控制三次諧波電壓的方法、系統和設備的製作方法

2023-10-31 02:32:37 6

專利名稱：控制三次諧波電壓的方法、系統和設備的製作方法
技術領域：
本發明的實施例總體 涉及一種用於控制多相系統的操作的技術，例如實現五相電機的系統，更具體地涉及一種用於在過調製範圍內操作多相電機時控制三次諧波電壓的方法、系統和設備。
背景技術：
電機在多種類的應用中使用。例如，混合/電力車輛(HEVs)典型地包括電牽引驅動系統，該電牽引驅動系統包括交流(AC)電動馬達，該交流(AC)電動馬達由具有直流(DC)電源(例如蓄電池)的電力變流器驅動。AC電動馬達的馬達繞組可聯接到電力逆變器模塊(PIM)的逆變器子模塊上。各逆變器子模塊包括一對開關，該開關以互補的方式開關來執行快速開關功能以將DC電轉換為AC電。該AC電驅動AC電動馬達，該AC電動馬達又驅動HEV傳動系的軸。傳統HEV配備兩臺三相脈寬調製(PWM)逆變器模塊和兩臺三相AC電機(例如，AC馬達)，所述三相AC電機各由相應的所聯接的一個三相PWM逆變器模塊驅動。很多現代高性能AC馬達驅動器使用場定向控制(FOC)或「矢量」控制原理以控制AC電動馬達的操作。特別地，矢量控制經常用於變頻驅動器中以通過控制輸出到AC電動馬達的電流來控制施加在AC電動馬達的軸上的轉矩(並最終控制速度)。簡而言之，定子相電流被測量並轉換為相應的復空間矢量。然後該電流矢量變換到隨AC電動馬達轉子旋轉的坐標系統中。最近，研究人員已經研究在各種應用，包括電動車輛中使用多相電機的可能性。如本文中所使用的，術語「多相」指的是多於三相，並可用於指具有三相或更多相的電機。五相AC電機是多相電機的一個例子。在五相系統中，五相PWM逆變器模塊驅動一個或多個五相AC電機。雖然在HEV中使用五相系統(例如，五相逆變器和馬達構造)的可能性正在被研究，要實際地實施這些系統之前還有大量工作要做。例如，對於實現在HEV中的五相電驅動器的情況，因為可提供的最大轉矩允許HEV更快的加速和減速，並在驅動期間有更好的動態性能，因此期望在任何給定轉速下的高轉矩。將需要增加多相電機產生的輸出功率和可提供的機械轉矩，使得多相電機的效率和動態性能可被改善。結合附圖和上述技術領域和背景技術，從後續的詳細說明和所附權利要求中，可以顯而易見到本發明的其他理想特徵和特性。

發明內容
本發明的實施例涉及通過在矢量控制馬達驅動系統(包括驅動五相電機的五相PWM控制逆變器模塊)中過調製來控制五相電機操作的方法、系統和設備。在一個實施例中，提供了用於過調製參考電壓矢量的方法、系統和設備。過調製用於優化控制五相PWM控制逆變器模塊的電壓指令以增加由五相逆變器模塊產生並提供給五相電機的逆變器輸出電壓。
根據一個實施例，參考電壓矢量的幅度和角度是基於電壓指令信號(例如，同步參考坐標系d軸電壓指令信號和同步參考坐標系q軸電壓指令信號)確定的。然後可確定參考電壓矢量的幅度是否小於等於一個或多個閾值。例如，可確定參考電壓矢量的幅度是否小於等於線性調製範圍的線性範圍電壓閾值。當參考電壓矢量的幅度確定為大於線性範圍電壓閾值時，參考電壓矢量在第一過調製範圍或第二過調製範圍內。為確定參考電壓矢量是在第一過調製範圍內還是在第二過調製範圍內，可確定參考電壓矢量的幅度是否小於等於第一過調製範圍的第一電壓閾值。當參考電壓矢量確定為在過調製範圍中的一個時，參考電壓矢量的修正幅度和修正角度可通過修正參考電壓矢量的幅度和參考電壓矢量的角度來產生。例如，當參考電壓矢量的幅度確定為小於等於第一過調製範圍的第一電壓閾值時，則參考電壓矢量確定為在第一過調製範圍內。在這種情況下，參考電壓矢量的修正幅度可基於參考電壓矢量的幅度和修正因子係數產生，參考電壓矢量的修正角度可設置為等於參考電壓矢量的角度。相反，當參考電壓矢量的幅度確定為大於第一過調製範圍的第一電壓閾值時，參考電壓矢量確定為在第二過調製範圍內。在一個實施例中，當參考電壓矢量確定為在第二過調製範圍內時，參考電壓矢量的角度可被修正以產生用於三次諧波幅度和角度的一組值，而同時保留需要的基波電壓。例如，在一個實施方式中，參考電壓矢量的角度可基於參考角速度修正係數、三次諧波幅度係數、三次諧波相角修正係數來修正。同時，參考電壓矢量的幅度可基於參考電壓過調製控制角、扇區號和線性調製範圍的電壓閾值來修正。通過在第二過調製範圍中控制三次諧波電壓的幅度和相位，可增加逆變器模塊的輸出電壓，以允許增加多相電機產生的輸出功率，其可增加多相電機產生的轉矩密度和可提供的機械轉矩。通過增加輸出機械功率和轉矩，可改善電機的效率和動態性能，以及電池電壓(Vdc)的利用率。此外，本發明還涉及以下技術方案。I. 一種用於過調製參考電壓矢量以優化控制五相逆變器模塊的電壓指令信號以便增加所述五相逆變器模塊產生的輸出電壓的方法，所述方法包括
基於所述電壓指令信號確定所述參考電壓矢量的幅度和角度；
確定所述參考電壓矢量的幅度是否小於等於閾值；以及
當確定所述參考電壓矢量的幅度小於等於閾值時，基於所述參考電壓矢量的幅度和所述參考電壓矢量的角度產生所述參考電壓矢量的修正幅度和修正角度，其中，當確定所述參考電壓矢量在過調製範圍內時，所述參考電壓矢量的修正角度是參考電壓過調製控制角。2.根據技術方案I所述的方法，其特徵在於，確定所述參考電壓矢量的幅度是否小於等於閾值的步驟包括
確定所述參考電壓矢量的幅度是否小於等於線性調製範圍的線性範圍電壓閾值以確定所述參考電壓矢量是否在所述線性調製範圍內。3.根據技術方案2所述的方法，其特徵在於，所述過調製範圍是第二過調製範圍，當確定所述參考電壓矢量的幅度大於所述線性調製範圍的線性範圍電壓閾值時，還包括以下步驟
確定所述參考電壓矢量的幅度是否小於等於第一過調製範圍的第一電壓閾值以確定所述參考電壓矢量是在所述第一過調製範圍還是在所述第二過調製範圍內。4.根據技術方案3所述的方法，其特徵在於，當確定所述參考電壓矢量的幅度小於等於所述第一過調製範圍的第一電壓閾值並且確定所述參考電壓矢量在所述第一過調製範圍內時，產生所述參考電壓矢量的修正幅度和修正角度的步驟包括
產生基於所述參考電壓矢量的幅度和修正因子係數的所述參考電壓矢量的修正幅度和等於所述參考電壓矢量的角度的所述參考電壓矢量的修正角度。5.根據技術方案3所述的方法，其特徵在於，當確定所述參考電壓矢量的幅度大於所述第一過調製範圍的第一電壓閾值並且確定所述參考電壓矢量在所述第二過調製範圍內時，產生所述參考電壓矢量的修正幅度和修正角度的步驟包括
修正所述參考電壓矢量的角度以產生所述參考電壓過調製控制角。6.根據技術方案5所述的方法，其特徵在於，修正所述參考電壓矢量的角度以產生所述參考電壓過調製控制角的步驟包括
基於參考角速度修正係數、三次諧波幅度係數和三次諧波相角修正係數修正所述參考電壓矢量的角度以產生所述參考電壓過調製控制角。7.根據技術方案5所述的方法，其特徵在於，產生所述參考電壓矢量的修正幅度和修正角度的步驟還包括
基於所述參考電壓過調製控制角修正所述參考電壓矢量的幅度以產生所述參考電壓矢量的修正幅度。8.根據技術方案7所述的方法，其特徵在於，基於所述參考電壓過調製控制角修正所述參考電壓矢量的幅度以產生所述參考電壓矢量的修正幅度的步驟還包括
基於所述參考電壓過調製控制角、扇區號和所述線性調製範圍的電壓閾值修正所述參考電壓矢量的幅度以產生所述參考電壓矢量的修正幅度。9.根據技術方案I所述的方法，其特徵在於，基於電壓指令信號確定所述參考電壓矢量的幅度和角度的步驟包括
基於同步參考坐標系d軸電壓指令信號和同步參考坐標系q軸電壓指令信號確定所述參考電壓矢量的幅度和角度。10. 一種五相系統，包括
五相逆變器模塊，基於控制所述五相逆變器模塊的電壓指令信號產生輸出電壓；
由所述五相逆變器模塊產生的輸出電壓驅動的五相電機；以及過調製處理器，所述過調製處理器被設計為過調製參考電壓矢量以優化所述電壓指令信號以增加所述五相逆變器模塊產生的所述輸出電壓，其中，所述過調製處理器被設計為當確定所述參考電壓矢量在過調製範圍內時基於參考電壓矢量的角度來產生所述參考電 壓矢量的修正角度，其中，所述修正角度是參考電壓過調製控制角。11.根據技術方案10所述的系統，其特徵在於，所述過調製處理器被設計為確定所述參考電壓矢量的幅度是否小於等於閾值，並當確定所述參考電壓矢量的幅度小於等於閾值時，基於所述參考電壓矢量的幅度和所述參考電壓矢量的角度產生所述參考電壓矢量的修正幅度和修正角度，其中，當確定所述參考電壓矢量在所述過調製範圍內時，所述參考電壓矢量的修正角度是所述參考電壓過調製控制角。12.根據技術方案11所述的系統，其特徵在於，所述過調製處理器被設計為確定所述參考電壓矢量的幅度是否小於等於線性調製範圍的線性範圍電壓閾值以確定所述參考電壓矢量是否在所述線性調製範圍內。13.根據技術方案12所述的系統，其特徵在於，當確定所述參考電壓矢量的幅度大於所述線性調製範圍的所述線性範圍電壓閾值時，所述過調製處理器被設計為確定所述參考電壓矢量的幅度是否小於等於第一過調製範圍的第一電壓閾值以確定所述參考電壓矢量是在所述第一過調製範圍內還是在第二過調製範圍內，其中，所述過調製範圍為所述第二過調製範圍。14.根據技術方案13所述的系統，其特徵在於，當確定所述參考電壓矢量的幅度小於等於所述第一過調製範圍的所述第一電壓閾值並且確定所述參考電壓矢量在所述第一過調製範圍內時，所述過調製處理器被設計為基於所述參考電壓矢量的幅度和修正因子係數產生所述參考電壓矢量的修正幅度。15.根據技術方案13所述的系統，其特徵在於，當確定所述參考電壓矢量的幅度大於所述第一過調製範圍的所述第一電壓閾值並且確定所述參考電壓矢量在所述第二過調製範圍內時，所述過調製處理器被設計為產生所述參考電壓矢量的修正幅度和修正角度。16.根據技術方案13所述的系統，其特徵在於，當確定所述參考電壓矢量的幅度大於所述第一過調製範圍的所述第一電壓閾值時並且確定所述參考電壓矢量在所述第二過調製範圍內時，所述過調製處理器被設計為修正所述參考電壓矢量的角度以產生所述參考電壓矢量的修正角度，所述參考電壓矢量的修正角度是所述參考電壓過調製控制角。17.根據技術方案16所述的系統，其特徵在於，所述過調製處理器被設計為基於參考角速度修正係數、三次諧波幅度係數和三次諧波相角修正係數來修正所述參考電壓矢量的角度以產生所述參考電壓矢量的修正角度，所述參考電壓矢量的修正角度是所述參考電壓過調製控制角。18.根據技術方案16所述的系統，其特徵在於，所述過調製處理器被設計為基於所述參考電壓過調製控制角來修正所述參考電壓矢量的幅度以產生所述參考電壓矢量的修正幅度。19.根據技術方案18所述的系統，其特徵在於，所述過調製處理器被設計為基於所述參考電壓過調製控制角、扇區號和所述線性調製範圍的電壓閾值來修正所述參考電壓矢量的幅度以產生所述參考電壓矢量的修正幅度。
20.根據技術方案10所述的系統，其特徵在於，所述過調製處理器進一步被設計為
基於同步參考坐標系d軸電壓指令信號和同步參考坐標系q軸電壓指令信號確定所述參考電壓矢量的幅度和角度。附圖 說明將在下文中結合附圖描述本發明的實施例，在附圖中相同的附圖標記表示相同的兀件，並且
圖I是根據一些公開實施例的矢量控制馬達驅動系統的一個例子的框 圖2是馬達驅動系統的一部分的框圖，該馬達驅動系統包括連接在五相AC馬達上的五相電壓源逆變器模塊；
圖3A和3B表示了說明在五相逆變器模塊中用於驅動開關的三十二個電壓開關矢量中的三十個的狀態空間電壓開關矢量 圖3C是概括了用於代表圖3A和3B中顯示的各電壓開關矢量的開關矢量信號的開/關狀態的不同組合的表；
圖4是說明了通過連接歸一化到DC鏈路電壓的十個大電壓開關矢量形成的十邊形範圍和三個不同的調製範圍；
圖5A是圖4的扇區號的放大圖，更詳細地說明了圖4的調製範圍；
圖5B是更詳細的圖5A的調製範圍的放大 圖6是根據一些公開的實施例說明用於過調製代表電壓指令的參考電壓矢量的方法的流程圖，這些電壓指令控制五相逆變器模塊；
圖7是根據一些公開的實施例繪製了作為調製指數(MI)的函數的用於第一過調製範圍的修正因子係數k (MI)的 圖8是根據一些公開的實施例繪製了作為調製指數(MI)的函數的用於第二過調製範圍的保持角ah(MI)(單位為度)的 圖9是說明根據一些公開的實施例的用於過調製參考電壓矢量(Vr，α )的方法的流程圖，該參考電壓矢量(Vr, α )控制驅動五相系統中的五相AC電機的五相逆變器模塊；

圖10根據一些公開的實施例說明了繪製作為參考電壓矢量的角度(α )的函數的參考電壓過調製控制角(αρ)的 圖11是根據一些公開的實施例繪製了當三次諧波電壓控制在過調製範圍內時作為三
次諧波相角修正係數(φ)的函數
的基波幅度改變(AV1)的一系列 圖12是根據一些公開的實施例繪製了當三次諧波電壓控制在過調製範圍內時作為三
次諧波相角修正係數(φ)的函數的三次諧波幅度改變(Δν3)的一系列 圖13是根據一些公開的實施例繪製了當三次諧波電壓控制在過調製範圍內時作為三
次諧波相角修正係數(φ)的函數的基波相角改變(Δ Y I)的一系列圖；以及
圖14是根據一些公開的實施例繪製了當三次諧波電壓控制在過調製範圍內時作為三
次諧波相角修正係數(φ)的函數的三次諧波相角改變(Δ Y 3)的一系列圖。
具體實施例方式如本文中所用，詞語「示例性」指的是「用作示例、例子或說明」。以下詳細說明性質上僅為示例性的，且並不旨在限定本發明或本發明的應用及用途。本文中作為「示例性」描述的任何實施例都不一定理解為比其它實施例更優選或更具有優點。在具體實施方式
部分描述的所有實施例都是示例性的實施例，提供這些實施例以使本領域技術人員能夠製造或使用本發明，但並不用於限制本發明的範圍，本發明的範圍由權利要求限定。另外，不應被在前述技術領域，背景技術，發明內容或以下的詳細說明中所表達的或暗示的理論所束縛。在具體描繪與本發明相應的實施例之前，應該觀察到實施例主要是屬於涉及控制五相系統操作的方法步驟和設備部件的組合。應當理解，本文所述的發明的實施例可使用硬體、軟體、或者硬體和軟體的組合來執行。本文所述的控制電路可包括各種部件、模塊、電路和其他邏輯，其可使用模擬和/或數字電路的組合，分立或集成的模擬或數字電子電路或其組合來執行。本文所用的術語「模塊」指的是裝置、電路、電氣部件和/或基於用於執行任務的部件的軟體。在一些實施方式中，當要在這些電路中執行部分或全部控制邏輯時，本文所述的控制電路可使用一個或多個專用集成電路(ASIC)，一個或多個微處理器和/或一個或多個基於數位訊號處理器(DSP)的電路來執行。應當理解，本文所述的實施例可包括一個或多個傳統處理器和特有存儲程序指令以控制一個或多個處理器，結合某些無處理器電路，來執行一些、多數或所有用於控制五相系統操作的功能，正如本文所述的。因此，這些功能可解釋為用於控制五相系統操作的方法的步驟。或者，一些或所有功能可通過不具有存儲程序指令的狀態機來執行，或在一個或多個專用集成電路(ASIC)中，在專用集成電路(ASIC)中各功能或某些功能的一些組合是作為用戶邏輯執行的。當然，可以使用兩種方法的組合。因此，將在本文中描述用於這些功能的方法和裝置。此外，可以預期，普通技術人員，儘管由例如可用時間、目前的技術和經濟上的考慮的促進，可能需要很多努力和很多設計選擇，在本文公開的概念和原理的指導下，將通過較少的試驗就能夠容易生成軟體指令、程序和1C。本發明的實施例涉及用於在五相系統中過調製的方法、系統和設備。公開的用於控制五相系統的操作和調節提供給五相電機的電流的方法、系統和設備可在例如混合/電力車輛(HEV)的操作環境中實施。在將要描述的不例性實施例中，控制技術和工藝將描述為用於混合/電力車輛。然而，本領域技術人員應當理解，相同或類似的技術和工藝可應用在其他系統中，在所述其他系統中，當一個或多個相經歷故障或失效時，需要控制五相系統的操作和調節提供給系統中的五相電機的電流。這樣，本文中公開的任何概念可被廣泛地應用於「車輛」，並且如本文中所用，術語「車輛」寬泛地指具有AC電機的非生物運輸機構。這種車輛的示例包括諸如公交車、轎車、卡車、運動多用途車輛、篷車的車輛，諸如包括船隻、氣墊船、帆船、艇、艦的機械水上交通器的非陸上行駛交通器，包括潛水艇的機械水下交通器，包括飛機和飛船的機械空中交通器，諸如火車、有軌電車和礦車的機械軌道交通器等。另外，術語「車輛」不限於任何特定的推進技術，例如汽油或柴油燃料。而是，車輛還包括混合動力車輛、電池電力車輛、氫燃料車輛和使用各種其他替代燃料操作的車輛。如本文所使用的，術語「交流(AC)電機」總體指的是「將電能轉換為機械能(或反之)的裝置或設備」。AC電機通常可分類為同步AC電機和異步AC電機。同步AC電機可包括永磁電機和磁阻電機。永磁電機包括表貼式永磁電機(SMPMM)和內置式永磁電機(IPMM)。 異步AC電機包括感應電機。儘管AC電機可為AC馬達(例如，用於轉換其輸入的AC電能以產生機械能量或功率的設備)，AC電機不限於是AC馬達，還可包括用於將其原動機處的機械能或功率轉換為其輸出的電力AC能量或功率的發電機。任何電機可為AC馬達或AC發電機。AC馬達是由交流電驅動的電動馬達。在一些實施方式中，AC馬達包括具有提供有交流電的線圈以產生旋轉磁場的外部靜止定子和連接到輸出軸上的由旋轉磁場提供轉矩的內部轉子。根據所用的轉子類型，AC馬達可分類為同步和異步。
圖I是根據公開實施例的矢量控制馬達驅動系統100的一個示例的框圖。系統100通過聯接到五相AC電機120上的五相脈寬調製(PWM)逆變器模塊110控制五相AC電機120，使得五相AC電機120可有效地通過調節控制五相AC電機120的電流指令來使用提供給五相PMW逆變器模塊110的DC輸入電壓(Vdc )。在一個具體的實施方式中，在HEV中，矢量控制馬達驅動系統100可用於控制轉矩。在下述的一個具體的、非限制性的實施方式的描述中，五相AC電機120描述為五相AC電動馬達120，並且具體地是五相永磁同步AC電動馬達(或更寬泛的馬達120);然而，應該理解，所說明的實施例僅是公開的實施例可應用的各種類型AC電機的非限制性的示例，並且，公開的實施例可應用於包括五相或更多相的任何類型的多相AC電機。五相AC馬達120通過五個逆變器極聯接到五相PWM逆變器模塊110並且基於從PWM逆變器模塊110得到的五相正弦電流信號產生機械功率(轉矩X速度)。在一些實施方式中，五相AC馬達120的轉子角位置(e r)或「軸位置」是使用位置傳感器(未示出)來測量的，在其他的實施方式中，五相AC馬達120的轉子角位置(0 r)可不使用位置傳感器而通過使用無傳感器位置估計技術來估計。在描述系統100的操作細節之前，將參考圖2提供五相電壓源逆變器110的一個示例性實施方式的更詳細的描述(包括其如何連接到五相AC馬達120上)。圖2是馬達驅動系統的一部分的框圖，該馬達驅動系統包括連接在五相AC馬達120上的五相電壓源逆變器110。應當注意到圖I的五相電壓源逆變器110和五相馬達120不限於本實施方式，而是，圖2僅是圖I中的五相電壓源逆變器110和五相馬達120如何在具體的實施例實現的一個示例。如圖2所示，五相AC馬達120具有五個定子或馬達繞組120a、120b、120c、120d、120e，它們連接到馬達端子A、B、C、D、E，五相PWM逆變器模塊110包括電容270和五個逆變器子模塊115-119。在本實施例中，在A相，逆變器子模塊115聯接到馬達繞組120a，在B相，逆變器子模塊116聯接到馬達繞組120b，在C相，逆變器子模塊117聯接到馬達繞組120c，在D相，逆變器子模塊118聯接到馬達繞組120d，在E相，逆變器子模塊119聯接到馬達繞組120e。馬達繞組A、B、C、D、E (120a、120b、120c、120d、120e)—起聯接到中性點(N)上。流入馬達繞組A 120a的電流流出馬達繞組B-E 120b_120e，流入馬達繞組B 120b的電流流出馬達繞組A、C、D、E 120a和120c_120e，流入馬達繞組C 120c的電流流出馬達繞組A、B、D、E 120a、120b、120d、120e，流入馬達繞組D 120d的電流流出馬達繞組A、B、C、E 120a_c和120e，流入馬達繞組E 120e的電流流出馬達繞組A_D 120a_d。合成相或定子電流(Ia-Ie) 122、123、124、125、126流經相應的定子繞組120a_e。各定子繞組120a-120e上的中性電壓相分別表示為Van、Vbn, Vcn, Vdn, Ven,在各定子繞組120a-120e上分別產生反電動勢(EMF)電壓Ea、Eb、E。、Ed、Ee,分別顯示為與定子繞組120a-120e串聯。眾所周知，這些EMF電壓Ea、Eb、Ee、Ed、Ee是通過永磁轉子的旋轉在相應的定子繞組120a_120e中感應的電壓。儘管未示出，馬達120聯接到驅動軸上。逆變器110包括電容270，包括雙開關272/273、274/275的第一逆變器子模塊115，包括雙開關276/277、278/279的第二逆變器子模塊116，包括雙開關280/281、282/283的第三逆變器子模塊117，包括雙開關284/285、286/287的第四逆變器子模塊118，包括雙開關288/289、290/291的第五逆變器子模塊119。因此，逆變器110具有十個固態可控開關裝置 272、274、276、278、280、282、284、286、288、290 和十個二極體 273、275、277、279、281、
283、285、287、289、291以適當地開關複合電壓(Vdc)並為五相AC馬達120的定子繞組120a、120b、120c、120d、120e 提供五相供電。儘管未說明，閉 環馬達控制器可從馬達120接收馬達指令信號和馬達操作信號，並產生用於控制在逆變器子模塊115-119中的固態開關裝置272、274、276、278、280、282、
284、286、288、290的開關的控制信號。用於構建這些控制信號的這些開關矢量的示例描述如下。通過提供合適的控制信號給各個逆變器子模塊115-119，閉環馬達控制器控制在逆變器子模塊 115-119 中的固態開關裝置 272、274、276、278、280、282、284、286、288、290 的開關，從而分別控制提供給馬達繞組120a-120e的逆變器子模塊115-119的輸出。由五相逆變器模塊110的逆變器子模塊115-119產生的合成定子電流(la··· Ie)122-126提供給馬達繞組 120a、120b、120c、120d、120e。如 Van, Vbn, Vcn, Vdn, Ven, Ea、Eb、Ec, Ed、Ee 的電壓和在點 N的電壓隨時間波動，這取決於逆變器模塊110的逆變器子模塊115-119中的開關272、274、276、278、280、282、284、286、288、290的開/關狀態，如下文將要描述的。再次參考圖1，矢量控制馬達驅動系統100包括轉矩-電流映射模塊140、同步(SYNC.)坐標系電流調節器模塊170、過調製預處理器180、同步-靜止(SYNC. -T0-STAT.)變換模塊102、α β參考坐標系-abcde參考坐標系(α β-to_abcde)變換模塊106、空間矢量(SV) PWM模塊108、五相PWM逆變器110、abcde參考坐標系- α β參考坐標系(abcde-to-α β )變換模塊127和靜止_同步(STAT. -ΤΟ-SYNC.)變換模塊130。轉矩-電流映射模塊140接收轉矩指令信號(Te*) 136、基於轉子/軸位置輸出(Θγ) 121的微分產生的軸的角旋轉速度(ωΓ) 138和作為輸入的DC輸入電壓(Vdc) 139以及取決於實施方式的可能的多種其他系統參數。轉矩-電流映射模塊140使用這些輸入以產生d軸電流指令(Id*) 142和q軸電流指令(Iq*) 144，以使得馬達120在速度(ωΓ) 138下產生指令的轉矩(Te*)。具體而言，轉矩-電流映射模塊140使用輸入以將轉矩指令信號(Te*) 136映射到d軸電流指令信號(Id*) 142和q軸電流指令信號(Iq*) 144。同步參考坐標系d軸和q軸電流指令信號(Id*、Iq*) 142、144是具有作為時間的函數的恆定值的DC指令。abcde- α β變換模塊127接收從馬達120反饋的測量的五相靜止參考坐標系反饋定子電流(la··· Ie) 122-126。abcde- α β變換模塊127使用這些五相靜止參考坐標系反饋定子電流122-126以執行abcde參考坐標系-α β參考坐標系變換以將五相靜止參考坐標系反饋定子電流122-126變換到靜止參考坐標系反饋定子電流(Ια、Ιβ ) 128、129。abcde-α β變換可使用任何已知變換技術執行，包括使用在如下等式(I)中限定的矩陣。
權利要求
1.一種用於過調製參考電壓矢量以優化控制五相逆變器模塊的電壓指令信號以便增加所述五相逆變器模塊產生的輸出電壓的方法，所述方法包括 基於所述電壓指令信號確定所述參考電壓矢量的幅度和角度； 確定所述參考電壓矢量的幅度是否小於等於閾值；以及 當確定所述參考電壓矢量的幅度小於等於閾值時，基於所述參考電壓矢量的幅度和所述參考電壓矢量的角度產生所述參考電壓矢量的修正幅度和修正角度，其中，當確定所述參考電壓矢量在過調製 範圍內時，所述參考電壓矢量的修正角度是參考電壓過調製控制角。
2.根據權利要求I所述的方法，其特徵在於，確定所述參考電壓矢量的幅度是否小於等於閾值的步驟包括 確定所述參考電壓矢量的幅度是否小於等於線性調製範圍的線性範圍電壓閾值以確定所述參考電壓矢量是否在所述線性調製範圍內。
3.根據權利要求2所述的方法，其特徵在於，所述過調製範圍是第二過調製範圍，當確定所述參考電壓矢量的幅度大於所述線性調製範圍的線性範圍電壓閾值時，還包括以下步驟 確定所述參考電壓矢量的幅度是否小於等於第一過調製範圍的第一電壓閾值以確定所述參考電壓矢量是在所述第一過調製範圍還是在所述第二過調製範圍內。
4.根據權利要求3所述的方法，其特徵在於，當確定所述參考電壓矢量的幅度小於等於所述第一過調製範圍的第一電壓閾值並且確定所述參考電壓矢量在所述第一過調製範圍內時，產生所述參考電壓矢量的修正幅度和修正角度的步驟包括 產生基於所述參考電壓矢量的幅度和修正因子係數的所述參考電壓矢量的修正幅度和等於所述參考電壓矢量的角度的所述參考電壓矢量的修正角度。
5.根據權利要求3所述的方法，其特徵在於，當確定所述參考電壓矢量的幅度大於所述第一過調製範圍的第一電壓閾值並且確定所述參考電壓矢量在所述第二過調製範圍內時，產生所述參考電壓矢量的修正幅度和修正角度的步驟包括 修正所述參考電壓矢量的角度以產生所述參考電壓過調製控制角。
6.根據權利要求5所述的方法，其特徵在於，修正所述參考電壓矢量的角度以產生所述參考電壓過調製控制角的步驟包括 基於參考角速度修正係數、三次諧波幅度係數和三次諧波相角修正係數修正所述參考電壓矢量的角度以產生所述參考電壓過調製控制角。
7.根據權利要求5所述的方法，其特徵在於，產生所述參考電壓矢量的修正幅度和修正角度的步驟還包括 基於所述參考電壓過調製控制角修正所述參考電壓矢量的幅度以產生所述參考電壓矢量的修正幅度。
8.根據權利要求7所述的方法，其特徵在於，基於所述參考電壓過調製控制角修正所述參考電壓矢量的幅度以產生所述參考電壓矢量的修正幅度的步驟還包括 基於所述參考電壓過調製控制角、扇區號和所述線性調製範圍的電壓閾值修正所述參考電壓矢量的幅度以產生所述參考電壓矢量的修正幅度。
9.根據權利要求I所述的方法，其特徵在於，基於電壓指令信號確定所述參考電壓矢量的幅度和角度的步驟包括 基於同步參考坐標系d軸電壓指令信號和同步參考坐標系q軸電壓指令信號確定所述參考電壓矢量的幅度和角度。
10.一種五相系統,包括 五相逆變器模塊，基於控制所述五相逆變器模塊的電壓指令信號產生輸出電壓； 由所述五相逆變器模塊產生的輸出電壓驅動的五相電機；以及過調製處理器，所述過調製處理器被設計為過調製參考電壓矢量以優化所述電壓指令信號以增加所述五相逆變器模塊產生的所述輸出電壓，其中，所述過調製處理器被設計為當確定所述參考電壓矢量在過調製範圍內時基於參考電壓矢量的角度來產生所述參考電壓矢量的修正角度，其中，所述修正角度是參考電壓過調製控制角。
全文摘要
本發明涉及提供用於在過調製範圍內操作多相電機時控制三次諧波電壓的方法、系統和設備。多相電機可為例如在包括驅動五相電機的五相PWM控制逆變器模塊的矢量控制馬達驅動系統中的五相電機。提供用於過調製參考電壓矢量的技術。例如，當確定參考電壓矢量在過調製範圍內時，參考電壓矢量的角度可被修正以產生參考電壓過調製控制角，並且基於參考電壓過調製控制角，參考電壓矢量的幅度可被修正以產生參考電壓矢量的修正幅度。通過修正參考電壓矢量，控制五相逆變器模塊的電壓指令信號可被優化以增加五相逆變器模塊產生的輸出電壓。
文檔編號H02P21/14GK102624319SQ201210018590
公開日2012年8月1日 申請日期2012年1月20日 優先權日2011年1月26日
發明者G.加列戈斯-洛佩斯, M.H.基諾施塔, M.佩裡西克, R.M.蘭索姆 申請人:通用汽車環球科技運作有限責任公司