准六步PWM控制制造技术

提供了一种用于在具有由功率逆变器的多相输出电压驱动的多相电机的电气系统中控制过调制模式和六步脉宽调制(PWM)模式之间的转变的方法。该方法包括经由PWM控制器接收输入值，其包括保持角、电机的转速以及功率逆变器的当前电压角。该方法包括使用输入值来计算逆变器的未来电压角，并且基于功率逆变器的占空比来调整基线PWM脉冲串的脉冲宽度。在转变期间使用调整的基线PWM脉冲串来控制功率逆变器的输出电压，使得该转变是连续的。电气系统包括电源、功率逆变器、电机以及PWM控制器，后者被配置为执行该方法。

【技术实现步骤摘要】
准六步PWM控制引言电动机、发电机以及其它类型的电机通常被实施为交流(AC)转矩产生装置。当电机由来自多电池组或其它DC电源的直流(DC)电压激励时，功率逆变器产生期望的多相AC输出电压。例如，三相AC功率逆变器使用三个单独的相位逆变器，每个相位逆变器具有半导体开关部件，例如IGBT、MOSFET或晶闸管。控制给定电相位的开关部件的接通/断开状态以产生期望的AC输出电压。此后将AC输出电压供应给电机的对应相绕组。脉宽调制(PWM)是用于调整被传递到连接的电气负载的功率水平的技术。PWM涉及与期望的AC输出电压对应的模拟参考信号的数字编码。在典型的PWM过程中，调制器调整与模拟参考信号的幅度成比例的一系列数字脉冲的脉冲宽度。结果，通过调整DC电源的占空比，功率逆变器的AC输出电压在可用DC输入电压的0％到100％之间变化。
技术实现思路
本文公开了一种用于在具有电机的系统中平滑过调制模式与六步脉宽调制(PWM)模式之间的模式转变的方法和相关系统。电机由来自功率逆变器的多相电压电驱动。特别是在电机的高速操作期间，该方法旨在优化所述模式转变的整体效率和平滑度。如本文所使用，术语“六步PWM”是指开关控制模式，其中功率逆变器针对电机的每个循环而在六个非零电压状态中循环。六个非零电压状态的电压角彼此间隔开60度的相移。在PWM控制的整体背景中，术语“调制指数”是指调制波形的幅度与载波波形(例如三角形脉冲波)的振幅的比率。当0＜MI＜1时，功率逆变器的输入与输出电压之间存在线性关系，其中“MI”表示调制指数。同样如本文所使用，“过调制”是当调制指数超过1时发生的模式，并且通常通过引入校准的谐波信号来处理。特别是在电机的较高转速期间，过调制模式与六步PWM模式之间的转变可能导致非期望的电流纹波和/或潜在的过电流故障。根据本方法在转变范围内的操作在本文中称为“准六步PWM”。该方法的执行将DC功率的占空比塑形为功率逆变器，使得预期的电压角与其理想角匹配，由此平滑转变。根据示例性实施例，该方法可以包括经由PWM控制器接收输入值，其包括保持角、电机的转速以及功率逆变器的当前电压角。该方法还包括经由PWM控制器使用接收的输入值来计算功率逆变器的未来电压角，并且从未来电压角识别上坡或下坡PWM曲线。此后，该方法包括确定所识别的上坡或下坡PWM曲线内的操作区作为功率逆变器的当前操作区域，然后基于所确定的上坡或下坡操作区来调整来自控制器的基线PWM脉冲串的脉冲宽度。该方法可以进一步包括在转变期间使用调整的基线PWM脉冲串来控制功率逆变器的输出电压，使得转变是连续的。当调制指数在98％到100％之间时，根据所公开的方法，可以在转变期间控制功率逆变器的输出电压。电机可以被实施为三相牵引电动机。在这样的实施例中，控制功率逆变器的输出电压可以包括将来自功率逆变器的三相AC输出电压输出到电牵引电动机的相绕组。PWM控制器可以基于功率逆变器的占空比来调整基线PWM脉冲串的脉冲宽度。例如，PWM控制器可以识别上坡或下坡PWM曲线，其中上坡和下坡曲线分别对应于功率逆变器的增加和降低占空比。该方法然后可以包括确定所识别的上坡或下坡PWM曲线上的操作区作为功率逆变器的当前操作区域，并且基于增加或降低占空比来调整脉冲宽度。确定所识别的上坡PWM曲线上的操作区可以确定占空比是否为：在当前电压角下为0％而在未来电压角下小于100％，这对应于第一上坡操作区；在当前电压角下大于0％而在未来电压角下小于100％，这对应于第二上坡操作区；在当前电压角下大于0％而在未来电压角下为100％，这对应于第三上坡操作区；或者在所述当前电压角下为0％而在所述未来电压角下为100％，这对应于第四上坡操作区。类似地，确定所识别的下坡PWM曲线上的操作区可以包括确定占空比是否为：在当前电压角下为100％而在未来电压角下大于0％，这对应于第一下坡操作区；在当前电压角下小于100％而在未来电压角下小于0％，这对应于第二下坡操作区；在当前电压角下小于100％而在未来电压角下为0％，这对应于第三下坡操作区；或者在当前电压角下为100％而在未来电压角下为0％，这对应于第四下坡操作区。调整基线PWM脉冲串的脉冲宽度可以包括修改被配置用于六步PWM模式的基线PWM脉冲串。基线PWM脉冲串的这种修改可以包括分别在上坡和下坡PWM曲线期间逐渐加宽(上坡)和缩窄(下坡)基线PWM脉冲中在当前电压角与未来电压角之间的脉冲。对于上坡PWM曲线，修改可以包括在开始上坡PWM曲线时将初始步长引入到低阈值占空比，然后将占空比从低阈值占空比的水平斜升为100％占空比。电气系统包括DC电源、功率逆变器、电机以及PWM控制器。在一个实施例中，PWM控制器接收输入值，其包括保持角、电机的转速以及功率逆变器的当前电压角，并且使用接收的输入值来计算功率逆变器的未来电压角。PWM控制器被配置为基于功率逆变器的占空比调整来自PWM控制器的基线PWM脉冲串的脉冲宽度，并且使用调整的基线PWM脉冲串来控制转变期间功率逆变器的输出电压使得转变是连续的。本专利技术的上文提及的和其它的特征和优点从实施例的以下详述和用于实行结合附图和随附权利要求书取得的本专利技术的最佳模式将容易地显而易见。附图说明图1是具有电机和脉宽调制(PWM)控制器的示例性车辆的示意图，该PWM控制器被配置为执行准六步PWM控制技术以用于控制如本文所述的电机。图2是描绘根据本专利技术的PWM模式转变的占空比(垂直轴)与电压角(水平轴)的曲线图。图3是根据本方法和基线PWM技术的保持角(垂直轴)与调制指数(水平轴)的曲线图。图4是描述用于执行本文公开的准六步PWM控制技术的示例性方法的流程图。图5是用于图2中所示的模式转变的示例性上坡PWM曲线以及与上坡PWM曲线对应的基线和准六步PWM脉冲串的曲线图。图5A到5D是在上坡PWM曲线内的不同操作区的曲线图，该操作区在该方法内使用以调整图5中所示的基线PWM脉冲串，其中占空比描绘在垂直轴上并且电压角描绘在水平轴上。图6是用于图2中所示的模式转变的下坡PWM曲线以及与下坡PWM曲线对应的基线和准六步PWM脉冲串的曲线图。图6A到6D是在下坡PWM曲线内的不同操作区的曲线图，该操作区在该方法内使用以调整图5中所示的基线PWM脉冲串，其中占空比描绘在垂直轴上并且电压角描绘在水平轴上。本专利技术易于进行各种修改和替换形式，并且已经通过附图中的示例示出了一些代表性实施例，并且将在本文中对其进行详细描述。本专利技术的新颖方面不限于附图中所说明的特定形式。实情是，本专利技术旨在涵盖落入由所附权利要求限定的本专利技术的精神和范围内的修改、等同物、组合或替代。具体实施方式参考附图，其中相同的附图标记在若干视图中指代相同的部件，在图1中示意地示出了系统作为示例性机动车辆10，其具有与路面13滚动摩擦接触的车轮12。车辆10包括电气系统20，其操作经由如本文所述的脉宽调制(PWM)控制器(C)50来自动地控制。虽然电气系统20和PWM控制器50可以用作车辆10的示例性动力系的一部分，但是本领域一般技术人员将明白的是，电气系统20可以与其它类型的系统一起使用，这些其它类型的系统包括移动系统以及固定系统，并且因此本专利技术不限于一般用于车辆或特别是图1的机动车辆10。本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种用于在具有由功率逆变器的多相输出电压驱动的多相电机的电气系统中控制过调制模式与六步脉宽调制(PWM)模式之间的转变的方法，所述方法包括：经由PWM控制器接收输入值，其包括保持角(αH)、所述电机的转速(NM)以及所述功率逆变器的当前电压角(θK)；经由所述PWM控制器使用所述接收的输入值来计算所述功率逆变器的未来电压角(θK+1)；基于所述功率逆变器的占空比来调整来自所述PWM控制器的基线PWM脉冲串的脉冲宽度；以及在所述转变期间使用所述调整的基线PWM脉冲串来控制所述功率逆变器的所述输出电压，使得所述转变是连续的。

【技术特征摘要】
2017.09.22 US 15/7122231.一种用于在具有由功率逆变器的多相输出电压驱动的多相电机的电气系统中控制过调制模式与六步脉宽调制(PWM)模式之间的转变的方法，所述方法包括：经由PWM控制器接收输入值，其包括保持角(αH)、所述电机的转速(NM)以及所述功率逆变器的当前电压角(θK)；经由所述PWM控制器使用所述接收的输入值来计算所述功率逆变器的未来电压角(θK+1)；基于所述功率逆变器的占空比来调整来自所述PWM控制器的基线PWM脉冲串的脉冲宽度；以及在所述转变期间使用所述调整的基线PWM脉冲串来控制所述功率逆变器的所述输出电压，使得所述转变是连续的。2.根据权利要求1所述的方法，其中当调制指数在98％到100％之间时，在所述转变期间控制所述功率逆变器的所述输出电压。3.根据权利要求1所述的方法，其中所述电机是三相牵引电动机，并且控制所述功率逆变器的所述输出电压包括从所述功率逆变器向所述牵引电动机的相绕组输出三相交流输出电压。4.根据权利要求3所述的方法，其中所述牵引电动机连接到车辆的车轮，并且其中控制所述输出电压包括为所述车轮提供动力，由此推进所述车辆。5.根据权利要求1所述的方法，其中基于所述功率逆变器的占空比来调整来自所述控制器的基线PWM脉冲串的脉冲宽度包括：识别上坡或下坡PWM曲线，其中所述上坡和下坡曲线分别对应于所述功率逆变器的增加和降低占空比；确定所述识别的上坡或下坡PWM曲线上的操作区作为所述功率逆变器的当前操作区域；以及基于所述增加或降低占空比来调整所述...

【专利技术属性】
技术研发人员：Y·J·李，S·郭，
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