多相机器电流控制的制作方法

多相机器电流控制的制作方法
【专利摘要】本发明涉及多相机器电流控制。描述了一种用于控制多相马达的控制器。该控制器可被配置成在主动模式下驱动第一虚拟多相马达以及在被动模式下驱动第二虚拟多相马达。在主动模式下，参考转矩的至少一部分被分配给第一虚拟多相马达。在被动模式下，零转矩被分配给第二虚拟多相马达。
【专利说明】
多相机商电流te·制
技术领域
[0001] 本公开涉及多相机器，并且更特别地涉及与多相机器相关联的技术和电路。
【背景技术】
[0002] 多相马达的操作要求专用控制器。在低速下，可以根据每安培最大转矩(MTPA)和 每通量最大转矩(MTPF)条件来控制多相马达。在高速(在额定速度以上的速度)下，可使用 场削弱来控制多相马达。

【发明内容】

[0003] 本公开描述了用于改善多相机器的操作的技术和系统。
[0004] 在某些示例中，本公开针对一种用于控制多相马达的控制器。该控制器可被配置 成在主动模式下驱动第一虚拟多相马达以及在被动模式下驱动第二虚拟多相马达。在主动 模式下，参考转矩的至少一部分被分配给第一虚拟多相马达。在被动模式下，零转矩被分配 给第二虚拟多相马达。
[0005] 在某些示例中，本公开针对一种控制多相马达的方法。该方法可包括在主动模式 下驱动第一虚拟多相马达以及在被动模式下驱动第二虚拟多相马达。在主动模式下，参考 转矩的至少一部分被分配给第一虚拟多相马达。在被动模式下，零转矩被分配给第二虚拟 多相马达。
[0006] 在某些示例中，本公开针对一种包括多相马达系统和用于控制该多相马达系统的 控制器的系统。该控制器可被配置成在主动模式下驱动第一虚拟多相马达并在被动模式下 驱动第二虚拟多相马达。在主动模式下，参考转矩的至少一部分被分配给第一虚拟多相马 达。在被动模式下，零转矩被分配给第二虚拟多相马达。
[0007] 在附图和以下描述中阐述了一个或多个示例的细节。根据本描述和附图以及根据 权利要求，本公开的其它特征、对象以及优点将变得显而易见。
【附图说明】
[0008] 图1是图示出根据本公开的一个或多个方面的用于操作多相机器的示例性系统的 框图。
[0009] 图2是图示出根据本公开的一个或多个方面的示例性控制器的框图。
[0010] 图3是图示出根据本公开的一个或多个方面的示例性转矩控制模块的框图。
[0011] 图4是图示出根据本公开的一个或多个方面的示例性控制器的框图。
[0012] 图5是图示出根据本公开的一个或多个方面的示例性控制器的框图。
[0013] 图6是图示出根据本公开的一个或多个方面的示例性控制器的框图。
[0014] 图7是图示出根据本公开的一个或多个方面的用于示例性控制器的操作的示例性 方法的流程图。
[0015] 图8是图示出根据本公开的一个或多个方面的用于示例性控制器的操作的示例性 方法的流程图。
【具体实施方式】
[0016] 本公开描述了用于控制多相机器(诸如包括多相永磁体同步马达的机器)的技术。 多相机器可包括控制器。该控制器可被配置成产生参考电流和参考电压。在某些示例中，控 制器可确定可用来调整参考电流和参考电压的通量修正值。相应地，当马达以在场削弱范 围内的速度操作时，控制器可控制多相马达。在某些示例中，控制器可被配置成将多相马达 作为多个虚拟多相马达控制，这可提供多相马达的冗余控制。控制器可确定用于每个虚拟 多相马达的通量修正值，这可迫使每个虚拟多相马达处于相同的场削弱水平。相应地，控制 器可使虚拟多相马达同步，这可降低对永磁体的损坏风险，延长多相机器的使用期限，并使 多相机器能够更高效地操作。
[0017] 在某些示例中，控制器可被配置成在多个虚拟多相马达之间分配参考转矩。在某 些示例中，控制器可关闭一个虚拟多相马达或向虚拟多相马达中的一个分配零转矩。通过 向仍操作的冗余虚拟多相马达分配转矩，控制器可在一个或多个相不操作的情况下保持多 相马达的控制。在某些示例中，关闭给定虚拟多相马达或向给定虚拟多相马达分配零转矩 可改善多相机器的一个或多个操作特性。控制器可检测多相机器中的谐波并使用谐波消除 技术来使多相机器中的谐波最小化。相应地，控制器可通过减少谐波、减少电流或转矩脉动 以及减少多相机器中的声音噪声来改善多相机器的操作。
[0018] 图1是图示出根据本公开的一个或多个方面的用于操作多相机器101的示例性系 统100的框图。图1将系统100示为具有被示为电源102和多相机器101的单独且不同的部件， 然而系统100可包括附加的或更少的部件。例如，电源102、控制器104、逆变器106以及马达 108可以是四个单独部件，或者可表示提供如本文所述的系统100的功能的一个或多个部件 的组合。
[0019] 系统100可包括向马达108提供电功率的电源102。例如，当电源102包括一个或多 个发电机、变压器、电池、太阳能板或再生制动系统时，系统100可包括电源102。在其它示例 中，系统100可与电源102分离。例如，当电源102包括电网、发电机、变压器、外部电池、外部 太阳能板、风车、水电或风力发电机或能够向系统100提供电功率的任何其它形式的设备 时，系统100可与电源102分离。如上所述，存在电源102的许多示例，并且所述示例可包括但 不限于电网、发电机、变压器、电池、太阳能板、风车、可再生制动系统、水电或风力发电机或 能够向系统100提供电功率的任何其它形式的设备。
[0020] 多相机器101可包括具有三个或更多相的任何机器。例如，多相机器101可包括三 个相、四个相、五个相、六个相或者潜在地任意的多个相。一般地，多相机器101可包括N个 相，其中N是大于二的任意正整数。N-相马达108中的每个相可从其它相偏移或移位，这样可 创建旋转场。例如，每个相可偏巷
[0021] 多相机器101可包括控制器104、逆变器106以及多相马达108。在某些示例中，多相 机器101可包括电动或混合动力运载工具。电动或混合动力运载工具包括客运车辆、商务车 辆、全地形车辆、船舶、航空器或任何其它类型的运载工具。然而，多相机器101不限于运载 工具，并且可包括具有多相马达108的任何机器。
[0022] 在某些示例中，控制器104可被配置成将多相机器101视为多个虚拟多相机器。例 如，多相机器101可包括单个六相马达108,并且控制器104可被配置成将六相马达108视为 两个虚拟三相马达。在某些示例中，多相机器101可包括九相马达108,以及控制器104可被 配置成将九相马达视为多个虚拟多相马达。例如，第一虚拟马达可包括四个相，以及第二虚 拟马达可包括5个相。一般地，控制器104可被配置成将多相机器101虚拟化为M个虚拟多相 马达，其中M是任何正整数。每个虚拟多相马达可包括任何数目的相，只要虚拟多相马达的 相的总数等于多相马达108的N-相即可。在某些示例中，每个虚拟多相马达可包括相同的相 数。然而，在某些示例中，至少一个虚拟多相马达可具有与至少一个其它虚拟多相马达不同 的相数。
[0023] 控制器104将多相机器101虚拟化为M个虚拟多相马达的能力可提供多相机器101 的冗余控制。在某些示例中，控制器104可被配置成虚拟地将六相马达108作为两个冗余三 相马达控制，使得万一第一虚拟三相马达的某些相变得不操作，控制器104仍可经由第二虚 拟三相马达来控制多相马达108。在某些示例中，多相机器101的冗余控制可通过在一个或 多个相变得不操作的情况下保持多相机器101的控制来改善安全性或可靠性。控制器104使 多相机器101虚拟化的能力还可提供性能益处。在某些示例中，多相机器101的操作在用多 相机器101的N-相的子集而不是利用多相机器101的所有的N-相操作时可以是更高效的。例 如，控制器104可被配置成虚拟地将六相马达108作为两个三相马达来控制，使得控制器104 可关掉一组的三个相并且仅用三个相来控制多相马达108。
[0024] 逆变器106包括N-相逆变器，这里的N与N-相机器101的相数相同。逆变器106包括 由控制器104根据一个或多个调制技术控制的一个或多个开关(例如，基于MOS功率晶体管 的开关、基于氮化镓(GaN)的开关或其它类型的开关设备）。控制器104可包括一个或多个栅 极驱动器和控制逻辑以使用调制技术来控制（例如，接通和关断）一个或多个开关。开关的 调制可根据脉冲密度调制(PDM)、脉冲宽度调制(PffM)、脉冲频率调制(PFM)或另一适当调制 技术进行操作。在PWM中，基于调制器信号来调制脉冲的宽度(即，持续时间）。在PDM中，脉冲 的相对密度对应于模拟信号的振幅。在PFM中，脉冲序列的频率在采样间隔处基于调制信号 的瞬时振幅来改变。通过使用调制技术来控制逆变器106的开关，控制器104可调节多相马 达108的操作。
[0025] 在某些示例中，多相马达108可包括永磁体同步马达(PMSM) JMSM可包括轴、转子、 定子以及永磁体。可将永磁体安装在转子上或其中。在某些示例中，永磁体可以被表面安装 到转子，嵌入转子中或者掩埋在转子内。在某些示例中，永磁体可以是内部磁体。永磁体可 包括稀土元素，诸如钕铁硼(NdFeB )、钐钴(SmCo )或铁氧体(例如，钡(Ba )或锁(Sr ))。在某些 示例中，永磁体可包括保护层，诸如一层金(Au)、镍(Ni)、锌(Zn)诸如此类。在操作中，PMSM 在三相矢量域(例如，三相参考系：Ia、Ib和I。）中生成定子相电流。多相机器101可包括用于 检测和测量定子电流Wb和I。、马达速度以及转子位置的传感器。
[0026]控制器104可控制多相马达108的操作。在某些示例中，控制器104可使用矢量控制 (也称为场定向控制(FOC))来控制多相马达108。控制器108可执行克拉克变换(也称为α-β 变换)和帕克变换以从3-相矢量域变换到2-维DQ域(例如，二相参考系：Id、Iq)，其允许Id和 Iq电流的解耦。控制器104可调整Id电流以控制多相马达108的通量，并调整Iq电流以控制多 相马达108的转矩。
[0027]图2是图示出根据本公开的一个或多个方面的示例性控制器200的框图。控制器 200可包括转矩控制模块202、电流控制模块204以及脉冲调制器206。控制器200可经由模块 202、204和206来控制逆变器106。结果，控制器200可控制多相马达108。
[0028]转矩控制模块202可包括多个输入和至少一个输出。在某些示例中，到转矩控制模 块202的输入可包括DC电压Vdc、马达速度coe，参考转矩Tref以及通量修正值在某些示 例中，转矩控制模块202可输出参考电流Id和Iq(为了方便起见共同地标记为Idq, ref)。参考图 3来更全面地描述转矩控制模块输入和输出之间的关系。
[0029]电流控制模块204可包括多个输入和至少一个输出。在某些示例中，到电流控制模 块204的输入可包括马达速度、参考转矩以及DQ参考电流(相应地为VDC、coe以及I dq,ref)。电 流控制模块204可输出参考电压Vd, ref和Vq, ref (为了简单起见共同地标记为Vdq, ref)以及通量 修正值Ψ corr 〇
[0030] 控制器200可通过使用通量修正值Wccirr来更新参考电流Idq,ref、参考电压Vdq,ref以 及逆变器106的占空比以在多向机器101在场削弱速度下操作时改善多相机器101的操作。 [0031]电流控制模块204可基于参考电流Idq,ref来确定参考电压Vdq,ref，确定最大可用电 压V max(也称为可用DC链路电压），并基于参考电压Vdq,ref和最大可用电压Vmax来确定通量修 正值Ψ corr 〇
[0032 ]与Vdc成比例的最大可用电压1^取决于应用的调制方法。例如，使用空间矢量调制 (SVM)，可用以下公式来计算Vmax:
在某些示例中，可通过如所示地用以下公式对参考电压Vdq,ref与Vmax之间的差（Δ V)求 积分来计算通量修正值Ψ corr :
在某些示例中，可用以下公式来计算参考电压Vdq,ref与Vmax之间的差（AV):
并且"k"（也称为通量修正系数)是被选择来产生通量修正效果的因数。在某些示例中， 通量修正系数是约70%与约100%之间的百分数。然而，通量修正系数可以是适合于产生通量 修正效果的任何值。在某些示例中，通量修正系数可以是预先确定的。在某些示例中，控制 器200可基于操作特性(例如，多相马达108的速度、加速度或温度)来确定通量修正系数。在 某些示例中，可将通量修正值Ψ反馈到转矩控制模块202。
[0033]在某些示例中，电流控制模块204可向脉冲调制器206输出参考电压Vdq,ref。脉冲调 制器206可包括一个或多个脉冲调制设备。脉冲调制器206可根据脉冲密度调制(PDM)、脉冲 宽度调制(PWM)、脉冲频率调制(PFM)或另一适当调制技术进行操作。脉冲调制器206可从电 流控制器204接收参考电压V dq,ref。脉冲调制器206可基于参考电压Vdq,ref来调整逆变器106 的占空比。结果，控制器200可改善场削弱速度下的多相机器101的操作。
[0034]图3是图示出根据本公开的一个或多个方面的示例性转矩控制模块300的框图。转 矩控制模块300可包括最大通量计算器302、最佳通量计算器304、通量调节器306、通量修正 器308、最大转矩计算器310、转矩限制器312以及查找表314。
[0035]转矩控制模块300可包括多个输入和至少一个输出。在某些示例中，到转矩控制模 块300的输入包括DC电压(Vdc)、马达速度c〇e、参考转矩Tref以及通量修正值在某些示 例中，转矩控制模块300可输出参考电流Idq,ref。
[0036] 最大通量计算器302可接收DC电压VDC和马达速度的指示。由于通量是DC电压和 马达速度的函数，所以最大通量计算器302可确定最大可用通量Wmax并且输出最大可用通 量的指示。最佳通量计算器304可接收参考转矩的指示并且基于每安培最大转矩(MTPA)条 件来确定最佳通量ψ opt。最佳通量计算器304可输出最佳通量ψ opt的指示。
[0037I 通量调节器306可接收最大可用通量的指示和最佳通量的指示。通量调节器306可 基于接收到的值来确定已调节通量Wreg。在某些示例中，可将已调节通量设置成等于最佳 通量最大可用通量Wmax的最小值。通量调节器306可输出已调节通量Wreg的指示。 [00 38] 通量修正器308可接收已调节通量和通量修正值的指示以及确定通量极限Wlim。 在某些示例中，可将通量极限设置成通量修正值和已调节通量中的较大者。通量修正器308 可输出通量极限Wlim的指示。
[0039]最大转矩计算器310可接收通量极限的指示，并基于每通量最大转矩(MTPF)条件 来确定最大可用转矩Tmax。最大转矩计算器310可输出最大可用转矩Tmax的指示。转矩限制器 312可接收最大转矩T max和参考转矩Tref的指示并确定转矩极限Tlim。在某些示例中，转矩限 制器312可将转矩极限T lim设置成等于最大可用转矩Tmax和参考转矩Tref中的较大者。转矩限 制器312可输出转矩极限T llJ^指示。
[0040] 转矩控制模块300可将通量极限Wlim的指示和转矩极限1^?的指示与Idq查找表314 相比较。Idq查找表314可包括通量极限ΨΗ"和转矩极限Tl im到参考电流Idq,ref之间的映射。转 矩控制模块300可基于Idq查找表314来确定参考电流Idq,ref并输出所确定的参考电流Idq,ref。 在某些示例中，转矩控制模块300可在没有查找表314的情况下确定参考电流Idq,ref。例如， 转矩控制模块300可直接地基于MTPA和MPTF条件来计算参考电流Idq, ref。如参考图2所描述， 电流控制模块204可接收参考电流Idq,rrf的指示并基于接收到的参考电流Idq,rrf来确定参考 电压Vdq, ref。
[0041] 图4是图示出根据本公开的一个或多个方面的示例性控制器400的框图。控制器 400可被配置成将多相马达108(图1)视为多个虚拟多相马达。控制器400可被配置成将N-相 马达108作为任何数目的虚拟多相马达来控制，其中每个虚拟多相马达包括任何数目的相。 例如，控制器400可控制两个虚拟马达、三个虚拟马达或任何数目的虚拟马达。在某些示例 中，每个虚拟多相马达可包括相同的相数。例如，多相马达108可包括六个相，并且控制器 400可被配置成控制两个虚拟多相马达，每个虚拟马达具有三个相。然而，每个虚拟多相马 达中的相数可以是不同的。例如，多相机器101可包括七个相，以及控制器400可被配置成控 制两个虚拟多相马达，其中第一虚拟马达包括三个相以及第二虚拟多相马达包括四个相。 [0042]仅仅为了便于说明，将多相机器101描述为六相机器，以及将控制器400描述为控 制两个虚拟多相马达(其每个具有三个相）。然而，在其它示例中，虚拟马达的数目可大于二 和/或每个虚拟马达的相的数目可大于三。
[0043]从控制器400的视角出发，虚拟多相马达中的每个共享轴和转子。由于每个虚拟多 相马达共享同一物理结构，所以人们可能预期每个虚拟三相马达是对称的，并且每个虚拟 三相马达中的电流将是同样的。然而，在某些示例中，每个虚拟三相马达中的电流并不是同 样的。在某些示例中，不同定子电流可在多向马达108中造成谐波。某些谐波可能是不期望 的，因为其可引起较高温度。进而，较高温度可使转子中的永磁体退化或消磁。在某些示例 中，控制器400可基于每个虚拟三相马达中的实际电流来确定通量修正值W ccirrt3通量修正 值可允许控制器400通过调整通量和参考电流Idq,ref来执行场削弱，这在某些示例中 可减少或消除多相马达108中的不期望谐波，并减少或防止对永磁体的损坏。
[0044] 控制器400可包括转矩分配模块420和子系统401、411。子系统401、411其每个可控 制虚拟多相马达中的一个。每个子系统401、411可包括转矩控制模块(相应地为402、412 )、 电流控制模块(相应地为404、414)以及脉冲调制器(相应地为406、416)。控制器400可根据 虚拟多相马达的数目而包括附加子系统。例如，如果控制器400包括三个虚拟多相马达，则 控制器400可包括三个子系统。
[0045]转矩分配模块420可在子系统之间分配参考转矩Tref。例如，转矩分配模块420可将 参考转矩Tref的一半分配给转矩控制模块402和转矩控制模块412,使得1'_>:39以及 ?、 =?1。在某些示例中，转矩分配模块420可不相等地分配参考转矩Tref。
[0046]转矩控制模块402可接收多个输入和至少一个输出。在某些示例中，到转矩控制模 块402的输入包括DC电压VDC、马达速度coe以及参考转矩Trefl。转矩控制模块402可基于输入 从I dq查找表314确定参考电流Idq,并输出参考电流，如参考图3所描述。电流控制模块404 可接收参考电流I dq,refl、DC电压Vdc以及马达速度的指示。电流控制模块404可基于接收 到的参考电流Idq, refl来确定参考电压Vdq,rrfl，如参考图2所讨论的。电流控制模块404还可确 定通量修正值Wcorrl并输出通量修正值Wcorrl的指示。在某些示例中，可基于参考电压 Vdq,TefjPVmax来确定通量修正值，如参考图2所描述。转矩控制模块402可接收通量修正值 Ψ COTrl的指示并基于通量修正值Ψ COTrl来调整参考电流Idq, rrfl。
[0047]同样地，子系统411可基于DC电压VDC、马达速度Qe以及参考转矩Tref2来确定参考 电流Idq, ref 2和参考电压Vdq, ref 2。子系统41 1还可确定通量修正值Wcc)rr2并基于该通量修正值 Ψ?ι·ι·2来更新参考电流Idq,ref2和参考电压Vdq,ref2。
[0048] 控制器400可独立于彼此来确定通量修正值Wccirrl、Wccirr2。控制器400可基于相应 的通量修正值屯。。^、屯。。^来独立地调整参考电压￥ (1(^(^1、￥(1(^(^2并分别地向脉冲调制器 406、416输出参考电压￥ (1(1,^1、￥(1(1,^2。脉冲调制器406、416可调制相应的逆变器的占空比， 其可帮助用于相应的虚拟多相马达的场削弱控制。相应地，控制器400可减少或消除多相马 达108中的不期望谐波，并防止或减少对永磁体的损坏。
[0049] 图5是图示出根据本公开的一个或多个方面的示例性控制器500的框图。控制器 500可被配置成将多相马达108(图1)视为多个虚拟多相马达。控制器500可被配置成将N-相 马达108作为M个虚拟多相马达控制，其中，M是任意正整数，并且每个虚拟多相马达包括任 意数目的相。仅仅为了便于说明，将多相机器101描述为六相机器，并将控制器500描述为控 制其每个具有三个相的两个虚拟多相马达。
[0050] 控制器500可包括转矩分配模块520。转矩分配模块520可在子系统之间分配参考 转矩Tref。例如，转矩分配模块520可将参考转矩Tref的一半分配给转矩控制模块502和转矩 控制模块512以使彳4
Ξ某些示例中，转矩分配模块520可不相等地分 配参考转矩Tref。
[0051 ]控制器500可包括子系统501和511，其中的每个控制虚拟多相马达中的一个。控制 器500可根据虚拟多相马达的数目而包括附加子系统。例如，如果控制器500包括三个虚拟 多相马达，则控制器500可包括三个子系统。每个子系统501、511可包括转矩控制模块(相应 地是502、512)、电流控制模块(相应地是504、514)以及脉冲调制器(相应地是506、516)。在 某些示例中，控制器500可包括转矩分配模块520和联合通量修正模块520。
[0052]转矩控制模块502可接收DC电压Vdc以及马达速度coe和参考扭矩Trefl的指示。转矩 控制模块502可基于输入从Idq查找表314确定参考电流Idq,refl并输出参考电流I dq,refl，如参 考图3所描述。电流控制模块504可接收参考电流Idq, refl、DC电压Vdc以及马达速度coe的指 示。电流控制模块404可基于接收到的参考电流Idqjrfi来确定参考电压Vdq,rrfi，如参考图2所 讨论的。电流控制模块404还可确定通量修正值Ψ Ctirrl并输出通量修正值Ψ m。在某些示 例中，可基于参考电压Vdq,refjP Vmax来确定通量修正值，如参考图2所描述。同样地，子系统 511可基于DC电压VDC、马达速度CO e以及参考转矩Tref2来确定参考电流Idq,ref2和参考电压 Vdq, ref2。电流控制模块514还可确定通量修正值ψ ccirr2并输出通量修正值Ψ CCirr2。
[0053] 在某些示例中，基于同一通量修正值来调整参考电流Idq,refl、Idq,ref2和参考电压 Vdq,refl、Vdq,ref2可能是有利的。在某些示例中，联合通量修正模块520可接收通量修正值 ψ CC^l、ψ 并基于输入通量修正值ψ 、Ψ 来确定联合通量修正值Ψ 。联合通 量修正值Ψ?ι?·*可与通量修正值Ψ。。!·!!、Ψ?ι?·2中的一个成比例。例如，通量修正限制器可将 联合通量修正值Ψ 设置成等于通量修正值Ψ corrl、Ψ cm2中的最小值。在某些示例中，如 果等式3被重写为放。，则可将通量修正值Wecirr*设置成等于通量修正 值Ψ corrl、Ψ CCirr2中的最大值。联合通量修正模块520可输出联合通量修正值Ψ Ctirr*，其可被 反馈给转矩控制模块502、512。
[0054]转矩控制模块502、512可接收联合通量修正值Wccirr*并基于联合通量修正值 来分别地调整参考电流1如,-1、1如,^2。转矩控制模块502、512可输出已更新参考电 I^I dq, ref I '?Idq, ref 2 〇 电流控制模块504、514可接收已更新参考电流Idq,refl 、Idq，ref2， 并且可基 于已更新参考电流1<^,1^1、1(^,1^2来调整参考电压￥(^,1^1、'\^,1^2。电流控制模块504、514可 将参考电压￥如,^1、￥ (1(1,^2输出到相应的脉冲调制器506、516。脉冲调制器506、516可调制相 应的逆变器的占空比。通过使用同一联合通量修正值来更新用于虚拟三相马达中的 每个的参考电流和电压，每个虚拟三相马达可在相同的场削弱水平下操作。结果，控制器 500可比其它示例更有效地减少或消除多相马达108中的不期望谐波，这可防止或减少对永 磁体的损坏。
[0055]图6是图示出根据本公开的一个或多个方面的示例性控制器600的框图。在某些示 例中，控制器600包括转矩分配模块620和子系统601、611。控制器500可被配置成将多相马 达108(图1)视为多个虚拟多相马达。控制器600可被配置成将N-相马达108作为M个虚拟多 相马达控制，其中M是任意正整数并且M个虚拟多相马达中的每个包括任意数目的相。仅为 了便于说明，将多相机器101描述为六相机器，并且将控制器600描述为控制其每个具有三 个相的两个虚拟多相马达。控制器600可包括M个子系统，使得每个子系统对应于一个虚拟 多相马达。
[0056]子系统601可包括转矩控制模块602、电流控制模块604、脉冲调制器606、相位测量 模块608以及谐波估计模块609。同样地，子系统611可包括转矩控制模块612、电流控制模块 614、脉冲调制器616、相位测量模块618以及谐波估计模块619。
[0057]转矩控制模块602、612可基本上类似于参考图3所描述的转矩控制模块300。转矩 控制模块602、612可包括多个输入，诸如DC电压VDC、马达速度coe以及参考转矩（相应地为 Tref!、Tref2)。在某些示例中，转矩控制模块602、612可接收通量修正值。转矩控制模块602、 612可确定参考电流Idq, refl、Idq,ref2并输出该参考电流。
[0058]电流控制模块604、614可包括多个输入，诸如DC电压VDC、马达速度《0以及相应的 参考电流Idq, refl、Idq, rrf2。电流控制模块604、614分别地确定参考电压Vdq, ref 1、Vdq, ref 1。电流 控制模块604、614分别地向脉冲调制器606、616输出参考电压。
[0059] 转矩分配模块620在子系统601、611之中分配参考转矩Tref。子系统601、611可在 "主动"模式或"被动"模式下操作。在某些示例中，子系统601、611两者可在主动模式下操 作。在某些不例中，一个子系统（例如，601)可在主动模式下操作且另一个子系统（例如， 611)可在被动模式下操作。在主动模式下，转矩分配模块620向用于特定子系统的转矩控制 模块分配参考转矩T ref的至少一部分。在被动模式下，转矩分配模块620向特定子系统分配 零转矩或近似零转矩。
[0060] 在某些示例中，子系统601、611两者在主动模式下操作。转矩分配模块620可在子 系统之间均匀地分配参考转矩Tref。例如，转矩分配模块620可向转矩控制模块602、612中的 每个分配参考转矩Tref的一半，使彳彳
在某些示例中，在控制器600包 括M个子系统的情况下，转矩分配模块620可向M个子系统中的每个均匀地分配转矩，使得每 个转矩控制模块接收等于
转矩量。在某些示例中，转矩分配模块620可不均匀地分配 参考转矩Tref，使得Trefl不等于Trrf2(例如：
[0061] 在某些示例中，控制器600可被配置成关闭子系统601、611中的至少一个，使得用 于特定子系统的那组相电流不是操作的，或者在被动模式下驱动子系统601、611中的至少 一个。在某些示例中，如果多相机器101并未适当地工作，则关闭一组相可能是有利的。在某 些示例中，关闭一组相可改善多相机器101的效率或其它操作特性(例如，温度、谐波等）。 [0062] 转矩分配模块620可不向子系统601、611中的至少一个分配任何转矩。例如，控制 器600可被配置成将六相机器101视为两个虚拟三相马达。在某些示例中，控制器600可被配 置成关闭第一虚拟三相马达，使得仅第二虚拟多相马达产生转矩（即，在主动模式下驱动第 二虚拟多相马达）。在某些示例中，控制器600可被配置成将九相机器101视为三个虚拟三相 马达，并且可被配置成关闭虚拟多相马达中的至少一个。例如，控制器600可被配置成关闭 三个虚拟三相马达中的一个，并通过向其余操作的虚拟多相马达的转矩控制模块(相等地 或不相等地)分配参考转矩T ref来主动地驱动其余操作的虚拟多相马达。作为另一示例，控 制器600可被配置成关闭三个虚拟三相马达中的两个，使得唯一操作的虚拟多相马达被主 动地驱动并产生等于参考转矩T ref的转矩。然而，在某些示例中，关闭虚拟多相马达可干扰 被主动地驱动的马达的操作，并且可将多相马达108限制于在场削弱速度以下的速度。 [0063]在某些示例中，作为控制器600关闭虚拟多相马达的替代，控制器600可被配置成 通过向虚拟多相马达分配零转矩或近似零转矩来被动地驱动虚拟多相马达的相。在某些示 例中，通过分配转矩的近似零牛顿-米的转矩来被动地驱动虚拟多相机器可减少主动地驱 动的马达的干扰，同时仍使得多相马达108能够在场削弱范围内操作。
[0064]控制器600可通过结合谐波检测和消除来改善被主动地驱动的子系统的操作。控 制器600的子系统601可包括相位测量模块608、谐波估计模块609以及谐波消除模块610。同 样地，子系统611可包括相位测量模块618、谐波估计模块619以及谐波消除模块620。相位测 量模块608、618可测量定子电流I a,b,c或转子位置。谐波估计模块609、619可检测多相马达 108中的谐波的存在。例如，谐波估计模块609、619可对定子电流执行快速傅立叶变换(FFT) 分析以检测谐波(包括不期望谐波)的存在，并确定多相马达108中的谐波的水平。
[0065]谐波消除模块610、620可允许控制器600检测多相马达108中的谐波，并消除或减 少不期望谐波以降低电流或转矩脉动、振动以及声音噪声的量。谐波消除模块610、620可从 谐波估计模块609、619接收谐波的指示，并且控制器600可调整电流或电压以减少或消除不 期望谐波。例如，电流控制模块609、619可接收谐波的指示并调整参考电压Vd q,refi、Vdq,ref2， 因此改变相应逆变器的占空比。调整占空比可减少多相马达108中的不期望谐波，这可改善 多相马达108和/或永磁体的操作或寿命。
[0066] 图7是图示出根据本公开的一个或多个方面的用于示例性控制器的操作的示例性 方法的流程图。在某些示例中，图5的控制器500可被配置成确定用于多相马达中的每个虚 拟马达的通量修正值(702)。可通过对最大可用电压与参考电压之间的差求积分来确定通 量修正值。控制器500可被配置成输出通量修正值的指示(704)，并基于通量修正值的指示 来更新参考电流（Id q,ref)(706)。通过更新参考电流，控制器500可对多相马达108执行场削 弱，这可改善多相马达108的操作，降低对永磁体的损坏风险，并延长多相马达108的使用期 限。在某些示例中，控制器500可被配置成控制多个虚拟多相马达并确定联合通量修正值。 通过使用联合通量修正值，控制器500可使所述多个虚拟多相马达同步，这可降低对永磁体 的损坏风险。控制器500可进一步被配置成基于已更新参考电流来更新参考电压(Vdq,ref) (708)。控制器500可基于已更新参考电压来更新脉冲调制设备的占空比（710)。更新参考电 压和占空比可允许控制器500通过使场削弱和生成更多通量和转矩成为可能来改善多相马 达108的操作。
[0067] 图8是图示出根据本公开的一个或多个方面的用于示例性控制器的操作的示例性 方法的流程图。在某些示例中，图6的控制器600可被配置成确定要分配给多相马达108中的 第一虚拟多相马达和第二虚拟多相马达的转矩的量(802)。控制器600可被配置成主动地驱 动多相马达中的第一虚拟多相马达(804)。控制器600可被配置成被动地驱动多相马达中的 第二虚拟多相马达(806)。在某些示例中，主动地驱动第一虚拟多相马达和被动地驱动第二 虚拟多相马达可使得控制器600能够在一个或多个相不操作的情况下保持多相马达108的 冗余控制。控制器600可被配置成检测多相马达中的不期望谐波(808)。控制器600可被配置 成减小多相马达108中的不期望谐波(810)。结果，控制器600可通过减少不期望谐波、减少 电流或转矩脉动以及减少声音噪声来改善多相马达108的操作。
[0068] 下面的示例可说明本公开的一个或多个方面。
[0069] 示例1。一种用于控制包括多个虚拟多相马达的多相马达系统的控制器，其中，所 述控制器被配置成:在主动模式下驱动第一虚拟多相马达；以及在被动模式下驱动第二虚 拟多相马达，其中在主动模式下驱动第一虚拟多相马达包括向第一虚拟多相马达分配参考 转矩的至少一部分，其中在被动模式下驱动第二虚拟多相马达包括向第二虚拟多相马达分 配零转矩。
[0070] 示例2。示例1的控制器，其中，在主动模式下，第一虚拟多相马达的每个相是操作 的。
[0071] 示例3。示例1-2的任何组合的控制器，其中，在被动模式下，第二虚拟多相马达的 至少一个相不是操作的。
[0072] 示例4。示例1-3的任何组合的控制器，其中，所述控制器进一步被配置成在主动模 式下驱动多个虚拟多相马达，其中，在主动模式下驱动多个虚拟多相马达包括在主动模式 下在所述多个虚拟多相马达中的每个之间相等地分配参考转矩。
[0073] 示例5。示例1-4的任何组合的控制器，其中所述控制器进一步被配置成检测多相 马达系统中的不期望谐波。
[0074] 示例6。示例1-5的任何组合的控制器，其中所述控制器进一步被配置成抑制不期 望谐波。
[0075] 示例7。示例1-6的任何组合的控制器，其中检测多相马达系统中的谐波包括测量 相电流和转子位置。
[0076] 示例8。一种用于控制包括多个虚拟多相马达的多相马达系统的方法，该方法包 括:在主动模式下驱动第一虚拟多相马达；以及在被动模式下驱动第二虚拟多相马达，其中 在主动模式下驱动第一虚拟多相马达包括向第一虚拟多相马达分配参考转矩的至少一部 分，其中在被动模式下驱动第二虚拟多相马达包括向第二虚拟多相马达分配零转矩。
[0077]第9条。示例8的方法，其中，在主动模式下，第一虚拟多相马达的每个相是操作的。
[0078] 示例10。示例8-9的任何组合的方法，其中在被动模式下，第二虚拟多相马达的至 少一个相不是操作的。
[0079] 示例11。示例8-10的任何组合的方法，进一步包括在主动模式下驱动多个虚拟多 相马达，其中在主动模式下驱动多个虚拟多相马达包括在主动模式下在所述多个虚拟多相 马达中的每个之间相等地分配参考转矩。
[0080] 示例12。示例8-11的任何组合的方法，进一步包括检测多相马达系统中的不期望 谐波。
[0081] 示例13。示例8-12的任何组合的方法，进一步包括抑制不期望谐波。
[0082 ]示例14。示例8 -13的任何组合的方法，其中检测多相马达系统中的谐波包括测量 相电流和转子位置。
[0083] 示例15。一种系统，包括:多相马达系统和用于控制多相马达系统的控制器，其中 所述多相马达系统包括多个虚拟多相马达，其中，所述控制器被配置成:在主动模式下驱动 第一虚拟多相马达；以及在被动模式下驱动第二虚拟多相马达，其中在主动模式下驱动第 一虚拟多相马达包括向第一虚拟多相马达分配参考转矩的至少一部分，其中在被动模式下 驱动第二虚拟多相马达包括向第二虚拟多相马达分配零转矩。
[0084] 示例16。示例15的系统，其中，在主动模式下，第一虚拟多相马达的每个相是操作 的。
[0085] 示例17。示例15-16的任何组合的系统，其中在被动模式下，第二虚拟多相马达的 至少一个相不是操作的。
[0086] 示例18。示例15-17的任何组合的系统，其中所述控制器进一步被配置成在主动模 式下驱动多个虚拟多相马达，其中，在主动模式下驱动多个虚拟多相马达包括在主动模式 下在所述多个虚拟多相马达中的每个之间相等地分配参考转矩。
[0087] 示例19。示例15-18的任何组合的系统，其中所述控制器进一步被配置成检测多相 马达系统中的不期望谐波。
[0088]示例20。示例15-19的任何组合的系统，其中所述控制器进一步被配置成抑制不期 望谐波。
[0089] 前述示例用来示出适用于本文所描述的技术和电路的示例或应用。在一个或多个 示例中，可用硬件、软件、固件或其任何组合来实施所述功能。例如，可用硬件、软件、固件或 其任何组合来实施本文所述的控制器中的一个或多个。如果用软件实施，则可将功能作为 一个或多个指令或代码存储在计算机可读介质上或者通过计算机可读介质传输并被基于 硬件的处理单元执行。计算机可读介质可包括计算机可读存储介质，其对应于诸如数据存 储介质之类的有形介质或者包括促进例如根据通信协议将计算机程序从一地传输到另一 地的任何介质的通信介质。以这种方式，计算机可读介质一般地可对应于（1)非临时的有形 计算机可读存储介质，或者(2)通信介质，诸如信号或载波。数据存储介质可以是可以被一 个或多个计算机或一个或多个处理器访问以检索用于实施本公开中所描述的技术的指令、 代码和/或数据结构的任何可用介质。计算机程序产品可包括计算机可读介质。
[0090] 以示例而非限制的方式，这样的计算机可读存储介质可以包括RAM、R0M、EEPR0M、 ⑶-ROM或其它光盘储存器、磁盘储存器或其它磁存储器件、闪速存储器或者可以用来以指 令或数据结构的形式存储期望的程序代码且可以被计算机访问的任何其它介质。并且，将 任何连接适当地称为计算机可读介质。例如，如果使用同轴电缆、纤维光缆、双绞线、数字用 户线(DSL)或诸如红外线、无线电以及微波之类的无线技术从网站、服务器或其它远程源传 输指令，那么在介质的定义中包括同轴电缆、纤维光缆、双绞线、DSL或诸如红外、无线电和 微波之类的无线技术。然而，应理解的是计算机可读存储介质和数据存储介质不包括连接、 载波、信号或其它暂时性介质，反而是针对非暂时性、有形存储介质。
[0091] 可以由一个或多个处理器执行指令，所述处理器诸如一个或多个数字信号处理器 (DSP)、通用微处理器、专用集成电路(ASIC)、现场可编程门阵列(FPGA)或其它等价的集成 或分立逻辑电路。相应地，如本文所使用的术语"处理器"可指的是任何前述结构或适合于 实施本文所描述技术的任何其它结构。另外，在某些方面，可在被配置成用于编码和解码的 专用硬件和/或软件模块内提供本文所描述的功能，或者将其结合在组合编解码器中。并 且，该技术可完全用一个或多个电路或逻辑元件来实施。
[0092]本公开的技术可在多种设备或装置(包括集成电路（IC)或一组IC(例如，芯片组）） 中实施。在本公开中描述了各种部件、模块或单元以强调被配置成实现公开技术的设备的 功能方面，但不一定要求用不同的硬件单元来实现。相反地，如上文所描述，可将各种单元 组合在硬件单元中，或者用许多互操作硬件单元来提供各种单元，包括如上文所描述的一 个或多个处理器，与适当的软件和/或固件相结合。
【主权项】
1. 一种用于控制包括多个虚拟多相马达的多相马达系统的控制器，其中所述控制器被 配置成： 在主动模式下驱动第一虚拟多相马达；以及 在被动模式下驱动第二虚拟多相马达， 其中在主动模式下驱动第一虚拟多相马达包括向第一虚拟多相马达分配参考转矩的 至少一部分， 其中，在被动模式下驱动第二虚拟多相马达包括向第二虚拟多相马达分配零转矩。2. 根据权利要求1所述的控制器，其中，在主动模式下，第一虚拟多相马达的每个相是 操作的。3. 根据权利要求1所述的控制器，其中，在被动模式下，第二虚拟多相马达的至少一个 相不是操作的。4. 根据权利要求1所述的控制器，其中所述控制器进一步被配置成在主动模式下驱动 多个虚拟多相马达， 其中在主动模式下驱动多个虚拟多相马达包括在主动模式下在所述多个虚拟多相马 达中的每个之间相等地分配参考转矩。5. 根据权利要求1所述的控制器，其中所述控制器进一步被配置成检测多相马达系统 中的不期望谐波。6. 根据权利要求5所述的控制器，其中所述控制器进一步被配置成抑制所述不期望谐 波。7. 根据权利要求5所述的控制器，其中检测多相马达系统中的谐波包括测量相电流和 转子位置。8. -种用于控制包括多个虚拟多相马达的多相马达系统的方法，所述方法包括： 在主动模式下驱动第一虚拟多相马达；以及 在被动模式下驱动第二虚拟多相马达， 其中在主动模式下驱动第一虚拟多相马达包括向第一虚拟多相马达分配参考转矩的 至少一部分， 其中在被动模式下驱动第二虚拟多相马达包括向第二虚拟多相马达分配零转矩。9. 根据权利要求8所述的方法，其中，在主动模式下，第一虚拟多相马达的每个相是操 作的。10. 根据权利要求8所述的方法，其中，在被动模式下，第二虚拟多相马达的至少一个相 不是操作的。11. 根据权利要求8所述的方法，进一步包括在主动模式下驱动多个虚拟多相马达，其 中在主动模式下驱动多个虚拟多相马达包括在主动模式下在所述多个虚拟多相马达中的 每个之间相等地分配参考转矩。12. 根据权利要求8所述的方法，进一步包括检测多相马达系统中的不期望谐波。13. 根据权利要求12所述的方法，进一步包括抑制所述不期望谐波。14. 根据权利要求12所述的方法，其中检测多相马达系统中的谐波包括测量相电流和 转子位置。15. -种系统，包括： 多相马达系统，其包括多个虚拟多相马达；以及 控制器，其用于控制多相马达系统，其中，所述控制器被配置成： 在主动模式下驱动第一虚拟多相马达；以及 在被动模式下驱动第二虚拟多相马达， 其中在主动模式下驱动第一虚拟多相马达包括向第一虚拟多相马达分配参考转矩的 至少一部分， 其中，在被动模式下驱动第二虚拟多相马达包括向第二虚拟多相马达分配零转矩。16. 根据权利要求15所述的系统，其中，在主动模式下，第一虚拟多相马达的每个相是 操作的。17. 根据权利要求15所述的系统，其中，在被动模式下，第二虚拟多相马达的至少一个 相不是操作的。18. 根据权利要求15所述的系统，其中所述控制器进一步被配置成在主动模式下驱动 多个虚拟多相马达，其中在主动模式下驱动多个虚拟多相马达包括在主动模式下在所述多 个虚拟多相马达中的每个之间相等地分配参考转矩。19. 根据权利要求18所述的系统，其中所述控制器进一步被配置成检测多相马达系统 中的不期望谐波。20. 根据权利要求18所述的系统，其中所述控制器进一步被配置成抑制所述不期望谐 波。
【文档编号】H02P21/14GK106067751SQ201610253214
【公开日】2016年11月2日
【申请日】2016年4月22日 公开号201610253214.9, CN 106067751 A, CN 106067751A, CN 201610253214, CN-A-106067751, CN106067751 A, CN106067751A, CN201610253214, CN201610253214.9
【发明人】D.T.努格拉哈, R.武莱蒂克
【申请人】英飞凌科技股份有限公司