320伏特的电压下操作。在示例性实施例中，除马达117外，该系统可以称为逆变器或马达控制器。用于控制马达117的系统还可以称为电机系统。
[0044] 应该理解，驱动系统100可以包括图1A未图示的额外特性。图1A-1B示出的特性被图示以方便描述驱动系统1〇〇,并且应该理解驱动系统1〇〇应该不受限于图1A-1B示出的特性。
[0045] 系统100包括电子模块、软件模块或二者。在示例性实施例中，驱动系统100包括电子数据处理系统120,以支持一个或多个软件模块的软件指令的存储、处理或执行。电子数据处理系统120由图1A-1B中的虚线指示，并且更详细地示出在图2中。电子数据处理系统 120还可以称为用于马达117的控制器和/或处理器。数据处理系统120被配置成确定用于交流电机的电流极限，基于交流电机的电压-速度比率确定特征电流峰值，基于特征电流峰值和电流极限确定转矩命令极限，以及基于转矩命令极限确定用于交流电机的电流命令值。 [0046] 数据处理系统120连接到逆变器电路188。逆变器电路188可以是三相逆变器。逆变器电路188包括半导体驱动电路，半导体驱动电路驱动或控制开关半导体(例如，绝缘栅双极型晶体管（IGBT)或其它功率晶体管）以输出用于马达117的控制信号。逆变器电路188又连接到马达117。
[0047]在示例性实施例中，转矩命令生成模块105连接到转矩补偿模块，转矩补偿模块连接到d_q轴电流生成管理器109(例如，d_q轴电流生成查表）。旋转坐标系中的d_q轴电流表示在矢量受控式交流电机的情况下适用的直轴电流和正交轴电流，矢量受控式交流电机例如为马达117。
[0048] d_q轴电流生成管理器109的输出（d_q轴电流命令iq_cmd和id_?d)和电流调节模块 107 (例如，d-q轴电流调节模块107)的输出被馈送到加法器119。加法器119的一个或多个输出（例如，直轴电流数据（id*)和正交轴电流数据（i q*))被提供或连接到电流调整控制器 111。尽管术语电流命令被使用，但是应该理解电流命令涉及目标电流值。
[0049] 电流调整控制器111能够与脉宽调制(PWM)生成模块112 (例如，空间矢量脉宽调制生成模块)通信。电流调整控制器111接收相应的最终d_q轴电流命令(例如，id*和iq*)和实际d_q轴电流(例如，id和iq)，并且输出对应的d_q轴电压命令(例如，Vd*和V q*命令），以用于输入到脉宽调制生成模块112。
[0050] 在示例性实施例中，脉宽调制生成模块112提供脉冲命令以用于控制逆变器电路 188。脉宽调制生成模块112的输出端连接到逆变器电路188。逆变器电路188的输出级（例如，输出目前的相电压VAN、VBN和VCN)提供脉宽调制电压波形或其它电压信号以用于控制马达117。电压VAN、VBN和VCN可以称为例如相电压、电流控制阶跃电压或目前的控制阶跃电压。在示例性实施例中，逆变器电路188由直流(dc)电压总线供电。
[0051] 逆变器电路188包括半导体驱动电路，半导体驱动电路驱动或控制开关半导体(例如，绝缘栅双极型晶体管（IGBT)或其它功率晶体管)输出用于马达117的控制信号。逆变器电路188又连接到马达117。马达117与传感器115(例如，位置传感器、变压器或编码位置传感器)相关联，传感器115与马达轴126或转子相关联。传感器115和马达117连接到数据处理系统120以提供例如反馈数据(例如，电流反馈数据，如相电流值ia、ib和ic)、原始位置信号、以及其它可能的反馈数据或信号。其它可能的反馈数据包括，但是不受限于，绕组温度读数、逆变器电路188的半导体温度读数、三相电压数据、或用于马达117的其它热信息或性能信息。
[0052] 马达117与传感器115(例如，变压器、编码器、速度传感器或另一位置传感器或速度传感器)相关联，所述传感器115估算马达轴126的角位置、马达轴126的速度或速率和马达轴126的转动方向中的至少一个。传感器115可以安装在马达轴126上或与马达轴126成为一体。传感器115的输出端能够与主处理模块114(例如，位置和速度处理模块)通信。在示例性实施例中，传感器115可以连接到模数转换器(未示出），模数转换器分别地将模拟原始坐标或速度数据转换成数字原始位置或速度数据。在其它的示例性实施例中，传感器115(例如，数字式位置编码器)可以提供用于马达轴126或转子的原始坐标或速度数据的数字式数据输出。
[0053]主处理模块114的第一输出（例如，用于马达117的位置数据Θ)被传送到换相器113 (例如，三相至两相电流派克变换模块），换相器113将测量电流的相应三相数字表示转换成测量电流的对应两相数字表示。主处理模块114的第二输出（例如，用于马达117的速度数据 SD)被传送到计算模块110(例如，电压-速度比率模块）。
[0054]感测电路124的输入端连接到马达117的端子，以用于至少感测测量的三相电流和直流(dc)总线的电压电平(例如，可以向逆变器电路188提供直流功率的高压直流总线）。感测电路124的输出端连接到模数转换器122,以用于数字化感测电路124的输出。模数转换器 122的数字输出又连接到次级处理模块116 (例如，直流总线电压和三相电流处理模块）。例如，感测电路124与马达117相关联以用于测量三相电流(例如，施加至马达117的绕组的电流、在绕组中引起的反向EMF(电动势)或二者）。
[0055]主处理模块114和次级处理模块116的某些输出供给至换相器113。例如，换相器 113可以应用派克变换或其它的换算公式(例如，本领域的技术人员已知的适当的某些换算公式）以基于来自次级处理模块116的数字三相电流数据ia、ib和ic和来自传感器115的位置数据Θ，将电流的测量三相表示转换成电流的两相表示。换相器113模块的输出（id、iq)连接到电流调整控制器111。
[0056] 主处理模块114和次级处理模块116的其它输出端可以连接到计算模块110 (例如，电压-速度比率计算模块)的输入端。例如，主处理模块114可以提供速度数据SD(例如，以转数每分钟为单位的马达轴126的转速），而次级处理模块116可以提供马达117的运行直流总线电压Vdc的被测量(检测）电平。因为各种因素，包括但是不受限于，环境温度、电池状况、电池充电状态、电池电阻或电抗、燃料电池状态（如果合适）、马达载荷状况、相应的马达转矩和对应的运行速度、和车辆电力载荷(例如，电驱动空调压缩机），为逆变器电路188提供电能的直流总线上的直流电压电平可以波动或改变。计算模块110作为媒介连接在次级处理模块116和d-q轴电流生成管理器109之间。此外，计算模块110的输出可以调节或影响由 d_q轴电流生成管理器109生成的电流命令iq_?d和id_?d，以补偿直流总线电压的波动或变化。
[0057] 基于速度数据和直流总线电压，计算模块110生成基准转矩值。基准转矩值分别地与具有直流总线额定电压电平的不连续的速度点相关联。换句话说，计算模块110可以是根据马达特征化程序建立的二维基准转矩LUT。在IPM马达特征化程序期间，每个转子轴速度都具有在该速度下被限定为基准转矩的最大输出转矩。因而，如果直流总线位于额定电压下，则基准转矩还可以称为峰值转矩。基准转矩是针对电压和速度组合的可实现的最大转矩值。在2011年2月28日提交的13/036，286号美国申请中描述了IPM马达特征化的示例，所述申请的全部内容通过引用而被纳入本文。
[0058]转子磁体温度估算模块104、电流修整模块106和端子电压反馈模块108连接到d-q 轴电流调节模块107,或能够与d-q轴电流调节模块107通信。d-q轴电流调节模块又可以与 d-q轴电流生成管理器或所述加法器119通信。
[0059] 转子磁体温度估算模块104估算或确定转子永磁体或磁体的温度。在示例性实施例中，转子磁体温度估算模块104可以根据定位在定子上、与定子热连通或固定至马达117 的壳体的一个或多个传感器估算转子磁体的温度。
[0060] 在另一示例性实施例中，转子磁体温度估算模块104可以被安装在转子或磁体上的温度检测器(例如，电热调节器和类似红外线热传感器的无线发射器)替代，其中该检测器提供指示磁体或多个磁体的温度的信号(例如，无线信号）。
[0061 ]在示例性实施例中，所述系统可以按照以下方式操作。转矩命令生成模块105通过车辆数据总线118接收输入控制数据信息，如速度控制数据信息、电压控制数据信息或转矩控制数据信息。转矩命令生成模块105将所接收的输入控制信息转换成原始转矩控制命令数据Tcmd。
[0062] d-q轴电流生成管理器109选择或确定与相应的最终转矩控制命令数据T?d、基准转矩命令数据Bas e_Torq和电压-速度比率相关联的直轴电流命令和正交轴电流命令。 [0063] 例如，d-q轴电流生成管理器109通过防问以下各项中的一个或多个而选择或确定直轴电流命令和正交轴电流命令：（1)查找表、数据库或将相应的转矩命令与对应的直轴电流和正交轴电流关联的其它数据结构，（2)将相应的转矩命令与对应的直轴电流和正交轴电流关联的一组二次方程或一次方程，或(3)将相应的转矩命令与对应的直轴电流和正交轴电流关联的一组规则（例如，"如果-则"规则）。马达117上的传感器115便于提供马达轴 126的被检测速度数据SD，其中主处理模块114可以将传感器115所提供的原始坐标转换成速度数据SD。
[0064] 基于来自转子磁体温度估算模块104、电流修整模块106和端子电压反馈模块108 的输入数据，电流调节模块1〇7(例如，d-q轴电流调节模块)提供电流调节数据以调节直轴电流命令id_?d和正交轴电流命令iq_cmd。
[0065] 例如，基于以下因素中的一个或多个，电流修整模块106可以确定正交轴(q轴）电流命令和直轴(d轴）电流命令的校正或预调节:马达117上的转矩载荷和马达117的速度。例如基于转子温度的估算改变，转子磁体温度估算模块104可以生成正交轴电流命令和直轴电流命令的二次调节。基于控制器电压命令与电压极限的相对关系，端子电压反馈模块108 可以向直轴电流和正交轴电流提供三次调节。电流调节模块107可以提供考虑到以下调节中的一个或多个的总电流调节:预调节、二次调节、和三次调节。
[0066] 在示例性实施例中，马达117可以包括内置式永磁(IPM)电机或同步内置式永磁电机（IPMSM)。
[0067] 传感器115 (例如，轴或转子速度检测器)可以包括以下各项中的一个或多个:直流马达、光学编码器、磁场传感器(例如，霍耳效应传感器）、磁阻传感器、和变压器(例如，无刷旋转变压器）。在一个构造中，传感器115包括位置传感器，其中原始坐标和相关联的时间数据被处理以确定马达轴126的转速或速度数据。在另一构造中，传感器115包括用于确定马达轴的位置的速度传感器，或速度传感器和积分器的组合。
[0068] 在还一构造中，传感器115包括辅助紧凑式直流电机，所述辅助紧凑式直流电机机械地连接至马达117的马达轴126，以确定马达轴126的速度或转速，其中直流电机生成与马达轴126的转速成比例的输出电压。在又一构造中，传感器115包括具有光源的光学编码器，光学编码器朝连接到马达轴126的转动物体传输信号，并且在光学检测器处接收反射信号或衍射信号，其中所接收的信号脉冲(例如，方波)的频率可以与马达轴126的速度或转速成比例。在其它的构造中，传感器115包括具有第一绕组和第二绕组的变压器，其中第一绕组被馈送有交流电流，其中在第二绕组中引起的电压随着转子的转动频率而变化。
[0069] 图2是根据示例性实施例的与图1A-1B-致的电子数据处理系统的方框图。在图2 中，电子数据处理系统120包括电子数据处理器264、数据总线262、数据存储装置260、和一个或多个数据端口（ 268、270、272、274和276)。数据处理器264、数据存储装置260和一个或多个数据端口连接到数据总线262,以支持数据处理器264、数据存储装置260和一个或多个数据端口之间的数据通信。
[0070] 在示例性实施例中，数据处理器264可以包括电子数据处理器、微处理器、微控制器、可编程序逻辑阵列、逻辑电路、运算器、专用集成电路、数字信号处理器、比例积分微分控制器或其它数据处理装置。
[0071] 数据存储装置260可以包括任何磁性的、电子的或光学的装置以用于存储数据。例如，数据存储装置260可以包括电子数据存储装置、电子存储器、非挥发性电子随机存储器、一个或多个电子数据寄存器、数据闩锁电路、磁盘驱动器、硬盘驱动器、光盘驱动器等。 [0072]如图2所示，数据端口包括第一数据端口 268、第二数据端口 270、第三数据端口 272、第四数据端口 274和第五数据端口276,但是任何适当数量的数据端口可以被使用。每个数据端口都可以包括例如收发器和缓冲存储器。在示例性实施例中，每个数据端口都可以包括任何串行输入/输出端口或并行输入/输出端口。
[0073]在如图2所示的示例性实施例中，第一数据端口 268连接到车辆数据总线118。车辆数据总线118又连接到控制器266。在一个构造中，第二数据端口270可以连接到逆变器电路 188 ;第三数据端口 272可以连接到传感器115 ;第四数据端口 274可以连接到模数转换器 122;并且第五数据端口 276可以连接到端子电压反馈模块108。模数转换器122连接到感测电路124。
[0074]在数据处理系统120的示例性实施例中，转矩命令生成模块105与电子数据处理系统120的第一数据端口 268相关联或由第一数据端口 268支持。第一数据端口 268可以连接到车辆数据总线118,如控制器区域网络(CAN)数据总线。车辆数据总线118可以经由第一数据端口 268向转矩命令生成模块105提供具有转矩命令的数据总线信息。车辆的操作员可以经由用户接口生成转矩命令，所述用户接口例如为节流阀、踏板、控制器266或其它的控制装置。
[0075] 在一些示例性实施例中，传感器115和主处理模块114可以与数据处理系统120的第三数据端口 272相关联或由第三数据端口 272支持。
[0076]数据处理器264可以被具体地程控以使转子磁体温度估算模块104、转矩命令生成模块105、电流修整模块106、电流调节模块107、端子电压反馈模块108、d-q轴电流生成管理器109、计算模块110、电流调整控制器111、脉宽调制生成模块112、换相器113、主处理模块 114、次级处理模块116、加法器119、ADC 122、感测电路124、电机端子电压估算模块127、转矩估算模块129和转矩补偿模块131运行。
[0077] 图3图示了用于逆变器188的与连续额定电流和最大电流相关的输出电流。如图3 所示，逆变器188具有连续额定电流300和最大电流310。连续额定电流可以基于电机基本频率和马达特征数据以被实现，并且被存储在存储装置260中。例如，可以针对处理系统120实现一查找表，以基于电机基本频率选择连续电流。类似地，可以根据特征数据确定最大电流。
[0078] 峰值功率特性可以具有循环持续时间或循环周期1^。1(3。为在峰值功率特性被启动的同时保护和监控逆变器188，I 2t(定子电流空间矢量(电流幅值)的平方值)乘以处理系统 120的运行速率)算法被执行。在峰值功率（电流过载)状态中，输出电流320在最大电流310 处，并且在设置的一段时间T。胃 lciad内，被累加的I2t值被监控。当达到所设置的一段时间被时，最终的累加 I2t被记录。然后对于峰值功率重复过载循环Tlimite3d的其余部分，逆变器输出电流320被限制成低于连续额定电流，直到累加的I2t值减少返回至零。这允许在限定的短的周期内的电流过载，同时在限定循环中的总rms电流被限制到连续电流。在示例中，Toverlrad可以是一分钟，Tlimited可以是十四分钟，并且Tcycle可以是十五分钟。
[0079]图4图示了 d-q轴电流生成管理器的示例性实施例。d-q轴电流生成管理器被配置成将电流极限转换成转矩百分比极限。可以在所述比率和转矩命令百分比在查找时用来选择适当的电流命令的情况中使用d-q轴电流生成管理器109。由于可以使用相同的电流命令查找表430，所以这将减少DSP内存使用。此外，将从在马达特征化过程中生成的id、iq查找表中选择特征电流命令。
[0080]如图所示，d-q轴电流生成管理器109包括电流极限模块405、比率-峰值电流关系查找表410、除法器415和424、比率和电流幅值百分比与电流限制转矩命令百分比关系查找表420、转换模块422、选择器425和id、iq查找表430a、430b。
[0081 ] 可以从特征化程序生成查找表410、420和430。在IPM特征化程序中，对应于转矩命令百分比和电压-速度比率组合中的每个的电机效率数据是可获得的。类似于d_q轴电流查找表，也可以根据使用比率和转矩命令百分比作为输入的特征化程序生成效率查找表。考虑到效率表和电流查找表具有相同的输入，效率查找表与id和iq查找表并联连接以共用相同的输入。在单独的运转特征化和制动特征化的情况下，具有用于运转模式和制动模式的两个不同的效率查找表。在特征化程序中针对数个不同电机速度，记录最大转矩每安培 (MTPA)和最大转矩每伏特(MTPV)曲线。
[0082]基于所述比率，电流极限模块405生成电流极限ilimit。例如，在马达特征化相中，可以进行一次对电流极限的确定。相应地，电流极限可以是以下设定值，所述设定值被编程到控制器266的数据存储装置260或非易失性电子存储器中，并且然后在特征化之后被获取。在另一示例性实施例中，逆变器188或控制器266具有马达型号和制造商的列表，并且逆变器188在配置相中被程控，以使用来自查找表、数据库、文件或包括马达型号和对应电流极限的其它记录的适当对应电流极限iiiMt。在另一示例性实施例中，利用RFID标签或另一识别器或凭借安装在车辆的底盘或其它部分上的类似RFID标签，即插即用机构可以识别马达的性能(包括电流极限）。
[0083] 基于较宽范围的功能数据块，如峰值功率、过载、或停转电流保护，电流极限模块 405可以生成电流极限i limit。
[0084] 在一个示例性实施例中，电流极限模块405执行图3中描述的I2t算法。
[0085]更具体地，可以通过电流极限模块405根据以下方程计算递增的I2t值。
[0087]其中Icmd是直轴电流命令的平方加上正交轴电流命令的平方之和的量值，I_t是连续额定电流，并且T是I2t模块被执行的速率。
[0088]在过载状态中，I。大于I2_t，产生正递增I2t值。在递增的I2t值变成正的第一时刻时，过载计时器被电流极限模块405激活。在过载周期T_rlciad中，每个正递增的值由电流极限模块405相加以获得累加的I 2t值。用于过载的电流极限保持等于在马达特征化时根据特征峰值转矩所获得的特征峰值电流。当T_rlrad是一分钟时，以下方程被电流极限模块405 使用以获得累加的I 2t值。
[0090] 在Toverloag#束之后，累加的I2t值被电流极限模块405记录。然后，在Tlimited的持续时间中，电流极限模块405激活倒数定时器，并且计算额定值降低的电流极限。额定值降低的电流极限的计算在T limited内将逆变器输出电流限制成低于连续额定电流，并且累加的I2t 值将减小返回至零。
[0091] 在Tlimite3d期间，电流极限模块405将额定值降低的电流极限IdM^d执行为电流极限i limit，如此在Tcr。：^内的总rms电流被限制到连续额定电流。电流极限模块405使用以下方程确定额定值降低的电流极限Idu^d。
[0093] -旦倒数定时器完成，电流极限模块将电流极限ilimit设置返回至连续额定电流。 [0094]当峰值功率特性有效或被启用时，具有三个不同的操作状态。这三个不同状态是分别地可以被识别为状态0、状态1和状态2的非限制性状态、具有递增的I 2t计算值的非限制性状态、和电流受限状态。T_rirad可以对应状态l，Ti imited可以对应状态2,并且初始状态可以描述为状态〇(当I2Tinc_ ntalF为正时）。以下表格图示了基于逆变器188的状态的电流极限 ilimit 〇
[0095] 表格 1
[0096]
[0097]尽管以上描述表示I2t算法，但是应该理解示例性实施例不限于此。
[0098] 如图4所示，d_q轴电流生成管理器109不使用电流极限ilimit来直接地改变提供至逆变器188的电流。因为来自最大转矩每安培(MTPA)和最大转矩每伏特(MTPV)曲线的电流命令可能未被使用，所以使用电流极限iu mit来直接地改变提供至逆变器的电流可能危害马达117的性能。因此，d-q轴电流生成管理器109将电流极限转换成转矩命令极限T_ limit。转矩命令极限T_iimit可以被用作MTPA和MPTV查找表的输入，使得在电流极限调节过程中能够执行。
[0099]返回参照图4,比率-峰值电流关系查找表410基于所述比率生成峰值电流ipeak(第一电流值）。峰值电流ipeak是峰值特征电流值（100 %电流）。比率-峰值电流关系查找表410 包括两个查找表以用于确定峰值电流ipeak。一个查找表与运转操作相关联，并且另一个查找表与制动操作相关联。驱动/制动指示标记可以用于确定是否使用与运转操作相关联的查找表或与制动操作相关联的查找表。
[0100]通过根据与在电压-速度比率点处的100%转矩命令对应的最大d-q轴电流值计算电流幅值，生成用于驱动和制动的比率-峰值电流关系查找表，以构成用于确定ipeak值的 LUT。
[0101]除法器415接收电流极限ilimit和峰值电流ipeak，并且生成电流幅值百分比i perc。除法器如下计算电流幅值百分比iperc:
[0103] 比率和电流幅值百分比与电流限制转矩命令百分比关系查找表420使用电压-速度比率和电流幅值百分比iper。作为输入，并且根据这些输入生成转矩命令极限T_ limit。转矩命令极限T_limit可以是百分比。
[0104] 比率和电流幅值百分比与电流限制转矩命令百分比关系查找表420包括用于转矩命令极限T_limit的两个查找表。一个查找表用于运转操作，并且第二个查找表用于制动操作。比率和电流幅值百分比与电流限制转矩命令百分比关系查找表420中的每个查找表都可以在左栏中具有单个的电流极限百分比阵列，并且在其它栏中具有在多个电压-速度比率下的相关联的转矩百分比极限。驱动/制动指示标记可以用于选择查找表。转矩命令极限 T_limit可以是电流限制转矩命令百分比。
[0105] 可以通过将d-q轴电流命令变换成电流幅值并且除以用于对应的电压-速度比率点的峰值电流ipeak(这产生电流幅值百分比），生成电流限制转矩命令百分比LUTs。可以通过在电流幅值百分比之间进行插值而产生转矩百分比极限查找表。
[0106] 转换模块422可以被包括以限制转矩命令极限T_iimit的变化率。转换模块422的输出生成转换后的转矩命令极限T_ limit_sl_d，如果所述变化率在限制范围中，则转换后的转矩命令极限T_ limit_sleTOd可以是转矩命令极限T_limit。因此，转换模块422可以减少/增加最终转矩命令极限T_i imit_si_d以防止瞬时较大跳变。
[0107] 除法器424被配置成将转矩命令T_cmd的绝对值转换成基准转矩值Base_Torq的转矩命令百分比T_cmd_perc。除法器424向选择器425输出转矩命令百分比T_cmd_perc。
[0108] 选择器425选择转矩命令百分比T_cmd_pct的与最终转矩命令极限T_limit_ slew-致的最小值。在附加峰值功率特性的情况下，具有两个最终转矩命令百分比，和 T_llmlt_sle3w。因此，在每个控制迭代过程中（例如，500ys)，两个最终转矩命令百分比中的仅一个被选择器425选择。选择器425向id、iq查找表430输出的转矩命令百分比T_ cm(Lpct的与最终转矩命令极限T_limit_slew-致最小值。
[0109] 正交轴电流命令（iq)LUT 430a和直轴电流命令（id)LUT 430b被配置成接收选择器425的比率和输出。正交轴电流命令LUT 430a和直轴电流命令LUT 430b分别地存储正交轴电流命令和直轴电流命令，正交轴电流命令和直轴电流命令中的每个都与一对比率和转矩百分比值相关联。可以使用任何已知方法完成正交轴电流命令LUT 430a和直轴电流命令 LUT 430b的建立。
[0110] d-q轴电流表示在矢量受控式交流电机的情况下适用的直轴电流和正交轴电流，矢量受控式交流电机例如为马达117。
[0111] 直轴电流命令LUT 430b被配置成输出直轴电流命令id_?d，直轴电流命令id_?d与转矩命令百分比T_?d_pc；t的与最终转矩命令极限T_ limit_slew-致的最小值以及所述比率相关联。如图1A所示，直轴电流命令i d_?d是电流调节器111的输出。
[0112] 正交轴电流命令LUT 430b被配置成输出正交轴电流命令iq_cmd，正交轴电流命令 iq_?d与转矩命令百分比T_?d_pc；t的与最终转矩命令极限T_iimit_ siew-致的最小值以及所述比率相关联。
[0113] 应该理解，id_?d和iq_?d是用于马达117的定子的电流命令。
[0114] 尽管正交轴电流命令LUT 430a和直轴电流命令LUT 430b被图示和描述为LUTs，但是应该理解正交轴电流命令LUT 430a和直轴电流命令LUT 430b可以被执行为将相应的转矩命令与对应的直轴电流和正交轴电流关联的一组方程，或将相应的转矩命令与对应的直轴电流和正交轴电流关联放入一组规则(例如，"如果-则"规则）。
[0115] 如上所述，基于电压-速度比率和转矩命令极限百分比，d_q轴电流生成管理器109 选择直轴电流命令和正交轴电流命令。
[0116] 如之前所述，在图4中图示的模块/LUTs可以被图1A-1B示出的系统处理器120执行/利用，并且在包括但是不限于可编程逻辑装置的各种硬件上被执行，可编程逻辑装置例如为数字信号处理器或FPGA。例如，处理器264可以被程控以运行所述模块并且利用图4示出的LUT。
[0117] 图5图示了根据示例性实施例的控制交流(ac)电机的方法。图5的方法可以被处理器120并且更具体地被d-q轴电流生成管理器109执行。
[0118] 在S505处，d-q轴电流生成管理器109确定或获取电流极限。例如，在马达特征化相中，可以进行一次对电流极限的确定。相应地，电流极限可以是以下设定值，所述设定值被编程到控制器266的数据存储装置260或非易失性电子存储器中，并且然后在特征化之后被获取。在另一示例性实施例中，逆变器188或控制器266具有马达型号和制造商的列表，并且逆变器188在配置相中被程控，以使用来自查找表、数据库、文件或包括马达型号和对应电流极限的其它记录的适当对应电流极限。在另一示例性实施例中，利用RFID标签或另一识别器或凭借安装在车辆的底盘或其它部分上的类似RFID标签，即插即用机构可以识别马达的性能(包括电流极限）。
[0119] 在S510处，基于交流电机的电压-速度比率，d-q轴电流生成管理器109确定特征电流峰值。例如，基于所述比率，比率-峰值电流关系查找表410生成峰值电流i peak。
[0120] 在S515处，基于特征电流峰值和电流极限，d-q轴电流生成管理器109确定转矩命令极限。例如，基于峰值电流和电流极限，LUT 420可以生成转矩命令极限。转换模块422可以被包括以限制转矩命令极限的变化率。转换模块422的输出生成转换后的转矩命令极限，如果所述变化率在限制范围中，则转换后的转矩命令极限可以是转矩命令极限。
[0121]在S520处，基于用于交流电机的转矩命令极限和转矩命令中的至少一个，d-q轴电流生成管理器109确定用于交流电机的电流命令值。例如，正交轴电流命令（iq)LUT 430a和直轴电流命令(id)LUT 430b被配置成接收选择器425的所述比率和输出。直轴电流命令LUT 430b被配置成输出直轴电流命令id_?d，直轴电流命令id_?d与转矩命令百分比T_cmd_pct的与最终转矩命令极限T_limit_sl ew-致的最小值以及所述比率相关联。
[0122] 在S525处，所确定的电流命令值用来控制马达。
[0123] 示例性实施例如此被描述，明显的将是，可以以许多方式改变示例性实施例。这种改变不被认为违反示例性实施例的精神和范围，并且对于本领域的技术人员明显的所有的这种修改旨在被包括在权利要求的范围内。
【主权项】
1. 一种控制交流(ac)电机的方法，所述方法包括以下步骤：确定或获取用于交流电机的电流极限；基于交流电机的电压-速度比率，确定特征电流峰值；基于特征电流峰值和电流极限，确定转矩命令极限；基于用于交流电机的转矩命令和所述转矩命极限令中的至少一个，确定用于交流电机的电流命令值;以及基于电流命令值控制交流电机。2. 根据权利要求1所述的方法，进一步包括：基于用于交流电机的转矩命令，确定转矩命令百分比；以及确定转矩命令百分比的与转矩命令极限一致的最小值，电流命令值基于所述最小值。3. 根据权利要求1所述的方法，进一步包括：基于电流极限和特征电流峰值确定电流幅值百分比，其中对转矩命令极限的确定基于所述电流幅值百分比。4. 根据权利要求3所述的方法，其中确定或获取转矩命令极限的步骤包括：确定交流电机的操作模式，该操作模式是制动模式和运转模式中的一种；以及选择与操作模式相关联的转矩命令极限表格，转矩命令极限表格包括与电压-速度比率和电流幅值百分比分别对应的转矩命令极限值，转矩命令极限表格包括所确定的转矩命令极限。5. 根据权利要求1所述的方法，其中确定或获取转矩命令极限的步骤包括：通过限制所确定的转矩命令极限和之前的转矩命令极限之间的变化率，生成最终转矩命令极限，电流命令值基于最终转矩命令极限。6. 根据权利要求5所述的方法，其中电流命令值是直轴值和正交轴值。7. 根据权利要求1所述的方法，其中确定电流命令值的步骤还基于交流电机的电压-速度比率和操作模式确定电流命令值。8. 根据权利要求1所述的方法，其中转矩命令极限是百分比。9. 根据权利要求1所述的方法，其中电流命令值是直轴值和正交轴值。10. -种系统，包括：处理器，所述处理器被配置成：确定或获取用于交流电机的电流极限；基于交流电机的电压-速度比率，确定特征电流峰值；基于特征电流峰值和电流极限，确定转矩命令极限；以及基于用于交流电机的转矩命令和所述转矩命令极限中的至少一个，确定用于交流电机的电流命令值;以及基于电流命令值控制交流电机。11. 根据权利要求10所述的系统，其中所述处理器被配置成：基于用于交流电机的转矩命令，确定转矩命令百分比；以及确定转矩命令百分比的与转矩命令极限一致的最小值，电流命令值基于所述最小值。12. 根据权利要求10所述的系统，其中所述处理器被配置成：基于电流极限和特征电流峰值确定电流幅值百分比，其中对转矩命令极限的确定基于所述电流幅值百分比。13. 根据权利要求12所述的系统，其中所述处理器被配置成：确定交流电机的操作模式，该操作模式是制动模式和运转模式中的一种；以及选择与操作模式相关联的转矩命令极限表格，转矩命令极限表格包括与电压-速度比率和电流幅值百分比分别对应的转矩命令极限值，转矩命令极限表格包括所确定的转矩命令极限。14. 根据权利要求10所述的系统，其中所述处理器被配置成：通过限制所确定的转矩命令极限和之前的转矩命令极限之间的变化率，生成最终转矩命令极限，电流命令值基于最终转矩命令极限。15. 根据权利要求14所述的系统，其中电流命令值是直轴值和正交轴值。16. 根据权利要求10所述的系统，其中处理器被配置成还基于交流电机的电压-速度比率和操作模式确定电流命令值。17. 根据权利要求10所述的系统，其中转矩命令极限是百分比。18. 根据权利要求10所述的系统，其中电流命令值是直轴值和正交轴值。
【文档编号】H02P23/00GK106031017SQ201580009237
【公开日】2016年10月12日
【申请日】2015年2月11日
【发明人】惠特尼·M·玛劳尔, 吴隆, 安东尼·韦伯
【申请人】迪尔公司

文档序号 : 【 10654754 】

技术研发人员：惠特尼·M·玛劳尔,吴隆,安东尼·韦伯
技术所有人：迪尔公司

备注：该技术已申请专利，仅供学习研究，如用于商业用途，请联系技术所有人。
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惠特尼·M·玛劳尔丨吴隆丨安东尼·韦伯丨迪尔公司

电荷输送系统的制作方法电驱动系统的制作方法