使用查找表优化电动马达的再生制动控制制造技术

本发明专利技术提供一种使用查找表优化电动马达的再生制动控制。用于AC马达(M)的再生制动控制器。为了确定用于减慢或停止马达的电磁转矩，再生制动控制器(220)访问查找表(24r)，以检索对应于转子速度的当前估计的制动转矩值。所检索的制动转矩可以对应于在其处当前转子速度下将发生再生制动的最大或最小转矩水平，或对应于在其处在再生制动期间充电电流最大化的转矩水平。如果存在外部机械制动器(259)，则再生制动控制器能够将外部制动转矩信号转发到控制器(245)，使得机械制动器(259)能够施加除了由再生制动转矩指示的之外的剩余的制动力。还公开了用于建立将被储存在查找表中的制动转矩的方法。

【技术实现步骤摘要】
使用查找表优化电动马达的再生制动控制
本专利技术是用于电动机的控制系统的领域。在本说明书中描述的实施例更具体地涉及电动马达的控制，以使用再生制动恢复能量。
技术介绍
在用于AC电动马达的现代控制系统中，场定向控制(“FOC”)已经变得普遍。根据该方法，例如，通过脉宽调制驱动AC马达的定子绕组，以这样的方式来使马达的转矩/安培性能最大化。因为定子中磁场的旋转相对于转子的旋转磁场可以是异步的，使得AC马达的操作的特性涉及具有时变系数的一组微分方程，所以AC马达的场定向控制是复杂的任务。事实上，甚至在其中定子和转子的磁场是同步的这些系统中，可操作的一组微分方程仍然是非线性的。现代高速可编程微控制器已经广泛地适用于进行准确的场定向控制所需的复杂的计算。很多AC马达控制算法是基于众所周知的“派克(Park)”变换，“派克(Park)”变换将具有角相关系数的一组可应用的微分方程变换成与马达角度无关的一组微分方程。特别地，Park变换根据旋转二维(d，q)坐标系统考虑马达操作，其中d轴与场磁链分量(即，转子通量)对齐，并且正交q轴与转矩分量对齐。通过将场磁链和转矩分量分开，可以控制马达转矩，而不会影响场通量。这种解耦使得能够使用诸如动态转矩控制和速度控制的技术，动态转矩控制和速度控制针对实际控制器实例化能够采用比例积分(PI)控制算法等。如本领域中已知的，常规FOC控制器响应于期望的马达速度输入信号并结合指示马达的当前位置和速度的反馈信号，控制AC马达的操作。在这点上，速度控制器对期望的马达速度和当前速度的估计之间的误差信号应用诸如比例积分控制函数的函数，以产生应用于反Park变换函数的直接相位和正交相位(d，q)控制信号。通常，反Park变换由这些d和q相位信号和当前转子位置的估计生成空间固定的(α相位和β相位)控制信号。然后，α相位控制信号和β相位控制信号基于在马达的定子绕组上驱动脉宽调制的(PWM)脉冲通过空间矢量发生器功能被转换为多相控制信号，以施加期望的转矩。在一般意义上来说，电动马达具有两种机械操作，马达驱动和制动。马达驱动是指其中马达的所施加的转矩和旋转速度是在相同方向上的马达操作，而制动操作在与马达的旋转速度相反方向上施加转矩。图1例示具有代表正向马达驱动(即，转矩τ＞0，并且速度ω＞0)的象限I和代表反向马达驱动(即，转矩τ＜0，并且速度ω＜0)的象限III的电动马达的转矩速度平面。类似地，象限II和象限IV分别代表反向制动(即，转矩τ＞0，速度ω＜0)和正向制动(即，转矩τ＜0，速度ω＞0)。如本领域中已知的，制动操作能够是再生的，在这种意义上讲，当马达被制动时，由转子的动能产生净反向电流，实质上是允许电动马达作为发电机操作。如果净反向电流的电能被反馈回到电源，当马达减慢时，从马达恢复能量。再生制动不会发生在转矩速度平面的制动象限中的所有操作点处，而仅发生在这些制动象限的子集内。同样地，由场定向控制系统产生的多相控制信号指示的转矩将确定是否发生通过再生制动的能量恢复，并且如果发生，将确定恢复能量的程度。
技术实现思路
所公开的实施例提供用于控制电动机(诸如交流(AC)电动马达)的系统和方法，以实行再生制动，以便恢复能量。所公开的实施例提供此类系统和方法，其中当可能时，施加场定向控制(FOC)，以这种的方式实行再生制动。所公开的实施例提供此类系统和方法，其中在再生制动期间，施加场定向控制(FOC)，以这种的方式使充电电流最大化。所公开的实施例提供这种系统和方法，其中在用于内置式永磁(IPM)AC马达的再生制动期间，施加FOC，以使充电电流最大化。所公开的实施例提供与外部制动机构兼容的这种系统和方法。对于已经参考以下说明书及其附图的本领域中的普通技术人员来说，所公开的实施例的其它对象和优点将是明显的。根据某些实施例，提供了FOC系统和方法，其中确定在制动期间将被应用到马达的多相控制信号，以便当可能时实行再生制动，并且在一些实施例中，优化来自再生制动的能量恢复。在这些实施例中，在多相控制信号的确定中，访问储存代表转矩速度平面中的再生制动区域的数据的查找表。在一些实施例中，查找表储存代表最大再生制动电流的操作点的数据。附图说明图1是指示用于马达的转子速度和转矩的象限的转矩对比速度的曲线图。图2是根据实施例马达控制器架构的框图。图3是根据图2的实施例用于马达控制的微控制器架构的数字部分的功能框图。图4是例示根据实施例在用于图2的架构中的查找表中的转子速度的范围内确定制动转矩的操作的流程图。图5a是根据实施例用于在建立用于马达的制动的一组系统方程式中使用的AC马达和动力系统的框图形式的电气图。图5b至图5d是根据实施例用于图5a的系统中的在建立用于马达的制动的一组系统方程式中使用的部件的等效电路模型。图6是在例示用于实施例的示例的再生制动区域的转矩速度平面中的曲线的曲线图。图7是例示根据实施例图2和图3的在制动马达中的架构中的再生制动控制器的操作的流程图。具体实施方式在本说明书中描述的一个或更多个实施例被实施到用于AC电动马达的永磁(PM)类型的场定向控制(FOC)方案中，如预期的，在这种情况下此类实施方案是特别有利的。然而，还可以预期本专利技术的概念可以有益地应用于其它应用，例如诸如AC感应马达和其它电机的其它类型的电动马达。于是，应当理解，仅以示例的方式提供以下描述，并且不旨在限制如所要求保护的本专利技术的真实范围。图2以框图的形式例示根据实施例用于电动机的场定向控制(FOC)控制系统250的示例。在图2的示例中，在该系统的控制下的电动机是永磁同步马达210，永磁同步马达210具有以常规方式相对于彼此120°异相布置的三个定子绕组，其在马达上用永磁体构成。如对于已经参考本说明书的本领域中的技术人员来说将明显的，马达210中的相位的数量可以与图2中所示的三个相位不同。在场定向控制(FOC)系统中，诸如根据这些实施例的系统250，控制施加到定子绕组的交流电，以产生旋转磁场，该旋转磁场与来自在期望的速度下以适当的转矩旋转转子的转子上的永磁体的磁场相互作用。在该实施例中，通过可编程微控制器集成电路(MCU)220实施用于控制施加到定子绕组的交流电的许多的架构，使得能够在数字域中进行很多计算和控制回路功能。根据这些实施例适合于使用作为MCU220的集成电路的示例包括可从德州仪器公司(TexasInstrumentsIncorporated)商购的C2000和MSP430族中的微控制器。在图2的示例中，MCU220包括微控制器处理器单元22，其从MCU220外部接收期望的马达速度信号ωd[n]以及从马达210接收反馈信号，如下面将描述的。处理器单元22耦接到程序存储器24p，程序存储器24p储存用于由处理器单元22根据所接收的参考和反馈信号检索和执行的程序指令；根据该实施例，储存在程序存储器24p中的程序指令使得处理器单元22实行在本说明书中所描述的各种控制功能。处理器单元22还耦接到数据存储器24d，数据存储器24d储存在处理器单元22的马达控制操作中由处理器单元22应用和计算的数据。由处理器单元22的该程序执行的结果是指示脉宽调制占空比的三相数据信号Tabc，在该脉宽调制占空比处将驱动马达M的三相(即，分别地，相本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种控制多相AC电动马达的操作的方法，所述方法包括：周期性地感测对应于马达的旋转的电参数；响应于所感测的电参数，确定当前转子速度；访问查找表以检索对应于所述当前转子速度的再生制动转矩值；以及对应于所述再生制动转矩值，生成用于应用到所述马达的多相驱动信号。

【技术特征摘要】
2015.11.11 US 14/938,6021.一种控制多相AC电动马达的操作的方法，所述方法包括：周期性地感测对应于马达的旋转的电参数；响应于所感测的电参数，确定当前转子速度；访问查找表以检索对应于所述当前转子速度的再生制动转矩值；以及对应于所述再生制动转矩值，生成用于应用到所述马达的多相驱动信号。2.根据权利要求1所述的方法，所述方法还包括：响应于所述当前转子速度和期望的转子速度信号，生成期望的制动转矩值；以及生成对应于所述期望的制动转矩值和所述再生制动转矩值之间的差值的外部制动器控制信号。3.根据权利要求1所述的方法，所述的方法还包括：响应于所述当前转子速度和期望的转子速度信号，生成期望的制动转矩值；确定是否能够对制动时间进行折中；以及响应于确定指示不能够对制动时间进行折中的步骤，对应于所述期望的制动转矩值，生成用于应用到所述马达的多相驱动信号。4.根据权利要求1所述的方法，其中，所述再生制动转矩值对应于预定最大电磁转矩，在所述预定最大电磁转矩处，针对所述当前转子速度再生制动发生。5.根据权利要求4所述的方法，其中，访问步骤还检索对应于预定最大电磁转矩的再生制动转矩值，在所述预定最大电磁转矩处，针对所述当前转子速度再生制动发生；并且其中，所述生成步骤生成对应于所述预定再生制动转矩值中的一个预定再生制动转矩值的多相驱动信号。6.根据权利要求1所述的方法，其中，所述再生制动转矩值对应于预定电磁转矩，在所述预定电磁转矩处，针对所述当前转子速度，使再生制动充电电流最大化。7.根据权利要求1所述的方法，所述方法还包括：建立表示所述马达和给所述马达提供动力的动力系统的电磁行为的系统方程式；对由所述系统方程式约束的至少一个优化问题求解，以获得在操作范围内多个转子速度中的每个转子速度处的至少一个预定再生制动转矩值；以及将所述至少一个预定再生制动转矩值和与其对应的转子速度相关联地储存在所述查找表中。8.根据权利要求7所述的方法，其中，所述访问步骤从所述查找表中检索与最接近所述当前转子速度的所述多个转子速度中的至少一个转子速度相关联的再生制动转矩值。9.根据权利要求8所述的方法，其中，所述访问步骤从所述查找表中检索与分别比所述当前转子速度更高和更低的所述多个转子速度中的第一转子速度和第二转子速度相关联的第一再生制动转矩值和第二再生制动转矩值；还包括：在所述第一再生制动转矩值和所述第二再生制动转矩值之间插值，以确定对应于所述当前转子速度的所述再生制动转矩值。10.根据权利要求7所述的方法，其中，所述系统方程式包含对应于所述马达中的铁耗电阻的至少一个参数。11.根据权利要求1所述的方法，其中，确定当前转子速度的步骤包括：响应于所述感测的电参数，执行估计算法，以导出所述当前转子速度的估计。12.根据权利要求1所述的方法，其中，确定当前转子速度的所述步骤包括：从所述马达处的速度传感器获得对应于所述当前转子速度的信号。13.一种多相电动马达系统，所述系统包括：多相马达，所...

【专利技术属性】
技术研发人员：A·S·穆尔蒂，D·P·麦基，
申请(专利权)人：德克萨斯仪器股份有限公司，
类型：发明
国别省市：美国,US