生成可變輸出電壓的方法和其系統與流程
示例性實施例涉及電動驅動裝置系統和/或用于控制電動驅動裝置的方法。
背景技術：
諸如交流(AC)感應馬達的電動驅動裝置用于動力系統，諸如混動/電動車輛、輔助泵、空氣壓縮機、風扇等。交流感應馬達已經廣泛地用于工業應用。具有可變頻率驅動器(VFD)的無故障跨接線路啟動能力可以與感應馬達一起使用。用于驅動裝置的控制器控制驅動裝置的操作。控制器生成應用于驅動裝置的端子的控制信號。
通常地，基于多個信息，諸如驅動裝置的端電壓和機器的頻率信息，控制器控制驅動裝置。
技術實現要素：
一些示例性實施例涉及用于生成可變輸出電壓的方法和設備。
在示例性實施例中，用于驅動系統部件(例如輔助泵、風扇等)的電壓源被構造成用于在兩個不同控制模式中的一個中操作，即電壓控制模式和頻率控制模式。沒有激活的電源附接到AC端子。這允許電壓在電壓控制模式中的設置和電壓/頻率關系(V/Hz)在頻率控制模式中的設置。
在電壓控制模式中，電壓源可以作為3相電源插座(在開環/閉環控制中)起作用，3相電源插座提供期望頻率下的恒定電壓，同時為電源和載荷提供保護。
在頻率控制模式(Volts/Hz模式)中，基于與命令頻率的可配置關系(線性或平方)，電壓源保持命令頻率和輸出電壓。
至少一個示例性實施例公開生成可變輸出電壓的方法。方法包括獲得選擇的操作模式，選擇的操作模式是電壓控制模式和頻率模式中的一個，基于選擇的操作模式確定輸入電壓命令，基于選擇的操作模式確定輸入頻率命令，調節輸入頻率命令和輸入電壓命令中的至少一個，基于被調節的輸入頻率命令和輸入電壓命令中的至少一個生成脈寬調制參照，并且基于脈寬調制參照生成可變輸出電壓。
附圖說明
將根據與附圖結合的下文的詳細描述更清楚地理解示例性實施例。圖1-5表示如本文中所述的非限制性示例性實施例。
圖1圖示了圖1A-1B的方框圖；
圖1A-1B是根據示例性實施例的用于控制電動馬達的系統的方框圖；
圖2是根據示例性實施例的與圖1A-1B一致的電子數據處理系統的方框圖；
圖3A圖示了根據示例性實施例的電壓命令生成模塊的示例性實施例；
圖3B-3D圖示根據示例性實施例的電壓命令生成模塊的部分；
圖4A圖示了頻率命令生成模塊的示例性實施例；
圖4B-4D圖示根據示例性實施例的頻率命令生成模塊的部分；并且
圖5圖示了根據示例性實施例的生成可變輸出電壓的方法。
具體實施方式
現在將更充分地參照圖示一些示例性實施例的附圖以描述多個示例性實施例。
因此，盡管能夠對示例性實施例進行各種修改并且形成可替換形式，但是附圖通過示例的方法示出所述實施例并且本文將詳細描述所述實施例。然而，應該理解，不旨在將示例性實施例限制到公開的具體形式，而是相反，示例性實施例將覆蓋落入權利要求的范圍內的所有的修改例、等同例和供選例。在對附圖的所有描述中，相同的數字指示相同的元件。
將理解，雖然在本文中術語第一、第二等可以用于描述各種元件，但是這些術語不應該限制這些元件。這些術語僅用于區別一個元件與另一元件。例如，第一元件可以被稱為第二元件，并且，類似地，第二元件可以被稱為第一元件，這沒有脫離示例性實施例的范圍。如本文所用，術語“和/或”包括一個或多個相關聯的列出項目的任意結合和所有結合。
將理解，當元件被稱為“連接”或“耦接”到另一元件時，其可以直接連接或耦接到可以存在的另一元件或插入元件。相反，當元件被稱為“直接連接”或“直接耦接”到另一元件時，其中不存在插入元件。應該以相同方式理解用于描述元件之間的關系的其它措辭。
本文中使用的術語僅為了描述具體的實施例并且不旨在限制示例性實施例。如本文所用，單數形式“a”、“an”和“the”旨在同樣包括復數形式，除非上下文以其他方式明確表示。將進一步理解，當在本文中使用術語“包括”、“包括”、“包含”和/或“包含”時，指出存在規定的部件、整體、步驟、操作、元件和/或構件，但是不排除存在或增加一個或多個其它的部件、整體、步驟、操作、元件、構件和/或其組群。
還應該注意，說明的功能/作用可以以一些可替換的實現方式不按照圖中圖示的次序出現。例如，實際上可以大致同時執行或有時可以以相反次序執行連續示出的兩個圖，這取決于涉及的功能/作用。
除非另有規定，否則本文中使用的所有術語具有的意義與示例性實施例屬于的技術領域中的人員通常理解的意義相同。將進一步理解，例如限定在通常使用的字典中的那些術語應該理解成具有的意義與其在相關技術的內容中的意義一致，而不應理解成理想化的意義或過度正式的意義，除非本文中明確地如此限定。
示例性實施例和對應的詳細描述的部分明確地呈現被具體地程控以執行軟件的處理器，或關于計算機存儲器中數據位的操作的算法和符號表示。這些描述和表示是本領域的技術人員向本領域的其他技術人員有效表達其工作的實質的方式。算法，作為本文使用的術語，并且如其被通常使用的那樣，被認為是通向結果的一序列有條理的步驟。該步驟對物理量進行要求的物理操縱。通常，雖然不一定，這些物理量采取能夠被存儲、傳送、組合、比較、和以其他方式操縱的光信號、電信號、或磁信號的形式。主要由于普遍使用的原因，有時方便地將這些信號稱為位、值、要素、符號、字符、術語、數字等。
在以下描述中，將參照可以執行為實現具體任務或采用具體的抽象數據類型的、包括例行程序、程序、目標、成分、數據結構等的程序模塊或功能性過程并且可以使用現有的硬件執行的操作的作用和符號表示來描述說明性實施例。該現有硬件可以包括一個或多個中央處理器、數字信號處理器、專用集成電路、現場可編程門陣列計算機等。
然而，應該明白，所有的這些術語和類似的術語將與適當的物理量相關并且僅是應用于這些物理量的方便的符號。除非以其他方式具體地規定，或如從討論所顯而易見的，諸如“處理”或“運算”或“計算”或“確定”或“顯示”等術語指操作被表示為計算機系統的寄存器和存儲器中的物理電子量的數據并且將其轉換成類似地表示為計算機系統存儲器或寄存器或其它的這種信息存儲、傳送或顯示裝置中的物理量的其它數據的計算機系統或類似的電子計算裝置的作用和過程。
還注意到執行示例性實施例的方面的軟件通常被編碼在一些形式的實體存儲介質上或通過一些類型的傳送介質來執行。有形存儲介質可以是電子存儲器、只讀非揮發性電子隨機存儲器、一個或多個電子數據寄存器、數據閂鎖電路、磁盤驅動、硬盤驅動、光盤驅動等。
根據示例性實施例，圖1A-1B圖示了用于控制諸如電動馬達的載荷的驅動系統100。驅動系統100可以稱為用于載荷的控制裝置或電源。驅動系統100被構造成用于在兩個不同控制模式中的一個中操作，這允許電壓在電壓控制模式中的設置和電壓/頻率(V/Hz)關系在頻率控制模式中的設置。
至少一個示例性實施例公開了被構造成用于生成可變輸出電壓的控制裝置。控制裝置包括被構造成用于獲得選擇的操作模式的處理器，選擇的操作模式是電壓控制模式和頻率模式中的一個，所述處理器被構造成用于基于選擇的操作模式確定輸入電壓命令，基于選擇的操作模式確定輸入頻率命令，基于選擇的操作模式調節輸入頻率命令和輸入電壓命令中的至少一個，基于輸入頻率命令和輸入電壓命令中的被調節的至少一個生成脈寬調制參照，并且基于脈寬調制參照生成可變輸出電壓。
在示例性實施例中，處理器被構造成用于獲得電壓控制模式的選擇部分，選擇部分是開環控制部分和閉環控制部分中的一個。
在示例性實施例中，處理器被構造成用于基于選擇部分生成輸入電壓命令。
在示例性實施例中，處理器被構造成用于選擇多個電壓命令中的一個作為輸入電壓命令，其中多個電壓命令中的每個對應于電壓控制模式和頻率模式中的一個。
在示例性實施例中，處理器被構造成用于選擇多個頻率命令中的一個作為輸入頻率命令，其中多個頻率命令中的每個對應于電壓控制模式和頻率模式中的一個。
在示例性實施例中，處理器被構造成用于在頻率模式中根據可變輸出電壓和被調節輸入頻率命令之間的固定關系而生成可變輸出電壓。
在示例性實施例中，處理器被構造成用于基于溫度極限、電流極限、電流轉換極限、電壓極限和電壓轉換極限中的至少一個，調節輸入頻率命令和輸入電壓命令中的至少一個。
在示例性實施例中，處理器被構造成用于如果選擇的操作模式是電壓控制模式則調節輸入電壓命令。
在示例性實施例中，處理器被構造成用于在調節之前和在調節之后保持輸入頻率命令。
在示例性實施例中，處理器被構造成用于如果選擇的操作模式是頻率模式則調節輸入頻率命令。
在示例性實施例中，處理器被構造成用于在頻率模式中根據可變輸出電壓和被調節輸入頻率命令之間的固定關系而生成可變輸出電壓。
電動馬達可以是諸如感應馬達(IM)的馬達、另一交流電機或直流電機。馬達具有額定直流總線電壓(例如，320伏特)。額定電壓是指定電壓。例如，馬達的額定電壓可以是320伏特，但是馬達可以在高于和低于320伏特的電壓下操作。
在示例性實施例中，除載荷117和逆變器開關電路188外的系統可以稱為控制器。
應該理解，驅動系統100可以包括圖1A-1B中未示出的額外特征。圖1A-1B中示出的特征被圖示以方便描述驅動系統100，并且應該理解驅動系統100應該不受限于圖1A-1B示出的特征。
系統100包括電子模塊、軟件模塊或二者。在示例性實施例中，驅動系統100包括電子數據處理系統120以支持一個或多個軟件模塊的軟件指令的存儲、處理或執行。電子數據處理系統120由圖1A-1B中的虛線指示并且更詳細地示出在圖2中。電子數據處理系統120也可以稱為用于載荷117的控制器和/或處理器。數據處理系統120被構造成用于確定控制模式，選擇調制模式和基于控制模式確定電機的多個端相電壓。調制模式可以表示PWM、方波、三角波、或正弦波、或頻率、與任何前述項相關聯的占空比或空載時間。控制模式可以是例如電壓控制模式和頻率控制模式中的一個。
數據處理系統120連接到逆變電路188。逆變電路188可以是三相逆變器。逆變電路188包括驅動或控制開關半導體(例如，絕緣柵雙極型晶體管(IGBT)或其它的功率晶體管)以輸出用于載荷117的控制信號的半導體驅動電路。逆變電路188繼而連接到載荷117。
在示例性實施例中，電壓命令生成模塊105被構造成用于接收來自用戶的用戶命令UCMD、來自用戶的模式選擇信號SEL、估算的電機端電壓Vterm和次級極限LimitAC_Sec。用戶命令UCMD和模式選擇信號SEL可以通過車輛數據總線118被接收。電壓命令生成模塊105被構造成用于基于用戶命令UCMD、模式選擇信號SEL、估算的電機端電壓和次級極限而生成電壓命令VCMD。用戶命令UCMD表示電壓控制模式中的期望電壓或頻率控制模式中的期望頻率與電壓關系。模式選擇信號SEL表示電壓控制模式和頻率控制模式中的一個。
頻率命令生成模塊110被構造成用于基于用戶命令UCMD和模式選擇信號SEL而生成頻率命令FCMD。
如圖1所示，電壓命令VCMD和頻率命令FCMD被進送至車輛數據總線118以用于監控。
電流調整限制器111能夠與頻率命令生成模塊110通信。電流調整限制器111接收相應的最終d-q軸電流命令(例如，id*和iq*)和實際d-q軸電流(例如，id和iq)。d-q軸電流表示在諸如載荷117的矢量控制交流電機的情況下適用的直軸電流和交軸電流。盡管術語電流命令被使用，但是應該理解電流命令表示目標電流值。
電流調整限制器111從實際d-q軸電流生成電流極限VHz_Curr_Limit。電流極限VHz_Curr_Limit表示轉換的最終電流限制命令。電流調整限制器111限制電流極限的上坡道速率和下坡道速率。當最小電流極限或最大電流極限的上坡道速率大于上坡道速率設置點時，電流限制坡道速率將被限制為上坡道速率設置點的值。當最小電流極限或最大電流極限的下坡道速率大于下坡道速率設置點時，電流限制坡道速率將被限制為下坡道速率設置點的值。
電流調整限制器111對實際d-q軸電流id和iq采樣，并且使用任何已知方法基于實際d-q軸電流計算RMS電流IRMS。電流調整限制器111然后比較RMS電流IRMS與設置的電流極限Set_Current_Limit，設置的電流極限Set_Current_Limit可以基于經驗數據由用戶確定。
為將被測量的總RMS電流IRMS關聯至被設置的電流極限參數Set_Current_Limit，總RMS電流差值RMS_Current_Difference可以被限定為：
RMS_Current_Difference＝Set_Current_Limit-IRMS(1)
如果存在RMS電流IRMS和設置的電流Set_Current_Limit之間的差值(RMS_Current_Difference)，則差值RMS_Current_Difference通過積分增益而按比例縮放并且被進送至電流調整限制器111中的比例積分器(PI)。
PI控制器的輸出經過轉換限制塊，當PI控制器失效時，轉換限制塊防止命令階躍。PI控制器在電流調整限制器111中的轉換輸出為電流極限VHz_Curr_Limit。
在示例性實施例中，脈寬調制生成模塊112向端電壓估算模塊127提供用于控制逆變電路188的脈沖命令和用于逆變電路188的每個相位(a、b和c)的占空比da、db、dc。處理系統120確定三相占空比da、db和dc，如名為“確定電機端電壓的方法和其系統”的申請號為14/141,631的美國專利申請中所述，所述申請的全部內容通過引用特此被納入此文。
然后，基于電壓命令Vα和Vβ、占空比、空載時間和脈寬調制載波，脈寬調制脈沖由脈寬調制生成模塊112產生并且傳送至逆變電路188。三相占空比da、db、dc被傳送至端電壓估算模塊127。脈寬調制生成模塊112的輸出連接到逆變電路188。逆變電路188的輸出級(例如，輸出目前的相電壓VAN_actual、VBN_actual和VCN_actual)提供脈寬調制電壓波形或其它電壓信號以用于載荷117的控制。電壓VAN、VBN和VCN可以稱為例如相電壓、電流控制階躍電壓或目前的控制階躍電壓。在示例性實施例中，逆變電路188由直流(dc)電壓總線驅動。
逆變電路188包括驅動或控制開關半導體(例如，絕緣柵雙極型晶體管(IGBT)或其它的功率晶體管)以輸出用于載荷117的控制信號的半導體驅動電路。逆變電路188又連接到載荷117。傳感器(例如，位置傳感器、分析器或編碼位置傳感器)可以與馬達軸或馬達的轉子相關聯。傳感器和載荷117連接到數據處理系統120以提供例如反饋數據(例如，電流反饋數據，諸如相電流值ia、ib和ic)、原始位置信號以及其它可能的反饋數據或信號。其它可能的反饋數據包括，但是不受限于，線圈溫度讀數、逆變電路188的半導體溫度讀數、三相電壓數據或其它用于載荷117的熱信息或性能信息。
位置處理模塊114基于頻率命令FCMD將位置θ確定為：
θ＝∫Fcmddt (2)
其中θ是位置數據；FCMD是頻率命令；并且dt是處理系統120的采樣速率。
用于載荷117的位置數據θ從位置處理模塊114被傳輸至相位轉換器121(例如，兩相至兩相逆向派克變換模塊)，相位轉換器121將來自d-q電壓命令的電壓命令VCMD轉換成用于脈寬調制模塊112的電壓命令Vα和Vβ。
感測電路124的輸入端連接到載荷117的端子以用于至少感測直流(dc)總線(例如，可以向逆變電路188提供直流功率的高壓直流總線)的測量的三相電流和電壓電平。感測電路124的輸出連接到模數轉換器122以用于數字化感測電路124的輸出。模數轉換器122的數字輸出又連接到次級處理模塊116，次級處理模塊116輸出測量的直流總線電壓Vdc、相位線圈Tp的溫度、IGBT溫度Tig和測量的三相電流is、ib和ic。感測電路124與載荷117相關聯，以用于測量三相電流(例如，應用于載荷117的線圈的電流、引進線圈中的反向EMF(電動勢)或二者)。
位置處理模塊114和次級處理模塊116的某些輸出供給到相位轉換器113。例如，相位轉換器113可以施加派克變換或其它的換算公式(例如，本領域的技術人員已知的某些換算公式)，以基于來自次級處理模塊116的數字三相電流數據ia、ib和ic和來自位置處理模塊114的位置數據θ，將電流的測量三相表示轉換成電流的兩相表示。相位轉換器113模塊的輸出(id、iq)連接到電流調整限制器111。
基于三相占空比da、db、dc、由脈寬調制生成模塊112生成的脈寬調制載波和相電流ia、ib和ic，電機端電壓估算模塊127估算實際的逆變器輸出電壓VAN_actual，VBN_actual和VCN_actual的目前的逆變器相電壓VAN、VBN和VCN。然后被估算的逆變器輸出電壓VAN、VBN和VCN被電機端電壓估算模塊127使用以計算估算的電機端電壓。比較被估算的端電壓與端電壓極限將產生傳送至PI控制器的誤差，以產生和調節直軸電流(d-axis current)，并且最終調節交軸電流(q-axiscurrent)。
圖2是根據示例性實施例的與圖1A-1B一致的電子數據處理系統的方框圖。在圖2中，電子數據處理系統120包括電子數據處理器264、數據總線262、數據存儲裝置260和一個或多個數據端口(268、270、272和274)。數據處理器264、數據存儲裝置260和一個或多個數據端口連接到數據總線262，以支持數據在數據處理器264、數據存儲裝置260和一個或多個數據端口之間或之內的通信。
在示例性實施例中，數據處理器264可以包括電子數據處理器、微處理器、微控制器、可編程序邏輯陣列、邏輯電路、運算器、專用集成電路、數字信號處理器、比例積分微分控制器或另一數據處理裝置。
數據存儲裝置260可以包括任何磁性裝置、電子裝置或光學裝置以用于存儲數據。例如，數據存儲裝置260可以包括電子數據存儲裝置、電子存儲器、非揮發性電子隨機存儲器、一個或多個電子數據寄存器、數據閂鎖電路、磁盤驅動、硬盤驅動、光盤驅動等。
如圖2所示，數據端口包括第一數據端口268、第二數據端口270、第三數據端口272和第四數據端口274，但是任何適當數量的數據端口可以被使用。每個數據端口都可以包括例如收發器和緩沖存儲器。在示例性實施例中，每個數據端口都可以包括任何串行輸入/輸出端口或并行輸入/輸出端口。
在如圖2所示的示例性實施例中，第一數據端口268連接到車輛數據總線118。車輛數據總線118又連接到控制器266。在一個構造中，第二數據端口270可以連接到逆變電路188；第三數據端口272可以連接到模數轉換器122；并且第四數據端口274可以連接到端電壓反饋模塊108。模數轉換器122連接到感測電路124。
在數據處理系統120的示例性實施例中，轉矩命令生成模塊105與電子數據處理系統120的第一數據端口268相關聯或被所述第一數據端口268支持。第一數據端口268可以連接到車輛數據總線118，諸如控制器區域網絡(CAN)數據總線。車輛數據總線118可以向電壓命令生成模塊105和頻率命令生成模塊110提供具有電壓和頻率命令的數據總線信息。用戶可以經由用戶接口、控制器266或其它的控制裝置生成電壓命令。
在一些示例性實施例中，主處理模塊114可以與數據處理系統120的端口相關聯或被所述端口支持。
數據處理器264可以被具體地編程以執行電壓命令生成模塊105、頻率命令生成模塊110、電流調整限制器111、脈寬調制生成模塊、相位轉換器113、位置處理模塊114、次級處理模塊116、次級限制器125、端電壓反饋模塊108和電機端電壓估算模塊127。
圖3A圖示了電壓命令生成模塊105的示例性實施例。如圖3A所示，電壓命令生成模塊105包括電壓控制模式電壓產生器305、頻率控制模式電壓產生器310、選擇器315和電壓控制模塊320。
電壓控制模式電壓產生器305基于用戶命令UCMD而生成用于電壓控制模式的電壓命令Vvmode。電壓控制模式電壓產生器305在開環控制或閉環控制下操作。
圖3B-3C更詳細地圖示了電壓命令生成模塊105的部分。
圖3B圖示了電壓命令生成模塊105的部分105a。如圖3B所示，轉換限制器325接收電壓命令VoltageAC_Cmd和啟動信號Enable。啟動信號Enable可以由用戶生成以啟動數據處理系統120。當用戶選擇電壓控制模式時，電壓命令VoltageAC_Cmd是用戶命令UCMD。電壓命令VoltageAC_Cmd是在特定頻率下使用CAN命令(或參數#XXX AC源默認電壓命令，如果沒有CAN命令存在)設置的選擇的AC線間電壓命令(例如，VAB、VAC、VBC)。直流總線電壓大于選擇的AC線間電壓。
如圖3B所示，電壓命令VoltageAC_CMD被轉換。
電壓命令VoltageAC_CMD使用派克變換324在靜止參考坐標系中確定Vd、Vq電壓命令。
應該理解，參考坐標系表示用于表示和測量以下性質的坐標系，諸如馬達轉子、馬達定子或二者的位置(例如，角度轉動位置)、速度、轉矩、電參數和定向。在靜止坐標系中，轉子、定子或二者的位置(例如，角度轉動位置)、轉動速度、轉矩、電參數和定向被從靜止觀察者的觀察點觀察。靜止坐標系可以表示以下情況，其中坐標系對準馬達的定子，或其中直軸和交軸不隨著轉子而轉動。對于轉子或定子，靜止坐標系與旋轉坐標系是相互排斥的。
在旋轉坐標系中，多相位馬達的瞬時定子電流可以表示為笛卡爾坐標系中的單個定子電流復矢量。如果派克變換或類似的變換應用于定子電流復矢量，則坐標系具有隨著轉子磁通位置(例如，磁場中的局部最大值)而轉動的直軸(d軸)和交軸(q軸)分量。對于具有附接至轉子的永磁體的馬達，與電磁體用于某些轉子中的情況相反，轉子磁通位置不相對于轉子而改變。
轉換限制器325限制Vd、Vq電壓命令的上坡道速率和下坡道速率。當最小電壓命令或最大電壓命令的上坡道速率大于上坡道速率設置點時，電壓命令坡道速率被限制為上坡道速率設置點的值。當最小電壓命令或最大電壓命令的下坡道速率大于下坡道速率設置點時，電壓命令坡道速率將被限制為下坡道速率設置點的值。
從轉換限制器325輸出的轉換電壓命令之后通過將轉換電壓命令乘以而被轉換成端電壓空間矢量Vs。端電壓空間矢量Vs然后經過電流限制器330。電流限制器330將來自電流限制器111的電流極限VHz_Curr_Limit與端電壓空間矢量Vs相比較，并且基于電流極限VHZ_Curr_Limit如下地調節端電壓空間矢量：
Vsadj＝Vs-VHZ_Curr_Limit (3)
模塊335通過第二AC極限LimitAC_Sec限制電流限制器330的輸出，并且生成被調節的電壓命令Vvadj。
第二AC極限LimitAC_Sec可以包括線圈溫度極限、IGBT溫度極限和直流總線電壓極限。
當限制的變量在降低(derate)的開始和結束點之間時，第二AC極限LimitAC_Sec可以用于將可獲得的輸出(電壓/頻率)從100％動態減少到0％。使用第二AC極限LimitAC_Sec的降低可以使用絕對極限方法或比率極限方法。在示例性實施例中，用戶可以在絕對極限方法和比率極限方法之間選擇。換句話說，數據處理系統120可以在絕對極限方法和比率極限方法之間切換。
在第二AC極限LimitAC_Sec的情況下，降低的輸出是被限制的轉換速率。在示例性實施例中，來自一個第二AC極限的輸出極限與所有的其它第二AC極限相比，之后最低的輸出極限由模塊335輸出。
絕對極限方法允許基于絕對值配置所述降低。每個極限變量都具有可配置的降低開始(100％輸出)和降低結束(0％輸出)。下面的曲線圖圖示了該方法。
比率極限方法允許基于與設置點的相對差值而配置降低。設置點可以經由CAN信息設置，每個極限變量都具有可配置的降低開始(100％輸出)和降低結束(0％輸出)。
端電壓空間矢量Vs也輸入至裕量補償器340。裕量補償器340基于端電壓空間矢量Vs、RMS電流IRMS、最大電流裕量Smax_curr和交流電壓裕量增益GAC來執行裕量補償。
最大電流裕量Smax_curr是用戶選擇的電流裕量的量。AC電壓裕量增益GAC是用戶選擇的裕量補償的量。當在電壓或頻率控制模式中運行時，AC電壓裕量增益GAC被使用。正值AC電壓裕量增益GAC將AC線間電壓命令減少可獲得輸出的百分比。負值AC電壓裕量增益GAC增加AC電壓線間電壓命令。
使用具有采樣速率Ts的一階低通濾波器341，RMS電流IRMS被濾波。低通濾波器Ifilter的輸出被輸入至裕量補償器340。
裕量補償促進連接至相同載荷的多個控制器之間的載荷分配，并且補償一個或多個控制器和遠程載荷之間的阻抗。
負裕量可以用于改善輸出電壓調節。這通過隨著相電流增加而補充AC線間電壓命令VoltageAC_Cmd而完成，即被從零電流處的無補充到100％電流處的全部補充。這可以用于補償線路濾波器或較長的一組線纜兩端的電壓降落。如圖所示，在加法器360的輸入中，補充電壓的量可以受限于10伏特。
電壓命令生成模塊105然后使用模塊345將裕量補償Scomp增加至用于電壓控制模式的被調節電壓命令Vvadj，并且使用模塊350將裕量補償Scomp增加至用于頻率控制模式的被調節電壓命令Vfadj。
圖3C圖示了電壓命令生成模塊105的生成用于頻率控制模式的被調節電壓命令Vfadj的部分105b。
在頻率控制模式中，電壓命令VoltageAC_CMD基于來自用戶的頻率命令Freqstart_cmd和V/Hz比率而被生成。如圖3C所示，電壓命令VoltageAC_CMD乘以電壓命令以生成電壓命令VHz_Max_Voltage，并且然后乘以振幅VHz_Max_Voltage以生成電壓命令Vmult。
模塊367處理頻率命令Freqstart_cmd以生成線性關系頻率Flinear。模塊367確定頻率命令Freqstart_cmd的絕對值，確保絕對值在期望極限內，并且將極限內的絕對值乘以2*pi以生成線性關系頻率Flinear。
模塊369將線性關系頻率Flinear轉換成平方關系頻率Fsq。
參數VHZ_Sqrt_Select表示選擇的V/Hz關系，諸如線性或平方關系。線性V/Hz關系是從零至額定電壓和頻率的直線。通過改變啟動頻率參數，V/Hz比率可以被改變以提供增加的轉矩性能。V/Hz比率在輸出電壓和輸出頻率之間產生固定關系。
參數VHZ_Sqrt_Select用于產生較低速度下的額外的運行轉矩。該值通常地小于期望加速度轉矩。當在較低速度下運行時(未加速)，驅動器將降低啟動電壓。這減少了當使用更高的啟動電壓時可產生的過多的馬達發熱，如果更高的啟動電壓被使用，則可以導致過多的馬達加熱。
當平方的V/Hz項被使用時，關系是1/X2。因此，對于全頻率，全電壓被提供，并且對于1/2額定頻率，1/4電壓被施加，等等。該模式與可變轉矩載荷(離心風扇或泵載荷隨著速度增加而增加)的轉矩要求緊密匹配，并且為這些應用提供能量節省。
基于參數VHZ_Sqrt_Select，選擇器370選擇線性關系頻率Flinear和平方關系頻率Fsq中的一個。
模塊372然后將電壓命令Vmult除以被選擇頻率以生成用于頻率控制模式的電壓命令Vfadj。
返回參照圖3B，模塊345輸出用于電壓控制模式的裕量補償電壓命令Vvslack。限制器355將用于電壓控制模式的裕量補償電壓命令Vvslack限制到在電壓控制模式中的最大電壓極限Voltage_AC_Max乘以的的上限和零的下限之間。由于將用于電壓控制模式的裕量補償電壓命令Vvslack限制到乘以的最大電壓極限和零之間，限制器355輸出電壓Vvmode。
加法器360將裕量補償的量(例如，10V)限制到電壓命令VHz_Max_Voltage加10伏特。應該理解，基于經驗數據，其它值可以用于裕量補償的量。
模塊350輸出用于頻率控制模式的裕量補償電壓命令Vfslack。限制器365將用于頻率控制模式的裕量補償電壓命令Vfslack限制在加法器360的輸出和零之間。由于將用于電壓控制模式的裕量補償電壓命令Vfslack限制到加法器360的輸出和零之間，限制器365輸出電壓Vfmode。
基于被選擇的控制模式，選擇器315選擇電壓Vvmode和Vfmode中的一個。更具體地，如果選擇信號SEL指示電壓控制模式，則選擇器315輸出電壓Vvmode以作為初始電壓命令VCMD_init。如果選擇信號SEL表示頻率控制模式，則選擇器315輸出電壓Vfmode以作為初始電壓命令VCMD_init。
返回參照圖3A，基于控制信號Loop_Enable，初始電壓命令VCMD_init可以經受閉環電壓控制器320。更具體地，初始電壓命令VCMD_init可以在電壓控制模式中經受閉環電壓控制。換句話說，在電壓控制模式中，電壓命令生成模塊105可以在開環控制模式或閉環控制模式下操作。在頻率控制模式中，電壓命令生成模塊105在開環控制模式中操作。
圖3D圖示了閉環電壓控制器320的示例性實施例。閉環電壓控制器320確定初始電壓命令VCMD_init和來自反饋模塊108的端電壓Vterm之間的差值。在名為“確定電機端電壓的方法和其系統”、申請號為14/141,631的美國專利申請中描述了端電壓Vterm的計算，所述申請的全部內容通過引用特此被納入此文。
基于經驗數據和系統響應性，用戶設置KP和KI調諧參數。
閉環電壓控制器320然后向相位轉換器121輸出電壓命令VCMD。電壓命令VCMD表示Vd和Vq值。在示例性實施例中，Vq是零。
圖4A圖示了頻率命令生成模塊110的示例性實施例。如所示，頻率命令生成模塊110包括電壓控制模式頻率產生器405和頻率控制模式頻率產生器110。
圖4B圖示了頻率命令生成模塊110的生成頻率命令FCMD的部分110a。
頻率命令生成模塊110將頻率命令FrequencyAC_CMD乘以2*pi以生成頻率命令Fcvt，并且將最大頻率FrequencyAC_Max乘以2*pi以生成最大頻率命令Fmax。在圖4B中，頻率命令FrequencyAC_CMD是電壓控制模式中的額定頻率，并且最大頻率可以基于經驗數據和載荷117的極限。
限制器420將頻率命令Fcvt限制在最大頻率命令Fmax的正值和負值之間。
限制器420的輸出是用于電壓控制模式的頻率命令Fvmode。
圖4C圖示了頻率命令生成模塊110的生成頻率控制模式中的頻率命令Ffmode的部分110b。
如所示，頻率命令生成模塊110從用戶接收頻率開始命令Freqstart_cmd。換句話說，在頻率控制模式中，用戶命令UCMD是頻率開始命令Freqstart_cmd。頻率命令生成模塊110將頻率開始命令Freqstart_cmd乘以2*pi。
轉換限制器425基于第二AC極限LimitAC_Sec、最大頻率FrequencyAC_Max和2*pi的乘積、以及電流極限VHz_Curr_Limit來限制頻率開始命令Freqstart_cmd和2*pi的乘積。轉換限制器425輸出轉換的頻率命令Freqslew_cmd。
圖4D圖示了轉換限制器425的示例性實施例。
如圖4D所示，基于第二AC極限LimitAC_Sec，限制器430限制頻率命令Freqstart_cmd和2*pi的乘積，以生成被限制的頻率命令Flimit。除了限制器430限制頻率命令而非電壓命令，限制器430以與限制器335類似的方式操作。因此，為了簡要起見，限制器430將不被進一步地描述。
基于負的和正的轉換速率極限SlewVHz_PositiveLimit和SlewVHz_NegativeLimit以及載荷117的測量的開始頻率Fstart_measured，轉換限制器435進一步地限制被限制的頻率命令Flimit，以生成初始的轉換頻率命令Freqslew_init。頻率命令生成模塊110將初始的轉換頻率命令Freqslew_init乘以2*pi。如果初始的轉換頻率命令Freqslew_init和2*pi的乘積大于最大頻率Fmax或小于最大頻率Fmax的負值，則限制器437限制所述乘積以生成頻率命令Freq_Cmd。
邏輯模塊440確定用于頻率命令Freq_CMD的極限。根據頻率命令Freq_CMD的符號(正或負)，電流調整限制器111從頻率命令減去或向頻率命令增加計算的量。因而，邏輯模塊440可以被認為是電流調整限制器111的部件。
限制器441確保頻率命令Freq_Cmd在邏輯模塊440的輸出之間。結果，限制器輸出轉換的用戶頻率命令Freqslew_cmd。
返回參照圖4C，相關操作模塊445接收轉換頻率命令Freqslew_cmd和乘以2*pi的用戶頻率開始命令Freqstart_cmd。基于轉換頻率命令Freqslew_cmd和乘以2*pi的用戶頻率開始命令Freqstart_cmd，操作模塊445生成用于頻率控制模式Ffmode的頻率命令。
在低頻下，如果需要，相關操作模塊445偏離命令頻率一個運行放大參數以提供額外的啟動轉矩。
選擇器450基于參數VHz_Sqrt_Select，選擇頻率命令Ffmode或平方的頻率命令Ffmode以生成振幅VHz_Amplitude。
返回參照圖4A，基于被選擇的控制模式，選擇器415選擇頻率Fvmode和Ffmode中的一個。更具體地，如果選擇信號SEL表示電壓控制模式，則選擇器415將頻率Fvmode作為命令FCMD輸出。如果選擇信號SEL表示頻率控制模式，則選擇器415輸出頻率Ffmode以作為初始電壓命令FCMD。
圖5圖示了根據示例性實施例的生成可變輸出電壓的方法。方法可以例如被系統100執行。
在S505處，處理系統(例如，處理系統120)獲得選擇的操作模式，選擇的操作模式是電壓控制模式和頻率模式中的一個。例如，處理系統接收模式選擇信號SEL，如圖1A所示。
在S510處，基于選擇的操作模式，處理系統確定電壓命令。例如，處理系統接收電壓命令VoltageAC_Cmd。在S515處，基于選擇的操作模式，處理系統確定輸入頻率命令。例如，處理系統接收用戶命令Freqstart_Cmd。
在S520處，基于選擇的操作模式，處理系統調節輸入頻率命令和輸入電壓命令中的至少一個。例如，處理系統使用限制器以調節輸入頻率命令和輸入電壓命令。在S525處，基于輸入頻率命令和輸入電壓命令中的被調節的至少一個，處理系統生成脈寬調制參照(例如，Vα和Vβ)。在S530處，基于脈寬調制參照，逆變器(例如，逆變器188)生成可變輸出電壓。
在示例性實施例中，方法進一步地包括獲得電壓控制模式的被選擇的部分，所述被選擇的部分是開環控制部分和閉環控制部分中的一個。
在示例性實施例中，生成所述輸入電壓命令為基于所述選擇的部分而生成輸入電壓命令。
在示例性實施例中，方法進一步地包括選擇多個電壓命令中的一個作為所述輸入電壓命令，其中所述多個電壓命令中的每個對應于電壓控制模式和頻率模式中的一個。
在示例性實施例中，方法進一步地包括選擇多個頻率命令中的一個作為所述輸入頻率命令，其中所述多個頻率命令中的每個對應于電壓控制模式和頻率模式中的一個。
在示例性實施例中，所述生成可變輸出電壓的步驟為在頻率模式中根據可變輸出電壓和被調節的輸入頻率命令之間的固定關系生成可變輸出電壓。
在示例性實施例中，基于選擇的操作模式，調節輸入頻率命令和輸入電壓命令中的至少一個的步驟基于溫度極限、電流極限、電流轉換極限、電壓極限和電壓轉換極限中的至少一個來調節輸入頻率命令和輸入電壓命令中的所述至少一個。
在示例性實施例中，在選擇的操作模式是電壓控制模式時，基于選擇的操作模式，調節輸入頻率命令和輸入電壓命令中的至少一個的步驟調節輸入電壓命令。
在示例性實施例中，方法進一步地包括在調節輸入電壓命令之前和之后保持輸入頻率命令。
在示例性實施例中，在選擇的操作模式是頻率模式時，基于選擇的操作模式，調節輸入頻率命令和輸入電壓命令中的至少一個的步驟調節輸入頻率命令。
在示例性實施例中，生成可變輸出電壓的步驟在頻率模式中根據可變輸出電壓和被調節的輸入頻率命令之間的固定關系生成可變輸出電壓。
示例性實施例如此被描述，明顯的將是，可以以許多方式改變示例性實施例。該變化不被認為違反示例性實施例的精神和范圍，并且對于本領域的技術人員明顯的所有的這種修改旨在被包括在權利要求的范圍內。
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