CN103401498A - 用于旋转电机的控制设备 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种用于电力转换系统的控制设备，该电力转换系统配有连接到旋转电机的直流/交流转换器和接合到直流/交流转换器的输入端的电容器。该控制设备存储在旋转电机的使电容器放电的通电控制开始之前旋转电机的旋转角度（即，起始角度θ0），并且确定将导致旋转电机中的零（0）扭矩的命令电流idr和iqr。控制设备包括命令电流校正电路，其根据旋转电机的当前旋转角度θ和起始角度θ0之间的差对命令电流idr和iqr进行校正，从而避免当电容器放电时旋转电机的恒定旋转。

Description

用于旋转电机的控制设备

本发明申请是申请日期为2011年2月25日、申请号为“201110049211.0”、发明名称为“用于旋转电机的控制设备”的发明专利申请的分案申请。

技术领域

本发明一般涉及一种用于电力转换系统的控制设备，该电力转换系统配有连接到旋转电机的直流/交流转换器和接合到直流/交流转换器的输入端的电容器，并且更具体地，涉及这样的控制设备，其被设计成控制直流/交流转换器的操作，以便将电容器中所充电的电压减小到给定水平以下。

背景技术

日本专利首次公开第9-70196号公开了一种控制设备，其被设计成控制三相永磁电动机的通电(energization)，以便将q轴方向上的命令电流设置为零（0），以及将d轴方向上的命令电流的绝对值设置为大于零（0），从而使连接到逆变器的电容器放电。该控制方式基于如下事实：电动机要产生的扭矩T以T=p{ψ+(Ld-Lq)id·iq}来表示，其中，id是d轴电流，iq是q轴电流，Ld是d轴电感，ψ是电动机的电枢的磁链系数，并且p是电动机的电极对的数量。具体地，为了避免电动机通电时生成扭矩，用于使电动机通电的电流（其在下文中也将被称为电动机通电电流）的相位被定向到d轴。

用于将命令电流设置为零（0）的电动机通电控制需要使用电动机的电角度的测量值。如果测量值有误差，则基于该测量值将电动机通电电流的相位定向到d轴可导致在电动机中生成扭矩。当电动机被这样的扭矩旋转时，其将导致电动机通电电流的相位继续如误差所决定的那样被定向到d轴。因此，电动机继续产生扭矩，换言之，电动机继续旋转。

另外，扭矩没有变成零（0）的因素还被归因于上述扭矩等式中的误差。具体地，该扭矩等式是在简化的电动机模型中导出的，其中，d轴电感Ld和q轴电感Lq的值是固定的。然而，典型的电动机具有由空间谐波而引起的并且取决于电动机的电角度的电感分量。即使当电动机通电电流的相位在电动机的通电控制中被定向到d轴时，这也可导致不合期望地产生扭矩。随着配有集中绕组的永磁电动机的使用的增加，这种问题正变得严重，其中，在集中绕组中会剧烈地出现空间谐波。

发明内容

因此，目的是提供一种用于旋转电机中的控制设备，该控制设备被设计成将电容器中所充电的电压减小到给定值以下，其中，该电容器耦合到直流/交流转换器的输入端。

根据实施例的一个方面，提供了一种用于电力转换系统的控制设备，该电力转换系统配有连接到旋转电机的直流/交流转换器和接合到直流/交流转换器的输入端的电容器。该控制设备包括：通电控制单元，被配置成通过直流/交流转换器控制旋转电机的通电以对电容器放电，以便具有小于给定值的充电电压；以及电流矢量改变控制单元，被配置成控制固定坐标系中流过旋转电机的电流的矢量的方向的改变。该改变是由在旋转电机的通电控制期间旋转电机的旋转角度的改变而引起的。

由旋转电机的通电控制所产生的扭矩可使旋转电机旋转。如果改变固定坐标系中的电流矢量的方向以固定为使旋转电机通电而提供的电流的相位，可导致在旋转电机中继续产生扭矩。替选地，如果固定坐标系中的电流矢量的方向是固定的，将导致在与旋转电机的旋转角度正在改变的方向相反的方向上产生扭矩。基于这样的事实来设计控制设备，并且该控制设备能够操作以在旋转电机的通电控制中以鲁棒控制模式来控制或减小固定坐标系中流过旋转电机的电流的矢量的方向改变。

在实施例的优选模式中，通电控制单元包括电压确定单元，该电压确定单元被配置成基于旋转电机的旋转角度来确定要施加到旋转电机的定子的命令电压，以便在开环模式下控制电流矢量的方向。通电控制单元被配置成通过命令电压来控制直流/交流转换器。电流矢量改变控制单元用作命令电压固定单元，该命令电压固定单元被配置成固定旋转电机的旋转角度的值，其中该旋转角度的值是电压确定单元的输入参数。

在开始旋转电机的通电控制之前采样要输入到电压确定电路的旋转电机的旋转角度的值，从而防止固定坐标系中流过旋转电机的电流的矢量的方向由于旋转电机的旋转角度的变化而改变。开环模式的使用利于容易地减小由于电容器的放电而发生的噪声或振动，或简化电容器的控制逻辑。

如果满足停止旋转电机的条件，通电控制单元被配置成开始控制旋转电机的通电。命令电压固定单元被配置成在通电控制电路开始旋转电机的通电控制之前，对旋转电机的旋转角度的值进行采样。电压确定单元被配置成根据旋转电机的旋转角度的采样值来改变要施加到旋转电机的电压的相位。

不产生扭矩的电流的相位可取决于由空间谐波而引起的旋转电机的旋转角度。通过根据旋转电机的旋转角度的采样值来改变或确定电压的相位，增加了这种可能性：在旋转电机的通电控制开始时的电流的相位不会促成扭矩的产生。

通电控制单元可包括命令电流确定单元、反馈控制单元以及变压器。命令电流确定单元被配置成确定旋转坐标系中的命令电流。反馈控制单元被配置成在反馈模式下，将旋转坐标系中的命令电压确定为受控变量，以便使实际流过旋转电机的、旋转坐标系中所定义的电流分量与命令电流相一致。变压器被配置成基于旋转电机的旋转角度的测量值，通过直流/交流转换器将命令值转换成要被施加到旋转电机的定子的命令电压。电流矢量改变控制单元可以是命令电压校正器，该命令电压校正器在这样的方向上对要被输入到反馈控制电路的命令电流的相位进行校正：该方向与旋转电机的旋转角度的当前值相对于旋转电机的通电控制开始时的旋转角度的值而正在改变的方向相反。

具体地，命令电压校正器用于最小化由旋转电机的旋转角度改变而引起的电流矢量的改变。

命令电流确定单元可被配置成根据在旋转电机的通电控制开始之前所测量的旋转电机的旋转角度的值，改变命令电流中的每个的相位和幅度中的至少之一。

不促成扭矩产生的电流的相位可取决于旋转电机的旋转角度或由空间谐波而引起的电流的幅度。通过根据旋转电机的旋转角度的采样值来改变或确定命令电流中的每个的相位和幅度中的至少之一，增加了这种可能性：电流的相位将不促成扭矩的产生。

根据实施例的一个方面，提供了一种用于控制电力转换系统的方法，该电力转换系统配有连接到旋转电机的直流/交流转换器和接合到直流/交流转换器的输入端的电容器，该方法包括：通过直流/交流转换器控制旋转电机的通电以使电容器放电，以便具有小于给定值的充电电压；以及控制固定坐标系中流过旋转电机的电流的矢量的方向的改变，改变由在旋转电机的通电控制期间旋转电机的旋转角度的改变而引起。

附图说明

根据下文中给出的详细描述以及根据本发明的优选实施例的附图，将更全面地理解本发明。然而，其不应被认为是将本发明限于特定的实施例，而是仅用于说明和理解的目的。

在附图中：

图1是示出混合动力车辆所使用的根据第一实施例的旋转电机的控制设备的电路图；

图2（a）和图2（b）是用于说明安装在图1的控制设备中的命令电流校正器的操作的技术目的的视图；

图3是要由图1的控制设备执行以控制电容器放电的放电控制程序的流程图；

图4是示出根据第二实施例的控制设备的电路图；

图5是示出根据第三实施例的控制设备的电路图；以及

图6是示出根据第四实施例的控制设备的电路图。

具体实施方式

参照附图，其中，相同的附图标记表示几个视图中的相同部分，特别参照图1，示出了根据第一实施例的、用于通过电力转换系统控制电动发电机10（即，旋转电机）的操作的控制设备。本文中所指的电动发电机10安装在混合动力车辆中。

电动发电机10是三相电动发电机，并且用作耦合到车辆驱动轮的主引擎。电动发电机10是通过装配有集中三相绕组U、V和W的内置式永磁同步电动机（IPMSM）来实现的。如从图中可以看出的，电动发电机10的三相绕组U、V和W通过逆变器IV以及继电器SMR1、SMR2和SMR3连接到高压电池12（即，用作直流电源的蓄电池）。

逆变器IV用作直流/交流转换器，并且配有由串联连接的开关Sup和Sun构成的第一开关电路、由串联连接的开关Svp和Svn构成的第二开关电路以及由串联连接的开关Swp和Swn构成的第三开关电路。开关Sup和Sun的接合点电连接到U相绕组。开关Svp和Svn的接合点电连接到V相绕组。开关Swp和Swn的接合点电连接到W相绕组。开关Sup、Sun、Svp、Svn、Swp以及Swn中的每个通过绝缘栅双极型晶体管（IGBT）来实现。二极管Dup、Dun、Dvp、Dvn、Dwp以及Dwn分别并联连接到开关Sup、Sun、Svp、Svn、Swp以及Swn。

控制设备还包括角坐标传感器20、电流传感器22以及电压传感器24。角坐标传感器20用于测量电动发电机10的电角度（即，旋转角度θ）。电流传感器22用于测量分别流过电动发电机10的U相、V相和W相绕组的电流iu、iv和iw。电压传感器24用于测量在逆变器IV的输入端之间产生的电压。

电容器14连接在逆变器IV的输入端之间，即，继电器SMR1与继电器SMR2和SMR3之间。当继电器SMR1至SMR3处于闭合状态时，电容器14被充电达到高压电池12的电压。下文将描述要被执行的用于断开继电器SMR1至SMR3以使电容器14放电的放电控制任务。当需要使电容器14放电时，控制设备进入电容器放电模式以执行放电控制任务。控制设备构成与配有高压电池12的高压系统电绝缘的低压系统。

命令电流确定电路30用于确定旋转坐标系（即，d-q坐标系）中d轴上的命令电流idr和q轴上的命令电流iqr。具体地，命令电流确定电路将命令电流idr设置为正的并且将命令电流iqr设置为零（0）。进行该设置以将命令电流idr和iqr的相位（即，命令电流idr和iqr与旋转坐标系中参考方向（例如，d轴）之间的角度差）设置为期望产生零（0）扭矩的相位。将由IPMSM（即，电动发电机10）产生的扭矩T通常由以下等式表示：

T=p{ψiq+(Ld-Lq)id·iq}       (c1)

其中，Ld是d轴电感，Lq是q轴电感，id是d轴电流，iq是q轴电流，ψ是IPMSM的电枢的磁链系数，并且p是IPMSM的电极对的数量。

从等式（c1）得到，当q轴电流iq为零（0）时，产生零（0）扭矩T。

在放电起始角度存储器32中存储起始角度θ0，起始角度θ0是当电容14需要被放电时的电动发电机10的旋转角度（即，角坐标）。在该实施例中，当遇到电动发电机10静止不动的情况时，控制设备开始执行放电控制任务以使电容器14放电。因此，起始角度θ0指示当电动发电机10停止时的角坐标。

角度差计算器34用于从起始角度θ0减去角坐标传感器20所测量的电动发电机10的旋转角度θ以计算角度差Δθ。命令电流校正器36用于通过角度差Δθ来校正或改变命令电流确定电路30所确定的命令电流idr和iqr的相位。具体地，当电动发电机10的旋转角度θ现在正相对于起始角度θ0而改变时，命令电流校正器36在与电动发电机10的旋转角度θ相对于起始角度θ0而正在改变的方向相反的方向上，以相同的量改变命令电流idr和iqr的相位。

d-q变换器38用于将固定坐标系中的三相电流转换成旋转坐标系（也称为d-q坐标系）中的电流分量，即电流id和iq，其中，该三相电流是电流传感器22所测量的电流。偏差计算器40用于从d轴上的命令电流idr减去电流id，以计算电流id与命令电流idr的偏差。偏差计算器42用于从q轴上的命令电流iqr减去电流iq，以计算电流iq与命令电流iqr的偏差。在反馈模式下，反馈控制器44对来自偏差计算器40的输出进行采样以计算d轴上的命令电压vdr，该命令电压vdr用于使d轴上的电流id与命令电流idr相一致。在反馈模式下，反馈控制器46对来自偏差计算器42的输出进行采样以计算q轴上的命令电压vqr，该命令电压vqr用于使q轴上的电流iq与命令电流iqr相一致。反馈控制器44和46各自由比例控制器和积分控制器构成。

三相变换器48用于基于角坐标传感器20所测量的电动发电机10的旋转角度θ的瞬时值，以已知的方式将命令电压vdr和vqr转换成U相命令电压Vur、V相命令电压Vvr以及W相命令电压Vwr。U相命令电压Vur、V相命令电压Vvr以及W相命令电压Vwr是固定坐标系中要被施加到电动发电机10的U相、V相以及W相绕组（即，定子）的电压。PWM调制器50产生PWM信号并且将其输出到逆变器IV。逆变器IV产生与命令电压Vur、Vvr以及Vwr对应的三相输出电压并将其输出到电动发电机10。具体地，PWM调制器50将电压和三角波载波之间的大小比较结果转换成PWM信号，其中该电压是通过根据电压传感器24所测量的逆变器IV处的输入电压来对命令电压Vur、Vvr以及Vwr进行归一化而导出的。PWM信号是用于致动逆变器IV的开关Sup、Sun、Svp、Svn、Swp以及Swn的控制信号gup、gun、gvp、gvn、gwp以及gwn。PWM调制器50和逆变器IV的操作是已知的，并且此处将省略其详细描述。

d-q变换器38、偏差计算器40和42、反馈控制器44和46、三相变换器48以及PWM调制器50可通过如下电路来实现：其通常被构造为在电动发电机10运行期间计算电动发电机10的受控变量。反馈控制器44和46的增益可以是为控制电容器14的放电所选择的增益。

下面将描述命令电流校正器36的操作的技术目的。

在不存在命令电流校正器36的情况下，角坐标传感器20所测量的电动发电机10的旋转角度θ的误差将导致流过电动发电机10的电流的相位偏离命令电流确定电路30所提供的命令电流idr和iqr的相位或者与其不匹配，从而如从等式（c1）所看到的那样，导致电动发电机10的扭矩的生成。因此，电动发电机10不合期望地旋转。角坐标传感器20测量电动发电机10的这种旋转并且输出表示该旋转的信号。d-q变换器38和三相变换器48对角坐标传感器20所测量的电动发电机10的旋转角度θ进行采样，以将流过电动发电机10的电流的相位定向到被计算为d轴方向的方向。因此，电动发电机10继续产生扭矩，使得只要电流流过电动发电机10，电动发电机10就旋转。

在存在命令电流校正器36的情况下，在反馈模式下，流过电动发电机10的电流被定向到基于起始角度θ0所计算的d轴方向。因此，如果如图2（a）所表明的那样基于起始角度θ0被错误计算为γ轴的d轴相对于真正的d轴偏离到一个提前角度，则将导致在旋转角度θ提前的方向上产生扭矩并且该扭矩被施加到电动发电机10的旋转轴上，从而减小了真正的d轴和基于起始角度θ0错误地计算的d轴（即，γ轴）之间的相位差。替选地，如果如图2（b）所表明的那样错误计算的d轴（即，γ轴）相对于真正的d轴偏离到一个滞后角度，则将导致在旋转角度θ滞后的方向上产生扭矩，从而减小了真正的d轴和基于起始角度θ0错误地计算的计算出的d轴（即，γ轴）之间的相位差。当计算出的d轴（即，γ轴）变得与真正的d轴相同时，从电动发电机10输出的扭矩将为零（0）。在图2（a）的示例中，当真正的d轴由于在计算出的d轴（即，γ轴）方向上的电流流动所产生的扭矩而超过γ轴到提前侧时，如图2（b）所示，扭矩将被定向在与图2（a）中的方向相反的方向上，从而减小了真正的d轴和γ轴之间的相位差。在图2（b）的示例中，当真正的d轴由于在计算出的d轴（即，γ轴）方向上的电流流动所产生的扭矩而超过γ轴到滞后侧时，如图2（a）所示，扭矩将被定向在与图2（b）中的方向相反的方向上，从而减小了真正的d轴和γ轴之间的相位差。以此方式，真正的d轴的相位收敛于γ轴上。

从以上讨论能够看出，当进入电容器放电模式时，本实施例的控制设备控制电动发电机10的旋转角度，以便停止电动发电机10，因此该控制设备能够以鲁棒控制模式减小电动发电机10的实际旋转角度（即，旋转角度θ）相对于起始角度θ0的变化。

电容器放电模式优选地以如下方式来执行：该方式减小命令电压的幅度（即，vdr和vqr的矢量范数），同时增加电容器放电模式的持续时间。替选地，PWM调制器50的调制比例的上限可被设置为100%。当调制比例超过100%时，可将通过根据命令电压的幅度对命令电压进行归一化而导出的值与载波在大小上进行比较。这避免了PWM调制器50的过调制。

图3是要由控制设备以固定时间间隔执行以控制电容器14的放电的一系列逻辑步骤或程序的流程图。

在进入该程序之后，例程前进到步骤10，在步骤10中确定是否进行了使电容器14放电的放电请求，即是否要进入电容器放电模式。例如，当关断车辆的启动开关时，进行放电请求。启动开关可以是要由车辆操作者手动接通或关断的开关，或者可由另一机械装置或电气装置来替代，其中，通过该机械装置或电气装置，车辆操作者允许或禁止车辆的运行。启动开关也可以是诸如无钥匙授权系统的便携式无线系统。当便携式无线系统与车辆相隔超过给定距离时，可确定其被关断，从而可确定进行放电请求。

如果获得意味着请求进入电容器放电模式的“是”回答，则例程前进到步骤12，在步骤12中继电器SMR1至SMR3断开。例程前进到步骤14，在步骤14中确定电动发电机10的速度Nm是否大于设置的速度Nth。设置的速度Nth用于确定控制设备是否可以从电容器放电模式开始有效地停止电动发电机10的旋转。例如，当电动发电机10在开始电容器放电模式时正在旋转，并且控制设备在电动发电机10中产生扭矩以便停止电动发电机10旋转时，电动发电机10将被置于发电模式。所生成的电力的量随着电动发电机10的速度增加而增加。这意味着电容器14中的电荷量增加。所设置的速度Nth被选择为小于或等于电动发电机10的速度的上限，这使得控制设备能够在电容器放电模式开始时有效地停止电动发电机10的旋转（即，电动发电机10的速度，其中，在该速度处，电动发电机10对电容器14充电的附加量小于预先选择的值）。所设置的速度Nth在本实施例中被设置为零（0）。

如果在步骤14中获得意味着电动发电机10的速度Nm小于或等于所设置的速度Nth的“否”回答，则例程前进到步骤16，在步骤16中以上述方式设置起始角度θ0。控制设备将正交电流提供给电动发电机10并且使电容器14放电。

如果在步骤10中获得“否”回答或者在步骤16之后，例程终止。

控制设备提供了以下有利的优点。

控制设备在与电动发电机10的当前旋转角度θ同起始角度θ0相偏离的方向相反的方向上，校正要输入到反馈控制电路（即，反馈控制器44和46以及偏差计算器40和42）的命令电流idr和iqr的相位，从而减小了固定的二维坐标系中由旋转角度θ的改变所引起的电流矢量的方向的改变。

当电动发电机10的速度Nm变得小于或等于所设置的速度Nth时，控制设备开始控制电容器14的放电。这防止了电动发电机10在电容放电模式期间不合期望地生成电力。

下面将描述第二实施例。

如上所述，电动发电机10配有集中相绕组U、V以及W，使得会出现空间谐波的巨大影响。因此，扭矩T与流过电动发电机10的电流id和iq之间的关系可不符合如上所述的等式（c1），而是取决于旋转角度θ。因此，如果以与第一实施例中相同的方式来提供命令电流idr和iqr，当电动发电机10的实际旋转角度仅与起始角度θ0一致时，会导致在电动发电机10中产生不为零（0）的扭矩。

为了缓解以上问题，本实施例的控制设备用于根据起始角度θ0来确定命令电流idr和iqr。

图4示出了第二实施例的控制设备。与第一实施例中所采用的附图标记相同的附图标记表示相同的部分，并且此处将省略其详细说明。

控制设备包括命令电流确定电路30a，在该命令电流确定电路30a中存储有用于定义命令电流idr和iqr的映射，其中，每个映射针对起始角度θ0的可能值的多个范围中的每个范围。具体地，命令电流确定电路30a基于起始角度θ0通过查找表来计算命令电流idr和iqr中每个的相位和大小（即，幅度）中的至少之一，其中，该查找表使用映射中的相应一个映射。命令电流确定电路30a优选地被设计成确定或改变命令电流idr和iqr的相位，但是，由于在扭矩为零（0）、并且相位是固定的情况下可导出定义空间谐波相关扭矩与电流id和iq之间关系的公式的解，因此可使命令电流确定电路30a确定命令电流idr和iqr的大小以使要在电动发电机10中产生的扭矩为零。

本实施例中所称的d轴方向优选地被定义为如下电流的相位：该电流使在电动发电机10运行期间要在电动发电机10中产生的平均扭矩为零。

从以上讨论能够看出，本实施例的控制设备的不同之处在于命令电流确定电路30a的结构。具体地，命令电流确定电路30a用于根据起始角度θ0来确定命令电流idr和iqr中每个的相位和大小（即，幅度）中的至少之一，使得将不会在电动发电机10中产生扭矩。其它布置与第一实施例中的布置相同，并且此处将省略其详细说明。

图5示出了根据第三实施例的控制设备。与第一实施例中所采用的附图标记相同的附图标记表示相同的部分，并且此处将省略其详细说明。

控制设备被设计成基于起始角度θ0，在开环模式下将实际流过电动发电机10的电流定向到固定的二维坐标系中的电流矢量的方向，该方向被期望在电动发电机10中不产生扭矩。

控制设备包括放电命令电压确定电路60。放电命令电压确定电路60基于起始角度θ0确定固定坐标系中的三相命令电压Vur、Vvr以及Vwr，并且将其输出到PWM调制器50。命令电压Vur、Vvr以及Vwr中的每个是在开环模式下控制的变量，以便将在电动发电机10中实际流动的电流定向到固定坐标系中的电流的方向，该方向被期望在电动发电机10中不产生扭矩。例如，可通过将如下电压转换成固定三相坐标系中的电压来导出命令电压Vur、Vvr以及Vwr：该电压具有在第一实施例的命令电流确定电路30中或在第二实施例的命令电流确定电路30a中要产生的命令电流idr和iqr的相位。

本实施例的控制设备提供如下文所讨论的有利的优点。

将起始角度θ0提供为到放电命令电压确定电路60的输入，该放电命令电压确定电路60用于确定要被施加到电动发电机10的定子（即，U相、V相以及W相绕组）的命令电压Vur、Vvr以及Vwr，用于在开环模式下控制固定三相坐标系中的电流的矢量的方向，从而避免固定三相坐标系中流过电动发电机10的电流的矢量的方向的改变，其中，该改变通常由电动发电机10的旋转角度θ的改变而引起。开环模式的使用利于容易地减小由电容器14的放电所引起的噪声或振动，或简化电容器放电模式的控制逻辑。通常，反馈控制可导致电流矢量过冲，使得电流矢量在目标附近振荡，这产生了电动发电机10的噪声或振动。然而，开环控制不会导致电流矢量的振荡。

图6示出了根据第四实施例的控制设备。与第一实施例中所采用的附图标记相同的附图标记表示相同的部分，并且此处将省略其详细说明。

控制设备包括命令电流确定电路30b，命令电流确定电路30b把q轴上的命令电流iqr确定为不为零（0）。命令电流idr和iqr被选择为使得如上所述的等式（c1）中的扭矩T为零。

当在电动发电机10中由模型误差（即，d轴电感Ld或q轴电感Lq的误差）产生扭矩时，其导致电动发电机10的旋转角度θ的增大的变化，但是使电动发电机10的实际旋转角度θ与给定值相一致。

可如下文所讨论的那样修改第一至第四实施例中的每个。

命令电压固定电路

图1的控制设备可被设计成不是具有与命令电压确定电路分开的、配有如图5所示的放电命令电压确定电路60的命令电压固定电路，其中，该命令电压确定电路用于以正常控制模式将电动发电机10的扭矩或速度调整为除零（0）之外的值，而是具有如下命令电压固定电路：其中，放电起始角度存储器32中所存储的起始角度θ0被输入到三相变换器48，来自d-q变换器38的输出不被更新，换言之，来自d-q变换器38的输出是固定的，并且反馈控制器44和46的积分控制器被禁用，换言之，反馈控制器44和46的积分操作被停止以不更新其输出。在该结构中，当电动发电机10处于放电起始角度存储器32中所存储的起始角度θ0时，在开环模式下控制相对于电动发电机10的转子的、流过电动发电机10的电流的矢量的方向，使得命令电流确定电路54所提供的命令电流idr和iqr的相位与固定三相坐标系中所表示的方向相一致。

紧接在为使电容器14放电的电动发电机10的通电控制开始之前所采样的电动发电机10的旋转角度θ的值不需要一定被准备为三相变换器48或命令电压确定电路60的输入参数。固定角度可用作输入参数。这还使得能够控制或减小流过电动发电机10的电流的矢量的方向相对于使用固定角度所要提供的电流的矢量的方向的变化，从而使电动发电机10的旋转角度收敛于所设置的角度。

电压确定电路

基于起始角度θ0导出的q轴方向上的命令电压vqr和d轴方向上的命令电压vdr不需要被设置为零，而是分别被设置为正值或负值，以便相对于电动发电机10的转子将命令电压Vur、Vvr以及Vwr定向到流过U相、V相以及W相绕组的电流的矢量的方向上，其中，上述方向导致固定坐标系中的扭矩为零（0）。例如，命令电压Vur、Vvr以及Vwr可被定向到第四实施例中所导出的命令电流iqr和idr的矢量的方向上。

固定坐标系中的命令电压Vur、Vvr以及Vwr不需要一定被确定为并定向到导致固定坐标系中扭矩为零（0）的电流的矢量的方向上，而是可被定向到其附近，以便允许电动发电机10的旋转角度在电容器放电模式期间略微地改变。

命令电流校正电路

如上所述的命令电流校正器36用于以角度差Δθ改变或校正命令电流idr和iqr的相位，其中，该角度差Δθ是通过从放电起始角度存储器32中所存储的起始角度θ0减去角坐标传感器20所测量到的电动发电机10的旋转角度θ而导出的，然而，该命令电流校正器36可被设计成在与电动发电机10的旋转角度θ现在正离开起始角度θ0而移动的方向相反的方向上，仅对命令电流idr和iqr的相位进行校正。这样的校正量优选地被设置在角度差Δθ附近。

命令电流确定电路

如以上所描述的，第一、第二以及第四实施例中的命令电流确定电路用于确定沿着d轴具有正值的命令电流idr，并且还用于确定命令电流idr和iqr，以便产生零（0）扭矩。然而，该命令电流确定电路可替选地被设计成选择具有负值的命令电流idr。从等式（c1）能够看出，这可能导致不能控制或减小取决于电动发电机10的特性（即，磁链系数ψ或者d轴电感Ld或q轴电感Lq的值）的、电动发电机10的旋转角度θ相对于起始角度θ0的变化，但是使电动发电机10的旋转角度θ能够被控制和固定为离开起始角度θ0给定角度（例如，<360°）的值。

命令电流确定电路还可确定或定向命令电流idr和iqr的相位，以便产生略大于零（0）的扭矩度，该扭矩度将导致在电容器放电模式期间电动发电机10的旋转角度的小的可允许变化。

直流电源

电容器14提供有来自直流电源（即，高压电池12）的电力，但是可由另一源来供电。例如，图1的结构可被设计成具有发电机，发电机通过逆变器连接到电容器14的端部以向电容器14提供电力。在发电机被构造成由内燃机驱动的情况下，控制设备可用于不包括继电器SMR1、SMR2以及SMR3和/或高压电池12的系统。

旋转电机

电动发电机10可替选地配有分布式相绕组。

电动发电机10可替选地通过表面式永磁同步电动机来实现。在这种情况下，扭矩T由等式（c1）给出，其中Ld=Lq。沿着d轴导致零（0）扭矩的命令电流idr可被选择为正的或负的。

电动发电机10也可通过励磁绕组同步电动机来实现。在这种情况下，由励磁绕组所产生的磁通量的方向被定义为d轴的方向。例如，第三实施例的控制设备以多个脉冲的形式来定义命令电压Vur、Vvr以及Vwr中的每个，其中，脉冲具有基于起始角度θ0在d轴方向上所确定的方向。

以上实施例的控制设备进入电容器放电模式并且停止电动发电机10，然而，该控制设备可被设计成尽可能低地降低电动发电机10的速度。例如，当需要开始使电容器14放电时，控制设备可将电动发电机10的速度减小到如下范围的上限以下：该范围使得电动发电机10能够在进入电容器放电模式之后有效地停止（即上限，该上限能够使电容器14已被电动发电机10充电的附加量减小到预选的值以下）。控制设备可替选地在电动发电机10的速度仍在上限以上时开始使电容器14放电。

高压电池12不需要一定直接连接到逆变器IV的输入端。例如，上升转换器（也称为升压转换器）可接合到逆变器IV的输入端，其中，该上升转换器配有电抗器、通过电抗器与电容器14并联接合的开关装置、续流二极管以及耦合到串联连接的开关装置和续流二极管的电容器。在这种情况下，控制设备被构造成对电容器14的放电和连接到上升转换器输出端的电容器的放电均进行控制。电容器14将通过作为上升转换器的电容器处的电压降的续流二极管放电。

第一、第二以及第四实施例中的控制设备可替选地被设计成具有用于非交互控制或电感器电压补偿的开环控制项，以计算命令电压vdr和vqr。当电动发电机10以非常低的速度运行时，开环控制项将为零（0），因此，即使当电动发电机10的旋转角度θ在电容器放电模式期间变化时，开环控制项也几乎不对命令电压vdr和vqr有贡献。

反馈控制器44和46中的每个可替选地由比例加积分加微分控制器构成。取代反馈控制器44和46中的每个，分别设置比例控制器和积分控制器。

控制设备可供仅配有旋转电机作为主引擎的电动车辆使用。电动发电机10可替选地间接耦合到车辆的驱动轮。

尽管依据优选实施例公开了本发明，以便于更好地理解本发明，但是应意识到的是，在不背离本发明的原理的情况下，可以以各种方式来实施本发明。因此，本发明应被理解为包括所有可能的实施例和对所示实施例的修改，这些修改可以在不背离如所附权利要求中所阐述的本发明的原理的情况下来实施。

Claims (7)

1.一种用于电力转换系统的控制设备，所述电力转换系统配有连接到旋转电机的直流/交流转换器和接合到所述直流/交流转换器的输入端的电容器，所述控制设备包括：

通电控制单元，被配置成通过所述直流/交流转换器控制所述旋转电机的通电以使所述电容器放电，以便具有小于给定值的充电电压；以及

电流矢量改变控制单元，被配置成控制固定坐标系中流过所述旋转电机的电流的矢量的方向的改变，所述改变由在所述旋转电机的通电控制期间所述旋转电机的旋转角度的改变而引起。

2.根据权利要求1所述的控制设备，其中，所述通电控制单元包括电压确定单元，所述电压确定单元被配置成基于所述旋转电机的所述旋转角度确定要被施加到所述旋转电机的定子的命令电压，以便在开环模式下控制所述电流的矢量的所述方向，所述通电控制单元被配置成通过所述命令电压控制所述直流/交流转换器，并且其中，所述电流矢量改变控制单元用作命令电压固定单元，所述命令电压固定单元被配置成固定所述旋转电机的所述旋转角度的值，其中所述旋转角度的值是所述电压确定单元的输入参数。

3.根据权利要求2所述的控制设备，其中，当满足停止所述旋转电机的条件时，所述通电控制单元被配置成开始控制所述旋转电机的通电，其中，在通过所述通电控制单元开始所述旋转电机的所述通电的控制之前，所述命令电压固定单元被配置成对所述旋转电机的所述旋转角度的值进行采样，并且其中，所述电压确定单元被配置成根据所述旋转电机的所述旋转角度的所采样的值改变要被施加到所述旋转电机的所述电压的相位。

4.根据权利要求1所述的控制设备，其中，所述通电控制单元包括命令电流确定单元、反馈控制单元以及变压器，所述命令电流确定单元被配置成确定旋转坐标系中的命令电流，所述反馈控制单元被配置成在反馈模式下，将所述旋转坐标系中的命令电压确定为受控变量，以便使所述旋转坐标系中所定义的、实际流过所述旋转电机的电流分量与所述命令电流相一致，所述变压器被配置成基于所述旋转电机的所述旋转角度的测量值，将命令值转换成要通过所述直流/交流转换器施加到所述旋转电机的定子的命令电压，并且其中，所述电流矢量改变控制单元是命令电压校正器，所述命令电压校正器被配置成在这样的方向上对要输入到所述反馈控制单元的所述命令电流的相位进行校正：所述方向与所述旋转电机的所述旋转角度的当前值相对于所述旋转电机的所述通电的控制开始时的所述旋转角度的值而正在改变的方向相反。

5.根据权利要求4所述的控制设备，其中，当满足停止所述旋转电机的条件时，所述通电控制单元被配置成开始控制所述旋转电机的所述通电，并且其中，所述命令电流确定单元被配置成根据在所述旋转电机的所述通电的控制开始之前所测量的、所述旋转电机的所述旋转角度的值，改变所述命令电流中的每个的相位或幅度中的至少之一。

6.根据权利要求1所述的控制设备，其中，当满足停止所述旋转电机的条件时，所述通电控制单元被配置成开始控制所述旋转电机的所述通电。

7.一种用于控制电力转换系统的方法，所述电力转换系统配有连接到旋转电机的直流/交流转换器和接合到所述直流/交流转换器的输入端的电容器，所述方法包括：

通过所述直流/交流转换器控制所述旋转电机的通电以使所述电容器放电，以便具有小于给定值的充电电压；以及

控制固定坐标系中流过所述旋转电机的电流的矢量的方向的改变，所述改变由在所述旋转电机的通电控制期间所述旋转电机的旋转角度的改变而引起。

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