基于内置式永磁同步电机的驱动系统的滞环控制器频带的确定技术方案

本发明专利技术提出一种针对滞环控制器提供控制频带的方法。方法可解析地确定控制频带，以节约与滞环控制器的手动校准关联的时间和成本。通过示例的方式，方法可包括模拟例如定子磁链或电机转矩这样的电机输出、模拟电机输出的变化率以及基于变化率模拟提供控制频带。

【技术实现步骤摘要】
基于内置式永磁同步电机的驱动系统的滞环控制器频带的 确定
本专利技术总体上涉及针对电机（内置式永磁同步电机（IPMSM))的直接转矩控制 (DTC)，尤其涉及一种用于确定DTC滞环控制器频带（hysteresis controller band)的方 法。
技术介绍
对于电动车辆和混合动力电动车辆的需求持续增长，因为政府机构、民间组织和 个人消费者力图节约资源、减少能源成本和降低碳排放。电动车辆具有包括辅助或代替传 统车辆的内燃发动机的电机的电力驱动系统、配置为提供能量给电机的功率转换系统以及 配置为控制机器运行的电机控制器。由于其高功率/转矩密度、其高效率和其高可靠性，永 磁同步电机（PMSM)是针对电动车辆驱动系统的热门选择。在电动车辆应用中，大多数与 PMSM-起使用的电机控制器实施磁场定向控制（F0C)技术，因为它们可提供高动态响应和 性能。然而，F0C系统可以是相当复杂的，需要连续的转子位置信息、电流调节器、旋转和静 止坐标系之间的转换以及脉冲宽度调制（PWM)发生器。此外，F0C系统可以是对参数波动、 外部干扰和负载变化敏感的。 最近，正在考虑增加内置式PMSM (IPMSM)机器在电动车辆应用中的使用。IPMSM已 经广泛用在从伺服器至牵引应用的高性能驱动器中。像钕铁硼（NdFeB)这样的高矫顽力永 磁材料的发展以较低成本制造 IPMSM，具有它们的增加的能量密度，是电力推进系统的一种 有吸引力的选择。此外，高效且也具有高可靠性的IPMSM提供具有高转矩/惯性比的良好 的动态性能。不像典型的PMSM的电感特性，IPMSM交轴电感（q-axis inductance)可远大 于直轴电感（d-axis inductance)。该差异增加了 IPMSM的弱磁运行的效力，并使它们能够 提供优于PMSM的延伸的恒功率范围的能力。这种能力在电动车辆应用中是有利的，因为研 究表明，其可以允许使用具有较低的伏安额定值的功率逆变器，并取消使用多个传动比。 为感应电动机控制最初引入的DTC提供定子磁链和电机的电磁转矩的直接、独立 的控制。因为IPMSM的电磁转矩与定子和转子磁链之间的角度成比例，所以带有良好的动 态响应的DTC是电动车辆中的IPMSM推进系统的一种有吸引力的选择。通常，DTC设计为通 过将电压矢量施加给配置为提供交流电给电机的逆变器来控制转矩和磁链。所施加的特定 的电压矢量取决于转矩滞环控制器和磁链滞环控制器（flux hysteresis controller)的 输出。DTC系统可包括使滞环控制器输出的各种组合与预计导致最快的电磁转矩响应的电 压矢量结合的电压表。针对基于此电压表的DTC解决方案的两个重要控制参数是转矩和磁 链滞环控制器频带，其需要进行校准或调整，以提供期望的性能水平。虽然小的频带可能期 望更高的电机输出准确性，但考虑到驱动系统组件的物理局限性，它们通常是不可达到的。 另一方面，更容易实现的大的频带很容易出现噪声、振动和刺耳的问题，这些问题会不利地 影响性能和使操作人员失望和/或受挫。不幸的是，没有针对特定的应用用于详细说明滞 环控制器频带的通用或标准方法。相反，控制器频带的确定本质上是昂贵且无效率的试验 和错误过程（trial and error process) 〇
技术实现思路
本专利技术提出一种用于确定DTC滞环控制器的方法。一不例方法可包括模拟电机输 出、模拟电机输出变化率和基于模拟的输出变化率提供滞环控制器的频带。一示例性方法 可包括利用电力驱动系统（EDS)特性确定滞环控制器频带。可针对电动车辆电力驱动系统 (EDS)实施本专利技术的方法以确定针对滞环磁链控制器和/或滞环转矩控制器的频带。 通过不例的方式，一种用于确定磁链控制器频带的方法可包括模拟IPMSM的磁 链、模拟磁链变化率、确定平均磁链变化率以及利用平均磁链变化率定义磁链控制器频带。 在一示例性实施例中，例如直流（DC)母线电压和逆变器转换速率这样的EDS特性可用于提 供控制器频带，该控制器频带可以是中点Β α附近的-Β^至+B^的范围，其中，戈表频带限 制。本专利技术的方法可包含逆变器DC母线电压除以乘积（4Ji*f invmax)，其中，finvmax代表逆变 器的最大转换频率，以提供用于定义定子磁链控制器频带的限值BF。 在一示例性实施例中，本专利技术的方法可包含逆变器DC母线电压除以乘积 以针对转矩控制器频带提供限值Βτ，其中，L,是所述电机的交轴电感，Ism 是所述电机的最大定子电流，τ m是所述电机的最大转矩，以及finv max是逆变器的最大转换 频率。通过示例的方式，磁链滞环控制器的频带可具有带有中心或中点的带宽2BF。类 似地，转矩控制器的频带可具有带有中心或中点B CT的带宽2BT。 -示例方法可包括在滞环控制器上接收定子磁链误差、当接收到的定子磁链误差 大于最近之前接收到的定子磁链并且大于或等于控制器频带的上限时改变控制器输出、当 接收到的定子磁链误差小于最近接收到的定子磁链误差并且等于或小于控制器频带的下 限时改变控制器输出以及当接收到的定子磁链在上限和下限之间时执行不改变控制器输 出，其中，上阳Vd。代表逆变器DC母线电压，以及finv _代表逆变器的最 大转换频率。本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种系统，其特征在于，包含：电机；配置为控制所述电机的输出的滞环控制器；配置为提供电压矢量给逆变器的电压矢量单元，其中逆变器配置为提供电流给所述电机，所述电压矢量取决于所述滞环控制器输出；并且其中，所述滞环控制器具有基于所述电机输出的模型或所述电机输出变化率的模型的控制频带。

【技术特征摘要】
2013.06.21 US 13/923,8621. 一种系统，其特征在于，包含： 电机； 配置为控制所述电机的输出的滞环控制器； 配置为提供电压矢量给逆变器的电压矢量单元，其中逆变器配置为提供电流给所述电 机，所述电压矢量取决于所述滞环控制器输出；并且 其中，所述滞环控制器具有基于所述电机输出的模型或所述电机输出变化率的模型的 控制频带。2. 根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述滞环控制...

【专利技术属性】
技术研发人员：王长江，迈克尔·W·德格尼尔，
申请(专利权)人：福特全球技术公司，
类型：发明
国别省市：美国;US