CN101090251B - 用于汽车应用的内部永磁同步电机的联机最小化铜耗控制 - Google Patents

Abstract

用于汽车应用的内部永磁同步电机的联机最小化铜耗控制一种用于控制车辆中的IPM同步电机的方法和系统，其中联机计算该电机的工作轨道。该系统基于电压幅度定义电机的三个工作范围，其中通过该电机的电流限制控制第一工作范围，和通过该电机的电压限制控制该第二和第三工作范围。该系统为三个范围中的每一个计算转子参照系中的d和q轴电流参考信号。该系统基于该工作范围而确定将使用哪一组电流参考信号来控制该电机。该第三工作范围是在电机的过调制期间使用。

Description

用于汽车应用的内部永磁同步电机的联机最小化铜耗控制

技术领域

本发明一般涉及一种用于控制永磁电机的系统，尤其是涉及一种用于在d和q轴上提供实时电流参考信号以控制内部永磁(IPM)同步电机的转矩输出从而最小化铜耗的系统，其中该系统考虑电机的固有和非线性磁饱和效应。

背景技术

由于其具有的高功效和扩展的速度范围，IPM同步电机对于特定汽车应用已经变得普及了。这些应用包括将该电机用作内燃机中的集成起动器/交流发动机，和/或电车和混合车辆中的牵引电动机。该IPM同步电机是三相AC电机，在电机定子中包括三个线圈，和在电机转子中包括永磁体。该定子线圈接收从互相90°异相的d和q轴电流指令信号变换的三相电流指令信号，用于控制电机的转矩和速度。对于来自车辆操作员的特定转矩指令，选择该电流指令信号以便为该转矩提供最小的铜耗。而且，对于某些工作条件，合适的电流指令信号会从电机产生最大转矩。

迄今为止，在车辆工作期间，对于特定的指令转矩或最大转矩而应用到IPM同步电机的电流指令信号是从查找表中提供的。该查找表是通过在各种车辆工作条件下在测功器上脱机操作等效电机，并且存储对于指定转矩提供最佳功效的指令信号而生成的。一般地，如本领域所公知的，该电流指令信号被作为转子参照系中的d和q轴电流参考值而存储在该查找表中。

查找表可以在实验室条件下提供正确的电流指令信号。然而，车辆的工作参数响应于温度变化、车辆老化等而变化。因此，在车辆正常工作期间，该查找表的值不能为特定的指令转矩提供最优的电机功效。因此，希望提供一种技术，能够对于车辆的特定工作条件，实时确定应用到IPM电机的电流指令信号。

发明内容

根据本发明的教导，公开了一种用于控制车辆中的IPM同步电机的系统和方法，其中联机计算电机的工作轨道。该系统基于车辆速度来定义电机的三个工作范围，其中通过电机的电流限制来控制第一工作范围，通过电机的电压限制来控制第二和第三工作范围。该系统对于三个范围中的每一个，计算转子参照系中d和q轴的两个电流参考信号。该系统基于车辆所处的工作范围而确定将使用哪一组电流参考信号来控制电机。在电机的过调制期间使用第三工作范围。

根据以下结合附图的说明和所附权利要求，本发明的其它优点和特征将变得清楚。

附图说明

图1是示出了应用IPM同步电机的车辆的工作范围的曲线图，其中水平轴是车辆速度，垂直轴是转矩；

图2是根据本发明的一个实施例生成用于控制IPM同步电机的电流参考信号的算法的流程图；和

图3是根据本发明的一个实施例用于控制IPM同步电机的控制系统的示意性框图。

具体实施方式

以下对于涉及用于控制IPM同步电机的系统和方法的本发明实施例的讨论实质上仅仅是示例性的，并且决不是要限制本发明或其应用或用途。

根据本发明，公开了一种用于控制IPM同步电机的系统和控制算法，其中联机计算电机的最优工作轨道，而不是使用所存储的通过脱机电动机表征过程获得的查找表。该算法在整个工作范围内联机计算用于定义电机的控制信号的d和q轴电流参考信号，其中考虑到IPM电机的固有非线性磁饱和效应。该电流向量的振幅被最小化以产生所需的转矩，用于最小化铜耗。该算法将最小铜耗操作视为非线性约束优化，其中该转矩条件是等式约束和逆变器(inverter)容量，也就是说，该电流和电压幅度给出了两个不等式约束。这就依赖于车辆工作范围而给出了两组非线性等式。

图1是示出了车辆中的IPM同步电机的工作范围的曲线图，其中水平轴是车辆速度，垂直轴是转矩。该图包括三个工作范围10、12和14，并且基于车辆速度定义了最大电流限制和电压限制，如下所述。如下将要讨论的，范围10是产生转矩误差等式和梯度误差等式的最小电流工作范围，该梯度误差等式描述了在转子参照系中的电机工作点处该转矩曲线梯度和电流循环梯度之间的误差。范围12和14是产生该转矩误差等式和电压误差等式的最大电压工作范围，该电压误差等式描述了在转子参照系中额定电压和工作电压之间的误差。

该电机系统包括逆变器，用于将来自适当功率源例如电池或燃料电池模块的DC电压逆变为控制电机的定子电流以提供预期输出转矩的AC电压。该逆变器包括半导体开关，其具有在它们被破坏前所能够承受的最大电流。因此，当为电机的工作条件提供电流指令信号时，不需要超过该最大电流限制。而且，该功率源仅能够提供某个最大电压。因此，该控制电机的电流指令信号将同时被电流限制和电压限制所限制。特别地，在低速时，来自功率源的可用电压足以提供预期的转矩，因而可以基于该电流限制控制电机。当电机速度对于更高的转矩要求而增加时，提供维持该转矩控制所必需的电压的该功率源的性能控制电机产生多少转矩，而不需要担心开关的电流限制。

如以下将要更详细讨论的，依赖于电机在范围10、12或14中的哪一个中工作而不同地计算用于d轴的电流参考信号和用于q轴的电流参考信号。因此，本发明的控制算法判断IPM同步电机当前是在范围10、12或14中工作，从而确定要使用什么等式来计算该d和q轴电流参考信号，其中该d和q轴电流参考信号定义了应用到电机定子的三相电流。

IPM同步电机在转子参照系中的状态或电压模型可以表示为：

$v_{\mathrm{dq}}^r=R_s{i}_{\mathrm{dq}}^r+\frac{d}{\mathrm{dt}}{\mathrm{\λ}}_{\mathrm{dq}}^r+j{\mathrm{\ω}}_r{\mathrm{\λ}}_{\mathrm{dq}}^r---\left(1\right)$

其中 ${\mathrm{\λ}}_{\mathrm{dq}}^r=f(i_{\mathrm{dq}}^r,{\mathrm{\Λ}}_m)$ ，而A_m定义了转子磁体的磁通匝数(fluxlinkage)。

电机的静态和动态电感可以定义为：

$L_{\mathrm{ds}}=\frac{{\mathrm{\λ}}_d^r-{\mathrm{\Λ}}_m}{i_d^r},L_{\mathrm{qs}}=\frac{{\mathrm{\λ}}_q^r}{i_q^r},L_{\mathrm{dd}}=\frac{\∂{\mathrm{\λ}}_d^r}{\∂i_d^r},L_{\mathrm{qq}}=\frac{\∂{\mathrm{\λ}}_q^r}{\∂i_q^r}---\left(2\right)$

具有P个电极(pole)的电磁转矩τ_e被定义为：

${\mathrm{\τ}}_e=\frac{3P}{4}({\mathrm{\λ}}_d^r{i}_q^r-{\mathrm{\λ}}_q^r{i}_d^r)=\frac{3P}{4}[{\mathrm{\Λ}}_m+(L_{\mathrm{ds}}-L_{\mathrm{qs}})i_d^r]i_q^r---\left(3\right)$

最小铜耗控制可以表示为非线性约束优化：

$\underset{i_{\mathrm{dq}}^r}{\min }{\left|i_{\mathrm{dq}}^r\right|}^2\mathrm{for}{i}_{\mathrm{dq}}^r\∈\left\{i_{\mathrm{dq}}^r\right|{\mathrm{\τ}}_e^{*}=\frac{3P}{4}({\mathrm{\λ}}_d^r{i}_q^r-{\mathrm{\λ}}_q^r{i}_d^r),\left|{\mathrm{vr}}_{\mathrm{dq}}^r\right|\≤\frac{V_{\mathrm{dc}}}{\sqrt{3}}\}---\left(4\right)$

该电压约束在d-q电流平面中给出了一个椭圆形边界。

假定有两个非线性函数

和

，对于f＝g＝0的解

可以通过数值方法来确定：

$\left[\begin{array}{c}{i}_d^{r*}\\ i_q^{r*}\end{array}\right]=\left[\begin{array}{c}{i}_d^r\\ i_q^r\end{array}\right]-{\left[\begin{array}{cc}{D}_{d}f& D_{q}f\\ D_{d}g& D_{q}g\end{array}\right]}^{-1}\left[\begin{array}{c}f(i_d^r,i_q^r)\\ g(i_d^r,i_q^r)\end{array}\right]---\left(5\right)$

对于正割法，等式(5)中的方向矩阵变为：

$\left[\begin{array}{cc}{D}_{d}f& D_{q}f\\ D_{d}g& D_{q}g\end{array}\right]=\left[\begin{array}{cc}\frac{f(i_d^r,i_q^r)-f(0,i_q^r)}{i_d^r}& \frac{f(i_d^r,i_q^r)-f(i_d^r,0)}{i_q^r}\\ \frac{g(i_d^r,i_q^r)-g(0,i_q^r)}{i_d^r}& \frac{g(i_d^r,i_q^r)-g(i_d^r,0)}{i_q^r}\end{array}\right]---\left(6\right)$

对于牛顿法，等式(5)中的方向矩阵变为：

$\left[\begin{array}{cc}{D}_{d}f& D_{q}f\\ D_{d}g& D_{q}g\end{array}\right]=\left[\begin{array}{cc}\frac{\∂f(i_d^r,i_q^r)}{\∂i_d^r}& \frac{\∂f(i_d^r,i_q^r)}{\∂i_q^r}\\ \frac{\∂g(i_d^r,i_q^r)}{\∂i_d^r}& \frac{\∂g(i_d^r,i_q^r)}{\∂i_q^r}\end{array}\right]---\left(7\right)$

忽略交叉耦合效应，并且假定该d和q轴磁通匝数仅仅是相应轴电流的函数，那么用于范围10中的约束优化的非线性系统可以由以下的等式(8)和(9)表示。

$f=\frac{4}{3P}({\mathrm{\τ}}_e^{*}-{\mathrm{\τ}}_e){\mathrm{\λ}}_q^r{i}_d^r-{\mathrm{\λ}}_d^r{i}_q^r+\frac{4{\mathrm{\τ}}_e^{*}}{3P}---\left(8\right)$

$\frac{2}{3P}(\frac{\∂{\left|i_{\mathrm{dq}}^r\right|}^2}{\∂i_d^r}.\frac{\∂{\mathrm{\τ}}_e}{\∂i_q^r}-\frac{\∂{\left|i_{\mathrm{dq}}^r\right|}^2}{\∂i_q^r}.\frac{\∂{\mathrm{\τ}}_e}{\∂i_d^r})i_d^r({\mathrm{\λ}}_d^r-L_{\mathrm{qq}}{i}_d^r)-i_q^r(L_{\mathrm{qq}}{i}_q^r-{\mathrm{\λ}}_q^r)---\left(9\right)$

等式(9)来自梯度条件，意味着在该工作点的转矩曲线和电流循环的切线斜率应当相等。要注意的是，该系数不是静态电感而是动态电感。

基于上述计算，分别利用等式(10)中的正割法和等式(11)中的牛顿法近似计算在最小电流工作范围10中低车辆速度时的电流参考信号

和

$\left[\begin{array}{c}{i}_d^{r*}\\ i_q^{r*}\end{array}\right]\≈\left[\begin{array}{c}{i}_d^r\\ i_q^r\end{array}\right]-{\left[\begin{array}{cc}{\mathrm{\λ}}_q^r& -{\mathrm{\λ}}_d^r\\ {\mathrm{\λ}}_d^r& {\mathrm{\λ}}_q^r\end{array}\right]}^{-1}\left[\begin{array}{c}f(i_d^r,i_q^r)\\ g(i_d^r,i_q^r)\end{array}\right]---\left(10\right)$

$\left[\begin{array}{c}{i}_d^{r*}\\ i_q^{r*}\end{array}\right]\≈\left[\begin{array}{c}{i}_d^r\\ i_q^r\end{array}\right]-{\left[\begin{array}{cc}{\mathrm{\λ}}_q^r-L_{\mathrm{dd}}{i}_q^r& -{\mathrm{\λ}}_d^r+L_{\mathrm{qq}}{i}_d^r\\ {\mathrm{\λ}}_d^r+(L_{\mathrm{dd}}-2L_{\mathrm{qq}})i_d^r& {\mathrm{\λ}}_q^r+(L_{\mathrm{qq}}-2L_{\mathrm{dd}})i_q^r\end{array}\right]}^{-1}\left[\begin{array}{c}f(i_d^r,i_q^r)\\ g(i_d^r,i_q^r)\end{array}\right]---\left(11\right)$

在牛顿方法中，为了简化计算可以忽略该动态电感的偏导数，即该磁通匝数相对于相应轴电流的二阶导数。

当电机速度增加到范围12中时，电压向量振幅也进入范围12。在高车速时，该最小铜耗应该考虑电压条件。

$f=\frac{4}{3P}({\mathrm{\τ}}_e^{*}-{\mathrm{\τ}}_e)={\mathrm{\λ}}_q^r{i}_d^r-{\mathrm{\λ}}_d^r{i}_q^r+\frac{4{\mathrm{\τ}}_e^{*}}{3P}---\left(12\right)$

$g=\frac{1}{2}({\left|v_{\mathrm{dq}}^r\right|}^2-\frac{V_{\mathrm{dc}}^2}{3})=\frac{1}{2}{(R_s{i}_d^r-{\mathrm{\ω}}_r{\mathrm{\λ}}_q^r)}^2+\frac{1}{2}{(R_s{i}_q^r+{\mathrm{\ω}}_r{\mathrm{\λ}}_d^r)}^2-\frac{V_{\mathrm{dc}}^2}{6}---\left(13\right)$

等式(13)是从稳态电压模型中获得的。由于定子阻抗的效应，当IPM同步电机作为电动机或发电机工作时，以下等式(14)的解不是严格对于d轴对称。分别利用等式(14)中的正割法和等式(15)中的牛顿法近似计算在最大电压工作范围12中的电流参考信号

和

$\left[\begin{array}{c}{i}_d^{r*}\\ i_q^{r*}\end{array}\right]\≈\left[\begin{array}{c}{i}_d^r\\ i_q^r\end{array}\right]-{\left[\begin{array}{cc}{\mathrm{\λ}}_q^r& -{\mathrm{\λ}}_d^r\\ {\mathrm{\ω}}_r^2{L}_{ds}{\mathrm{\λ}}_d^r& {\mathrm{\ω}}_r^2{L}_{\mathrm{qs}}{\mathrm{\λ}}_q^r\end{array}\right]}^{-1}\left[\begin{array}{c}f(i_d^r,i_q^r)\\ g(i_d^r,i_q^r)\end{array}\right]---\left(14\right)$

$\left[\begin{array}{c}{i}_d^{r*}\\ i_q^{r*}\end{array}\right]\≈\left[\begin{array}{c}{i}_d^r\\ i_q^r\end{array}\right]-{\left[\begin{array}{cc}{\mathrm{\λ}}_q^r-L_{\mathrm{dd}}{i}_q^r& -{\mathrm{\λ}}_d^r+L_{\mathrm{qq}}{i}_d^r\\ {\mathrm{\ω}}_r^2{L}_{\mathrm{dd}}{\mathrm{\λ}}_d^r-{\mathrm{\ω}}_r{R}_s({\mathrm{\λ}}_q^r-L_{\mathrm{dd}}{i}_q^r)& {\mathrm{\ω}}_r^2{L}_{\mathrm{qq}}{\mathrm{\λ}}_q^r+{\mathrm{\ω}}_r{R}_s({\mathrm{\λ}}_d^r-L_{\mathrm{qq}}{i}_d^r)\end{array}\right]}^{-1}\left[\begin{array}{c}f(i_d^r,i_q^r)\\ g(i_d^r,i_q^r)\end{array}\right]---\left(15\right)$

在牛顿法中，为了简化计算，忽略该定子阻抗的平方。

如果转矩参考超过了其具有线性电压范围的最大限制，就需要对电机进行过调制操作以符合用于最大转矩操作的转矩参考和电流参考，这可以通过将电压限制从线性限制

逐渐扩展到六阶段(six-step)限制2V_dc/π来近似计算。然而，在恒定转矩参考下的电流参考信号可能是不恒定的，这是我们不希望的。因此，使用以下等式(16)-(18)修正恒定转矩参考下的电流参考信号和用于工作范围14的过调制等式。

$I_d^r=-\frac{{\mathrm{\Λ}}_m}{L_{\mathrm{ds}}}-\frac{V_{\mathrm{dc}}}{2\sqrt{3\left|{\mathrm{\ω}}_r\right|}},I_q^r=\frac{R_s{I}_d}{{\mathrm{\ω}}_r{L}_{\mathrm{qs}}}+\mathrm{sgn}\left({\mathrm{\τ}}_e^{*}\right)\sqrt{\frac{V_{\mathrm{dc}}}{3{\mathrm{\ω}}_r^2}-{(L_{\mathrm{ds}}{I}_d^r+{\mathrm{\Λ}}_m)}^2}---\left(16\right)$

$T_e=\frac{3P}{4}\{{\mathrm{\Λ}}_m+(L_{\mathrm{ds}}-L_{\mathrm{qs}})I_d^r\}{I}_q^r---\left(17\right)$

$\left[\begin{array}{c}{i}_d^{r*}\\ i_q^{r*}\end{array}\right]={\left[\begin{array}{cc}{L}_{\mathrm{ds}}& 0\\ 0& L_{\mathrm{qs}}\end{array}\right]}^{-1}\{\left[\begin{array}{cc}\frac{{\mathrm{\τ}}_e^{*2}}{T_e^2}& 0\\ 0& \frac{{\mathrm{\τ}}_e^{*}}{T_e}\end{array}\right](\left[\begin{array}{cc}{L}_{\mathrm{ds}}& 0\\ 0& L_{\mathrm{qs}}\end{array}\right]\left[\begin{array}{c}{I}_d^r\\ I_q^r\end{array}\right]+\left[\begin{array}{c}{\mathrm{\Λ}}_m\\ 0\end{array}\right])-\left[\begin{array}{c}{\mathrm{\Λ}}_m\\ 0\end{array}\right]\}---\left(18\right)$

点

是在由等式(14)或(15)在具有线性电压范围的最大转矩处计算的点附近。根据等式(16)的图形解释，该电流参考位于顶点在电压椭圆中心的抛物线上。

由等式(10)或(11)在范围10中、等式(14)或(15)在范围12中、以及等式(18)在范围14中计算的电流参照应当被限制到其最大值。如果它超过了它的最大值，则由等式(8)和(12)计算的转矩误差被限制为非正数，并且电流参照被修改以具有其幅度最大值：

$\left[\begin{array}{c}{i}_d^{r**}\\ i_q^{r**}\end{array}\right]=\mathrm{sat}\left(\frac{I_{\max }}{\sqrt{i_d^{r*2}+i_q^{r*2}}}\right)\left[\begin{array}{c}{i}_d^{r*}\\ i_q^{r*}\end{array}\right]---\left(19\right)$

值V_dc和

是所测量的dc链接电压和从电机的测量相位电流变换得到的转子参照系中的d和q轴电流。利用正割法的等式(10)和(14)、或利用牛顿法的等式(11)和(15)，以及等式(18)分别为范围10、12和14确定了转子参照系中的d和q轴电流参考信号

和

。然后使用这些电流参考信号

和

来确定应用到电机定子中的三个线圈的三个电流信号a、b和c，从而以本领域所公知的方式控制电机的输出转矩。等式(10)、(11)、(14)、(15)和(18)考虑了该同步电机的饱和度，从而可以提供最优电流指令。

图2是示出了依赖于工作条件而确定和使用电机的电流参考信号

和

的操作的流程图20。如果选择正割法，则在模块21和23中使用等式(10)和(14)。如果选择牛顿法，则在模块21和23中使用等式(11)和(15)。在过调制范围中，等式(18)确定转子参照系中的d和q轴电流参考信号

和

。该算法基于方框22中的电压条件和方框24中的梯度条件在范围10、12和14中辨别工作范围。在判定菱形框25中，算法判断电压误差和梯度误差是否都为负数。如果该条件满足，则该算法在方框30中得知车辆速度足够低以用于仅电流限制有效的范围12，因而在方框33中选择由等式(10)利用正割法或者由等式(11)利用牛顿法计算的电流参考。

如果在判定菱形框25中的条件不满足，则该算法在判定菱形框26中判断电压误差和梯度误差是否都为正数。如果该条件满足，则该算法得知车辆速度足够高以使用电压限制控制，并且在判定菱形框29中判断转矩参照是否高于使用线性电压限制的最大可用转矩。该算法在方框28中利用等式(17)计算τ_e。如果在判定菱形框26中的条件不满足，那么在判定菱形框27中，如果该电机是在范围12中，则算法进行到方框33。如果在判定菱形框29中的条件不满足，那么在方框31中对于范围14，在方框34中选择由等式(14)利用正割法或者由等式(15)利用牛顿法计算的电流参照。否则，该算法在方框32中对于范围16，在方框35中使用来自等式(18)的电流参考信号。最后在方框36中，将电流参考限制到其最大值。

图3是用于控制应用到IPM同步电机60的电流指令信号的控制系统40的框图。电机60包括具有三个定子线圈64、66和68的定子62。电机60还包括具有永磁体72的转子70。逆变器74逆变来自DC功率源例如电池的DC电压。逆变器74包括六个MOSFET开关76和六个二极管78，用于为应用到线圈64、66和68的三个电流信号a、b和c提供变换。I/O接口80从控制系统40接收使用

通过空间向量脉宽调制计算的门信号，并且控制开关76以提供应用到线圈64、66和68的电流信号。并且，I/O接口80提供所测量转子位置的转子位置信号θ_r和从线圈64、66和68的测量电流变换得到的电流信号

控制系统40包括指令优化器42，用于计算范围12中的等式(10)或(14)、范围14中的等式(11)或(15)以及范围16中的等式(18)，和与上述讨论一致地确定将使用转子参照系的d和q轴中的哪一个电流参考信号。要注意的是，使用低通滤波器(未示出)从被测量电流信号中抑制噪声，以使用均差来近似磁通匝数的一阶导数。来自指令优化器42的电流参考信号

被发送到电流控制器44，电流控制器44将按照该电流信号而控制应用到电机60的实时电流。电流控制器44通过后EMF去耦方式而实施为转子参照系中的比例积分(PI)控制器。该电流控制器44输出电压参照

被测量转子位置信号θ_r和被测量电流信号

位于由电机60的物理坐标所限定的固定参照系中。在转子参照系中执行控制系统40中的计算。因此，将被测量转子位置信号θ_r和被测量电流信号

应用到变换模块46，用于将被测量电流信号转换为转子参照系。然后将该转子参照系中的被测量电流信号

发送到指令优化器42、电流控制器44以及通量和电感估计器处理模块48。通量和电感估计器处理模块48生成通量估计

和动态电感估计L_dd、L_qq，该通量估计

和动态电感估计、L_ddL_qq被指令优化器42使用以计算等式(11)和(15)。电流控制器44还接收该通量估计。该磁通匝数信息对于使用正割法和牛顿法中任一个进行的电流参照计算是至关重要的。可以使用查找表以便从转子参照系中的电流获得磁通匝数信息。

该被测量转子位置信号θ_r被应用到速度观察器处理模块50，用于根据该被测量转子位置信号θ_r估计转子速度信号

。该估计速度用于在指令优化器模块42中辨别工作范围和在电流控制器模块44中去耦该后EMF。

该被测量转子位置信号θ_r还被应用到变换模块52，用于将电压信号

从转子参照系转换到用于控制电机60的固定参照系。控制系统40还包括限制器54，为控制系统40的电压输出提供物理限制以使得电机60的电压限制不会被超过。

前述公开和说明仅仅是本发明的示例性实施例。本领域技术人员根据这些讨论和附图以及权利要求，将很容易认识到可以作出各种改变、修改和变体而不脱离在所附权利要求中所限定的本发明的精神和范围。

Claims (15)

1.一种计算用于控制电机的电流控制信号的方法，所述电机是在车辆中，所述方法包括：

基于该电机中的逆变器的电压限制而确定该电机的工作范围；

基于该确定的工作范围计算用于控制该电机转矩的电流参考信号，其中计算电流参考信号包括基于该确定的工作范围而使用优化该电流参考信号的多个等式之一；和

基于该计算的电流参考信号将该电流控制信号应用到该电机，

其中确定电机的工作范围包括在相对低的车辆速度确定电机的第一工作范围，和在相对高的车辆速度确定电机的第二工作范围，其中通过电流限制控制该第一工作范围，和通过电压限制控制该第二工作范围，

其中计算电流参考信号包括计算转子参照系中的d轴电流参考信号和q轴电流参考信号，和

其中计算电流参考信号包括将用于第二工作范围的电流参考信号计算为：

$\left[\begin{array}{c}{i}_d^{r*}\\ i_q^{r*}\end{array}\right]\≈\left[\begin{array}{c}{i}_d^r\\ i_q^r\end{array}\right]-{\left[\begin{array}{cc}{\mathrm{\λ}}_q^r& -{\mathrm{\λ}}_d^r\\ {\mathrm{\ω}}_r^2{L}_{\mathrm{ds}}{\mathrm{\λ}}_d^r& {\mathrm{\ω}}_r^2{L}_{\mathrm{qs}}{\mathrm{\λ}}_q^r\end{array}\right]}^{-1}\left[\begin{array}{c}f(i_d^r,i_q^r)\\ g(i_d^r,i_q^r)\end{array}\right]$

或

$\left[\begin{array}{c}{i}_d^{r*}\\ i_q^{r*}\end{array}\right]\≈\left[\begin{array}{c}{i}_d^r\\ i_q^r\end{array}\right]-{\left[\begin{array}{cc}{\mathrm{\λ}}_q^r-L_{\mathrm{dd}}{i}_q^r& -{\mathrm{\λ}}_d^r+L_{\mathrm{dd}}{i}_d^r\\ {\mathrm{\ω}}_r^2{L}_{\mathrm{dd}}{\mathrm{\λ}}_d^r-{\mathrm{\ω}}_r{R}_s({\mathrm{\λ}}_q^r-L_{\mathrm{dd}}{i}_q^r)& {\mathrm{\ω}}_r^2{L}_{\mathrm{qq}}{\mathrm{\λ}}_q^r+{\mathrm{\ω}}_r{R}_s({\mathrm{\λ}}_d^r-L_{\mathrm{dd}}{i}_d^r)\end{array}\right]}^{-1}\left[\begin{array}{c}f(i_d^r,i_q^r)\\ g(i_d^r,i_q^r)\end{array}\right]$

其中

是d轴电流参考信号，

是q轴电流参考信号，L_dd是该电机的d轴动态电感，L_qq是该电机的q轴动态电感，是d轴磁通匝数，

是该电机的q轴磁通匝数，f和g是非线性函数，ω_r代表电机速度，分别是从电机的测量相位电流变换得到的转子参照系中的d和q轴电流，L_ds是该电机的d轴静态电感，L_qs是该电机的q轴静态电感，R_s是定子阻抗。

2.如权利要求1所述的方法，其中确定该车辆的工作范围包括在相对高的车辆速度确定该电机的第三工作范围，其中通过电压限制控制该电机的第三工作范围，并且该电机是在过调制操作中。

3.如权利要求1所述的方法，其中计算电流参考信号包括将用于第一工作范围的电流参考信号计算为：

$\left[\begin{array}{c}{i}_d^{r*}\\ i_q^{r*}\end{array}\right]\≈\left[\begin{array}{c}{i}_d^r\\ i_q^r\end{array}\right]-{\left[\begin{array}{cc}{\mathrm{\λ}}_q^r& -{\mathrm{\λ}}_d^r\\ {\mathrm{\λ}}_d^r& {\mathrm{\λ}}_q^r\end{array}\right]}^{-1}\left[\begin{array}{c}f(i_d^r,i_q^r)\\ g(i_d^r,i_q^r)\end{array}\right]$

或

$\left[\begin{array}{c}{i}_d^{r*}\\ i_q^{r*}\end{array}\right]\≈\left[\begin{array}{c}{i}_d^r\\ i_q^r\end{array}\right]-{\left[\begin{array}{cc}{\mathrm{\λ}}_q^r-L_{\mathrm{dd}}{i}_q^r& {-\mathrm{\λ}}_d^r+L_{\mathrm{qq}}{i}_d^r\\ {\mathrm{\λ}}_d^r+(L_{\mathrm{dd}}-2L_{\mathrm{qq}})i_d^r& {\mathrm{\λ}}_q^r+(L_{\mathrm{qq}}-2L_{\mathrm{dd}})i_q^r\end{array}\right]}^{-1}\left[\begin{array}{c}f(i_d^r,i_q^r)\\ g(i_d^r,i_q^r)\end{array}\right]$

其中

是d轴电流参考信号，

是q轴电流参考信号，L_dd是该电机的d轴动态电感，L_qq是该电机的q轴动态电感，

是d轴磁通匝数，

是该电机的q轴磁通匝数，f和g是非线性函数，

分别是从电机的测量相位电流变换得到的转子参照系中的d和q轴电流。

4.如权利要求2所述的方法，其中计算电流参考信号包括计算转子参照系中的d轴电流参考信号和q轴电流参考信号，和将用于第三工作范围的电流参考信号计算为：

$\left[\begin{array}{c}{i}_d^{r*}\\ i_q^{r*}\end{array}\right]={\left[\begin{array}{cc}{L}_{\mathrm{ds}}& 0\\ 0& L_{\mathrm{qs}}\end{array}\right]}^{-1}\left\{\left[\begin{array}{cc}\frac{{\mathrm{\τ}}_e^{*2}}{T_e^2}& 0\\ 0& \frac{{\mathrm{\τ}}_e^{*}}{T_e}\end{array}\right]\right(\left[\begin{array}{cc}{L}_{\mathrm{ds}}& 0\\ 0& L_{\mathrm{qs}}\end{array}\right]\left[\begin{array}{c}{I}_d^r\\ I_q^r\end{array}\right]+\left[\begin{array}{c}{\mathrm{\Λ}}_m\\ 0\end{array}\right])-\left[\begin{array}{c}{\mathrm{\Λ}}_m\\ 0\end{array}\right]\}$

其中

是d轴电流参考信号，是q轴电流参考信号，L_ds是该电机的d轴静态电感，L_qs是该电机的q轴静态电感，Λ_m是永磁体磁通匝数，以及

是d轴电流信号，

是用于产生具有线性电压限制的最大转矩的q轴电流参考信号。

5.如权利要求1所述的方法，其中将电流控制信号应用到电机包括，如果该逆变器的电压不超过线性电压限制，则使用对于第一范围计算的电流参考信号。

6.如权利要求1所述的方法，其中计算电流参考信号包括使用该电机的通量和电感估计来计算电流参考信号。

7.如权利要求1所述的方法，其中计算电流参考信号包括考虑该电机的饱和度。

8.如权利要求1所述的方法，其中该电机是内部永磁同步电机。

9.如权利要求8所述的方法，其中该电机包括定子和转子，所述定子包括三个接收电流信号的线圈，所述转子包括永磁体。

10.一种计算用于控制电机的电流控制信号的系统，所述电机是在车辆中，所述系统包括：

指令优化器，所述指令优化器基于该电机中的逆变器的电压而确定该电机的工作范围，所述指令优化器基于其工作范围计算用于控制该电机转矩的电流参考信号，其中计算该电流参考信号包括基于该确定的工作范围而使用优化该电流参考信号的多个等式之一，

其中该指令优化器在相对低的车辆速度确定电机的第一工作范围，和在相对高的车辆速度确定电机的第二工作范围，其中通过电流限制控制该第一工作范围，和通过电压限制控制该第二工作范围，

其中该指令优化器计算转子参照系中的d轴电流参考信号和q轴电流参考信号，和

其中该指令优化器将用于第二工作范围的电流参考信号计算为：

$\left[\begin{array}{c}{i}_d^{r*}\\ i_q^{r*}\end{array}\right]\≈\left[\begin{array}{c}{i}_d^r\\ i_q^r\end{array}\right]-{\left[\begin{array}{cc}{\mathrm{\λ}}_q^r& -{\mathrm{\λ}}_d^r\\ {\mathrm{\ω}}_r^2{L}_{\mathrm{ds}}{\mathrm{\λ}}_d^r& {\mathrm{\ω}}_r^2{L}_{\mathrm{qs}}{\mathrm{\λ}}_q^r\end{array}\right]}^{-1}\left[\begin{array}{c}f(i_d^r,i_q^r)\\ g(i_d^r,i_q^r)\end{array}\right]$

或

$\left[\begin{array}{c}{i}_d^{r*}\\ i_q^{r*}\end{array}\right]\≈\left[\begin{array}{c}{i}_d^r\\ i_q^r\end{array}\right]-{\left[\begin{array}{cc}{\mathrm{\λ}}_q^r-L_{\mathrm{dd}}{i}_q^r& -{\mathrm{\λ}}_d^r+L_{\mathrm{dd}}{i}_d^r\\ {\mathrm{\ω}}_r^2{L}_{\mathrm{dd}}{\mathrm{\λ}}_d^r-{\mathrm{\ω}}_r{R}_s({\mathrm{\λ}}_q^r-L_{\mathrm{dd}}{i}_q^r)& {\mathrm{\ω}}_r^2{L}_{\mathrm{qq}}{\mathrm{\λ}}_q^r+{\mathrm{\ω}}_r{R}_s({\mathrm{\λ}}_d^r-L_{\mathrm{dd}}{i}_d^r)\end{array}\right]}^{-1}\left[\begin{array}{c}f(i_d^r,i_q^r)\\ g(i_d^r,i_q^r)\end{array}\right]$

其中

是d轴电流参考信号，

是q轴电流参考信号，L_dd是该电机的d轴动态电感，L_qq是该电机的q轴动态电感，是d轴磁通匝数，

是该电机的q轴磁通匝数，f和g是非线性函数，ω_r代表电机速度，

分别是从电机的测量相位电流变换得到的转子参照系中的d和q轴电流，L_ds是该电机的d轴静态电感，L_qs是该电机的q轴静态电感，R_s是定子阻抗。

11.如权利要求10所述的系统，还包括通量和电感估计器，所述通量和电感估计器为该指令优化器提供电机通量和电感信号以用于计算该电流参考信号。

12.如权利要求10所述的系统，还包括用于产生电压参考信号的电流控制器。

13.如权利要求10所述的系统，其中该指令优化器在相对高的车辆速度确定该电机的第三工作范围，其中通过电压限制控制该电机的第三工作范围，并且该电机是在过调制操作中。

14.如权利要求10所述的系统，其中该指令优化器将用于第一工作范围的电流参考信号计算为：

$\left[\begin{array}{c}{i}_d^{r*}\\ i_q^{r*}\end{array}\right]\≈\left[\begin{array}{c}{i}_d^r\\ i_q^r\end{array}\right]-{\left[\begin{array}{cc}{\mathrm{\λ}}_q^r& -{\mathrm{\λ}}_d^r\\ {\mathrm{\λ}}_d^r& {\mathrm{\λ}}_q^r\end{array}\right]}^{-1}\left[\begin{array}{c}f(i_d^r,i_q^r)\\ g(i_d^r,i_q^r)\end{array}\right]$

或

$\left[\begin{array}{c}{i}_d^{r*}\\ i_q^{r*}\end{array}\right]\≈\left[\begin{array}{c}{i}_d^r\\ i_q^r\end{array}\right]-{\left[\begin{array}{cc}{\mathrm{\λ}}_q^r-L_{\mathrm{dd}}{i}_q^r& {-\mathrm{\λ}}_d^r+L_{\mathrm{qq}}{i}_d^r\\ {\mathrm{\λ}}_d^r+(L_{\mathrm{dd}}-2L_{\mathrm{qq}})i_d^r& {\mathrm{\λ}}_q^r+(L_{\mathrm{qq}}-2L_{\mathrm{dd}})i_q^r\end{array}\right]}^{-1}\left[\begin{array}{c}f(i_d^r,i_q^r)\\ g(i_d^r,i_q^r)\end{array}\right]$

其中

是d轴电流参考信号，

是q轴电流参考信号，L_dd是该电机的d轴动态电感，L_qq是该电机的q轴动态电感，

是d轴磁通匝数，

是该电机的q轴磁通匝数，f和g是非线性函数，

分别是从电机的测量相位电流变换得到的转子参照系中的d和q轴电流。

15.如权利要求13所述的系统，其中该指令优化器计算转子参照系中的d轴电流参考信号和q轴电流参考信号，并且将用于第三工作范围的电流参考信号计算为：

$\left[\begin{array}{c}{i}_d^{r*}\\ i_q^{r*}\end{array}\right]={\left[\begin{array}{cc}{L}_{\mathrm{ds}}& 0\\ 0& L_{\mathrm{qs}}\end{array}\right]}^{-1}\left\{\left[\begin{array}{cc}\frac{{\mathrm{\τ}}_e^{*2}}{T_e^2}& 0\\ 0& \frac{{\mathrm{\τ}}_e^{*}}{T_e}\end{array}\right]\right(\left[\begin{array}{cc}{L}_{\mathrm{ds}}& 0\\ 0& L_{\mathrm{qs}}\end{array}\right]\left[\begin{array}{c}{I}_d^r\\ I_q^r\end{array}\right]+\left[\begin{array}{c}{\mathrm{\Λ}}_m\\ 0\end{array}\right])-\left[\begin{array}{c}{\mathrm{\Λ}}_m\\ 0\end{array}\right]\}$

其中是d轴电流参考信号，

是q轴电流参考信号，L_ds是该电机的d轴静态电感，L_qs是该电机的q轴静态电感，Λ_m是永磁体磁通匝数，以及

是d轴电流信号，是用于产生具有线性电压限制的最大转矩的q轴电流参考信号，τ_e是具有P个电极的电磁转矩，τ^* _e是转矩参照，

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