專利名稱：減少功率逆變器在高頻操作下的分諧波振蕩的制作方法
技術領域：
本發明的各實施例總體上涉及用于電動機的控制器，更具體而言， 涉及抑制由耦合到電動機的逆變器的高頻操作所導致的分諧波電流誤 差的技術。
背景技術：
例如可以用在電動或混合車輛中的電牽引驅動器需要有高電壓利 用，以便在受約束的體積和重量之內盡可能高效地產生扭矩。對于這種高電壓利用，電驅動系統可以利用脈寬調制(PWM)逆變器，其被配置 成驅動多相AC電動機。機動車輛應用通常采用三相電動機。由于其在寬頻率范圍上的電流控制能力，所以同步幀電流調節器已 經變成用于控制三相逆變器和轉換器系統的電流的實際上的工業標準。 隨著同步幀電流調節器把所測量的逆變器電流變換成同步幀，低頻電流 誤差被轉移到同步基頻中，其與逆變器輸出頻率相同。因此，當所述輸 出頻率極高時，同步幀電流調節器易于受到低頻干擾，例如由于功率設 備的非理想開關而導致的電壓干擾、開關頻率與基頻之間的拍現象以及 電流傳感器誤差。例如，如果所述輸出頻率是1.0kHz，則電流中的DC 偏移量被解釋為同步參考幀中的1 .OkHz的電流誤差。由于該頻率比電流 控制帶寬高得多，因此不容易通過同步幀電流調節器來去除該誤差。結 果，所述同步幀電流調節器無法抑制由于低頻干擾而造成的分諧波電流。在電動或混合機動車輛布置中，逆變器輸出中的低頻分諧波振蕩可 能會導致AC電動機中的低頻扭矩分量，進而又導致電動機速率振蕩和 車輛的"抖動"。此外，這種低頻振蕩代表導致較低電動機效率的損耗。因此，期望具有一種減少在高操作頻率下的分諧波分量的改進的逆 變器控制系統和技術。此外，通過結合附圖以及前面的技術領域和背景 技術做出的以下詳細描述以及所附權利要求書，本發明其他的期望特征 和特性將變得顯而易見。發明內容可以結合用于驅動A C電動機的逆變器的電流控制算法來利用這里描述的技術。這里描述的實施例可以被采用來對于逆變器的高頻操作抑 制分諧波電流誤差。控制體系結構的一個實施例除了同步幀電流調節器 之外還包括靜止幀電流調節器。所述同步幀電流調節器控制基頻，而所 述靜止幀電流調節器控制低頻分量。通過并行地組合這兩個電流調節 器，可以有效地控制高頻基頻電流和分諧波誤差電流。一個實施例采用一種控制電動機的逆變器的方法。該方法包括獲 得對應于該逆變器的輸出的靜止幀電流；從所述靜止幀電流中提取靜止 幀分諧波電流分量；對所述靜止幀分諧波電流分量執行靜止幀電流調 節，從而得到靜止幀分諧波調節電壓命令；以及利用所述靜止幀分諧波 調節電壓命令來調節靜止幀基頻電壓命令。另 一 個實施例包括 一 種用于電動機的逆變器的控制體系結構。該控 制體系結構包括自適應濾波器模塊，其被配置成從對應于所述逆變器 的輸出的靜止幀電流中提取靜止幀分諧波電流分量；靜止幀電流調節 器，其被耦合到該自適應濾波器模塊，該靜止幀電流調節器被配置成響 應于所述靜止幀分諧波電流分量而生成靜止幀分諧波調節電壓命令；電 流調節器體系結構，其被耦合到該靜止幀電流調節器，該電流調節器體 系結構配置成響應于所述靜止幀電流而生成靜止幀基頻電壓命令；以 及輸出元件，其被耦合到該靜止幀電流調節器和該電流調節器體系結 構，該輸出元件被配置成從所述靜止幀基頻電壓命令和所述靜止幀分諧 波調節電壓命令產生修改后的靜止幀電壓命令。又一個實施例采用 一種控制電動機的逆變器的方法。該方法包括 獲得對應于所迷逆變器的輸出的靜止幀電流，所述輸出包括基頻分量和 分諧波振蕩分量；響應于所述靜止幀電流而執行靜止幀電流調節，以便 減小所述分諧波振蕩分量；對從所述靜止幀電流導出的同步幀電流執行 同步幀電流調節；以及生成用于所述逆變器的電壓命令，所述電壓命令 受到所述靜止幀電流調節和所述同步幀電流調節的影響。提供本概要是為了以簡化的形式介紹所選概念，下面在詳細描述中 進一步描述所述概念。本概要不打算標識出所要求保護的主題的關鍵特 征或本質特征，也不打算被用于幫助確定所要求保護的主題的范圍。
下面將結合附圖來描述本發明，其中相同的附圖標記表示相同的元 件，以及圖1是用于電動機的逆變器的控制體系結構的示意圖； 圖2是適用于圖1中示出的控制體系結構的同步幀電流調節器的示 意圖；圖3是適用于圖1中示出的控制體系結構的靜止幀電流調節器的示 意圖；圖4是適用于圖1中示出的控制體系結構的自適應濾波器模塊的示 意圖；圖5是說明移動平均濾波器的頻率響應的曲線圖； 圖6是說明在低速條件下移動平均濾波器的窗口的圖； 圖7是說明在高速條件下移動平均濾波器的窗口的圖； 圖8包括描繪了具有分諧波振蕩的多相電流的曲線圖； 圖9包括描繪了靜止幀電流和相應的分諧波電流分量的曲線圖； 圖10包括描繪了多相電流和相應的無^t正的分諧波電流分量的曲 線圖；圖11包括描繪了多相電流和相應的有校正的分諧波電流分量的曲 線圖；以及圖12是說明根據本發明一個實施例的逆變器電流控制過程的流程圖。
具體實施方式
下面的詳細描述實際上僅僅是示例性的，并且不打算限制本發明的 任何實施例或者這種實施例的應用和用途。此外，不打算受到在前面的 技術領域、背景技術、發明內容或者后面的具體實施方式
中給出的任何 明確的或暗示的理論的限制。這里可以用功能和/或邏輯塊部件以及各種處理步驟的來描述本發 明的各實施例。應當認識到，可以通過被配置成執行所指定的功能的任 何數量的硬件、軟件和/或固件部件來實現這種塊部件。例如，本發明的 一個實施例可以采用各種集成電路部件，比如存儲器元件、數字信號處 理元件、邏輯元件、查找表等等，其可以在一個或多個微處理器或其他控制設備的控制下實施多種功能。另外，本領域技術人員將認識到，可 以結合任何數量的電動機應用來實踐本發明的各實施例，并且這里描述 的系統僅僅是本發明的 一個示例實施例。為了簡潔起見，在這里可能不會詳細描述與AC電動機、AC電動 機控制方案以及所述系統的其他功能方面(以及所述系統的各單獨操作 部件)相關的常規技術。此外，在這里包含的各個附圖中所示出的連接 線打算表示各個元件之間的示例功能關系和/或物理耦合。應當注意到， 在本發明的 一 個實施例中可以存在許多替換的或附加的功能關系或物 理連接。下面的描述可能會提到把元件或節點或特征"連接"或"耦合"在 一起。除非另有明確說明，否則這里使用的"連接"是指一個元件/節點 /特征被直接接合到另一個元件/節點/特征(或者直接與其通信)，并且 不必是以機械的方式。同樣，除非另有明確說明，否則"耦合"是指一 個元件/節點/特征被直接或間接地接合到另一個元件/節點/特征(或者直 接或間接地與其通信)，并且不必是以機械的方式。因此，雖然圖l中 示出的示意圖描繪了 一種示例元件布置，但是在本發明的 一個實施例中 可以存在附加的居間元件、設備、特征或部件。圖1是適用于電動機的逆變器的控制體系結構ioo的示意圖。在該例子中，所述逆變器是脈寬調制(PWM)逆變器102，其可以被適當地 配置成驅動多相AC電動機104。控制體系結構100適于被配置成控制 生成用于PWM逆變器102的命令(例如電壓命令)。在實踐中，控制 體系結構100可以被利用在耦合到AC電動機104的電動機控制器中。 控制體系結構100通常包括但不限于自適應濾波器模塊106;靜止幀 電流調節器108,其被耦合到自適應濾波器模塊106;電流調節器體系 結構109,其被耦合到靜止幀電流調節器108;以及輸出元件110，其被 耦合到靜止幀電流調節器108。在該實施例中，輸出元件110還被耦合 到電流調節器體系結構109。控制體系結構IOO還可以包括耦合到PWM 逆變器102的變換處理器112以及耦合在輸出元件110與PWM逆變器 102之間的變換處理器114。在該實施例中，電流調節器體系結構109包括但不限于逆旋轉變 換處理器116,其被耦合到變換處理器112;同步幀電流調節器118,其 被耦合到逆旋轉變換處理器116;以及旋轉變換處理器120,其^:耦合在同步幀電流調節器118與輸出元件110之間。對于該例子來說，輸出 元件110是利用加法元件122/124實現的。這里使用的下標和上標的含義如下下標(3、 Z 和c: 相<3、 6和c中的量。下標J和？ d-q幀中的量。下標^:定子繞組的量。上標x靜止幀中的量。上標r:旋轉(同步)幀中的量。上標*:所命令的量。在操作中，PWM逆變器102通過適當配置的連接布置126來驅動 AC電動機104,所述連接布置可以包括任何數目的連接線。連接布置 126所表示的連接的數目由用在AC電動機104中的相數來限定。例如， 如圖1中所示，三相AC電動機104將具有三條連接線。連接布置126 可以包括或者被耦合到電流傳感器(在圖1中被描繪為實心點)。電流 傳感器的數目也由用在AC電動機104中的相數來限定。利用相應的連 接線把所述電流傳感器的輸出耦合到變換處理器112;這些連接線的數 目也由用在AC電動機104中的相數來限定，在該例中是三。當在與AC電動機104的定子同步的參考幀(即所述靜止幀)中觀看時，通過所述電流傳感器測量的三相電流(,w、 ^和/c,)通常載送正弦電流波形。變換處理器112被配置成把所述多相電流變換成相應的靜 止幀電流(,:和,；)。在變換處理器112中，利用等式(1 )如下把所述三相電流變換成同步d-q幀<formula>formula see original document page 10</formula> _所述靜止幀電流,:.和,二充當到逆旋轉變換處理器116和自適應濾波 器模塊106的并行輸入。逆旋轉變換處理器116適于被配置成把&和,；變 換成相應的同步幀電流(,:,和。)。通過逆旋轉變換處理器116如下利 用等式(2)把所述靜止d-q電流變換成同步d-q幀=啦<formula>formula see original document page 11</formula>(2)在等式(2)中，轉子角度《是從AC電動機104的機械轉子位置和 電動機極數計算的電動機位置。通過適當配置的傳感器(未示出)來測 量所述轉子角度《。因此，由逆旋轉變換處理器116生成的d-q幀與所 述電動機位置《的旋轉同步。如圖1所示，逆旋轉變換處理器116的輸出是所測量的d-q電流/:和"s。這些所測量的d-q電流被耦合到同步幀電流調節器118。在通過同步幀電流調節器118處理所述信號時，把所述信號參照所述d-q參考幀， 并且在旋轉變換處理器120中把所述經過處理的信號重新轉換成定子參考幀。圖2是適用于控制體系結構100的同步幀電流調節器200的示意圖 (例如作為同步幀電流調節器118)。所測量的d軸電流(,l)被耦合到 d軸比例積分(PI)調節器202,并且所測量的q軸電流(& )被耦合到q軸PI調節器204。另外，通過來自更高級別控制器(例如扭矩或速度 控制器)的相應連接線把所命令的d-q電流(,;:和,:)耦合到相應的d軸和q軸PI調節器202/204。在圖1中示出所述連接線128/130。通過相應的連接線(圖1中的附圖標記132和134 )把前饋電壓(G FF和K，)提供給相應的d軸和q軸PI調節器202/204。通常由電流控制器、速度控制器或扭矩控制器基于電動機速度、電動機參數以及由AC 電動機104吸取的電流來提供這些前饋電壓。同步幀電流調節器200被適當地配置成響應于所述同步幀電流4和,:,、所命令的d-q電流/::和,::以及所述前饋電壓G w和K—^來生成同步幀基頻電壓命令(fT和《)。在實踐中，同步幀電流調節器200生成FT和《以便最小化所述系統的 電流誤差。所述d軸PI調節器202和q軸PI調節器204按照類似的方式操作， 并且下面對于d軸PI調節器202的描述也適用于q軸PI調節器204。 在該實施例中，d軸PI調節器202包括兩個加法元件206/208、具有相 應的乘法常數的兩個增益元件210/212、以及積分器214。加法元件206 把d軸電流誤差(4. OT )形成為所命令的d軸電流()與所測量的d軸電流(,:，)之間的差。在增益元件210處把來自加法元件206的差輸 出端的該d軸電流誤差(4，)乘以比例增益常數(Kpd)，并且相乘后的值充當在加法元件208處相加的三個值的其中之一。還在增益元件212處把來自加法元件206的差輸出端的該d軸電流 誤差(4，)乘以積分增益常數(Kld),通過積分器214對相乘后的值進行積分，并且來自積分器214的積分值輸出充當在加法元件208處相 加的三個值當中的另一個。所述電流調節器部分的輸出(即來自積分器 214的積分值輸出和增益元件210的輸出)在加法元件208處^皮加到所 述前饋電壓(^，)上，以便生成電壓命令(^ )。來自加法元件208的電壓命令(^ )輸出用來最小化所述電流誤差(,1 OT );如圖1所示，該電壓命令可以被路由到旋轉變換處理器120。如上所述，同步幀電流 調節器200以類似的方式生成q軸電壓命令《。應當認識到，可以在包括不同類型的同步幀電流調節器的控制體系 結構中等效地實施這里描述的技術。例如，可以在采用復矢量電流調節 器以替代圖2中示出的布置的控制體系結構的情境中利用上面描述的分 諧波振蕩抑制技術，其采用交叉耦合解耦控制。再次參考圖i，基于同步參考幀的基頻電壓命令和《被饋送到旋轉變換處理器120，該處理器被適當地配置成把^和《變換成靜止幀基 頻電壓命令(《和《)。在該實施例中，旋轉變換處理器120如下采 用在等式(3)中闡述的變換<formula>formula see original document page 12</formula>(3)因此，在該實例的情境中，電流調節器體系結構109被配置成響應 于所述靜止幀電流4和C來生成所述靜止幀基頻電壓命令^和^ 。這里，j^f充當到加法元件122的一個輸入，并且^f充當到加法元件124的一個輸入。靜止幀電流調節器108向加法元件122提供第二輸入，并 且向加法元件124提供第二輸入(下面將更詳細地描述)。簡而言之，爭止幀電流調節器108生成靜止幀分諧波調節電壓命令^勵和^r^以作為輸出。在實踐中，加法元件122把^T和^r^組合成d軸輸出，并且加法元件124把C和r二^組合成q軸輸出。來自加法元件122/124的d軸和q軸輸出充當到變換處理器114的 輸入。這些輸出表示修改后的靜止幀電壓命令，它們是從所述靜止幀基 頻電壓命令^和^以及從所述靜止幀分諧波調節電壓命令C fc和產生的。變換處理器114把所述修改后的電壓命令的靜止幀表示轉換成 用于PWM逆變器102的多相正弦記法(例如三相記法)。在該實施例 中，變換處理器114利用如下的等式(4)生成所述多相正弦記法<formula>formula see original document page 13</formula>在等式(4)中，《^和^^表示修改后的靜止幀電壓命令，其充當到變換處理器114的輸入。變換處理器114的輸出由PWM逆變器102 合成，該逆變器又驅動AC電動才幾104。常規的同步幀電流調節器能夠在不經歷相延遲的情況下在寬頻率 范圍上調節三相電流。然而，當所述同步頻率極高時，常規的同步幀電 流調節器無法有效地調節低頻電流誤差。例如，當所述同步頻率是 1.0kHz時，DC電流偏移量通過等式(2)中的變換被變換成1.0kHz的 電流。由于在實際的車輛應用中電流控制帶寬通常比1.0kHz低得多，因 此該誤差保留在采用常規的同步幀電流調節器的控制系統中。控制體系 結構100利用自適應濾波器模塊106和靜止幀電流調節器108來克服這 一缺陷。如上所述，自適應濾波器^t塊106與逆旋轉變換處理器116并行地 接收靜止幀電流,:,和&。如圖1中所示，自適應濾波器模塊106還可以接收AC電動機104的轉子角度《以作為輸入(等效地，可以利用指示 AC電動機104的旋轉速度的任何所測量的量)。自適應濾波器沖莫塊106 被適當地配置成從所述靜止幀電流4和,中提取靜止幀分諧波電流分量(4—^和《—涵)。如下面將結合圖4更加詳細地描述的那樣，自適應濾 波器模塊106可以包括具有可調節窗口尺寸的移動平均濾波器，其中響 應于所迷轉子角度《動態地調節所述窗口尺寸。此外，所述移動平均濾波器被適當地配置成對C和《,進行濾波以獲得,:,w和C ,其中所述濾波操作受到所計算的窗口尺寸的影響。自適應濾波器模塊106從,X和,中提取分諧波分量。雖然電流調節器體系結構109把4和/;變換成同步參考幀，但是靜止幀電流調節器108基于所述靜止參考幀進行操作。靜止幀電流調節器108用來響應于C和c—勵而生成^r—涵和《—。圖3是適用于控制體系結構100的靜止幀電流調節器300 (例如作 為靜止幀電流調節器108)的示意圖。所提取的靜止幀分諧波電流分量 C被耦合到d軸PI調節器302,并且,:,,w被耦合到q軸PI調節器304。另外，d-q分諧波電流命令(《勵和z::一 )被耦合到相應的d軸和q軸 PI調節器302/304。由于分諧波電流內容對于三相電動機控制來說是所 不希望的，因此在該實施例中，所述分諧波電流命令被設置為0。靜止幀電流調節器300被適當地配置成響應于所提取的靜止幀分諧 波電流分量C和《> 并且響應于對于所命令的d-q電流《勵和《> 的零輸入來生成靜止幀分諧波調節電壓命令^^和《:爿。在實踐中，靜止 巾貞電流調節器300被配置成按照嘗試最小化靜止幀分諧波電流分量C和的方式生成靜止幀分諧波調節電壓命令和^ufc 。所述d軸PI調節器302和q軸PI調節器304按照類似的方式操作， 并且下面對于d軸PI調節器302的描述也適用于q軸PI調節器304。 在該實施例中，d軸PI調節器302包括兩個加法元件306/308、具有相 應的乘法常數的兩個增益元件310/312、以及積分器314。加法元件306 把d軸分諧波電流誤差形成為C與,:,,^之間的差。對于.本例，其中 《勵=0,則d軸分諧波電流誤差是-,Lh。在增益元件310處把加法元件306的差輸出乘以比例增益常數(Kpds),并且相乘后的值充當在加 法元件308處相加的兩個值的其中之一。還在增益元件312處把加法元件306的差輸出乘以積分增益常數 (Klds),通過積分器314對相乘后的值進行積分，并且來自積分器314 的積分值輸出充當在加法元件308處相加的第二值。加法元件308的輸 出表示分諧波調節電壓命令^;r^。該電壓命令F(勵用來最小化所述d 軸分諧波電流誤差；如圖1所示，該電壓命令可以被路由到輸出元件14器300按照類似的方式生成q軸分諧波調節電壓 命令Cb,并且把所述電壓命令路由到輸出元件110。如上所述，輸出元件IIO把C涵與C相加以便形成組合d軸輸出電壓，并且把C^與《 相加以便形成組合q軸輸出電壓。圖4是適用于控制體系結構IOO的自適應濾波器模塊400的示意圖 (例如作為自適應濾波器模塊106)的示意圖。應當認識到，在自適應濾 波器模塊106的一個實施例中可以利用其他配置。自適應濾波器模塊 400通常包括但不限于速度觀測器402;絕對值發生器404;除法器 406/408;限制器410;以及自適應移動平均濾波器412。這些部件可以 被耦合在一起，并且/或者被配置成按照圖4中描繪的方式一起協作。移動平均濾波器通常被用在數字信號處理應用中，這是因為其具有 減小隨機噪聲的能力。在該實施例中，自適應移動平均濾波器412被適 當地配置成對靜止幀電流&和,進行濾波，以便荻得靜止幀分諧波電流分量,1一涵和C—w。正如名稱所暗示的那樣，自適應移動平均濾波器412 通過對來自輸入信號的多個點進行平均來操作，從而產生輸出信號中的 各點。在這方面，自適應移動平均濾波器412根據如下的等式(5)起 作用在等式(5)中，義[]是輸入信號，y[]是輸出信號，以及M是所述平 均中的點數。例如，在7點移動平均濾波器中，輸出信號中的點10由 下式給出》.[10] _ x[10] +義[9] +刷"[7] "[6] + x[5] +洲(6) 可以由下式給出等式(5)所表示的移動平均濾波器的頻率響應:,^f^ 。 Msin(;r /TJ在等式(7)中，/是以赫茲為單位的輸入信號的頻率，r,是以秒為單位的采樣周期，以及A/是所述平均中的點數。圖5是說明在等式(7)中表示的頻率響應的曲線圖。由于其緩慢的滾降以及差的阻帶衰減，該移動平均濾波器的總體頻率響應作為低通 濾波器來說是差的。雖然移動平均濾波器的頻率響應在其總體頻率范圍 內可能是差的，但是其在某些頻率下具有非常高(理論上是無窮大)的衰減，正如由圖5的曲線圖中的凹陷所示。這些陷波頻率具有與所述濾 波器的窗口尺寸相同的周期(Z;xtU),并且其n階諧波如下在等式(8)中，"是正整數("=1,2,3,...)。利用該頻率，等式 (7)的頻率響應變為0，正如下面的表達式中所示G[,〗=sin(;r"/7; =sin(;rw)= Q (9) Msin(;r / rj Msin(;r / A/)圖5還示出所述頻率響應|G(/)|在某些頻率下是O,即 J__^__^__^_T^'^'^7'^7。因此，如果根據同步頻率的周期來調節自適應移動平均濾波器412的窗口尺寸，則可以去除相電流的基頻和諧波分量。所 述濾波操作導致提取出所述相電流中的分諧波分量。所述相電流的基頻 周期是所述同步頻率的倒數。因此，通過所述同步頻率來調節自適應移 動平均濾波器412的窗口尺寸(zyi/)，其對應于輸出頻率。圖6是說明在低速條件下的移動平均濾波器的窗口的圖，以及圖7是說明在高速條件下的移動平均濾波器的窗口的圖。每個圖示出 一個周 期性信號和所述移動平均濾波器的窗口 。所述窗口的寬度被調節到所述 基頻分量的周期(r),其在該例中對應于所述轉子的旋轉周期。隨著速度增大，所述窗口尺寸減小。這種趨勢在圖6與圖7之間的比較中很明顯。下面將參考圖4描述自適應濾波器模塊400的操作。該實施例采用 適當配置的傳感器來獲得指示所述電動機的旋轉速度的所測量的量。例 如，自適應濾波器才莫塊400的一個實施例可以利用位置傳感器(比如分 解器和編碼器)接收該電動機的轉子角度《。速度觀測器402被配置成 從所述轉子角度計算所述速度。可選擇地，自適應濾波器模塊400可以被配置成直接獲得速度。當所述電動機控制系統使用編碼器時，還可以 從來自該編碼器的脈沖串的周期和/或在所述速度測量周期期間的脈沖 數來計算所述速度。考慮所述極數，可以從所述電動機速度計算同步頻率(A)。此外，可以利用絕對值發生器404和除法器406如下計算所 述周期(r):在自適應濾波器模塊400的一個實施例中，數字控制器根據所指定 的數字采樣周期(r,)來執行所述控制。通過首先利用除法器408把所述周期(r)除以所述數字采樣周期(r,)來計算對應于所述周期(r)的窗口尺寸(A/)。可以采用限制器410來把A/保持在最大值與最小值之間。按照這種方式，自適應濾波器模塊響應于所述轉子角度(或者指 示所述轉子速度的任何適當的所測量的量)動態地調節所述窗口尺寸。最終，自適應移動平均濾波器412從其輸入電流分量獲得分諧波電流， 這是通過按照受所計算的窗口尺寸的影響的方式對所述輸入電流分量進行濾波而實現的。值得注意的是，所述周期r對應于所述電動機的基 頻，并且根據所計算的周期來調節所述窗口尺寸。對于該例，移動平均濾波器412如下從靜止d軸電流C.獲得靜止d軸分諧波電流分量,;，涵一 W ^按照等效的方式從靜止q軸電流,；獲得靜止q軸分諧波電流分量圖8包括描繪了具有分諧波振蕩的多相電流的曲線圖。曲線圖502 表示,'。;逆變器電流，曲線圖504表示,&逆變器電流，以及曲線圖506 表示ic,逆變器電流。這些曲線圖中通常是正弦的特性對應于基頻。值得 注意的是，這些曲線圖當中的每一個還包含低頻振蕩分量。該低頻振蕩 對應于不合期望的分諧波電流。圖9包括描繪了靜止幀電流和相應的分諧波電流分量的曲線圖。曲 線圖508包含d軸信號，以及曲線圖510包含相應的q軸信號。圖9中 的實線信號表示到自適應濾波器模塊106 (參見圖l)的輸入，以及圖9中的虛線信號表示自適應濾波器模塊106的輸出。所述虛線信號對應于 在濾除基頻電流(以及相關的諧波頻率電流分量)時所得到的所提取的 分諧波電流。圖10包括描繪了多相電流和相應的分諧波電流分量(無校正)的 曲線圖，以及圖11包括描繪了多相電流和相應的分諧波電流分量(有 校正)的曲線圖。圖11中的曲線圖表示這里描述的控制體系結構的一 個實施例的實驗結果。圖10中的曲線圖512示出在6,445RPM下測量的三相電流波形(z。5、 M,、 。這些波形包括由PWM開關與基頻之間的拍頻導致的分諧波 電流。圖10中的曲線圖514示出由所述自適應濾波器提取的分諧波d-q 電流(C和C—涵)，這也是在6,455RPM下測量的。曲線圖514示出 通過所述自適應濾波器有效地提取所述分諧波電流。這些曲線圖是由僅 具有標準同步幀電流調節器的常規的控制體系結構生成的。圖11中的曲線圖516示出所述三相電流("、,&、 ,以及圖 11中的曲線圖518示出在相同條件下的相應的分諧波d-q電流(4—和然而，這些曲線圖是由控制體系結構100的一個實施例生成的，即同時具有同步幀電流調節器和靜止幀電流調節器的控制體系結構。圖 11中的曲線圖清楚地示出，所述分諧波電流已被有效地去除。圖12是說明逆變器電流控制過程600的流程圖，該過程可以由這 里描述的控制體系結構的一個實施例執行。關于過程600所執行的各種 任務可以通過軟件、硬件、固件或其任何組合來執行。出于說明性的目 的，下面對于過程600的描述可能提到上面結合圖l-4所提到的元件。 在本發明的實施例中，過程600的各部分可以由所述系統的不同元件執 行，例如控制體系結構100的各個部件、^t塊和特征。應當認識到，所 述過程600可以包括任何數目的附加或替換任務，圖12中示出的任務 不需要按照所示出的順序來執行，并且過程600可以被結合到具有這里 并未詳細描述的附加功能的更加全面的程序或過程中。可以按照持續(ongoing)方式來執行控制過程600。在這方面，過 程600可以測量由逆變器生成的多相電流(任務602 ),其中所述多相 電流驅動AC電動機。過程600隨后把所述多相電流變換成靜止幀電流 (任務604)。在這方面，過程600獲得對應于該逆變器的輸出的靜止幀電流。再次，所述逆變器輸出可以包括基頻分量和分諧波振蕩分量。如 上所述，按照并行方式處理所述靜止幀電流4和," 一般來說， 一個處理分支對應于同步幀電流調節，而另 一個處理分支對應于靜止幀電流調節關于同步幀電流調節，控制過程600可以執行逆旋轉變換(任務 606 )，以便把所述靜止幀電流變換成相應的同步幀電流。所述同步幀 電流4和C被用作到所述同步幀電流調節器的輸入。相應地，過程600 對,二和C執行同步幀電流調節(任務608),以便生成相應的同步幀基 頻電壓命令。另外，過程600對所述同步幀基頻電壓命令^和《執行 旋轉變換(任務610),以便把^和《變換成相應的靜止幀基頻電壓命令(^r和《)。關于靜止幀電流調節，控制過程600可以按照上面描述的方式對自 適應濾波器模塊執行動態調節。例如，過程600可以響應于指示AC電 動機的旋轉速度的所測量的量來動態地計算用于移動平均濾波器的窗 口尺寸(任務612)。過程600隨后可以對所述靜止幀電流,l和,進行濾波(任務614),以便獲得靜止幀分諧波電流分量，其中所述濾波受 到所計算的窗口尺寸的影響。如上所述，優選地通過確定對應于AC電 動機的基頻的周期并且根據該周期設置所述窗口尺寸來計算所述窗口 尺寸。更具體而言，所述窗口尺寸被選擇成匹配該周期。所述濾波操作 從所述靜止幀電流中去除該電動機的基頻。在該實施例中，所述濾波操 作還去除所述基頻的 一個或多個諧波。所提取的靜止幀分諧波電流分量4 ,rafc和被用作到所述靜止幀 電流調節器的輸入。過程600對,1爿和執行靜止幀電流調節(任務616),以便生成靜止幀分諧波調節電壓命令(^r^和c^)。所述靜止幀電流調節減少在所述多相電流中包含的分諧波振蕩分量，并且致力 于最小化所述靜止幀分諧波電流分量4爿和4> 。任務610產生靜止幀基頻電壓命令^和《，而任務616產生靜止 幀分諧波調節電壓命令F^勵和《涵。控制過程600處理這些命令，并且生成用于所述逆變器的修改后的靜止幀電壓命令(任務618)。對于該 例來說，任務618利用所述靜止幀分諧波調節電壓命令來調節所述靜止幀基頻電壓命令。參考圖1,輸出元件110可以通過對相應的電壓命令進行組合/相加來執行任務618。隨后把所述修改后的靜止幀電壓命令轉 換(任務620)成用于所述逆變器的多相正弦記法。利用所述多相電壓 命令(r。:、 K、《)來控制所述逆變器的操作(任務622 )，該逆變器 又驅動所述AC電動機(任務624)。過程600被描繪為連續環路，這 是因為所迷控制體系結構充當 一個反饋系統，其適于逆變器電流中的改 變。雖然在上面的詳細描述中給出了至少一個示例性實施例，但是應當 認識到，存在多種變型。還應當認識到，所述一個或多個示例性實施例 僅僅是例子，而不打算以任何方式限制本發明的范圍、適用性或配置。 更確切地說，前面的詳細描述將為本領域技術人員提供用于實施所述一 個或多個示例性實施例的方便的路線圖。應當理解，在不背離所附權利 要求書及其等效法律表述中所闡述的本發明的范圍的情況下，可以在元 件的功能和布置方面做出各種改變。
權利要求
1、一種控制電動機的逆變器的方法，該方法包括獲得對應于該逆變器的輸出的靜止幀電流；從所述靜止幀電流中提取靜止幀分諧波電流分量；對所述靜止幀分諧波電流分量執行靜止幀電流調節，從而產生靜止幀分諧波調節電壓命令；以及利用所述靜止幀分諧波調節電壓命令來調節靜止幀基頻電壓命令。
2、 根據權利要求1所述的方法，其中 所述"t"止幀電流包4舌靜止d軸電流/:和,爭止q軸電流/;;所述靜止幀分諧波電流分量包括靜止d軸分諧波電流,1>和靜止q軸分諧波電流/:5>;所述靜止幀分諧波調節電壓命令包括靜止d軸分諧波調節電壓命令 dw和靜止q軸分諧波調節電壓命令《,；以及所述靜止幀基頻電壓命令包括靜止d軸基頻電壓命令rr和靜止q軸 基頻電壓命令《。
3、 根據權利要求1所述的方法，其中，所述調節步驟包括組合 所述靜止幀基頻電壓命令與所述靜止幀分諧波調節電壓命令。
4、 根據權利要求1所述的方法，還包括 >|巴所述靜止幀電流變換成相應的同步幀電流；對所述同步幀電流執行同步幀電流調節，從而產生同步幀基頻電壓 命令；以及把所迷同步幀基頻電壓命令變換成所迷靜止巾貞基頻電壓命令。
5、 根據權利要求4所述的方法，其中所述同步幀電流包括同步d軸電流4和同步q軸電流,；；以及所述同步幀基頻電壓命令包括同步d軸基頻電壓命令C和同步q 軸基頻電壓命令《。
6、 根據權利要求1所述的方法，其中 所述調節步驟產生修改后的靜止幀電壓命令；以及 該方法還包括把所述修改后的靜止幀電壓命令轉換成用于所述逆變器的多相正弦記法。
7、 根據權利要求1所述的方法，還包括 測量由所述逆變器生成的多相電流；以及把所述多相電流變換成所述靜止幀電流。
8、 根據權利要求1所述的方法，其中，所述提取步驟包括 響應于指示所述電動機的旋轉速度的所測量的量，動態地計算用于移動平均濾波器的窗口尺寸；以及利用所述移動平均濾波器對所迷靜止幀電流進行濾波，以便獲得所 述靜止幀分諧波電流分量，所述濾波受到所述窗口尺寸的影響。
9、 根據權利要求8所述的方法，其中，動態地計算所述窗口尺寸 包括確定對應于所述電動機的基頻的周期；以及 根據所述周期來設置所述窗口尺寸。
10、 根據權利要求9所述的方法，其中，所述濾波步驟從所述靜止 幀電流中去除所述電動機的基頻。
11、 根據權利要求10所迷的方法，其中，所述濾波步驟從所述靜 止幀電流中去除所迷電動機的基頻的至少一個諧波。
12、 根據權利要求1所述的方法，其中，執行靜止幀電流調節以嘗 試最小化所述靜止幀分諧波電流分量的方式來生成所述靜止幀分諧波 調節電壓命令。
13、 一種用于電動機的逆變器的控制體系結構，該控制體系結構包括自適應濾波器模塊，其被配置成從對應于所述逆變器的輸出的靜止 幀電流中提取靜止幀分諧波電流分量；靜止幀電流調節器，其被耦合到該自適應濾波器模塊，該靜止幀電 流調節器被配置成響應于所述靜止幀分諧波電流分量而生成靜止幀分 諧波調節電壓命令；電流調節器體系結構，其被耦合到該靜止幀電流調節器，該電流調 節器體系結構被配置成響應于所述靜止幀電流而生成靜止幀基頻電壓 命令；以及輸出元件，其被耦合到該靜止幀電流調節器和該電流調節器體系結 構，該輸出元件被配置成從所述靜止幀基頻電壓命令和所述靜止幀分諧 波調節電壓命令來產生修改后的靜止幀電壓命令。
14、 根據權利要求13所述的控制體系結構，其中，所述輸出元件 被配置成把所述靜止幀基頻電壓命令和所述靜止幀分諧波調節電壓命令組合成所述修改后的靜止幀電壓命令。
15、 根據權利要求13所述的控制體系結構，其中 所述自適應濾波器模塊包括移動平均濾波器，其具有可調節的窗口尺寸；該自適應濾波器模塊被配置成響應于指示所迷電動機的旋轉速度 的所測量的量來動態地調節所述窗口尺寸；以及所迷移動平均濾波器被配置成對所述靜止幀電流進行濾波以獲得 所述靜止幀分諧波電流分量，所述濾波受到所迷窗口尺寸的影響。
16、 根據權利要求15所述的控制體系結構，其中，所述自適應濾 波器模塊被配置成確定對應于所述電動才幾的基頻的周期；以及 根椐所迷周期來調節所迷窗口尺寸。
17、 根據權利要求13所述的控制體系結構，其中，所迷靜止幀電 流調節器被配置成以嘗試最小化所述靜止幀分諧波電流分量的方式來 生成所述靜止幀分諧波調節電壓命令。
18、 根據權利要求13所述的控制體系結構，其中，所述電流調節 器體系結構包括逆旋轉變換處理器，其被配置成把所迷靜止幀電流變換成同步幀電流；耦合到該逆旋轉變換處理器的同步幀電流調節器，該同步幀電流調 節器被配置成響應于所述同步幀電流而生成同步幀基頻電壓命令；以及耦合到該同步幀電流調節器的旋轉變換處理器，該旋轉變換處理器 被配置成把所述同步幀基頻電壓命令變換成所述靜止幀基頻電壓命令。
19、 一種控制電動機的逆變器的方法，該方法包括獲得對應于所述逆變器的輸出的靜止幀電流，所述輸出包括基頻分 量和分諧波振蕩分量；響應于所述靜止幀電流而執行靜止幀電流調節，以便減'J、所述分諧 波振蕩分量；對從所述靜止幀電流導出的同步幀電流執行同步幀電流調節；以及 生成用于所述逆變器的電壓命令，所述電壓命令受到所述靜止幀電 流調節和所述同步幀電流調節的影響。
20、 根據權利要求19所述的方法，還包括利用自適應濾波器模塊對所述靜止幀電流進行濾波以獲得對應于所述分諧波振蕩分量的靜止 幀分諧波電流分量，其中對所迷靜止幀分諧波電流分量執行所述靜止幀 電流調節。
全文摘要
本發明公開了減少功率逆變器在高頻操作下的分諧波振蕩。一種用于電逆變器的控制體系結構包括同步幀電流調節器和靜止幀電流調節器。所述靜止幀電流調節器接收輸入電流，所述輸入電流表示對應于所述逆變器輸出電流的靜止幀電流的經濾波的形式。所述控制體系結構采用自適應濾波器模塊，其對所述靜止幀電流進行濾波以便去除電動機基頻分量(及其相關諧波)，從而提取任何低頻諧波分量。所述靜止幀電流調節器處理所述低頻分量，而所述同步幀電流調節器處理所述基頻分量，從而導致對逆變器輸出中的低頻振蕩的抑制。
文檔編號H02P23/04GK101252337SQ20081008124
公開日2008年8月27日 申請日期2008年2月20日 優先權日2007年2月20日
發明者B·裴, N·R·帕特爾, S·E·舒爾茨, S·希蒂 申請人:通用汽車環球科技運作公司