具有自适应电流波形的电机控制系统和方法技术方案

受用户或系统选择控制，利用控制器（４４）对存储器（５６）中电机控制方案中的一个进行访问。根据选择的电机控制方案，控制器（４４）产生施加给励磁电路（４２）的控制信号，然后励磁电路（４２）根据控制信号向相绕组（３８）提供一特定的电流波形。该控制器（４４）具有一个输入端（４７），用来接收用户发起的转矩指令信号，转矩指令信号表示所需的电机转矩输出。每种电机控制方案提供与在控制器输入端接收的转矩指令信号对应的电机驱动电流。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】具有自适应电流波形的电机控制系统和方法相关申请本申请的主题与下列待批的美国申请有关，这些待批申请的美国申请号是：Maslov等在2001年4月5日申请的09/826423、Maslov等在2001年4月5日申请的09/826422、Maslov等在2001年10月1日申请的09/966102、Pyntikov等在2001年11月27日申请的09/993596、Maslov等在2001年10月1日申请的09/966102、Maslov等在2002年6月19日申请的10/173610、Maslov等在2002年11月8日申请的10/290537、Maslov等在2003年1月29日申请的10/353075，这些待批申请号全部共同属于本申请。这些申请所公开的内容作为参考被包含在本文中。
本专利技术涉及电机控制方法，更具体地，涉及单独实施多个电机控制方案以实现相关定子电流波形。
技术介绍
上面提到的相关专利申请描述了开发高效率电机驱动的挑战性。电机绕组的电子控制脉冲激励为更灵活地管理电机特性提供了前景。通过控制脉冲的宽度、占空比以及加在适当定子绕组上切换地施加激励源，可以得到更丰富的功能多样性。采用伴随绕组的永磁体对于限制电流损耗是很有利的。在车辆驱动环境中，牵引电机使用的电源仅限于车内电源，极其需要在牵引电机运行的各种条件下，保持高效率的同时，用最小的功耗得到高的转矩输出能力。待批准的专利申请中描述的电机结构都致力于这些目标。如这些申请中描述的那样，将那些电磁铁芯段配置成-->环形的隔离的导磁结构，从而提供增加的磁通密度。对电磁铁芯段之间进行隔离允许在磁性铁芯上形成单独的磁通密度，并且产生很小的磁通损耗或者有害的互感效应，有害的互感效应是由于与其它电磁体之间的互感引起的。前面提到的Maslov等的待审批的美国专利申请10/173610描述了针对多相电机的控制系统，多相电机可以补偿每相绕组电路元件之间的差异。通过使每一相的控制环完全匹配对应的绕组和结构，可以得到高精度的控制。使用控制器对每相绕组的连续切换励磁进行管理，控制器根据与各自定子相部件相关的参数和选中的驱动算法产生信号。为了得到高效率的操作，使用具有正弦波的电流对相绕组进行励磁。控制系统改变输出电流以响应，并精确地跟踪用户输入的转矩指令。通过有效的操作，利用整流方法得到的正弦电流波形可以延长电池的寿命。然而，在车辆驱动操作中，有可能需要的转矩超过效率最高控制方案得到的转矩。通常，电源用最大电流放电率来评定，例如10.0安培。如果系统用户需要一个与最大拉出电流相关的转矩指令，那么对应正弦电流波形的电机转矩输出大小是有限的。例如上面描述的具有某一结构的电机转矩约为54.0Nm。在车辆驱动应用中，用户将转矩输入指令与改变速度的指令关联。在典型的驱动操作中，用户转矩请求变化性很大，如果有的话，该变化性具有很小的长期预见性。驾驶员可能要求系统在最大转矩时提供超过系统自身能够提供的更高的加速度或者速度，此时系统具有正弦电流波形。诸如急剧上升的坡度或者重的车辆负载等驱动条件或许对可得到的速度和加速度增加了其它限制。在其它非车辆应用中，也有类似的高转矩需求。当用户有需求时，需要在高效率下运行的车辆电机控制系统能够传递更大的转矩输出。上面提到的10/290537申请通过为一个电机驱动提供多个电机控制方案来解决这一需求，每种控制方案提供一种独-->特的电流波形。用户可以根据需要选择一种控制方案来得到一种能够具有最大能力满足操作目标的电流波形。例如，可以选择能够产生高效率运行的控制方案，例如一个正弦波；而选择另外一种能够提供更大转矩的控制方案，但是运行效率较低。可以根据用户在任一特定时刻，对关于转矩、效率或者其它诸如低转矩脉动、噪音等参数的的需求或者目标，在众多电机控制方案中选择。执行选中的电机控制方案产生控制信号，以产生相关波形的电机励磁电流。例如，在车辆牵引应用中，用户曲线选择为车辆驾驶员提供了灵活性，驾驶员可以调节操作来实现目标。例如，如果用户希望用最短的时间达到目的地，那么就选择高转矩曲线，以在整个路程中保持最大速度和加速度。然而，如果在一个比较长的路程中最关心的是节约车内电源，那么就选择高效率波形并在整个过程中可能选择高转矩曲线上的有限个变化点。如果想要了解对示例中波形的更详细描述，特别是对高效率、正弦波形、高转矩、方波的详细描述，请查阅申请10/290537。然而，各种变化的条件和车辆运行中不断改变的需求或许需要对曲线改变的频率或者速度超过驾驶员能够改变的速度或者频率，或者超过驾驶员希望能跟上的速度或者频率。除诸如超车、上坡等短暂场合外，高效率曲线模式足以满足驾驶员的转矩请求。在这些场合中，驾驶员不可能完全对变化的条件进行响应，不可能从选择高效率曲线到选择高转矩曲线的改变过程中得到最大的优势。当高转矩需求条件减少时，用户意识到不需要高转矩曲线时才返回到高效率曲线的过程有一定延迟，从而从电池消耗了不必要的电流。。因此，理想的方案是：仅当需要的转矩大于从高效率模式得到的转矩时，才使用高转矩模式。上面提到的Maslov等(Atty.Docket 75357-041)的待审批申请描述了一个系统，该系统基于动态基础自动选择控制方案，以提供一个适-->宜的励磁电流波形。系统响应表示转矩请求的用户输入信号。不停地对用户输入信号进行检测，并监控系统满足转矩请求的能力，从而选择适当的电机控制方案。系统满足转矩请求的能力是电机速度的一个函数，连续地对电机速度进行检测，以实现转矩需求监控功能。执行高效率电机控制方案，除非对应的电流波形不能满足转矩需求。仅在需要增大转矩时，才执行高转矩电机控制方案。尽管这样的系统为了满足系统转矩需求以及其它条件自适应地提供适当的定子电流波形，但是驾驶员不可能意识到这些，或者可能减少执行高转矩电机控制方案。与转矩产生能力不直接相关的情况可能发生，这表明高效率模式是恰当的，甚至在请求高转矩期间。例如，电池供电电压达到一个较低的门限值表明需要对电池进行充电或者替换。高效率曲线模式将延迟这些需求。举另外一个例子，电机可以在重载条件下运行，但由此会产生过多的热量。电机温度达到一定水平时表明：需要将低的吸入电流，因此优先选择执行高效率曲线模式操作。其它外部条件也是优选一种或者多种不同定子电流波形的因素。更多的自适应性系统需要：基于多种条件自动选择电机控制方案，从而提供一种适当的励磁电流波形。
技术实现思路
本专利技术通过提供多种电机驱动的电机控制方案实现了这种需求，并且每种控制方案提供一种独特的电机励磁电流波形。在电机整个运行过程中，对电机的一个或多个外部条件进行连续检测。这些条件除了与直接测得的诸如位置、速度以及电流反馈参数等电机功能有关外，还与电机运行有关。基于动态基础，自动选择一种电机控制方案，从而为电机定子励磁电流提供一适当的电流波形。根据与监控到的条件和请求的转矩相关的标准，选择电机控制方案。因此，本专利技术为具有独立铁磁性定子电磁体的电机提供了其它优点。-->电机控制方案包括高效率电机控制方案和高转矩电机控制方案。高效率电机控制方案提供一个电流波形，该电流波形可以使电机以最优运行效率工作；高转矩电机控制方案提供一个电流波形，该电本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种控制电机的方法，该电机具有多个与控制器连接的定子绕组，所述方法包括步骤：　　　　存储多个电机控制方案，每个存储的电机控制方案可实现各自的定子电流波形曲线；　　　　根据电机操作函数产生电机控制信号，以采用对应于电机控制方案中第一种控制方案的电流波形曲线来激励定子绕组；　　　　对电机的外部条件进行监控；　　　　对该监控步骤中监控到的条件何时满足或超过阈值进行检测；　　　　响应于该检测步骤，选择存储的电机控制方案中的第二种控制方案；　　　　根据该选择步骤中所选择的电机控制方案产生电机控制信号，以用对应于第二电机控制方案的电流波形曲线来激励定子绕组。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】US 2003-1-29 10/353,075;US 2003-1-29 10/353,0831.一种控制电机的方法，该电机具有多个与控制器连接的定子绕组，所述方法包括步骤：存储多个电机控制方案，每个存储的电机控制方案可实现各自的定子电流波形曲线；根据电机操作函数产生电机控制信号，以采用对应于电机控制方案中第一种控制方案的电流波形曲线来激励定子绕组；对电机的外部条件进行监控；对该监控步骤中监控到的条件何时满足或超过阈值进行检测；响应于该检测步骤，选择存储的电机控制方案中的第二种控制方案；根据该选择步骤中所选择的电机控制方案产生电机控制信号，以用对应于第二电机控制方案的电流波形曲线来激励定子绕组。2.根据权利要求1的方法，其中所存储的电机控制方案包括效率电机控制方案和高转矩电机控制方案，其中该效率电机方案可为相对最优的运行效率提供电流波形曲线，该高转矩电机控制方案可为相对高运行转矩响应提供电流波形曲线。3.根据权利要求2的方法，其中该相对最优的运行效率电流波形曲线具有大致为正弦的波形，相对最大转矩响应电流波形曲线具有大致为矩形的波形。4.根据权利要求3的方法，其中监控的条件是电机温度，该选择步骤包括在监控到的电机温度超过热量阈值时选择该效率电机控制方案。5.根据权利要求3的方法，其中监控的条件是电机电源电压，该选择步骤包括在监控到的电源电压低于电压阈值时选择该效率电机控制方案。6.根据权利要求3的方法，其中该监控步骤还包括连续监控多个条件，这些条件包括电机温度和电机电源电压，选择步骤包括：在检测步骤中检测到监控到的电机温度超过了热量阈值或者监控到的电源电压低于电压阈值时，选择该效率电机控制方案。7.根据权利要求6的方法，还包括给控制器输入用户信号的步骤，以及其中该监控步骤还包括监控转矩需求；和该选择步骤包括：在检测步骤中检测到该转矩需求在监控到的电机温度没有达到热量阈值或监控到的电源电压没有达到电源电压阈值的情况下就超过了转矩阈值时，选择该转矩电机控制方案。8.根据权利要求1的方法，其中该电机包括：定子，该定子具有多个独立铁磁性的电磁体，每个电磁体具有绕在其上的一个绕组；和永磁体转子。9.一种电机控制系统，包括：电机，具有多个定子绕组；给定子绕组提供来自于电源的励磁电流的励磁电路；控制器，与该励磁电路连接；存储装置，与该控制器...

【专利技术属性】
技术研发人员：博里斯A马斯洛夫，马修G菲姆斯特，袁国辉，
申请(专利权)人：波峰实验室责任有限公司，
类型：发明
国别省市：US[美国]