以六步模式控制电机的方法和装置制造方法及图纸

用于控制电连接至电机的逆变器的电压源逆变器控制器包括电流命令发生器、六步通量控制器和电流调节器。六步通量控制器生成通量修正量，从而当以六步模式操作该电机时调节在该电机的通量削弱速度/负载操作区中的通量。电流命令发生器将期望的扭矩转化为三相期望的电流，该三相期望的电流被输入至dq0‑dq变压器并且与该通量修正量组合从而确定修正后的直流‑正交(dq)电流请求。电流调节器包括比例‑积分反馈控制器、抗饱和元件、dq电压限制元件和电压幅值限制器。比例‑积分反馈控制器和抗饱和元件对修正后的通量dq电流请求执行闭环电流控制，从而确定命令的dq电压。

Method and device for controlling motor by six step mode

The voltage source inverter controller for controlling the inverter connected to the motor includes a current command generator, a six-step flux controller and a current regulator. The six-step flux controller generates a flux correction to regulate the flux in the speed/load operating region of the motor when it operates in a six-step mode. The current command generator converts the desired torque into a three-phase desired current, which is input to the dq0_dq transformer and combined with the flux correction to determine the revised dc_orthogonal (dq) current request. The current regulator includes a proportional integral feedback controller, an anti-saturation element, a DQ voltage limiter and a voltage amplitude limiter. The proportional integral feedback controller and the anti-saturation element perform closed-loop current control on the revised flux DQ current request to determine the command DQ voltage.

【技术实现步骤摘要】
以六步模式控制电机的方法和装置
本公开总体涉及控制交流(AC)马达/发电机，并且更具体地涉及用于控制AC马达/发电机的装置、系统和方法。
技术介绍
同步帧电流调节器被用于AC马达/发电机的电流控制，该AC马达/发电机诸如三相永磁式同步电动马达(电机)。通过提供在宽频率范围上的动态控制，同步帧电流调节器适合于许多工业应用。AC马达/发电机，诸如三相永磁式同步电动马达(电机)的控制通过使用三相脉宽调制的(PWM)逆变器实现。PWM逆变器能够以若干不同操作模式控制，包括例如空间向量PWM(SVPWM)模式和六步模式。在基频下逆变器的输出电压幅值在仅当逆变器以该六步模式操作时变成其最大值。由于这种电压幅值特性，在场削弱区中，相比于已知的SVPWM操作或不连续的空间向量PWM(DPWM)操作，以六步模式的操作能够增加电机的扭矩能力，在所述场削弱区中，电压幅值是扭矩能力的最主要的限制因素。然而，电压幅值在六步模式中时不可控的。在六步模式中仅能够调节电压角度。相比于正常SVPWM模式或DPWM模式的操作，这等同于丢失了在可控能力方面的一个自由度(DOF)。由于这个DOF丢失，证明利用具有以六步模式操作的PWM逆变器的异步帧电流调节器存在挑战。
技术实现思路
一种用于控制电连接至永磁式同步多相AC电机的逆变器的电压源逆变器控制器包括电流命令发生器、六步通量(flux)控制器和电流调节器。六步通量控制器生成通量修正量(modifier)从而在以六步模式操作电机时调节在电机的通量削弱(flux-weakening)速度/负载操作区中的通量。电流命令发生器将期望的扭矩转变为三相期望的电流，该三相期望的电流被输入至dq0-dq变压器并且与通量修正量组合以确定修正后的通量直流-正交(direct-quadrature,dq)电流请求。电流调节器包括比例-积分反馈控制器、抗饱和元件、dq电压限制元件和电压幅值限制器。比例-积分反馈控制器和所述抗饱和元件对修正后的通量dq电流请求执行闭环电流控制以确定命令的dq电压。这包括dq电压限制元件和电压幅值限制器对命令的dq电压强加限制；以及逆变器转换经限制的命令的dq电压为脉宽调制的定子电流，从而以六步模式驱动电机。逆变器控制器中的所述抗饱和元件包括电流命令补偿，所述电流命令补偿通过如下进行确定：命令的六步直流电压和命令的六步正交电压与对应的命令的直流电压和命令的正交电压之间的差相乘再乘以二次增益，再分别与d轴同步帧命令的电流和q轴同步帧定子电流相加。本专利技术还提供一种用于控制电连接至永磁式同步多相AC电机的逆变器的方法，其包括：生成通量修正量以当以六步模式操作所述电机时调节在所述电机的通量削弱速度/负载操作区中的通量；将期望的扭矩转换为三相期望的电流，所述三相期望的电流被输入至dq0-dq变压器并且与所述通量修正量组合以确定修正后的通量直流-正交()dq电流请求；对所述修正的通量dq电流请求执行闭环电流控制，以确定命令的dq电压，其包括：对所述命令的dq电压强加限制；将经限制的命令的六步dq电压转换为脉宽调制的定子电流，从而驱动所述电机；以及响应于所述脉宽调制的定子电流，以所述六步模式控制所述电机。其中生成通量修正量以当以六步模式操作所述电机时调节在所述电机的通量削弱速度/负载操作区中的通量包括应用比例-积分控制至外部电压误差项，所述外部电压误差项基于输入至所述逆变器的电压命令的幅值而确定。其中对所述修正的通量dq电流请求执行闭环电流控制以确定命令的dq电压包括执行应用交叉积分器增益的比例-积分反馈控制。其中执行应用交叉积分器增益的比例-积分反馈控制包括执行包括将所述交叉积分器增益应用至相反积分器的比例-积分反馈控制。方法进一步包括：采用抗饱和元件包括采用电流命令补偿，所述电流命令补偿通过如下确定：命令的六步直流电压和命令的六步正交电压与对应的命令的直流电压和命令的正交电压之间的差相乘再乘以二次增益，再分别与d轴同步帧命令的电流和q轴同步帧定子电流相加。上述特征和优点以及本教导的其他特征和优点在结合附图时根据某些最佳模式的具体实施方式和用于实施本教导的其他实施例是很明显的，如在所附权利要求书中所限定的。附图说明通过示例，参考附图现在将描述一个或更多个实施例，其中：图1示意性地图示说明根据本公开的一种用于控制电连接至处于六步模式的多相AC电动马达/发电机(电机)的电压源逆变器控制器，所述电压源逆变器控制器包括电流调节器和六步通量控制器；图2示意性地示出根据本公开的电流调节器的一个实施例，所述电流调节器能够由控制器用在用于控制处于六步模式的电机的系统中；以及图3示意性地示出根据本公开的用于确定何时对处于六步模式的电机的一个实施例进行控制操作的六步逆变器控制例程的一个实施例，其中该电机的一个实施例包括阈值扭矩校准的一个实施例，其中阈值扭矩校准包括第一速度/扭矩操作区(其中六步模式被禁止)和第二速度/扭矩操作区(其中六步模式被允许)。具体实施方式现在参考附图，其中该示出仅是为了图示说明某些示例性实施例的目的而不是对其进行限制，图1示意性地图示说明根据本公开的用于控制电连接至多相AC电动马达/发电机(电机)40的逆变器30的电压源逆变器(VSI)控制器100。电机40优选是包括定子和以星型配置布置的转子的永磁式同步设备，尽管此处所述的概念不受限制。VSI控制器100选择性地控制逆变器30以PWM模式和六步模式之一操作。VSI控制器100通过逆变器30控制从电机40的扭矩输出，该逆变器30电连接至高压DC电力电源。用于在逆变器状态之间进行切换以调节电机40的扭矩输出的控制方法包括以PWM模式或六步模式任一者操作。在PWM模式中，逆变器30在两个非零状态和一个零状态之间迅速切换。VSI控制器100通过规定PWM占空比规定在三个状态中的每一个中应该花费时间的几分之几。VSI控制器100以常规间隔更新PWM占空比，使得更新的频率明显高于定子旋转的频率。在六步模式中，逆变器30在电机40的转子的每次循环时一次循环通过六个非零状态，从而在定子的每个绕组中生成AC电压和电流。转子循环相对于马达电极被定义并且不必须对应转子的完整转数。用于控制逆变器30的操作以控制电机以六步模式操作的VSI控制器100包括电流调节器20和六步通量控制器50。AC电压的振幅由将高压电力电源电连接至逆变器30的高压DC总线上的DC电压的幅值指定。扭矩由DC电压、转子速度和这些准正弦AC电压信号和转子位置之间的相位差指定并且通过以六步模式操作控制系统来进一步被控制。VSI控制器100发出指示何时切换至序列中的下一个状态的命令至逆变器30。至VSI控制器100的输入包括期望的扭矩Te*11和期望的外部电压|udq*|13。电流命令发生器10将期望的扭矩Te*11转变为三相(dq0)期望的电流12，该三相期望的电流被输入至dq0-dq变压器15。dq0-dq变压器15利用通量修正量Δβ52以确定修正后的通量直流-正交(dq)电流请求17。通量修正量Δβ52通过在此处所述的六步通量控制器50确定。dq0-dq变压器15利用修正后的通量(β+Δβ)重新计算修正后的通量直流-正交(dq)电流请求17，这包括将dq0期望的电流12利用已知本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种电压源逆变器控制器，用于控制电连接至永磁式同步多相AC电机的逆变器，所述控制器包括：电流命令发生器、六步通量控制器和电流调节器，其中：所述六步通量控制器生成通量修正量，从而当以六步模式操作所述电机时调节在所述电机的通量‑削弱速度/负载操作区中的通量；所述电流命令发生器将期望的扭矩转换为三相期望的电流，所述三相期望的电流被输入至dq0‑dq变压器并且与所述通量修正量组合以确定修正后的通量直流‑正交(dq)电流请求；以及所述电流调节器包括比例‑积分反馈控制器、抗饱和元件、dq电压限制元件和电压幅值限制器，其中所述比例‑积分反馈控制器和所述抗饱和元件对所述修正后的通量直流‑正交(dq)电流请求执行闭环电流控制以确定命令的dq电压，其中：所述dq电压限制元件和所述电压幅值限制器对所述命令的dq电压施加限制；以及所述逆变器将经限制的命令的dq电压转换为脉宽调制的定子电流，从而以六步模式驱动所述电机，其中，所述抗饱和元件包括电流命令补偿，所述电流命令补偿通过如下确定：分别计算命令的六步直流电压和命令的六步正交电压与对应的命令的直流电压和命令的正交电压之间的差，分别乘以各自的增益并且分别乘以各自的二次增益，然后分别与d轴同步帧命令的电流和q轴同步帧定子电流相加。...

【技术特征摘要】
2014.11.14 US 14/541,1771.一种电压源逆变器控制器，用于控制电连接至永磁式同步多相AC电机的逆变器，所述控制器包括：电流命令发生器、六步通量控制器和电流调节器，其中：所述六步通量控制器生成通量修正量，从而当以六步模式操作所述电机时调节在所述电机的通量-削弱速度/负载操作区中的通量；所述电流命令发生器将期望的扭矩转换为三相期望的电流，所述三相期望的电流被输入至dq0-dq变压器并且与所述通量修正量组合以确定修正后的通量直流-正交(dq)电流请求；以及所述电流调节器包括比例-积分反馈控制器、抗饱和元件、dq电压限制元件和电压幅值限制器，其中所述比例-积分反馈控制器和所述抗饱和元件对所述修正后的通量直流-正交(dq)电流请求执行闭环电流控制以确定命令的dq电压，其中：所述dq电压限制元件和所述电压幅值限制器对所述命令的dq电压施加限制；以及所述逆变器将经限制的命令的dq电压转换为脉宽调制的定子电流，从而以六步模式驱动所述电机，其中，所述抗饱和元件包括电流命令补偿，所述电流命令补偿通过如下确定：分别计算命令的六步直流电压和命令的六步正交电压与对应的命令的直流电压和命令的正交电压之间的差，分别乘以各自的增益并且分别乘以各自的二次增益，然后分别与d轴同步帧命令的电流和q轴同步帧定子电流相加。2.根据权利要求1所述的电压源逆变器控制器，其中所述六步通量控制器包括应用至外部电压误差项的比例-积分控制器，所述外部电压误差项基于输入至所述逆变器的电压命令的幅值而确定。3.根据权利要求1所述的电压源逆变器控制器，其进一步包括所述比例-积分反馈控制器，其中所述比例-积分反馈控制器包括应用交叉...

【专利技术属性】
技术研发人员：JS伊姆，J张，BH裴，MA瓦德拉，
申请(专利权)人：通用汽车环球科技运作有限责任公司，
类型：发明
国别省市：美国,US