專利名稱：用于改善旋轉(zhuǎn)機械控制的裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及用于驅(qū)動具有開關(guān)元件的功率轉(zhuǎn)換器的裝置，該裝置在旋轉(zhuǎn)機械終端和DC(直流電流)電源單元之間起 到電連接的作用，從而將旋轉(zhuǎn)機械的實際轉(zhuǎn)矩調(diào)整到需要的轉(zhuǎn)矩。
背景技術(shù)：
上面提及的這種類型的控制裝置被設(shè)計用來傳輸反饋控制電流，從而將旋轉(zhuǎn)機械的實際轉(zhuǎn)矩調(diào)整為需求的轉(zhuǎn)矩。這種傳統(tǒng)的控制裝置工作于PWM(脈沖寬度調(diào)制)控制模式，用于切換作為功率轉(zhuǎn)換器的實例的逆變器的元件。用于三相電機的這種控制裝置工作在PWM控制模式下以計算用于三相電機每相繞組的基本正弦指令電壓；這個指令電壓被要求與流經(jīng)每相繞組的實際電流相匹配，并且從那兒反饋希望的周期指令電流。該控制裝置工作在PWM控制模式下以將每相繞組的正弦指令電壓與三角(或鋸齒)載波比較?；诒容^的結(jié)果，該控制裝置運行在PWM模式下并基于比較結(jié)果，單獨地接通或斷開逆變器的每個橋接的切換元件。這將輸入到逆變器的輸入DC電壓調(diào)整為AC(交流電流)電壓以被應(yīng)用于旋轉(zhuǎn)機械的每相繞組。用控制裝置調(diào)整導(dǎo)通和斷開的持續(xù)時間，也就是每個橋接切換元件的占空(占空比)使得施加至每相繞組的AC電壓與所述指令電壓相一致。這使得流過每相繞組的實際電流與希望的周期指令電流相一致。流過每相繞組的實際電流產(chǎn)生一個相應(yīng)于每相繞組的希望指令電流的轉(zhuǎn)矩。用于三相電機的PWM控制模式需要在三相電機的更高速度范圍內(nèi)增大指令電壓。橋接逆變器限制了指令電壓的幅值上限基本上為逆變器的輸入DC電壓的一半。這是因為基本上逆變器的輸入DC電壓的一半被施加給了每相繞組。因此，當(dāng)指令電壓的幅值增大到大于逆變器輸入DC電壓的一半時，逆變器的實際輸出電壓將與指令電壓不一致。因此，在三相電機的更高速度范圍內(nèi)，已經(jīng)采用單脈沖控制模式來代替PWM控制模式。在三相電機的更高速度范圍內(nèi)使控制裝置運行在單脈沖控制模式下，以單獨地接通或斷開逆變器的每個切換元件，從而使得每個切換元件的導(dǎo)通和斷開周期基本上與周期指令電流的周期相一致；這個周期等于一個2 31弧度的電角度。在三相電機的更高速度范圍內(nèi)工作于單脈沖控制模式的所述控制裝置的電壓利用系數(shù)比在更高速度范圍內(nèi)工作于PWM控制模式時所獲得的電壓利用系數(shù)大。所述電壓利用系數(shù)是逆變器輸出電壓與逆變器輸入DC電壓幅值的比率。然而，單脈沖控制模式從PWM控制模式下的指令電壓幅值達到逆變器輸入DC電壓一半時所獲得的電壓利用系數(shù)突然地，也就是間斷地增大電壓利用系數(shù)。用于將逆變器控制連續(xù)地從PWM控制模式轉(zhuǎn)換到單脈沖控制模式的另外的控制方法在日本專利申請公開NO. H09-047100中被披露。在該專利申請中公開的方法被設(shè)計成，當(dāng)PWM控制模式下的指令電壓幅值達到逆變器輸入DC電壓的一半時，采用儲存在ROM中的周期重復(fù)脈沖圖形和在d-q坐標(biāo)系下指令電壓的矢量相位。d-q坐標(biāo)系的d軸與三相電機的轉(zhuǎn)子N極中心成一條直線，并且其中q軸在三相電機旋轉(zhuǎn)期間具有領(lǐng)先于相應(yīng)的d軸/2弧度電角度的相位。該方法還 設(shè)計成依照周期重復(fù)脈沖圖形接通或斷開每個橋接切換元件。這使得PWM控制模式時的指令電壓幅值基本上達到逆變器輸入DC電壓一半時所獲得的電壓利用系數(shù)連續(xù)地轉(zhuǎn)換到采用單脈沖控制模式時所獲得的電壓利用系數(shù)成為可倉泛。

發(fā)明內(nèi)容
本申請的發(fā)明者發(fā)現(xiàn)指令電壓提前超過逆變器輸入DC電壓一半時可能由于較高的奇次諧波引起流過每相繞組的實際電流波形的變形，導(dǎo)致降低電流反饋控制的特性。這意味著為了保持所述電流反饋控制的高性能，可能無法適當(dāng)確定d-q坐標(biāo)系中的指令電壓矢量。由于這個原因，在所述專利公開中披露的采用d-q坐標(biāo)系中指令電壓向量相位的方法可能難于在逆變器的控制被從PWM控制模式轉(zhuǎn)換到單脈沖控制模式時，將電流反饋控制特性保持在高水平?？紤]到背景技術(shù)，本發(fā)明的至少一個方面的目標(biāo)在于提供裝置，用于驅(qū)動具有切換元件的功率轉(zhuǎn)換器，并且該裝置在旋轉(zhuǎn)機械終端和DC電源單元之間建立電連接，從而控制旋轉(zhuǎn)機械以使得旋轉(zhuǎn)機械的實際轉(zhuǎn)矩被調(diào)整到需要的轉(zhuǎn)矩。這些裝置具有改善的結(jié)構(gòu)，即使在要求較高的電壓利用系數(shù)時也能夠維持高水平的旋轉(zhuǎn)機械控制特性。根據(jù)本發(fā)明的一個方面，提供一種裝置，用于驅(qū)動功率轉(zhuǎn)換器的切換元件以從供電電源的DC (直流電流)電壓產(chǎn)生一功率轉(zhuǎn)換器的可變輸出電壓。該輸出電壓被施加到旋轉(zhuǎn)機械并且在旋轉(zhuǎn)機械中產(chǎn)生轉(zhuǎn)矩。產(chǎn)生的轉(zhuǎn)矩使得旋轉(zhuǎn)機械的轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)。該裝置包括標(biāo)準(zhǔn)確定裝置標(biāo)準(zhǔn)設(shè)定裝置，其基于旋轉(zhuǎn)機械所需要的轉(zhuǎn)矩和轉(zhuǎn)子的旋轉(zhuǎn)速度在轉(zhuǎn)子中定義的兩相旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系中設(shè)定輸出電壓向量的標(biāo)準(zhǔn)。該裝置包括一相位設(shè)定裝置，其基于產(chǎn)生的轉(zhuǎn)矩與需要的轉(zhuǎn)矩之間的偏量而設(shè)定了兩相旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系中功率轉(zhuǎn)換器的輸出電壓向量的一個相位。該裝置包括一驅(qū)動信號確定器，其基于由相位設(shè)定裝置設(shè)定的相位和由標(biāo)準(zhǔn)確定裝置標(biāo)準(zhǔn)設(shè)定裝置設(shè)定的標(biāo)準(zhǔn)而確定一驅(qū)動信號，并將該驅(qū)動信號施加至所述切換元件以驅(qū)動切換元件，從而將產(chǎn)生的轉(zhuǎn)矩調(diào)整為需要的轉(zhuǎn)矩。根據(jù)本發(fā)明的另一個方面，提供一種控制系統(tǒng)，包括根據(jù)本發(fā)明的一個方面的功率轉(zhuǎn)換器，和根據(jù)本發(fā)明的一個方面的控制裝置。


從下面結(jié)合相應(yīng)附圖的具體實施方式
的描述，本發(fā)明的其它目的和方面將變得顯而易見，其中圖I為根據(jù)本發(fā)明第一實施例的控制系統(tǒng)的電路圖；圖2為示意性地說明根據(jù)第一實施例的控制器的功能模塊，也就是所執(zhí)行的任務(wù)的方框示意圖；圖3為示意性地說明根據(jù)第一實施例的控制器所執(zhí)行的程序的流程圖；圖4A為根據(jù)第一實施例在控制系統(tǒng)運行于連續(xù)功率控制模式時，說明對第一標(biāo)準(zhǔn)的基本約束的概略示意圖；圖4B為根據(jù)第一實施例示意性地說明在d-q坐標(biāo)系中的第一標(biāo)準(zhǔn)的向量圖；圖5為根據(jù)本發(fā)明第一實施例示意性地說明圖2示出的標(biāo)準(zhǔn)計算器的功能結(jié)構(gòu)的方塊圖；圖6A為根據(jù)第一實施例示意性地說明自變量轉(zhuǎn)矩T和因變量《的規(guī)范化范數(shù)(Vnl/co)之間的函數(shù)關(guān)系的曲線示意圖；圖6B為示意性地描述圖6A中函數(shù)圖的示意圖； 圖7為根據(jù)本發(fā)明的第二實施例示意性地說明圖2所示標(biāo)準(zhǔn)計算器的功能結(jié)構(gòu)的方框圖；圖8為根據(jù)本發(fā)明的第三實施例示意性地說明圖2所示標(biāo)準(zhǔn)計算器的功能結(jié)構(gòu)的方框圖；圖9為根據(jù)本發(fā)明的第四實施例示意性地說明圖2所示標(biāo)準(zhǔn)計算器所執(zhí)行程序的流程圖；以及圖10為示意性地說明由根據(jù)本發(fā)明第五實施例的控制器執(zhí)行的限流程序的流程圖。
具體實施例方式以下將參考相應(yīng)的附圖描述本發(fā)明的實施例。在每個實施例中，本發(fā)明，例如被應(yīng)用于安裝在混合車輛的三相電機發(fā)動機的控制系統(tǒng)；該三相電機發(fā)動機是各種類型的多相旋轉(zhuǎn)機械的一個例子。參考附圖，其中相同的附圖標(biāo)記在不同的附圖中指代相同的部分，特別是圖1，有一示例性的安裝在混合車輛上的三相電機發(fā)動機，簡化為“電機發(fā)動機(MG) ”10。在第一實施例中，作為電機發(fā)動機10，采用具有凸極結(jié)構(gòu)的凸極電機。例如，作為電機發(fā)動機10，采用IPMSM (內(nèi)部永磁同步電機)。在圖I中，還解釋了控制系統(tǒng)50?？刂葡到y(tǒng)50安裝有作為功率轉(zhuǎn)換器的逆變器IV，電壓轉(zhuǎn)換器CV，高壓電池12，界面13，控制裝置14，和門驅(qū)動器52、54、56、58、60、62、64、和66。特別地，電機發(fā)動機10和高壓電池12能夠通過逆變器IV和電壓轉(zhuǎn)換器CV建立電連接。例如，電機發(fā)動機10安裝有具有鐵制轉(zhuǎn)子芯的環(huán)形轉(zhuǎn)子。鐵制轉(zhuǎn)子芯是，例如，直接或間接地連接到安裝在混合車輛上的發(fā)動機的機軸上。轉(zhuǎn)子具有凸極結(jié)構(gòu)。特別地，轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)子芯在它的周向部分配置有至少一對永磁體。該至少一對永磁體被嵌入轉(zhuǎn)子芯的外圍，以關(guān)于轉(zhuǎn)子芯的中心軸線對稱等間隔地布置在轉(zhuǎn)子芯的外圍。該至少一對永磁體中的一個具有徑向向外遠離轉(zhuǎn)子芯的中心的北極(N極)。另一個永磁體具有徑向向外遠離轉(zhuǎn)子芯的中心的南極(S極)。
轉(zhuǎn)子具有和N極產(chǎn)生的磁通量的方向一致的直軸(d軸)，換句話說，和轉(zhuǎn)子的N極中心線一致。轉(zhuǎn)子在其旋轉(zhuǎn)過程中還具有交軸(q軸)，其領(lǐng)先于d軸/2弧度電角度的相位。d軸和q軸組成了由電機發(fā)動機10中的轉(zhuǎn)子定義的d-q坐標(biāo)系(兩相的旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系)。d軸上的電感Ld小于q軸上的電感Lq，這 是因為永磁體具有比鐵更小的導(dǎo)磁率常量。具有凸極結(jié)構(gòu)的電動機表示該電動機的每個都具有這種轉(zhuǎn)子的電感特性。電機發(fā)動機10還具有定子。定子包括例如橫截面為圓環(huán)形狀的定子鐵芯。該定子鐵芯布置在轉(zhuǎn)子鐵芯的外圍，以使得定子鐵芯的內(nèi)部邊界與轉(zhuǎn)子鐵芯的外圍邊界相對且具有預(yù)定的空氣間隙。例如，定子鐵芯還具有多個槽。這些槽穿過定子鐵芯而設(shè)置，且按預(yù)定間隔呈圓環(huán)狀布置。定子還包括一組三相繞組，電樞繞組纏繞在定子的槽上。三相繞組纏繞在槽上，以便于U-、V-和W-相繞組彼此之間在相位上按照例如
2/3弧度的電角度偏移。U-、V-和W-繞組的一端按照例如星形結(jié)構(gòu)彼此連接以構(gòu)成一個中性點。電機發(fā)動機10運行以在其三相繞組接收三相電流從而產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)磁通；這使得轉(zhuǎn)子在旋轉(zhuǎn)磁場和轉(zhuǎn)子磁場之間的磁力作用下旋轉(zhuǎn)。電壓變換器CV包括線圈L，電容器Cl，電容器C2，一對串聯(lián)連接的切換元件CVl和CV2,以及一對調(diào)速二極管Dp和Dn。電容器Cl的一個電極被連接到高壓電池12的正極，并且其另一個電極被連接到高壓電池12的負極。線圈L的一端被連接到高壓電池12的正極和電容器Cl的一個電極。在第一個實施例中，分別采用IGBT (絕緣柵雙極晶體管)來作為切換元件CVl和CV2。調(diào)速二極管Dp和Dn分別與切換元件CVl和CV2反向并聯(lián)連接。線圈L的另一端被連接到一點，在該點處切換元件CVl和CV2串聯(lián)電連接。當(dāng)采用功率MOSFET作為一對切換元件CVl和CV2時，功率MOSFET的本征二極管可以用作調(diào)速二極管，從而省略調(diào)速二極管。電容器C2被并聯(lián)連接到一對切換元件CVl和CV2的高端和低端。高壓電池12被設(shè)計成可充電電池且具有例如288V的額定電壓。例如，當(dāng)控制系統(tǒng)50工作在連續(xù)功率控制模式下，電壓變換器CV的切換元件CVl和CV2被驅(qū)動接通和關(guān)斷。利用通過切換元件CVl和CV2的導(dǎo)通和關(guān)斷儲存在線圈L中的電磁能量將電池12上的電壓變?yōu)楦叩碾妷骸＠?，?dāng)電池12上的電壓，稱“電池電壓”為288V時，電壓變換器CV工作以將288V的電池電壓轉(zhuǎn)變?yōu)?66V。另外，當(dāng)控制系統(tǒng)50在混合車輛減速時工作在再生控制模式下，電機發(fā)動機10作為發(fā)電機從而將基于電機發(fā)動機10旋轉(zhuǎn)的機械能轉(zhuǎn)化成電能。逆變器IV將該電能轉(zhuǎn)化成DC能量。電壓轉(zhuǎn)換器CV的切換元件CVl和CV2被接通或關(guān)斷。這將基于轉(zhuǎn)化成的DC能量的電容器C2上的電壓轉(zhuǎn)變成基于線圈L上的電壓降的更低的電壓，線圈L上的電壓降是通過切換元件CVl和CV2的導(dǎo)通和關(guān)斷的切換而形成的。從電容器C2上的電壓下降的更低的電壓被電池12充電。逆變器IV被設(shè)計成三相逆變器。逆變器IV具有第一對串聯(lián)連接的高側(cè)和低側(cè)切換元件Sup和Sun，第二對串聯(lián)連接的高側(cè)和低側(cè)切換元件Svp和Svn，以及第三對串聯(lián)連接的高側(cè)和低側(cè)切換元件Swp和Swn。逆變器IV還具有調(diào)速二極管Dup、Dun、Dvp、DvruDwp和Dwn,它們分別與切換元件Sup、Sun、Svp、Svn> Swp和Swn反向并聯(lián)連接。在第一個實施例中，分別采用IGBT作為切換元件Sup、Sun、Svp> Svn、Swp和Swn。當(dāng)采用功率元件MOSFET作為切換元件Sup、Sun、Svp> Svn、Swp和Swn時,功率元件MOSFET的本征二極管可以被用作調(diào)速二極管，從而省略調(diào)速二極管。第一到第三對切換元件彼此并聯(lián)連接成橋接結(jié)構(gòu)。第一對切換元件Sup和Sun彼此串聯(lián)連接的連接點被連接到從U相繞組的另一端延伸出來的輸出引線。類似地，第二對切換元件Svp和Svn彼此串聯(lián)連接的連接點被連接到從V相繞組的另一端延伸出來的輸出引線。而且，第三對切換元件Swp和Swn彼此串聯(lián)連接的連接點被連接到從W相繞組的另一端延伸出來的輸出引線。第一、第二和第三對中每對串聯(lián)連接的切換元件的一端，例如相對應(yīng)的高側(cè)切換元件的漏極，通過逆變器IV、切換元件CVl和線圈L的正端Tp連接到電池12的正極。第一、第二和第三對串聯(lián)連接的切換元件的另一端，例如相對應(yīng)的低側(cè)切換元件的源極，通過逆變器IV的負端Tn連接到電池12的負極。換句話說，電池12并聯(lián)連接到第一、第二和第三對切換元件的上臂和下臂?？刂葡到y(tǒng)50還具有用于檢測電機發(fā)動機10和逆變器IV中每一個的運行狀況的旋轉(zhuǎn)角度檢測器15，電流檢測器16、17和18，以及電壓檢測器19。旋轉(zhuǎn)角度檢測器15被布置在，例如接近電機發(fā)動機10的轉(zhuǎn)子并且用于測量轉(zhuǎn)子d軸相對于定子坐標(biāo)系實際的旋轉(zhuǎn)角度(電角度)0，該坐標(biāo)系空間由定子三相繞組確定。旋轉(zhuǎn)角度檢測器15還用于測量轉(zhuǎn)子d軸實際的電角速度(旋轉(zhuǎn)速度)《。下文中電角速度 將被稱作“角速度《 ”。旋轉(zhuǎn)角度檢測器15通過界面13與控制器14相連，且用于將測量到的轉(zhuǎn)子的實際旋轉(zhuǎn)角度9和角速度《作為電機發(fā)動機的一些狀態(tài)參量傳遞給控制器14。電流檢測器16被設(shè)置以允許測量實際流過定子U相繞組的瞬態(tài)U相交流電流。類似地，電流檢測器17被設(shè)置以允許測量實際流過定子V相繞組的瞬態(tài)V相交流電流。電流檢測器18被設(shè)置以允許測量實際流過定子W相繞組的瞬態(tài)W相交流電流。電流檢測器16、17和18通過界面13與控制器14相連。具體地，每個電流檢測16、17和18工作以將U-、V-和W-相交流電流中對應(yīng)一相交流電流的瞬態(tài)值作為電機發(fā)動機狀態(tài)參量傳遞給控制器14。電壓檢測器19被設(shè)置以允許測量施加給逆變器IV的輸入電壓VDC。電壓檢測器19通過界面13與控制器14相連，并且將施加給逆變器IV的逆變器輸入電壓VDC作為電機發(fā)動機的一個狀態(tài)參量傳遞給控制器14。控制器14被設(shè)計作為，例如計算機電路，該計算機電路本質(zhì)上由例如一 CPU、一 I/0界面和一存儲單元組成，且工作電壓低于電池電壓。因此，控制器14組成了一個低壓系統(tǒng)，并且電機發(fā)動機10，逆變器IV，轉(zhuǎn)換器CV，以及高壓電池12組成了一個高壓系統(tǒng)。界面13配置有作為絕緣器實例的光耦合器。界面13被配置成電隔離低壓系統(tǒng)(控制器14)和高壓系統(tǒng)，同時允許兩者之間的通信。控制器14可與安裝在混合車輛中的需求轉(zhuǎn)矩輸入裝置51相連。需求轉(zhuǎn)矩輸入裝置51運轉(zhuǎn)將使用者的命令轉(zhuǎn)矩(需求轉(zhuǎn)矩)，例如使用者的加速命令輸入給控制器14。
例如，安裝在混合車輛中的加速裝置位置檢測器可被用作需求轉(zhuǎn)矩輸入裝置51。具體地，該加速裝置位置檢測器運轉(zhuǎn)以檢測由駕駛員操控的混合車輛加速踏板的實際位置，并且將檢測到的加速踏板的實際位置作為表示駕駛員需求轉(zhuǎn)矩的數(shù)據(jù)傳遞給控制器14。下文中該表示可變的需求轉(zhuǎn)矩的數(shù)據(jù)將被稱作“需求轉(zhuǎn)矩數(shù)據(jù)”。切換元件CVl、CV2、Sup、Sun、Svp、Svn、Swp和Swn具有控制端,例如分別連接至門驅(qū)動器52、54、56、58、60、62、64和66的門電極。門驅(qū)動器52、54、56、58、60、6264和66通過界面13與控制器14相連。指令控制器14并產(chǎn)生用于驅(qū)動切換元件CVl的驅(qū)動信號gcp ；用于驅(qū)動切換元件CV2的驅(qū)動信號gcn ；
用于驅(qū)動切換元件Sup的驅(qū)動信號gup ；用于驅(qū)動切換元件Sun的驅(qū)動信號gun ；用于驅(qū)動切換元件Svp的驅(qū)動信號gvp ；用于驅(qū)動切換元件Svn的驅(qū)動信號gvn ；用于驅(qū)動切換元件Swp的驅(qū)動信號gwp ;和用于驅(qū)動切換元件Swn的驅(qū)動信號gwn。每個驅(qū)動信號gcp、gcn、gup、gun、gvp、gvn、gwp和gwn是具有可控占空比(可控脈沖寬度，和可控導(dǎo)通時間)的脈沖信號。具體地，控制器14運轉(zhuǎn)以使得每個門驅(qū)動器52、54、56、58、60、62、64和66將相應(yīng)的一個驅(qū)動信號gcp、gcn、gup、gun、gvp、gvn、gwp和gwn施加給相應(yīng)的一個切換元件Sep、Sen、Sup、Sun、Svp> Svn> Swp 和 Swn。這使得相應(yīng)的一個切換元件 Sep、Sen、Sup、Sun、Svp>Svn、Swp和Swn在相應(yīng)的一個驅(qū)動信號gcp、gcn、gup、gun、gvp、gvn、gwp和gwn的脈沖寬度(導(dǎo)通時間)期間被驅(qū)動。圖2示意性地說明了控制器14的功能模塊，相當(dāng)于控制器14所執(zhí)行的任務(wù)。如圖2所示，控制器14包括電流反饋控制單元20，轉(zhuǎn)矩反饋控制單元30，以及切換控制單元60，這些單元20、30和60彼此相互配合運轉(zhuǎn)。接下來，將按順序描述包括在電流反饋控制單元20內(nèi)的功能模塊，包括在轉(zhuǎn)矩反饋控制單元30內(nèi)的功能模塊，包括在切換控制單元60內(nèi)的功能模塊，以及怎樣設(shè)計所述轉(zhuǎn)矩反饋控制單元。包括在控制器14中的每個或一些功能模塊可以被設(shè)計成硬件邏輯電路，可編程邏輯電路，或硬件-邏輯和可編程-邏輯混合電路。電流反饋控制單元電流反饋控制單元20包括指令電流調(diào)節(jié)器22，偏差計算器23a和23b，反饋控制模塊24和25，不相關(guān)控制模塊26，三相變換器28，驅(qū)動信號發(fā)生器29，和兩相變換器40。模塊22、23a、23b、24、25、26、28、29和40的協(xié)調(diào)工作完成了下文描述的電流反饋控制任務(wù)。兩相變換器40具有，例如數(shù)據(jù)表格式和/或程序格式的圖表。該圖表使得該兩相變換器可以計算余弦函數(shù)。具體地，兩相變換器40運行以接收分別由電流檢測器16、17和18測量的實際瞬態(tài)的U-、V-和W-相的交流電流iu、iv和iw以及由旋轉(zhuǎn)角度檢測器15測量的實際旋轉(zhuǎn)角度e。兩相變換器40還運行以將接收到的定子坐標(biāo)系中的瞬態(tài)U-、V-和W-相的交流電流iu、iv和iw變換成轉(zhuǎn)子的d-q坐標(biāo)系中的實際d軸和q軸電流分量id和iq,該坐標(biāo)系是基于接收到的實際旋轉(zhuǎn)角度9和該圖表。指令電流調(diào)節(jié)器22運行以從需求轉(zhuǎn)矩輸入裝置51接收輸入的需要的轉(zhuǎn)矩數(shù)據(jù)。指令電流調(diào)節(jié)器22基于需要的轉(zhuǎn)矩數(shù)據(jù)設(shè)定轉(zhuǎn)子d-q坐標(biāo)系中的指令d軸電流分量idc和指令q軸電流分量iqc，從而提供，例如下文描述的最大轉(zhuǎn)矩控制。偏差計算器23a運行以計算指令d軸電流分量idc和實際d軸電流分量id之間的差值A(chǔ)id。偏差計算器23b運行以計算在指令q軸電流分量iqc和實際q軸電流分量iq之間的差值A(chǔ)iq。反饋控制模塊24運行以基于偏差A(yù) id設(shè)定d軸上的指令電壓vdc’ ；這個指令電 壓vdc’允許指令d軸電流分量idc與測量到的實際的d軸電流分量id相一致。反饋控制模塊25運行以基于偏差A(yù) iq設(shè)定q軸上的指令電壓vqc’ ；這個指令電壓vqc’允許指令q軸電流分量iqc與測量到的實際的q軸電流分量iq相一致。 具體地，在第一實施例中，每個反饋控制模塊24和25利用比例積分反饋算法的比例增益項和積分增益項計算相應(yīng)的指令電壓vdc和vqc’。在比例積分反饋算法中，每個指令電壓vdc’和vqc’基于比例增益項和積分增益項來表示。用于每個指令電壓vdc’和vqc’的比例增益項與相應(yīng)的臨時偏差A(yù) id和A iq成比例，隨相對應(yīng)的一個指令電壓vdc’和vqc’而變。積分增益項與每個臨時偏差A(yù) id和△iq的瞬態(tài)值對時間的累計偏移量成比例，從而將隨時間的累計偏移量(穩(wěn)態(tài)的)重置為零。不相關(guān)控制模塊26，其在圖2中簡稱為“不相關(guān)”，基于實際的d軸和q軸的電流分量id和iq以及電機發(fā)動機10的實際角速度《運行以完成指令電壓vdc’和vqc’的前饋校正。具體地，不相關(guān)控制模塊26基于實際d軸和q軸電流分量id和iq以及電機發(fā)動機10的實際角速度《計算前饋項。該前饋項運行以，例如抵消每個指令電壓vdc’和vqc’中的d-q軸交叉耦合項。因此，不相關(guān)控制模塊26基于所計算的前饋項校正指令電壓vdc’和vqc’，從而產(chǎn)生分別對應(yīng)于d-q坐標(biāo)系中d軸和q軸的指令電壓vdc和vqc。d-q坐標(biāo)系中d軸和q軸的指令電壓vdc和vqc被傳送給三相變換器28。三相變換器28具有，例如數(shù)據(jù)表格式和/或程序格式的圖表。該圖表使得三相變換器可以計算余弦函數(shù)。具體地，三相變換器28基于實際的旋轉(zhuǎn)角度0和該圖表運行，將對應(yīng)于d-q軸的指令電壓vdc和vqc轉(zhuǎn)變成分別對應(yīng)電機發(fā)動機10的U-、V-和W-相繞組的U相指令電壓Vuc, V相指令電壓Vvc,以及W相指令電壓Vwc。U_、V_和W-相指令電壓Vuc、Vvc和Vwc例如分別為基本正弦波形。驅(qū)動信號發(fā)生器29基于U-、V-、和W-相指令電壓Vuc、Vvc和Vwc，逆變器輸入電壓VDC以及三角形(或鋸齒形)載波而工作以產(chǎn)生第一驅(qū)動信號gupl、gunl、gvpl、gvnl、gwp I和gwnl。每個第一驅(qū)動信號gupl、gunl、gvpl、gvnl、gwpl和gwnl均為具有可控占空比(可控脈沖寬度)的脈沖信號。具體地，驅(qū)動信號發(fā)生器29工作以通過逆變器輸入電壓VDC除以每個U-、V-和W-相指令電壓Vuc、Vvc和Vwc來使其規(guī)范化；并且 比較規(guī)范化的U-、V_和W-相指令電壓Vuc、Vvc和Vwc與三角形載波的幅值,從而產(chǎn)生第一驅(qū)動信號 gupl、gunl、gvpl、gvnl、gwpl 和 gwnl。產(chǎn)生的第一驅(qū)動信號gupl、gunl、gvpl、gvnl、gwpl和gwnl被傳送到下文描述的切換控制單元60的選擇器44。轉(zhuǎn)矩反饋控制單元轉(zhuǎn)矩反饋控制單元30包括轉(zhuǎn)矩估算器42，偏差計算器32，相位設(shè)定裝置34，標(biāo)準(zhǔn)確定裝置標(biāo)準(zhǔn)設(shè)定裝置36，以及驅(qū)動信號發(fā)生器38。模塊42、32、34、36和38協(xié)同指令以完成下文描述的轉(zhuǎn)矩反饋控制任務(wù)。轉(zhuǎn)矩估算器42基于從兩相變換器40傳來的d軸和q軸電流分量id和iq工作以計算由電機發(fā)動機10形成的估計轉(zhuǎn)矩Te。偏差計算器32工作以計算需要的轉(zhuǎn)矩Td與估計轉(zhuǎn)矩Te之間的偏差值A(chǔ)。相位設(shè)定裝置34基于來自偏差計算器32的偏差值A(chǔ)來設(shè)定d-q坐標(biāo)系中逆變器IV的輸出電壓相位S。具體地，在第一實施例中，相位設(shè)定裝置34利用比例積分反饋算法的積分增益項和比例增益項計算逆變器輸出電壓的相位。在比例積分反饋算法中，逆變器輸出電壓的相位基于比例增益項和積分增益項來表不。比例增益項與偏差值A(chǔ)成比例地改變逆變器輸出電壓的相位。積分增益項與偏差值△的瞬態(tài)值對時間的累計偏移量成正比，以將累計偏移量(穩(wěn)態(tài)偏移量)重置為零。例如，相位設(shè)定裝置34被設(shè)計成用來設(shè)置相位8，使得當(dāng)估計轉(zhuǎn)矩Te相對于需要的轉(zhuǎn)矩Td不足時提前相位S，并且當(dāng)估計轉(zhuǎn)矩Te相對于需要的轉(zhuǎn)矩Td變得過量時滯后相位S。標(biāo)準(zhǔn)確定裝置標(biāo)準(zhǔn)設(shè)定裝置36工作以基于電機發(fā)動機10的實際角速度《和需要的轉(zhuǎn)矩Td設(shè)定d-q坐標(biāo)系中逆變器輸出電壓向量的標(biāo)準(zhǔn)Vn。向量的標(biāo)準(zhǔn)定義為向量分量的和的平方根。具體地，標(biāo)準(zhǔn)確定裝置標(biāo)準(zhǔn)設(shè)定裝置36包括標(biāo)準(zhǔn)計算器36a，比例積分(PI)控制模塊36b和選擇器36c。標(biāo)準(zhǔn)計算器36a基于實際的角速度《，和需要的轉(zhuǎn)矩Td計算逆變器輸出電壓的第一標(biāo)準(zhǔn)Vnl。PI控制模塊36b利用比例積分反饋算法的積分增益項和比例增益項計算逆變器輸出電壓的第二標(biāo)準(zhǔn)Vn2。在比例積分反饋算法中，第二標(biāo)準(zhǔn)Vn2基于比例增益項和積分增益項來表述。比例增益項與第二標(biāo)準(zhǔn)Vn2和第一標(biāo)準(zhǔn)Vnl之間的偏量成比例地改變第二標(biāo)準(zhǔn)Vn2。積分增益項與第二標(biāo)準(zhǔn)Vn2和第一標(biāo)準(zhǔn)Vnl之間的偏量對時間的瞬態(tài)值的累計偏移量成比例，以將對時間的累計偏移量(穩(wěn)態(tài)偏移量)重置為零。當(dāng)?shù)诙?biāo)準(zhǔn)Vn2和第一標(biāo)準(zhǔn)Vnl之間的偏量的絕對值大于預(yù)設(shè)閾值時，選擇器36c從第一和第二標(biāo)準(zhǔn)Vnl和Vn2中選擇第二標(biāo)準(zhǔn)Vn2作為逆變器輸出電壓的標(biāo)準(zhǔn)Vn。當(dāng)?shù)诙?biāo)準(zhǔn)Vn2和第一標(biāo)準(zhǔn)Vnl之間的偏量的絕對值等于或小于預(yù)設(shè)閾值時，選擇器36c從第一和第二標(biāo)準(zhǔn)Vnl和Vn2中選擇第一標(biāo)準(zhǔn)Vnl作為逆變器輸出電壓的標(biāo)準(zhǔn)Vn。驅(qū)動信號發(fā)生器38工作以基于由相位設(shè)定裝置34和標(biāo)準(zhǔn)確定裝置標(biāo)準(zhǔn)設(shè)定裝置36設(shè)定的相位8和標(biāo)準(zhǔn)Vn來產(chǎn)生逆變器輸入電壓VDC，以及實際的旋轉(zhuǎn)角度0，第二驅(qū)動信號 gup2、gun2、gvp2、gvn2、gwp2 和 gwn2。每個第二驅(qū)動信號 gup2、gun2、gvp2、gvn2、gwp2和gwn2均為脈沖信號。
具體地，驅(qū)動信號發(fā)生器38中存儲了多個圖表M，每個圖表M包括，例如數(shù)據(jù)表格或程序。每個圖表M代表一個函數(shù)(關(guān)系)用于第一到第三對切換元件中的相對應(yīng)的一對切換元件的U-、V-和W-相指令電壓Vuc、Vvc和Vwc中相對應(yīng)的一個在每一個周期(360度電角度)內(nèi)的驅(qū)動信號波形，與逆變器IV可以提供的電壓利用系數(shù)的多個預(yù)定值中的每個之間。例如，參考附圖2,包括在圖表M內(nèi)的圖表Ml表不用于第一對切換兀件Sup和Sun的U-相指令電壓Vuc的每一個周期(2JI弧度電角度)內(nèi)的驅(qū)動信號波形，與多個預(yù)設(shè)的電壓利用系數(shù)中的一個之間的關(guān)系。一對高側(cè)和低側(cè)切換對被簡稱為“一個開關(guān)對”，且其中的每一對在下文中被稱為“每個開關(guān)對”。第一對切換元件Sup和Sun在下文中被簡稱為“第一開關(guān)對”。參考圖2，用于第一開關(guān)對的驅(qū)動信號波形的最大水平“H”表示高側(cè)切換元件Sup處于導(dǎo)通狀態(tài)而低側(cè)切換元件Sun處于斷開狀態(tài)。其中基準(zhǔn)水平“L”表示低側(cè)切換元件Sun處于導(dǎo)通狀態(tài)而高側(cè)切換元件Sup處于斷開狀態(tài)。通常如用于第一開關(guān)對(Sup和Sun)的驅(qū)動信號波形所示，在多個圖表M中的每個中，相對應(yīng)的高側(cè)切換元件的導(dǎo)通時間的總和等于相對應(yīng)的低側(cè)切換元件的導(dǎo)通時間的總和。這種用于每個開關(guān)對的驅(qū)動信號波形的設(shè)計允許逆變器輸出電壓在相對應(yīng)的一個電角度周期內(nèi)正負平衡。另外，在多個圖表M中的每個中，用于每個開關(guān)對的驅(qū)動信號波形關(guān)于與弧度(180度)的電角度對應(yīng)的一半周期的點具有反對稱性。例如，在圖表Ml中，當(dāng)從一半周期的點到相位變低一側(cè)看時，用于第一開關(guān)對(Sup和Sun)的導(dǎo)通和關(guān)斷時間交替排列為W1、W2、W3、W4和W5。類似地，在圖表Ml中，當(dāng)從一半周期的點到相位變高一側(cè)看時，用于第一開關(guān)對(Sup和Sun)的導(dǎo)通和關(guān)斷時間交替排列為W1、W2、W3、W4和W5。這種波形設(shè)計允許逆變器輸出電壓盡可能地接近正弦電壓。具體地，驅(qū)動信號發(fā)生器38計算變量逆變器輸出電壓向量的標(biāo)準(zhǔn)Vn (幅值)與變量逆變器輸入電壓VDC之間的比率作為電壓利用系數(shù)的值?；陔妷豪孟禂?shù)的計算值，驅(qū)動信號發(fā)生器38從多個圖表M中選擇一個圖表用于每個開關(guān)對；這個被選擇的圖表對應(yīng)于電壓利用系數(shù)值的所述計算值。電壓利用系數(shù)的多個預(yù)設(shè)值的上限，例如基本上設(shè)置為0.78。當(dāng)控制器14工作在上面所述的單脈沖控制模式下控制逆變器IV時，基本上0. 78的電壓利用系數(shù)是已知的最大值。
由于這個緣故，當(dāng)電壓利用系數(shù)的所述計算值為0. 78時，驅(qū)動信號發(fā)生器38從多個圖表M中為每個開關(guān)對選擇一個圖表；這個選擇的圖表與相應(yīng)的一個開關(guān)對的電壓利用系數(shù)的計算值0. 78與相對應(yīng)。為每個開關(guān)對選擇一個圖表形成驅(qū)動信號波形，這樣以使得相應(yīng)的一個開關(guān)對的導(dǎo)通和關(guān)斷周期與相應(yīng)的相指令電壓的周期一致。在完成為每個開關(guān)對選擇一個圖表后，驅(qū)動信號發(fā)生器38工作以設(shè)定驅(qū)動信號波形的輸出時機，該驅(qū)動信號波形包括在基于來自相位調(diào)速器34的相位8為每個開關(guān)對選擇的一個圖表中。然后，驅(qū)動信號發(fā)生器38工作以為每個開關(guān)對確定一對驅(qū)動信號；這個驅(qū)動信號對具有包括在為每個開關(guān)對所選擇的一個圖表中的相對應(yīng)的一個驅(qū)動信號波形；且作為第二驅(qū)動信號gup2和gun2,gvp2和gvn2,以及gwp2和gwn2中的每一對,在相對應(yīng)的一個輸出時間點將用于每個開關(guān)對的驅(qū)動信號對輸出給選擇器44。切換控制單元切換控制單兀60包括切換控制I吳塊46和選擇器44。切換控制模塊46工作以完成在電流反饋控制模式和轉(zhuǎn)矩反饋控制模式之間的切換，其中電流反饋控制單元20在電流反饋控制模式下完成上面所述的電流反饋控制任務(wù)，轉(zhuǎn)矩反饋控制單元30在轉(zhuǎn)矩反饋控制模式下完成上面所述的轉(zhuǎn)矩反饋控制任務(wù)。 選擇器44根據(jù)來自切換控制模塊46的切換指令工作以在第一組第一驅(qū)動信號gupl、gunl、gvpl、gvnl、gwpl 和 gwnl ;和第二組第二驅(qū)動信號gup2、gun2、gvp2、gvn2、gwp2和gwn2中的中選擇任意一組。切換控制模塊46所執(zhí)行的流程下文將參考圖3進行描述。該流程被，例如在控制器14中編程從而以預(yù)定的周期被重復(fù)執(zhí)行。開始該流程，切換控制模塊46確定逆變器IV是否被控制在電流反饋控制模式，以使得在步驟SlO中由選擇器44選擇第一驅(qū)動信號gupl、gunl、gvpl、gvnl、gwpl和gwnl輸出給各自的驅(qū)動器56、58、60、62、64和66。一旦確定逆變器IV控制在電流反饋控制模式下(步驟SlO為“是”)，切換控制模塊46將在步驟S12中獲取逆變器輸入電壓VDC，且在步驟S14中從三相變換器28中獲取U-、V-和W-相指令電壓Vuc、Vvc和Vwc。接下來，在步驟S16中切換控制模塊46基于所獲取的逆變器輸入電壓VDC和U-、V-和W-相指令電壓VUC、VVC和Vwc計算調(diào)制系數(shù)。注意調(diào)制系數(shù)被定義為每個U-、V-和W-相指令電壓Vuc、Vvc和Vwc的幅值與逆變器輸入電壓VDC的一半的比率。隨后，在步驟S18中切換控制模塊46確定計算調(diào)制系數(shù)是否大于預(yù)設(shè)的閾值a。依據(jù)步驟S18的結(jié)果來決定是否將逆變器IV的控制模式由電流反饋控制模式切換至轉(zhuǎn)矩反饋控制模式。在第一實施例中，閾值a預(yù)設(shè)為“I”。具體地，當(dāng)調(diào)制系數(shù)超過閾值a，也就是說每個指令電壓Vuc、Vvc和Vwc的幅值超過逆變器IV輸入電壓VDC的一半(步驟S18的結(jié)果為“是”)，切換控制模塊46將確定用于每相的逆變器IV的實際輸出電壓可能與相應(yīng)的一個指令電壓Vuc、Vvc和Vwc
不一致。
因此，切換控制模塊46將決定，如果在調(diào)制系數(shù)超過閾值a時繼續(xù)電流反饋控制模式，可能降低電機發(fā)動機10的控制性能。注意閾值a可以被預(yù)設(shè)成一個大于“I”的值，比如“I. 15”。具體地，即使調(diào)制系數(shù)超過“ I ”，用于控制逆變器IV的公知的過調(diào)制向量控制允許將用于逆變器IV的電流反饋控制保持在高特性，這種逆變器IV具有保持 在從“I”到閾值a的過調(diào)制控制范圍內(nèi)的調(diào)制系數(shù)。因此，當(dāng)在控制器14上安裝了公知的過調(diào)制控制的功能模塊時，有可能將閾值設(shè)置為基本上“I. 15”。在步驟S20，切換控制模塊46將用于逆變器IV的控制模式從電流反饋控制模式切換到轉(zhuǎn)矩反饋控制模式。具體地，在步驟S20，切換控制模塊46將相位5重置為初始值5 0 ;這個初始值
f _yJ \
8 0由下面的公式確定JO^tarT1 —
I vqc ^在步驟S20，切換控制模塊46將由PI控制模塊36b計算得到的第二標(biāo)準(zhǔn)Vn2重置為初始值Vn2(0);這個初始值Vn2(0)由下面的公式確定Vn2{0) = ^jvdc2 +vqc2。具體地，初始值Vn2(0)被設(shè)置為第二標(biāo)準(zhǔn)Vn2的積分增益項的初始值。這允許標(biāo)準(zhǔn)確定裝置標(biāo)準(zhǔn)設(shè)定裝置36將初始值Vn2 (0)作為標(biāo)準(zhǔn)Vn的初始值。此后，標(biāo)準(zhǔn)選擇器36從初始值Vn2 (0)向第一標(biāo)準(zhǔn)Vnl逐步地改變標(biāo)準(zhǔn)Vn。這防止了標(biāo)準(zhǔn)Vn的突然變化，即使是在基于由電流反饋控制單元20設(shè)置的指令電壓vdc和vqc的標(biāo)準(zhǔn)偏離第一標(biāo)準(zhǔn)Vnl的情況下；這個第一標(biāo)準(zhǔn)Vnl在逆變器IV的控制從電流反饋控制模式切換到轉(zhuǎn)矩反饋控制模式時通過標(biāo)準(zhǔn)計算器36a計算的。在步驟S20，切換控制模塊46將切換指令傳輸給選擇器44以選擇第二組驅(qū)動信號gup2、gun2、gvp2> gvn2> gwp2 和 gwn2。根據(jù)所述切換指令,選擇器44選擇第二驅(qū)動信號gup2、gun2、gvp2、gvn2、gwp2和gwn2 作為驅(qū)動信號 gup、gun、gvp、gvn、gwp 和 gwn,并將驅(qū)動信號 gup、gun、gvp、gvn、gwp和gwn分別傳送給驅(qū)動器56、58、60、62、64和66。另外，在步驟S10，一旦確定了逆變器IV被控制在轉(zhuǎn)矩反饋控制模式(步驟SlO為“否”)下，切換控制模塊46確定從轉(zhuǎn)矩反饋控制單元30輸出的第二驅(qū)動信號gup2、gun2、gvp2、gvn2、gwp2和gwn2驅(qū)動逆變器IV。然后，在步驟S22，切換控制模塊46獲取電池電壓逆變器輸入電壓VDC，并且在步驟S24中獲取由標(biāo)準(zhǔn)確定裝置標(biāo)準(zhǔn)設(shè)定裝置36設(shè)定的標(biāo)準(zhǔn)Vn。接下來，在步驟S26，切換控制模塊46確定獲取的標(biāo)準(zhǔn)Vn是否等于或小于“3/8”的平方根、系數(shù)K和逆變器輸入電壓VDC的乘積。步驟S26的指令是確定用于逆變器IV的控制模式是否從轉(zhuǎn)矩反饋控制模式切換到了電流反饋控制模式。具體地，當(dāng)調(diào)制系數(shù)被設(shè)定為“1”，每個指令電壓Vuc、Vvc和Vwc的幅值(峰值)被設(shè)定為“VDC/2”。這表示每個指令電壓Vuc、Vvc和Vwc的RMS值等于 “ (VDC/2) (1/V2 ) ”。對應(yīng)于任意相鄰兩相之間的線對線指令電壓的逆變器IV的輸出電壓的RMS值為力和一相指令電壓的乘積；這個乘積等于“(VDC/2) (1/V2 )等于_“VDC_ V57^’’。因此，當(dāng)標(biāo)準(zhǔn)Vn等于逆變器輸入電壓VDC和“3/8”的平方根的乘積時，調(diào)制系數(shù)被設(shè)置為“I”。注意在用于逆變器IV的控制模式從轉(zhuǎn)矩反饋控制模式切換到電流反饋控制模式時，系數(shù)K從“I”微小地改變調(diào)制系數(shù)。設(shè)置系數(shù)K以防止由于在電流反饋控制模式和轉(zhuǎn)矩反饋控制模式之間的轉(zhuǎn)變而產(chǎn)生的振蕩。例如，系數(shù)K被設(shè)定為遠大于0，且遠小于2?！┐_定獲取的標(biāo)準(zhǔn)Vn等于或小于“3/8”的平方根、系數(shù)K、和逆變器輸入電壓VDC (步驟S26為“是”)的乘積，在步驟S28中切換控制模塊46將用于逆變器IV的控制模式由轉(zhuǎn)矩反饋控制模式切換到電流反饋控制模式。具體地，在步驟S28中，切換控制模塊46將電流反饋控制單元20的指令電壓vdc和vqc的初始值設(shè)定為由轉(zhuǎn)矩反饋控制單元30設(shè)置的逆變器輸出電壓的向量。換句話說，在步驟S28中，切換控制模塊46將用于電流反饋控制單元20的指令電、壓vdc和vqc的初始值(vdO和vqO)設(shè)置為d_q坐標(biāo)系中向量(-Vn sin 8 , Vn cos 8 )的分量。更具體地，切換控制模塊46將每個反饋控制模塊24和25的積分增益項的初始值設(shè)置為從d-q坐標(biāo)系中每個向量(-Vn sin 5，Vn cos 8 )的分量中減去不相關(guān)控制模塊26的輸出。步驟S20，切換控制模塊46向選擇器44傳輸切換指令以選擇第一組驅(qū)動信號gupl、gunl、gvpl、gvnl、gwpl 和 gwnl。根據(jù)切換指令,選擇器44選擇第一驅(qū)動信號gup I、gun I、gvp I、gvn I、gwp I和gwnl作為驅(qū)動信號gup、gun、gvp、gvn、gwp和gwn,并分別將驅(qū)動信號gup、gun、gvp、gvn、gwp和gwn傳輸給驅(qū)動器56、58、60、62、64和66。當(dāng)完成步驟S20和S28的指令后，切換控制模塊46終止該程序。類似地，當(dāng)在步驟S18或S26中作出相反的判斷時，切換控制模塊46終止該程序。每個驅(qū)動器56、58、60、62、64和66將相應(yīng)的一個驅(qū)動信號gup、gun、gvp、gvn、gwp和gwn施加給相應(yīng)的一個切換元件Sup、Sun、Svp、Svn、Swp和Swn的門極。這允許每個切換元件 Sup、Sun、Svp、Svn、Swp 和 Swn 在相應(yīng)的一個驅(qū)動信號 gup、gun、gvp、gvn、gwp 和 gwn的脈沖寬度(導(dǎo)通時間)期間被驅(qū)動。怎樣設(shè)計轉(zhuǎn)矩反饋控制單元參考圖2，轉(zhuǎn)矩反饋控制單元30被構(gòu)造成基于電機發(fā)動機10的角速度《和獨立于U-和q-相指令電壓的需求轉(zhuǎn)矩Td設(shè)置標(biāo)準(zhǔn)Vn。因此，轉(zhuǎn)矩反饋控制單元30相對可自由地設(shè)置標(biāo)準(zhǔn)Vn。由于這個原因，為盡可能地減小標(biāo)準(zhǔn)Vn而對需求轉(zhuǎn)矩Td的控制允許通過對電壓利用系數(shù)進行控制。這準(zhǔn)許驅(qū)動信號發(fā)生器38從多個圖表M中為每個開關(guān)對選擇一個圖表；為每個開關(guān)對所選擇的一個圖表的驅(qū)動信號波形具有大量的脈沖。這允許逆變器IV的輸出電壓更接近于正弦電壓，從而降低了逆變器輸出電壓中的諧波畸變。這使得降低諧波電流成為可能。接下來，將在下面描述如何利用標(biāo)準(zhǔn)計算器36a確定第一標(biāo)準(zhǔn)Vnl。圖4A示意性地解釋了在控制系統(tǒng)50運行在連續(xù)功率控制模式下時對第一標(biāo)準(zhǔn)Vnl的基本約束。參考附圖4A，第一標(biāo)準(zhǔn)Vnl被允許設(shè)定在以四條邊界線BL1、BL2、BL3和BL4封閉的區(qū)域REG之內(nèi)。
邊界線BL4表示第一標(biāo)準(zhǔn)Vnl的上限；這個上限表示在控制器14在單脈沖控制模式下運行以控制逆變器IV時電壓利用系數(shù)的最大值為0. 78。接下來，下文將描述在獲得由邊界線BL1、BL2和BL3組成的約束之前，如何導(dǎo)出表示由電機發(fā)動機10形成的轉(zhuǎn)矩T和d-q坐標(biāo)系中電流向量(id，iq)作為第一標(biāo)準(zhǔn)Vnl、相位S、和角速度w的函數(shù)的等式。由電機發(fā)動機10形成的轉(zhuǎn)矩T為電流向量ia(id，iq)和總磁通匝數(shù)向量00(見圖4B)的向量積?？偞磐ㄔ褦?shù)向量OO包括穿過電樞繞組的磁通匝連數(shù)向量O和其中的旋轉(zhuǎn)場磁通匝連數(shù)向量Oa。具體地，由電機發(fā)動機10形成的轉(zhuǎn)矩T通過使用磁通匝連數(shù)向量O的下面的公式(Cl)表示，q軸電感Lq、d軸電感Ld、電樞電阻R，以及轉(zhuǎn)子的極對數(shù)P來表示(見圖4B)
T = P{O iq+(Ld-Lq) id iq}[cl]另外，電壓公式由下面公式表示
vd R — 0) Lo id 0ivoi=+ _LC2J vg 0* Ld R iq co-^>
_ J J L—II—從公式[c2]中可以得到下面公式[c3]
_6] H =_^_[ RI [C3]
iq R2 + Co2 * Ld Lq - Q) Ld R \yq _ ty <!>」將公式[c3]代入公式[Cl]得到下面公式[c4]T(Vn\,S) = P^+ 0)2 Ld^{Vn\sin(S + 6\) - coOsmdl}
(i 2 +(O2-Ld-Lq)Lc4J[<D(i 2 + CO2 Ld Lq) + (Ld - Lq)yjR2 + co2 Lq2 {Vn\cos(S + 62)—神cos 02}]其中Vd = -Vnlsin 8Vq = Vnlcos 6
川Rsin 0\ = -J======
^R2 ^co2-Ld2
coLdCOS 0\ =,-==
4 R2+CO2 ^ Ld2
「0咖1 sin 92 = -■ I
L_」扣2 + O)2 .Lq1
coLq cos02 =注意邊界線BLl表示轉(zhuǎn)矩T相對于相位5的偏微分為正的情況。邊界線BLl的情況可以通過基于公式[c4]的下列公式[c5a]和[c5b]來表示
\(n \如果<---01-02
2、2 ,<
權(quán)利要求
1.一種控制裝置，用于驅(qū)動功率轉(zhuǎn)換器的切換元件，以將供電電源的電壓轉(zhuǎn)換成功率轉(zhuǎn)換器的可變的輸出電壓，該輸出電壓被施加給旋轉(zhuǎn)機械且在旋轉(zhuǎn)機械中產(chǎn)生轉(zhuǎn)矩，該產(chǎn)生的轉(zhuǎn)矩使得旋轉(zhuǎn)機械的轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)，該裝置包括 波形設(shè)定裝置，其設(shè)定功率轉(zhuǎn)換器的輸出電壓的波形，基于如下的任一個數(shù)值旋轉(zhuǎn)機械的需求轉(zhuǎn)矩中的至少兩個、轉(zhuǎn)子的旋轉(zhuǎn)速度、用于將旋轉(zhuǎn)機械的轉(zhuǎn)矩控制到需求轉(zhuǎn)矩的指令電壓、供電電源的電壓、功率轉(zhuǎn)換器的電壓利用系數(shù)； 相位設(shè)定裝置，其設(shè)定功率轉(zhuǎn)換器的輸出電壓在兩相旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系中的相位，基于如下的任一個數(shù)值所產(chǎn)生的轉(zhuǎn)矩和需求轉(zhuǎn)矩之間的偏差、由需求轉(zhuǎn)矩限定的旋轉(zhuǎn)機械的指令電流和流過旋轉(zhuǎn)機械的實際電流之間的偏差； 驅(qū)動信號確定器，其基于由波形設(shè)定裝置設(shè)定的輸出電壓的波形和由相位設(shè)定裝置設(shè)定的相位來確定驅(qū)動信號，并且將該驅(qū)動信號施加于所述切換元件進而驅(qū)動切換元件，以將所產(chǎn)生的轉(zhuǎn)矩調(diào)整到所述需求轉(zhuǎn)矩。
2.根據(jù)權(quán)利要求I的控制裝置，其中該波形設(shè)定裝置包括存儲單元，該存儲單元儲存切換元件的驅(qū)動圖形，該驅(qū)動圖形對應(yīng)于輸出電壓的波形。
3.根據(jù)權(quán)利要求I的控制裝置，其中該轉(zhuǎn)子具有一個磁場，且該兩相旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系為具有d軸和q軸的d_q軸坐標(biāo)系，該d軸表示該轉(zhuǎn)子磁場的一個方向，該q軸具有一相位，該相位在轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)期間相對于d軸領(lǐng)先/2弧度的電角度，并且該波形設(shè)定裝置工作以基于輸出電壓設(shè)定要施加到旋轉(zhuǎn)機械上的輸出電壓的波形，使得流過旋轉(zhuǎn)機械的d軸的電流等于或小于零。
4.根據(jù)權(quán)利要求I的控制裝置，其中該轉(zhuǎn)子具有一個磁場，且該兩相旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系為具有d軸和q軸的d_q軸坐標(biāo)系，該d軸表示該轉(zhuǎn)子磁場的一個方向，該q軸具有一相位，該相位在轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)期間相對于d軸領(lǐng)先/2弧度電角度，并且該波形設(shè)定裝置工作以基于輸出電壓設(shè)定要施加到旋轉(zhuǎn)機械上的輸出電壓的波形，使得流過旋轉(zhuǎn)機械的q軸的電流信號與需求轉(zhuǎn)矩信號相匹配。
5.根據(jù)權(quán)利要求I的控制裝置，其中該波形設(shè)定裝置工作以基于輸出電壓設(shè)定輸出電壓的波形，從而在流過旋轉(zhuǎn)機械電樞的電樞電流的任意值時，都能最高效地在旋轉(zhuǎn)機械中形成轉(zhuǎn)矩。
6.根據(jù)權(quán)利要求2的控制裝置，其中切換元件的驅(qū)動圖形設(shè)置有多個，該波形設(shè)定裝置工作以根據(jù)需求轉(zhuǎn)矩和轉(zhuǎn)子的旋轉(zhuǎn)速度而在多個驅(qū)動圖形中選擇一個。
7.根據(jù)權(quán)利要求2的控制裝置，其中切換元件的驅(qū)動圖形設(shè)置有多個，該波形設(shè)定裝置工作以根據(jù)需求轉(zhuǎn)矩、轉(zhuǎn)子的旋轉(zhuǎn)速度和供電電源的電壓而在多個驅(qū)動圖形中選擇一個。
8.根據(jù)權(quán)利要求2的控制裝置，其中切換元件的驅(qū)動圖形設(shè)置有多個，該波形設(shè)定裝置工作以根據(jù)供電電源的電壓和指令電壓而在多個驅(qū)動圖形中選擇一個。
9.根據(jù)權(quán)利要求2的控制裝置，其中切換元件的驅(qū)動圖形設(shè)置有多個，該波形設(shè)定裝置工作以根據(jù)電壓利用系數(shù)而在多個驅(qū)動圖形中選擇一個。
10.根據(jù)權(quán)利要求I的控制裝置，其中相位設(shè)定裝置工作以基于所產(chǎn)生的轉(zhuǎn)矩和需求轉(zhuǎn)矩之間的偏差而設(shè)定功率轉(zhuǎn)換器的輸出電壓的相位。
11.根據(jù)權(quán)利要求I的控制裝置，其中相位設(shè)定裝置工作以基于指令電流與實際電流的偏差而設(shè)定功率轉(zhuǎn)換器的輸出電壓的相位。
12.根據(jù)權(quán)利要求I的控制裝置，其中該驅(qū)動信號確定器工作以在功率轉(zhuǎn)換器的電壓利用系數(shù)等于或大于一個預(yù)設(shè)值時將該驅(qū)動信號施加給該切換元件。
13.根據(jù)權(quán)利要求12的控制裝置，還包括 電流反饋控制單元，在所述電壓利用系數(shù)低于該預(yù)設(shè)值時，該電流反饋控制單元工作以基于一個實際流過旋轉(zhuǎn)機械的電流確定一個電流反饋驅(qū)動信號，并且將該電流反饋驅(qū)動信號作為驅(qū)動信號施加給該切換元件從而驅(qū)動該切換元件，從而將所述實際流過該旋轉(zhuǎn)機械的電流調(diào)整為指令電流。
14.根據(jù)權(quán)利要求13的控制裝置，其中該電流反饋控制單元包括一個指令電壓計算器，其工作以計算指令電壓值，該指令電壓值作為一個參數(shù)用于確定所述電流反饋驅(qū)動信號，以及 該波形設(shè)定裝置工作以在用于該功率轉(zhuǎn)換器切換元件的驅(qū)動由電流反饋控制單元切換到驅(qū)動信號確定器時，基于由指令電壓計算器計算的指令電壓值來設(shè)定輸出電壓的波形的初始值。
15.根據(jù)權(quán)利要求14的裝置，其中該波形設(shè)定裝置包括 波形計算器，其工作以基于由該相位設(shè)定裝置設(shè)定的相位和轉(zhuǎn)子的旋轉(zhuǎn)速度計算輸出信號的波形；以及 改變單元，該改變單元工作以逐漸地將輸出電壓的波形從初始值變?yōu)橛稍摬ㄐ斡嬎闫饔嬎愕妮敵鲭妷旱牟ㄐ巍?br> 16.根據(jù)權(quán)利要求13的控制裝置，其中該電流反饋控制單元包括 指令電壓計算器，其工作以計算指令電壓值，該指令電壓值作為一個參數(shù)被用于確定所述電流反饋驅(qū)動信號；以及 初始值設(shè)定裝置，其工作以基于由該波形設(shè)定裝置設(shè)定的輸出電壓的波形和由該相位設(shè)定裝置設(shè)定的相位，在用于該功率轉(zhuǎn)換器切換元件的驅(qū)動由該驅(qū)動信號確定器切換到該電流反饋控制單元時，設(shè)定由該指令電壓計算器計算的指令電壓的初始值。
17.根據(jù)權(quán)利要求I的控制裝置，進一步包括 限制單元，在流過該旋轉(zhuǎn)機械的實際電流等于或大于閾值時，一旦該切換元件被該驅(qū)動信號驅(qū)動，該限制單元工作以基于該功率轉(zhuǎn)換器的輸出電壓而限制被施加到旋轉(zhuǎn)機械的輸出電壓的波形，即使轉(zhuǎn)子的旋轉(zhuǎn)速度的變化量等于或小于第一預(yù)設(shè)值并且需求轉(zhuǎn)矩的變化量等于或小于第二預(yù)設(shè)值。
18.—種控制系統(tǒng),包括 根據(jù)權(quán)利要求I的功率轉(zhuǎn)換器；和 根據(jù)權(quán)利要求I 17任一項的控制裝置。
全文摘要
本發(fā)明涉及用于改善旋轉(zhuǎn)機械控制的裝置，在本裝置中，標(biāo)準(zhǔn)確定裝置標(biāo)準(zhǔn)設(shè)定裝置，基于轉(zhuǎn)子的旋轉(zhuǎn)速度和旋轉(zhuǎn)機械的需求轉(zhuǎn)矩而設(shè)定位于定義在轉(zhuǎn)子中的兩相旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系中的輸出電壓向量的標(biāo)準(zhǔn)。相位設(shè)定裝置，基于產(chǎn)生的轉(zhuǎn)矩和需求轉(zhuǎn)矩之間的偏差而設(shè)定兩相旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系中功率轉(zhuǎn)換器的輸出電壓向量的相位。驅(qū)動信號確定器基于由標(biāo)準(zhǔn)確定裝置標(biāo)準(zhǔn)設(shè)定裝置設(shè)定的標(biāo)準(zhǔn)和由相位設(shè)定裝置設(shè)定的相位來確定驅(qū)動信號，并且將該驅(qū)動信號施加給切換元件從而驅(qū)動該切換元件，以將所產(chǎn)生的轉(zhuǎn)矩調(diào)整為所述需求轉(zhuǎn)矩。
文檔編號H02P21/00GK102751932SQ201210234259
公開日2012年10月24日 申請日期2009年3月20日 優(yōu)先權(quán)日2008年3月21日
發(fā)明者山本剛志, 山田隆弘 申請人:株式會社電裝