CN103856133B - 用于控制比例积分器的方法和系统 - Google Patents

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Abstract

用于控制比例积分器的方法和系统。提供了一种用于控制升压转换器的方法和设备。在一个实施例中，方法处理转换速率限制电路中的命令信号。转换速率限制电路的输出然后使用来自比例积分器的一个或多个反馈参数进行处理以提供处理后的命令信号。处理后的命令信号用控制信号处理以提供被提供至比例积分器的误差信号从而提供电流命令信号。在一个实施例中，设备包括误差产生电路，该误差产生电路配置为使用来自比例积分器的一个或多个反馈参数提供处理后的命令信号，并且通过从处理后的命令信号减去将被控制的信号而提供误差信号。转换速率限制电路用于接收命令信号并且提供输出到误差产生电路。

Description

用于控制比例积分器的方法和系统
技术领域
该技术领域总体上涉及控制比例积分器，并且尤其涉及用于将比例积分器控制和转换速率限制相结合的系统和方法。
背景技术
比例积分器是通常在车辆动力电子系统中使用的控制回路反馈系统。例如，燃料电池电动车辆或混合动力电动车辆经常使用两个分离的电压源（例如，电池和燃料电池）以对驱动车轮的电动机提供动力。这样的系统采用使用一个或多个比例积分器的功率转换器（升压转换器）以控制或调节升压转换器。
在某些应用中（例如，燃料电池应用），最高性能限制因素是升压转换器转换速率限制。然而，在升压转换器的电流工作模式中，比例积分器可以变得饱和，这转而使得转换速率限制功能失去对电流转换速率的控制。比例积分器的饱和变得越深，燃料电池的保护恢复正常工作和重获控制花的时间越久。
因此，需要提供一种在燃料电池实施例中使用的、将保护燃料电池不受损坏的比例积分器。另外，需要提供一种当保持转换速率限制的同时不被饱和的比例积分器妨碍的升压转换器控制系统和方法。此外，结合附图和上述技术领域和背景技术，从以下的具体实施方式和所附权利要求中，本发明的其它所需特征和特性将会变得显而易见。
发明内容
提供了一种用于控制比例积分器的方法。所述方法处理在转换速率限制电路中的命令信号以确定是否限制命令信号。转换速率限制电路的输出然后使用来自比例积分器的一个或多个反馈参数进行处理以提供处理后的命令信号。处理后的命令信号用受控制的信号处理以提供被提供至比例积分器的误差信号从而提供电流命令信号。
提供了一种用于控制处理误差信号并且提供电流命令信号的比例积分器的设备。设备包括误差产生电路，该误差产生电路配置为使用来自比例积分器的一个或多个反馈参数提供处理后的命令信号，并且通过从处理后的命令信号减去将被控制的信号而提供误差信号。转换速率限制电路用于接收命令信号并且确定在提供输出至误差产生电路之前是否限制命令信号。
提供了一种用于控制比例积分器的系统。所述系统包括能量源和连接到能量源上、响应于电流命令信号提供输出电压（被控制的信号）的升压转换器。逆变器连接到升压转换器上以处理输出电压并且提供多相电流至用于车辆的多相马达。控制器连接到升压转换器，用于通过处理电流限制控制器中的命令信号而提供电流命令信号。电流限制控制器包括误差产生电路，误差产生电路配置为使用来自比例积分器的一个或多个反馈参数提供处理后的命令信号，并且通过从处理后的命令信号减去将被控制的信号而提供误差信号。转换速率限制电路用于接收命令信号并且确定在提供输出至误差产生电路之前是否限制命令信号。
本发明还提供了以下方案：
1. 一种用于控制对命令信号起响应的比例积分器的方法，包括步骤：
经由转换速率限制电路处理命令信号以确定是否限制命令信号；
使用来自比例积分器的一个或多个反馈参数处理转换速率限制电路的输出信号以提供处理的命令信号；
处理被处理的命令信号和受控制的信号以提供误差信号；以及
处理比例积分器中的误差信号以提供电流命令信号。
2. 根据方案1所述的方法，其中处理命令信号包括处理转换速率限制电路中具有上限值和下限值的命令信号。
3. 根据方案2所述的方法，其中上限值和下限值使用来自误差产生电路的一个或多个反馈参数计算。
4. 根据方案3所述的方法，其中上限值和下限值使用处理的命令信号的之前样本计算。
5. 根据方案1所述的方法，还包括处理升压转换器中的电流命令信号以提供受控制的电压。
6. 一种用于控制比例积分器以控制来自升压转换器的输出电压的方法，所述比例积分器对命令信号起响应，包括步骤：
经由转换速率限制电路处理命令信号以确定是否限制命令信号；
使用来自比例积分器的一个或多个反馈参数处理转换速率限制电路的输出信号以提供处理的命令信号；
从处理的命令信号减去将被控制的信号以提供误差信号；
处理比例积分器中的误差信号以提供电流命令信号；以及
处理升压转换器中的电流命令信号以提供受控制的信号。
7. 根据方案1所述的方法，其中处理命令信号包括处理转换速率限制电路中具有上限值和下限值的命令信号。
8. 根据方案2所述的方法，其中上限值和下限值使用处理的命令信号的之前样本计算。
9. 一种系统，包括：
配置为处理误差信号和提供电流命令信号的比例积分器；
误差产生电路，其配置为使用来自比例积分器的一个或多个反馈参数提供处理后的命令信号，并且通过从处理后的命令信号减去将被控制的信号而提供误差信号；以及
转换速率限制电路，其配置为接收命令信号并且确定在提供输出至误差产生电路之前是否限制命令信号。
10. 根据方案9所述的系统，其中转换速率限制电路限制上限与下限之间的命令信号。
11. 根据方案10所述的系统，其中上限值和下限值使用来自误差产生电路的反馈参数计算。
12. 根据方案11所述的系统，其中上限值和下限值使用处理的命令信号的之前样本计算。
13. 根据方案9所述的系统，其包括提供响应电流命令信号的将被控制的信号的升压转换器。
14. 根据方案13所述的系统，其中处理的命令信号由配置为确定是否限制转换速率限制电路的输出的限制电路提供。
15. 根据方案14所述的系统，其中限制电路具有上限和下限。
16. 根据方案15所述的系统，其中上限值和下限值使用来自比例积分器的一个或多个反馈参数计算。
17. 一种系统，包括：
能量源；
联接到能量源并且提供对电流命令信号起响应的输出电压的升压转换器；
逆变器，其联接到升压转换器上以处理输出电压并且提供多相电流至用于车辆的多相马达；
控制器，其联接到升压转换器，用于通过处理电流限制控制器中的命令信号而提供电流命令信号，包括：
配置为处理误差信号和提供电流命令信号的比例积分器；
误差产生电路，其配置为使用来自比例积分器的一个或多个反馈参数提供处理后的命令信号，并且通过从处理后的命令信号减去将被控制的信号而提供误差信号；以及
转换速率限制电路，其配置为接收命令信号并且确定在提供输出至误差产生电路之前是否限制命令信号。
18. 根据方案17所述的系统，其中转换速率限制电路限制上限与下限之间的命令信号。
19. 根据方案18所述的系统，其中上限值和下限值使用处理的命令信号的之前样本计算。
20. 根据方案17所述的系统，其中能量源包括燃料电池。
附图说明
结合以下附图本发明将在下文中进行描述，其中相同的数字表示相同的元件，并且其中：
图1是根据实施例的用于并入升压转换器的车辆的高压马达系统的方框图；
图2是根据实施例的用于图1的升压转换器的一体的比例积分器和转换速率控制器的方框图；以及
图3是根据示例性实施例的示出了用于比例积分器的示例性方法的流程图。
具体实施方式
以下详细说明实际上仅仅是示例性的并且并不旨在限制本发明的主题或其使用。此外，并不旨在通过前述技术领域，背景技术，发明内容或以下具体实施方式中存在的任意明示或暗示的理论进行限定。
在该文件中，在这样的实体或作用之间不必须需要或暗示任意实际的这样的关系或顺序的情况下，可以单独使用诸如第一和第二等的相关术语以将一个实体或作用与另一实体或作用区分开来。诸如“第一，”“第二，”“第三，”等的数字序数简单地表示多个中的不同的单个并且不暗示任何顺序或次序，除非由权利要求的语言具体地限定外。
此外，以下描述是指元件或特征“连接”或“联接”在一起。如在此使用的，“连接”可以指一个元件/特征直接连接到（或直接连通）另一元件/特征，并且不需要是机械地。同样地，“联接”可以指一个元件/特征直接地或间接地连接到（或直接地或间接地连通）另一元件/特征，并且不需要是机械地。然而，应当理解，尽管两个元件可以是如下所述，在一个实施例中，是“连接”，在可替换的实施例中类似的元件可以是“联接”，并且反之亦然。因此，尽管在此示出的示意图描述了元件的示例性的布置，在实际的实施例中，附加的插入元件，装置，特征，或部件可以存在。
最后，为了简短起见，与车辆电力和机械部件相关的传统的技术和部件以及本发明的其它功能方面（以及本发明的独立的工作部件）可以不在此详细描述。此外，在此包含的各个图形中示出的连接线旨在表示各个元件之间的示例性的功能关系和/或物理联接。应当注意在本发明的实施例中可以存在许多可替换的或附加的功能关系和物理连接。
参照附图，其中相同的数字表示相同的部件，根据示出的示例性的实施例，图1是使用升压转换器12的电动机系统10。电动机系统10包括诸如感应电机或永久磁铁电动机的电动机14（例如，三相电动机），其工作以推进根据示例性的实施例的车辆。为了提供动力至电动机14，来自功率源16的功率通过导线18和20提供至升压转换器12。升压转换器12工作以对在导线22和24处提供的输出电压升压（并且由于能量守恒减少电流），该导线22和24经由导线22'和24'将升压转换器12联接至逆变器26（或其它马达控制电路）和能量存储单元（例如，电池）28。能量存储单元28作为将逆变器26的输入处的电压保持恒定的能量缓冲器。逆变器26响应于来自控制器32的工作控制信号30以传统的方式工作以提供电压至电动机14的每一相位或马达绕组。
控制器32执行电动机系统10的计算和控制功能，并且可以包括任意类型的处理器或多处理机，诸如微处理器的单个集成电路，或协作任意适当数目的集成电路装置和/或电路板以实现处理单元的功能。控制器32可以包括包含对操作电动机系统10有用的操作程序，指令和/或变量或参数的存储器。这样的存储器可以包括诸如SDRAM的各种类型的动态随机存取存储器（DRAM），各种类型的静态RAM（SRAM），以及各种类型的非易失性存储器（PROM，EPROM，和闪存）。
根据示例性的实施例，电动机系统10还包括电流限制控制器34，其确定系统条件是否存在在一些实施例中可由控制器32提供的、授权输入命令36的修改或输入命令36的限制。即，在正常工作期间，输入命令36可以简单地沿从电流限制控制器34至升压转换器12通过，作为升压转换器电流命令信号38。然而，在授权限制条件的系统情况期间，为了系统的全面保护，电流限制控制器34限制提供至升压转换器12的电流命令信号38。如在下文中更详细地讨论的，电流限制控制器34包括转换速率限制器和比例积分器系统，所述电流限制控制器34提供电流限制功能以确定是否限制输入命令36以提供电流命令信号38至升压转换器12。在执行这些确定中，电流限制控制器34处理经由来自控制器32的编程线路40以及来自升压转换器12的反馈信号（例如，输出电压）42提供的其它编程的参数或变量。
现在参照图2，电流限制控制器34的方框图示出为包括转换速率限制电路200，误差产生电路300和比例积分器400。将要理解，在电流限制控制器34的任意具体实施方式中可以采用更多，更少或其它电流限制电路并且下文中讨论的电流限制结构仅表示由本发明实施的多个示例性实施例中的一个。
转换速率限制电路200工作以确定是否限制输入命令36以防止升压转换器（图1中的12）超过输出电压转换速率限制。为了这样做，输入命令36（其可以是由图1的控制器32提供的电压命令信号）作用到限制器202上。在一个实施例中，分别按等式（1）和（2）描述的设置上限204和下限206。
上限204：之前处理的电压命令+上转换速率限制。 （1）
下限206：之前处理的电压命令-下转换速率限制。 （2）
其中：之前处理的电压命令由误差产生电路300（下文中讨论）提供；以及
上和下转换速率限制是预先限定的，例如，每单位时间加或减（分别）0.3V（样本）。
限制器202的输出208是输入命令36的转换速率限制的版本，其被作用到误差产生电路300。
误差产生电路300产生误差信号316，该误差信号316控制比例积分器400以被稍微地维持在饱和状态。为了这样做，转换速率限制电路200的输出208由限制器302接收。限制器302的上限306提供作为需要被控制的信号（在该示例中，图1中的升压转换器12的输出电压42）和如以下的等式（3）所述进行设置的上限值的总和（经由加法器304）。限制器302的下限310设置作为需要被控制的信号（在该示例中42）和如以下的等式（4）所述进行设置的下限值的总和（经由加法器308）。
上限306： (3)
下限310： (4)
其中：Plim是正比例限制项；
Nlim是负比例限制项；
之前项是比例积分器400的积分路径的之前样本；
FF是前馈项，其在一些实施例中可以具有零值；
Kp是比例积分器400的比例路径的增益因数；以及
Ki是比例积分器400的积分路径的增益因数。
全部这些值是来自比例积分器400的反馈（电流样本或之前样本），并且每个值的原点结合比例积分器400将在下文中详细讨论。
限制器302的输出312包括处理的命令信号，其之前样本（之前处理的电压命令）在上述等式（1）和（2）中使用以设置限制器202的上限和下限（分别地）。处理的电压命令312作用到加法器314上，该加法器314还接收受控制的信号（即，需要被控制的信号，在该实施例中，是图1中的升压转换器12的输出电压42）。受控制的信号从处理的命令信号减去，这样产生将应用到比例积分器400的误差信号316。
比例积分器400工作以确定是否限制输出电流命令38以防止升压转换器（图1中的12）超过最大输出电压限制。为了这样做，来自误差产生电路300的输出316通过比例分支402和积分分支404处理。比例分支402中的处理从增益级406中的增益调节开始。增益调节由增益因数（Kp）作出，增益因数（Kp）还在上述等式（3）和（4）中使用并且可以是由应用确定的或经由编程线路（图1中40）由控制器（图1中32）提供的固定值。增益调节的误差信号与前馈（FF）值410求和（经由加法器408），其也在上述等式（3）和（4）中使用，并且在一些实施例可以具有零值。在一些实施例中，FF值410可以是经验确定的恒定值。在一些实施例中，FF值可以在别处适应性地计算，例如，在控制器中（图1中32）。在一些实施例中，如由系统设计员确定的，FF值410可以由来自系统的一些其它计算路径提供。
误差信号316还通过比例积分器400的积分分支404处理。在积分分支404中的处理从增益级414中的增益调节开始。增益调节由增益因数（Ki）作出，增益因数（Ki）还在上述等式（3）和（4）中使用并且可以是由应用确定的或经由编程线路（图1中40）由控制器（图1中32）提供的固定值。增益调整的误差信号与项（Iterm）418的之前样本求和（经由加法器416），其还在上述等式（3）和（4）中使用，并且包括在下文中讨论的提供作为限制器422的输出的之前项值。加法器416的输出420由限制器422接收并且在上限424和下限426之间通过或限制在上限424和下限426之间。上限和下限值分别由等式（5）和（6）给出。
上限424： Plim + 10 – Pterm （5）
下限426： Nlim + 10 – Pterm （6）
其中：Plim是正比例限制项（下文中讨论）；
Nlim是负比例限制项（下文中讨论）；
Pterm是比例项412（下文中讨论）；以及
10是用于余量/噪音公差的恒定值。该恒定值如在该示例中可以是固定值或可以由控制器提供（图1中32）。
限制器422的输出包括项428，项428的之前样本在等式（3）和（4）中使用并且作为至加法器416的输入。项428和Pterm 412然后求和（经由加法器430）以提供组合的Pterm/项信号432。Pterm/项信号432限制在上（正）限436（Plim）与下（负）限438（Nlim）之间，其在一些实施例中可以是固定值或经由编程线路（图1中40）由控制器（图1中32）提供。在示出的示例中，限制器434的输出包括至升压转换器（图1的12）的电流命令信号38。
工作期间，误差信号316是正的，其驱动比例积分器400稍微地向饱和。如果大的瞬时现象将发生（例如，比上转换速率限制204高），误差信号将变为负并且比例积分器400从饱和状态恢复并且减少输出电流命令38，这样依次，使得升压转换器输出电压42跟随处理的电压信号312。通过将比例积分器400的参数反馈回误差产生电路300，以及处理的电压命令312至转换速率限制电路200，无论升压转换器工作状态（例如，电压模式或电流模式）以及无论比例积分器是否饱和或否，电流限制控制器（图1中34）具有保持转换速率限制电路200的正确工作的优点。
现在参照图3，示出了对控制升压转换器（图1的12）的工作有用的方法500的流程图。在一些实施例通过处理设备执行软件可以执行与图3的方法有关的各种任务。为了示意性的目的，图3的方法的以下描述可以参照结合图1-2的上述元件。实际上，图3的方法部分可以通过描述的系统的不同元件进行执行。还将理解，图3的方法可以包括任意数目的附加的或可替换的任务并且图3的方法可以合并到具有在此未详细描述的附加功能的更全面的程序或处理中。此外，图3示出的一个或多个任务可以从图3的方法的实施例中省去，只要预定的整体功能保持完整。
例程在步骤502开始，其接收输入命令36（图2）。然后，决定504确定是否作用转换速率限制函数（图2中200）。在进行到决定508之前，肯定的确定作用到结合图2如上所述的限制（步骤506）。负的确定进行到决定508，其提供处理的电压命令信号（图2中312）。然后，步骤510计算误差信号（图2中316）作为升压转换器（图1中12）的输出电压（图2中42）的总和。使用上述讨论到的比例积分器（图2中400）的反馈参数确定处理的电压命令和误差信号。
在步骤510中计算的误差信号然后在比例积分器中处理。首先，在步骤512中确定误差信号的比例尺比例和积分项。决定514然后确定是否作用限制到输出电流命令上（图2中38）。肯定的确定作用到限制（步骤516）并且然后例程对于电流样本完成并且可以循环返回以对于下一样本从步骤502再次开始。
因此，用于控制比例积分器的方法和系统（并且因此升压转换器）提供在车辆中使用。将比例积分器400的参数反馈回误差产生电路300，以及处理的电压命令312至转换速率限制电路200的使用提供了无论升压转换器工作状态（例如，电压模式或电流模式）以及无论比例积分器是否饱和或否，保持转换速率限制电路200的正确工作的优点。
尽管在上述具体实施方式中已经存在至少一个示例性的实施例，应当理解可以存在许许多多的变化。还将理解，示例性的一个或多个实施例仅仅是示例，并且并不旨在以任何方式限制本发明的范围，应用性，或结构。相反地，上述具体实施方式将为本领域技术人员提供实施示例性的一个或多个实施例的便利的路线图。应当理解，在不背离由所附权利要求和其法定等同形式所述的本发明的范围的情况下，在元件的功能和布置中可以作出各种变化。

Claims (16)

1.一种用于控制比例积分器以控制来自升压转换器的输出电压的方法，所述比例积分器对命令信号起响应，包括步骤：
经由转换速率限制电路处理命令信号以确定是否限制命令信号；
使用来自比例积分器的一个或多个反馈参数处理转换速率限制电路的输出信号以提供处理的命令信号；
从处理的命令信号减去将被控制的信号以向比例积分器提供误差信号；
处理比例积分器中的误差信号以提供电流命令信号；以及
处理升压转换器中的电流命令信号以提供受控制的信号。
2.根据权利要求1所述的方法，其中处理命令信号包括处理转换速率限制电路中具有上限值和下限值的命令信号。
3.根据权利要求1所述的方法，其中上限值和下限值使用来自误差产生电路的一个或多个反馈参数计算。
4.根据权利要求1所述的方法，其中上限值和下限值使用处理的命令信号的之前样本计算。
5.一种用于控制比例积分器以控制来自升压转换器的输出电压的系统，所述比例积分器对命令信号起响应，包括：
转换速率限制电路，其配置为接收命令信号并且确定在提供输出至误差产生电路之前是否限制命令信号；
配置为处理误差信号和提供电流命令信号的比例积分器；
误差产生电路，其配置为使用来自比例积分器的一个或多个反馈参数 处理转换速率限制电路的输出信号以提供处理后的命令信号，并且通过从处理后的命令信号减去将被控制的信号而提供误差信号；处理比例积分器中的误差信号以提供电流命令信号；以及处理升压转换器中的电流命令信号以提供受控制的信号。
6.根据权利要求5所述的系统，其中转换速率限制电路限制上限值与下限值之间的命令信号。
7.根据权利要求6所述的系统，其中上限值和下限值使用来自误差产生电路的反馈参数计算。
8.根据权利要求7所述的系统，其中上限值和下限值使用处理的命令信号的之前样本计算。
9.根据权利要求5所述的系统，其包括响应于电流命令信号提供输出电压的升压转换器。
10.根据权利要求9所述的系统，其中处理的命令信号由配置为确定是否限制转换速率限制电路的输出的限制电路提供。
11.根据权利要求10所述的系统，其中限制电路具有上限值和下限值。
12.根据权利要求11所述的系统，其中上限值和下限值使用来自比例积分器的一个或多个反馈参数计算。
13.一种用于控制比例积分器以控制来自升压转换器的输出电压的系统，包括：
能量源；
联接到能量源并且提供对电流命令信号起响应的输出电压的升压转换器；
逆变器，其联接到升压转换器上以处理输出电压并且提供多相电流至用于车辆的多相马达；
控制器，其联接到升压转换器，用于通过处理电流限制控制器中的命令信号而提供电流命令信号，包括：
转换速率限制电路，其配置为接收命令信号并且确定在提供输出至误差产生电路之前是否限制命令信号；
配置为处理误差信号和提供电流命令信号的比例积分器；
误差产生电路，其配置为使用来自比例积分器的一个或多个反馈参数 处理转换速率限制电路的输出信号以提供处理后的命令信号，并且通过从处理后的命令信号减去将被控制的信号而提供误差信号；处理比例积分器中的误差信号以提供电流命令信号；以及处理升压转换器中的电流命令信号以提供受控制的信号。
14.根据权利要求13所述的系统，其中转换速率限制电路限制上限值与下限值之间的命令信号。
15.根据权利要求14所述的系统，其中上限值和下限值使用处理的命令信号的之前样本计算。
16.根据权利要求13所述的系统，其中能量源包括燃料电池。
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