在电功率驾驶系统中利用直接设备修改将当前控制解耦的制作方法
【专利说明】在电功率驾驶系统中利用直接设备修改将当前控制解耦
[0001] 相关申请的交叉引用 本专利申请要求2014年6月23日提交的美国临时专利申请序号62/015, 784的优先 权。美国临时专利申请序号62/015, 784被整体地通过引用结合到本文中。
【背景技术】
[0002] 永磁体同步马达（PMSM)(表面永磁体（SPM)或内部永磁体（IPM)马达）的输出力 矩可由电压命令和相位提前角确定。通过首先选择特定象限轴(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象限轴参考电流和直轴参考电流确定电压命令和 相位提前角来确定PMSM的特定输出力矩。
[0003] 电功率驾驶（EPS)系统使用电马达(例如，PMSM)来提供驾驶辅助。当使用PMSM 时，利用场定向控制（FOC)，其允许将交流(AC)多相(例如，三相）马达电压和电流信号变换 成同时旋转参考系，一般称为d轴/q轴参考系，其中，马达电压和电流变成直流（DC)量。使 用前馈控制法或者闭环电流反馈控制或者其某种组合来实现FOC力矩控制技术。
[0004] PMSM的闭环电流控制到EPS系统的施加具有在控制系统的能力之外的独特却苛 刻的要求以跟踪期望的辅助力矩命令（即，马达力矩命令)。这些要求中的许多与力矩响应 行为、马达输入扰动特性、电流测量噪声传输特性以及针对估计电马达参数估计的准确度 的稳健性的平衡相关联。期望纵贯控制系统的整个操作范围的性能一致性，包括纵贯整个 马达速度范围的操作和源电压极限附近的操作。不同于利用PMSM的高压功率施加，从交通 工具可用于控制系统的源电压并不是无限的，并且通常尽可能高效地确定在这些应用中使 用的马达的尺寸以输送稳态功率压球。这要求电流控制随着可用于控制系统的瞬态电压在 PMSM操作的峰值功率点附近变小而以稳定且可预测的方式操作。因此，应将控制系统配置 成在要求相对小的马达电压命令瞬态效应的同时根据期望操作。
【发明内容】
[0005] 在本发明的一个实施例中，提供了一种用于控制从输入电压命令生成输出电流的 电马达的系统，所述输入电压命令包括第一电压命令和第二电压命令的和。所述系统包括 第一模块，所述第一模块被配置成从所述马达接收所述输出电流作为反馈以及基于所述反 馈确定第一组增益因数以生成所述第一电压命令，使得所述输入电压命令导致所述马达生 成所述输出电流，所述马达的一组操作参数的变化的影响减少。所述系统还包括第二模块， 所述第二模块被配置成接收所述反馈与被加以命令的电流之间的差以及基于所述差来确 定第二组增益因数以生成所述第二电压命令，使得所述输入电压命令导致所述马达生成所 述输出电流作为第一、二或更高阶响应。
[0006] 在本发明的另一实施例中，提供了一种控制从输入电压命令生成输出电流的电马 达的方法，所述输入电压命令包括第一电压命令和第二电压命令的和。所述方法包括从所 述马达接收所述输出电流作为反馈以及基于所述反馈确定第一组增益因数以生成所述第 一电压命令，使得所述输入电压命令导致所述马达生成所述输出电流，所述马达的一组操 作参数的变化的影响减少。所述方法确定所述反馈与期望电流之间的差以及基于所述差来 确定第二组增益因数以生成所述第二电压命令，使得所述输入电压命令导致所述马达生成 所述输出电流作为第一、二或更高阶响应。
[0007] 根据结合附图进行的以下描述，这些及其他优点和特征将变得更加显而易见。
【附图说明】
[0008] 在本说明书所附的权利要求中特别地指出并明确地要求保护被视为本发明的主 题。根据结合附图进行的以下详细描述，本发明的前述及其他特征和优点是清楚的，在所述 附图中： 图1是根据示例性实施例的马达控制系统的示例性示意图； 图2是根据示例性实施例的马达的相量图； 图3是根据示例性实施例的控制模块的示例性框图； 图4是根据示例性实施例的控制模块的示例性框图； 图5是根据示例性实施例的控制模块的示例性框图； 图6是根据示例性实施例的控制模块的示例性框图； 图7是根据示例性实施例的控制模块的示例性框图； 图8是根据示例性实施例的控制模块的示例性框图； 图9是根据示例性实施例的控制模块的示例性框图； 图10是根据示例性实施例的控制模块的示例性框图；以及 图11是根据示例性实施例的控制模块的示例性框图；以及 图12图示出根据示例性实施例的用于控制电马达的控制方法的流程图。
【具体实施方式】
[0009] 现在参考附图，其中将参考特定实施例来描述本发明，在不对其进行限制的情况 下，图1图示出根据本发明的一个方面的马达控制系统10。在如所示的示例性实施例中， 马达控制系统10包括马达20、逆变器22、源电压24以及控制模块30 (也称为控制器)。电 压源24向马达20供应源电压匕。在某些实施例中，电压源24是12伏电池。然而，应理 解的是也可使用其它类型的电压源。逆变器22通过标记为M'、'皮和的多个连接32 (例如，三个连接器）被连接到马达20。在某些实施例中，马达20是多相、永磁体同步马达 (PMSM)。在本示例中，马达20是三相PMSM。控制模块30通过逆变器22被连接到马达20。 控制模块30从系统34接收马达力矩命令Taw,诸如驾驶控制系统。控制模块30包括用于 通过逆变器22向马达20发送马达电压命令晰]控制逻辑。
[0010] 现在参考图1和2,操作马达20,使得马达电压命令晰]相位相对于马达20的逐 渐产生的反电动势（BEMF)电压屈勺相位移位。在图2中示出了马达20的相量图，并且其图 示出具有为匕的量值的马达电压命令矢量K BEMF电压矢量方具有作为BEMF电压&的量 值。第一电压矢量肉BEMF电压矢量&间对角并将其称为相位提前角5。将定子相电 流称为/，将象限轴（q轴）中的定子相电流称为Λ，将直轴（d轴）中的定子相电流称为心， 将各d轴中的定子相电抗称为尤，将q轴中的定子相电抗称为；，并且将相位J中的定子相 电阻称为尺。
[0011] 在某些实施例中，使用编码器36 (在图1中示出）来测量马达20的转子的角位置 0 (即，转子的机械位置)。将马达20的角位置〃转换成电位置〃卫然后用来确定输入 相电压L 匕其中，输入相电压匕与连接对目对应，输入相电压匕与连接辨目对应， 并且输入相电压K与连接味目对应。控制模块30包括用于用以下等式来计算输入相电压 ^匕和C的控制逻辑： F3= Vmsin{ θ + δ) (等式 1) 匕sin(^+J+120。）（等式 2) C=匕sin(0e+J+24O。）（等式 3) 其中，等式1一3中的（是从转子的机械角或位置〃转换的转子电位置。马达20可 在顺时针以及逆时针方向上旋转，并且还可在操作期间在顺时针和逆时针两个方向上产生 力矩。
[0012] 图3是根据本发明的某些实施例的控制模块30的示例性框图。如所示，控制模 块30包括多个子模块一BEMF补偿模块302、积分模块308、补偿模块306和310、修改模块 320、减法模型304以及加法模块312 - 316。图3还图示出马达20。为了图示和描述的简 单起见，在图3中未描述控制模块30与马达20之间的逆变器22。
[0013] 马达20是正在由控制模块30控制的设备。也就是说，马达20接收电压命令^ 并生成力矩（即，吸取或输出电流4其为如上文参考图1和2所述的实际马达电流)。马达 20连同控制模块30 -起构成具有某个频率响应特性的闭环系统。如可以认识到的，闭环系 统的频率响应取决于一组模型等式，其定义将