电动机扭矩控制制造技术

本发明专利技术涉及电动机扭矩控制。一种车辆包括一个或多个逆变器供电的电机，例如永磁同步电动机。响应于扭矩请求，控制器向逆变器发出命令，逆变器经过计算使得电动机产生请求的扭矩。一种操作逆变器的方法可基于转子速度与逆变器输入电压的比值来确定命令，从而减小与多维查找表相关的近似误差。当所述速度和所述电压改变同时所述比值和所述扭矩请求被保持恒定时，发出的命令在电机中产生直流分量和正交分量恒定的绕组电流。

【技术实现步骤摘要】
【专利摘要】本专利技术涉及电动机扭矩控制。一种车辆包括一个或多个逆变器供电的电机，例如永磁同步电动机。响应于扭矩请求，控制器向逆变器发出命令，逆变器经过计算使得电动机产生请求的扭矩。一种操作逆变器的方法可基于转子速度与逆变器输入电压的比值来确定命令，从而减小与多维查找表相关的近似误差。当所述速度和所述电压改变同时所述比值和所述扭矩请求被保持恒定时，发出的命令在电机中产生直流分量和正交分量恒定的绕组电流。【专利说明】电动机扭矩控制
本公开涉及对电动机的控制。
技术介绍
永磁同步电动机(PMSM)用于各种应用，其原因是相对于其他类型的电动机来说，PMSM通常具有良好的效率特性。通常，PMSM在定子内具有三个独立的电绕组，这三个独立的电绕组分别由交流(AC)电压Va、Vb和V。供电。在操作时，绕组电流Ia、Ib和I。均以与转子速度成比例的频率振荡，且绕组电流Ia、Ib和I。在相位上彼此分开120度。这些绕组电流感应出旋转磁场，所述旋转磁场可能与转子不同相。产生的轴扭矩取决于磁场的强度和相对于转子的相位角两者。为了方便，绕组电压和电流可由关于与转子一起旋转的旋转参考系的矢量表示。转子位置和旋转参考系之间的映射取决于电动机中的极的数量。电压矢量具有直流分量Vd和正交分量V,。类似地，电流矢量具有直流分量Id和正交分量Iq。Vd、Vq、Id和Iq不会基于转子位置而振荡。在诸如电动车辆和混合动力电动车辆的特定应用中，可从不振荡的直流(DC)电压源(例如，电池)获得电功率。因此，逆变器用于将不振荡电压vd。转换成三个振荡电压。逆变器包含离散数量的开关装置，因此，逆变器能够在三个电动机端子中的每个电动机端子处仅供应离散数量的电压电平。对于两电平逆变器来说，在任何时刻，开关装置都被设置为将三个AC电动机端子中的每个AC电动机端子电连接到正DC端子或负DC端子。因此，可获得8个开关状态。这些开关状态中的两个开关状态被称为零状态，在这两个开关状态下，所有的三个AC端子均连接到相同的DC端子。在其余的六个状态下，一个AC端子连接到DC端子中的一个，其他两个AC端子连接到相反的DC端子。逆变器能够在这8个状态之间快速地切换。在图1中示出了典型的逆变器供电的PMSM的一些一般特性。在该图中，水平轴表示转子速度，竖直轴表示转子扭矩。操作区域取决于DC电压Vd。。如图所示，在参考DC电压时，正速度正扭矩操作区域可以以实线110、112和114为边界。在低速时，最大可用扭矩可由最大绕组电流限制，如由线110所指示的。线112指示在更高的速度时由电压限制的最大可用扭矩。在被称为拐点的点116处，电流和电压均处于其各自的最大值。虚线118指示在DC电压高于参考DC电压时对应的界限。线114指示整体最大额定速度。PMSM可产生正扭矩或负扭矩，且可沿着正方向或负方向旋转。在正速度负扭矩象限中，PMSM用作发电机将机械能转换成电能。在该象限中，虽然对应于电压限制的最小扭矩曲线可能不是线112的镜像，但是特性类似于在图1中示出的特性。负速度区域紧密跟随围绕原点旋转180度的正速度区域。图2示出了逆变器供电的PMSM在旋转参考系中关于绕组电流的典型特性。在该图中，直流分量Id由水平轴表示，正交分量Id由竖直轴表示。曲线210表示Id和Iq的不同组合，所述不同组合将产生特定的输出扭矩。曲线212、214和216表示输出扭矩逐渐变得更高的1<!和Iq的组合。虽然沿着这些曲线中的每条曲线的每个点产生相同的输出扭矩，但是Id和I,的一些组合与其他组合相比将与更高的损失相关。线218表示对于每个扭矩水平来说最高效的操作点。然而，并非总是可以在这种条件下操作。点220表示当转子以特定速度旋转时将由转子中的永磁体在绕组中感应出的电流。由逆变器施加的电压改变这种条件下的绕组电流。曲线222表示在特定的转子速度和总线电压电平时，可由逆变器实现的条件的边界。在更高的总线电压或更低的转子速度时，边界扩张，如由虚线224所示出的。
技术实现思路
在第一实施例中，公开了一种操作逆变器以控制电机的扭矩输出的方法。所述方法通过将电机的转子速度除以电总线的电压来计算归一化速度。基于归一化速度和扭矩请求计算扭矩确定设定值。例如，扭矩确定设定值可以是如在六步扭矩控制中使用的目标电压相位角。可选地，作为另一示例，扭矩确定设定值可以是如在PWM扭矩控制中使用的绕组电流的直流分量和正交分量。可使用表查找计算扭矩确定设定值。在另一实施例中，一种车辆包括逆变器、诸如永磁同步电动机的电机和控制器。逆变器连接到电总线的DC端子和电机的AC端子。控制器被配置成向逆变器发出命令，以控制电机中的含直流分量和正交分量的绕组电流。在磁场削弱区域中对于给定的扭矩来说，当速度和电压根据速度与电压的恒定比值改变时，所述直流分量和正交分量大致恒定。例如，对于电动机的每个电循环，控制器可命令逆变器在六个非零逆变器状态之间循环。可选地，作为另一示例，控制器可命令逆变器在逆变器状态之间切换，从而将指定的百分比的时间花费在特定状态上。在一些实施例中，电总线的电压可由DC-DC转换器调节，DC-DC转换器建立与电池的电压不同的总线电压。在另一实施例中，一种车辆包括逆变器、诸如永磁同步电动机的电机和控制器。逆变器通过三个AC端子连接到电机并 通过两个DC端子连接到电总线。逆变器被配置成提供六个状态，在所述六个状态下，每个AC端子连接到一个DC端子，至少一个AC端子连接到每个DC端子。每经历一个转子电循环，控制器就命令逆变器在这六个状态之间循环一次。逆变器切换状态时的转子位置限定相位角。对于给定的扭矩请求，当转子速度和总线电压根据转子速度与总线电压的恒定比值改变时，相位角大致恒定。在一些实施例中，电总线的电压可由DC-DC转换器调节，DC-DC转换器建立与电池的电压不同的总线电压。一种车辆包括:逆变器，具有AC端子和DC端子，并在DC端子之间具有总线电压，逆变器被配置成将每个AC端子电连接到一个DC端子，从而提供六个状态，在所述六个状态下，至少一个AC端子电连接到每个DC端子；电机，连接到AC端子，电机具有转子位置和转子速度；控制器，被配置成基于请求的转子扭矩、总线电压、转子速度和转子位置而向逆变器发出命令，使得:(i)每经历一个转子位置周期，逆变器就在所述六个状态之间循环一次，(ii)当转子位置等于相位角时，逆变器在所述六个状态中的第一状态和所述六个状态中的第二状态之间改变，(iii)对于给定的扭矩请求来说，当转子速度和总线电压根据转子速度与总线电压的恒定比值改变时，相位角大致恒定。电机是同步电动机。电机是永磁同步电动机。所述车辆还包括:电池；DC_DC转换器，电连接到电池和DC端子两者。一种操作逆变器的方法，所述逆变器连接到具有总线电压的总线且还连接到具有转子速度的电机，所述方法包括:接收扭矩请求；通过将转子速度除以总线电压来计算归一化速度；基于归一化速度和扭矩请求计算至少一个扭矩确定设定值；基于所述至少一个扭矩确定设定值向逆变器发出命令。所述至少一个扭矩确定设定值包括电压相位角。基于所述至少一个扭矩确定设定值发出命令的步骤包括:当转子位置等于电压相位角时，命令逆变器改变状态。所述至少一个扭矩确定设定值本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种车辆，包括：逆变器，具有AC端子和DC端子，并在DC端子之间具有电压；电机，连接到AC端子，电机具有扭矩、速度以及含直流分量和正交分量的绕组电流；控制器，被配置成向逆变器发出命令，使得在磁场削弱操作区域中对于给定的扭矩来说，当所述速度和所述电压根据速度与电压的恒定比值改变时，所述直流分量和所述正交分量大致恒定。

【技术特征摘要】
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【专利技术属性】
技术研发人员：丹尼尔·利德基，迈克尔·W·德格内尔，
申请(专利权)人：福特全球技术公司，
类型：发明
国别省市：美国;US