电机驱动控制装置及控制方法制造方法及图纸

本发明专利技术涉及一种电机驱动控制装置以及电机驱动的控制方法。该电机驱动控制装置包括：变压器（14），所述变压器（14）能够在升压模式中将直流电源电压（Vdc）升压成总线电压（Vbus）,也能够在非升压模式中将直流电源电压传输到总线；逆变器（11、11’），所述逆变器（11，11’）用于驱动电机；控制单元（300），所述控制单元（300）能够控制所述变压器（14）是否进入所述升压模式。利用上述控制装置和方法，能够更简单高效地实现电机驱动。

【技术实现步骤摘要】
电机驱动控制装置及控制方法
本专利技术涉及一种控制装置及方法，更具体地，本专利技术涉及一种用于电机驱动的控制装置及控制方法。
技术介绍
图1示意性地显示了在混合动力/纯电动车中的功率级。如图1所示，功率级主要包括：电机1；逆变器2，其在一侧输出交流电压以驱动电机1；变压器4，用于输出总线电压Vbus到逆变器2，其中，变压器4由输出电压为Vdc的直流电源5供电，通常是提升Vdc电压。具体地，逆变器2的另一侧则是直流总线3，直流总线3为逆变器2提供直流总线电压Vbus。该直流总线电压Vbus由变压器4控制，其中变压器4能够在升压模式下将Vdc电压提升为Vbus。如果需要的话，多组逆变器和电机共用同一直流总线3，以执行更复杂的任务，例如在两台电机1、1’的情况下，一台电机1在电动模式下运行，而另一台电机1’则在发电模式下运行。变压器4在上述功率级中具有重要作用：1)直流总线电压Vbus对系统损耗及效率有重要影响，总线电压高，对于电机来说，其在弱磁区需要的电流会小，因此导线上的损耗会小，但是磁场会大，因此铁芯中的损耗会多。对于变压器和逆变器中的功率开关元件来说，因为电机电流小了，所以导通损耗会小，但是因为总线电压高了，所以开关损耗会大。当总线电压低时，情况正好相反。因此，对于特定组合的电机速度和扭矩，存在使系统最优的直流总线电压Vbus。当电机的转速或者转矩变化时，直流总线电压也要跟随变化，这就是系统最优路径。这里的“系统最优”，可以是系统的效率最高(等同损耗最低)，或者某个元件(比如电机)的效率最高，又或者是系统的温升最低，又或者是某个元件的温升最低，又或者是系统在某种工况下的温升最低，又或者是某个元件在某种工况下的温升最低。变压器4控制总线电压Vbus，以确保逆变器2、2’和电机1、1’具有足够的电压以输出需要的扭矩，同时优选的是将Vbus控制在使系统最优的最佳点。2)同时，上述控制还需要考虑直流电源电压Vdc。在真实系统中，Vdc一直在变化，而非始终保持不变。例如，当使用电池作为直流电源时，其具有内部电阻，这使得在高负载情况下直流电源电压Vdc下降，而在充电模式下直流电源电压Vdc则上升。进一步地，直流电源电压Vdc会随电池的充电状态而变化。变化的直流电源电压Vdc又显著影响变压器4对总线电压Vbus的控制。当电源电压Vdc足够高时，则不必提升电源电压Vdc。即，变压器4以非升压模式工作，让电源电压Vdc直接通过变换器4。但在电源电压Vdc不够高的时候，变压器4需要以升压模式工作，以提升电源电压Vdc，当然当变压器4以升压模式工作时，会产生一定的功率损耗。另一问题在于总线电压Vbus控制和电机控制之间的关系。电机控制器需要根据实际的总线电压Vbus，来选择合适的控制电流Id和Iq，实现电机在当前转速下输出需要的转矩。不正确的选择Id和Iq，会使得电机需要的电压高于总线能够提供的电压，最后导致电机失控。当随功率级系统最佳路径变化地控制Vbus时，电机控制也根据Vbus控制相应地变化。因此如何协调上述控制是问题所在。US7164253B2公开了一种电动机控制装置，认识到总线电压Vbus控制对于系统效率的重要影响，并根据电机速度和转矩输出对总线电压Vbus进行调节。通过比较电源电压Vdc和总线电压Vbus来考虑电源电压Vdc，并选择较大者作为总线电压指令。但是上述方法未将功率级作为一个整体考虑，未考虑到电机的最佳运行(最佳运行比如：温升最低、损耗最小等)，因此不能够确保功率级以最佳点运行。US7852029B2虽然认识到总线电压Vbus控制的重要性，并利用预定表来调节和实现最佳的总线电压Vbus控制，但其未考虑直流电源电压Vdc的影响。US8324856B2利用预定表来确定最佳Vbus设置。该表分为升压区域和非升压区域，上述区域由升压选择线划分。但并未说明Vdc变化对上述表格制订的影响。另一方面，通过检查基于升压后电压的最大转矩曲线是否越过升压选择线，实时地考虑电源电压Vdc变化。如果越过升压选择线，则表示下降的电源电压Vdc会阻止电机输出需要的转矩，因此需要执行从非升压区域到升压区域。但上述方案过于复杂。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种简单高效的电机驱动控制装置和控制方法，即提供一种1)根据电机速度和转矩由变压器将总线电压调节至最佳点，从而系统以最优状态运行；2)实时地比较变化的直流电压与需要的总线电压，以确定是否执行升压或不升压，可以减小或消除变化的直流电压的影响；3)通过简单的步骤来确保升压与非升压之间的平稳转变；4)电机控制与总线电压控制完全协调这些目的的电机驱动控制装置和控制方法。上述目的可以通过以下控制装置和方法来实现。根据本发一种电机驱动控制装置，该电机驱动控制装置包括：变压器，所述变压器能够在升压模式中将直流电源电压升压成总线电压，也能够在非升压模式中将直流电源电压传输到总线；逆变器，所述逆变器用于驱动电机；控制单元，所述控制单元能够控制所述变压器是否进入所述升压模式。优选地，在本专利技术的电机驱动控制装置中，所述控制单元进一步包括：变压器控制单元，所述变压器控制单元能够控制所述变压器是否进入所述升压模式；和逆变器控制单元，所述逆变器控制单元能够控制所述逆变器。进一步优选地，在本专利技术的电机驱动控制装置中，所述变压器控制单元进一步包括：总线电压指令生成器和控制信号生成器，其中，所述总线电压指令生成器根据输入的转矩指令和电机信息输出总线电压指令到所述控制信号生成器，所述控制信号生成器根据接收到的总线电压指令控制变压器是否进入升压模式。另外优选地，在本专利技术的电机驱动控制装置中，所述逆变器控制单元进一步包括：电流指令生成器，电流变换器，d轴电流控制器，q轴电流控制器和控制信号生成器，其中，所述电流指令生成器接收输入的转矩指令和电机转速信号，并分别输出d轴电流指令、q轴电流指令到所述d轴电流控制器、q轴电流控制器，所述所述d轴电流控制器、q轴电流控制器分别输出到所述控制信号生成器，所述控制信号生成器根据d轴电流控制器和q轴电流控制器的输出来控制逆变器。优选地，在本专利技术的电机驱动控制装置中，所述变压器控制单元根据用于系统优化标准的优化表控制变压器是否进入升压模式。优选地，在本专利技术的电机驱动控制装置中，所述系统优化标准是系统功率损耗最小。优选地，在本专利技术的电机驱动控制装置中，所述优化表包括总线电压指令表，d轴电机电流指令表，和q轴电机电流指令表。优选地，在本专利技术的电机驱动控制装置中，所述变压器控制单元通过滞环控制来控制变压器在升压模式和非升压模式之间进行切换。本专利技术还涉及一种电机驱动控制方法，该控制方法包括以下步骤：步骤S1：设置系统优化标准，并收集实现所述系统优化标准所必需的数据信息；步骤S2：利用步骤S1中所收集的数据信息，制订用于系统优化标准的三张优化表：总线电压指令表，d轴电机电流指令表，和q轴电机电流指令表；步骤S3：基于转矩指令和电机转速在优化表中搜索最优总线电压指令，并结合检测到的直流电源电压确定实际总线电压指令；根据实际总线电压指令，和实际测量到的总线电压，通过比较这两个电压值，生成控制信号，实现反馈控制，执行确定的总线电压控制；步骤S4：根据外部输入的转矩指令和电机转速在优化表中搜索本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种电机驱动控制装置，其特征在于，该电机驱动控制装置包括：变压器（14），所述变压器（14）能够在升压模式中将直流电源电压（Vdc）升压成总线电压（Vbus），也能够在非升压模式中将直流电源电压（Vdc）传输到总线；逆变器（11、11’），所述逆变器（11、11’）用于驱动电机；控制单元（300），所述控制单元（300）能够控制所述变压器（14）是否进入所述升压模式。

【技术特征摘要】
1.一种电机驱动控制装置，其特征在于，该电机驱动控制装置包括：变压器(14)，所述变压器(14)能够在升压模式中将直流电源电压(Vdc)升压成总线电压(Vbus)，也能够在非升压模式中将直流电源电压(Vdc)传输到总线；逆变器(12、12’)，所述逆变器(12、12’)用于驱动电机；控制单元(300)，所述控制单元(300)能够控制所述变压器(14)是否进入所述升压模式，所述控制单元(300)进一步包括能够控制所述变压器(14)是否进入所述升压模式的变压器控制单元(200)和能够控制所述逆变器(12、12’)的逆变器控制单元(100)，所述变压器控制单元(200)根据用于系统优化标准的优化表控制变压器(14)是否进入升压模式，所述优化表包括总线电压指令(Vbus_cmd)表，d轴电机电流指令(Id_cmd)表，和q轴电机电流指令(Iq_cmd)表；所述逆变器控制单元(100)进一步包括：电流指令生成器(101)，电流变换器(102)，d轴电流控制器(103)，q轴电流控制器(104)和控制信号生成器(105)，其中，所述电流指令生成器(101)接收输入的转矩指令(Tcmd)和电机转速在所述优化表中搜索最优d轴电流(Id)和最优q轴电流(Iq)，根据最优d轴电流(Id)和最优q轴电流(Iq)，并分别输出d轴电流指令(Id_cmd)、q轴电流指令(Iq_cmd)到所述d轴电流控制器(103)、q轴电流控制器(104)，所述d轴电流控制器(103)、q轴电流控制器(104)分别输出控制信号到所述控制信号生成器(105)，所述控制信号生成器(105)根据d轴电流控制器(103)和q轴电流控制器(104)的输出来控制逆变器(12、12’)。2.如权利要求1所述的电机驱动控制装置，其特征在于，所述变压器控制单元(200)进一步包括：总线电压指令生成器(201)和控制信号生成器(202)，其中，所述总线电压指令生成器(201)根据输入的转矩指令(Tcmd)和电机信息输出总线电压指令(Vbus_local)到所述控制信号生成器(202)，所述控制信号生成器(202)根据接收到的总线电压指令(Vbus_local)控制变压器(14)是否进入升压模式。3.如权利要求1所述的电机驱动控制装置，其特征在于，所述系统优化标准可以是系统功率损耗最小，又或者是系统的温升最低，又或者是系统在特定工况下的温升最低。4.如权利要求1至3中的任一项所述的电机驱动控制装置，其特征在于，所述变压器控制单元(200)通过滞环控制来控制变压器(14)在升压模式和非升压模式之间进行切换。5.一种电机驱动控制方法，其特征在于，该控制方法包括以下步骤：步骤S1：设置系统优化标准，并收集实现所述系统优化标准所必需的数据信息；步骤S2：利用步骤S1中所收集的数据信息，制订用于系统优化标准的三张优化表：总线电压指令(Vbus_cmd)表，d轴电机电流指令(Id_cmd)表，和q轴电机电流指令(Iq_cmd)表；步骤S3：基于转矩指令(Tcmd)和电机转速在优化表中搜索最优总线电压指令(Vbus_cmd)，并结合检测到的直流电源电压(Vdc)确定实际总线电压指令(Vbus_local)；根据实际总线电压指令，和实际测量到的总线电压，通过比较这两个电压值，生成控制信号，实现反馈控制，执行实际总线电压指令(Vbus_local)控制；步骤S4：根据外部输入的转矩指令和电机转速在优化表中搜索最优d轴电流(Id)和最优q轴电流(Iq)，根据最优d轴电流(Id)和最优q轴电流(Iq)实施对逆变器(12、12’)的控制。6.如权利要求5所述的电机驱动控制方法，其特征在于，当直流电源是具有内部电阻的电池/蓄电池时，步骤S2进一步包括以下步骤：步骤S201，在该步骤中进行初始化：设定直流电源电压(Vdc)小于电池电压范围的最小值；设定当前总线电压(Vbus)为电池电压范围的最小值；设定当前电机转速为转速范围最小值；设定当前电机转矩为转矩范围最小值；设...

【专利技术属性】
技术研发人员：龚晓峰，苏娜，沈唐斌，庄朝晖，
申请(专利权)人：西门子公司，
类型：发明
国别省市：德国;DE