多相机器电流控制的制作方法
【专利摘要】本公开描述了多相机器电流控制，具体描述了用于控制多相电机的控制器。控制器可以包括扭矩控制模块和电流控制模块。电流控制模块可以被配置为接收来自扭矩控制模块的参考电流，确定参考电压，基于参考电压、最大可用电压和多相电机的速度确定通量校正值，并输出通量校正值。扭矩控制模块可以被配置为接收通量校正值并基于通量校正值更新参考电流。
【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(multi-phase machine)，更具体地，涉及与多相机器相关联 的技术和电路。
【背景技术】
[0002] 多相电机的操作要求专用控制器。在低速下，多相电机可以根据最大的扭矩/安培 (MTPA)和最大的扭矩/通量(MTPF)条件来控制。在高速(大于额定速度的速度)下，磁场削弱 可用于控制多相电机。
【发明内容】
[0003] 本发明描述了用于改进多相机器的操作的技术和系统。
[0004] 在一些示例中，本公开涉及用于控制多相电机的控制器。控制器可包括扭矩控制 模块和电流控制模块。电流控制模块可被配置为接收来自扭矩控制模块的参考电流，确定 参考电压，基于参考电压、最大可用电压和多相电机的速度确定通量校正值，并且输出通量 校正值。扭矩控制模块可被配置为接收通量校正值并基于通量校正值更新参考电流。
[0005] 在一些示例中，本公开涉及控制多相电机的方法。该方法可包括基于最大可用电 压、多相电机的速度和参考扭矩确定参考电流。该方法还可以包括基于参考电流确定参考 电压以及基于参考电压、最大可用电压和多相电机的速度确定通量校正值。该方法可进一 步包括基于通量校正值更新参考电流。
[0006] 在一些示例中，本公开涉及一种系统，其包括多相电机和用于控制多相电机的控 制器。控制器可以包括扭矩控制模块和电流控制模块。电流控制模块可被配置为接收来自 扭矩控制模块的参考电流，确定参考电压，基于参考电压、最大可用电压和多相电机的速度 确定通量校正值，并且输出通量校正值。扭矩控制模块可被配置为接收通量校正值并基于 通量校正值更新参考电流。
[0007] 在以下的附图和说明书中阐述一个或多个示例的细节。本公开的其他特征、目的 和优势将从说明书、附图和权利要求中变得明显。
【附图说明】
[0008] 图1是示出根据本发明的一个或多个方面的用于操作多相电机的示例性系统的框 图。
[0009] 图2是示出根据本发明的一个或多个方面的示例性控制器的框图。
[0010]图3是示出根据本发明的一个或多个方面的示例性扭矩控制模块的框图。
[0011] 图4是示出根据本发明的一个或多个方面的示例性控制器的框图。
[0012] 图5是示出根据本发明的一个或多个方面的示例性控制器的框图。
[0013] 图6是示出根据本发明的一个或多个方面的示例性控制器的框图。
[0014] 图7是示出根据本发明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是示出根据本发明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电机的技术，诸如包括多相永磁同步电机的机器。多 相电机可以包括控制器。控制器可以被配置为生成参考电流和参考电压。在一些示例中，控 制器可以确定可用于调整参考电流和参考电压的通量校正值。因此，当电机以磁场削弱范 围的速度下操作时，控制器可控制多相电机。在一些示例中，控制器可以被配置为控制多相 电机作为多个虚拟多相电机，其可以提供多相电机的冗余控制。控制器可以为每个虚拟多 相电机确定通量校正值，这可以迫使每个虚拟多相电机至相同的磁场削弱等级。因此，控制 器可以同步虚拟多相电机，这可以减小损伤永磁体的风险，延长多相机器的寿命，并且能够 使多相机器更加有效地进行操作。
[0017] 在一些示例中，控制器可以被配置为在多个虚拟多相电机之间分配参考扭矩。在 一些示例中，控制器可以关闭一个虚拟多相电机或者向一个虚拟多相电机分配零扭矩。如 果通过向仍然操作的多余虚拟多相电机分配扭矩而使一个或多个相位不可操作，则控制器 可以保持多相电机的控制。在一些示例中，关闭给定的虚拟多相电机或向给定的多相电机 分配零扭矩可以提高多相机器的一个或多个操作特性。控制器可以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。因此，控制器可以通过减少谐波、减小 电流或扭矩波纹以及降低多相机器中的噪声来改进多相机器的操作。
[0018] 图1是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示出了系统100具有独立和分立的部件(示为电源102和多相机器101)，然 而，系统100可以包括附加的或更少的部件。例如，电源102、控制器104、反相器106和电机 108可以是四个独立的部件或者可以表示提供本文所述系统100的功能的一个或多个部件 的组合。
[0019]系统100可以包括向电机108提供电能的电源102。例如，当电源102包括发电器、变 压器、电池、太阳能面板或再生制动系统时，系统100可以包括电源102。在其他示例中，系统 100可以与电源 1〇2分离。例如，当电源102包括电力网、发电器、变压器、外部电池、外部太阳 能面板、风车、混合电或风能发电器或者任何其他形式的能够为系统100提供电能的设备 时，系统100可以与电源102分离。如上所述，存在电源102的多种示例，并且可以包括但不限 于电力网、发电器、变压器、电池、太阳能面板、风车、再生制动系统、混合电或风能发电机或 者能够向系统100提供电能的任何其他形式的设备。
[0020] 多相机器101可以包括具有三相或更多相的任何机器。例如，多相机器101可以包 括三相、四相、五相、六相或者可能的任何多相。通常，多相机器101可以包括N相，其中N是大 于2的任何正整数。N相电机108中的每一相都可以与其他相偏移或漂移，这可以创建旋转 场。例如，每一相都可以偏移360/N度或2 VN弧度。
[0021] 多相机器101可以包括控制器104、反相器106和多相电机108。在一些示例中，多相 机器101可以包括电力或混合交通工具。电力或混合交通工具包括乘用车辆、商用车辆、全 地形车辆、船只、飞机或者任何其他类型的交通工具。然而，多相机器101不限于交通工具， 而是可以包括具有多相电机108的任何机器。
[0022] 在一些示例中，控制器104可被配置为将多相机器101处理为多个虚拟多相机器。 例如，多相机器101可以包括单个六相电机108,并且控制器104可被配置为将六相电机108 处理为两个虚拟三相电机。在一些示例中，多相机器101可以包括九相电机108,并且控制器 104可以被配置为将九相电机处理为多个虚拟多相电机。例如，第一虚拟电机可以包括四 相，而第二虚拟电机可包括五相。通常，控制器104可被配置为将多相机器101虚拟化为M个 虚拟多相电机，其中M是任何正整数。每个虚拟多相电机都可以包括任何数量的相位，只要 虚拟多相电机的相位的总和等于多相电机108的N相即可。在一些示例中，每个虚拟多相电 机都可以包括相同数量的相位。然而，在一些示例中，至少一个虚拟多相电机可以具有与至 少一个其他虚拟多相电机不同的相数。
[0023] 控制器104将多相机器101虚拟化为M个虚拟多相电机的能力可以提供多相机器 101的冗余控制。在一些示例中，控制器104可以被配置为虚拟地将六相电机108控制为两个 冗余的三相电机，使得第一虚拟三相电机中的一些相位变得不可操作，控制器104仍然可经 由第二虚拟三相电机控制多相电机108。在一些示例中，多相机器101的冗余控制可以通过 在一相或多相变得不可操作的情况下保持多相机器101的控制而提高了安全性或可靠性。 控制器104虚拟化多相机器101的能力还可以提供性能优势。在一些示例中，当利用N相的子 集操作时，与利用多相机器101的N相相比，多相机器101的操作可以更加有效。例如，控制器 104可被配置为将六相电机108虚拟化控制为两个三相电机，使得控制器104可以关闭三相 的一个集合并仅利用三相来控制多相电机108。
[0024] 反相器106包括N相反相器，其中N是与N相机器101的相位数相同的数量。根据一个 或多个调制技术，反相器106包括被控制器104控制的一个或多个开关(例如，基于MOS电源 晶体管的开关、基于氮化镓(GaN)的开关或者其他类型的开关设备）。控制器104可以包括一 个或多个栅极驱动器和控制逻辑以使用调制技术控制（例如，接通和断开）一个或多个开 关。开关的调制可以根据脉冲密度调制(PDM)、脉宽调制(PWM)、脉冲频率调制(PFM)或者另 一种适当的调制技术来操作。在PWM中，基于调制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，基于采样间隔处调制信号的瞬时 振幅来改变脉冲链的频率。通过使用调制技术控制反相器106的开关，控制器104可以调节 多相电机108的操作。
[0025] 在一些示例中，多相电机108可以包括永磁同步电机(PMSM)。PMSM可以包括轴、转 子、定子和永磁体。永磁体可以安装在转子上或转子中。在一些示例中，永磁体可以表面安 装至转子、插入转子中或者埋入转子中。在一些示例中，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)或者铁氧体(例如，钡(Ba)或锁(Sr))。 在一些示例中，永磁体可以包括保护涂层，诸如金(Au)、镍(Ni)、锌(Zn)等的层。在操作中， PMSM在三相向量域中生成定子相电流(例如，三相参考系统：Ia、Ib和U。多相机器101可以 包括用于检测和测量定子电流Wb和I。、电机速率^和转子位置的传感器。
[0026] 控制器104可以控制多相电机108的操作。在一些示例中，控制器104可以使用向量 控制(也已知为场定位控制(FOC))来控制多相电机108。控制器104可执行克拉克变换(也已 知为α-β变换)和派克变换以从3相向量域变为2维DQ域(例如，两相参考系统：Id，I q)，这允许 Id和Iq电流的解耦。控制器104可以调整Id电流来控制多相电机108的通量并调整Iq电流来 控制多相电机108的扭矩。
[0027]图2是示出根据本发明的一个或多个方面的示例性控制器200的框图。控制器200 可包括扭矩控制模块202、电流控制模块204和脉冲调制器206。控制器200可以经由模块 202、204和206控制反相器106。因此，控制器200可以控制多相电机108。
[0028]扭矩控制模块202可以包括多个输入和至少一个输出。在一些示例中，扭矩控制模 块202的输入可以包括DC电压Vdc、电机速率ω e、参考扭矩Tref和通量校正值Ψ Ctirr。在一些示 例中，扭矩控制模块202可以输出参考电流Id和Iq(为了简化统一标为Idq,ref)。参照图3更完 整地描述扭矩控制模块输入和输出之间的关系。
[0029]电流控制模块204可以包括多个输入和至少一个输出。在一些示例中，电流控制模 块204的输入包括电机速率、参考扭矩和DQ参考电流(分别为Vicoe^PIdq,ref)。电流控制模 块204可以输出参考电压Vd,ref和Vq, ref (为了简化统一标为Vdq, ref )和通量校正值Ψ corr。
[0030] 当多相机器101通过使用通量校正值Wccirr在磁场削弱速率下操作以更新参考电 流Idq,ref、参考电压Vdq,ref和反相器106的占空比时，控制器200可以改进多相机器101的操 作。
[0031] 电流控制模块204可以基于参考电流Idq,ref确定参考电压Vdq,ref，确定最大可用电 压Vmax(也已知为可用DC链接电压)并基于参考电压Vdq,ref和最大可用电压V max确定通量校正 值 Ψ corr 〇
[0032] 与Vdc成比例的最大可用电压Vmax取决于所应用的调制方法。例如，使用空间向量调 制（SVM)，可以通过以下公式(Equation)来计算Vmax:
[0033]
〇
[0034] 在一些示例中，可以通过参考电压Vdq,ref和Vmax之间的差值（Δν)的积分来计算通 量校正值Ψ CCirr，如以下公式所示：
[0035] Equation2: Ψοογγ = /Δ V dt〇
[0036] 在一些示例中，可以通过以下等式计算参考电压Vdq,ref和Vmax之间的差值（Δ V):
[0037] Equation3: Δ V = k*Vmax-|Vdq,ref I
[0038] 其中，
[0039]
[0040] 并且"k"（也称为通量校正系数)是被选择以产生通量校正效应的因子。在一些示 例中，通量校正系数是近似70%和近似100%之间的百分比。然而，通量校正系数可以是适 合于产生通量校正效应的任何值。在一些示例中，通量校正系数可以是预定的。在一些示例 中，控制器200可以基于操作特性(例如，多相电机108的速度、加速度或温度)来确定通量校 正系数。在一些示例中，通量校正值Ψ。-可以被反馈回扭矩控制模块202。
[0041 ]在一些示例中，电流控制模块204可以向脉冲调制器206输出参考电压Vdq,ref。脉冲 调制器206可以包括一个或多个脉冲调制设备。脉冲调制器206可以根据脉冲密度调制 (PDM )、脉宽调制(PWM )、脉冲频率调制(PFM)或任何其他适当的调制技术来操作。脉冲调制 器206可以接收来自电流控制器204的参考电压V dq,ref。脉冲调制器206可以基于参考电压 Vdq,ref调整反相器106的占空比。因此，控制器200可以以磁场削弱速度改进多相机器101的 操作。
[0042]图3是示出根据本发明的一个或多个方面的示例性扭矩控制模块300的框图。扭矩 控制模块300可以包括最大通量计算器302、最佳通量计算机304、通量调节器306、通量校正 器308、最大扭矩计算器310、扭矩限制器312和查找表314。
[0043]扭矩控制模块300可以包括多个输入和至少一个输出。在一些示例中，扭矩控制模 块300的输入包括DC电压(Vdc )、电机速率ω e、参考扭矩Tref和通量校正值Ψ Ctirr。在一些示例 中，扭矩控制模块300可以输出参考电流Idq,ref。
[0044] 最大通量计算机302可以接收DC电压Vdc和电机速率ω0的指示。由于通量是DC电压 和电机速度的函数，所以最大通量计算器302可以确定最大可用通量ΨΜΧ并输出最大可用 通量的指示。最佳通量计算器304可以接收参考扭矩的指示，并基于每安培最大扭矩(MTPA) 条件来确定。最佳通量计算器304可以输出最佳通量Ψ opt的指示。
[0045] 通量调节器306可以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 可以基于接收的值确定调节通量Wreg。在一些示例中，调节通量可以被设置为等于最佳通 量Ψ〇Ρ4Ρ最大可用通量Ψ_χ中的最小值。通量调节器306可以输出调节通量Wreg的指示。 [00 46] 通量校正器308可以接收调节通量的指示和通量校正值，并确定通量限值Wlim。在 一些示例中，通量限值可以被设置为大于通量校正值和调节通量。通量校正器308可以输出 通量限值Ψ Iim的指示。
[0047]最大扭矩计算器310可以接收通量限值的指示，并基于每通量最大扭矩(MTPF)条 件确定最大可用扭矩Tmax。最大扭矩计算器310可以输出最大可用扭矩Tmax的指示。扭矩限制 器312可以接收最大扭矩T max的指示和参考扭矩Tref并确定扭矩限值Tlim。在一些示例中，扭 矩限制器312可以将扭矩限值T lim设置为等于或大于最大可用扭矩Tmax和参考扭矩Tref。扭矩 限制器312可以输出扭矩限值T ll^指示。
[0048]扭矩控制模块300可以将通量限值Wlim的指示与扭矩限值1^?的指示与Idq查找表 314进行比较。Idq查找表314可以包括通量限值Ψη"和扭矩限值Tiim与参考电流I dq,之间的 映射。扭矩控制模块300可以基于Idq查找表314确定参考电流Idq,，并输出确定的参考电流 Idq,ref。在一些示例中，扭矩控制模块300可以在不具有查找表314的情况下确定参考电流 Idq,ref。例如，扭矩控制模块300可以直接基于MTPA和MPTF条件计算参考电流Idq,ref。如参照 图2所述，电流控制模块204可以接收参考电流Idq,rrf的指示，并基于接收的参考电流Idq,rrf 确定参考电压Vdq, rrf。
[0049]图4是示出根据本发明的一个或多个方面的示例性控制器400的框图。控制器400 可以被配置为将多相电机1〇8(图1)处理为多个虚拟多相电机。控制器400可以被配置为将N 相电机108控制为任何数量的虚拟多相电机，其中每个虚拟多相电机都包括任何数量的相 位。例如，控制器400可以控制两个虚拟电机、三个虚拟电机或任何数量的虚拟电机。在一些 示例中，每个虚拟多相电机都可以包括相同数量的电机。例如，多相电机108可以包括六相， 并且控制器400可以被配置为控制两个虚拟多相电机，每个虚拟电机都具有三相。然而，每 个虚拟多相电机中的相位数可以不同。例如，多相机器1 〇 1可以包括七相，并且控制器400可 以被配置为控制两个虚拟多相电机，其中第一虚拟电机包括三相而第二虚拟多相电机包括 四相。
[0050] 仅为了说明，多相机器101被描述为六相机器，并且控制器400被描述为控制两个 虚拟多相电机，每个虚拟多相电机都具有三相。然而，在其他示例中，虚拟电机的数量可以 大于两个，和/或每个虚拟电机中相位的数量可以大于三。
[0051] 从控制器400的角度看，每个虚拟多相电机都共享轴和转子。由于每个虚拟多相电 机共享相同的物理结构，所以可以预期每个虚拟三相电机是对称的且每个虚拟三相电机中 的电流可以相同。然而，在一些示例中，每个虚拟三相电机中的电流可以不同。在一些示例 中，不同的定子电流可以在多相电机108中创建谐波。一些谐波可能是不期望的，因为它们 可能引起较高的温度。而较高的温度又会劣化或消磁转子中的永磁体。在一些示例中，控制 器400可以基于每个虚拟三相电机中的实际电流来确定通量校正值通量校正值W ccirr 可以使得控制器400通过调节通量和参考电流Idq,ref来执行磁场削弱，这在一些示例中会减 小或消除多相电机108中不期望的谐波，并且减少或防止对永磁体的损伤。
[0052] 控制器400可以包括扭矩分配模块420和子系统401、411。子系统401、411均可以控 制一个虚拟多相电机。每个子系统401、411都可以包括扭矩控制模块(分别为402、412)、电 流控制模块(分别为404、414)和脉冲调制器(分别为406、416)。控制器400可以根据虚拟多 相电机的数量来包括附加的子系统。例如，如果控制器400包括三个虚拟多相电机，则控制 器400可以包括三个子系统。
[0053]扭矩分配模块420可以在子系统之间分配参考扭矩Tref。例如，扭矩分配模块420可 以向扭矩控制模块402和扭矩控制模块412分配一半的参考扭矩Tref，使揭
在一些示例中，扭矩分配模块420可以不均匀地分配参考扭矩T ref。
[0054]扭矩控制模块402可以接收多个输入和至少一个输出。在一些示例中，扭矩控制模 块402的输入包括DC电压VDC、电机速率coe和参考扭矩Trefl。如参照图3所述，扭矩控制模块 402可以基于输入从I dq查找表314中确定参考电流Idq,refl，并输出参考电流。电流控制模块 404可以接收参考电流Idq, refi、DC电压Vdc和电机速率ω0的指示。如参照图2讨论的，电流控 制模块404可以基于接收的参考电流I dq,refl确定参考电压Vdq,refl。电流控制模块404还可以 确定通量校正值Ψ corrl并输出通量校正值Ψ corrl的指示。在一些示例中，如参照图2所述，通 量校正值可以基于参考电压Vdq,MfjPVmax来确定。扭矩控制模块402可以接收通量校正值 Ψ COTrl的指示并基于通量校正值Ψ COTrl调整参考电流Idq, rrfl。
[0055] 类似地，子系统411可以基于DC电压VDC、电机速率ω e和参考扭矩Tref2确定参考电 流Idq, ref 2和参考电压Vdq, ref 2。子系统41 1还可以确定通量校正值Wcorr2，并基于通量校正值 Ψ?ιτ2更新参考电流Idq,rrf2和参考电压Vdq,:ref2。
[0056] 控制器400可以确定相互独立的通量校正值Ψ Ctirrl、Ψ Ctirr2。控制器400可以独立地 基于对应的通量校正值Ψ_η、Ψ corr2 调整参考电压Vdq ,refI> Vdq,ref2 ? 并分别向脉冲调制器 406、416输出参考电压￥<1(1,^1、￥(1(1,^2。脉冲调制器406、416可以调制对应反相器的占空比， 这可以帮助用于对应虚拟多相电机的磁场削弱控制。因此，控制器400可以减少或消除多相 电机108中不期望的谐波，并且防止或减少对永磁体的损伤。
[0057]图5是示出根据本发明的一个或多个方面的示例性控制器500的框图。控制器500 可以被配置为将多相电机1〇8(图1)处理为多个虚拟多相电机。控制器500可以被配置为控 制N相电机108作为M个虚拟多相电机，其中M是任何正整数且每个虚拟多相电机都包括任何 数量的相位。仅为了说明，多相机器101被描述为六相机器，并且控制器500被描述为控制两 个虚拟多相电机，每个虚拟多相电机都包括三相。
[0058] 控制器500可以包括扭矩分配模块520。扭矩分配模块520可以在子系统之间分配 参考扭矩Tref。例如，扭矩分配模块520可以向扭矩控制模块502和扭矩控制模块512分配一 半的参考扭矩Tref，使I
￡ 一些示例中，扭矩分配模块520可 以不均匀地分配参考扭矩Tref。
[0059] 控制器500可以包括子系统501、511，它们中的每一个都控制一个虚拟多相电机。 控制器500可以根据虚拟多相电机的数量包括附加的子系统。例如，如果控制器500包括三 个虚拟多相电机，则控制器500可以包括三个子系统。每个子系统500、511都可以包括扭矩 控制模块（分别为502、512)、电流控制模块（分别为504、514)和脉冲调制器（分别为506、 516)。在一些示例中，控制器500可以包括扭矩分配模块520和结合扭矩矫正模块520。
[0060] 扭矩控制模块502可以接收DC电压Vdc以及电机速率COe和参考扭矩T refl的指示。如 参照图3所述，扭矩控制模块502可基于输入从Idq查找表314中确定参考电流Idq, refl，并输出 参考电流Idq,refl。电流控制模块504可以接收参考电流Idq,refl、DC电压V dc以及电机速率…的 指示。如参照图2所讨论的，电流控制模块404可以基于接收的参考电流Idq,refl确定参考电 压Vdq, ref 1。电流控制模块404还可以确定通量校正值ψ CCirrl并输出通量校正值ψ COTrl。在一些 示例中，如参照图2所述，通量校正值可以基于参考电压Vdq, refl和Vmax来确定。类似地，子系 统511可以基于DC电压Vdc、电机速率CO e和参考扭矩Tref2确定参考电流Idq,ref2和参考电压 Vdq, ref 2。电流控制模块5 14还确定通量校正值ψ CCirr2并输出通量校正值ψ CCirr2。
[0061 ] 在一些示例中，有利地，基于相同的通量校正值调节参考电流Idq,refl、Idq, ref2以及 参考电压Vdq,refl、Vdq,ref2。在一些不例中，结合通量校正模块5 2 0可以接收通量校正值 Ψ corrl、Ψ ?rr2并基于输入的通量校正值Ψ 、Ψ 确定结合通量校正值Ψ 。结合通 量校正值ψ ccxrr*可以与通量校正值Wcorrl、Ψ?ι?·2中的一个成比例。例如，通量校正限制器可 以将结合通量校正值Ψ 设置为等于通量校正值Ψ 、Ψ中的最小值。在一些示例 中，如果等式3被重写为Δ V= I Vdq, ref I _k*Vmax，则结合通量校正值Ψ corr*可以被设置为等于 通量校正值Ψ corrl、Ψ 中的最大值。结合通量校正模块520可以输出结合通量校正值 Ψ _*，其可以被反馈回扭矩控制模块502、512。
[0062]扭矩控制模块502、512可以接收结合通量校正值并基于结合通量校正值 Ψ corr* 分别调整参考电流I dq,refI> Idq,ref2〇 扭矩控制模块502、512可以输出更新的参考电流 1<1<1^1、1 (1(1^2。电流控制模块504、514可以接收更新的参考电流1(1(1,^1、1(1(1,^2，并且可以 基于更新的参考电流1(^,1^1、1(^,1^2调整参考电压￥(^ ,refl>Vdq,ref2 〇 电流控制模块504、514可 以向对应的脉冲调制器506、516输出参考电压￥如,^1、￥如,^2。脉冲调制器506、516可调制对 应反相器的占空比。通过使用相同的结合通量校正值来为每个虚拟三相电机更新参 考电流和电压，每个虚拟三相电机都可以以相同的磁场削弱等级来操作。因此，与可以防止 或减少对永磁体的损伤的其他示例相比，控制器500可以更加有效地减少或消除多相电机 108中不期望的谐波。
[0063]图6是示出根据本发明的一个或多个方面的示例性控制器600的框图。在一些示例 中，控制器600包括扭矩分配模块620和子系统601、611。控制器500可以被配置为将多相电 机108(图1)处理为多个虚拟多相电机。控制器600可以被配置为控制N相电机108作为M个虚 拟多相电机，其中M是任何正整数且每个虚拟多相电机都包括任何数量的相位。仅为了说 明，多相机器101被描述为六相机器，并且控制器600被描述为控制两个虚拟多相电机，每个 虚拟多相电机都包括三相。控制器600可以包括M个子系统，使得每个子系统都对应于虚拟 多相电机。
[0064]子系统601可以包括扭矩控制模块602、电流控制模块604、脉冲调制器606、相位测 量模块608和谐波消除模块609。类似地，子系统611可以包括扭矩控制模块612、电流控制模 块614、脉冲调制器616、相位测量模块618和谐波消除模块619。
[0065]扭矩控制模块602、612可以基本类似于参照图3描述的扭矩控制模块300。扭矩控 制模块602、612可包括多个输入，诸如DC电压VDC、电机速率(〇0和参考扭矩（分别为T refl、 Tref2)。在一些示例中，扭矩控制模块602、612可以接收通量校正值。扭矩控制模块602、612 可以确定参考电流1(^,1^1、1(^,1^2并输出参考电流。
[0066] 电流控制模块604、614可以分别包括多个输入，诸如DC电压VDC、电机速率〇0和参 考电流I dq,refI> Idq,ref2 〇 电流控制模块604、614分别确定参考电压Vdq,re3fi、Vdq, rrfi。电流控制 模块604、614分别向脉冲调制器606、616输出参考电压。
[0067] 扭矩分配模块620可以在子系统之间分配参考扭矩Tref。子系统601、611可以以"主 动"模式或"被动"模式操作。在一些不例中，两个子系统601、611都可以主动模式操作。在一 些不例中，一个子系统(例如601)可以主动模式操作而另一个子系统(例如611)以被动模式 操作。在主动模式中，扭矩分配模块620针对特定的子系统向扭矩控制模块分配参考扭矩 Tref的至少一部分。在被动模式中，扭矩分配模块620向特定的子系统分配零或近似为零的 扭矩。
[0068] 在一些不例中，子系统601、611均以主动模式操作。扭矩分配模块620可以在子系 统之间均匀地分配参考扭矩Tref。例如，扭矩分配模块620可以向每个扭矩控制模块602、612 分配一半的参考扭矩Tref，使得
在一些示例中，在控制器600 包括M个子系统的情况下，扭矩分配模块620可以向M个子系统中的每一个均匀地分配扭矩， 使得每个扭矩控制模块都接收等弓
的扭矩量。在一些示例中，扭矩分配模块620可以不 均匀地分配参考扭矩Trrf，使得Iref i不等于Trrf2 (例女
[0069] 在一些示例中，控制器600可以被配置为关闭子系统601、611中的至少一个，使得 用于特定子系统的相位电流的设置不是操作的，或者以被动模式确定子系统60U611中的 至少一个。在一些示例中，有利地，如果多相机器101不适当地工作，则关闭一组相位。在一 些示例中，关闭一组相位可以提高多相机器101的效率或其他操作特性（例如，温度、谐波 等)。
[0070] 扭矩分配模块620可以不向子系统601、611中的至少一个分配任何扭矩。例如，控 制器600可以被配置为将六相机器101处理为两个虚拟三相电机。在一些示例中，控制器600 可以被配置为关闭第一虚拟三相电机，使得只有第二虚拟多相电机产生扭矩（即，第二虚拟 多相电机以主动模式被驱动）。在一些示例中，控制器600可以被配置为将九相机器101处理 为三个虚拟三相电机，并且可以被配置为关闭至少一个虚拟多相电机。例如，控制器600可 以被配置为关闭三个虚拟三相电机中的一个，并且通过向剩余操作的虚拟多相电机的扭矩 控制模块分配(均等或不均等地)参考扭矩Tref来主动地驱动剩余操作虚拟多相电机。作为 另一示例，控制器600可以被配置为关闭三个虚拟多相电机中的两个，使得只有操作虚拟多 相电机被主动驱动并产生等于参考扭矩T ref的扭矩。然而，在一些示例中，关闭虚拟多相电 机可以干扰主动驱动的电机的操作，并且可以将多相电机108限制为低于磁场削弱速度的 速度。
[0071] 在一些示例中，与控制器600关闭虚拟多相电机不同，控制器600可以被配置为通 过向虚拟多相电机分配零或近似为零的扭矩来被动地驱动虚拟多相电机。在一些示例中， 通过分配近似为零牛顿米的扭矩被动地驱动虚拟多相机器可以减少主动驱动的电机的干 扰，同时仍然能够使多相电机108在磁场削弱范围中操作。
[0072]控制器600可以通过结合谐波检测和消除来改进主动驱动子系统的操作。控制器 600的子系统601可以包括相位测量模块608、谐波估计模块609和谐波消除模块610。类似 地，子系统611可以包括相位测量模块618、谐波估计模块619和谐波消除模块620。相位测量 模块608、618可以测量定子电流I a,b,c或转子位置。谐波估计模块609、619可以检测多相电机 108中的谐波的存在。例如，谐波估计模块609、619可以对定子电流执行快速傅里叶变换 (FFT)以检测谐波的存在(包括不期望的谐波)并确定多相电机108中的谐波的等级。
[0073]谐波消除模块610、620可以使得控制器600检测多相电机108中的谐波，并且取消 或减少不期望的谐波以降低电流或扭矩波纹、振动和噪声的量。谐波消除模块610、620可以 接收来自谐波估计模块609、619的谐波的指示，并且控制器600可以调整电流或电压以减少 或消除不期望的谐波。例如，电流控制模块609、619可以接收谐波的指示，并调整参考电压 Vdq,refl、Vdq,ref2,由此改变对应反相器的占空比。调整占空比可以减少多相电机108中不期望 的谐波，这可以改进多相电机108和/或永磁体的操作或寿命。
[0074] 图7是示出根据本发明的一个或多个方面的用于操作示例性控制器的示例性方法 的流程图。在一些示例中，图5的控制器500可以被配置为针对多相电机中的每个虚拟电机 确定通量校正值(702)。通量校正值可以通过对最大可用电压和参考电压之间的差进行积 分来确定。控制器500可以被配置为输出通量校正值(704)的指示并基于通量校正值的指示 更新参考电流（Id q,ref)(706)。通过更新参考电流，控制器500可以执行用于多相电机108的 磁场削弱，这可以改进多相电机108的操作，降低损伤永磁体的风险，并且延长多相电机108 的操作寿命。在一些示例中，控制器500可以被配置为控制多个虚拟多相电机并确定结合通 量校正值。通过使用结合通量校正值，控制器500可以同步多个虚拟多相电机，这可以降低 对永磁体的损伤的风险。控制器500可以进一步被配置为基于更新的参考电流更新参考电 压（V dq,ref )(708)。控制器500可以基于更新的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以使得控制器500通过使能磁场削弱并生成更多的通量和 扭矩来改进多相电机108的操作。
[0075] 图8是示出根据本发明的一个或多个方面的操作示例性控制器的示例性方法的流 程图。在一些示例中，图6的控制器600可以被配置为确定扭矩量以分配给多相电机108中的 第一虚拟多相电机和第二虚拟多相电机(802)。控制器600可以被配置为主动地驱动多相电 机中的第一虚拟多相电机(804)。控制器600可以被配置为被动地驱动多相电机中的第二虚 拟多相电机(806)。在一些示例中，如果一个或多个相位是不可操作的，则主动地驱动第一 虚拟多相电机和被动地驱动第二虚拟多相电机可以使得控制器600保持多相电机108的冗 余控制。控制器600可以被配置为检测多项电机中不期望的谐波(808)。控制器600可以被配 置为减少多相电机108中不期望的谐波（810)。因此，控制器600可以通过减少不期望的谐 波、减少电流或扭矩波纹并减少噪声来改进多相电机108的操作。
[0076] 以下示例可以示出本公开的一个或多个方面。
[0077] 示例1. 一种用于控制多相电机的控制器，包括:扭矩控制模块；以及电流控制模 块，其中电流控制模块被配置为接收来自扭矩控制模块的参考电流，确定参考电压，基于参 考电压、最大可用电压和多相电机的速度确定通量校正值，并输出通量校正值，其中扭矩控 制模块被配置为接收通量校正值并基于通量校正值更新参考电流。
[0078] 示例2.根据示例1的控制器，还包括至少一个脉冲调制器，其中电流控制模块被配 置为输出参考电压，其中至少一个脉冲调制器被配置为接收参考电压并调制多相电机的占 空比。
[0079] 示例3.根据示例1-2的任何组合的控制器，其中扭矩控制模块被配置为基于可用 通量和参考扭矩计算参考电流。
[0080] 示例4.根据示例1-3的任何组合的控制器，其中通量校正值基于参考电压和最大 可用电压之间的差值。
[0081] 示例5.根据示例1-4的任何组合的控制器，其中控制器被配置为控制多相电机作 为多个虚拟多相电机，其中控制器还包括用于多个虚拟多相电机中的每一个的扭矩控制模 块和电流控制模块，其中每个电流控制模块均被配置为接收来自相应的扭矩控制模块的参 考电流，确定通量校正值，并输出相应的通量校正值，其中每个扭矩控制模块均被配置为接 收来自相应的电流控制模块的通量校正值并基于所接收的通量校正值更新相应的参考电 流。
[0082] 示例6.根据示例1-5的任何组合的控制器，其中控制器被配置为控制多相电机作 为多个虚拟多相电机，控制器还包括:通量校正模块；以及用于多个虚拟多相电机中的每一 个的扭矩控制模块和电流控制模块，其中每个电流控制模块均被配置为接收来自相应的扭 矩控制模块的参考电流，确定通量校正值，并输出相应的通量校正值，其中通量校正模块被 配置为接收来自每个电流控制模块的通量校正值，确定结合通量校正值，并输出结合通量 校正值，其中每个扭矩控制模块均被配置为接收结合通量校正值并基于结合通量校正值更 新相应的参考电流。
[0083]示例7.根据示例1-6的任何组合的控制器，其中通量校正值中的每一个均包括通 量校正值的集合，其中结合通量校正值与通量校正值的集合的最小值或最大值成比例。
[0084] 示例8.-种控制多相电机的方法，包括:基于最大可用电压、多相电机的速度和参 考扭矩确定参考电流;基于参考电流确定参考电压;基于参考电压、最大可用电压和多相电 机的速度确定通量校正值；以及基于通量校正值更新参考电流。
[0085] 示例9.根据示例8的方法，还包括:基于参考电压调制多相电机的占空比。
[0086] 示例10.根据示例8-9的任何组合的方法，还包括:基于可用通量和参考扭矩计算 参考电流。
[0087] 示例11.根据示例8-10的任何组合的方法，还包括:将多相电机虚拟地控制为多个 虚拟多相电机，其中对于多个虚拟多相电机中的每一个，虚拟地控制多相电机包括:基于最 大可用电压、多相电机的速度和参考扭矩确定参考电流;基于参考电流确定参考电压;基于 参考电压、最大可用电压和多相电机的速度确定通量校正值；以及基于通量校正值更新参 考电流。
[0088]示例12.根据示例8-11的任何组合的方法，还包括:将多相电机虚拟地控制为多个 虚拟多相电机，其中对于多个虚拟多相电机中的每一个，虚拟地控制多相电机包括:基于电 压、电机速度和参考扭矩确定参考电流;基于参考电流确定参考电压；以及基于参考电压确 定通量校正值，该方法还包括:确定结合通量校正值；以及对于多个虚拟多相电机中的每一 个，基于结合通量校正值，更新相应的参考电流。
[0089]示例13.根据示例8-12的任何组合的方法，其中，确定结合通量校正值包括计算与 通量校正值的最小值或最大值成比例的值。
[0090] 示例14. 一种系统，包括：多相电机；以及控制器，用于控制多相电机，其中控制器 包括:扭矩控制模块和电流控制模块，其中电流控制模块被配置为接收来自扭矩控制模块 的参考电流，确定参考电压，基于参考电压、最大可用电压和多相电机的速度确定通量校正 值，并输出通量校正值，其中扭矩控制模块被配置为接收通量校正值并基于通量校正值更 新参考电流。
[0091] 示例15.根据示例14的系统，控制器还包括至少一个脉冲调制器，其中电流控制模 块被配置为输出参考电压，其中至少一个脉冲调制器被配置为接收参考电压并调制多相电 机的占空比。
[0092] 示例16.根据示例14-15的任何组合的系统，其中扭矩控制模块被配置为基于可用 通量和参考扭矩计算参考电流。
[0093] 示例17.根据示例14-16的任何组合的系统，其中通量校正值基于参考电压和最大 可用电压之间的差值。
[0094] 示例18.根据示例14-17的任何组合的系统，其中控制器被配置为将多相电机控制 为多个虚拟多相电机，其中控制器还包括用于多个虚拟多相电机中的每一个的扭矩控制模 块和电流控制模块，其中每个电流控制模块均被配置为接收来自相应的扭矩控制模块的参 考电流，确定通量校正值，并输出相应的通量校正值，其中每个扭矩控制模块均被配置为接 收来自相应的电流控制模块的通量校正值并基于所接收的通量校正值更新相应的参考电 流。
[0095] 示例19.根据示例14-18的任何组合的系统，其中控制器被配置为将多相电机控制 为多个虚拟多相电机，控制器还包括:通量校正模块；以及用于多个虚拟多相电机中的每一 个的扭矩控制模块和电流控制模块，其中每个电流控制模块均被配置为接收来自相应的扭 矩控制模块的参考电流，确定通量校正值，并输出相应的通量校正值，其中通量校正模块被 配置为接收来自每个电流控制模块的通量校正值，确定结合通量校正值，并输出结合通量 校正值，其中每个扭矩控制模块均被配置为接收结合通量校正值并基于结合通量校正值更 新相应的参考电流。
[0096]示例20.根据示例14-19的任何组合的系统，其中通孔校正值中的每一个均包括通 量校正值的集合，其中结合通量校正值与通量校正值的集合的最小值或最大值成比例。 [0097]前述示例用于示出可应用于本文描述的技术和电路的示例或应用。在一个或多个 示例中，所描述的功能可以以硬件、软件、固件或它们的任何组合来实施。例如，本文所描述 的一个或多个控制器以硬件、软件、固件或它们的任何组合来实施。如果以软件实施，则功 能可以以一个或多个指令或代码存储在计算机可读介质上或在计算机可读介质上传输，并 且由基于硬件的处理单元来执行。计算机可读介质可以包括计算机可读存储介质，其对应 于诸如数据存储介质的有形介质或者通信介质(包括例如根据通信协议利用将计算机程序 从一个地方传输到另一个地方的任何介质）。以这种方式，计算机可读介质通常可以对应于 (1)有形计算机可读存储介质，其是非暂态的或者(2)通信介质，诸如信号或载波。数据存储 介质可以是任何可用的介质，其可以被一个或多个计算机或者一个或抖个处理器来访问以 检索用于实施本公开所描述技术的指令、代码和/或数据结构。计算机程序产品可以包括计 算机可读介质。
[0098] 通过示例但不限制，这种计算机可读存储介质可以包括RAM、R0M、EEPR0M、CD_R0M 或其他光盘存储器、磁盘存储器或其他磁性存储设备、闪存、或者可用于以指令或数据结构 的形式存储期望程序代码并且可以被计算机访问的任何其他介质。此外，任何连接被适当 地称为计算机可读介质。例如，如果使用同轴电缆、光纤线缆、双钮线、数字用户线(DSL)或 无线技术(诸如红外、无线电和微波)从网站、服务器或其他远程源传输指令，则同轴电缆、 光纤线缆、双钮线、数字用户线(DSL)或无线技术(诸如红外、无线电和微波)包括在介质的 定义中。然而，应该理解，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 他瞬态介质，而是非暂态、有形的存储介质。
[0099] 指令可以被一个或多个处理(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)、现场可编程逻辑阵列(FPGA)或其他等效的集成或分立逻辑电路） 执行。因此，本文使用的术语"处理器"可以表示前述结构或用于实施本文描述的技术的任 何其他结构。此外，在一些方面中，本文描述的功能可以设置在被配置用于编码或解码的专 用硬件和/或软件内，或者结合到组合编码解码器中。此外，技术可以完全在一个或多个电 路或逻辑元件中实施。
[0100] 本公开的技术可以在各种设备或装置中实施，包括集成电路(IC)或IC集合(例如， 芯片集）。本文描述各种部件、模块或单元以强调被配置为执行所公开技术的设备的功能方 面，但是不是必须要求通过不同的硬件单元来实现。此外，如上所述，各种单元可以与适当 的软件和/或固件结合在硬件单元中组合或者通过交互硬件单元的集合来提供，包括上述 一个或多个处理器。
[0101] 描述了各个示例。这些和其他示例包括在以下权利要求的范围内。
【主权项】
1. 一种用于控制多相电机的控制器，包括： 扭矩控制模块；以及 电流控制模块， 其中所述电流控制模块被配置为接收来自所述扭矩控制模块的参考电流，确定参考电 压，基于所述参考电压、最大可用电压和所述多相电机的速度确定通量校正值，并输出所述 通量校正值， 其中所述扭矩控制模块被配置为接收所述通量校正值并基于所述通量校正值更新所 述参考电流。2. 根据权利要求1所述的控制器，还包括至少一个脉冲调制器，其中所述电流控制模块 被配置为输出所述参考电压， 其中所述至少一个脉冲调制器被配置为接收所述参考电压并调制所述多相电机的占 空比。3. 根据权利要求1所述的控制器，其中所述扭矩控制模块被配置为基于可用通量和参 考扭矩计算所述参考电流。4. 根据权利要求1所述的控制器，其中所述通量校正值基于参考电压和最大可用电压 之间的差值。5. 根据权利要求1所述的控制器，其中所述控制器被配置为控制所述多相电机作为多 个虚拟多相电机， 其中所述控制器还包括用于所述多个虚拟多相电机中的每一个的扭矩控制模块和电 流控制模块， 其中每个电流控制模块均被配置为接收来自相应的扭矩控制模块的参考电流，确定通 量校正值，并输出相应的通量校正值， 其中每个扭矩控制模块均被配置为接收来自相应的电流控制模块的所述通量校正值 并基于所接收的通量校正值更新相应的参考电流。6. 根据权利要求1所述的控制器，其中所述控制器被配置为控制所述多相电机作为多 个虚拟多相电机，所述控制器还包括： 通量校正模块；以及 用于所述多个虚拟多相电机中的每一个的扭矩控制模块和电流控制模块， 其中每个电流控制模块均被配置为接收来自相应的扭矩控制模块的参考电流，确定通 量校正值，并输出相应的通量校正值， 其中所述通量校正模块被配置为接收来自每个电流控制模块的所述通量校正值，确定 结合通量校正值，并输出所述结合通量校正值， 其中每个扭矩控制模块均被配置为接收所述结合通量校正值并基于所述结合通量校 正值更新相应的参考电流。7. 根据权利要求6所述的控制器，其中所述通量校正值中的每一个均包括通量校正值 的集合，其中所述结合通量校正值与所述通量校正值的集合的最小值或最大值成比例。8. -种控制多相电机的方法，包括： 基于最大可用电压、所述多相电机的速度和参考扭矩确定参考电流； 基于所述参考电流确定参考电压； 基于所述参考电压、所述最大可用电压和所述多相电机的速度确定通量校正值；以及 基于所述通量校正值更新所述参考电流。9. 根据权利要求8所述的方法，还包括:基于所述参考电压调制所述多相电机的占空 比。10. 根据权利要求8所述的方法，还包括： 基于可用通量和参考扭矩计算所述参考电流。11. 根据权利要求8所述的方法，还包括:将所述多相电机虚拟地控制为多个虚拟多相 电机，其中对于所述多个虚拟多相电机中的每一个，虚拟地控制所述多相电机包括： 基于最大可用电压、所述多相电机的速度和参考扭矩确定参考电流； 基于所述参考电流确定参考电压； 基于所述参考电压、所述最大可用电压和所述多相电机的速度确定通量校正值；以及 基于所述通量校正值更新所述参考电流。12. 根据权利要求8所述的方法，还包括:将所述多相电机虚拟地控制为多个虚拟多相 电机，其中对于所述多个虚拟多相电机中的每一个，虚拟地控制所述多相电机包括:基于电 压、电机速度和参考扭矩确定参考电流;基于所述参考电流确定参考电压；以及基于所述参 考电压确定通量校正值，所述方法还包括： 确定结合通量校正值；以及 对于所述多个虚拟多相电机中的每一个，基于所述结合通量校正值，更新相应的参考 电流。13. 根据权利要求12所述的方法，其中确定所述结合通量校正值包括计算与通量校正 值的最小值或最大值成比例的值。14. 一种系统，包括： 多相电机；以及 控制器，用于控制所述多相电机，其中所述控制器包括： 扭矩控制模块;和 电流控制模块， 其中所述电流控制模块被配置为接收来自所述扭矩控制模块的参考电流，确定参考电 压，基于所述参考电压、最大可用电压和所述多相电机的速度确定通量校正值，并输出所述 通量校正值， 其中所述扭矩控制模块被配置为接收所述通量校正值并基于所述通量校正值更新所 述参考电流。15. 根据权利要求14所述的系统，其中所述控制器还包括至少一个脉冲调制器， 其中所述电流控制模块被配置为输出所述参考电压， 其中所述至少一个脉冲调制器被配置为接收所述参考电压并调制所述多相电机的占 空比。16. 根据权利要求14所述的系统，其中所述扭矩控制模块被配置为基于可用通量和参 考扭矩计算所述参考电流。17. 根据权利要求14所述的系统，其中所述通量校正值基于参考电压和最大可用电压 之间的差值。18. 根据权利要求14所述的系统，其中所述控制器被配置为将所述多相电机控制为多 个虚拟多相电机， 其中所述控制器还包括用于所述多个虚拟多相电机中的每一个的扭矩控制模块和电 流控制模块， 其中每个电流控制模块均被配置为接收来自相应的扭矩控制模块的参考电流，确定通 量校正值，并输出相应的通量校正值， 其中每个扭矩控制模块均被配置为接收来自相应的电流控制模块的所述通量校正值 并基于所接收的通量校正值更新相应的参考电流。19. 根据权利要求14所述的系统，其中所述控制器被配置为将所述多相电机控制为多 个虚拟多相电机，所述控制器还包括： 通量校正模块；以及 用于所述多个虚拟多相电机中的每一个的扭矩控制模块和电流控制模块， 其中每个电流控制模块均被配置为接收来自相应的扭矩控制模块的参考电流，确定通 量校正值，并输出相应的通量校正值， 其中所述通量校正模块被配置为接收来自每个电流控制模块的所述通量校正值，确定 结合通量校正值，并输出结合通量校正值， 其中每个扭矩控制模块均被配置为接收所述结合通量校正值并基于所述结合通量校 正值更新相应的参考电流。20. 根据权利要求19所述的系统，其中所述通孔校正值中的每一个均包括通量校正值 的集合，其中所述结合通量校正值与所述通量校正值的集合的最小值或最大值成比例。
【文档编号】H02P23/14GK106067752SQ201610252502
【公开日】2016年11月2日
【申请日】2016年4月21日 公开号201610252502.2, CN 106067752 A, CN 106067752A, CN 201610252502, CN-A-106067752, CN106067752 A, CN106067752A, CN201610252502, CN201610252502.2
【发明人】R·武勒迪克, D·T·纽格拉哈
【申请人】英飞凌科技股份有限公司