用于確定參考d軸電流和q軸電流的電動機控制系統(tǒng)的制作方法
【專利摘要】提供一種用于確定參考D軸電流和Q軸電流的電動機控制系統(tǒng)。電動機控制系統(tǒng)包括電動機、直流電源和直流輸入線路以及電流命令控制器。直流電源產(chǎn)生跨直流輸入線路的電橋電壓。電流命令控制器被配置以監(jiān)控電橋電壓和轉(zhuǎn)矩參考命令。電流命令控制器被配置以基于轉(zhuǎn)矩參考命令來計算參考Q軸電流。電流命令控制器被配置以基于參考Q軸電流的數(shù)值來計算參考D軸電流。
【專利說明】用于確定參考D軸電流和Q軸電流的電動機控制系統(tǒng)
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及用于電動機的控制系統(tǒng)，并且更具體來說，涉及用于確定參考d軸電 流和參考q軸電流的電動機控制系統(tǒng)。
【背景技術(shù)】
[0002] 內(nèi)置式永磁同步電動機（IPMSM)的輸出轉(zhuǎn)矩可以通過電壓命令和相位超前角來確 定。IPMSM的具體輸出轉(zhuǎn)矩通過首先選擇具體的正交軸（也稱為q軸）參考電流和直軸（也 稱為d軸）參考電流并且隨后基于選定的正交軸參考電流和直軸參考電流來確定電壓命令 和相位超前角來確定。
【發(fā)明內(nèi)容】
[0003] 在一個實施例中，提供用于確定參考d軸電流和參考q軸電流的電動機控制系統(tǒng)。 電動機控制系統(tǒng)包括具有測出的電動機速度的電動機、直流電源和直流輸入線路以及電流 命令控制器。直流電源產(chǎn)生跨直流輸入線路的電橋電壓。電流命令控制器與電動機和直流 輸入線路通信。電流命令控制器被配置以監(jiān)控電橋電壓和轉(zhuǎn)矩參考命令。電流命令控制器 被配置以基于轉(zhuǎn)矩參考命令來計算參考q軸電流。電流命令控制器被配置以基于參考q軸 電流的數(shù)值來計算參考d軸電流。
[0004] 在另一個實施例中，提供一種用于確定參考d軸電流和參考q軸電流的方法。該 方法包括監(jiān)控發(fā)送給電流命令控制器的電橋電壓和轉(zhuǎn)矩參考命令。該方法還包括基于轉(zhuǎn)矩 參考命令來計算參考q軸電流。該方法還包括如果參考q軸電流的數(shù)值小于或等于預定參 考q軸電流值并且如果電壓命令值的數(shù)值小于電橋電壓，則基于第一工作區(qū)域來計算參考 d軸電流。
[0005] 這些和其他優(yōu)點以及特征將從結(jié)合附圖的以下描述變得更加顯而易見。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0006] 在說明書結(jié)尾的權(quán)利要求書中特別指出并且清楚地要求保護本發(fā)明的主題。本發(fā) 明的以上和其他特征以及優(yōu)點從結(jié)合附圖的以下詳細描述變得顯而易見，附圖中： 圖1是根據(jù)本發(fā)明的一個示例性實施例的電動機控制系統(tǒng)的方框圖；以及 圖2是根據(jù)本發(fā)明的另一個示例性實施例的用于確定參考d軸電流和參考q軸電流的 過程流程圖。
【具體實施方式】
[0007] 現(xiàn)在參照附圖，其中將參照具體實施例來描述本發(fā)明而不限制本發(fā)明，圖1是電 動機控制系統(tǒng)10的示例性方框圖。電動機控制系統(tǒng)10包括電流命令控制器20、d軸比例 積分增益（PI)控制器22、q軸PI控制器23、極性轉(zhuǎn)換控制器24、脈寬調(diào)制（PWM)逆變控制 器26、逆變器28、直流電源30、電動機32、位置傳感器34、速度傳感器36、變換控制器38、a 軸電流放大器40、b軸電流放大器42、a軸模數(shù)轉(zhuǎn)換器（ADC) 44以及b軸ADC 46。在一個 實施例中，電動機42可以是內(nèi)置式永磁同步電動機（IPMSM)，然而，應理解，可以同樣使用 任何類型的使用相電流來控制的電動機。
[0008] 在如圖1所示的實施例中，逆變器28連接到直流電源30,其中直流電源30可以 例如是電池。直流電源30可以通過直流輸入線路49連接到逆變器28。換能器51可以用 來監(jiān)控跨直流輸入線路49的電橋電壓V eeu。表不電橋電壓Veeu的控制信號53可以被發(fā)送 到電流命令控制器20和PWM逆變控制器26。在如圖所示的示例性實施例中，逆變器26通 過用于電動機32的工作和控制的線路50、線路52和線路54將三個交流（AC)相電流傳(例 如，i a、ib和i。）輸?shù)诫妱訖C32。
[0009] 為了反饋控制的目的，可以檢測通過線路50和52傳輸?shù)诫妱訖C32的相電流込和 ib以確定到電動機32的瞬時電流流量。具體來說，換能器56可以用來監(jiān)控線路50上的相 電流ia，并且換能器58可以用來監(jiān)控線路52上的相電流i b。應注意，盡管示出換能器56 和換能器58,但是僅可以監(jiān)控線路50或52中的一個來測量相電流1或相電流i b。表示測 量出的相電流ia的控制信號60可以從換能器56發(fā)送到a軸電流放大器40,并且表示測量 出的相電流i b的控制信號62可以從換能器58發(fā)送到b軸電流放大器42。隨后，相電流ia 的倍增或放大值從a軸電流放大器40發(fā)送到a軸ADC 44并且相電流ib的放大值從b軸電 流放大器42發(fā)送到b軸ADC 46。a軸ADC 44將相電流1的放大值轉(zhuǎn)換成數(shù)字值64。數(shù) 字值64表示相電流ia的數(shù)值。b軸ADC 46將相電流ib的放大值轉(zhuǎn)換成數(shù)字值66。數(shù)字 值66表不相電流ib的數(shù)值。
[0010] 變換控制器38從ADC 44接收數(shù)字值64并且從ADC 46接收數(shù)字值66作為輸 入。在一個實施例中，變換控制器38是三相至兩相變換控制器，其中交流電流的測量出的 值(例如，表示相電流i a的數(shù)字值64和表示相電流ib的數(shù)字值66)被轉(zhuǎn)換成相等的測量 出的直流電流分量，這些直流電流分量是測量出的d軸電流I dMEASUKED和測量出的q軸電流 I qMEASUEED ° 測量出的d軸電流 I dMEASU腳 被發(fā)送到減法器70并且測量出的q軸電流 I qMEASUEED ^ 發(fā)送到減法器72。
[0011] 電流命令控制器20從換能器51接收轉(zhuǎn)矩參考命令?；、角速度ωπ以及表示電橋 電壓V_的控制信號53作為輸入。轉(zhuǎn)矩參考命令Te表示命令的轉(zhuǎn)矩值，并且可以從另一 個控制器(未示出)獲得或者可以對應于操作者所產(chǎn)生的轉(zhuǎn)矩值。角速度ωπ由速度傳感器 36測量。速度傳感器36可以包括例如編碼器和用于基于編碼器所接收到的信號來計算電 動機32的轉(zhuǎn)子(未示出）的角速度的速度計算電路。電流命令控制器20基于轉(zhuǎn)矩命令?；、 電橋電壓以及角速度ω π來計算參考d軸電流Id KEF和參考q軸電流I, KEF，以下進行描 述。參考d軸電流Id KEF被發(fā)送到減法器70,并且參考q軸電流I, KEF被發(fā)送到減法器72。
[0012] 減法器70接收測量出的d軸電流IdMEAS_和參考d軸電流Id KEF。減法器70基于 測量出的d軸電流ΙΛΕΚυκΕΙ)和參考d軸電流Id KEF確定d軸誤差信號74。d軸誤差信號74 表示測量出的d軸電流ΙΛΕΚυκΕΙ)與參考d軸電流I d KEF之間的誤差。減法器72接收測量出 的q軸電流 I qMEASUEED 和參考q軸電流。減法器72基于測量出的q軸電流 I qMEASUEED 和參 考q軸電流確定q軸誤差信號76。q軸誤差信號76表示測量出的q軸電流I_AS_ 與參考q軸電流之間的誤差。
[0013] d軸PI控制器22從減法器70接收d軸誤差信號74作為輸入。d軸PI控制器22 計算d軸電壓信號VD。d軸電壓信號VD是基于d軸比例增益KP和d軸積分增益Ki。同樣， q軸PI控制器23從減法器72接收q軸誤差信號76作為輸入。q軸PI控制器23計算q 軸電壓信號VQ。q軸電壓信號VQ是基于q軸比例增益KP和q軸積分增益&。
[0014] 極性轉(zhuǎn)換控制器24從d軸PI控制器22接收d軸電壓信號VD并且從q軸PI控 制器23接收q軸電壓信號V Q作為輸入。基于這些輸入，極性轉(zhuǎn)換控制器24確定電壓命令 V?d和相位超前角s。PWM逆變控制器26從極性轉(zhuǎn)換控制器24接收電壓命令V"d和相位 超前角S作為輸入。PWM逆變控制器26還接收由電動機位置傳感器34測量出的轉(zhuǎn)子角度 值L。在一個示例性實施例中，PWM逆變控制器26可以包括過調(diào)制空間矢量PWM單元來 產(chǎn)生三個相應的占空比值D a、Db和D。。占空比值Da、Db和D。用來驅(qū)動逆變器28的門驅(qū)動電 路(未示出），所述門驅(qū)動電路激勵電動機32的相位。
[0015] 現(xiàn)在將描述由電流命令控制器20確定參考d軸電流Id KEF和參考q軸電流Iq KEF。 電流命令控制器20周期性地基于轉(zhuǎn)矩參考命令?；、電橋電壓V_以及角速度ωπ來確定參 考d軸電流I d KEF和參考q軸電流I, KEF。具體來說，電流命令控制器20根據(jù)第一工作區(qū)域 RI、第二工作區(qū)域RII或第三工作區(qū)域RIII來確定參考d軸電流Id KEF和參考q軸電流I, KEF，以下進行描述。
[0016] 電流命令控制器20首先確定參考q軸電流Iq KEF。在一個實施例中，參考q軸電流 Ium是基于轉(zhuǎn)矩命令?；，可以通過公式1來確定：
【權(quán)利要求】
1. 一種用于確定參考d軸電流和參考q軸電流的電動機控制系統(tǒng)，其包括： 電動機； 直流電源和直流輸入線路，直流電源產(chǎn)生跨直流輸入線路的電橋電壓； 電流命令控制器，其與電動機和直流輸入線路通信，電流命令控制器被配置以： 監(jiān)控電橋電壓和轉(zhuǎn)矩參考命令； 基于轉(zhuǎn)矩參考命令來計算參考q軸電流；以及 基于參考q軸電流的數(shù)值來計算參考d軸電流。
2. 如權(quán)利要求1所述的電動機控制系統(tǒng)，其中如果參考q軸電流的數(shù)值小于或等于預 定參考q軸電流值，并且如果電壓命令值的數(shù)值小于電橋電壓，則參考d軸電流是基于第一 工作區(qū)域。
3. 如權(quán)利要求2所述的電動機控制系統(tǒng)，其中如果如由平滑函數(shù)確定的參考d軸電流 小于零，則在第一工作區(qū)域中將參考d軸電流設定為零。
4. 如權(quán)利要求2所述的電動機控制系統(tǒng)，其中如果如由平滑函數(shù)確定的參考d軸電流 大于預定參考d軸值，則在第一工作區(qū)域中將參考d軸電流設定為預定參考d軸值。
5. 如權(quán)利要求2所述的電動機控制系統(tǒng)，其中平滑函數(shù)通過以下公式來確定參考d軸 電流：
其中k_aO、k_al、k_a2、k_Kl以及k_K2是從電動機的參數(shù)獲得的常數(shù)，Id KEF是參考d 軸電流，并且ωπ是測量出的電動機速度。
6. 如權(quán)利要求5所述的電動機控制系統(tǒng)，其中如果參考q軸電流的數(shù)值大于預定參考 q軸電流值，并且如果電壓命令的數(shù)值小于電橋電壓，則選擇第二工作區(qū)域。
7. 如權(quán)利要求6所述的電動機控制系統(tǒng)，其中電流命令控制器通過以下公式在第二工 作區(qū)域中確定第二參考d軸電流：
其中IdjiEP是第二參考d軸電流值，是轉(zhuǎn)矩參考命令，Ke是常數(shù)，Iq_REF_MX是預定參考 q軸電流值，k_P是電動機的電極數(shù)量，Lq是電動機的q軸電感，并且Ld是電動機的d軸電 感。
8. 如權(quán)利要求7所述的電動機控制系統(tǒng)，其中如果第二參考d軸電流大于由平滑函數(shù) 確定的參考d軸電流，則將d軸電流設定為第二參考d軸電流。
9. 如權(quán)利要求1所述的電動機控制系統(tǒng)，其中如果電壓命令大于或等于電橋電壓，則 基于第三工作區(qū)域來確定參考d軸電流。
10. 如權(quán)利要求9所述的電動機控制系統(tǒng)，其中電流命令控制器在第三工作區(qū)域中基 于目標電壓循環(huán)計算器來確定目標電壓循環(huán)參考d軸電流。
11. 如權(quán)利要求10所述的電動機控制系統(tǒng)，其中如果目標電壓循環(huán)參考d軸電流大于 由平滑函數(shù)確定的參考d軸電流，則將d軸電流設定為目標電壓循環(huán)參考d軸電流。
12. 如權(quán)利要求11所述的電動機控制系統(tǒng)，其中電流命令控制器基于在第三工作區(qū)域 中確定的d軸電流來重新計算電壓命令并計算峰值電流。
13. 如權(quán)利要求12所述的電動機控制系統(tǒng)，其中如果電壓命令大于或等于電橋電壓， 或者如果電流值大于峰值電流，則電流命令控制器重新計算q軸電流。
14. 一種確定電動機的參考d軸電流和參考q軸電流的方法，其包括： 由電流命令控制器監(jiān)控電橋電壓和轉(zhuǎn)矩參考命令； 基于轉(zhuǎn)矩參考命令來計算參考q軸電流；以及 如果參考q軸電流的數(shù)值小于或等于預定參考q軸電流值并且如果電壓命令值的數(shù)值 小于電橋電壓，則基于第一工作區(qū)域來計算參考d軸電流。
15. 如權(quán)利要求14所述的方法，其進一步包括如果如由平滑函數(shù)確定的參考d軸電流 小于零，則在第一工作區(qū)域中將參考d軸電流設定為零。
【文檔編號】H02P21/00GK104052357SQ201410089156
【公開日】2014年9月17日 申請日期:2014年3月12日 優(yōu)先權(quán)日:2013年3月12日
【發(fā)明者】A.G.格布雷杰吉斯, R.拉賈文基塔蘇布拉莫尼, T.塞巴斯蒂安, S.巴拉爾 申請人:操縱技術(shù)Ip控股公司