用于生成用于ipm機的初始控制器查找表的裝置及方法
【專利摘要】本發(fā)明公開一種用于生成用于控制內(nèi)部永磁體(IPM)機的初始操作點的裝置和方法。該方法包括加載電感查找表(S110)，基于IPM機的機器參數(shù)第一計算用于第一閾值速度的每安培最大轉(zhuǎn)矩(MTPA)軌跡(S120)，如果第一速度高于第一閾值速度，基于機器參數(shù)，第二計算具有用于第一速度的單調(diào)增加轉(zhuǎn)矩的截斷的電壓限制橢圓(S130)；基于計算的MTPA軌跡和計算的截斷電壓限制橢圓中的至少一個確定在第一速度處的操作軌跡(S140)，基于確定的操作軌跡，生成映射Id值和Iq值到用于第一速度的多個轉(zhuǎn)矩指令的每個轉(zhuǎn)矩指令的Id，Iq映射(S150)。
【專利說明】用于生成用于IPM機的初始控制器查找表的裝置及方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]示例性實施例涉及用于生成用于控制內(nèi)部永磁(IPM)機的初始控制器查找表的裝置和方法。
【背景技術(shù)】
[0002]因為AC機比DC機提供較高效率，AC機廣泛使用在裝載機或其他重型設(shè)備機械中。AC機的IPM機具有高的傳動效率和寬的操作速度范圍用于恒功率區(qū)域。IPM機控制器也稱為逆變器，控制IPM機的操作?？刂破魃杀皇┘拥絀PM機的終端的控制信號。通常情況下，控制器基于特征化IPM機的信息或部分信息控制IPM機。特征化的至少部分是指允許輸入請求轉(zhuǎn)換成所需的操作輸出的IPM機的操作模式。例如，所需的輸出轉(zhuǎn)矩可被請求，并且基于特征化的部分，控制器控制IPM機，以提供所需的轉(zhuǎn)矩。為了提供所需的輸出轉(zhuǎn)矩，IPM控制器響應(yīng)于期望的轉(zhuǎn)矩來輸出操作點到IPM機。
[0003]一種傳統(tǒng)的方法采用理論方程以找到IPM機操作點，這可能是不準(zhǔn)確的。另一種傳統(tǒng)的方法是利用有限元分析，以找到正確的操作點，這是非常耗時的。此外，這些傳統(tǒng)的方法可能在速度和轉(zhuǎn)矩水平方面不覆蓋整個操作范圍內(nèi)。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明的實施例提供一種用于生成用于控制內(nèi)部永磁體(IPM)機的初始操作點的方法。
[0005]該方法包括:加載電感查找表，其中電感查找表包括多組直軸電感(Ld)值和正交軸電感(Lq)值，每組對應(yīng)于電流峰值幅度和電流控制角。電流控制角可以表示顯示為直軸電流(Id)和正交軸電流(Iq)的電流峰值幅度的值。
[0006]該方法還包括:基于IPM機的機器參數(shù)來第一計算用于第一閾值速度的每安培最大轉(zhuǎn)矩(MTPA)軌跡，機器參數(shù)包括電感查找表；如果第一速度高于第一閾值速度，基于機器參數(shù)，第二計算具有用于第一速度的單調(diào)增加轉(zhuǎn)矩的截斷電壓(truncated voltage)限制橢圓；基于計算的MTPA軌跡和計算的截斷電壓限制橢圓中的至少一個確定在第一速度處的操作軌跡；和基于確定的操作軌跡生成Id，Iq映射，所述Id，Iq映射將Id值和Iq值映射到用于第一速度的多個轉(zhuǎn)矩指令的每個轉(zhuǎn)矩指令。
[0007]在一些實施例中，第一閾值速度是基本速度，基本速度是實現(xiàn)IPM機的最大恒定輸出轉(zhuǎn)矩處的最大軸速度。
[0008]所述確定步驟可以進(jìn)一步包括以下操作:如果第一速度低于第二閾值速度且高于第一閾值速度，所述確定步驟基于計算的MTPA軌跡和計算的截斷電壓限制橢圓的比較來確定操作軌跡；如果第一速度是第二閾值速度或高于第二閾值速度，確定步驟基于僅具有單調(diào)增加的轉(zhuǎn)矩的計算的截斷電壓限制橢圓來確定操作軌跡；和/或如果第一速度是第一閾值速度或低于所述第一閾值速度，確定步驟基于計算的MTPA軌跡來確定操作軌跡。
[0009]在一些實施例中，第二閾值速度是臨界速度，所述臨界速度是來自IPM機的反電動勢(backemf)的不受控制地生成(UCG)電壓等于直接電流(DC)總線電壓處的速度。
[0010]如果第一速度低于第二閾值速度且高于第一閾值速度，所述確定步驟包括:為每一個Id值選擇計算的MTPA軌跡的I,值和計算的截斷電壓限制橢圓的I,值中的較小者，其中操作軌跡包括所選擇的I,值。
[0011]第一計算步驟可以進(jìn)一步包括:確定初始表，所述初始表包括具有涵蓋用于預(yù)設(shè)電流限制的所有可能值的值的Id，Iq組合；計算電流峰值幅度、電流控制角和用于初始表的每個Id，Iq組合的Ld和Lq值；基于機器參數(shù)，計算用于初始表的每個Id，Iq組合的轉(zhuǎn)矩；設(shè)置用于多個轉(zhuǎn)矩指令的每一個的轉(zhuǎn)矩范圍；基于計算的轉(zhuǎn)矩和設(shè)定的轉(zhuǎn)矩范圍來確定用于每個轉(zhuǎn)矩指令的Id，Iq組合的子集；從每個子集選擇具有小于子集的其他Id，Iq組合的計算的電流峰值幅度的Id，Iq組合；和基于選擇的Id，Iq組合的組計算MTPA軌跡。
[0012]在一些實施例中，用于在確定的子集中的每個Id，Iq組合的計算的轉(zhuǎn)矩落入包括相應(yīng)轉(zhuǎn)矩指令的設(shè)定的轉(zhuǎn)矩范圍內(nèi)。
[0013]第二計算步驟還可以包括:基于機器參數(shù)確定在設(shè)定的軸轉(zhuǎn)速處的用于電壓限制橢圓右頂點的Id頂點值；計算對應(yīng)于Id值的范圍的最大允許I,值，Id值的范圍從所確定的Id頂點值到預(yù)先設(shè)定的最低Id限制；和/或基于計算的最大允許I,值計算用于第一速度的電壓限制橢圓。
[0014]另外，如果確定的Id頂點值大于零，Id頂點值被強制為O。
[0015]第二計算步驟還可以包括:計算在第一速度處的沿著計算的電壓限制橢圓的點的轉(zhuǎn)矩；通過忽略單調(diào)遞減轉(zhuǎn)矩截斷計算的電壓限制橢圓。
[0016]在一些實施例中，該方法可以進(jìn)一步包括:利用基于有限元分析的模擬獲得Ld值和Lq值；和基于獲得的電感參數(shù)生成電感查找表。
[0017]在一些實施例中，該方法可以進(jìn)一步包括通過為每一個速度重復(fù)第二計算步驟、確定在第一速度處的操作軌跡步驟和生成Id，Iq映射步驟，為多個速度生成的不同的Id，Iq映射；和基于多個Id，Iq映射，構(gòu)建集成的Id，Iq映射。
[0018]在一些實施例中中，IPM機包括如上面所討論的Id，Iq映射的機器控制器。
[0019]在另一個實施例中，該方法包括，基于IPM機的機器參數(shù)第一計算用于第一閾值速度的每安培最大轉(zhuǎn)矩(MTPA)軌跡；如果第一速度高于第一閾值速度，基于機器參數(shù)第二計算具有用于第一速度的單調(diào)增加轉(zhuǎn)矩的截斷的電壓限制橢圓；基于計算的MTPA軌跡和計算的截斷電壓限制橢圓的至少一個，確定在第一速度處的操作軌跡，所述確定步驟包括，如果第一速度低于第二閾值速度且高于第一閾值速度，基于計算的MTPA軌跡和計算的截斷電壓限制橢圓的比較，確定的操作軌跡；和基于確定的操作軌跡生成Id，Iq映射，所述Id，Iq映射將直軸電流(Id)值和正交軸電流(Iq)值映射到用于第一速度的多個轉(zhuǎn)矩指令中的每一個轉(zhuǎn)矩指令。
[0020]所述確定步驟包括:如果第一速度低于第二閾值速度且高于第一閾值速度，基于計算的MTPA軌跡和計算的截斷電壓限制橢圓的比較來確定操作軌跡。在一些實施例中，第一閾值速度是基本速度，所述基本速度是達(dá)到IPM機的最大恒定的輸出轉(zhuǎn)矩的最大軸速度，第二閾值速度是臨界速度，臨界速度是來自IPM機的反電動勢(反電動勢)的不受控制地生成(UCG)電壓等于直流(DC)總線電壓處的速度。
[0021]在一些實施例中，機器參數(shù)包括電感查找表。電感查找表包括直軸電感(Ld)值和正交軸電感(Lq)值的組，每組對應(yīng)于電流峰值幅度和電流控制角，電流控制角表示顯示為Id和Iq的電流峰值幅度的值。
[0022]所述確定步驟可以進(jìn)一步包括執(zhí)行以下操作:如果第一速度是第二閾值速度或高于所述第二閾值速度，所述確定步驟基于僅具有單調(diào)增加轉(zhuǎn)矩的計算的截斷電壓限制橢圓來確定操作軌跡；和如果第一速度是第一閾值速度或低于第一閾值速度，所述確定步驟基于計算的MTPA軌跡來確定操作軌跡。所述確定步驟可以進(jìn)一步包括:為每一個Id值選擇計算的MTPA軌跡的I,值和計算的截斷電壓限制橢圓的I,值中的較小者，其中所述操作軌跡包括所選擇的Iti值。
[0023]第一計算步驟可以包括確定初始表，所述初始表包括具有涵蓋用于預(yù)設(shè)的電流限制的所有可能的值的值的Id，Iq組合；計算電流峰值幅度、電流控制角和用于初始表的每個Id, IqIq組合的Ld和Lq值；基于機器參數(shù)計算用于初始表的每一個Id，Iq組合的轉(zhuǎn)矩；設(shè)定用于多個轉(zhuǎn)矩指令的每一個的轉(zhuǎn)矩范圍；基于計算的轉(zhuǎn)矩和設(shè)定的轉(zhuǎn)矩范圍，為每個轉(zhuǎn)矩指令確定Id，IqIq組合的子集；從每個子集選擇具有小于子集的其他的Id，Iq組合的計算的電流的峰值幅度的Td，Iq組合；和基于Id，Iq組合的選擇的組來計算MTPA軌跡。
[0024]在一些實施例中，在確定的子集中的用于每個Id，Iq組合的計算的轉(zhuǎn)矩落入包括相應(yīng)的轉(zhuǎn)矩指令的設(shè)定的轉(zhuǎn)矩范圍內(nèi)。第二計算步驟可以包括基于機器參數(shù)確定在設(shè)定的軸轉(zhuǎn)速處的在電壓限制橢圓右頂點處的Id頂點值；計算對應(yīng)于Id值的范圍的最大允許I,值，Id值的范圍來自確定的Id頂點值到預(yù)設(shè)的最低Id限制；和/或基于計算的最大允許I,值計算用于第一速度的電壓限制橢圓。如果確定的1<!頂點值大于零，1<!頂點值被強制為O。
[0025]第二計算步驟還可以包括:計算在第一速度處沿著計算的電壓限制橢圓的轉(zhuǎn)矩；和通過忽略單調(diào)遞減轉(zhuǎn)矩，截斷計算的電壓限制橢圓。 [0026]該方法可以進(jìn)一步包括通過對于每個速度重復(fù)第二計算步驟、確定步驟和生成步驟，生成用于多個速度的不同的Id，iq映射；和基于多個Id，I,映射，構(gòu)建集成的Id，iq映射。在一些實施例中中，IPM機包括具有如上所述的Id，Iq的映射的機器控制器。
[0027]本發(fā)明的實施例提供一種計算機處理單元，用于生成用于控制內(nèi)部永磁體(IPM)機器的初始操作點。計算機處理單元包括:存儲器，配置成存儲機器參數(shù)，所述機器參數(shù)包括電感查找表，所述電感查找表包括直軸電感(Ld)值和正交軸電感(Lq)值的組，每組對應(yīng)于電流峰值幅度和電流控制角，電流控制角表示顯示為直軸電流(Id)和正交軸電流(I,)的電流峰值幅度的值；和處理器，夠造成用于基于機器參數(shù)第一計算用于第一閾值速度的每安培最大轉(zhuǎn)矩(MTPA)軌跡，處理器被配置成，如果第一速度高于第一閾值速度，基于機器參數(shù)，第二計算具有用于第一速度的單調(diào)增加轉(zhuǎn)矩的被截斷的電壓限制橢圓，處理器被配置成，基于計算的MTPA軌跡和計算的截斷電壓限制橢圓中的至少一個，確定在第一速度處的操作軌跡，所述處理器被配置成基于確定的操作軌跡生成Id，I,映射，所述Id，I,映射將Id值和I,值映射到用于第一速度的多個轉(zhuǎn)矩指令的每個轉(zhuǎn)矩指令。
[0028]在一些實施例中，第一閾值速度是基本速度，所述基本速度是實現(xiàn)IPM機的最大恒定輸出轉(zhuǎn)矩處的最大軸速度。
[0029]在一些實施例中，如果第一速度低于第二閾值的速度且高于第一閾值速度，處理器被配置為基于計算的MTPA軌跡和計算的截斷電壓限制橢圓的比較來確定操作軌跡；如果第一速度是第二閾值速度或高于第二閾值速度，處理器被配置為基于僅具有單調(diào)增加轉(zhuǎn)矩的計算的截斷電壓限制橢圓來確定操作軌跡；和/或如果第一速度是第一閾值速度或低于第一閾值速度，處理器被配置為基于計算的MTPA軌跡確定操作軌跡。
[0030]在一些實施例中，第二閾值速度是臨界速度，所述臨界速度是來自IPM機的反電動勢(backemf)的不受控制地生成(UCG)電壓等于直接電流(DC)總線電壓處的速度。
[0031]如果第一速度低于第二閾值速度且高于第一閾值速度，所述處理器被配置成為每一個Id值選擇計算的MTPA軌跡的I,值和計算的截斷電壓限制橢圓的I,值中的較小者，其中操作軌跡包括所選擇的I,值。
[0032]此外，處理器被配置為確定初始表，所述初始表包括具有涵蓋用于預(yù)設(shè)電流限制的所有可能值的值的Id，Iq組合；處理器被配置為計算電流峰值幅度、電流控制角和用于初始表的每個Id，I,組合的LjP Lq值；處理器被配置為基于機器參數(shù)，計算用于初始表的每個Id, I,組合的轉(zhuǎn)矩；所述處理器被配置為為多個轉(zhuǎn)矩指令的每一個設(shè)置轉(zhuǎn)矩范圍；所述處理器被配置為基于計算的轉(zhuǎn)矩和設(shè)定的轉(zhuǎn)矩范圍來確定用于每個轉(zhuǎn)矩指令的Id，I,組合的子集；所述處理器被配置從每個子集選擇具有小于子集的其他Id，I,組合的計算的電流峰值幅度的Id，I,組合；和所述處理器被配置為基于選擇的Id，I,組合的組計算MTPA軌跡。用于在確定的子集中的每個Id，I,組合的計算的轉(zhuǎn)矩落入包括各自轉(zhuǎn)矩指令的設(shè)定的轉(zhuǎn)矩范圍。
[0033]此外，處理器可以被配置為為基于機器參數(shù)確定在設(shè)定的軸轉(zhuǎn)速處的用于電壓限制橢圓右頂點的Id頂點值；所述處理器被配置為計算對應(yīng)于Id值的范圍的最大允許I,值，Id值的范圍從所確定的Id頂點值到預(yù)先設(shè)定的最小Id限制；和所述處理器被配置為基于計算的最大允許I,值計算用于第一速度的電壓限制橢圓。另外，如果確定的Id頂點值大于零，Id頂點值被強制為O。
[0034]此外，所述處理器被配置為計算在第一速度處的沿著計算的電壓限制橢圓的點的轉(zhuǎn)矩，并且通過忽略單調(diào)遞減轉(zhuǎn)矩截斷計算的電壓限制橢圓。所述處理器被配置為通過對于每個速度重復(fù)第二計算步驟、確定步驟和生成步驟來生成用于多個速度的不同的Id，Iq映射；和所述處理器被配置為基于多個Id，Iq映射，構(gòu)建集成的Id，Iq映射。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0035]從下面給出的詳細(xì)描述和附圖中，示例性實施例將被更加充分地理解，其中相同元件用相同的附圖標(biāo)記表示，其僅作為說明的方式給出，并且因此不是限制性的，并且其中:
[0036]圖1圖示用于構(gòu)建用于根據(jù)本發(fā)明的實施例的多個速度的Id、Iq映射的方法；
[0037]圖2示出用于構(gòu)建用于根據(jù)本發(fā)明的實施例的多個速度的Id，Iq的映射的裝置200 ；
[0038]圖3A包括在根據(jù)本發(fā)明的實施例的d_q平面中的多個曲線和多個電壓限制橢圓；
[0039]圖3B示出在根據(jù)本發(fā)明的實施例的d_q平面中的多個電壓限制橢圓和多個曲線.[0040]圖4示出用于計算MTPA軌跡的方法，用于根據(jù)本發(fā)明的一個實施例的第一閾值速度或小于第一閾值速度的速度；[0041]圖5示出一種用于根據(jù)本發(fā)明的一個實施例生成Id，Iq映射的方法，使用電壓限制橢圓或MTPA軌跡的組合和用于超過第一閾值速度的操作速度的電壓限制橢圓；
[0042]圖6示出一種用于基于根據(jù)本發(fā)明的實施例的操作軌跡計算用于多個速度的操作軌跡并且生成多個集成Id、Iq映射的方法；
[0043]圖7是用于控制電IPM機的系統(tǒng)的一個實施例的方框圖；和
[0044]圖8是與圖7 —致的電子數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)的方框圖。
具體實施例
[0045]現(xiàn)在參照其中顯示一些示例性實施例的附圖更全面地描述各種示例性實施例。相同的標(biāo)號在整個說明書中表示相同元件。
[0046]應(yīng)當(dāng)理解，雖然此處術(shù)語第一、第二等可以用以描述各種元件，但是這些元件應(yīng)該不受這些術(shù)語的限制。這些術(shù)語僅用以將一個元件與另外一個區(qū)分開。例如，在不偏離示例實施例的范圍的情況下，第一元件可以被叫做第二元件，并且，類似地，第二元件可以被叫做第一元件。正如此處所采用的，術(shù)語“和/或”包括所列舉的相關(guān)數(shù)據(jù)中的一個或多個的任意和全部組合。
[0047]這里使用的術(shù)語僅是用于描述特定實施例，而非旨在限制示例性實施例。如本文所用，沒有明確為單數(shù)的表述，例如“所述”旨在也包括復(fù)數(shù)形式，除非上下文清楚地另有指示。要進(jìn)一步理解的是，術(shù)語“包括”在本文中使用時，說明存在所述特征、整體、步驟、操作、元件和/或組件，但不排除存在或添加一個或多個其它特征、整體、步驟、操作、元件、組件和/或其組合。
[0048]還應(yīng)當(dāng)注意到，在一些替換實施方案中，所指出的功能/動作可能會與圖中指出的順序不同。例如，連續(xù)示出的兩個數(shù)字，實際上被同時執(zhí)行，或者有時可以以相反的順序執(zhí)行，這取決于涉及的功能/動作。
[0049]除非另有定義，否則這里使用的所有術(shù)語(包括技術(shù)和科學(xué)術(shù)語)具有與示例實施例所屬領(lǐng)域的普通技術(shù)人員所通常理解相同的含義。要進(jìn)一步理解，術(shù)語，例如在常用字典中定義的那些，應(yīng)解釋為具有與在相關(guān)領(lǐng)域的上下文中含義相一致的含義，并且因此，將不被解釋為理想化的或過于正式的意義，除非明確如此界定外。
[0050]在下面的描述中，將參照可以作為程序模塊或功能性過程被實現(xiàn)的操作的動作和符號表示(例如，在流程圖的形式)描述示例性實施例，程序模塊或功能性過程包括程序、對象、組件、數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)等，其執(zhí)行特定任務(wù)或?qū)崿F(xiàn)特定抽象數(shù)據(jù)類型，并且可以使用在現(xiàn)有網(wǎng)絡(luò)元件處的現(xiàn)有硬件實現(xiàn)。這種現(xiàn)有的硬件可以包括一個或多個中央處理單元(CPU)、數(shù)字信號處理器(DSP)、應(yīng)用程序特定集成的電路、現(xiàn)場可編程門陣列(FPGA)電腦或者一旦編程成為特定機器的類似機器。
[0051]然而，應(yīng)當(dāng)牢記的，所有這些和類似的術(shù)語是與適當(dāng)?shù)奈锢砹肯嚓P(guān)聯(lián)，并且僅僅是應(yīng)用于這些量的方便的標(biāo)記。除非另有特別聲明，或從討論中顯而易見的，諸如“獲取”、“確定”、“計算”、“選擇”、“設(shè)置”、“截斷”、“生成”或類似術(shù)語是指計算機系統(tǒng)或類似的電子計算裝置的動作和過程，計算機系統(tǒng)或類似的電子計算裝置將在計算機系統(tǒng)的寄存器和存儲器中表示為物理量、電子量的數(shù)據(jù)操作和轉(zhuǎn)換為類似地表示為在計算機系統(tǒng)存儲器或寄存器或其他這樣的信息存儲、傳輸或顯示設(shè)備內(nèi)的物理量的其他數(shù)據(jù)。[0052]本發(fā)明的實施例提供用于生成用于內(nèi)部永磁體(IPM)機的初始操作點的裝置和方法。IPM機可以是本【技術(shù)領(lǐng)域】的普通技術(shù)人員眾所周知的任何類型IPM機。例如，IPM機可以包括具有槽的定子和具有永久磁體磁極的轉(zhuǎn)子，以及被配置為控制IPM機的控制器。初始操作點可以被存儲在用來操作IPM機的至少一個查找表中。
[0053]每個操作點包括直軸電流(Id)值和q軸電流(I,)值，其也可以被分別地稱為作為通量電流指令和轉(zhuǎn)矩電流指令。電流指令I(lǐng)d和Iq是電流的峰值幅度(Is)和電流控制角(Y )的組成部分。電流控制角(Y )表示在d-q平面中顯示為Id和I,的Is的量。在一個實施例中，電流控制角(Y)是電流峰值幅度(Is)的與d-q平面的正q軸相關(guān)的角度。電流峰值幅度Is與電流控制角(Y )和Id和I,之間的關(guān)系如下:
[0054]方程式(I)
[0055]方程式(2)/ ''/ 和 O H
[0056]電流指令I(lǐng),可以根據(jù)轉(zhuǎn)矩指令符號而具有正的或負(fù)的符號(+ / _)。電流指令表示響應(yīng)于轉(zhuǎn)矩指令(例如，50納米)和操作速度而被應(yīng)用到IPM機的電流的相應(yīng)的量。根據(jù)一個實施例，操作點被映射到包括IPM機的所有范圍的多個速度的每個轉(zhuǎn)矩指令。轉(zhuǎn)矩指令可以以全范圍(例如，10%，15%)轉(zhuǎn)矩百分比來表示。操作點和相應(yīng)的轉(zhuǎn)矩指令被存儲在具有Id，Iq的映射的至少一個查找表中。因此，響應(yīng)于特定的轉(zhuǎn)矩指令和操作速度，IPM機基于在至少一個查找表中的適當(dāng)?shù)腎d，Ip映射選擇相應(yīng)的操作點(例如，Id值，1,值)。
[0057]初始操作點可以用于測試IPM機的性能。例如，根據(jù)初始操作點，用戶例如可以(a)對IPM機測試基本轉(zhuǎn)矩控制、速度控制和電壓控制，(b)調(diào)節(jié)機器電流回路、速度回路、電壓回路比例積分(PI)增益，(C)測試機器熱性能和局限性，(d)估算功率電子元件損失，并且選擇優(yōu)化脈沖寬度調(diào)制(PWM)開關(guān)頻率，和(e)建立用于例如位置校準(zhǔn)和電動機特征化的基礎(chǔ)。
[0058]根據(jù)一些實施例，生成的初始操作點可以提供用于的IPM機的全部操作范圍的操作點(例如，全部轉(zhuǎn)矩和全部速度范圍)，同時滿足規(guī)定的電流和電壓限制。此外，初始操作點的生成使用IPM機的給定機器參數(shù)，諸如不假定為常數(shù)并且在d-q軸之間大量耦合的實際電感值。結(jié)果，生成的初始操作點對于了解如何設(shè)計IPM機用于特定的應(yīng)用目的可能是有益的，諸如(a)是否IPM機過大或缺少轉(zhuǎn)矩產(chǎn)生能力，(b)是否低速滿轉(zhuǎn)矩操作所需電流過大，(C)是否存在足夠的電壓用于高速操作和相應(yīng)的角度是否過大，以及例如(d)轉(zhuǎn)矩與位置的敏感性是否過大。
[0059]圖1示出用于構(gòu)建用于根據(jù)本發(fā)明的實施例的多個速度的Id，I,映射的方法。該方法可以通過具有存儲器和處理器的任何類型的計算機處理單元執(zhí)行，參照圖2解釋如下。
[0060]圖2示出裝置200，用于構(gòu)建用于根據(jù)本發(fā)明的實施例的多個速度的Id，Iq映射。裝置200包括處理器205和至少一個存儲器210。裝置200可以包括本【技術(shù)領(lǐng)域】的普通技術(shù)人員公知的其它部件。處理器205可以是配置為執(zhí)行存儲在所述至少一個存儲器210中的程序代碼的任何類型的處理器。例如，存儲器210可以是任何類型的存儲器，如隨機存取存儲器(RAM)和只讀存儲器(ROM)。 設(shè)備200可以執(zhí)行在本申請的圖1和圖4-6中的任何操作，如在下文中進(jìn)一步闡述。[0061]返回參考圖1，在步驟SllO中，處理器205從至少一個存儲器210加載IPM機的機器參數(shù)。機器參數(shù)例如可以包括反電動勢(backemf)常數(shù)(Af)、電流限制、IPM機的極對數(shù)、直流(DC)總線電壓電平、電感查找表、定子電阻和/或相對于溫度的永久磁體的強度系數(shù)。另外，機器參數(shù)可以包括在本【技術(shù)領(lǐng)域】的普通技術(shù)人員是眾所周知的任何其他類型的參數(shù)。
[0062]電感查找表可以包括直軸電感(Ld)值和正交軸電感(Lq)值的組。每組對應(yīng)于的電流的峰值幅度(Is)和電流控制角(Y)。表1和表2，如下所示，示出電感查找表的實施例。
[0063]表一
[0064]
【權(quán)利要求】
1.一種用于生成用于控制內(nèi)部永磁體(IPM)機的初始操作點的方法，所述方法包括: 加載電感查找表，電感查找表包括多組直軸電感(Ld)值和正交軸電感(Lq)值，每組直軸電感(Ld)值和正交軸電感(Lq)值對應(yīng)于電流峰值幅度和電流控制角，電流控制角表示顯示為直軸電流(Id)和正交軸電流(Iq)的電流峰值幅度的值； 基于IPM機的機器參數(shù)進(jìn)行第一計算，計算用于第一閾值速度的每安培最大轉(zhuǎn)矩(MTPA)軌跡，機器參數(shù)包括電感查找表； 如果第一速度高于第一閾值速度，則基于機器參數(shù)進(jìn)行第二計算，計算用于第一速度的具有單調(diào)增加轉(zhuǎn)矩的截斷的電壓限制橢圓； 基于計算的MTPA軌跡和計算的截斷電壓限制橢圓中的至少一個確定在第一速度處的操作軌跡；和 基于確定的操作軌跡生成Id，Iq映射，所述Id，Iq映射將Id值和Iq值映射到用于第一速度的多個轉(zhuǎn)矩指令的每個轉(zhuǎn)矩指令。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中第一閾值速度是基本速度，基本速度是實現(xiàn)IPM機的最大恒定輸出轉(zhuǎn)矩處的最大軸速度。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中所述確定在第一速度處的操作軌跡步驟包括: 如果第一速度低于第二閾值速度且高于第一閾值速度，所述確定在第一速度處的操作軌跡步驟基于計算的MTPA軌跡和計算的截斷電壓限制橢圓的比較來確定操作軌跡； 如果第一速度是第二閾值速度或高于第二閾值速度，所述確定在第一速度處的操作軌跡步驟基于僅具有單調(diào)增加的轉(zhuǎn)矩的計算的截斷電壓限制橢圓來確定操作軌跡；和 如果第一速度是第一閾值速度或低于所述第一閾值速度，所述確定在第一速度處的操作軌跡步驟基于計算的MTPA軌跡來確 定操作軌跡。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的方法，其中第二閾值速度是臨界速度，所述臨界速度是在來自IPM機的反電動勢(backemf)的不受控制的生成(UCG)電壓等于直接電流(DC)總線電壓處的速度。
5.根據(jù)權(quán)利要求3所述的方法，其中如果第一速度低于第二閾值速度且高于第一閾值速度，所述確定在第一速度處的操作軌跡步驟包括: 為每一個Id值選擇計算的MTPA軌跡的I,值和計算的截斷電壓限制橢圓的I,值中的較小者，其中操作軌跡包括所選擇的ItJ值。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中第一計算步驟包括: 確定初始表，所述初始表包括具有涵蓋用于預(yù)設(shè)電流限制的所有可能值的值的Id，Iq組合； 計算電流峰值幅度、電流控制角和用于初始表的每個Id，Iq組合的Ld和Lq值； 基于機器參數(shù)，計算用于初始表的每個Id，I,組合的轉(zhuǎn)矩； 設(shè)置用于多個轉(zhuǎn)矩指令的每一個的轉(zhuǎn)矩范圍； 基于計算的轉(zhuǎn)矩和設(shè)定的轉(zhuǎn)矩范圍來確定用于每個轉(zhuǎn)矩指令的Id，I,組合的子集； 從每個子集選擇Id，Iq組合，所述Id，Iq組合具有小于子集的其他Id，Iq組合的計算的電流峰值幅度；和 基于選擇的Id，Iq組合的組計算MTPA軌跡。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的方法，其中用于在確定的子集中的每個Id，I,組合的計算的轉(zhuǎn)矩落入包括相應(yīng)轉(zhuǎn)矩指令的設(shè)定的轉(zhuǎn)矩范圍內(nèi)。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中第二計算步驟包括: 基于機器參數(shù)確定在設(shè)定的軸轉(zhuǎn)速處的用于電壓限制橢圓右頂點的Id頂點值； 計算對應(yīng)于Id值的范圍的最大允許I,值，Id值的范圍從所確定的Id頂點值到預(yù)先設(shè)定的最低Id限制；和 基于計算的最大允許I,值計算用于第一速度的電壓限制橢圓。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的方法，其中如果確定的Id頂點值大于零，Id頂點值被強制為O0
10.根據(jù)權(quán)利要求8所述的方法，其中第二計算步驟還包括: 計算在第一速度處的沿著計算的電壓限制橢圓的點的轉(zhuǎn)矩；和 通過忽略單調(diào)遞減轉(zhuǎn)矩截斷計算的電壓限制橢圓。
11.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，還包括: 利用基于有限元分析的模擬獲得Ld值和Lq值；和 基于獲得的電感參數(shù)生成電感查找表。
12.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，還包括: 通過為每一個速度重復(fù)第二計算步驟、確定在第一速度處的操作軌跡步驟和生成Id，Iq映射步驟，為多個速度生成不同的Id，Iq映射；和基于多個Id，Iq映射，構(gòu)建集成的I d，Iq映射。
13.—種IPM機，包括具有在權(quán)利要求1中的生成的Id，Iq映射的機器控制器。
14.一種用于生成用于控制內(nèi)部永磁體(IPM)機器的初始操作點的方法，所述方法包括: 基于IPM機的機器參數(shù)進(jìn)行第一計算，計算用于第一閾值速度的每安培最大轉(zhuǎn)矩(MTPA)軌跡； 如果第一速度高于第一閾值速度，基于機器參數(shù)進(jìn)行第二計算，計算具有用于第一速度的單調(diào)增加轉(zhuǎn)矩的截斷的電壓限制橢圓； 基于計算的MTPA軌跡和計算的截斷電壓限制橢圓中的至少一個，確定在第一速度處的操作軌跡，所述確定在第一速度處的操作軌跡步驟包括: 如果第一速度低于第二閾值速度且高于第一閾值速度，則基于計算的MTPA軌跡和計算的截斷電壓限制橢圓的比較，確定所述操作軌跡；和 基于確定的操作軌跡生成Id，Iq映射，所述Id，Iq映射將直軸電流(Id)值和正交軸電流(Iq)值映射到用于第一速度的多個轉(zhuǎn)矩指令中的每一個轉(zhuǎn)矩指令。
15.根據(jù)權(quán)利要求14所述的方法，其中 第一閾值速度是基本速度，所述基本速度是達(dá)到IPM機的最大恒定的輸出轉(zhuǎn)矩的最大軸速度， 第二閾值速度是臨界速度，臨界速度是在來自IPM機的反電動勢(backemf)的不受控制的生成(UCG)電壓等于直流(DC)總線電壓處的速度。
16.根據(jù)權(quán)利要求14所述的方法,其中機器參數(shù)包括電感查找表,所述電感查找表包括多組直軸電感(Ld)值和正交軸電感(Lq)值，每組直軸電感(Ld)值和正交軸電感(Lq)值對應(yīng)于電流峰值幅度和電流控制角，電流控制角表示顯示為Id和I,的電流峰值幅度的值。
17.根據(jù)權(quán)利要求14所述的方法，其中，所述確定在第一速度處的操作軌跡步驟還包括: 如果第一速度是第二閾值速度或高于所述第二閾值速度，所述確定在第一速度處的操作軌跡步驟基于僅具有單調(diào)增加轉(zhuǎn)矩的計算的截斷電壓限制橢圓來確定操作軌跡；和如果第一速度是第一閾值速度或低于第一閾值速度,所述確定在第一速度處的操作軌跡步驟基于計算的MTPA軌跡來確定操作軌跡。
18.根據(jù)權(quán)利要求14所述的方法，其中所述確定步驟還包括: 為每一個Id值選擇計算的MTPA軌跡的I,值和計算的截斷電壓限制橢圓的I,值中的較小者，其中所述操作軌跡包括所選擇的Iti值。
19.根據(jù)權(quán)利要求14所述的方法，其中第一計算步驟包括: 確定初始表，所述初始表包括具有涵蓋用于預(yù)設(shè)的電流限制的所有可能的值的值的Id，Iq組合； 計算電流峰值幅度、電流控制角和用于初始表的每個Id，Iq組合的Ld和Lq值； 基于機器參數(shù)計算用于初始表的每一個Id，I,組合的轉(zhuǎn)矩； 設(shè)定用于多個轉(zhuǎn)矩指令的每一個的轉(zhuǎn)矩范圍； 基于計算的轉(zhuǎn)矩和設(shè)定的轉(zhuǎn)矩范圍，為每個轉(zhuǎn)矩指令確定Id，I,組合的子集； 從每個子集選擇具有小于子集的其他的Id，I,組合的計算的電流峰值幅度的Id，I,組合；和 基于Id，Iq組合的選擇的組來計算MTPA軌跡。
20.根據(jù)權(quán)利要求19所述的方法，其中在確定的子集中的用于每個Id，I,組合的計算的轉(zhuǎn)矩落入包括相應(yīng)的轉(zhuǎn)矩指令的設(shè)定的轉(zhuǎn)矩范圍內(nèi)。
21.根據(jù)權(quán)利要求14所述的方法，其中第二計算步驟包括: 基于機器參數(shù)確定在設(shè)定的軸轉(zhuǎn)速處的在電壓限制橢圓右頂點處的Id頂點值； 計算對應(yīng)于Id值的范圍的最大允許I,值，Id值的范圍從確定的Id頂點值到預(yù)設(shè)的最小Id限制；和 基于計算的最大允許I,值計算用于第一速度的電壓限制橢圓。
22.根據(jù)權(quán)利要求21所述的方法，其中如果確定的Id頂點值大于零，Id頂點值被強制為零。
23.根據(jù)權(quán)利要求21所述的方法，其中第二計算步驟還包括: 計算在第一速度處沿著計算的電壓限制橢圓的轉(zhuǎn)矩；和 通過忽略單調(diào)遞減轉(zhuǎn)矩，截斷計算的電壓限制橢圓。
24.根據(jù)權(quán)利要求14所述的方法，還包括: 通過對于每個速度重復(fù)第二計算步驟、確定在第一速度處的操作軌跡步驟和生成Id，Iq映射步驟，生成用于多個速度的不同的Id，Iq映射；和基于多個Id，Iq映射，構(gòu)建集成的Id，Iq映射。
25.—種IPM機，包括具有在權(quán)利要求14中生成的Id，Iq映射的機器控制器。
26.一種計算機處理單元，用于生成用于控制內(nèi)部永磁體(IPM)機器的初始操作點，所述計算機處理單元包括: 存儲器，配置成存儲機器參數(shù)，所述機器參數(shù)包括電感查找表，所述電感查找表包括多組直軸電感(Ld)值和正交軸電感(Lq)值，每組直軸電感(Ld)值和正交軸電感(Lq)值對應(yīng)于電流峰值幅度和電流控制角，電流控制角表示顯示為直軸電流(Id)和正交軸電流(I,)的電流峰值幅度的值；和 處理器，夠造成用于基于機器參數(shù)進(jìn)行第一計算，計算用于第一閾值速度的每安培最大轉(zhuǎn)矩(MTPA)軌跡， 所述處理器夠造成，如果第一速度高于第一閾值速度，基于機器參數(shù)進(jìn)行第二計算，計算具有用于第一速度的單調(diào)增加轉(zhuǎn)矩的被截斷的電壓限制橢圓， 所述處理器夠造成，基于計算的MTPA軌跡和計算的截斷電壓限制橢圓中的至少一個，確定在第一速度處的操作軌跡， 所述處理器夠造成基于確定的操作軌跡生成Id，Iq映射，所述Id，Iq映射將Id值和I,值映射到用于第一速度的多個轉(zhuǎn)矩指令的每個轉(zhuǎn)矩指令。
27.根據(jù)權(quán)利要求26所述的計算機處理單元，其中第一閾值速度是基本速度，所述基本速度是實現(xiàn)IPM機的最大恒定輸出轉(zhuǎn)矩處的最大軸速度。
28.根據(jù)權(quán)利要求26所述的計算機處理單元，其中 如果第一速度低于第二閾值的速度且高于第一閾值速度，處理器被配置為基于計算的MTPA軌跡和計算的截斷電壓限制橢圓的比較來確定操作軌跡； 如果第一速度是第二閾值速度或高于第二閾值速度，處理器被配置為基于僅具有單調(diào)增加轉(zhuǎn)矩的計算的截斷電壓限制橢圓來確定操作軌跡；和 如果第一速度是第一閾 值速度或低于第一閾值速度，處理器被配置為基于計算的MTPA軌跡確定操作軌跡。
29.根據(jù)權(quán)利要求28所述的計算機處理單元，其中第二閾值速度是臨界速度，所述臨界速度是在來自IPM機的反電動勢(backemf)的不受控制的生成(UCG)電壓等于直流(DC)總線電壓處的速度。
30.根據(jù)權(quán)利要求28所述的計算機處理單元，其中如果第一速度低于第二閾值速度且高于第一閾值速度，所述處理器被配置成為每一個Id值選擇計算的MTPA軌跡的I,值和計算的截斷電壓限制橢圓的I,值中的較小者，其中操作軌跡包括所選擇的I,值。
31.根據(jù)權(quán)利要求26所述的計算機處理單元，其中處理器被配置為確定初始表，所述初始表包括具有涵蓋用于預(yù)設(shè)電流限制的所有可能值的值的Id，Iq組合； 處理器被配置為計算電流峰值幅度、電流控制角和用于初始表的每個Id，I,組合的Ld和Lq值； 所述處理器被配置為基于機器參數(shù)，計算用于初始表的每個Id，I,組合的轉(zhuǎn)矩； 所述處理器被配置為為多個轉(zhuǎn)矩指令的每一個設(shè)置轉(zhuǎn)矩范圍； 所述處理器被配置為基于計算的轉(zhuǎn)矩和設(shè)定的轉(zhuǎn)矩范圍來確定用于每個轉(zhuǎn)矩指令的Id, Iq組合的子集； 所述處理器被配置為從每個子集選擇具有小于子集的其他Id，I,組合的計算的電流峰值幅度的Id，I,組合；和 所述處理器被配置為基于選擇的Id，I,組合的組計算MTPA軌跡。
32.根據(jù)權(quán)利要求31所述的計算機處理單元，其中用于在確定的子集中的每個Id，Iq組合的計算的轉(zhuǎn)矩落入包括對應(yīng)的轉(zhuǎn)矩指令的設(shè)定的轉(zhuǎn)矩范圍內(nèi)。
33.根據(jù)權(quán)利要求26所述的計算機處理單元，其中 所述處理器被配置為基于機器參數(shù)確定在設(shè)定的軸轉(zhuǎn)速處的用于電壓限制橢圓右頂點的Id頂點值； 所述處理器被配置為計算對應(yīng)于Id值的范圍的最大允許I,值，Id值的范圍從所確定的Id頂點值到預(yù)先設(shè)定的最小Id限制；和 所述處理器被配置為基于計算的最大允許I,值計算用于第一速度的電壓限制橢圓。
34.根據(jù)權(quán)利要求33所述的計算機處理單元，其中如果確定的Id頂點值大于零，則Id頂點值被強制為零。
35.根據(jù)權(quán)利要求33所述的計算機處理單元，其中 所述處理器被配置為計算在第一速度處的沿著計算的電壓限制橢圓的點的轉(zhuǎn)矩； 所述處理器被配置為通過忽略單調(diào)遞減轉(zhuǎn)矩截斷計算的電壓限制橢圓。
36.根據(jù)權(quán)利要求26所述的計算機處理單元，其中 所述處理器被配置為通過對于每個速度重復(fù)第二計算步驟、確定步驟和生成步驟來生成用于多個速度的不同的Id，Iq映射；和 所述處理器被配置為基于多個Id ，Iq映射，構(gòu)建集成的Id，Iq映射。
【文檔編號】H02P27/00GK103891129SQ201280010781
【公開日】2014年6月25日 申請日期:2012年2月1日 優(yōu)先權(quán)日:2011年2月28日
【發(fā)明者】吳隆, 蘇簡·庫桑巴, 吳子敏, 付天均, 羅伯特·肖 申請人:迪爾公司