產生電動機參考電流的方法
【專利摘要】提供一種用于確定d軸參考電流的電動機控制系統，其包括電動機、DC電源和DC輸入線路、以及電流指令控制器。DC電源產生橫跨在DC輸入線路上的供橋電壓。電流指令控制器與電動機和DC輸入線路通信。電流指令控制器配置成監視供橋電壓和轉矩參考指令。電流指令控制器配置成基于轉矩參考指令確定峰值電流。電流指令控制器配置成基于峰值電流確定電流角。電流指令控制器配置成基于電流角確定d軸參考電流。
【專利說明】產生電動機參考電流的方法
【技術領域】
[0001] 本發明涉及一種電動機的控制系統，且尤其是涉及一種用于基于電流角度確定d 軸參考電流的電動機控制系統。
【背景技術】
[0002] 內置式永磁同步電機（IPMSM)的輸出轉矩可由電壓指令和相位超前角確定。通過 首先選取特定的正交軸/交軸（也稱為q軸）參考電流和直軸（也稱為d軸）參考電流， 且然后基于所選擇的交軸參考電流和直軸參考電流確定電壓指令和相位超前角，可確定 IPMSM的特定輸出轉矩。
【發明內容】
[0003] 在一個實施例中，提供一種用于確定d軸參考電流的電動機控制系統，且其包括 電動機、DC電源和DC輸入線路和電流指令控制器。DC電源橫跨于整個DC輸入線路上產生 供橋電壓。電流指令控制器與電動機和DC輸入線路通信。電流指令控制器配置成監控供 橋電壓和轉矩參考指令。電流指令控制器配置成基于轉矩參考指令而確定峰值電流。電流 指令控制器配置成基于峰值電流而確定電流角。電流指令控制器還配置成基于電流角而確 定d軸參考電流。
[0004] 在另一實施例中，提供一種用于確定電動機d軸參考電流的方法。該方法包括由 電流指令控制器監控供橋電壓和轉矩參考指令。供橋電壓由橫跨在DC輸入線路上的DC電 源來產生。該方法包括基于轉矩參考指令確定峰值電流。該方法包括基于峰值電流確定電 流角。該方法還包括基于電流角確定d軸參考電流。
[0005] 通過下文結合附圖進行的描述，這些以及其它優點和特征將變得更加顯而易見。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0006] 本發明的主題在說明書結論部分的權利要求中被特別指出并且被清楚地請求保 護。本發明的前述和其它特征以及優點從接下來的結合附圖進行的詳細描述中變得顯而易 見，其中：
[0007] 圖1是根據本發明的一個典型實施例的電動機控制系統的框圖；以及
[0008] 圖2是根據本發明另一典型實施例的用于確定d軸參考電流和q軸參考電流的過 程流程圖。
【具體實施方式】
[0009] 現在參考附圖，這里本發明將參考特定實施例而被描述，而不限制于特定實施例， 圖1是電動機控制系統10的典型框圖。電動機控制系統10包括指令電流控制器20, d軸 比例積分增益（PI)控制器22, q軸PI控制器23,極轉換控制器24,脈沖寬度調制（PWM)逆 變器控制器26,逆變器28, DC電源30,電動機32,位置傳感器34,速度傳感器36,轉換控制 器38, a軸電流放大器40, b軸電流放大器42, a軸模擬到數字變換器（ADC) 44,以及b軸 ADC46。在一個實施例中，電動機32可以是內置式永磁同步電機（IPMSM)，然而，可以理解的 是，也可以使用任何類型的使用相電流進行控制的電動機。
[0010] 在如圖1所示的實施例中，逆變器28被連接到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DC輸入線路49被連接到逆變器28。傳感器51可以 被用來監控跨越整個DC輸入線路49上的供橋電壓V eeu。表示供橋電壓Veeu的控制信號53 可以被發送給指令電流控制器20和PWM逆變器控制器26中。在所示的典型實施例中，逆 變器26通過線50、線52以及線54傳輸三相交流（AC)電流（例如，i a，ib，以及i。）到電動 機32用于電動機32的操作和控制。
[0011] 為了反饋控制的目的，通過線50和52傳輸到電動機32的相電流ia和i b可以被 檢測以便確定流入電動機32的瞬時電流流動。特別地，傳感器56可以被用來監控線50上 的相電流ia，且傳感器58可以被用來監控線52上的相電流ib。應該注意的是盡管描述了 傳感器56和傳感器58,但是線50或52中可以僅有一個被監控以測量相電流i a或者相電 流ib。表不測量的相電流ia的控制信號60可以從傳感器56被發送到a軸電流放大器40， 以及表示測量的相電流i b的控制信號62可以從傳感器58被發送到b軸電流放大器42。 然后相電流ia的增大值或者放大值被從a軸電流放大器40發送到a軸ADC44,以及相電流 ib62的放大值被從b軸電流放大器42發送到b軸ADC46。a軸ADC44將相電流ia的放大 值轉換成數字值64。數字值64代表相電流i a的幅值。b軸ADC46將相電流ib的放大值轉 換成數字值66,數字值66表示相電流i b的幅值。
[0012] 轉換控制器38接收來自ADC44的數字值64以及來自ADC46的數字值66作為輸 入。在一個實施例中，轉換控制器38是三相到兩相轉換控制器，其中AC電流的測量值（例 如表示相電流i a的數字值64和表示相電流ib的數字值66)被轉換為等價的測量DC電流 分量，其為測量的d軸電流 I (MEASURED 和測量的q軸電流 I qMEASUEED ° 測量的d軸電流 I dMEASURED H 送入減法器70以及測量的q軸電流I_A胃ED被送入到減法器72中。
[0013] 指令電流控制器20接收轉矩參考指令?；、角速度ωπ以及來自傳感器51的表示 供橋電壓的控制信號53作為輸入。轉矩參考指令T e代表轉矩的指令值，并且可以從另 一控制器（未示出）導出，或者可以對應于由操作員產生的轉矩值。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，編碼器和用于基于由編碼器接收的信號計算電 動機32的轉子（未示出）而計算角速度的速度計算電路。指令電流控制器20基于下面所 描述的轉矩指令?；、供橋電壓V_和角速度ω m計算d軸參考電流Id KEF和q軸參考電流I, KEF。d軸參考電流Id KEF被發送到減法器70,以及q軸參考電流I, KEF被發送到減法器72。
[0014] 減法器70接收測量的d軸電流IdMEAS_和d軸參考電流Id KEF。減法器70基于測 量的d軸電流ΙΛΕΚ_和d軸參考電流Id KEF確定d軸誤差信號74。d軸誤差信號74表示 測量的d軸電流IdMEAS_和d軸參考電流I d KEF之間的誤差。減法器72接收測量的q軸電 I qMEASUEED 和q軸參考電流。減法器72基于測量的q軸電流 I qMEASUEED 和q軸參考電流 IqjiEP確定q軸誤差信號76。q軸誤差信號76表不測量的q軸電流IqMEASUKED和q軸參考電 流I(j_REF之間的誤差。
[0015] d軸PI控制器22接收來自減法器70的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V D。d軸電壓信號VD基于d軸比例增益&和(1軸積分增益&。類 似的，q軸PI控制器23接收來自減法器72的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基于q軸比例增益Kp和q軸積分增益&。
[0016] 極變換控制器24接收來自d軸PI控制器22的d軸電壓信號VD和來自q軸PI控 制器23的q軸電壓信號V Q作為輸入。基于該輸入，極變換控制器24確定電壓指令Vemd以 及相超前角S。PWM逆變器控制器26接收來自極變換控制器24的電壓指令V emd和相超前 角S作為輸入。PWM逆變器控制器26也接收由電動機位置傳感器34測量的轉子角值L。 在一個典型的實施例中，PWM逆變器控制器26可以包括過調制空間向量PWM單元來用于產 生三個分別的占空比值D a，Db和D。。占空比值Da，Db和D。被用于驅動逆變器28的門驅動電 路（未示出），其為電動機32的相供電。
[0017] 現在將描述由指令電流控制器20確定d軸參考電流Id KEF和q軸參考電流Iq KEF。 指令電流控制器20周期性地基于轉矩參考指令Te，供橋電壓V_和角速度c〇m確定d軸參 考電流I d_KEF和q軸參考電流。特別地，電流指令控制器20根據第一操作區RI或者第 二操作區RII確定d軸參考電流I d KEF和q軸參考電流I, KEF，其將在下面進行描述。
[0018] 指令電流控制器20首先基于轉矩參考指令Te確定峰值電流Ip KEF。在一個實施例 中，峰值電流IP_KEF可以由等式1確定：
[0019]
【權利要求】
1. 一種用于確定d軸參考電流的電動機控制系統，包括： 電動機； DC電源和DC輸入線路，DC電源產生橫跨在DC輸入線路上的供橋電壓； 電流指令控制器，其與電動機和DC輸入線路成通信連接，電流指令控制器配置成： 監測供橋電壓和轉矩參考指令； 基于轉矩參考指令確定峰值電流； 基于峰值電流確定電流角；以及 基于電流角確定d軸參考電流。
2. 根據權利要求1所述的電動機控制系統，其中，電流角的值可以在求解域中找到。
3. 根據權利要求2所述的電動機控制系統，其中，求解域由始點和終點所定義。
4. 根據權利要求2所述的電動機控制系統，其中，始點由本地電流角乘以一個常數所 定義而終點為本地電流角。
5. 根據權利要求1所述的電動機控制系統，其中，電流角基于迭代的方法確定。
6. 根據權利要求5所述的電動機控制系統，其中，迭代的方法是二等分法，并且其中執 行二等分查詢以查找電流角的值。
7. 根據權利要求1所述的電動機控制系統，其中電流指令控制器基于d軸電流和轉矩 參考指令確定q軸參考電流。
8. 根據權利要求7所述的電動機控制系統，其中，q軸參考指令由下式確定：
其中，是q軸參考指令，?；是轉矩參考指令，Ke是電動機常數，P是電動機的極數， L,是q軸電感，Ld是d軸電感，Id KEF是d軸參考電流。
9. 根據權利要求7所述的電動機控制系統，其中電流指令控制器基于d軸參考電流Id KEF和q軸參考電流確定電壓指令。
10. 根據權利要求9所述的電動機控制系統，其中如果電壓指令小于供橋電壓，那么電 流指令控制器基于第一區域操作確定d軸參考電流I d KEF和q軸參考電流。
11. 根據權利要求9所述的電動機控制系統，其中如果電壓指令大于或等于供橋電壓， 那么電流指令控制器基于第二操作區域確定d軸參考電流I d KEF和q軸參考電流。
12. -種確定電動機的d軸參考電流的方法，包括： 通過電流指令控制器監測供橋電壓和轉矩參考指令，供橋電壓由橫跨在DC輸入線路 上的DC電源產生； 基于轉矩參考指令確定峰值電流； 基于峰值電流確定電流角；以及 基于電流角確定d軸參考電流。
13. 根據權利要求12所述的方法，進一步包括基于d軸電流和轉矩參考指令確定q軸 參考電流。
14. 根據權利要求13所述的方法，其中q軸參考指令由下式確定：
其中，是q軸參考指令，?；是轉矩參考指令，Ke是電動機常數，P是電動機的極數， L,是q軸電感，Ld是d軸電感，Id KEF是d軸參考電流。
15.根據權利要求13所述的方法，進一步包括基于d軸參考電流Id KEF和q軸參考電流 而確定電壓指令。
【文檔編號】H02P21/14GK104052364SQ201410145809
【公開日】2014年9月17日 申請日期:2014年3月11日 優先權日:2013年3月11日
【發明者】A·G·杰布雷杰爾吉斯, 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Ip控股公司