CN101110559A - 一种混合动力车用永磁同步发电机的控制系统 - Google Patents

Abstract

一种混合动力车用永磁同步发电机的控制系统，其中，该系统包括：转子位置检测装置(10)、相电流检测装置(20)、发电机电子控制单元(40)以及可控整流装置(50)；发电机电子控制单元(40)包括信号接收模块(41)、数据处理模块(42)以及控制输出模块(43)；所述信号接收模块(41)分别接收转子位置角度信号、相电流信号以及发电机控制转矩值T，所述数据处理模块(42)计算出脉宽调制控制波形，所述控制输出模块(43)将计算出的脉宽调制控制波形输出到可控整流装置(50)，所述可控整流装置(50)包括多个智能功率模块和驱动板，所述驱动板根据所述脉宽调制控制波形控制多个智能功率模块的导通顺序、关断时间与导通时间。

Description

一种混合动力车用永磁同步发电机的控制系统

技术领域

本发明涉及一种车用发电机控制系统，尤其涉及一种混合动力车用永磁同步发电机的控制系统。

背景技术

混合动力车是采用传统的内燃机和电动机作为动力源，通过混合使用热能和电能两套系统开动汽车。混合动力系统的最大特点是油、电发动机的互补工作模式。在起步或低速行驶时，车辆仅依靠电力驱动，此时车辆的燃油消耗量是零。当车辆行驶速度升高或者需要紧急加速时，汽油发动机和电机同时启动并开始输出动力。在车辆制动时，混合动力系统能将动能转化为电能，并储存在电池组中以备下次低速行驶时使用。这些都需要发电机将动能转化为电能。

现有的混合动力车通常采用带励磁线圈的发电机，其发电机的控制系统利用转子位置传感器，如霍尔位置传感器或光电编码盘，检测转子位置信号，从而得到转子位置信息，然后根据目标位置和实际位置进一步调整发电机的电磁场，控制发电机的发电量。但是，这种带励磁线圈的发电机体积较大，并且转子位置传感器的精度和稳定性都不高。

目前，永磁同步发电机由于其具有能量密度和效率较高、体积小、惯性低、响应快、控制简单等优点，非常适合于混合动力车的伺服系统，也是当前混合动力车用发电机的研发热点。

现有的混合动力车用永磁同步发电机的控制系统采用整流桥将交流电转换成直流电，从而对电池组进行充电。但是，这必须当发电机旋转到一定转速时，即整流电压高于电池组电压时，发电机才能给电池组充电。当发电机处于低转速时，并不能进行充电，这样势必要浪费一部分动能，导致充电效率不高。

发明内容

本发明的目的是针对上述现有的混合动力车用永磁同步发电机的控制系统中由于采用整流桥所导致的充电效率不高的缺点，提供一种在发电机低转速时仍可产生高电压进行充电的混合动力车用永磁同步发电机的控制系统。

本发明提供一种混合动力车用永磁同步发电机的控制系统，其中，该系统包括：转子位置检测装置、相电流检测装置、发电机电子控制单元(ECU)以及可控整流装置；发电机ECU包括信号接收模块、数据处理模块以及控制输出模块；所述信号接收模块分别接收由转子位置检测装置检测并输出的转子位置角度信号、由相电流检测装置检测并输出的相电流信号、以及发电机控制转矩值T并输出转子位置角度值θ、相电流值以及发电机控制转矩值T到数据处理模块；所述数据处理模块根据接收到的信号接收模块输出的转子位置角度值θ、相电流值以及发电机控制转矩值T计算出脉宽调制(PWM)控制波形并输出到控制输出模块；所述控制输出模块将接收到的脉宽调制控制波形输出到可控整流装置；所述可控整流装置用于将输入的三相交流电整流为直流电输出，包括交流输入端、直流输出端、多个智能功率模块(IPM)和驱动板，多个IPM的控制引脚直接固定在该驱动板上，所述驱动板接收从控制输出模块输出的脉宽调制控制波形并根据所述脉宽调制控制波形控制多个IPM的导通顺序、关断时间与导通时间。

本发明所提供的混合动力车用永磁同步发电机的控制系统由于采用了可控整流装置而不是整流桥，可根据脉宽调制控制波形控制多个IPM的导通顺序、关断时间与导通时间，调节发电机的绕组电感续流(贮能)和泻放的时间。通过关断部分IPM可以造成电流突变，产生很高的感应电动势，从而即使发电机的转速很低，也能通过可控整流装置对电池组进行充电。并且发电机ECU根据转子位置角度值θ、相电流值和发电机控制转矩值T计算出符合当前的发电需求的脉宽调制控制波形，从而通过可控整流装置控制了发电机的旋转磁场，进而控制了发电电流和发电量。

附图说明

图1为根据本发明的混合动力车用永磁同步发电机的控制系统的组件模块图；

图2为根据本发明的优选实施方式的混合动力车用永磁同步发电机的控制系统的组件模块图；

图3为具有本发明的混合动力车用永磁同步发电机的控制系统的发电机系统的连接图；

图4为本发明中的发电机ECU的数据处理模块的计算流程。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步说明。

图1为根据本发明的混合动力车用永磁同步发电机的控制系统的组件模块图，图2为根据本发明的优选实施方式的混合动力车用永磁同步发电机的控制系统的组件模块图，图3为具有本发明的混合动力车用永磁同步发电机的控制系统的发电机系统的连接图，其中图3中的M代表永磁同步发电机，B代表电池组。

参见图1，本发明提供的混合动力车用永磁同步发电机的控制系统包括：转子位置检测装置10、相电流检测装置20、发电机ECU40以及可控整流装置50；发电机ECU40包括信号接收模块41、数据处理模块42以及控制输出模块43；所述信号接收模块41分别接收由转子位置检测装置10检测并输出的转子位置角度信号、由相电流检测装置20检测并输出的相电流信号以及发电机控制转矩值T并输出转子位置角度值θ、相电流值以及发电机控制转矩值T到数据处理模块42；所述数据处理模块42根据接收到的信号接收模块41输出的转子位置角度值θ、相电流值以及发电机控制转矩值T计算出脉宽调制控制波形并输出到控制输出模块43；所述控制输出模块43将接收到的脉宽调制控制波形输出到可控整流装置50；所述可控整流装置50用于将输入的三相交流电整流为直流电输出，包括交流输入端、直流输出端、多个IPM和驱动板(未图示)，多个IPM的控制引脚直接固定在该驱动板上，所述驱动板接收从控制输出模块43输出的脉宽调制控制波形并根据所述脉宽调制控制波形控制多个IPM的导通顺序、关断时间与导通时间。

其中，所述转子位置检测装置10可以是任何能够检测发电机转子位置的装置。例如，所述转子位置检测装置10可以是转子位置传感器，安装在发电机的转子轴上，随发电机的转子轴一同转动，检测发电机的转子的位置并输出转子位置角度信号。根据本发明一个优选的实施方式，转速位置传感器与发电机的转子同步，当然本领域普通技术人员也可以按一定转速比安装该转子位置传感器，这样当计算发电机的角速度时则需要根据转速比折算。

所述转子位置检测装置10优选为旋转变压器，旋转变压器的差分输出信号为两路正弦信号和两路余弦信号。所述旋转变压器包括定子和转子两部分；定子上有三组绕组，分别为正弦波输入励磁绕组、正弦波输出绕组、余弦波输出绕组，输入一路正弦励磁信号，输出两相正交正弦信号；转子上有一组独立的绕组，旋转时产生耦合磁场。旋转变压器还需要配备解算单元，用于对旋转变压器输出的模拟的转子位置角度信号进行采样，转换为数字的转子位置角度值θ，所述解算单元将在后面的发电机ECU40的信号接收模块41中说明。

当所述转子位置检测装置10为旋转变压器时，所述控制系统还可以包括差分功率放大单元，连接在旋转变压器的输入绕组和信号接收模块41之间，可以有效减小波形失真。所述控制系统还可以包括低通滤波单元，连接在旋转变压器的两组输出绕组和信号接收模块41之间，可以抗干扰、并限定旋转变压器输出的正弦波、余弦波的信号幅度以符合发电机ECU40的信号接收模块41的要求。所述低通滤波单元优选为π形RC滤波器。

所述相电流检测装置20可以为任何能够检测三相电流的装置，优选为交流电流传感器。更优选情况下，由于三相交流电特有的三相电流矢量和为零的性质，所以只需检测三相电流中的两相电流即可，第三相电流可以通过另两相电流之和取反得到，所以至少有两个交流电流传感器，分别位于永磁同步发电机的两相绕组的出线端附近，检测发电机的两相电流，在本发明的具体实施例中为检测U、V两相绕组的相电流。

当所述相电流检测装置20为交流电流传感器时，所述控制系统还包括相电流信号调理电路，位于交流电流传感器和信号接收模块41之间，该调理电路包括电压抬升电路和二阶滤波电路，用于将相电流信号转换到与发电机ECU40的信号接收模块41对应的输入信号幅值。所述电压抬升电路和二阶滤波电路的组成和构造为本领域人员所公知。相电流信号在信号调理电路中会产生相移，所以在发电机ECU40的信号接收模块41中要修正该相移，将在下面详细描述。

如图2所示，所述控制系统优选还包括电池总电压检测装置30，所述电池总电压检测装置30可以为任何能够检测电压的装置，例如电压传感器，并联在可控整流装置50的直流输出端，也就是电池组B的两端，用于检测电池总电压，并把检测到的电池总电压信号输出到发电机ECU40的信号接收模块41。检测到的电池总电压在数据处理模块42的计算过程中用于限幅，将在下面的计算过程中说明。

当所述控制系统包括电池总电压检测装置30时，所述控制系统优选还包括电压信号调理电路，位于电池总电压检测装置30和信号接收模块41之间，该信号调理电路包括电压跟随器和二阶滤波电路，使得检测到电池总电压值更加精确，所述电压跟随器和二阶滤波电路的组成和构造为本领域人员所公知。

所述发电机ECU40的信号接收模块41分别接收来自转子位置检测装置10、相电流检测装置20输出的信号以及发电机控制转矩值T，以及优选情况下的电池总电压检测装置30输出的信号。所述信号接收模块41可以包括信号接收电路、A/D转换电路、滤波电路等等，所述信号接收模块41的构成为本领域人员所公知。

所述发电机控制转矩值T，来自混合动力车的车辆主控ECU(未图示)，是由混合动力车的车辆主控ECU根据车辆当前状态计算出适合发电机当前工作方式的所需发电电流，并以发电机控制转矩值T的形式提供给本发明的发电机ECU40。所述车辆主控ECU和发电机ECU40之间的数据通信优选通过CAN总线通信。CAN总线是有效支持分布式控制或实施控制的串行通信网络，具有较好的优越性、灵活性。

参见图2，所述信号接收模块41中包括解算单元411，用于对转子位置检测装置10输出的模拟的转子位置角度信号进行采样计算，转换为数字的转子位置角度值θ，并将转换后的转子位置角度值θ输出到发电机ECU40的数据处理模块42。例如，解算单元411根据旋转变压器输出的正弦信号和余弦信号计算出发电机转子的位置，规定发电机转子位置的角度在0°和360°之间，与其对应的解算单元411输出的转子位置角度值θ在0到4095之间，这个数值可以由本领域人员根据具体需要以及解算单元411的采样精度设定。

由于安装的原因，发电机转子的初始位置可能不在0°的位置，所以需要确定发电机转子的初始位置，用于对实际检测到的发电机转子的位置进行修正。确定发电机转子的初始位置的方法如下：将发电机的V相和W相绕组的出线端相连，在U相绕组和已连接V、W相绕组之间施加直流电压，并串联一个阻值较小的限流电阻，其中U相绕组接直流电压的正极，V、W相绕组接直流电压的负极，当发电机转子处于静止时，此时旋变电压器输出的位置即为发电机转子的初始位置。得到发电机转子的初始位置之后，解算单元411需要先对旋转变压器输出的转子位置角度信号进行修正，即需要减去此值之后才对修正后的转子位置角度信号进行采样计算。

此外，如果解算单元411检测到来自旋转变压器的信号丢失、衰减等错误时，解算单元411产生表示产生错误的信号，同时发电机ECU40的控制输出模块43直接输出关断可控整流装置50的信号，保护整个系统的安全。

当所述控制系统包括相电流信号调理电路时，所述信号接收模块41还包括相位补偿单元412，用于对相电流信号调理电路输出的相电流信号的相移进行相位补偿，所述相位补偿单元412根据不同频率的二次滤波电路对电流信号造成的相移进行对应相移补偿。例如，记当前相电流信号的角速度为ψ，相角为σ，修正后的角度为σ′，修正量为σ″，则有σ″＝ψ×18485，σ″＝σ+σ′。其中，修正量σ″的计算中的系数根据不同相电流信号调理电路而不同。

图4为本发明中的发电机ECU的数据处理模块42的计算流程，参见图4，所述发电机ECU 40的数据处理模块42依次对信号接收模块41输出的数据进行如下处理：

1)根据转子位置角度值θ计算发电机角速度

和旋转方向

通过前次采样的转子位置角度值θ2和当前次采样的转子位置角度值θ1的比较确定发电机角速度

和旋转方向，两次采样时间间隔为t，两次采样的转子位置角度差为Δθ，Δθ＝θ1-θ2，则发电机角速度为

时为正转，

时为反转，时为停转。

由于车上的严重的电磁干扰，旋转变压器可能出现暂时短路的机械故障，雷电、静电等因素也会造成旋转变压器输出信号出现瞬时突变，从而导致解算单元411输出的发电机转子位置角度值θ与实际的发电机转子位置角度值之间存在较大偏差，进而导致Δθ和

都产生较大偏差，将使得永磁同步发电机运转不稳甚至失步，最终使得混合动力车不能正常运行。所以，优选情况下，所述解算单元411采样得到的转子位置角度值θ需要经过角度去坏值处理程序，所述数据处理模块42优选还包括角度去坏值处理单元(未图示)，用于对转子位置角度值θ进行校正，增加了系统的稳定性。

根据本发明的具体实施方式，所述角度去坏值处理单元根据当前次和前次采样得到转子位置角度值的差值Δθ进行如下处理：当当前次和前次采样得到转子位置角度值的差值Δθ不符合预定条件时，对当前次采样得到的角度值θ1进行去坏值处理，即利用转子位置角度值拟合曲线、前次采样得到角度值θ2以及采样时间间隔t估算出当前次采样的修正角度值θ1’；当差值Δθ符合预定条件时则不进行去坏值处理。所述转子位置角度值拟合曲线是根据不同时间的转子位置角度值所形成的轨迹曲线去掉异常值后的平滑曲线，横坐标为时间，纵坐标为转子位置角度值。将多个的转子位置角度值做平均，求得发电机瞬时角速度，并与前几次发电机瞬时角速度进行一阶递归滤波，可得到当前的发电机角速度

然后将离散的点拟合成曲线，当差值Δθ不符合预定条件时，则根据发电机角速度

和旋转方向递推出当前次采样的修正角度值θ1’。所述预定条件是根据转子位置角度值拟合曲线确定的转子位置角度值的差值Δθ可信区域，如果所述差值Δθ落入该可信区域中，则认为该差值Δθ有效，不必修正，相反，如果所述差值Δθ没有落入该可信区域中，则认为该差值Δθ无效，需要进行修正。例如，下面给出了一个具体实施例：

假设车速在100千米/小时对应的发电机的转速为5500转/分，若10秒钟内从静止加到100千米/小时或由100千米/小时减速到0千米/小时，控制周期选定为100纳秒，那么每个控制周期内旋转变压器转动的最大角度为：360°×5500/(10×1000×1000)×100＝18.8°，则

当-20°＜Δθ＜20°时，不需要去坏值处理；

当Δθ≤-20°或Δθ≥20°时，判定角度值出现异常，进行去坏值处理，根据拟合曲线的运动趋势，发电机角速度

和旋转方向递推出当前次采样的修正角度值θ1’，对检测的角度值进行修正；

其中，边界判定值20°可根据不同车辆、不同发电机可选取不同的边界判定值。

检测的有效当前次采样的转子位置的角度值θ1或经过修正的当前次采样的转子位置的修正角度值θ1’用于后面将要提到的克拉克变换和帕克变换及其反变换中。并且，该值(θ1或θ1’)在下次采样中作为前次采样的角度值θ2使用。

由于该角度去坏值处理流程属于优选的处理步骤，并非必需，所以以下提到的转子位置角度值θ可以指没有角度去坏值处理程序所得到转子位置角度值θ1，或者经过角度去坏值处理程序所得到的转子位置的修正角度值θ1’，为了简明起见以下均简称为转子位置角度值θ。

2)获取三相电流值ia、ib、ic

可以通过相电流检测装置20检测三相电流值，或者通过相电流检测装置20检测两相电流值，再根据两相电流计算出第三相电流得到，第三相电流可以通过另两相电流之和取反得到，按照下式：

ic＝-(ia+ib)

其中，ia、ib为两相电流，ic为第三相电流。根据本发明的具体实施方式，ia为U相电流，ib为V相电流，计算出的ic为W相电流。

3)根据三相电流值ia、ib、ic以及转子位置角度值θ计算出发电机转子的直轴实际电流id和交轴实际电流iq

令发电机转子直轴为d轴、沿顺时针方向滞后直轴90°电角度的交轴为q轴、直轴和交轴实际电流分别为id、iq，通过克拉克(CLARKE)变换和帕克(PARK)变换，按下式：

计算出发电机转子的直轴实际电流id和交轴实际电流iq

4)根据所述发电机角速度和发电机控制转矩值T计算出直轴目标电流id^*和交轴目标电流iq^*

根据所述发电机角速度计算出直轴目标电流id^*，根据IPM和永磁同步发电机的特性而设定发电机的交轴电流最大值iqmax，iqmax的设定要根据IPM的最大工作电流和发电机的不同工况，设定的依据为本领域人员所公知。然后再根据发电机控制转矩值T、发电机最大转矩值Tmax和交轴电流最大值iqmax按照下式：

${\mathrm{iq}}^{*}=\mathrm{iq}\max \×\frac{T}{T\max }$

计算得出对应的交轴目标电流iq^*。

其中发电机最大转矩值Tmax对于给定发电机是已知的。根据所述发电机角速度

计算出直轴目标电流id^*的计算方法可以采用各种适用的方式，为本领域人员所公知，例如可以采用下面的方式：由于发电机的角速度

与直流电流id是呈线性关系的，所以选取直流目标电流id为0时的发电机初始角速度为ω1、对应于发电机角速度

为0时的直流电流id1、对于给定发电机恒定的发电机最大角速度ωmax、对应于发电机最大角速度ωmax的直流电流id2、以及当前的发电机的角速度

计算出直轴目标电流id^*，

发电机角速度与直流电流id也可能是分区间呈线性关系，所以计算时也可以分段计算。

5)根据直轴目标电流id^*和交轴目标电流iq^*、直轴实际电流id和交轴实际电流iq计算出所需直轴电压ud和所需交轴电压uq

分别求出直轴目标电流id^*和直轴实际电流id的差值、交轴目标电流iq^*和交轴实际电流iq的差值，通过比例积分(PI)调节得到所需直轴电流id′和所需交轴电流iq′，所述PI调节过程以及PI调节器的数学模型为本领域人员所公知，例如比例积分调节器的时域数学模型为：

$u\left(t\right)=\mathrm{Kp}[e\left(t\right)+\frac{1}{\mathrm{Ti}}{\∫}_0^{t}e\left(t\right)\mathrm{dt}]$

其中，Kp为比例系数，Ti为积分系数(也作积分时间)，根据车辆的整备质量、车辆电机运行工况来实际匹配得到。Kp的作用是加快系统的响应速度，提高系统的调节精度。随着Kp的增大，系统的响应速度越快，调节精度越高，但是系统容易产生超调，稳定性变差。Kp取值过小，则调节精度降低，响应速度变慢，调节时间加长，使得系统的动静态性能变坏。Ti的作用是消除系统的稳态误差，Ti越大系统的稳态误差消除的越快，但是如果Ti过大则在响应过程的初期产生积分饱和现象，Ti过小，则系统的稳态误差将难以消除，影响系统的调节精度。

所述比例积分调节器可以采用周期积分、分段积分和积分限幅等方式，保障了系统的稳定性和跟随性，这些处理方式为本领域人员所公知。

再根据所需直轴电流id′和所需交轴电流iq′，按照下式计算出所需直轴电压ud和所需交轴电压uq：

其中，Ld为直轴感抗，Lq为交轴感抗，Ψ为转子永磁体磁链，R为发电机阻抗，这些值在给定发电机时可以通过测量发电机经过计算得到，计算方法为本领域技术人员所公知。

当该控制系统如前所述包括电池总电压检测装置30时，则需要将检测得到的电池总电压与计算出的ud、uq的合成矢量us进行比较，利用电池总电压对us限幅，然后对限幅后的us′进行矢量分解，得到的ud′、uq′作为所需直轴电压ud、所需交轴电压uq。

6)根据所需直轴电压ud、所需交轴电压uq以及转子位置角度值θ，通过克拉克反变换和帕克反变换，按照下式计算出所需三相电压ua、ub、uc的值：

7)由所需三相电压ua、ub、uc的值，计算出对应于三相的脉宽调制控制波形的占空比并得到脉宽调制控制波形。其中，根据所需三相电压计算脉宽调制控制波形的占空比并得到脉宽调制控制波形的具体实施，可以采用专用的计算芯片，如美国TI公司生产的型号为TMS320LF2407或TMS320F2812，这些专用的计算芯片的PWM波形发生器可根据计算所得ua、ub、uc自动产生不同的调制脉宽。

所述数据处理模块42优选采用定点数计算，系统的计算速度要比采用浮点数快，增加系统的实时性，特别适合于对实时性要求特别强的混合动力车的控制系统。

所述发电机ECU 40的控制输出模块43将数据处理模块42得到的脉宽调制控制波形输出到可控整流装置50。所述控制输出模块43优选采用正弦脉宽调制(SPWM)将脉宽调制控制波形进行调制后再输出。

所述发电机ECU 40的各个模块及模块中所包括的单元可以由分离元件组成的电路实现，或由集成有处理器的单片机实现，或由专用的电机控制处理器DSP实现。

所述可控整流装置50用于将发电机定子绕组上产生的三相交流电流转换成直流电流，给电池组B充电。所述可控整流装置50包括交流输入端、直流输出端、多个IPM和驱动板，多个IPM的控制引脚直接固定在该驱动板上，所述驱动板接收从控制输出模块43输出的脉宽调制控制波形并根据所述脉宽调制控制波形来控制多个IPM的导通顺序、关断时间与导通时间。所述交流输入端为三个，分别连接发电机的三相输出绕组的出线端，所述直流输出端为两个，分别连接电池组B的正负两极。所述IPM为多个，本领域普通技术人员可以根据需要选取并组成整流电路。例如，如图3所示，采用了三-三导通的方式，可控整流装置50包括互相并联的U相支路、V相支路、W相支路，分别与永磁同步发电机M各项绕组U、V、W的出线端相连接的交流输入端，与电池B连接的直流输出端，各相支路均包括两个串联的IPM，每个IPM中包括一个IGBT(T1-T6中的一个)和与每个IGBT反向并联的续流二极管D及IGBT的保护电路，各相支路中两个IPM串连在一起的节点分别与各项支路的交流输入端相连接，各项支路中两个IPM未串连在一起的两端互相并联，与直流输出端相连接。所述驱动板还起隔离脉宽调制控制波形、放大驱动作用。

所述可控整流装置50的工作原理如下，以图3中的可控整流装置50为例，某一时刻，T1、T6、T2导通，电流由上桥臂T1同时流向T6和T2，当T1、T6、T2被关断时，由于发电机定子继续旋转切割磁力线，所以导致电流突变使得L×di/dt变大，即使发电机的转速很慢也能产生很高的感应电动势。

优选情况下，在可控整流装置50的两个直流输出端之间还可以并联电容器，用于平滑直流电压。

所述控制系统还可以包括控制箱，所述相电流检测装置20、电池总电压检测装置30、发电机ECU40、可控整流装置50位于控制箱中。

以上内容是结合具体的优选实施方式对本发明所作的进一步详细说明，不能认定本发明的具体实施只局限于这些说明，如本领域人员所公知的，该发电机控制系统也可用于电动车中。对于本发明所属技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干简单推演或替换，都应当视为属于本发明由所提交的权利要求书确定的专利保护范围。

Claims (14)

1.一种混合动力车用永磁同步发电机的控制系统，其中，该系统包括：转子位置检测装置(10)、相电流检测装置(20)、发电机电子控制单元(40)以及可控整流装置(50)；发电机电子控制单元(40)包括信号接收模块(41)、数据处理模块(42)以及控制输出模块(43)；所述信号接收模块(41)分别接收由转子位置检测装置(10)检测并输出的转子位置角度信号、由相电流检测装置(20)检测并输出的相电流信号、以及发电机控制转矩值T并输出转子位置角度值θ、相电流值以及发电机控制转矩值T到数据处理模块(42)；所述数据处理模块(42)根据接收到的信号接收模块(41)输出的转子位置角度值θ、相电流值以及发电机控制转矩值T计算出脉宽调制控制波形并输出到控制输出模块(43)；所述控制输出模块(43)将接收到的脉宽调制控制波形输出到可控整流装置(50)；所述可控整流装置(50)用于将输入的三相交流电整流为直流电输出，包括交流输入端、直流输出端、多个智能功率模块和驱动板，多个智能功率模块的控制引脚直接固定在驱动板上，所述驱动板接收从控制输出模块(43)输出的脉宽调制控制波形并根据所述脉宽调制控制波形控制所述多个智能功率模块的导通顺序、关断时间与导通时间。

2.根据权利要求1所述的控制系统，其中，所述转子位置检测装置(10)为旋转变压器，旋转变压器的差分输出信号为两路正弦信号和两路余弦信号。

3.根据权利要求1所述的控制系统，其中，所述相电流检测装置(20)为交流电流传感器。

4.根据权利要求3所述的控制系统，其中，所述交流电流传感器为两个，用于检测三相电流中的两相电流。

5.根据权利要求1所述的控制系统，其中，所述发电机控制转矩值T来自混合动力车的车辆主控电子控制单元，由混合动力车的车辆主控电子控制单元根据车辆当前状态计算出发电机控制转矩值T并提供给发电机电子控制单元(40)。

6.根据权利要求1所述的控制系统，其中，所述信号接收模块(41)包括解算单元(411)，用于对转子位置检测装置(10)输出的模拟的转子位置角度信号进行采样计算，转换为数字的转子位置角度值θ，并将转换后的转子位置角度值θ输出到发电机电子控制单元(40)的数据处理模块(42)。

7.根据权利要求1所述的控制系统，其中，所述发电机电子控制单元(40)的数据处理模块(42)依次对信号接收模块(41)输出的数据进行如下处理：

1)根据转子位置角度值θ计算发电机角速度

和旋转方向；

通过前次采样的转子位置角度值θ2和当前次采样的转子位置角度值θ1的比较确定发电机角速度

和旋转方向，两次采样时间间隔为t，两次采样的转子位置角度差为Δθ，Δθ＝θ1-θ2，则发电机角速度为

时为正转，

时为反转，时为停转；

2)获取三相电流值ia、ib、ic；

3)根据三相电流值ia、ib、ic以及转子位置角度值θ计算出发电机转子的直轴实际电流id和交轴实际电流iq；

令发电机转子直轴为d轴、沿顺时针方向滞后直轴90°电角度的交轴为q轴、直轴和交轴实际电流分别为id、iq，通过克拉克变换和帕克变换，按下式：

计算出发电机转子的直轴实际电流id和交轴实际电流iq；

4)根据所述发电机角速度和发电机控制转矩值T计算出直轴目标电流id^*和交轴目标电流iq^*；

根据所述发电机角速度计算出直轴目标电流id^*，根据智能功率模块和永磁同步发电机的特性而设定发电机的交轴电流最大值iqmax，再根据发电机控制转矩值T、发电机最大转矩值Tmax和交轴电流最大值iqmax按照下式：

$i{q}^{*}=\mathrm{iq}\max \×\frac{T}{T\max }$

计算得出对应的交轴目标电流iq^*；

5)根据直轴目标电流id^*和交轴目标电流iq^*、直轴实际电流id和交轴实际电流iq计算出所需直轴电压ud和所需交轴电压uq：

分别求出直轴目标电流id^*和直轴实际电流id的差值、交轴目标电流iq^*和交轴实际电流iq的差值，通过比例积分调节得到所需直轴电流id′和所需交轴电流iq′，再根据所需直轴电流id′和所需交轴电流iq′，按照下式计算出所需直轴电压ud和所需交轴电压uq：

其中，Ld为直轴感抗，Lq为交轴感抗，Ψ为转子永磁体磁链，R为发电机阻抗；

6)根据所需直轴电压ud、所需交轴电压uq以及转子位置角度值θ，通过克拉克反变换和帕克反变换，按照下式：

计算出所需三相电压ua、ub、uc的值；

7)由所需三相电压ua、ub、uc的值，计算出对应于三相的脉宽调制控制波形的占空比并得到脉宽调制控制波形。

8.根据权利要求1所述的控制系统，其中，所述控制系统还包括电池总电压检测装置(30)，所述电池总电压检测装置(30)包括电压传感器，并联在可控整流装置(50)的直流输出端，并且所述电池总电压检测装置(30)检测到的电池总电压信号输出到所述发电机电子控制单元(40)的信号接收模块(41)。

9.根据权利要求1所述的控制系统，其中，所述控制系统还包括电池总电压检测装置(30)，所述电池总电压检测装置(30)包括电压传感器，并联在可控整流装置(50)的直流输出端，并且所述电池总电压检测装置(30)检测到的电池总电压信号输出到所述发电机电子控制单元(40)的信号接收模块(41)，所述发电机电子控制单元(40)的数据处理模块(42)依次对信号接收模块(41)输出的数据进行如下处理：

1)根据转子位置角度值θ计算发电机角速度

和旋转方向：

通过前次采样的转子位置角度值θ2和当前次采样的转子位置角度值θ1的比较确定发电机角速度

和旋转方向，两次采样时间间隔为t，两次采样的转子位置角度差为Δθ，Δθ＝θ1-θ2，则发电机角速度为

时为正转，

时为反转，

时为停转；

2)获取三相电流值ia、ib、ic；

3)根据三相电流值ia、ib、ic以及转子位置角度值θ计算出发电机转子的直轴实际电流id和交轴实际电流iq：

令发电机转子直轴为d轴、沿顺时针方向滞后直轴90°电角度的交轴为q轴、直轴和交轴实际电流分别为id、iq，通过克拉克变换和帕克变换，按下式：

计算出发电机转子的直轴实际电流id和交轴实际电流iq；

4)根据所述发电机角速度

和发电机控制转矩值T计算出直轴目标电流id^*和交轴目标电流iq^*：

根据所述发电机角速度

计算出直轴目标电流id^*，根据智能功率模块和永磁同步发电机的特性而设定发电机的交轴电流最大值iqmax，再根据发电机控制转矩值T、发电机最大转矩值Tmax和交轴电流最大值iqmax按照下式：

${\mathrm{iq}}^{*}=\mathrm{iq}\max \×\frac{T}{T\max }$

计算得出对应的交轴目标电流iq^*；

5)根据直轴目标电流id^*和交轴目标电流iq^*、直轴实际电流id和交轴实际电流iq计算出所需直轴电压ud和所需交轴电压uq：

分别求出直轴目标电流id^*和直轴实际电流id的差值、交轴目标电流iq^*和交轴实际电流iq的差值，通过比例积分调节得到所需直轴电流id′和所需交轴电流iq′，再根据所需直轴电流id′和所需交轴电流iq′，按照下式计算出所需直轴电压ud和所需交轴电压uq：

其中，Ld为直轴感抗，Lq为交轴感抗，Ψ为转子永磁体磁链，R为发电机阻抗，

将检测得到的电池总电压与计算出的所需直轴电压ud、所需交轴电压uq的合成矢量us进行比较，利用电池总电压对us限幅，然后对限幅后的us′进行矢量分解，得到的ud′、uq′作为所需直轴电压ud、所需交轴电压uq；

6)根据所需直轴电压ud、所需交轴电压uq以及转子位置角度值θ，通过克拉克反变换和帕克反变换，按照下式：

计算出所需三相电压ua、ub、uc的值；

7)由所需三相电压ua、ub、uc的值，计算出对应于三相的脉宽调制控制波形的占空比并得到脉宽调制控制波形。

10.根据权利要求7或9所述的控制系统，其中，所述数据处理模块(42)还包括角度去坏值处理单元，用于对转子位置角度值θ进行校正，所述角度去坏值处理单元根据当前次和前次采样得到转子位置角度值的差值Δθ进行如下处理：

当当前次和前次采样得到转子位置角度值的差值Δθ不符合预定条件时，对当前次采样得到的角度值θ1进行去坏值处理，利用转子位置角度值拟合曲线、前次采样得到角度值θ2以及采样时间间隔t估算出当前次采样的修正角度值θ1’；当差值Δθ符合时预定条件时则不进行去坏值处理。

11.根据权利要求7或9所述的控制系统，其中，所述获取三相电流值ia、ib、ic通过相电流检测装置(20)检测得到三相电流值，或者通过相电流检测装置(20)检测两相电流值，再根据两相电流，按照下式计算出第三相电流：

              ic＝-(ia+ib)

其中，ia、ib为两相电流，ic为第三相电流。

12.根据权利要求1所述的控制系统，其中，所述数据处理模块(42)采用定点数计算。

13.根据权利要求1所述的控制系统，其中，所述控制输出模块(43)采用正弦脉宽调制将脉宽调制控制波形进行调制后再输出。

14.根据权利要求1所述的控制系统，其中，所述发电机电子控制单元(40)的各个模块及模块中所包括的单元由分离元件组成的电路实现，或由集成有处理器的单片机实现，或由专用的电机控制处理器DSP实现。

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