用以控制無(wú)刷電動(dòng)機(jī)的電流基準(zhǔn)的生成的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及用以控制無(wú)刷電動(dòng)機(jī)的電流基準(zhǔn)的生成。提供了一種用以控制電動(dòng)機(jī)控制系統(tǒng)中的無(wú)刷電動(dòng)機(jī)的電流基準(zhǔn)生成器。所述電流基準(zhǔn)生成器包括定位峰值扭矩模塊，其基于電動(dòng)機(jī)參數(shù)、最大電壓、所述無(wú)刷電動(dòng)機(jī)的電動(dòng)機(jī)速度、和扭矩指令的符號(hào)，來(lái)確定最大可能扭矩和與所述最大可能扭矩相對(duì)應(yīng)的直軸電流。限制扭矩指令模塊將所述扭矩指令限制為所述最大可能扭矩。定位最小電流模塊確定導(dǎo)致最小電動(dòng)機(jī)電流的直軸電流的值。求解電流基準(zhǔn)模塊生成基準(zhǔn)矢量，所述基準(zhǔn)矢量滿足如由與所述最大可能扭矩相對(duì)應(yīng)的直軸電流和導(dǎo)致所述最小電動(dòng)機(jī)電流的直軸電流所限制的扭矩指令。
【專利說(shuō)明】用以控制無(wú)刷電動(dòng)機(jī)的電流基準(zhǔn)的生成
[0001]相關(guān)申請(qǐng)的交叉引用
本專利申請(qǐng)要求2013年3月13日提交的美國(guó)臨時(shí)專利申請(qǐng)N0.61/778，857的優(yōu)先權(quán)，其通過(guò)引用整體并入本文。

【背景技術(shù)】
[0002]電子轉(zhuǎn)向電動(dòng)機(jī)使用電流或電壓控制來(lái)獲得所需的操作扭矩。為了控制電壓控制表面磁體無(wú)刷電動(dòng)機(jī)，通常將極坐標(biāo)中的電壓基準(zhǔn)矢量生成為使得效率被最大化，直到電壓的幅度接近向控制器的DC輸入電壓為止。然后，改變相位角度，以用有限的電壓獲得所需的扭矩。替代地，表面磁體無(wú)刷電動(dòng)機(jī)可使用電流基準(zhǔn)被電流控制。另一種無(wú)刷電動(dòng)機(jī)是內(nèi)部永久磁體同步電動(dòng)機(jī)，也被稱為內(nèi)部磁體電動(dòng)機(jī)，其通常使用相對(duì)于電流基準(zhǔn)的電流控制來(lái)得到控制，但是也可以用相對(duì)于電壓基準(zhǔn)的電壓控制來(lái)得到控制。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]提供了一種用以控制電動(dòng)機(jī)控制系統(tǒng)中的無(wú)刷電動(dòng)機(jī)的電流基準(zhǔn)生成器。所述電流基準(zhǔn)生成器包括定位峰值扭矩模塊，其基于多個(gè)電動(dòng)機(jī)參數(shù)、最大電壓、所述無(wú)刷電動(dòng)機(jī)的電動(dòng)機(jī)速度、和扭矩指令的符號(hào)，來(lái)確定最大可能扭矩和與所述最大可能扭矩相對(duì)應(yīng)的直軸電流。限制扭矩指令模塊將所述扭矩指令限制為所述最大可能扭矩。定位最小電流模塊確定導(dǎo)致最小電動(dòng)機(jī)電流的直軸電流的值。求解電流基準(zhǔn)模塊生成基準(zhǔn)矢量，所述基準(zhǔn)矢量滿足如由與所述最大可能扭矩相對(duì)應(yīng)的直軸電流和導(dǎo)致所述最小電動(dòng)機(jī)電流的直軸電流所限制的扭矩指令。
[0004]提供了一種用以生成基準(zhǔn)矢量來(lái)控制電動(dòng)機(jī)控制系統(tǒng)中的無(wú)刷電動(dòng)機(jī)的方法。所述方法包括:基于多個(gè)電動(dòng)機(jī)參數(shù)、最大電壓、所述無(wú)刷電動(dòng)機(jī)的電動(dòng)機(jī)速度、和扭矩指令的符號(hào)，來(lái)確定最大可能扭矩和與所述最大可能扭矩相對(duì)應(yīng)的直軸電流。將所述扭矩指令限制為所述最大可能扭矩。確定導(dǎo)致最小電動(dòng)機(jī)電流的直軸電流的值。生成基準(zhǔn)矢量，所述基準(zhǔn)矢量滿足如由與所述最大可能扭矩相對(duì)應(yīng)的直軸電流和導(dǎo)致所述最小電動(dòng)機(jī)電流的直軸電流所限制的扭矩指令。
[0005]結(jié)合附圖從以下描述中，這些以及其它優(yōu)點(diǎn)和特征將變得更加清楚明了。

【專利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0006]被看作本發(fā)明的主題在說(shuō)明書(shū)的總結(jié)處的權(quán)利要求書(shū)中被具體指出并被清楚地要求。結(jié)合附圖從以下詳細(xì)描述中本發(fā)明的前述以及其它特征和優(yōu)點(diǎn)將變得清楚明了，附圖中:
圖1是依據(jù)本發(fā)明一示例性實(shí)施例的電動(dòng)機(jī)控制系統(tǒng)的框圖；
圖2是依據(jù)本發(fā)明一示例性實(shí)施例的電流基準(zhǔn)生成器的框圖；
圖3是依據(jù)本發(fā)明一示例性實(shí)施例的用于生成基準(zhǔn)矢量來(lái)控制電動(dòng)機(jī)控制系統(tǒng)中的無(wú)刷電動(dòng)機(jī)的工藝流程圖；圖4是依據(jù)本發(fā)明一示例性實(shí)施例的定位峰值扭矩的工藝流程圖；
圖5是依據(jù)本發(fā)明一示例性實(shí)施例的計(jì)算等級(jí)的工藝流程圖；
圖6是依據(jù)本發(fā)明一示例性實(shí)施例的用以查找峰值的工藝流程圖；
圖7是依據(jù)本發(fā)明一示例性實(shí)施例的用以圍包角度的工藝流程圖；
圖8是依據(jù)本發(fā)明一示例性實(shí)施例的用以內(nèi)插峰值的工藝流程圖；
圖9是依據(jù)本發(fā)明一示例性實(shí)施例的用以定位最小電流的工藝流程圖；并且圖10是依據(jù)本發(fā)明一示例性實(shí)施例的用以求解電流基準(zhǔn)的工藝流程圖。

【具體實(shí)施方式】
[0007]現(xiàn)在參考附圖，其中將參考特定實(shí)施例來(lái)描述本發(fā)明，而不是限制本發(fā)明，圖1是電動(dòng)機(jī)控制系統(tǒng)10的一示例性框圖。電動(dòng)機(jī)控制系統(tǒng)10包括電流基準(zhǔn)生成器20、d軸比例加積分增益(PD控制器22、q軸PI控制器23、極性轉(zhuǎn)換控制器24、脈沖寬度調(diào)制(PWM)逆變器控制器26、逆變器28、DC電源30、電動(dòng)機(jī)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軸模擬數(shù)字轉(zhuǎn)換器(ADC) 44、和b軸ADC46。電動(dòng)機(jī)32可以是無(wú)刷電動(dòng)機(jī)，比如表面磁體無(wú)刷電動(dòng)機(jī)或內(nèi)部磁體電動(dòng)機(jī),受控于電流控制模式或電壓控制模式。電動(dòng)機(jī)控制系統(tǒng)10可以是電動(dòng)力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)(未不出)的一部分。電動(dòng)機(jī)32可以是被構(gòu)造成基于扭矩指令提供轉(zhuǎn)向協(xié)助扭矩的無(wú)刷電動(dòng)機(jī)。
[0008]在如圖1中示出的實(shí)施例中，逆變器28連接至DC電源30，其中DC電源30可以是例如電池。DC電源30可以通過(guò)DC輸入線49連接至逆變器28。傳感器(transducer) 51可以被使用來(lái)監(jiān)測(cè)越過(guò)DC輸入線49的電橋電壓Veeu。表不電橋電壓Veeu的控制信號(hào)53可以被發(fā)送至電流基準(zhǔn)生成器20和PWM逆變器控制器26。在如圖所示的示例性實(shí)施例中，逆變器26通過(guò)線50、線52和線54向電動(dòng)機(jī)32傳輸三個(gè)交流(AC)相電流(例如，ia、ib和
i。)，用于操作和控制電動(dòng)機(jī)32。電橋電壓V_可以表不可獲得來(lái)用于控制電動(dòng)機(jī)32的最大電壓。替代地，最大電壓可為電橋電壓的百分比，比如電橋電壓V_的90%或95%。
[0009]為了反饋控制目的，通過(guò)線50和52傳輸至電動(dòng)機(jī)32的相電流ijP ib可以檢測(cè)來(lái)確定流動(dòng)至電動(dòng)機(jī)32的瞬時(shí)電流。具體地，傳感器56可以被使用來(lái)監(jiān)測(cè)線50上的相電流ia，并且傳感器58可以被使用來(lái)監(jiān)測(cè)線52上的相電流ib。應(yīng)當(dāng)指出的是:盡管示出了傳感器56和傳感器58，但是可以只監(jiān)測(cè)線50或52之一，來(lái)測(cè)量相電流ia或相電流ib。表示測(cè)量到的相電流ia的控制信號(hào)60可以從傳感器56發(fā)送至a軸電流放大器40，并且表示測(cè)量到的相電流ib的控制信號(hào)62可以從傳感器58發(fā)送至b軸電流放大器42。相電流ia的增大或放大值然后從a軸電流放大器40發(fā)送至a軸ADC 44，并且相電流ib 62的放大值從b軸電流放大器42發(fā)送至I^iADC 46。a軸ADC 44將相電流ia的放大值轉(zhuǎn)換成數(shù)字值64。數(shù)字值64表示相電流ia的幅度。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表示相電流ib的幅度。
[0010]變換控制器38作為輸入接收來(lái)自ADC 44的數(shù)字值64和來(lái)自ADC 46的數(shù)字值66。在一個(gè)實(shí)施例中，變換控制器38是三相到二相變換控制器，其中AC電流的測(cè)量值(例如，表示相電流ia的數(shù)字值64和表示相電流ib的數(shù)字值66)被轉(zhuǎn)換成等價(jià)的測(cè)得DC電流分量，其是測(cè)得d軸電流1_#和測(cè)得q軸電流1』#。測(cè)得d軸電流1_#被發(fā)送至減法器70，并且測(cè)得q軸電流Iq3wi被發(fā)送至減法器72。
[0011]電流基準(zhǔn)生成器20作為輸入接收扭矩指令I(lǐng)；、角速度Om、和來(lái)自傳感器51的表示電橋電壓的控制信號(hào)53。扭矩指令Te表示所下達(dá)的扭矩值，并且可以得自另一控制器(未不出)，或者可以對(duì)應(yīng)于由操作者生成的扭矩值。角速度由速度傳感器36測(cè)量。速度傳感器36可以包括例如編碼器和速度計(jì)算電路，所述速度計(jì)算電路基于由編碼器接收到的信號(hào)來(lái)計(jì)算電動(dòng)機(jī)32的轉(zhuǎn)子(未示出)的角速度。電流基準(zhǔn)生成器20基于扭矩指令I(lǐng)；、電橋電壓Necu和角速度COm來(lái)計(jì)算基準(zhǔn)d軸電流Id KEF和基準(zhǔn)q軸電流I, KEF，其在以下描述。基準(zhǔn)d軸電流Id KEF被發(fā)送至減法器70，并且基準(zhǔn)q軸電流1ef被發(fā)送至減法器72。
[0012]減法器70接收測(cè)得d軸電流Id3iw和基準(zhǔn)d軸電流Id KEF。減法器70基于測(cè)得d軸電流Id#w和基準(zhǔn)d軸電流Id—KEF來(lái)確定d軸誤差信號(hào)74。d軸誤差信號(hào)74表示測(cè)得d軸電流IdM#與基準(zhǔn)d軸電流Id—KEF之間的誤差。減法器72接收測(cè)得q軸電流Iq3iw和基準(zhǔn)q軸電流Iq—KEF。減法器72基于測(cè)得q軸電流Iq3M#和基準(zhǔn)q軸電流I,—KEF來(lái)確定q軸誤差信號(hào)76。q軸誤差信號(hào)76表示測(cè)得q軸電流Iq3M#與基準(zhǔn)q軸電流I,—KEF之間的誤差。
[0013]d軸PI控制器22作為輸入接收來(lái)自減法器70的d軸誤差信號(hào)74。d軸PI控制器22計(jì)算d軸電壓信號(hào)VD。d軸電壓信號(hào)Vd基于d軸比例增益Kp和d軸積分增益Ki。同樣地，q軸PI控制器23作為輸入接收來(lái)自減法器72的q軸誤差信號(hào)76。q軸PI控制器23計(jì)算q軸電壓信號(hào)\。q軸電壓信號(hào)Vq基于q軸比例增益Kp和q軸積分增益Ki。
[0014]極性轉(zhuǎn)換控制器24作為輸入接收來(lái)自d軸PI控制器22的d軸電壓信號(hào)Vd和來(lái)自q軸PI控制器23的q軸電壓信號(hào)\?；谶@些輸入，極性轉(zhuǎn)換控制器24確定電壓指令Vcmd和相位超前角度δ。PWM逆變器控制器26作為輸入接收來(lái)自極性轉(zhuǎn)換控制器24的電壓指令Vcmd和相位超前角度δ。PWM逆變器控制器26還接收由電動(dòng)機(jī)位置傳感器34測(cè)量的轉(zhuǎn)子角度值在一個(gè)示例性實(shí)施例中，PWM逆變器控制器26可以包括過(guò)調(diào)制空間矢量PWM單元，用以生成三個(gè)相應(yīng)的占空比值Da、Db和D。。占空比值Da、Db和D。被使用來(lái)驅(qū)動(dòng)逆變器28的門(mén)極驅(qū)動(dòng)電路(未示出)，其激勵(lì)電動(dòng)機(jī)32的相位。
[0015]圖2是依據(jù)本發(fā)明一示例性實(shí)施例的電流基準(zhǔn)生成器200的框圖。電流基準(zhǔn)生成器200是圖1的電流基準(zhǔn)生成器20的一個(gè)實(shí)施例。在一替代實(shí)施例中，電流基準(zhǔn)生成器200被用于電壓模式系統(tǒng)，其被構(gòu)造成基于電壓基準(zhǔn)矢量進(jìn)行操作，比如被控制在電壓模式中的無(wú)刷電動(dòng)機(jī)。如前面描述的，在電壓控制電動(dòng)機(jī)中，通常將極坐標(biāo)中的電壓基準(zhǔn)矢量生成為使得效率被最大化，直到電壓的幅度接近向控制器的DC輸入電壓為止。然后，改變相位角度，以用有限的電壓獲得所需的扭矩。然而，電動(dòng)機(jī)控制系統(tǒng)通常不支持被控制在電壓模式和電流模式兩者中的電動(dòng)機(jī)。相反，電流基準(zhǔn)生成器200產(chǎn)生電流基準(zhǔn)矢量和電壓基準(zhǔn)矢量?jī)烧?，以支持電壓或者電流控制電?dòng)機(jī)。
[0016]如本文中所使用的，術(shù)語(yǔ)“模塊”是指處理電路，比如專用集成電路(ASIC)、電子電路、執(zhí)行一個(gè)或多個(gè)軟件或固件程序的存儲(chǔ)器和處理器(共享、專用或組)、組合邏輯電路、和/或提供所描述功能的其它適當(dāng)部件。如能夠理解的，在圖2中示出的模塊可被組合和/或被進(jìn)一步劃分，以類似地生成電流基準(zhǔn)矢量和電壓基準(zhǔn)矢量。
[0017]在圖2的示例中，電流基準(zhǔn)生成器200包括定位(locate)峰值扭矩模塊202、限制扭矩指令模塊204、定位最小電流模塊206和求解電流基準(zhǔn)模塊208。電流基準(zhǔn)生成器200還可以包括中間計(jì)算模塊210，其基于多個(gè)電動(dòng)機(jī)參數(shù)216、最大電壓212和電動(dòng)機(jī)速度214來(lái)確定多個(gè)中間值218。中間值218可在一個(gè)區(qū)間中被計(jì)算出，并通過(guò)定位峰值扭矩模塊202在多個(gè)區(qū)間內(nèi)被重復(fù)地使用。中間值218還可被提供至定位最小電流模塊206和求解電流基準(zhǔn)模塊208。電流基準(zhǔn)生成器200還接收扭矩指令220，并生成電流基準(zhǔn)矢量222和電壓基準(zhǔn)矢量224。
[0018]最大電壓212可為圖1的電橋電壓V_，或電橋電壓Veeu的百分比，比如電橋電壓Vecu的90%或95%。電動(dòng)機(jī)速度214可以是由圖1的速度傳感器36測(cè)量的角速度ωπ，其中圖1的電動(dòng)機(jī)32是由電流基準(zhǔn)生成器200控制的無(wú)刷電動(dòng)機(jī)。電動(dòng)機(jī)參數(shù)216可以是對(duì)于圖1的電動(dòng)機(jī)32的測(cè)量值或估算值，包括例如電動(dòng)機(jī)常數(shù)00、電動(dòng)機(jī)電路電阻(R)、直軸電感(Ld)、交軸電感(Lq)、和多個(gè)電極(N4fi)。扭矩指令220可以是圖1的扭矩指令I(lǐng)；。電流基準(zhǔn)矢量222可包括圖1的基準(zhǔn)d軸電流Id—KEF和基準(zhǔn)q軸電流I,—KEF。電壓基準(zhǔn)矢量224可包括基準(zhǔn)d軸電壓Vd—KEF和基準(zhǔn)q軸電壓
[0019]定位峰值扭矩模塊202基于電動(dòng)機(jī)參數(shù)216、最大電壓212、電動(dòng)機(jī)速度214和扭矩指令220的符號(hào)(sign),來(lái)確定最大可能扭矩和與最大可能扭矩相對(duì)應(yīng)的直軸電流。定位峰值扭矩模塊202可以進(jìn)一步被構(gòu)造成用以:在一圓中旋轉(zhuǎn)電壓矢量有限步數(shù)，將電壓矢量映射為電流矢量，基于電流矢量生成扭矩值的等級(jí)陣列(bracket array)，并搜索等級(jí)陣列來(lái)獲取最大可能扭矩。定位峰值扭矩模塊202可進(jìn)一步被構(gòu)造成調(diào)節(jié)具有零角度的等級(jí)陣列中的任一個(gè)以圍包(wrap)該角度，并進(jìn)行迭代拋物線插值以調(diào)整最大可能扭矩的位置。
[0020]限制扭矩指令模塊204將扭矩指令220限制為最大可能扭矩。定位最小電流模塊206確定導(dǎo)致最小電動(dòng)機(jī)電流的直軸電流的值。定位最小電流模塊206可以進(jìn)一步被構(gòu)造成使用零直軸電流、與除以電動(dòng)機(jī)常數(shù)的扭矩指令相等的直軸電流、和除以電動(dòng)機(jī)常數(shù)的扭矩指令的一半作為用于迭代拋物線插值的初始點(diǎn)，來(lái)進(jìn)行迭代拋物線插值。
[0021]求解電流基準(zhǔn)模塊208生成滿足如由與最大可能扭矩相對(duì)應(yīng)的直軸電流和導(dǎo)致最小電動(dòng)機(jī)電流的直軸電流所限制的扭矩指令220的基準(zhǔn)矢量。求解電流基準(zhǔn)模塊208進(jìn)一步被構(gòu)造成基于導(dǎo)致最小電動(dòng)機(jī)電流的直軸電流滿足扭矩指令220的確定，來(lái)進(jìn)行最小值測(cè)試以將基準(zhǔn)矢量設(shè)定為最小值。求解電流基準(zhǔn)模塊208還被構(gòu)造成基于與最大可能扭矩相對(duì)應(yīng)的直軸電流不滿足扭矩指令220的確定，來(lái)進(jìn)行最大值測(cè)試以將基準(zhǔn)矢量設(shè)定為最大值?；谧钚≈禍y(cè)試和最大值測(cè)試未被滿足的確定，來(lái)進(jìn)行區(qū)間二分法搜索。求解電流基準(zhǔn)模塊208進(jìn)一步被構(gòu)造成計(jì)算電流基準(zhǔn)矢量222和電壓基準(zhǔn)矢量224。求解電流基準(zhǔn)模塊208可被構(gòu)造成將電流基準(zhǔn)矢量222設(shè)定為滿足扭矩指令220的基準(zhǔn)矢量，其中無(wú)刷電動(dòng)機(jī)被控制在電流模式中。替代地，求解電流基準(zhǔn)模塊208可被構(gòu)造成將電壓基準(zhǔn)矢量224設(shè)定為滿足扭矩指令220的基準(zhǔn)矢量，其中無(wú)刷電動(dòng)機(jī)被控制在電壓模式中。
[0022]圖3是依據(jù)本發(fā)明一示例性實(shí)施例的用于生成基準(zhǔn)矢量來(lái)控制電動(dòng)機(jī)控制系統(tǒng)中的無(wú)刷電動(dòng)機(jī)的工藝流程圖300。工藝300可由作為圖1的電流基準(zhǔn)生成器20的一個(gè)實(shí)施例的圖2的電流基準(zhǔn)生成器200或例如表面或內(nèi)部磁體電動(dòng)機(jī)控制系統(tǒng)中的其它構(gòu)造來(lái)進(jìn)行。因此，參考圖1-3來(lái)描述圖3。
[0023]在框302處，可由中間計(jì)算模塊210來(lái)進(jìn)行中間計(jì)算，以基于電動(dòng)機(jī)參數(shù)216、最大電壓212和電動(dòng)機(jī)速度214確定多個(gè)中間值218，其中中間值218在一個(gè)區(qū)間中被計(jì)算出，并在多個(gè)區(qū)間內(nèi)被重復(fù)地使用。用以確定中間值218的中間計(jì)算的示例被提供在如下公式1-11 中。
ωΕ=ωΜ*Ν電極/2(公式I)
ω E_div_R= ω E/R(公式 2)
xd_ 除 _R= ω ^ 除 _R*Ld(公式 3)
Xq_ 除 _R= ω 除 _R*Lq(公式 4)
電阻=1+&_除_砂\_除_1?(公式5)
歸一化 BEMF=Ke* ω μ(公式 6)
歸一化BEMF2=歸一化BEMF/電阻(公式7)
歸一化電壓=最大電壓/R(公式8)
歸一化電壓2=歸一化電壓2(公式9) 歸一化電壓3=歸一化電壓/電阻(公式10)
磁阻系數(shù)=(Ld-Lq) *Ν電極(公式11)。
[0024]在框304處，由定位峰值扭矩模塊202進(jìn)行的定位峰值扭矩工藝基于電動(dòng)機(jī)參數(shù)216、最大電壓212、無(wú)刷電動(dòng)機(jī)的電動(dòng)機(jī)速度214和扭矩指令220的符號(hào)，來(lái)確定最大可能扭矩和與最大可能扭矩相對(duì)應(yīng)的直軸電流。中間值218可被使用來(lái)將與電動(dòng)機(jī)參數(shù)216、最大電壓212和電動(dòng)機(jī)速度214相關(guān)聯(lián)的值提供至定位峰值扭矩模塊202。關(guān)于框304的定位峰值扭矩工藝的更多細(xì)節(jié)進(jìn)一步在本文中參考圖4-8中來(lái)描述。
[0025]在框306處，扭矩指令220被限制扭矩指令模塊204限制為最大可能扭矩。
[0026]在框308處，由定位最小電流模塊206進(jìn)行的定位最小電流工藝確定導(dǎo)致最小電動(dòng)機(jī)電流的直軸電流的值。關(guān)于框308的定位最小電流工藝的更多細(xì)節(jié)進(jìn)一步在本文中參考圖9中來(lái)描述。
[0027]在框310處，由求解電流基準(zhǔn)模塊208進(jìn)行的求解電流基準(zhǔn)工藝可生成滿足如由與最大可能扭矩相對(duì)應(yīng)的直軸電流和導(dǎo)致最小電動(dòng)機(jī)電流的直軸電流所限制的扭矩指令220的基準(zhǔn)矢量。關(guān)于框310的求解電流基準(zhǔn)工藝的更多細(xì)節(jié)進(jìn)一步在本文中參考圖10來(lái)描述。
[0028]圖4是依據(jù)本發(fā)明一示例性實(shí)施例的來(lái)自圖3的框304的定位峰值扭矩工藝的工藝流程圖。在框400處，進(jìn)行計(jì)算等級(jí)工藝，如進(jìn)一步在本文中參考圖5描述的。在框402處，進(jìn)行查找峰值工藝，如進(jìn)一步在本文中參考圖6描述的。在框404處，進(jìn)行圍包角度工藝，如進(jìn)一步在本文中參考圖7描述的。在框406處，進(jìn)行內(nèi)插峰值工藝，如進(jìn)一步在本文中參考圖8描述的。
[0029]圖5是依據(jù)本發(fā)明一示例性實(shí)施例的來(lái)自圖4的框400的計(jì)算等級(jí)工藝的工藝流程圖。等級(jí)計(jì)算在一圓中旋轉(zhuǎn)電壓矢量有限步數(shù)，將電壓矢量映射為電流矢量，并基于電流矢量生成扭矩值的等級(jí)陣列。在框500處，可讀取等級(jí)表來(lái)為電壓矢量的旋轉(zhuǎn)限定出有限步數(shù)。在框502處，做出關(guān)于循環(huán)是否完成的確定。在框504處，基于循環(huán)未完成的確定，可根據(jù)公式12和13來(lái)進(jìn)行電壓矢量向電流矢量(V_Sin_Cos向It^Iq)的映射，其中δ是角度。
Iq= (V/ (R* (l+Xd*Xq))) * (cos ( δ ) +Xd*sin (δ))-(Eg/ (R* (l+Xd*Xq)(公式 12)
Id=Iq*Xq-sin ( δ ) *V/R (公式 13)。
[0030]在框506處，可根據(jù)公式14來(lái)計(jì)算扭矩值。扭矩值可形成用于搜索的等級(jí)陣列。扭矩=(Ke+ (Ld-Lq) *N 電極 *Id) *Iq(公式 14)。
[0031]在框508處，遞增循環(huán)索引值，以用于框512處的比較，來(lái)確定循環(huán)是否完成。
[0032]圖6是依據(jù)本發(fā)明一示例性實(shí)施例的來(lái)自圖4的框402的查找峰值工藝的工藝流程圖。查找峰值工藝搜索在圖5的計(jì)算等級(jí)工藝中形成的等級(jí)陣列來(lái)獲取最大可能扭矩。在框600處，使?fàn)顟B(tài)初始化，其中扭矩狀態(tài)被設(shè)定為零，并且索引狀態(tài)被設(shè)定為零。在框602處，進(jìn)行檢查來(lái)確定圖2的扭矩指令220是否大于零。如果圖2的扭矩指令220大于零并且工藝在框604處未完成，則在框606處進(jìn)行檢查，以確定扭矩值是否大于扭矩狀態(tài)。如果扭矩值大于扭矩狀態(tài)，則在框608處將扭矩狀態(tài)設(shè)定為等于扭矩值，將索引狀態(tài)設(shè)定為等于索引值，并在框610處遞增索引值。如果在框606處扭矩值不大于扭矩狀態(tài)，則在框610處遞增索引值。
[0033]返回到框602，如果圖2的扭矩指令220不大于零并且工藝在框612處未完成，則在框614處進(jìn)行檢查，以確定扭矩值是否小于扭矩狀態(tài)。如果扭矩值小于扭矩狀態(tài)，則在框616處將扭矩狀態(tài)設(shè)定為等于扭矩值，將索引狀態(tài)設(shè)定為等于索引值，并在框618處遞增索引值。如果在框614處扭矩值不小于扭矩狀態(tài)，則在框618處遞增索引值。
[0034]圖7是依據(jù)本發(fā)明一示例性實(shí)施例的來(lái)自圖4的框404的圍包角度工藝的工藝流程圖。圍包角度工藝可調(diào)節(jié)具有零角度的等級(jí)陣列中的任一個(gè)，以圍包該角度。在框700處，將點(diǎn)B設(shè)定為{峰值扭矩索引值和峰值扭矩[峰值扭矩索引值]}。在框702處，進(jìn)行檢查以確定峰值扭矩索引值是否等于最大索引值。在框704處，基于峰值扭矩索引值等于最大索引值的確定，將點(diǎn)C設(shè)定為{Pi和峰值扭矩[O]}，并且工藝?yán)^續(xù)至框706。在框708處，基于峰值扭矩索引值不等于最大索引值的確定，將點(diǎn)C設(shè)定為{峰值扭矩索引值+1和峰值扭矩[峰值扭矩索引值+1]}，并且工藝?yán)^續(xù)至框706。
[0035]在框706處，進(jìn)行檢查以確定峰值扭矩索引值是否等于O。在框710處，基于峰值扭矩索引值等于O的確定，將點(diǎn)A設(shè)定為{負(fù)圍包角，峰值扭矩[最大索引值]}，并且工藝結(jié)束。在框712處，基于峰值扭矩索引值不等于O的確定，將點(diǎn)A設(shè)定為{峰值扭矩索引值-1和峰值扭矩[峰值扭矩索引值-1]}，并且工藝結(jié)束。
[0036]圖8是依據(jù)本發(fā)明一示例性實(shí)施例的來(lái)自圖4的框406的內(nèi)插峰值工藝的工藝流程圖。內(nèi)插峰值工藝可進(jìn)行迭代拋物線插值，以調(diào)整最大可能扭矩的位置。在框800處，使用于插值的點(diǎn)初始化。在框802處，進(jìn)行檢查以確定工藝是否完成?；诠に囄赐瓿傻拇_定，在框804處，可根據(jù)公式15-21進(jìn)行用于值X的拋物線插值。
Tempi= fc - fb(公式 15)
Temp2= fb - fa(公式 16)
Temp3= xc - xb(公式 17)
Temp4= xb - xa(公式 18)
分子=Temp2*Temp3~2 + Templ*Temp4~2(公式 19)
分母=Temp2*Temp3 - Templ*Temp4(公式 20)
X#= xb +分子/(2*分母)(公式21)。
[0037]在框806處，可進(jìn)行正弦和余弦查詢操作。在框808處，可根據(jù)公式12和13進(jìn)行電壓矢量向電流矢量(V_Sin_Cos向ΙιΙ,)的映射。在框810處，可根據(jù)公式14來(lái)計(jì)算扭矩值。在框812處，可將測(cè)試值確定為X(點(diǎn)B)-X。在框814處，進(jìn)行檢查以確定測(cè)試值是否大于零。在框816處，基于測(cè)試值大于零的確定，將點(diǎn)A設(shè)定為等于點(diǎn)B，并且工藝推進(jìn)至框818。在框820處，基于測(cè)試值不大于零的確定，將點(diǎn)C設(shè)定為等于點(diǎn)B，并且工藝推進(jìn)至框818。在框818處，將點(diǎn)B設(shè)定為等于{X，扭矩值}。在框822處，進(jìn)行檢查以確定測(cè)試值的絕對(duì)值是否小于公差。基于測(cè)試值的絕對(duì)值不小于公差的確定，工藝返回到框802，否貝U，工藝結(jié)束。
[0038]圖9是依據(jù)本發(fā)明一示例性實(shí)施例的來(lái)自圖3的框308的定位最小電流工藝的工藝流程圖。定位最小電流工藝可使用零直軸電流、與除以電動(dòng)機(jī)常數(shù)Ke的圖2的扭矩指令220相等的直軸電流、和除以電動(dòng)機(jī)常數(shù)Ke的圖2的扭矩指令220的一半作為用于迭代拋物線插值的初始點(diǎn)，來(lái)進(jìn)行迭代拋物線插值。在框900處，將I,最大設(shè)定為圖2的扭矩指令220除以Ke，將Id上限設(shè)定為Iq最大的負(fù)絕對(duì)值，并將Id中值設(shè)定為Id上限除以2。在框902處，根據(jù)公式22為圖2的扭矩指令220和Id上限計(jì)算I,指令。此外，將Im~2設(shè)定為等于I,指令~2+Id上限~2，并將點(diǎn)C設(shè)定為{Id上限和Ιm'2}。
Iq=扭矩 /(Ke+(Ld-Lq) *Ν 電極*Id)(公式 22)。
[0039]在框904處，根據(jù)公式22為圖2的扭矩指令220和Id中值計(jì)算I,指令。此外，將Im~2設(shè)定為等于I,指令~2+Id中值~2，并將點(diǎn)B設(shè)定為{Id中值和Im~2}。在框906處，將點(diǎn)A設(shè)定為{O和Iq最大~2}。
[0040]在框908處，進(jìn)行檢查以確定工藝是否完成。在框910處，基于工藝未完成的確定，可根據(jù)公式15-21進(jìn)行用于值X的拋物線插值。在框912處，根據(jù)公式22為圖2的扭矩指令220和X計(jì)算Iq指令。在框914處，將Ιm’2設(shè)定為等于Iq指令~2+Χ~2。在框916處，可將測(cè)試值確定為X (點(diǎn) Β)-Χ。
[0041 ] 在框918處，進(jìn)行檢查以確定測(cè)試值是否大于零。在框920處，基于測(cè)試值大于零的確定，將點(diǎn)A設(shè)定為等于點(diǎn)B，并且工藝推進(jìn)至框922。在框924處，基于測(cè)試值不大于零的確定，將點(diǎn)C設(shè)定為等于點(diǎn)B，并且工藝推進(jìn)至框922。在框922處，將點(diǎn)B設(shè)定為等于{X，扭矩值}。在框926處，進(jìn)行檢查以確定測(cè)試值的絕對(duì)值是否小于公差?；跍y(cè)試值的絕對(duì)值不小于公差的確定，工藝返回到框908，否則，工藝結(jié)束。
[0042]圖10是依據(jù)本發(fā)明一示例性實(shí)施例的來(lái)自圖3的框310的求解電流基準(zhǔn)工藝的工藝流程圖。在框100處，基于導(dǎo)致最小電動(dòng)機(jī)電流的直軸電流滿足圖2的扭矩指令220的確定，來(lái)進(jìn)行最小值測(cè)試以將基準(zhǔn)矢量設(shè)定為最小值。將Iref設(shè)定為{Id最小，I,最小}，并且可根據(jù)公式23和24進(jìn)行向電壓坐標(biāo)的轉(zhuǎn)換。將Vref設(shè)定為{Vd/R最小，V/R最小}，并且可根據(jù)公式25進(jìn)行電壓測(cè)試。Iref可以是圖2的電流基準(zhǔn)矢量222，而Vref可以是圖2的電壓基準(zhǔn)矢量224，其中Iref或Vref可為滿足圖2的扭矩指令220的基準(zhǔn)矢量，取決于無(wú)刷電動(dòng)機(jī)的控制模式。
Vq/R = Iq + Xd*Id + Eg/R(公式 23)
Vd/R = Xq*Iq -1d(公式 24)
測(cè)試值=(Vq/R)~2 + (Vd/R)~2 - (V/R)~2(公式 25)。
[0043]在框102處，進(jìn)行檢查以確定測(cè)試值是否大于或等于零。在框104處，基于測(cè)試值大于或等于零的確定，基于與最大可能扭矩相對(duì)應(yīng)的直軸電流不滿足圖2的扭矩指令220的確定，來(lái)進(jìn)行最大值測(cè)試以來(lái)基準(zhǔn)矢量設(shè)定為最大值。根據(jù)公式22計(jì)算I,指令。將Iref設(shè)定為Ud最大，I,最大}，并且可根據(jù)公式23和24進(jìn)行向電壓坐標(biāo)的轉(zhuǎn)換。將Vref設(shè)定為lVd/R最大，V/R最大}并且可根據(jù)公式25進(jìn)行電壓測(cè)試。
[0044]在框106處，進(jìn)行檢查以確定測(cè)試值是否小于或等于零。在框108處，基于測(cè)試值小于或等于零的確定，在最小值測(cè)試和最大值測(cè)試未被滿足時(shí)，使區(qū)間二分法搜索初始化。將點(diǎn)B設(shè)定為{Id最大，I,最大}，并將點(diǎn)A設(shè)定為{Id最小，I,最小}。
[0045]在框110處，進(jìn)行檢查以確定工藝是否完成?；诠に囄赐瓿傻拇_定，在框112處，確定新的估算。將Id設(shè)定為Id[點(diǎn)B]和Id[點(diǎn)A]的平均值。根據(jù)公式22計(jì)算I,指令。將Iref設(shè)定為{Id，I,}，并且可根據(jù)公式23和24進(jìn)行向電壓坐標(biāo)的轉(zhuǎn)換。可根據(jù)公式25進(jìn)行電壓測(cè)試，并將Vref設(shè)定為{Vd/R，Vq/R}。
[0046]在框114處，遞增循環(huán)計(jì)數(shù)器，并且使工藝返回到框110。
[0047]雖然只關(guān)聯(lián)于有限數(shù)量的實(shí)施例詳細(xì)描述了本發(fā)明，但是應(yīng)該容易明白的是本發(fā)明并不局限于所公開(kāi)的這些實(shí)施例。相反，本發(fā)明可以被改進(jìn)以包含未在前面描述的任意數(shù)量的變型、變更、代替方案或者等同配置，但是它們應(yīng)該與本發(fā)明的精神和范圍相稱。此夕卜，雖然已經(jīng)描述了本發(fā)明的多個(gè)實(shí)施例，但是應(yīng)該明白的是本發(fā)明的方案可以只包括所描述實(shí)施例的一部分。因此，本發(fā)明不應(yīng)看作被前面的描述所限制。
【權(quán)利要求】
1.一種用以控制電動(dòng)機(jī)控制系統(tǒng)中的無(wú)刷電動(dòng)機(jī)的電流基準(zhǔn)生成器，所述電流基準(zhǔn)生成器包括: 定位峰值扭矩模塊，其基于多個(gè)電動(dòng)機(jī)參數(shù)、最大電壓、所述無(wú)刷電動(dòng)機(jī)的電動(dòng)機(jī)速度、和扭矩指令的符號(hào)，來(lái)確定最大可能扭矩和與所述最大可能扭矩相對(duì)應(yīng)的直軸電流；限制扭矩指令模塊，其將所述扭矩指令限制為所述最大可能扭矩； 定位最小電流模塊，其確定導(dǎo)致最小電動(dòng)機(jī)電流的直軸電流的值；和求解電流基準(zhǔn)模塊，其生成基準(zhǔn)矢量，所述基準(zhǔn)矢量滿足如由與所述最大可能扭矩相對(duì)應(yīng)的直軸電流和導(dǎo)致所述最小電動(dòng)機(jī)電流的直軸電流所限制的扭矩指令。
2.如權(quán)利要求1所述的電流基準(zhǔn)生成器，進(jìn)一步包括:中間計(jì)算模塊，其基于所述電動(dòng)機(jī)參數(shù)、所述最大電壓和所述電動(dòng)機(jī)速度確定多個(gè)中間值，其中所述中間值在一個(gè)區(qū)間中被計(jì)算出，并被所述定位峰值扭矩模塊在多個(gè)區(qū)間內(nèi)被重復(fù)地使用。
3.如權(quán)利要求1所述的電流基準(zhǔn)生成器，其中，所述定位峰值扭矩模塊進(jìn)一步被構(gòu)造成: 在一圓中旋轉(zhuǎn)電壓矢量有限步數(shù)； 將所述電壓矢量映射為電流矢量； 基于所述電流矢量生成扭矩值的等級(jí)陣列；和 搜索所述等級(jí)陣列以獲取所述最大可能扭矩。
4.如權(quán)利要求3所述的電流基準(zhǔn)生成器，其中，所述定位峰值扭矩模塊進(jìn)一步被構(gòu)造成: 調(diào)節(jié)具有零角度的等級(jí)陣列中的任一個(gè)以圍包所述角度；并且 進(jìn)行迭代拋物線插值，以調(diào)整所述最大可能扭矩的位置。
5.如權(quán)利要求1所述的電流基準(zhǔn)生成器，其中，所述定位最小電流模塊進(jìn)一步被構(gòu)造成使用零直軸電流、與除以電動(dòng)機(jī)常數(shù)的扭矩指令相等的直軸電流、和除以電動(dòng)機(jī)常數(shù)的扭矩指令的一半作為用于迭代拋物線插值的初始點(diǎn)，來(lái)進(jìn)行迭代拋物線插值。
6.如權(quán)利要求1所述的電流基準(zhǔn)生成器，其中，所述求解電流基準(zhǔn)模塊進(jìn)一步被構(gòu)造成: 基于導(dǎo)致所述最小電動(dòng)機(jī)電流的直軸電流滿足所述扭矩指令的確定，來(lái)進(jìn)行最小值測(cè)試以將所述基準(zhǔn)矢量設(shè)定為最小值； 基于與所述最大可能扭矩相對(duì)應(yīng)的直軸電流不滿足所述扭矩指令的確定，來(lái)進(jìn)行最大值測(cè)試以將所述基準(zhǔn)矢量設(shè)定為最大值；并且 基于最小值測(cè)試和最大值測(cè)試未被滿足的確定，來(lái)進(jìn)行區(qū)間二分法搜索。
7.如權(quán)利要求6所述的電流基準(zhǔn)生成器，其中，所述求解電流基準(zhǔn)模塊進(jìn)一步被構(gòu)造成計(jì)算電流基準(zhǔn)矢量和電壓基準(zhǔn)矢量。
8.如權(quán)利要求7所述的電流基準(zhǔn)生成器，其中，所述求解電流基準(zhǔn)模塊進(jìn)一步被構(gòu)造成將所述電流基準(zhǔn)矢量設(shè)定為滿足所述扭矩指令的基準(zhǔn)矢量，其中所述無(wú)刷電動(dòng)機(jī)被控制在電流模式中。
9.如權(quán)利要求7所述的電流基準(zhǔn)生成器，其中，所述求解電流基準(zhǔn)模塊進(jìn)一步被構(gòu)造成將所述電壓基準(zhǔn)矢量設(shè)定為滿足所述扭矩指令的基準(zhǔn)矢量，其中所述無(wú)刷電動(dòng)機(jī)被控制在電壓模式中。
10.如權(quán)利要求1所述的電流基準(zhǔn)生成器，其中，所述電動(dòng)機(jī)控制系統(tǒng)是電動(dòng)力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的一部分，并且所述無(wú)刷電動(dòng)機(jī)被構(gòu)造成基于所述扭矩指令來(lái)提供轉(zhuǎn)向協(xié)助扭矩。
11.一種用以生成基準(zhǔn)矢量來(lái)控制電動(dòng)機(jī)控制系統(tǒng)中的無(wú)刷電動(dòng)機(jī)的方法，所述方法包括: 基于多個(gè)電動(dòng)機(jī)參數(shù)、最大電壓、所述無(wú)刷電動(dòng)機(jī)的電動(dòng)機(jī)速度、和扭矩指令的符號(hào)，來(lái)確定最大可能扭矩和與所述最大可能扭矩相對(duì)應(yīng)的直軸電流； 將所述扭矩指令限制為所述最大可能扭矩； 確定導(dǎo)致最小電動(dòng)機(jī)電流的直軸電流的值；以及 生成基準(zhǔn)矢量，所述基準(zhǔn)矢量滿足如由與所述最大可能扭矩相對(duì)應(yīng)的直軸電流和導(dǎo)致所述最小電動(dòng)機(jī)電流的直軸電流所限制的扭矩指令。
12.如權(quán)利要求11所述的方法，進(jìn)一 步包括: 基于所述電動(dòng)機(jī)參數(shù)、所述最大電壓和所述電動(dòng)機(jī)速度確定多個(gè)中間值，其中所述中間值在一個(gè)區(qū)間中被計(jì)算出，并在多個(gè)區(qū)間內(nèi)被重復(fù)地使用。
13.如權(quán)利要求11所述的方法，進(jìn)一步包括: 基于導(dǎo)致所述最小電動(dòng)機(jī)電流的直軸電流滿足所述扭矩指令的確定，來(lái)進(jìn)行最小值測(cè)試以將所述基準(zhǔn)矢量設(shè)定為最小值； 基于與所述最大可能扭矩相對(duì)應(yīng)的直軸電流不滿足所述扭矩指令的確定，來(lái)進(jìn)行最大值測(cè)試以將所述基準(zhǔn)矢量設(shè)定為最大值；以及 基于最小值測(cè)試和最大值測(cè)試未被滿足的確定，來(lái)進(jìn)行區(qū)間二分法搜索。
14.如權(quán)利要求13所述的方法，進(jìn)一步包括: 計(jì)算電流基準(zhǔn)矢量和電壓基準(zhǔn)矢量。
15.如權(quán)利要求14所述的方法，進(jìn)一步包括: 將所述電流基準(zhǔn)矢量設(shè)定為滿足所述扭矩指令的基準(zhǔn)矢量，其中所述無(wú)刷電動(dòng)機(jī)被控制在電流模式中。
【文檔編號(hào)】H02P21/00GK104052358SQ201410092806
【公開(kāi)日】2014年9月17日 申請(qǐng)日期:2014年3月13日 優(yōu)先權(quán)日:2013年3月13日
【發(fā)明者】S.J.科利耶-霍爾曼 申請(qǐng)人:操縱技術(shù)Ip控股公司