半导体器件和电机控制系统技术方案

本公开的实施例涉及半导体器件和电机控制系统。一种用于经由逆变器对AC电机进行矢量控制的半导体器件，包括：生成dq轴参考电流值的dq轴参考电流值发生器、根据逆变器的三相电流值和AC电机的转子位置生成dq轴检测电流值的三相/两相转换器、基于dq轴参考电流值、dq轴检测电流值、AC电机的旋转角速度和电机参数设置值通过比例控制和比例积分控制生成dq轴参考电压值的电流控制器，其中积分控制器在切换到比例积分控制之前向积分器提供初始电压值，并且其中初始电压值基于比例增益和dq轴参考电压值之一、dq轴参考电流值、dq轴检测电流值、旋转角速度、以及电机参数设置值。

【技术实现步骤摘要】
半导体器件和电机控制系统
本公开涉及一种半导体器件，并且更具体地涉及一种用于控制电机的半导体器件和一种电机控制系统。
技术介绍
使用逆变器的PWM(脉冲宽度调制)控制公知是安装在电动车辆(EV)、混合动力车辆(HV)、铁路车辆等上的AC电机(例如，永磁同步电机(PM电机))的基本控制方法。作为AC电机的转矩控制方法，通常使用能够相互独立地控制磁通轴(d轴)的电流和转矩轴(q轴)的电流的矢量控制方法。在矢量控制中，在旋转坐标上流动的电流(d轴定义为在并入AC电机中的永磁体的磁通量的方向上，q轴定义为在d轴提前90度的方向上)被控制为具有期望值。通过比例控制(也称为P控制)、积分控制(也称为I控制)和比例积分控制(也称为PI控制)进行的反馈控制被用于该电流控制。专利文献1描述了用于AC电机的正弦波PWM控制、矢量控制和PI控制的技术。[现有技术文献][专利文献][专利文献1]国际专利申请公开号WO2014/064836
技术实现思路
在使用逆变器的AC电机控制中，通常使用正弦波PWM控制或过调制PWM控制。在正弦波PWM控制和过调制PWM控制中，电压矢量的大小和相位都可以被控制。电压矢量的大小和相位可以被控制的这一事实表示可以应用PI控制来在旋转坐标上独立地控制d轴(磁通量轴)电流和q轴(转矩轴)电流。但是，虽然当AC电机低速或中速旋转时正弦波PWM控制和过调制PWM控制有效，但当AC电机高速旋转并且逆变器的输出电压饱和时它们并不适用。这是因为，当AC电机高速旋转时，逆变器的输出电压会被逆变器可以输出的最大电压饱和。因此，当AC电机高速旋转时，使用矩形波控制。在矩形波控制的情况下，由于只能控制电压矢量的相位，因此很难应用PI控制，并且必须将控制系统切换为电压相位控制方法或P控制方法。如上所述，通过根据AC电机的转速来切换控制方法，可以使AC电机的输出转矩稳定。当AC电机低速或中速旋转时执行PI控制，而当AC电机高速旋转时执行P控制。但是，如果突然切换电流控制方法，则可能会发生诸如电流突然跳动或转速振动等冲击。特别地，当控制方法从P控制切换到PI控制时，PI控制的积分计算的响应被延迟，从而易于发生冲击。通过说明书和附图的描述，其他目的和新颖特征将变得很清楚。一种用于经由逆变器对AC电机进行矢量控制的半导体器件包括：生成dq轴参考电流值的dq轴参考电流值发生器、根据逆变器的三相电流值和AC电机的转子位置生成dq轴检测电流值的三相/两相转换器、基于dq轴参考电流值、dq轴检测电流值、AC电机的旋转角速度和电机参数设置值通过比例控制和比例积分控制生成dq轴参考电压值的电流控制器，其中积分控制器在切换到比例积分控制之前向积分器提供初始电压值，并且其中初始电压值基于比例增益和dq轴参考电压值之一、dq轴参考电流值、dq轴检测电流值、旋转角速度、以及电机参数设置值。在一个实施例中，用于电机控制的半导体器件可以减小当电机从比例控制切换到比例积分控制时的冲击。附图说明图1是第一实施例的电机控制系统的示意图；图2是第一实施例的电流控制器的示意图；图3是第一实施例的积分器的图；图4是第一实施例的积分器的示意图；图5是第一实施例的积分器的图；图6是用于说明第一实施例的电机控制系统的操作的流程图；图7是第一实施例的集成控制器的图；图8是第一实施例的集成控制器的图；图9是用于说明第一实施例的电机控制系统的效果的图；图10是用于说明第一实施例的电机控制系统的效果的图；图11是第二实施例的集成控制器的图；图12是第二实施例的集成控制器的图；以及图13是第三实施例的电机控制系统的示意图。具体实施方式在下文中，将通过参考附图详细描述根据实施例的半导体器件。在说明书和附图中，相同或对应形状元件由相同的附图标记表示，并且省略其重复描述。在附图中，为了便于描述，可以省略或简化配置。另外，至少一些实施例可以彼此任意地组合。第一实施例图1是示出第一实施例的电机控制系统的配置的框图。如图1所示，半导体器件10经由逆变器11控制PM(永磁体)电机12。半导体器件10包括角速度检测器14、三相/两相转换器15、dq轴参考电流发生器16。电流控制器17、定序器18、两相/三相转换器19和PWM发生器20。PWM发生器20连接到逆变器11。逆变器11连接到PM电机12。PS(位置传感器)13连接到PM电机12。角速度检测器14连接到PS13。电流检测器21连接到逆变器11。PM电机12是使用永磁体的电机。PS13是能够检测PM电机12的转子的旋转位置θ的位置传感器，该旋转位置θ也被称为旋转磁极位置或转子位置。角速度检测器14根据旋转位置θ计算旋转角速度ω。逆变器11由功率MOS晶体管等形成。逆变器11从PWM发生器20接收PWM信号，并且生成用于驱动PM电机12的三相PWM电压。三相/两相转换器15基于从PS13获取的旋转位置θ将从连接到逆变器11的电流检测器21获取的三相交流电流值iu、iv、iw转换为dq轴上的两相检测直流电流值id_ad、iq_ad。dq轴参考电流发生器16基于从控制PM电机12的应用发送的参考转矩T_ref、逆变器11的直流母线电压Vdc和PM电机12的旋转角速度ω生成用于由PM电机12生成所需要的转矩的dq轴参考电流值id_ref、iq_ref。电流控制器17基于dq轴参考电流值id_ref、iq_ref、dq轴两相检测直流电流值id_ad、iq_ad、旋转角速度ω和来自定序器18的控制信号seq生成dq轴参考电压值vd_ref、vq_ref(稍后描述)。电流控制器17由用于抑制dq轴参考电流值与dq轴两相检测直流电流值之间的偏差的电流调节器和用于消除PM电机12的dq轴之间的中间电压的无干扰控制器构成。稍后将描述细节。定序器18基于dq轴参考电压值vd_ref、vq_ref和逆变器11的直流母线电压Vdc(或调制因子)来确定逆变器11的输出电压是否饱和。确定结果被输出作为控制信号seq。稍后将描述细节。两相/三相转换器19基于旋转位置θ将dq轴参考电压值vd_ref和vq_ref转换成三相AC参考电压值vu_ref、vv_ref和vw_ref。PWM发生器20基于三相AC参考电压值vu_ref、vv_ref和vw_ref生成用于驱动逆变器11的PWM信号。具体地，PWM发生器20使用内置的PWM定时器生成载波信号，并且将载波信号与三相AC参考电压值进行比较以生成PWM信号。所生成的PWM信号被提供给逆变器11中包括的功率MOS晶体管的栅极。接下来，将描述电流控制器17的细节。图2是示出电流控制器17的配置的框图。电流控制器17包括减法器1701、1702、1719、比例运算器1703、1704、积分器1705、1706、积分控制器1707、170本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种半导体器件，用于经由逆变器对AC电机进行矢量控制，所述半导体器件包括：/ndq轴参考电流值发生器，基于参考转矩值生成磁通量轴(d轴)和转矩轴(q轴)的参考电流值；/n三相/两相转换器，根据由耦合到所述逆变器的电流检测器检测到的三相电流值和所述AC电机的转子位置，生成dq轴检测电流值；/n电流控制器，包括比例运算器、积分器和控制所述积分器的积分控制器，并且基于所述dq轴参考电流值、所述dq轴检测电流值、所述AC电机的旋转角速度和电机参数设置值，通过比例控制和比例积分控制生成dq轴参考电压值；以及/n定序器，在所述比例控制与所述比例积分控制之间切换，/n其中当所述定序器从所述比例控制切换到所述比例积分控制时，所述积分控制器在切换到所述比例积分控制之前向所述积分器提供初始电压值，以及/n其中所述初始电压值是基于所述dq轴参考电压值和在所述比例运算器中设置的比例增益之一、所述dq轴参考电流值、所述dq轴检测电流值、所述AC电机的所述旋转角速度、以及所述电机参数设置值而确定的。/n

【技术特征摘要】
20200220 US 16/796,5911.一种半导体器件，用于经由逆变器对AC电机进行矢量控制，所述半导体器件包括：
dq轴参考电流值发生器，基于参考转矩值生成磁通量轴(d轴)和转矩轴(q轴)的参考电流值；
三相/两相转换器，根据由耦合到所述逆变器的电流检测器检测到的三相电流值和所述AC电机的转子位置，生成dq轴检测电流值；
电流控制器，包括比例运算器、积分器和控制所述积分器的积分控制器，并且基于所述dq轴参考电流值、所述dq轴检测电流值、所述AC电机的旋转角速度和电机参数设置值，通过比例控制和比例积分控制生成dq轴参考电压值；以及
定序器，在所述比例控制与所述比例积分控制之间切换，
其中当所述定序器从所述比例控制切换到所述比例积分控制时，所述积分控制器在切换到所述比例积分控制之前向所述积分器提供初始电压值，以及
其中所述初始电压值是基于所述dq轴参考电压值和在所述比例运算器中设置的比例增益之一、所述dq轴参考电流值、所述dq轴检测电流值、所述AC电机的所述旋转角速度、以及所述电机参数设置值而确定的。


2.根据权利要求1所述的半导体器件，
其中所述定序器基于所述dq轴参考电压值和所述逆变器的直流总线电压来计算调制因子，并且基于所述调制因子来切换所述比例控制和所述比例积分控制。


3.根据权利要求1所述的半导体器件，
其中当所述AC电机处于第一转速时，所述AC电机通过所述比例积分控制来控制，以及
其中当所述AC电机处于高于所述第一转速的第二转速时，所述AC电机通过所述比例控制来控制。


4.根据权利要求1所述的半导体器件，
其中所述初始电压值具有d轴初始电压值和q轴初始电压值，
其中所述电机参数设置值具有绕组电阻设定值和dq轴电感设定值，
其中所述比例增益具有dq轴比例增益，
其中所述d轴初始电压值是通过以下等式而得到的：
{(Rs+Kpd)*(id_ref-id_ad)-ω*Lqs*(iq_ref-iq_ad)}*iq_refiq_ad
其中所述q轴初始电压值是通过以下等式而得到的：
ω*Lds*(id_ref-id_ad)+(Rs+Kpq)*(iq_ref-iq_ad)
其中Rs是所述绕组电阻设定值，Kpd、Kpq是所述dq轴比例增益，id_ref、iq_ref是所述dq轴参考电流值，id_ad、iq_ad是所述dq轴检测电流值，Lds、Lqs是所述dq轴电感设定值，ω是所述AC电机的所述旋转角速度。


5.根据权利要求1所述的半导体器件，
其中所述初始电压值具有d轴初始电压值和q轴初始电压值，
其中所述电机参数设置值具有绕组电阻设定值、dq轴电感设定值和电枢磁链，
其中所述d轴初始电压值是通过以下等式而得到的：
(vd_ref-Rs*id_ad+ω*Lqs*iq_ad)*iq_refiq_ad
其中所述q轴初始电压值是通过以下等式而得到的：
vq_ref-ω*Lds*id_ad-Rs*iq_ad-ω*Φfs
其中vd_ref、vq_ref是所述dq轴参考电压值，Rs是所述绕组电阻设定值，id_ad、iq_ad是所述dq轴检测电流值，iq_ref是所述dq轴参考电流值，Lds、Lqs是所述dq轴电感设定值，Φfs是所述电枢磁链设定值，ω是所述AC电机的所述旋转角速度。


6.根据权利要求1所述的半导体器件，还包括：
位置和速度估计器，基于所述dq轴参考电压值和所述dq轴检测电流值来估计所述AC电机的转子位置和旋转角速度。


7.一种电机控制系统...

【专利技术属性】
技术研发人员：金亨权，陈冠元，李成哲，
申请(专利权)人：瑞萨电子株式会社，
类型：发明
国别省市：日本;JP