Ac电机控制系统的制作方法
【技术领域】
[0001]本实用新型一般地涉及电机，并更尤其涉及使用AC电机的直接转矩控制电机控制器。
【背景技术】
[0002]应在不断上涨的油价和全球变暖的可怕后果驱使下的消费者的要求，汽车工业逐渐开始接受对超低排放、高效率的汽车的需求。虽然行业内一些人仍在试图通过制造更为有效的内燃机来达到这些目标，但是其它人正在将混合动力或全电动驱动系并入它们的车辆阵容中。但是，为了达到消费者的期望，汽车工业不但必须实现更为绿色的驱动系，并且还必须同时维持合理水平的性能、范围、可靠性、安全性以及成本。
[0003]近年来，电动车已经被证明不仅对环境有益，而且还能够满足(如果没有超越)消费者对性能的需求和期望。虽然早期电动车使用了 DC电机，以便获得驱动车辆所需的可变的速度和转矩水平的，但是利用直接转矩控制的现代电机控制系统的出现已经使得AC电机能够传送同样水平的性能，同时提供了与AC电机相关联的许多优点，其中包括尺寸小、成本低，可靠性高以及少量维护。
[0004]虽然现有技术中教示了可以用于AC电机的多种直接转矩控制系统，但是这些系统典型地对电流具有较高的潜在有害的瞬态现象，这可能会通过导致功率功率转换半导体装置超过它们的工作极限而损害电气系统。作用于电流的瞬态现象无论是在通量和转矩从零开始迅速攀升时还是在当转矩命令迅速变化时瞬态操作过程中都可发生。除了作用于电流的瞬态现象以外，在瞬态操作和稳态高转矩操作过程中都可能出现大的转矩波动。转矩波动可缩短电机系统的寿命并对负载产生不期望的后果，例如机械振动和声学噪声。据此，需要一种AC电机控制系统，其防止出现高瞬态电流并限制转矩的波动。本实用新型提供了一种这样的控制系统。
【实用新型内容】
[0005]提供了一种AC电机控制系统，包括AC电机控制器，该AC电机控制器被配置成将一组变换器转换变量提供至被耦接至AC电机的功率变换器。该AC电机控制器进一步被配置成与以初级采样频率操作的初级控制环相结合执行第一系列操作，以及与以次级采样频率操作的次级控制环相结合执行第二系列操作，其中次级采样频率是初级采样频率的至少两倍，并优选地是至少四倍。在第一系列操作中，电压向量(voltage vector)被选定，其中该电压向量确定一组变换器转换变量并且基于相对于初级转矩误差带(torque error band)的转矩误差以及相对于通量误差带(flux error band)的通量误差，其中该电压向量确定一组变换器转换变量。在第二系列操作中，无论何时电流转矩误差超过次级转矩误差带时，电压向量都被设定为零电压向量。优选地，AC电机控制器被配置成将第二系列操作的初始化与第一系列操作的初始化相同步。优选地，此转矩误差带包括(i)次级转矩上限，其比初级转矩误差带的初级转矩上限更接近于参考电机转矩，以及(ii)次级转矩下限，其比初级转矩误差带的初级转矩下限更接近于参考电机转矩。AC电机控制器可被配置成确定所施加的定子电压并测量定子电流，其中所施加的定子电压和定子电流被AC电机控制器用于估计瞬时电机转矩并用于估计瞬时定子通量，该瞬时电机转矩被用于确定转矩误差，该瞬时定子通量被用于确定通量误差。AC电机控制器可利用第一装置结合初级控制环执行第一系列操作，并利用第二装置，例如现场可编程门阵列(FPGA)或复杂可编程逻辑器件(CPLD)结合次级控制环执行第二系列操作。
[0006]另一方面，提供了一种AC电机控制系统，包括AC电机控制器，该AC电机控制器被配置成将一组变换器转换变量提供至被耦接至AC电机的功率变换器。该AC电机控制器被进一步配置成结合以初级采样频率操作的初级控制环执行第一系列操作，以及结合以次级采样频率操作的次级控制环执行第二系列操作，其中次级采样频率是初级采样频率的至少两倍，优选地是至少四倍。在第一系列操作中，电压向量被选定，其中电压向量确定一组变换器转换变量并且基于相对于初级转矩误差带的转矩误差和相对于通量误差带的通量误差，其中电压向量确定一组变换器转换变量，并且其中当相应的初级控制环计算循环完成时立即施加该电压向量。在第二系列操作中，无论何时所测量的相电流超过预设定电流限制，电压向量都被设定成零电压向量。优选地，该AC电机控制器被配置成将第二系列操作的初始化与第一系列操作的初始化相同步。该AC电机控制器可被配置成确定所施加的定子电压并测量定子电流，其中所施加的定子电压和定子电流被AC电机控制器用于估计瞬时电机转矩并用于估计瞬时定子通量，该瞬时电机转矩被用于确定转矩误差，该瞬时定子通量被用于确定通量误差。AC电机控制器可利用第一装置结合初级控制环执行第一系列操作，并利用第二装置，例如现场可编程门阵列(FPGA)或复杂可编程逻辑器件(CPLD)，结合次级控制环执行第二系列操作。
[0007]另一方面，提供了一种AC电机控制系统，包括AC电机控制器，该AC电机控制器被配置成将一组变换器转换变量提供至被耦接至AC电机的功率变换器。该AC电机控制器被进一步配置成结合以初级采样频率操作的初级控制环执行第一系列操作，以及结合以次级采样频率操作的次级控制环执行第二系列操作，其中该次级采样频率是初级采样频率的至少两倍，并优选地是至少四倍。在第一系列操作中，电压向量被选定，其中该电压向量确定一组变换器转换变量并且基于相对于初级转矩误差带的转矩误差以及相对于通量误差带的通量误差，其中该电压向量确定一组变换器转换变量，并且其中电压向量的应用被延迟直到下一个初级控制环循环初始化。在第二系列操作中，无论何时所测量的相电流超过预设定电流限制，电压向量都被设定成零电压向量。优选地，AC电机控制器被配置成将第二系列操作的初始化与第一系列操作的初始化相同步。该AC电机控制器可被配置成确定所施加的定子电压并测量定子电流，其中所施加的定子电压和定子电流被AC电机控制器用于估计瞬时电机转矩以及估计瞬时定子通量，该瞬时电机转矩被用于确定转矩误差，该瞬时电子通量被用于确定通量误差。该AC电机控制器可利用第一装置结合初级控制环执行第一系列操作，以及利用第二装置，例如现场可编程门阵列(FPGA)或复杂可编程逻辑器件(CPLD)，结合次级控制环执行第二系列操作。
[0008]在常规的直流转矩控制(DTC)系统中，由于从一个选定的电压向量突然转换至另一个随后选定的电压向量所发生的转矩过冲和转矩下冲引起转矩波动。此外，在对转换变量进行采样的时间和选定向量并将其馈给源转换器的时间之间存在延迟，其可能扩大转矩波动的幅度并延长它们的持续时间。因此，需要限制转矩波动的电机控制器。本实用新型的电机控制器限制了转矩波动。
[0009]参考本说明书和附图的剩余部分可实现对本实用新型的本质和优点的进一步理解。
【附图说明】
[0010]应该理解的是，附图仅意味着示出而不是限制本实用新型的范围，并且不应被认为是按比例描绘的。此外，在不同附图上相同的参考标记应被理解为指示相同的组件或者功能相似的组件。
[0011]图1提供了本实用新型的直接转矩控制系统的示意图；
[0012]图2示出了现有技术中常规的直接转矩控制系统的转矩控制分支的示例性转矩振荡波形；
[0013]图3示出了使用本实用新型的转矩波动限制方法具有降低的转矩波动的示例性转矩振荡波形；
[0014]图4提供了相对于图3所述的可应用于转矩波动限制方法的转换表；
[0015]图5示出了使用本实用新型的备选方法，特别是使用电流限制和可变转换周期的方法，具有降低的转矩波动的示例性转矩振荡波形；
[0016]图6示出了使用本实用新型的备选方