馬達控制系統和帶寬補償的製作方法

2023-05-30 11:43:06 1

馬達控制系統和帶寬補償的製作方法
【專利摘要】本發明提供一種用來確定紋波補償電流的馬達控制系統。馬達控制系統包括：馬達，其具有多個馬達諧波和一馬達頻率；以及，與馬達通信的帶寬補償控制器。帶寬補償控制器被配置成用以確定多個馬達諧波中每一個的幅度響應補償值和相位補償值。幅度響應補償值和相位補償值都基於馬達頻率。帶寬補償控制器被配置成用以基於幅度響應補償值和相位補償值來確定紋波補償電流。
【專利說明】馬達控制系統和帶寬補償

【技術領域】
[0001]本發明涉及用於馬達的控制系統，並且更特定而言，涉及用於一種用以確定紋波補償電流的馬達的控制系統。

【背景技術】
[0002]可由電壓命令和相位超前角來確定永久磁體同步馬達(PMSM)(表面永久磁體(SPM)或內部永久磁體(IPM)馬達)的輸出轉矩。通過首先選擇具體交軸線/正交軸(也被稱作q軸線)參考電流和直軸線(也被稱作d軸線)參考電流、並且然後基於選定交軸線參考電流和直軸線參考電流來確定電壓命令和相位超前角，從而確定PMSM的具體輸出轉矩r。
[0003]內永久磁體同步馬達(IPMSM)相對廉價，但通常在操作期間產生相對較高的轉矩紋波。通常需要在電動助力轉向(EPS)應用中利用的電動馬達產生相對較低的轉矩紋波。因此，由IPMSM或SPM產生的轉矩紋波可能需要在用於EPS應用之前減小。但是，在相對較高馬達速度的轉矩紋波補償效果可能減弱。


【發明內容】

[0004]在一實施例中，本發明提供一種用來確定紋波補償電流的馬達控制系統。該馬達控制系統包括:馬達，其具有多個馬達諧波和一馬達頻率；以及，與馬達通信的帶寬補償控制器。帶寬補償控制器被配置成確定多個馬達諧波中每一個的幅度響應補償值和相位補償值。幅度響應補償值和相位補償值都基於馬達頻率。帶寬補償控制器被配置成基於幅度響應補償值和相位補償值來確定紋波補償電流。
[0005]在另一實施例中，本發明提供一種確定具有用於多個馬達諧波的馬達的紋波補償電流的方法。該方法包括:由帶寬補償控制器來確定用於多個馬達諧波中每一個的幅度響應補償值和相位補償值。幅度響應補償值和相位補償值都基於馬達頻率。該方法還包括:基於幅度響應補償值和相位補償值來確定紋波補償電流。
[0006]通過下文的描述，結合附圖理解，這些和其它優點和特點將變得更顯然。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0007]被認為是本發明的主題在說明書所附權利要求書中特別地指出且明確地主張。通過結合附圖來理解下文的詳細的描述，本發明的前述和其它特點和優點將顯然，附圖中:
圖1為根據本發明的示例性實施例的馬達控制系統的框圖；
圖2為示出根據本發明的另一示例性實施例的示例性轉矩紋波補償控制器和帶寬補償控制器的數據流圖；以及
圖3為根據本發明的又一示例性實施例用來確定紋波補償電流的過程流程圖。

【具體實施方式】
[0008]現參考附圖，其中將參考具體實施例來描述本發明但並不限制本發明，圖1為馬達控制系統10的示例性框圖。馬達控制系統10包括:命令電流控制器20 ;d軸線比例積分增益(PI)控制器22 ；q軸線PI控制器23 ;極性轉換控制器24 ;脈衝寬度調製(PWM)逆變器控制器26 ;逆變器28 ;直流電源30 ;馬達32 ;位置傳感器34 ;速度傳感器36 ;變換控制器38 ；a軸線電流放大器40 ；b軸線電流放大器42 ；a軸線模擬至數字轉換器(ADC) 44 ；b軸線ADC 46 ;轉矩紋波補償控制器48 ;以及帶寬補償控制器49。在一實施例中，馬達32可以是內永磁體同步馬達(IPMSM)或表面永磁體同步馬達(SPM)，但應了解也可使用利用相位電流進行控制的任何類型的電動馬達。
[0009]在圖1所示的實施例中，逆變器28連接到直流電源30，其中直流電源30可例如為電池。直流電源30可通過直流輸入線49連接到逆變器28。換能器51可用來監視在整個直流輸入線49上的電橋電壓Veeu。表不電橋電壓Veeu的控制信號53可以被發送到命令電流控制器20和PWM逆變器控制器26。在如圖所示的示例性實施例中，逆變器26通過線路50、線路52和線路54傳送三個交流(AC)相位電流到馬達32 (例如，ia、ib和i。)用於馬達32的操作和控制。
[0010]為了反饋控制目的，由線路50和52傳送到馬達32的相位電流ia和ib可以被檢測到以確定到馬達32的瞬時電流流量。具體而言，換能器56可以用來監視在線路50上的相位電流ia並且換能器58可以用來監視在線路52上的相位電流ib。應當指出的是儘管示出了換能器56和換能器58，可僅監視線路50或52中的一個來測量相位電流ia或相位電流ib。表示測量的相位電流ia的控制信號60可以從換能器56發送到a軸線電流放大器40，並且表示測量的相位電流ib的控制信號62可以從換能器58發送到b軸線電流放大器42。然後將相位電流ia的增大或放大的值從a軸線電流放大器40發送到a軸線ADC 44，並且將相位電流ib 62的放大的值發從b軸線電流放大器42發送到b軸線ADC 46。a軸線ADC 44將相位電流ia的放大值轉換為數字值64。數字值64表示相位電流ia的幅度。b軸線ADC 46將相位電流ib的放大值轉換為數字值66。數字值66表示相位電流ib的幅度。
[0011]變換控制器38接收來自ADC 44的數字值64和來自ADC 46的數字值66作為輸入。在一實施例中，轉變控制器38為三相至兩項變換控制器，其中交流電流的測量值(例如，表示相位電流ia的數字值64和表示相位電流ib的數字值66)轉換為等效測量電流，等效測量電流為測量的d軸線電流IdMEASUKED和測量的q軸線電流IqMEASUKED。測量的d軸線電流Insured被發送到減法器70並且測量的q軸線電流Iqmeasuked被發送到減法器72。
[0012]命令電流控制器20從換能器51接收轉矩參考命令I；、角速度ωπ和表示電橋電壓V_的控制信號53作為輸入。轉矩參考命令Te表示命令的轉矩值，並且可以從另一控制器(未圖示)得到，或者可以對應於由操作者生成的轉矩值。角速度ωπ由速度傳感器36測量。速度傳感器36可以包括例如編碼器和速度計算電路，速度計算電路用來基於由編碼器接收的信號來計算馬達32的轉子(未圖示)的角速度。命令電流控制器20基於轉矩命令Te>電橋電壓V_和角速度來計算參考d軸線電流Id KEF和參考q軸線電流I, KEF。例如，在一實施例中可使用查找表來計算參考d軸線電流Id KEF和參考q軸線電流I, KEF。但是應了解也可使用其它方案來確定參考d軸線電流Id KEF和參考q軸線電流參考d軸線電流Id—KEF被發送到加法器69和轉矩紋波補償控制器48，並且參考q軸線電流I, KEF被發送到加法器71和轉矩紋波補償控制器48。
[0013]轉矩紋波補償控制器48從命令電流控制器20接收參考d軸線電流Id KEF和參考q軸線電流I,—KEF作為輸入。轉矩紋波補償控制器48計算每個馬達諧波的電流諧波q軸線幅度86和電流q軸線相位輸出88 (在圖2中示出)。作為電流諧波q軸線幅度86和電流q軸線相位輸出88的替代或補充，轉矩紋波補償控制器48確定每個馬達諧波的電流諧波d軸線幅度90和電流d軸線相位輸出92 (也在圖2中示出)。帶寬補償控制器49可從轉矩紋波補償控制器48接收電流諧波q軸線幅度86、電流q軸線相位輸出88、電流諧波d軸線幅度90和電流d軸線相位輸出92作為輸入。帶寬補償控制器49也接收由馬達位置傳感器34測量的轉子角值和由速度傳感器36測量的角速度ωπ。帶寬補償控制器49基於這些輸入來確定q軸線紋波電流Ι<^ΙΡΜ、(1軸線紋波補償電流Id KimE，或者q軸線紋波補償電流I,—和d軸線紋波補償電流Id KimE 二者，其將在下文中更詳細地描述。q軸線紋波補償電流Ι<^ΙΡΜ和d軸線紋波補償電流Id KimE生成補償轉矩紋波，所生成的補償轉矩紋波與由馬達32所生成的轉矩紋波基本上幅度相等但在相反方向(例如，以約180度偏移)。
[0014]加法器69接收參考d軸線電流Id KEF和d軸線紋波補償電流Id KimE。加法器69通過將參考d軸線電流Id KEF與d軸線紋波補償電流Id KimE加在一起來確定d軸線最終電流Id—final。然後將d軸線最終電流Id final發送到減法器70。減法器70接收測量的d軸線電流IdiEASUKED和d軸線最終電流Id—final。減法器70基於測量d軸線電流IdMEASUKED和參考d軸線最終電流Id—final來確定d軸線誤差信號74。d軸線誤差信號74表示在測量的d軸線電^⑴ IdMEASURED
與d軸線最終電流Id final之間的誤差。
[0015]加法器71接收參考q軸線電流I^f和q軸線紋波補償電流Iq—KimE。加法器71通過將參考q軸線電流Iuef與q軸線紋波補償電流Ι<^ΙΡΜ加在一起來確定q軸線最終電流Iq—final。然後將q軸線最終電流Iq—final發送到減法器72。減法器72接收測量的d軸線電么丨1 IdMEASURED
和q軸線最終電流I,—final。減法器72然後基於測量的q軸線電流
IqMEASURED 矛口
q軸線最終電流Iuinal來確定q軸線誤差信號76。q軸線誤差信號76表示在測量的q軸線電流 I qMEASUEED
與q軸線最終電流It^inal之間的誤差。
[0016]d軸線PI控制器22從減法器70接收d軸線誤差信號74作為輸入。d軸線PI控制器22計算d軸線電壓信號VD。d軸線電壓信號Vd是基於d軸線比例增益Kp和d軸線積分增益I。同樣，q軸線PI控制器23從減法器72接收q軸線誤差信號76作為輸入。q軸線PI控制器23計算q軸線電壓信號VQ。該q軸線電壓Vq是基於q軸線比例增益Kp和q軸線積分增益Ki。
[0017]極性轉換控制器24從d軸線PI控制器22接收d軸線電壓信號Vd並且從q軸線PI控制器23接收q軸線電壓信號Vq作為輸入。基於這些輸入，極性轉換控制器24確定電壓命令Vemd和相位超前角δ。PWM逆變器控制器26從極性轉換控制器24接收電壓命令V?d和相位超前角s作為輸入。PWM逆變器控制器26還接收由馬達位置傳感器34測量的轉子角值θ-在一示例性實施例中，PWM逆變器控制器26可包括超調(over-modulat1n)空間矢量PWM單元以生成三個相應佔空比值Da、Db和Dc。佔空比值Da,Db和Dc用來驅動逆變器28的柵極驅動電路(未圖示)，逆變器28的柵極驅動電路激勵馬達32的相位。
[0018]現將描述由轉矩補償控制器48和帶寬補償模塊49確定q軸線紋波補償電流I,KimE。現轉至圖2，數據流圖示出了用來確定q軸線紋波電流Iq ki和d軸線紋波補償電流Id—的圖1的轉矩紋波補償控制器48和帶寬補償模塊49的示例性實施例。在一實例中，轉矩紋波補償控制器48包括轉矩紋波補償模塊80。轉矩紋波補償模塊80包括補償查找表84的集合。每個補償查找表84包含具體馬達諧波的轉矩紋波幅度82或轉矩紋波相位83的值，其基於參考d軸線電流Id KEF和參考q軸線電流I, KEF。
[0019]轉矩紋波補償模塊80接收參考d軸線電流Id KEF、參考q軸線電流Iq KEF、馬達反emf常數Ke (其中emf為電動勢)、馬達32的馬達極數量P、q軸線電感Lq和d軸線電感Ld作為輸入。在一替代實施例中，轉矩紋波補償模塊可以確定馬達反emf常數&、馬達極數量P、q軸線電感Lq和d軸線電感Ld的值。
[0020]轉矩紋波補償模塊80可使用補償查找表84來首先確定每個馬達諧波的轉矩紋波幅度82和轉矩紋波相位83。補償查找表84各包含用於具體馬達諧波的轉矩紋波幅度82或轉矩紋波相位83的具體值。在補償查找表84中每一個中，轉矩紋波幅度82或轉矩紋波相位83的值是基於參考d軸線電流Id KEF和參考q軸線電流I, KEF。例如，為了確定具體馬達諧波(例如，第八階馬達諧波)的轉矩紋波幅度82，提供查找表以基於參考d軸線電流IdKEF、參考q軸線電流I,—KEF的具體值來確定第八階諧波的轉矩紋波幅度82的值。提供另一查找表以基於參考d軸線電流Id KEF、參考q軸線電流Iuef的具體值來確定第八階諧波的轉矩紋波幅度83的值。在一實施例中，可基於馬達32 (在圖1中示出)的具體嵌齒轉矩特徵來調整在補償查找表84中儲存的轉矩紋波幅度82和轉矩紋波相位83的值。
[0021]一旦在補償查找表84中找到了具體馬達諧波的轉矩紋波幅度82和轉矩紋波相位
83的值，轉矩紋波補償模塊80然後可計算具體馬達諧波的電流諧波q軸線幅度86和電流q
軸線相位輸出88。作為電流諧波q軸線幅度86和電流q軸線相位輸出88的替代或補充， 轉矩紋波補償模塊80可計算這些具體馬達諧波的電流諧波d軸線幅度90和電流d軸線相位輸出92。在一實施例中，具體馬達諧波的電流諧波q軸線幅度86可以由方程式I或2確定，具體馬達諧波的電流q軸線相位輸出88可以由方程式3確定，具體馬達諧波的電流諧波d軸線幅度90可以由方程式4確定；以及具體馬達諧波的電流d軸線相位輸出92可以由方程式5確定:

【權利要求】
1.一種用來進行確定的馬達控制系統，包括: 馬達，其具有多個馬達諧波和一馬達頻率；以及 帶寬補償控制器，其與所述馬達通信，所述帶寬補償控制器配置成用以: 確定所述多個馬達諧波中每一個的幅度響應補償值和相位補償值，所述幅度響應補償值和所述相位補償值都基於所述馬達頻率；以及 基於所述幅度響應補償值和所述相位補償值來確定紋波補償電流。
2.根據權利要求1所述的馬達控制系統，其特徵在於，所述紋波補償電流為q軸線紋波補償電流，並且由下式來確定:
其中IqjHPPLE為q軸線紋波補償電流，MtrCurrPI_iMag_Qax為q軸線幅度響應補償值，i表示多個馬達諧波中的具體諧波，θ為所述馬達的轉子角值；以及MtrCurrPI_iPh_Qax為q軸線相位補償值。
3.根據權利要求1所述的馬達控制系統，其特徵在於，所述紋波補償電流為d軸線紋波補償電流，並且由下式來確定:
其中IdjiippLE為d軸線紋波補償電流，MtrCurrPI_iMag_Dax為d軸線幅度響應補償值，i表示多個馬達諧波中的具體諧波，θ為所述馬達的轉子角值；以及MtrCurrPI_iPh_Dax為d軸線相位補償值。
4.根據權利要求1所述的馬達控制系統，其特徵在於還包括:轉矩紋波補償控制器，其與所述帶寬補償控制器通信，其中所述轉矩紋波補償控制器包括多個查找表。
5.根據權利要求4所述的馬達控制系統，其特徵在於，所述多個查找表中的每一個用來確定所述多個馬達諧波之一的轉矩紋波幅度和轉矩紋波相位之一。
6.根據權利要求5所述的馬達控制系統，其特徵在於，所述轉矩紋波補償控制器基於所述轉矩紋波幅度來計算電流諧波幅度。
7.根據權利要求6所述的馬達控制系統，其特徵在於，所述幅度響應補償值是基於所述電流諧波幅度和頻率補償值。
8.根據權利要求5所述的馬達控制系統，其特徵在於，所述轉矩紋波補償控制器基於所述轉矩紋波相位來計算相位輸出。
9.根據權利要求8所述的馬達控制系統，其特徵在於，所述相位補償值基於所述相位輸出和頻率補償值。
10.根據權利要求1所述的馬達控制系統，其特徵在於，所述帶寬補償控制器通過下式來確定第i馬達諧波的頻率補償值:
其中η表示第i諧波的頻率補償值，i表示具體馬達諧波，P表示馬達的極數，以及ωπ表示所述馬達頻率。
11.一種用於具有多個馬達諧波的的馬達的馬達控制的方法，包括: 由帶寬補償控制器來確定所述多個馬達諧波中每一個的幅度響應補償值和相位補償值，所述幅度響應補償值和所述相位補償值都基於所述馬達頻率；以及基於所述幅度響應補償值和所述相位補償值來確定紋波補償電流。
12.根據權利要求11所述的方法，其特徵在於還包括:提供轉矩紋波補償控制器，其與所述帶寬補償控制器通信，其中所述轉矩紋波補償控制器包括多個查找表。
13.根據權利要求12所述的方法，其特徵在於，所述多個查找表中的每一個用來確定所述多個馬達諧波之一的轉矩紋波幅度和轉矩紋波相位之一。
14.根據權利要求13所述的方法，其特徵在於，所述轉矩紋波補償控制器基於所述轉矩紋波幅度來計算電流諧波幅度。
15.根據權利 要求14所述的方法，其特徵在於，所述幅度響應補償值是基於所述電流諧波幅度和頻率補償值。
【文檔編號】H02P21/00GK104052359SQ201410094230
【公開日】2014年9月17日 申請日期:2014年3月14日 優先權日:2013年3月14日
【發明者】A.G.格布雷傑吉斯, R.拉賈文基塔蘇布拉莫尼, T.塞巴斯蒂安, N.P.波皮 申請人:操縱技術Ip控股公司