产生电动机参考电流的方法
【专利摘要】提供一种用于确定d轴参考电流的电动机控制系统，其包括电动机、DC电源和DC输入线路、以及电流指令控制器。DC电源产生横跨在DC输入线路上的供桥电压。电流指令控制器与电动机和DC输入线路通信。电流指令控制器配置成监视供桥电压和转矩参考指令。电流指令控制器配置成基于转矩参考指令确定峰值电流。电流指令控制器配置成基于峰值电流确定电流角。电流指令控制器配置成基于电流角确定d轴参考电流。
【专利说明】产生电动机参考电流的方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及一种电动机的控制系统，且尤其是涉及一种用于基于电流角度确定d 轴参考电流的电动机控制系统。
【背景技术】
[0002] 内置式永磁同步电机（IPMSM)的输出转矩可由电压指令和相位超前角确定。通过 首先选取特定的正交轴/交轴（也称为q轴）参考电流和直轴（也称为d轴）参考电流， 且然后基于所选择的交轴参考电流和直轴参考电流确定电压指令和相位超前角，可确定 IPMSM的特定输出转矩。
【发明内容】
[0003] 在一个实施例中，提供一种用于确定d轴参考电流的电动机控制系统，且其包括 电动机、DC电源和DC输入线路和电流指令控制器。DC电源横跨于整个DC输入线路上产生 供桥电压。电流指令控制器与电动机和DC输入线路通信。电流指令控制器配置成监控供 桥电压和转矩参考指令。电流指令控制器配置成基于转矩参考指令而确定峰值电流。电流 指令控制器配置成基于峰值电流而确定电流角。电流指令控制器还配置成基于电流角而确 定d轴参考电流。
[0004] 在另一实施例中，提供一种用于确定电动机d轴参考电流的方法。该方法包括由 电流指令控制器监控供桥电压和转矩参考指令。供桥电压由横跨在DC输入线路上的DC电 源来产生。该方法包括基于转矩参考指令确定峰值电流。该方法包括基于峰值电流确定电 流角。该方法还包括基于电流角确定d轴参考电流。
[0005] 通过下文结合附图进行的描述，这些以及其它优点和特征将变得更加显而易见。
【专利附图】
【附图说明】
[0006] 本发明的主题在说明书结论部分的权利要求中被特别指出并且被清楚地请求保 护。本发明的前述和其它特征以及优点从接下来的结合附图进行的详细描述中变得显而易 见，其中：
[0007] 图1是根据本发明的一个典型实施例的电动机控制系统的框图；以及
[0008] 图2是根据本发明另一典型实施例的用于确定d轴参考电流和q轴参考电流的过 程流程图。
【具体实施方式】
[0009] 现在参考附图，这里本发明将参考特定实施例而被描述，而不限制于特定实施例， 图1是电动机控制系统10的典型框图。电动机控制系统10包括指令电流控制器20, d轴 比例积分增益（PI)控制器22, q轴PI控制器23,极转换控制器24,脉冲宽度调制（PWM)逆 变器控制器26,逆变器28, DC电源30,电动机32,位置传感器34,速度传感器36,转换控制 器38, a轴电流放大器40, b轴电流放大器42, a轴模拟到数字变换器（ADC) 44,以及b轴 ADC46。在一个实施例中，电动机32可以是内置式永磁同步电机（IPMSM)，然而，可以理解的 是，也可以使用任何类型的使用相电流进行控制的电动机。
[0010] 在如图1所示的实施例中，逆变器28被连接到DC电源30,其中DC电源30可以 是，例如，电池。DC电源30可以通过DC输入线路49被连接到逆变器28。传感器51可以 被用来监控跨越整个DC输入线路49上的供桥电压V eeu。表示供桥电压Veeu的控制信号53 可以被发送给指令电流控制器20和PWM逆变器控制器26中。在所示的典型实施例中，逆 变器26通过线50、线52以及线54传输三相交流（AC)电流（例如，i a，ib，以及i。）到电动 机32用于电动机32的操作和控制。
[0011] 为了反馈控制的目的，通过线50和52传输到电动机32的相电流ia和i b可以被 检测以便确定流入电动机32的瞬时电流流动。特别地，传感器56可以被用来监控线50上 的相电流ia，且传感器58可以被用来监控线52上的相电流ib。应该注意的是尽管描述了 传感器56和传感器58,但是线50或52中可以仅有一个被监控以测量相电流i a或者相电 流ib。表不测量的相电流ia的控制信号60可以从传感器56被发送到a轴电流放大器40， 以及表示测量的相电流i b的控制信号62可以从传感器58被发送到b轴电流放大器42。 然后相电流ia的增大值或者放大值被从a轴电流放大器40发送到a轴ADC44,以及相电流 ib62的放大值被从b轴电流放大器42发送到b轴ADC46。a轴ADC44将相电流ia的放大 值转换成数字值64。数字值64代表相电流i a的幅值。b轴ADC46将相电流ib的放大值转 换成数字值66,数字值66表示相电流i b的幅值。
[0012] 转换控制器38接收来自ADC44的数字值64以及来自ADC46的数字值66作为输 入。在一个实施例中，转换控制器38是三相到两相转换控制器，其中AC电流的测量值（例 如表示相电流i a的数字值64和表示相电流ib的数字值66)被转换为等价的测量DC电流 分量，其为测量的d轴电流 I (MEASURED 和测量的q轴电流 I qMEASUEED ° 测量的d轴电流 I dMEASURED H 送入减法器70以及测量的q轴电流I_A胃ED被送入到减法器72中。
[0013] 指令电流控制器20接收转矩参考指令?；、角速度ωπ以及来自传感器51的表示 供桥电压的控制信号53作为输入。转矩参考指令T e代表转矩的指令值，并且可以从另 一控制器（未示出）导出，或者可以对应于由操作员产生的转矩值。角速度ωπ由速度传感 器36测量。速度传感器36可以包括，例如，编码器和用于基于由编码器接收的信号计算电 动机32的转子（未示出）而计算角速度的速度计算电路。指令电流控制器20基于下面所 描述的转矩指令?；、供桥电压V_和角速度ω m计算d轴参考电流Id KEF和q轴参考电流I, KEF。d轴参考电流Id KEF被发送到减法器70,以及q轴参考电流I, KEF被发送到减法器72。
[0014] 减法器70接收测量的d轴电流IdMEAS_和d轴参考电流Id KEF。减法器70基于测 量的d轴电流ΙΛΕΚ_和d轴参考电流Id KEF确定d轴误差信号74。d轴误差信号74表示 测量的d轴电流IdMEAS_和d轴参考电流I d KEF之间的误差。减法器72接收测量的q轴电 I qMEASUEED 和q轴参考电流。减法器72基于测量的q轴电流 I qMEASUEED 和q轴参考电流 IqjiEP确定q轴误差信号76。q轴误差信号76表不测量的q轴电流IqMEASUKED和q轴参考电 流I(j_REF之间的误差。
[0015] d轴PI控制器22接收来自减法器70的d轴误差信号74作为输入。d轴PI控制 器22计算d轴电压信号V D。d轴电压信号VD基于d轴比例增益&和(1轴积分增益&。类 似的，q轴PI控制器23接收来自减法器72的q轴误差信号76作为输入。q轴PI控制器 23计算q轴电压信号VQ。q轴电压信号VQ基于q轴比例增益Kp和q轴积分增益&。
[0016] 极变换控制器24接收来自d轴PI控制器22的d轴电压信号VD和来自q轴PI控 制器23的q轴电压信号V Q作为输入。基于该输入，极变换控制器24确定电压指令Vemd以 及相超前角S。PWM逆变器控制器26接收来自极变换控制器24的电压指令V emd和相超前 角S作为输入。PWM逆变器控制器26也接收由电动机位置传感器34测量的转子角值L。 在一个典型的实施例中，PWM逆变器控制器26可以包括过调制空间向量PWM单元来用于产 生三个分别的占空比值D a，Db和D。。占空比值Da，Db和D。被用于驱动逆变器28的门驱动电 路（未示出），其为电动机32的相供电。
[0017] 现在将描述由指令电流控制器20确定d轴参考电流Id KEF和q轴参考电流Iq KEF。 指令电流控制器20周期性地基于转矩参考指令Te，供桥电压V_和角速度c〇m确定d轴参 考电流I d_KEF和q轴参考电流。特别地，电流指令控制器20根据第一操作区RI或者第 二操作区RII确定d轴参考电流I d KEF和q轴参考电流I, KEF，其将在下面进行描述。
[0018] 指令电流控制器20首先基于转矩参考指令Te确定峰值电流Ip KEF。在一个实施例 中，峰值电流IP_KEF可以由等式1确定：
[0019]
【权利要求】
1. 一种用于确定d轴参考电流的电动机控制系统，包括： 电动机； DC电源和DC输入线路，DC电源产生横跨在DC输入线路上的供桥电压； 电流指令控制器，其与电动机和DC输入线路成通信连接，电流指令控制器配置成： 监测供桥电压和转矩参考指令； 基于转矩参考指令确定峰值电流； 基于峰值电流确定电流角；以及 基于电流角确定d轴参考电流。
2. 根据权利要求1所述的电动机控制系统，其中，电流角的值可以在求解域中找到。
3. 根据权利要求2所述的电动机控制系统，其中，求解域由始点和终点所定义。
4. 根据权利要求2所述的电动机控制系统，其中，始点由本地电流角乘以一个常数所 定义而终点为本地电流角。
5. 根据权利要求1所述的电动机控制系统，其中，电流角基于迭代的方法确定。
6. 根据权利要求5所述的电动机控制系统，其中，迭代的方法是二等分法，并且其中执 行二等分查询以查找电流角的值。
7. 根据权利要求1所述的电动机控制系统，其中电流指令控制器基于d轴电流和转矩 参考指令确定q轴参考电流。
8. 根据权利要求7所述的电动机控制系统，其中，q轴参考指令由下式确定：
其中，是q轴参考指令，?；是转矩参考指令，Ke是电动机常数，P是电动机的极数， L,是q轴电感，Ld是d轴电感，Id KEF是d轴参考电流。
9. 根据权利要求7所述的电动机控制系统，其中电流指令控制器基于d轴参考电流Id KEF和q轴参考电流确定电压指令。
10. 根据权利要求9所述的电动机控制系统，其中如果电压指令小于供桥电压，那么电 流指令控制器基于第一区域操作确定d轴参考电流I d KEF和q轴参考电流。
11. 根据权利要求9所述的电动机控制系统，其中如果电压指令大于或等于供桥电压， 那么电流指令控制器基于第二操作区域确定d轴参考电流I d KEF和q轴参考电流。
12. -种确定电动机的d轴参考电流的方法，包括： 通过电流指令控制器监测供桥电压和转矩参考指令，供桥电压由横跨在DC输入线路 上的DC电源产生； 基于转矩参考指令确定峰值电流； 基于峰值电流确定电流角；以及 基于电流角确定d轴参考电流。
13. 根据权利要求12所述的方法，进一步包括基于d轴电流和转矩参考指令确定q轴 参考电流。
14. 根据权利要求13所述的方法，其中q轴参考指令由下式确定：
其中，是q轴参考指令，?；是转矩参考指令，Ke是电动机常数，P是电动机的极数， L,是q轴电感，Ld是d轴电感，Id KEF是d轴参考电流。
15.根据权利要求13所述的方法，进一步包括基于d轴参考电流Id KEF和q轴参考电流 而确定电压指令。
【文档编号】H02P21/14GK104052364SQ201410145809
【公开日】2014年9月17日 申请日期:2014年3月11日 优先权日:2013年3月11日
【发明者】A·G·杰布雷杰尔吉斯, R·拉贾文基塔苏布拉莫尼, T·塞巴斯蒂安, S·巴拉尔 申请人:操纵技术Ip控股公司