电机控制方法及系统的制作方法

文档序号:7339810阅读:170来源:国知局
专利名称:电机控制方法及系统的制作方法
技术领域
本发明有关一种用以控制电机的方法和系统,尤其涉及一种用以控制交流电机的方法和系统。
背景技术
交流电机由控制系统输出的电压矢量控制并且产生电机力矩来驱动混合动力汽车或电动汽车的车轮。电压矢量是由直流电压转变而来。电机力矩随着电压幅值和电压相角的改变而改变。目前,电机力矩通过同时调节电压幅值和电压相角来控制。然而这样很难确定一个电压幅值和电压相角的组合来保证电机力矩尽可能大从而保证直流电压利用率尽可能闻。现有一种方法用来提高电机力矩和直流电压利用率,该方法通过固定电压幅值并改变电压相角来实现,如此仅通过改变电压相角来控制电机力矩。例如,IEEE工业电子学汇刊 2005 年 6 月 52 卷第 3 号(IEEE Transactions on Industrial Electronics,Vol.52,N0.3, June 2005)中的“永磁同步电机的力矩控制的开发和测试(Development andtesting of the torque control for the permanent-magnet synchronous motor)”。然而这种方法在推导过程中假设了很多近似,做了大量的简化,难以保证电机力矩相对于电压相角线性变化。这一方法的缺点是不能快速连续地计算和控制电机力矩。因此,有必要提供一种电机控制方法和系统来解决上面提及的技术问题。

发明内容
本发明的一个方面在于提供一种电机控制方法。该方法包括:通过信号单元获得电机的电信号,电信号包括电机力矩和角速度;通过计算单元计算电压矢量的电压相角,计算单元的输入包括命令力矩、电机力矩、角速度及电压矢量的电压幅值,其中电压相角是变量且电压幅值是常量;通过调制器调制由所述电压相角和所述电压幅值形成的所述电压矢量成控制逆变器的开关信号;通过逆变器根据开关信号转换直流电压为电压矢量;以及提供电压矢量给电机;在角速度不变和电压相角的单调区间内电机力矩相对于电压相角线性变化。本发明的另一个方面在于提供一种控制方法,用以控制电机产生的电机力矩。该控制方法包括:固定从逆变器输出的电压矢量的电压幅值;以及调节电压矢量的电压相角来控制电机力矩;在电机的角速度不变和电压相角的单调区间内电机力矩相对于电压相角线性变化。本发明的再一个方面在于提供一种控制系统,用以控制电机。该控制系统包括:信号单元,用以输出电机的电信号,电信号包括电机力矩和角速度;控制器,与信号单元连接并设有计算单元,计算单元用以计算电压矢量的电压相角,计算单元的输入包括命令力矩、电机力矩、角速度及电压矢量的电压幅值,电压相角是变量且电压幅值是常量;在角速度不变和电压相角的单调区间内电机力矩相对于电压相角线性变化。
本发明的控制方法和系统中通过改变电压相角来控制电机力矩,且电机力矩与电压相角成线性变化,从而可快速连续地控制电机力矩。


通过结合附图对于本发明的实施方式进行描述,可以更好地理解本发明,在附图中:图1所不为本发明电机系统的一实施例的模块图。图2所示为用于图1所示的电机系统中的控制器的计算单元的一实施例的模块图。图3所示为用于图1所示的电机系统中的控制器的计算单元的另一实施例的模块图。
具体实施例方式除非另作定义,此处使用的技术术语或者科学术语应当为本发明所属领域内具有一般技能的人士所理解的通常意义。本发明专利申请说明书以及权利要求书中使用的“第一”“第二”以及类似的词语并不表示任何顺序、数量或者重要性,而只是用来区分不同的组成部分。同样,“一个”或者“一”等类似词语也不表示数量限制,而是表示存在至少一个。除非另行指出,“前部” “后部” “下部”和/或“上部”等类似词语只是为了便于说明,而并非限于一个位置或者一种空间定向。“包括”或者“包含”等类似的词语意指出现在“包括”或者“包含”前面的元件或者物件涵盖出现在“包括”或者“包含”后面列举的元件或者物件及其等同,并不排除其他元件或者物件。“连接”或者“相连”等类似的词语并非限定于物理的或者机械的连接,而是可以包括电性的连接,不管是直接的还是间接的。图1是本发明一种实施例的电机系统100的模块图。在图1所示的实施例中,电机系统100包括电机10和控制电机10的控制系统200。控制系统200包括与电机连接的逆变器20、与逆变器20连接的直流电源30、与逆变器20连接的调制器40、与调制器40连接的控制器50及与控制器50连接的信号单元60。信号单兀60用以获得电机10的电信号。电信号包括电机的电机力矩Tem、角速度ω及其他电信号,如电机10的电流、电压等。一些电信号如电机10的电流和电压仅能通过探测获得,一些电信号如电机力矩Tm和角速度ω可通过探测或计算获得。在一实施例中,控制系统200包括至少一个连接于电机10的传感器(未图不),且信号单兀60设有与传感器连接的接收器601。传感器用以探测电机10的电信号。接收器601用以接收电机10的电信号、转换电信号为控制器50可以处理的数据并将数据提供给控制器50。电机力矩Tem和角速度ω通过探测获得。另一实施例中,信号单元60进一步包括位于接收器601与控制器50之间且与接收器601和控制器50连接的信号处理器602,用以根据电机10的参数如磁极对数、电感、磁链等来计算电信号。传感器侦测电机10的电流、电压等电信号。接收器601将该些电信号转换为信号处理器602可以处理的数据并提供给信号处理器602。信号处理器602根据该些数据计算电机力矩Tm和角速度ω并提供给控制器50。电机力矩Tem和角速度ω输入控制器50。控制器50用以提供电压矢量的电压相角Cp和电压幅值V给调制器40。电压相角Cp是变量且电压幅值V是常量。控制器50具有计算单元,用以计算电压相角(P。计算单元的输入包括命令力矩Tcmd、电机力矩! 、角速度Co和电压矢量的电压幅值V。电压相角Cp的一个计算值再输入计算单元中来计算电压相角9的下一个值。调制器40调制由电压相角Cp和电压幅值V形成的电压矢量成控制逆变器20的开关信号。逆变器20输出的电压信号可认为是控制器50中的电压矢量。逆变器20根据开关信号转换直流电源30的直流电压为提供给电机10的电压矢量。从逆变器20输出的电压矢量是方波电压。电机10是交流电机,可以是三相或其他多相永磁电机、三相或其他多相感应电机等,产生电机力矩Tm来驱动混合动力汽车或电动汽车的车轮。图2是计算单元的一实施例的模块图。计算单元计算这样的电压相角Cp以致电机10可输出等于或接近于命令力矩Tcmd的电机力矩T 。电压幅值V固定,改变电压相角Cp来控制电机力矩T6m。计算单元包括加法器51、函数模块52、乘法器53及积分器54。加法器51计算命令力矩Tand和电机力矩! 之间的力矩偏差AT。函数模块52内输入角速度《、电压幅值V和电压相角Cp来计算增益函数KO,Cp)的值,增益函数KO ,Cp)
的表达式如下面的函数式(I)所示:
权利要求
1.一种电机控制方法,用以控制电机,包括: 通过信号单元获得电机的电信号,所述电信号包括电机力矩和角速度; 通过计算单元计算电压矢量的电压相角,所述计算单元的输入包括命令力矩、所述电机力矩、所述角速度及所述电压矢量的电压幅值,其中所述电压相角是变量且所述电压幅值是常量; 通过调制器调制由所述电压相角和所述电压幅值形成的所述电压矢量成控制逆变器的开关信号; 通过所述逆变器根据开关信号转换直流电压为所述电压矢量;以及 提供所述电压矢量给电机; 其特征在于:在所述角速度不变和所述电压相角的单调区间内所述电机力矩相对于所述电压相角线性变化。
2.如权利要求1所述的电机控制方法,其特征在于:所述电压矢量是方波电压并且所述电压幅值固定为所述方波电压的基波电压的最大值。
3.如权利要求1所述的电机控制方法,其特征在于:所述电压相角的单调区间随所述角速度的变化而变化。
4.如权利要求3所述的电机控制方法,其特征在于:所述电压相角的单调区间从所述电机力矩相对于所述电压相角的导数大于等于零的不等式获得。
5.如权利要求1所述的电机控制方法,其特征在于:所述电压相角是所述电机力矩与所述命令力矩之间的力矩偏 差的增益函数倍。
6.如权利要求5所述的电机控制方法,其特征在于:所述增益函数大于零。
7.如权利要求1所述的电机控制方法,其特征在于:所述计算步骤包括通过限幅器限制所述命令力矩在电机的最大有效力矩之内。
8.如权利要求1所述的电机控制方法,其特征在于:所述计算步骤进一步包括将所述命令力矩输入前馈系统。
9.一种控制方法,用以控制电机产生的电机力矩,包括: 固定从逆变器输出的电压矢量的电压幅值;以及 调节所述电压矢量的电压相角来控制电机力矩; 其特征在于:在电机的角速度不变和所述电压相角的单调区间内所述电机力矩相对于所述电压相角线性变化。
10.如权利要求9所述的控制方法,其特征在于:所述电压相角的单调区间随所述角速度的变化而变化。
11.如权利要求10所述的控制方法,其特征在于:所述电压相角的单调区间从所述电机力矩相对于所述电压相角的导数大于等于零的不等式获得。
12.如权利要求9所述的控制方法,其特征在于:所述电压矢量是方波电压并且所述电压幅值固定为所述方波电压的基波电压的最大值。
13.一种控制系统,用以控制电机,包括: 信号单兀,用以输出电机的电信号,所述电信号包括电机力矩和角速度; 控制器,与所述信号单元连接并设有计算单元,所述计算单元用以计算电压矢量的电压相角,所述计算单元的输入包括命令力矩、所述电机力矩、所述角速度及所述电压矢量的电压幅值,所述电压相角是变量且所述电压幅值是常量; 其特征在于:在所述角速度不变和所述电压相角的单调区间内所述电机力矩相对于所述电压相角线性变化。
14.如权利要求13所述的控制系统,其特征在于:所述电压相角的单调区间随所述角速度的变化而变化。
15.如权利要求14所述的控制系统,其特征在于:所述电压相角的单调区间从所述电机力矩相对于所述电压相角的导数大于等于零的不等式获得。
16.如权利要求13所述的控制系统,其特征在于:所述控制系统进一步包括与所述控制器连接的调制器和与所述调制器连接的逆变器,所述调制器用以调制由所述电压相角和所述电压幅值形成的所述电压矢量成控制所述逆变器的开关信号,所述逆变器根据所述开关信号用以转换直流电压为所述电压矢量。
17.如权利要求16所述的控制系统,其特征在于:所述电压矢量是方波电压并且所述电压幅值固定为所述方波电压的基波电压的最大值。
18.如权利要求13所述的控制系统,其特征在于:所述计算单元包括: 加法器,用以计算所述命令力矩和所述电机力矩之间的力矩偏差; 函数模块,用以输入所述角速度、所述电压幅值和所述电压相角来计算增益函数的值; 乘法器,与所述加法器和所述函数模块连接,用以相乘所述力矩偏差与所述增益函数的值得到所述电压相角相对于时间的导数;以及` 积分器,与所述乘法器连接,用以积分所述电压相角相对于时间的导数得到所述电压相角。
19.如权利要求18所述的控制系统,其特征在于:所述计算单元进一步包括与所述积分器连接的比例积分控制器,用以加速积分的收敛速度。
20.如权利要求19所述的控制系统,其特征在于:所述计算单元进一步包括与所述加法器、所述乘法器、所述积分器和所述比例积分控制器并行的前馈系统。
全文摘要
本发明揭示一种电机控制方法、控制电机力矩的方法及控制系统。该电机控制方法包括通过信号单元获得电机的电信号,电信号包括电机力矩和角速度;通过计算单元计算电压矢量的电压相角,计算单元的输入包括命令力矩、电机力矩、角速度及电压矢量的电压幅值,其中电压相角是变量且电压幅值是常量;通过调制器调制由所述电压相角和所述电压幅值形成的所述电压矢量成控制逆变器的开关信号;通过逆变器根据开关信号转换直流电压为电压矢量;以及提供电压矢量给电机;在角速度不变和电压相角的单调区间内电机力矩相对于电压相角线性变化。
文档编号H02P21/00GK103107760SQ20111035584
公开日2013年5月15日 申请日期2011年11月10日 优先权日2011年11月10日
发明者李勇, 康鹏举, 周荣晖, 沈祥明, 陈骁, 蔡自立, 赵彤 申请人:通用电气公司
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