专利名称：调整脉宽调制(pwm)波形占空比的方法、系统和设备的制作方法
技术领域：
本发明的实施例一般涉及用于控制多相系统的操作的技术，尤其涉及对用于控制多相电机的脉宽调制(PWM)波形的占空比进行调整的方法、系统和设备。
背景技术：
电机被广泛用于各种各样的应用。例如，混合动力/电动车辆(HEV)通常包括电力牵引驱动系统，该电力牵引驱动系统包括利用诸如蓄电池之类的直流(DC)电源由功率转换器驱动的交流(AC)电动马达。AC电动马达的马达绕组可耦联至功率变换器模块(PIM)的变换器子模块。每个变换器子模块均包括一对开关，所述一对开关以互补方式进行开关，以便执行将DC功率变换成AC功率的快速开关功能。该AC功率驱动AC电动马达，该AC电动马达继而又驱动HEV的传动系的轴。传统的HEV实施有两个三相脉宽调制(PWM)变换器模块和两个三相AC电机(例如AC马达)，所述两个三相AC电机(例如AC马达)分别由其耦联至的三相PWM变换器模块中对应的一个驱动。许多现代高性能的AC马达驱动器使用了场定向控制(FOC)或“矢量”控制的原理， 以控制AC电动马达的操作。尤其地，常常将矢量控制用于变频驱动器，以便通过控制向AC 电动马达供给的电流来控制向轴施加的扭矩，并因而最终控制速度。简而言之，测量定子相电流，并将该定子相电流转换成对应的复数空间矢量。然后，将该电流矢量转换至与AC电动马达的转子一起旋转的坐标系。近来，研究人员研究了在包括电动车辆的各种应用中使用多相电机的可能性。如在此所使用地，术语“多相”是指多于三相，从而可用于指具有三相或更多相的电机。多相电机通常包括驱动一个或多个多相AC电机的多相PWM变换器模块。这样的多相电机的一个示例是五相AC电机。在五相系统中，五相PWM变换器模块驱动一个或多个五相AC电机。在这样的多相系统中，向脉宽调制(PWM)模块施加电压指令信号。PWM模块向电压指令信号施加PWM波形，以便控制电压指令信号的脉宽调制，并产生提供至PWM变换器模块的开关矢量信号。PWM波形的特征在于在每个PWM周期期间，在特定的过渡转变角处出现并且限定了特定的占空比的上升沿和下降沿过渡转变。对于具有矩形脉冲的脉冲序列而言，占空比(DC)是脉冲启动持续时间(T。n)和与同一脉冲相关联的对应PWM周期(Tpwm)(即， 连续脉冲的开始之间的时间)的比率(例如，对于脉冲持续时间为25微秒并且PWM周期为 100微秒的脉冲序列而言，占空比为0. 25或25%)。理想地，PWM波形的这些过渡转变角(S卩，上升沿和下降沿过渡转变)相对于电机的电频率同步出现。在此可互换地使用术语“上升沿”和“前沿”。同样地，在此可互换地使用术语“下降沿”和“后沿”。
然而，PWM波形的这些过渡转变角(S卩，上升沿和下降沿过渡转变)相对于电机的电频率异步出现。在许多操作情况下(例如当多相电机以中速到高速之间的速度操作或者在过调制区域中操作时)，由于PWM变换器模块的开关频率与电机转速异步，所以过渡转变角不会总是出现在正确的角位置处。图1图示了开关矢量信号(SvSe)的示例，该示例图示了三个重叠的PWM波形，其中占空比波形的上升沿和下降沿在相应的PWM周期期间没有出现在正确的角位置上，而是彼此偏离并且在循环和循环之间具有抖晃。尽管PWM模块每当其遇到当前的PWM周期的结束“边界角”时可以更新/调整PWM 波形，但该占空比仅对于在计算该占空比之前出现的过渡转变角有效，而对于以后出现的过渡转变角则是无效的。PWM模块在随后(S卩，在计算了前一占空比之后)的下一 PWM周期期间维持在当前 PWM周期结束时所计算的占空比。换句话说，即使当下一 PWM周期中出现过渡转变角时，PWM 模块也不会调整PWM波形的占空比，而是仍将替代地继续施加旧的先前计算的占空比。例如，当在当前PWM周期结束时计算了 100%的占空比时，即使当过渡转变角发生在下一 PWM 周期中时(在该点后需要0%的占空比)，处理器也不会调整至0%的占空比。PWM模块对于下一 PWM周期的全部将继续施加旧的100%的占空比，并且仅在下一 PWM周期结束时才更新占空比(至0%)。结果，向电机施加了错误的相电压，并因此可能没有合适地调节相电流，这继而可引起电流/扭矩振荡。所期望的是提供一种机制，用于确保过渡转变角出现在它们正确的角位置处，使得向多相电机施加正确的相电压，以帮助维持合适的相电流调节。结合附图和前述的技术领域和背景技术，本发明其他合乎需要的特征和特性将从随后的详细说明和所附权利要求中变得明显。
发明内容
本发明的实施例涉及用于对矢量控制的马达驱动系统中的多相电机的操作进行控制的方法、系统和设备，该矢量控制的马达驱动系统包括当多相电机在过调制区域中操作时驱动多相电机的多相PWM控制的变换器模块。所公开的实施例提供了一种机制，其用于调整PWM波形的占空比，使得向多相电机施加正确的相电压指令信号。这能减小被施加至多相电机的相电压指令信号的变化/误差，使得可适当地调节相电流，从而减小电流/扭矩振荡，这继而可改善电机的效率和性能以及对DC电压源的利用。本发明还包括以下方案
1. 一种用于对在过调制区域中操作的多相电机进行控制的方法，所述方法包括 关于限定了两个相邻电压开关矢量之间的角跨度的当前扇区来确定扇区边界信息，所述电压开关矢量用于产生开关矢量信号的脉宽调制PWM波形，所述开关矢量信号驱动五相变换器模块中的开关，其中所述扇区边界信息包括所述当前扇区的扇区边界起始角和所述当前扇区的扇区边界终止角；
基于PWM发生器的开关频率和所述多相电机的特定瞬时速度来计算当前PWM周期的角跨度，并且基于所述当前PWM周期的所述角跨度在下一 PWM周期出现之前预报所述下一 PWM 周期的预报角跨度；基于所述扇区边界信息和从过调制处理器提供的保持角来计算多个过渡转变角； 确定所述过渡转变角中的任何一个是否出现在所述下一 PWM周期的所述预报角跨度
内；
当确定所述过渡转变角中的任何一个出现在所述下一 PWM周期的所述预报角跨度内时，为所述下一 PWM周期计算占空比补偿，所述占空比补偿用于为所述下一 PWM周期期间产生的所述开关矢量信号的所述PWM波形调整占空比；以及
在所述下一 PWM周期出现之前，在为所述下一 PWM周期产生PWM波形时施加所述计算的占空比补偿，以便调整所述下一 PWM周期的所述占空比。2.根据方案1所述的方法，其中，所述过渡转变角包括第一过渡转变角、第二过渡转变角和第三过渡转变角，并且其中基于所述扇区边界信息和从过调制处理器提供的保持角来计算所述多个过渡转变角的步骤包括
计算所述扇区边界起始角与所述保持角的和，以产生所述第一过渡转变角，其中所述保持角是作为调制指数的函数的可变指令；
计算所述扇区边界终止角与所述保持角之间的差，以产生所述第二过渡转变角；以及计算所述计算的扇区边界终止角与所述保持角的和，以产生所述第三过渡这边角。3.根据方案2所述的方法，其中，所述保持角是作为调制指数的函数的可变指令，并且介于0度的最小值与等于所述扇区角跨度的一半的最大度数之间的范围中。4.根据方案1所述的方法，其中，用于所述下一 PWM周期的所述占空比补偿取决于所述过渡转变角相对于所述下一 PWM周期被预计出现的位置而变化，并且其中，用于所述下一 PWM周期的所述占空比补偿包括
后沿100%补偿或后沿0%补偿；
前沿0%补偿或前沿100%补偿；
下降沿斜率推导的补偿或上升沿斜率推导的补偿；
前沿0%补偿和后沿0%补偿；或者
前沿100%补偿和后沿100%补偿。5.根据方案2所述的方法，其中，所述当前PWM周期的角跨度由表示所述当前PWM 周期起始的旧的PWM边界角和表示所述当前PWM周期终止的当前PWM边界角限定，并且其中所述预报的角跨度是将由所述下一 PWM周期覆盖的角距离，并且由表示所述下一 PWM周期起始的所述当前PWM边界角和表示所述下一 PWM周期终止的下一 PWM边界角限定，并且其中，确定所述过渡转变角中的任何一个是否出现在所述下一 PWM周期的所述预报角跨度内的步骤包括
当所述下一 PWM边界角不小于所述第一过渡转变角，并且所述当前PWM边界角不大于所述第三过渡转变角时，确定所述保持角是否大于或等于所述当前扇区的角跨度的一半； 以及
还包括
当所述保持角大于或等于所述当前扇区的角跨度的一半时，确定所述当前扇区为偶数编号的扇区还是奇数编号的扇区。6.根据方案5所述的方法，其中，当确定所述过渡转变角中的任何一个出现在所述下一 PWM周期的所述预报角跨度内时，为所述下一 PWM周期计算占空比补偿的步骤包括
当所述当前扇区为偶数编号的扇区时，基于所述第一过渡转变角、所述当前PWM边界角和所述下一 PWM周期的所述预报角跨度来计算后沿100%补偿；以及
当所述当前扇区为奇数编号的扇区时，基于所述第一过渡转变角、所述下一 PWM边界角和所述下一 PWM周期的所述预报角跨度来计算前沿100%补偿。7.根据方案6所述的方法，其中，所述施加步骤包括
施加所述计算的后沿100%补偿，以便为所述下一 PWM周期修正所述PWM波形的占空比。8.根据方案6所述的方法，其中，所述施加步骤包括
施加所述计算的前沿100%补偿，以便为所述下一 PWM周期修正所述PWM波形的占空比。9.根据方案5所述的方法，其中，确定所述过渡转变角中的任何一个是否出现在所述下一 PWM周期的所述预报角跨度内的步骤包括
当所述保持角小于所述当前扇区的角跨度的一半时，确定所述当前PWM边界角是否小于所述第一过渡转变角，所述下一 PWM边界角是否大于所述第一过渡转变角，和所述下一 PWM边界角是否小于所述第二过渡转变角；以及还包括
当所述当前PWM边界角小于所述第一过渡转变角、所述下一 PWM边界角大于所述第一过渡转变角、并且所述下一 PWM边界角小于所述第二过渡转变角时，确定所述当前扇区是偶数编号的扇区还是奇数编号的扇区。10.根据方案9所述的方法，其中，当确定所述过渡转变角中的任何一个出现在所述下一 PWM周期的所述预报角跨度内时，为所述下一 PWM周期计算占空比补偿的步骤包括
当所述当前扇区为偶数编号的扇区时，基于所述第一过渡转变角、所述当前PWM边界角和所述下一 PWM周期的所述预报角跨度来计算后沿100%补偿；以及
当所述当前扇区为奇数编号的扇区时，基于所述第一过渡转变角、所述下一 PWM边界角和所述下一 PWM周期的所述预报角跨度来计算后沿0%补偿。11.根据方案10所述的方法，其中，施加所述计算的占空比补偿的步骤包括 施加所述计算的后沿100%补偿，以便为所述下一 PWM周期修正所述PWM波形的占空比。12.根据方案10所述的方法，其中，施加所述计算的占空比补偿的步骤包括 施加所述计算的后沿0%补偿，以便为所述下一 PWM周期修正所述PWM波形的占空比。13.根据方案9所述的方法，其中，确定所述过渡转变角中的任何一个是否出现在所述下一 PWM周期的所述预报角跨度内的步骤还包括
当所述当前PWM边界角不小于所述第一过渡转变角、或者所述下一 PWM边界角不大于所述第一过渡转变角、或者所述下一 PWM边界角不小于所述第二过渡转变角时，确定所述当前PWM边界角是否大于所述第一过渡转变角，所述当前PWM边界角是否小于所述第二过渡转变角，所述下一 PWM边界角是否大于所述第二过渡转变角，和所述下一 PWM边界角是否小于所述第三过渡转变角；以及还包括
当所述当前PWM边界角大于所述第一过渡转变角、所述当前PWM边界角小于所述第二过渡转变角、所述下一 PWM边界角大于所述第二过渡转变角、和所述下一 PWM边界角小于所述第三过渡转变角时，确定所述当前扇区是偶数编号的扇区还是奇数编号的扇区。14.根据方案13所述的方法，其中，当确定所述过渡转变角中的任何一个出现在所述下一 PWM周期的所述预报角跨度内时，为所述下一 PWM周期计算占空比补偿的步骤包括
当所述当前扇区为偶数编号的扇区时，基于表示所述下一 PWM周期终止的所述下一 PWM边界角、所述保持角、所述第二过渡转变角、和所述下一 PWM周期的所述预报角跨度来计算前沿0%补偿；以及
当所述当前扇区为奇数编号的扇区时，基于表示所述下一 PWM周期终止的所述下一 PWM边界角、所述保持角、所述第二过渡转变角、和所述下一 PWM周期的所述预报角跨度来计算前沿100%补偿。15.根据方案14所述的方法，其中，施加所述计算的占空比补偿的步骤包括 施加所述计算的前沿0%补偿，以便为所述下一 PWM周期修正所述PWM波形的占空比。16.根据方案14所述的方法，其中，施加所述计算的占空比补偿的步骤包括 施加所述计算的前沿100%补偿，以便为所述下一 PWM周期修正所述PWM波形的占空比。17.根据方案14所述的方法，其中，确定所述过渡转变角中的任何一个是否出现在所述下一 PWM周期的所述预报角跨度内的步骤还包括
当所述当前PWM边界角不大于所述第一过渡转变角、或者所述当前PWM边界角不小于所述第二过渡转变角、或者所述下一 PWM边界角不大于所述第二过渡转变角、或者所述下一 PWM边界角大于所述第三过渡转变角时，则所述方法700进入到步骤746，以确定所述当前PWM边界角是否小于所述第一过渡转变角，所述下一 PWM边界角是否大于所述第二过渡转变角，和所述下一 PWM边界角是否小于所述第三过渡转变角；以及还包括
当所述当前PWM边界角小于所述第一过渡转变角、所述下一 PWM边界角大于所述第二过渡转变角、并且所述下一 PWM边界角小于所述第三过渡转变角时，确定所述当前扇区是偶数编号的扇区还是奇数编号的扇区。18.根据方案17所述的方法，其中，当确定所述过渡转变角中的任何一个出现在所述下一 PWM周期的所述预报角跨度内时，为所述下一 PWM周期计算占空比补偿的步骤包括
当所述当前扇区是偶数编号的扇区时，基于所述保持角、所述当前扇区的扇区边界起始角、所述当前PWM边界角、表示所述下一 PWM周期终止的所述下一 PWM边界角、所述第二过渡转变角来计算下降沿斜率推导的补偿；以及
当所述当前扇区为奇数编号的扇区时，基于所述保持角、所述当前扇区的扇区边界起始角、所述当前PWM边界角、表示所述下一 PWM周期终止的所述下一 PWM边界角、所述第二过渡转变角来计算上升沿斜率推导的补偿。19.根据方案18所述的方法，其中，施加所述计算的占空比补偿的步骤包括施加所述计算的下降沿斜率推导的补偿，以便为所述下一 PWM周期修正所述PWM波形的占空比。20.根据方案18所述的方法，其中，施加所述计算的占空比补偿的步骤包括 施加所述计算的上升沿斜率推导的补偿，以便为所述下一 PWM周期修正所述PWM波形
的占空比。21.根据方案17所述的方法，其中，确定所述过渡转变角中的任何一个是否出现在所述下一 PWM周期的所述预报角跨度内的步骤还包括
当所述当前PWM边界角大于所述第一过渡转变角、或者所述下一 PWM边界角小于所述第二过渡转变角、或者所述下一 PWM边界角大于所述第三过渡转变角时，确定所述当前PWM 边界角是否大于所述第一过渡转变角，所述当前PWM边界角是否小于所述第二过渡转变角，和所述下一 PWM边界角是否大于所述第三过渡转变角；以及
当所述当前PWM边界角大于所述第一过渡转变角、所述当前PWM边界角小于所述第二过渡转变角、并且所述下一 PWM边界角大于所述第三过渡转变角时，还包括 确定用于下一扇区的相；以及
确定所述当前扇区是偶数编号的扇区还是奇数编号的扇区。22.根据方案21所述的方法，其中，当确定所述过渡转变角中的任何一个出现在所述下一 PWM周期的所述预报角跨度内时，为所述下一 PWM周期计算占空比补偿的步骤包括
当所述当前扇区为偶数编号的扇区时，如下计算
基于表示所述下一 PWM周期终止的所述下一 PWM边界角、所述第三过渡转变角、所述下一 PWM周期的所述预报角跨度、和所述保持角，计算用于所述当前扇区的相的前沿0%补偿； 以及
基于表示所述下一 PWM周期终止的所述下一 PWM边界角、所述第二过渡转变角、和所述当前PWM边界角，计算用于所述下一扇区的相的后沿0%补偿；以及当所述当前扇区为奇数编号的扇区时，如下计算
基于表示所述下一 PWM周期终止的所述下一 PWM边界角、所述第三过渡转变角、所述下一 PWM周期的所述预报角跨度、和所述保持角，计算用于所述当前扇区的相的前沿100%补偿；以及
基于表示所述下一 PWM周期终止的所述下一 PWM边界角、所述第二过渡转变角、和所述当前PWM边界角，计算用于所述下一扇区的相的后沿100%补偿。23.根据方案22所述的方法，其中，施加所述计算的占空比补偿的步骤包括 施加所述计算的前沿0%补偿和所述计算的后沿0%补偿，以便为所述下一 PWM周期修
正所述PWM波形的占空比。24.根据方案22所述的方法，其中，施加所述计算的占空比补偿的步骤包括 施加所述计算的前沿100%补偿和所述计算的后沿100%补偿，以便为所述下一 PWM周
期修正所述PWM波形的占空比。
在下文中将结合以下附图来描述本发明的实施例，其中相同的附图标记指示相同的元件，并且
图1图示了开关矢量信号(Sa···Se)的示例，该示例图示了三个重叠的PWM波形； 图2A是根据所公开实施例中的一些的矢量控制马达驱动系统的一个示例的框图； 图2B是包括有连接至五相AC马达的五相电压源变换器模块的马达驱动系统的一部分的框图3A和图;3B是图示了用于驱动五相变换器模块中的开关的三十二个电压开关矢量中的三十个电压开关矢量的状态空间电压开关矢量图的图示；
图3C是对图3A和图;3B中示出的每个电压开关矢量进行表示所用的开关矢量信号的通/断状态的不同组合进行总结的表格；
图4是图示了三个不同的调制区域以及通过将规格化到DC环节电压的十个大电压开关矢量相结合形成的十边形区域的图示；
图5A是更详细地图示了图4的调制区域的图4的扇区数的放大视图； 图5B是更详细示出图5A的调制区域的放大视图； 图6是图示了根据所公开实施例中的一些的方法的流程图7A、图7B、图7D、图7F、图7H和图7J是图示了根据所公开实施例中的一些的图6的方法在其应用于特定扇区时的一个具体实现的流程图7C、图7E、图7G、图71、图7K分别图示了特定的扇区，并且还随同地图示了当前PWM 周期和下一预测的PWM周期的相对于各过渡转变角的相对角位置；
图8是示出了基于图2A的相电压指令信号(Vas*···Ves*)在一个电循环期间对于每相 (A、B、C、D、E)在图2A的SVPWM模块处计算并处理的占空比PWM波形的时序图；以及
图9图示了根据所公开实施例的在空间矢量(SV)PWM模块108处产生的开关矢量信号 (Sa-Se) 109 的示例。
具体实施例方式如在此所使用地，措词“示例性的”意指“用作示例、实例或例证”。以下的详细说明本质上仅是示例性的，并且不旨在限制本发明或者本发明的应用和使用。在此描述成“示例性的”任何实施例都不必解释成相对于其他实施例是优选的或有利的。在该具体实施方式
中描述的所有实施例都是这样的示例性实施例，所述示例性实施例被提供以使得本领域的技术人员能够实现或使用本发明，而非限制本发明的由权利要求限定的范围。此外，无意受到在前述技术领域、背景技术、发明内容或以下的具体实施方式
中所介绍的任何明示或暗示的理论的约束。在详细描述根据本发明的实施例之前，应观察到的是，这些实施例主要属于与控制多相系统的操作相关的方法步骤和设备部件的组合。应意识到的是，在此描述的本发明的实施例可利用硬件、软件或它们的组合来实现。在此描述的控制电路可包括各种部件、模块、电路及其他逻辑，其可利用模拟和/或数字电路的组合、分立或集成的模拟或数字电子电路或它们的组合来实现。如在此所使用地，术语“模块”指的是用于执行任务的装置、电路、电气部件和/或基于软件的部件。在有些实现中，在此所描述的控制电路当在这样的电路中实现部分或所有的控制逻辑时，可利用基于一个或多个专用集成电路(ASIC)、一个或多个微处理器和/或一个或多个数字信号处理器(DSP)的电路来实现。如在此所描述地，应意识到的是，在此描述的本发明的实施例可以包括一个或多个常规的处理器和单独存储的程序命令，所述单独存储的程序命令控制所述一个或多个处理器，以便结合某些非处理器电路来实现用于控制多相系统操作的一些、大部分或所有功能。同样地，这些功能可解释成用于控制多相系统操作的方法的步骤。替代性地，一些或所有功能可通过没有所存储的程序指令的状态机来实现，或者可以以一个或多个专用集成电路(ASIC)来实现，其中每个功能或者某些功能的一些组合作为定制逻辑来实现。当然，可使用两种手段的组合。因此， 在此将描述用于这些功能的方法和装置。此外，所期望的是，尽管可能存在大量的工作以及由例如可用时间、当前技术以及经济性考虑所促成的许多设计选择，但是本领域普通技术人员在受到本文所公开的概念和原理的指导时，将能够很容易地利用最低限度的实验来产生这样的软件指令和程序以及IC。概述
本发明的实施例涉及用于多相系统中的过调制的方法、系统和设备。所公开的用于控制多相系统的操作和调节向多相电机提供的电流的方法、系统和设备可在诸如混合动力/ 电动车辆(HEV)的操作环境中实现。在现在将要描述的示例性实现中，控制技术和技巧将被描述成应用于混合动力/电动车辆。然而，本领域的技术人员应意识到的是，在其他系统的情况下可应用相同或类似的技术和技巧，在所述其他系统中，期望在一个或多个相遭遇故障或失效时控制多相系统的操作和调节向该系统中的多相电机提供的电流。在这点上， 在此公开的任何概念一般都可应用于“车辆”，并且如在此所使用地，术语“车辆”宽广地指具有AC电机的非生物运输机构。另外，术语“车辆”不受诸如汽油或柴油燃料之类的任何具体推进技术限制。而是，车辆还包括混合动力车辆、蓄电池电动车辆、氢动力车辆和利用各种其他代用燃料操作的车辆。如在此所使用地，术语“交流(AC)电机” 一般指“将电能转换成机械能或者反之亦然的装置或设备”。AC电机一般可分类成同步AC电机和异步AC电机。同步AC电机可包括永磁电机和磁阻电机。永磁电机包括表面式永磁电机(SMPMM)和内置式永磁电机(IPMM)。 异步AC电机包括感应电机。尽管AC电机可以是AC马达(例如，用于转换其输入处的AC电能功率以产生机械能或功率的设备)，但AC电机不局限于是AC马达，而是还可以包括用于将其原动机处的机械能或功率转换成在其输出处的AC电能或功率的发电机。任何电机都可以是AC马达或AC发电机。AC马达是由交流电驱动的电动马达。在有些实现中，AC马达包括具有供应以交流电从而产生旋转磁场的线圈的外部固定的定子、和附接至输出轴的由旋转场给予扭矩的内部转子。取决于所使用的转子的类型，AC马达可分类成同步的或异步的。图2A是根据所公开实施例的矢量控制马达驱动系统100的一个示例的框图。系统100经由耦联至五相AC电机120的五相脉宽调制(PWM)变换器模块110来控制五相AC 电机120，使得通过调整对五相AC电机120进行控制的电流指令，五相AC电机120可有效地使用向五相PWM变换器模块110提供的DC输入电压(Vde)。在一个特定的实现中，矢量控制马达驱动系统100可用于控制HEV中的扭矩。在以下对一个特定的非限制性实现的说明中，五相AC电机120被描述成五相AC 供电马达120，并且尤其被描述成五相永磁同步AC供电马达(或者更宽广地被描述成马达 120);然而，应意识到的是，图示的实施例仅是所公开实施例可以被应用的AC电机的类型的一个非限制性示例，此外还应意识到的是，所公开的实施例可应用于包括五相或更多相的任何类型的多相AC电机。五相AC马达120经由五个变换器电极耦联至五相PWM变换器模块110，并且基于从PWM变换器模块110接收的五相正弦电流信号产生机械功率(扭矩X速度)。在有些实现中，利用位置传感器(未图示)测量五相AC马达120的转子的角位置(θ r)或“轴位置”， 而在其他的实现中，可通过利用无传感器位置估计技术在不使用位置传感器的情况下估计五相AC马达120的转子的角位置(ΘΓ)。在描述系统100的操作细节之前，将参考图2Β提供对五相电压源变换器110的一个示例性实现的更详细说明(包括其如何连接至五相AC马达120)。图2Β是包括有连接至五相AC马达120的五相电压源变换器110的马达驱动系统的一部分的框图。应指出的是，图2Α中的五相电压源变换器110和五相马达120不局限于该实现；相反，图2Β只是图2Α中的五相电压源变换器110和五相马达120如何能够在一个特定实施例中实现的一个示例。如图2Β所图示地，五相AC马达120具有连接至马达端子A、B、C、D、E的五个定子或马达绕组120a、120b、120c、120d、120e，并且五相PWM变换器模块110包括电容器270和五个变换器子模块115-119。在该特定实施例中，在相A中，变换器子模块115耦联至马达绕组120a，在相B中，变换器子模块116耦联至马达绕组120b，在相C中，变换器子模块117耦联至马达绕组120c，在相D中，变换器子模块118耦联至马达绕组120d，以及在相E中，变换器子模块119耦联至马达绕组120e。马达绕组A、B、C、D、E (120a、120b、120c、120d、120e) 一起耦联在中性点(N)处。进入马达绕组A 120a的电流流出马达绕组B-E 120b_120e，进入马达绕组B 120b的电流流出马达绕组A、C、D、E 120a和120c_120e，进入马达绕组C 120c 的电流流出马达绕组A、B、D、E 120a、120b、120d、120e，进入马达绕组D 120d的电流流出马达绕组A、B、C、E 120a-120c和120e，以及进入马达绕组E 120e的电流流出马达绕组A-D 120a-d。作为结果所得到的相电流或定子电流(Ia-Ie) 122、123、124、125、126流过相应的定子绕组120a_e。在定子绕组120a-120e中的每个定子绕组上的相与中性点之间的电压分别标识为Van、Vbn、V。n、Vdn、Ven，其中在定子绕组120a-120e中的每个定子绕组中产生的反电动势(EMF)电压分别示出为由理想电压源产生的电压Ea、Eb、E。、Ed、Ee，所述每个理想电压源分别被示出为与定子绕组120a-120e串联连接。如所公知地，这些反EMF电压Ea、&、Ec、 &、Ee是通过永磁转子的旋转在相应的定子绕组120a-120e中感生的电压。尽管未示出，但马达120耦联至驱动轴。变换器110包括电容器270 ；包括第一双开关272/273、274/275的第一变换器子模块115 ；包括双开关276/277、278/279的第二变换器子模块116 ；包括双开关观0/观1、 282/283的第三变换器子模块117 ；包括双开关观4/观5、观6/^87的第四变换器子模块 118 ；和包括双开关洲8/观9、四0/四1的第五变换器子模块119。同样地，变换器110具有十个固态可控开关装置272、274、276、278、沘0、沘2、沘4、沘6、沘8、290和十个二极管273、 275、277、279、281、283、285、287、289、291，以适当地开关复合电压(VDe)，并提供对五相AC 马达120的定子绕组120a、120b、120c、120d、120e的五相通电。尽管未图示，但闭环马达控制器可从马达120接收马达指令信号和马达操作信号，并产生用于控制变换器子模块115-128内的固态开关装置272、274、276、278、观0、观2、 284,286,288,290的开关动作的控制信号。以下将描述用于构成这些控制信号的这些开关矢量的示例。通过向单独的变换器子模块115-119提供合适的控制信号，闭环马达控制器相应地控制变换器子模块115-119内的固态开关装置272、274、276、278、沘0、沘2、沘4、 286、288、290的开关动作，从而相应地控制向马达绕组120a-120e提供的变换器子模块 115-119的输出。向马达绕组120a、120b、120c、120d、120e提供由五相变换器模块110的变换器子模块115-119产生的合成定子电流(la··· Ie) 122-126。如以下将描述地，电压Van、 vbn> Vcn, Vdn, Ven, Ea、Eb、Ε。、Ed、Ee和在节点N处的电压取决于变换器模块110的变换器子模土夬 115-119 中的开关 272、274、276、278、280、282、284、286、288、290 的开路 / 闭合状态随着时间的过去而波动。再次参考图2A，矢量控制马达驱动系统100包括扭矩至电流映射模块140、 同步(SYNC.)坐标系(frame)电流调节器模块170、过调制预处理器180、同步至静止 (SYNC. -T0-STAT.)转换模块102、α β参考坐标系至abcde参考坐标系(α β-to-abcde)转换模块106、空间矢量(SV)PWM模块108、五相PWM变换器110、abcde参考坐标系至α β参考坐标系(abcde-to-α β )转换模块127、和静止至同步(STAT. -TO-SYNC.)转换模块130。扭矩至电流映射模块140接收扭矩指令信号(Te*) 136、基于转子/轴位置输出 (Θγ)121的导数产生的轴的旋转角速度(ωΓ)138和DC输入电压(VD。)139来作为输入，取决于实施方式，可能还连同各种其他系统参数一起作为输入。扭矩至电流映射模块140使用这些输入来产生d轴电流指令(Id*) 142和q轴电流指令(Iq*) 144，d轴电流指令(Id*) 142和q轴电流指令(Iq*) 144将导致马达120产生处于速度(ωr) 138时的指令的扭矩 (Te*)。尤其地，扭矩至电流映射模块140使用所述输入，以将扭矩指令信号(Te*)136映射成d轴电流指令信号(Id*) 142和q轴电流指令信号(Iq*) 144。同步参考坐标系的d轴和 q轴电流指令信号(Id*、Iq*) 142,144是具有作为时间的函数的恒定值的DC指令。abcde至α β转换模块127接收从马达120反馈的测量的五相静止参考坐标系反馈定子电流(Ia"*Ie)122_U6。abcde至α β转换模块127使用这些五相静止参考坐标系反馈定子电流122-126，以执行abcde参考坐标系至α β参考坐标系的转换，从而将五相静止参考坐标系反馈定子电流122-1 转换成静止参考坐标系反馈定子电流(I α、Ι β ) 128、 129。可利用任何已知的转换技术，包括利用在以下方程(1)中限定的矩阵，来执行abcde至 α β转换。
权利要求
1.一种用于对在过调制区域中操作的多相电机进行控制的方法，所述方法包括关于限定了两个相邻电压开关矢量之间的角跨度的当前扇区来确定扇区边界信息，所述电压开关矢量用于产生开关矢量信号的脉宽调制PWM波形，所述开关矢量信号驱动五相变换器模块中的开关，其中所述扇区边界信息包括所述当前扇区的扇区边界起始角和所述当前扇区的扇区边界终止角；基于PWM发生器的开关频率和所述多相电机的特定瞬时速度来计算当前PWM周期的角跨度，并且基于所述当前PWM周期的所述角跨度在下一 PWM周期出现之前预报所述下一 PWM 周期的预报角跨度；基于所述扇区边界信息和从过调制处理器提供的保持角来计算多个过渡转变角； 确定所述过渡转变角中的任何一个是否出现在所述下一 PWM周期的所述预报角跨度内；当确定所述过渡转变角中的任何一个出现在所述下一 PWM周期的所述预报角跨度内时，为所述下一 PWM周期计算占空比补偿，所述占空比补偿用于为所述下一 PWM周期期间产生的所述开关矢量信号的所述PWM波形调整占空比；以及在所述下一 PWM周期出现之前，在为所述下一 PWM周期产生PWM波形时施加所述计算的占空比补偿，以便调整所述下一 PWM周期的所述占空比。
2.根据权利要求1所述的方法，其中，所述过渡转变角包括第一过渡转变角、第二过渡转变角和第三过渡转变角，并且其中基于所述扇区边界信息和从过调制处理器提供的保持角来计算所述多个过渡转变角的步骤包括计算所述扇区边界起始角与所述保持角的和，以产生所述第一过渡转变角，其中所述保持角是作为调制指数的函数的可变指令；计算所述扇区边界终止角与所述保持角之间的差，以产生所述第二过渡转变角；以及计算所述计算的扇区边界终止角与所述保持角的和，以产生所述第三过渡这边角。
3.根据权利要求2所述的方法，其中，所述保持角是作为调制指数的函数的可变指令， 并且介于0度的最小值与等于所述扇区角跨度的一半的最大度数之间的范围中。
4.根据权利要求1所述的方法，其中，用于所述下一PWM周期的所述占空比补偿取决于所述过渡转变角相对于所述下一 PWM周期被预计出现的位置而变化，并且其中，用于所述下一 PWM周期的所述占空比补偿包括后沿100%补偿或后沿0%补偿；前沿0%补偿或前沿100%补偿；下降沿斜率推导的补偿或上升沿斜率推导的补偿；前沿0%补偿和后沿0%补偿；或者前沿100%补偿和后沿100%补偿。
5.根据权利要求2所述的方法，其中，所述当前PWM周期的角跨度由表示所述当前PWM 周期起始的旧的PWM边界角和表示所述当前PWM周期终止的当前PWM边界角限定，并且其中所述预报的角跨度是将由所述下一 PWM周期覆盖的角距离，并且由表示所述下一 PWM周期起始的所述当前PWM边界角和表示所述下一 PWM周期终止的下一 PWM边界角限定，并且其中，确定所述过渡转变角中的任何一个是否出现在所述下一 PWM周期的所述预报角跨度内的步骤包括当所述下一 PWM边界角不小于所述第一过渡转变角，并且所述当前PWM边界角不大于所述第三过渡转变角时，确定所述保持角是否大于或等于所述当前扇区的角跨度的一半； 以及还包括当所述保持角大于或等于所述当前扇区的角跨度的一半时，确定所述当前扇区为偶数编号的扇区还是奇数编号的扇区。
6.根据权利要求5所述的方法，其中，当确定所述过渡转变角中的任何一个出现在所述下一 PWM周期的所述预报角跨度内时，为所述下一 PWM周期计算占空比补偿的步骤包括当所述当前扇区为偶数编号的扇区时，基于所述第一过渡转变角、所述当前PWM边界角和所述下一 PWM周期的所述预报角跨度来计算后沿100%补偿；以及当所述当前扇区为奇数编号的扇区时，基于所述第一过渡转变角、所述下一 PWM边界角和所述下一 PWM周期的所述预报角跨度来计算前沿100%补偿。
7.根据权利要求6所述的方法，其中，所述施加步骤包括施加所述计算的后沿100%补偿，以便为所述下一 PWM周期修正所述PWM波形的占空比。
8.根据权利要求6所述的方法，其中，所述施加步骤包括施加所述计算的前沿100%补偿，以便为所述下一 PWM周期修正所述PWM波形的占空比。
9.根据权利要求5所述的方法，其中，确定所述过渡转变角中的任何一个是否出现在所述下一 PWM周期的所述预报角跨度内的步骤包括当所述保持角小于所述当前扇区的角跨度的一半时，确定所述当前PWM边界角是否小于所述第一过渡转变角，所述下一 PWM边界角是否大于所述第一过渡转变角，和所述下一 PWM边界角是否小于所述第二过渡转变角；以及还包括当所述当前PWM边界角小于所述第一过渡转变角、所述下一 PWM边界角大于所述第一过渡转变角、并且所述下一 PWM边界角小于所述第二过渡转变角时，确定所述当前扇区是偶数编号的扇区还是奇数编号的扇区。
10.根据权利要求9所述的方法，其中，当确定所述过渡转变角中的任何一个出现在所述下一 PWM周期的所述预报角跨度内时，为所述下一 PWM周期计算占空比补偿的步骤包括当所述当前扇区为偶数编号的扇区时，基于所述第一过渡转变角、所述当前PWM边界角和所述下一 PWM周期的所述预报角跨度来计算后沿100%补偿；以及当所述当前扇区为奇数编号的扇区时，基于所述第一过渡转变角、所述下一 PWM边界角和所述下一 PWM周期的所述预报角跨度来计算后沿0%补偿。
全文摘要
本发明涉及调整脉宽调制PWM波形占空比的方法、系统和设备。具体地，本发明的实施例涉及当多相电机在过调制区域中操作时，用于对矢量控制的马达驱动系统中的多相电机的操作进行控制的方法、系统和设备。所公开的实施例提供了用于调整PWM波形的占空比的机制，使得在角的过渡转变处施加正确的相电压指令信号。这能减少向多相电机施加的相电压指令信号中的变化/误差，使得可适当地调节相电流，从而减小电流/扭矩振荡，这继而可改善电机效率和性能以及对DC电压源的利用。
文档编号H02P21/12GK102545763SQ20121000070
公开日2012年7月4日 申请日期2012年1月4日 优先权日2011年1月3日
发明者G.加列戈斯-罗佩斯, M.H.基诺施塔, M.佩里西克, R.M.兰索姆 申请人:通用汽车环球科技运作有限责任公司