控制永磁体马达的方法以及相应的系统的制作方法
【技术领域】
[0001] 本发明总体上涉及马达控制的技术领域，并且具体地涉及同步永磁体马达的控 制。
【背景技术】
[0002] 同步永磁体马达包括一个具有一个或多个永磁体的转子并且还包括一个包括绕 组的定子，相对于彼此有相移的电流在这些绕组中循环以便在马达中产生一个转动磁场， 从而驱动转子转动。因为转子的转动频率等于在定子内循环的电流的频率，所以这种马达 或电机被认为是"同步的"。
[0003] 为了控制这种马达的转矩，控制系统通过向定子的每个相施加合适的正弦电压来 调节在定子内循环的电流的幅度。为了简化对系统内的转矩的控制算法，总体上使用帕克 变换来将电流和定子电压投影到与转子相关联的转动参考坐标系内。因此，在帕克参考坐 标系中，确定了有待施加到定子上的定子电压，以使得相应的定子电流产生期望的转矩。帕 克参考坐标系中的这些定子电压被称为控制信号。通过执行帕克逆变换，控制系统于是确 定有待施加到定子的不同相上以获得期望转矩（称为设定点转矩）的这些正弦电压。
[0004] 这种马达例如作为电动或混合动力车辆中牵引马达的使用要求对转矩的可靠控 制，这种控制要根据驾驶员对转矩需要快速地作出响应并且将转矩约束在与这种车辆的牵 引用蓄电池的电压兼容的值范围内。当马达的转矩离开该值范围时，马达的控制系统通常 变得不稳定，要避免这种不稳定。
[0005] 被称为积分微分校正器（IP校正器）的校正器通常用于调节这种马达的定子电 流。然而，这些校正器呈现出不稳定性问题，尤其是当期望快速系统时。为了克服这一点，计 算出这些校正器的参数来确保在本说明书中指出的有待由马达观察的稳定性余量。另外， 因为永磁体马达的固有参数（诸如其内阻或其电感）从一个马达到另一个马达是变化的， 已知的是进一步增加这些稳定性余量并且由此进一步降低了校正器的性能，从而使得能够 贯穿同系列车辆的所有马达使用完全相同的校正器。
[0006] 在文件EP 0702451中披露了不使用积分微分校正器的一种校正器的另一个不 例，其提出了一种响应于马达的负载变化控制同步永磁体机器的速度的解决方案。这种解 决方案通常要求根据机器的速度校准校正器的增益或者补偿静态耦合项，而这必须能够被 完美地测量。
【发明内容】
[0007] 本发明的目标之一是通过提供一种控制方法和一种控制马达推进单元的系统来 克服现有技术的至少某些缺点，这种方法和系统确保了独立于其速度对永磁体电动机的转 矩的稳定和鲁棒控制并且为同系列内的大量生产的马达使用完全相同的恒定增益。
[0008] 为此目的，本发明提出了用于对包括配备有永磁体转子和一个定子的电马达的一 种马达推进单元进行控制的方法，所述方法包括调节该定子的这些电流从而使得它们借助 于对该电马达的控制信号到达设定点电流值的步骤，所述有待调节的电流和所述控制信号 是以在包括多条轴线的转动参考坐标系来表达的，所述方法的特征在于所述调节步骤针对 所述多条轴线中的每一条轴线都包括将一个线性算子应用到所述轴线上有待调节的电流 上的一个步骤，该线性算子根据所述有待调节的电流的值相对于其设定点值而不同，所述 应用所述线性算子的步骤在所述轴线上提供了一个控制信号值。
[0009] 由于本发明，使用了线性算子来获得马达的控制信号，因此使得一旦期望响应性 控制方法就可以遵从给定的电流设定点而无需添加经常造成不稳定的积分部件。根据本发 明的控制方法因此使得可以甚至在可变的速度下控制马达的转矩。
[0010] 根据依照本发明的控制方法的有利特征，所述线性算子包括：
[0011]-一个第一项，其根据所述有待调节的电流的值相对于其设定点值使得在所述轴 线上估计的一个控制信号的一个零阶分量根据有待调节的电流、所述转子的速度、以及所 述马达推进单元的估计特征的值范围的极限值而最小化或最大化，
[0012] -以及一个第二项，其使用一个收敛因子与在所述轴线上与所述有待调节的电流 成比例。
[0013] 因此，使用了马达推进单元的特征的已知变化范围，从而确保了根据本发明的控 制方法的鲁棒性。使用这些已知变化范围以及将线性算子以两部分构成公式就使得有待调 节的电流可以快速地朝向其设定点值收敛。
[0014] 根据进一步的有利特征，所述值范围包括从包括以下各项的组中选择的至少两个 估计值：
[0015] -定子的等效电阻的估计值，
[0016] -马达推进单元的电感所述轴线之一上的估计值，
[0017] -转子的永磁体产生的磁通量的估计值。
[0018] 使用这些估计值使得可以使用根据本发明的方法来消除对每个马达推进单元都 测量所述马达推进单元的固有特征的需要，也就是说，其内阻、其电感或转子的永磁体产生 的磁通量。因此，本发明可以无改动地应用于一整系列的大量生产的马达推进单元。
[0019] 这种马达推进单元例如是电动或混合动力车辆的马达推进单元、具有通过四分之 一转的转动的其固有特征的不变性。
[0020] 根据进一步的有利特征，根据本发明的方法包括一旦所述轴线之一上的有待调节 的电流与其设定点值之间的差的绝对值低于预先确定的阈值就使得所述轴线上的控制信 号平滑的步骤。
[0021] 该平滑步骤允许通过标准执行器而便利地实施根据本发明的方法。
[0022] 本发明还涉及一种用于对包括配备有永磁体转子和一个定子的电马达的马达推 进单元进行控制的系统，所述系统包括用于调节定子的这些电流从而使得它们借助于电马 达的控制信号而到达设定点电流值的装置，所述有待调节的电流和所述控制信号是在包括 多条轴线的转动参考坐标系中表达的，根据本发明的系统的特征在于所述调节装置针对所 述多条轴线中的每一条轴线都包括将一个线性算子应用到所述轴线上有待调节的电流上 的装置，该线性算子根据所述有待调节的电流的值相对于其设定点值而不同，所述施加所 述线性算子的装置在所述轴线上提供了一个控制信号值。
[0023] 根据依照本发明的系统的有利特征，所述线性算子包括：
[0024] --个第一项，其根据所述有待调节的电流的值相对于其设定点值使得在所述轴 线上估计的一个控制信号的一个零阶分量根据有待调节的电流、所述转子的速度、以及所 述马达推进单元的估计特征的值范围的极限值而最小化或最大化，
[0025] -以及一个第二项，其使用一个收敛因子与在所述轴线上与所述有待调节的电流 成比例。
[0026] 根据依照本发明的系统的进一步的有利特征，所述值范围包括从包括以下各项的 组中选择的至少两个估计值：
[0027] -定子的等效电阻的估计值，
[0028] -马达推进单元的电感所述轴线之一上的估计值，
[0029] -转子的永磁体产生的磁通量的估计值。
[0030] 根据依照本发明的系统的进一步的有利特征，所述系统还包括一旦所述轴线之一 上的有待调节的电流与其设定点值之间的差的绝对值低于预先确定的阈值就使得所述轴 线上的控制信号平滑的装置。
[0031] 本发明还涉及一种计算机程序，其包括当所述程序在一个或多个处理器上运行时 实现根据本发明的控制方法的指令。
[0032] 根据本发明的控制系统以及根据本发明的计算机程序具有与根据本发明的控制 方法的优点相类似的优点。
【附图说明】
[0033] 本发明的进一步的优点和特征将在于都参照附图描述的优选实施例时变得更明 显，其中：
[0034] -图1示出永磁体马达
[0035] -图2示出根据本发明在本发明的本实施例中用于控制马达推进单元的方法的步 骤，
[0036] -并且图3示出根据本发明在本发明的这一实施例中用于控制马达推进单元的系 统。
【具体实施方式】
[0037] 根据本发明的优选实施例，使用了根据本发明的控制方法来控制电动车辆的马达 推进单元的永磁体马达的转矩。出于简化仅以一对磁极示意性地在图1中示出了这种马 达。事实上，马达可包括多对磁极，例如五对磁极。
[0038] 马达包括缠绕在围绕转子R的三个线圈Ba、Bb和Bc上的一个定子，这三个线圈分 别由定子电流Ias、Ibs和Ics供能，这些电流是正弦的并且相对于彼此相移的2 π /3弧度。 跨各线圈施加以便获得这些电流的这些相应的正弦定子电压分别是Vas、Vbs和Vcs。
[0039] 为了简化该这一马达