转矩估算和补偿的方法及其系统的制作方法_4

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2] 在示例性实施例中,处理器被配置成用于选择调制模式,被选择的调制模式是空 间矢量脉宽调制(SVPWM)和不连续的脉宽调制中的一种。
[0093] 至少一个示例性实施例公开了确定用于交流(ac)电机的逆变器的估算的端电压 的方法。所述方法包括从多个调制模式选择调制模式,基于被选择的调制模式确定对应逆 变器的相的多个当前相电压,该种确定补偿与被选择的调制模式和逆变器的相相关的死区 时间,所述逆变器配置成用于驱动交流电机并且基于所述多个当前相电压确定估算的端电 压。
[0094]在示例性实施例中,当第一调制模式是被选择的调制模式时,确定多个当前相电 压的过程包括基于被选择的调制模式的载波的方向和与逆变器的多个当前相电压相关的 相电流的极性来确定逆变器的所述多个当前相电压。
[0095] 在示例性实施例中,当第二调制模式是被选择的调制模式时,确定多个当前相电 压的过程是基于与逆变器的多个当前相电压相关的相电流的极性和逆变器的对应的相中 的猜位开关来确定逆变器的所述多个当前相电压。
[0096] 在示例性实施例中,确定多个当前相电压的过程进一步包括基于与相相关的被选 择的调制模式的占空因数来分别确定逆变器的所述多个当前相电压。
[0097] 在示例性实施例中,确定多个当前相电压基于与电机的多个当前相电压关的相电 流的极性和逆变器的对应的相中的猜位开关来确定逆变器的多个当前相电压。
[0098] 在示例性实施例中,确定被估算的端电压包括确定第一转子位置,并且基于第一 转子位置确定第二转子位置,所述第一转子位置是电机的用于与逆变器的多个当前相电压 相关的多个相电流的变换的转子位置,所述第二转子位置是电机的用于逆变器的多个当前 相电压的变换的转子位置,所述第一转子位置和所述第二转子位置不同。
[0099] 在示例性实施例中,确定第二转子位置的过程包括确定第二转子位置,使得第二 转子位置每次与对逆变器的多个当前相电压的确定同步出现。
[0100] 在示例性实施例中,确定估算的端电压的过程包括基于第二转子位置将逆变器的 多个当前相电压从H相变换到两相,并且基于逆变器的被变换的多个当前相电压确定估算 的端电压,所述估算的端电压是两相旋转坐标系电压。
[0101] 在示例性实施例中,确定估算的端电压的过程包括将逆变器的多个当前相电压变 换成两相静止坐标系电压。
[0102] 在示例性实施例中,确定估算的端电压的过程包括基于两相静止坐标系电压确定 被估算的端电压,所述估算的端电压表示H相线间电压的幅值。
[0103] 在示例性实施例中,被选择的调制模式是空间矢量脉宽调制(SVPWM)和不连续的 脉宽调制中的一种。
[0104]图4图示了根据示例性实施例的、被配置成用于向电动马达输出控制信号的逆变 器电路。逆变器电路188包括的电学构件包括但是不受限于用于产生、修改和控制脉宽 调制信号或应用于图1A的马达117的其它交流信号(例如,脉冲、方波、正弦曲线、或其 它的波形)的开关半导体(430-431、434-435 和 438-439)、二极管(432-433、436-437 和 440-441)、马达相阻抗443-445、直流总线电压442。
[0105] 为防止在逆变器电路188的输出端处的击穿,死区时间或消隐时间被引入脉宽调 制开关中,该可W导致d/q轴电压命令Vd*和V。*W及实际的相输出电压(例如, 和之间的失配。在死区时间内,逆变器电路188的任何指定相的顶部开关 或底部开关都不导通。在一个示例性实施例中,开关430、434和438分别构成相A、B和C 中的一个的顶部开关,同时开关431、435和439分别构成相A、B和C中的一个的底部开关。
[0106]在死区时间内,基于流过一个相的顶部二极管或底部二极管(例如,对应于相A的 二极管432或433)中的一个的电流方向确定实际的逆变器输出电压^V_。。tu。l、V?_。etu。l和V?_ 影响d/q轴电压命令Vd满V(经由脉宽调制生成模块112被转换成H相占空因数(da、化、dc))和实际的当前相电压、VuN^setual和VCN^aetual之间的失配的死区时间还可 W依赖其它因素,包括但是不受限于,脉宽调制开关频率和马达操作模式,脉宽调制周期的 固定的死区时间的百分比随着脉宽调制开关频率的改变而变化。例如,当马达117运行在 驾驶模式中时,实际的逆变器端电压小于d/q轴电压命令,而当马达117运行在制动模式中 时,实际的逆变器端电压高于d/q轴电压命令。结果,d/q轴命令由于所描述的失配而可能 不是实际的端电压的好的指示器。
[0107] 在逆变器电路188的开关和二极管上的电压降也有助于所述失配。例如,当逆变 器电路188的任何指定的相的顶部开关或底部开关中的一个导通时,在与一个相相关的开 关和/或二极管上存在电压降。例如,当与相A相关的顶部开关430导通时,开关430或二 极管432上存在电压降,该可W分别称为开关430的。或二极管432的Vdi"de_。。
[010引因此,精确地估算逆变器的当前相电压V、V?和V?能使系统考虑到估算的当前 相电压V、VbN和VCW和实际的当前相电压V心。1。。1、VBN_3etud和V?setu。义间的失配,并且因 此调节d/q轴电流命令。该种调节又可W能够补偿电机处的超高端电压,如此确保马达控 制稳定性。
[0109] 下文将描述对实际的端电压的估算和对d/q轴电流命令的调节。
[0110] 图5A-B图示了根据示例性实施例的、图1A-1B的脉宽调制模块的用于双重控制模 式的脉宽调制(PWM)周期和双重控制周期。图5A图示了脉宽调制载波。单个的脉宽调制周 期可W限定为从信号的上升沿到信号的下一个上升沿的时间。例如,在图5A中561至562 限定了一个脉宽调制周期。
[0111] 图5B图示了双重控制模式,其中每个脉宽调制周期具有两个控制信号(例如,每 半个单个脉宽调制周期存在1个控制信号),其中脉宽调制周期被限定为从563至565 (例 女口,与图5A中的脉宽调制周期相同),并且半周期如图5B所示被限定为563至564和564 至565。因此,在示例性实施例中,脉宽调制开关频率是5曲Z并且测量值被W25MHz(例如, 4化S)抽样,然后对于双重控制模式的情况,将具有Vxw的(例如,测量值)计数的一半(例 如2500),其中X是每个控制周期中的相a、b、或C中的一个。如图5A-5B所示,脉宽调制周 期可W不相同,并且由于,例如,改变的脉宽调制开关频率,一个脉宽调制周期可W不同于 另一个脉宽调制周期。
[0112] 在示例性实施例中,电机端电压估算模块127在每个双重控制周期中抽样当前的 直流值C)总线电压、当前的相电流、和H个之前的占空因数中的每一个的单位延迟,W估 算电机端电压。由于当前的被计算的占空因数将用于下一个控制周期,因而使用之前的占 空因数值。
[0113] 图6图示了根据示例性实施例的具体模块,包括由图1A示出的系统的电机端电压 估算模块127。具体地,图6图示了电机端电压估算模块127、端电压反馈模块108和电流 调节模块107。电机端电压估算模块127可W包括用于估算H相线与负干线间的平均电压 (Vm、V?和VJ的估算器644,如将在下文所述。电机端电压估算模块127可W进一步地包 括用于滤波被估算的相线与负干线间电压的滤波器645,如将在下文所述。电机端电压估算 模块127可W进一步地包括计算端电压阔值的阔值计算模块646,如将在下文所述。然后可 W使用端电压阔值确定端电压反馈,如将在下文所述。此外,图6图示了图1A示出的端电 压反馈模块108,端电压反馈模块108基于端电压阔值和被估算的端电压确定端电压反馈, 如将在下文所述。图6还图示了图1示出的电流调节模块107,电流调节模块107基于端电 压反馈调节d/q轴电流命令,如将在下文所述。
[0114] 如之前所述,图6图示的模块可W由图lA-lB示出的系统处理器120执行,并且W 各种硬件实现,所述硬件包括,但是不限于,诸如数字信号处理器或FPGA之类的可编程逻 辑装置。例如,处理器264可W被编程W执行图1A-1B示出的模块。
[0115] 图7图示了根据示例性实施例的、图6示出的电机端电压估算模块、端电压反馈模 块和电流调节模块执行的基于DSP的方法。
[0116] 在S749处,系统处理器120选择调制模式。例如,系统处理器可W选择空间矢量 脉宽调制(SVPWM)或不连续的脉宽调制作为被选择的调制模式。在示例性实施例中,系统 处理器120可W基于调制指数在SVPWM和DPWM之间选择。调制指数是需要的输出电压和 可获得的DC总线电压之间的比。尽管下文关于DPWM2描述了示例,但是应该理解,不连续 的脉宽调制值PWM)模式可W是DWPM1、DPWM2、DPWM3或动态的DPWM。
[0117] 处理器120可W基于被选择的调制模式在SVPWM方程和DPWM2方程之间切换。例 女口,如果选择DPWM2并且电流矢量是"1",则处理器120使用DPWM2方程估算相a电压并且 使用SVPWM方程估算相b电压和相C电压。如果DPWM2不起作用,则处理器120使用SVPWM 方程估算相电压。
[0118] 在S750处,系统处理器120经由图6示出的估算器644基于被选择的调制模式确 定多个当前相电压(当前的控制阶跃电压)VXN。估算器644利用使用多种数据的输入,女口 所述多个电压,所述多种数据包括但是不受限于,直流总线电压、用于驱动逆变器电路188 的每个相的占空因数、瞬时电流极性、与逆变器电路188的对应的相相关的至少一个开关 上的电压、和逆变器电路188的死区时间(或消隐时间)。 。。引估算SVPWM
[0120] 电机端电压估算模块127使用四个不同的方程来根据相电流极性和载波方向该 两个参数计算当前相电压VxN。作为第一参数的载波方向基于脉宽调制载波的斜率(图5A 示出)。对于双重控制的情况,正脉宽调制载波斜率与一电位的载波方向相关,并且负脉宽 调制载波斜率等于零电位的载波方向。电机端电压估算模块1
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