CN104518678B - 用于电流源转换器的高动态控制设备 - Google Patents

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Abstract

本公开涉及用于电流源转换器的高动态控制设备。介绍了用于通过实现与一个或更多个电机控制回路(68)平行的DC链路电流控制回路(63P)而具有高动态性能的电流源转换器(10)和控制方法(100)，其中用于操作电流源整流器(30)的DC链路电流控制命令值(I*dc.ref)是至少部分地独立于电机控制命令值(ω*r,T*,Ψ*)来被推导的，其中，某些实现将电流源整流器(30)驱动至其最大额定值(I*dc.max)，或者可以利用增益因子(GAINdc)将DC电流命令值(I*dc.ref)设置在电流源逆变器所需的量以上，以平衡所需的动态性能和效率，其中所述增益因子(GAINdc)能够被固定或其自身能够基于一个或更多个电机控制误差值(ωerr,Terr,Ψerr)而被调节。

Description

用于电流源转换器的高动态控制设备
技术领域
本发明涉及电力转换系统，具体地涉及用于电流源转换器的高动态控制设备、用于控制电流源转换器的方法以及电机驱动器。
背景技术
电力转换系统将输入电力从一种形式转换为另一种形式以驱动负载。电流源转换器(CSC)类型的驱动器通常包括电流源整流器(CSR)，以选择性地切换AC输入电力来产生被馈送至电流源逆变器(CSI)的DC链路电流，从而提供用于以受控速度和/或施加扭矩来驱动电机负载的单相或多相AC输出电流。电流源转换器通常用于中压应用(例如2.3-13.8kV)并且提供某些优点例如稳定性和直接输出电流控制。然而，某些应用需要半导体闸流管或能够经受高开关电压的其他电流源整流器开关，并且与CSR开关相关联的开关损失一般随开关频率而增大。对于中压驱动器，通常开关频率为大约500Hz。另外，电流源转换器通常采用具有相对较长时间常量的大的DC链路扼流圈。因此，电流源整流器的动态性能通常限于大约200Hz或更小。此外，在电机驱动应用中，整流器和电流源逆变器的开关操作通常采用多个控制回路，该多个控制回路包括用于调节DC链路电流的控制回路以及用于调节电机速度、扭矩和转子磁通等的一个或更多个电机控制回路。常规的多回路控制方法提供内部DC链路电流控制回路以及用于控制电机工作参数的一个或更多个外部回路。然而，电机驱动应用越来越要求对负载变化和/或速度或扭矩设定点的步进变化的较快动态响应，并且通过内部DC链路电流控制回路的动态限制来限制多回路嵌套的控制架构的动态响应。因此，遗留针对提供电流源转换器的较高动态操作的改进的电流源转换器和控制技术的需求。
发明内容
现在对本公开内容的一个或更多个方面进行概述以便于本公开内容的基本理解，其中，本概述不是本公开内容的详尽概括，并且既不旨在标明本公开内容的某些要素，也不旨在限定本公开内容的范围。相反地，该概述的主要目的是在下文介绍的更详细描述之前以简化的形式提出本公开内容的各种概念。
本公开内容提供一种新颖的电流源转换器控制的方法，该方法通过至少部分地独立于其他电机控制回路来操作电流源调节器以便于整个电机驱动器的增强的动态性能。在某些实施方式中，DC电流控制回路是完全独立的，电流源调节器根据固定命令信号或值例如最大额定电流来工作。在其他实施方式中，在无显著效率损失的情况下，DC电流控制回路是根据命令信号或值来工作的，该命令信号或值是根据大于单位值的增益因子和逆变器电流命令量值所计算的，以提供便于电流源逆变器的高动态操作的容限，从而适配于负载瞬变和电机控制回路设定点变化。该增益因子可以是用户可调节的和/或可以是基于一个或更多个电机控制回路误差信号而被自动调节的。通过这些技术，可以提高电流源转换器的动态性能，并且可以在转换器效率和动态增强的量之间做出权衡。因此，可以利用除逆变器电流和/或电压回路之外的DC电流回路以及具有增强的向上载波频率适配性的速度回路、扭矩回路和磁通量回路来实现磁场定向控制方法，以通过提供平行的DC电流控制回路来避免或减轻与DC电流控制相关联的动态限制。
根据本公开内容的一个或更多个方面提供了一种电机驱动器，该电机驱动器具有电流源整流器、电流源逆变器、中间DC电路以及控制器，该控制器通过提供逆变器开关控制信号来实现一个或更多个电机控制回路以控制电机负载的操作。控制器实现与一个或更多个电机控制回路平行的DC电流控制回路以根据至少部分地独立于一个或更多个电机命令信号或值而推导的至少一个DC电流命令信号或值，提供用于转换AC输入电力的整流器开关控制信号以调节提供至中间DC电路的DC电流。
在某些实施方式中，控制器通过根据恒定DC电流命令例如电流源整流器的最大额定DC电流而提供整流器控制信号来实现独立于一个或更多个电机控制回路的DC电流回路，并且在某些实现中，控制器可以使用户能够调节电流命令。此外，在各种实施方式中，控制器利用调制指数、根据来自至少一个电机控制回路的至少一个逆变器电流命令信号或值来向逆变器提供经脉冲宽度调制的开关控制信号，所述调制指数是根据通过整流器DC电流值而按比例调整的至少一个逆变器电流命令信号或值的量值来计算的。
在某些实施方式中，CSC转换器控制器基于DC电流命令信号或值来提供整流器控制信号，所述DC电流命令信号或值被计算为来自一个或更多个电机控制回路的一个或更多个逆变器电流命令信号或值的量值与增益值的乘积，其中该增益值大于1.0，例如在某些实现中为约1.1-1.5。此外，在某些实施方式中，控制器可以被编程为使用户能够调节增益值。在一些实施方式中，控制器通过针对电机控制回路误差的增大而选择性地增大增益，并且反之亦然，来根据一个或更多个电机控制回路误差信号或值——例如速度误差、扭矩误差、磁通误差等——来自动地调节增益值。以此方式，基于需求来增大通过非单位值增益因子所提供的额外容限以便于高动态响应，并且随着电机控制接近所期望的工作条件，减小增益以避免过度的效率损失。
控制器的某些实现在电机驱动器上电时和电机驱动器上电之后的预定时间内、利用最大额定DC电流命令信号或值来操作电流源整流器，并且其后，利用被计算为逆变器电流命令信号或值的量值与增益值的乘积的DC电流命令信号或值来操作电流源整流器，其中该增益值大于1.0。以此方式，在电机驱动器启动时，控制器可以潜在地适应高扭矩要求，并且其后，控制器根据非单位值增益来控制整流器以提高效率和随后所需的高动态性能。
本公开内容的其他方面提供一种用于电流源转换器控制的方法，该方法包括：通过根据至少一个负载命令信号或值而提供电流源逆变器开关控制信号，来实现一个或更多个负载控制回路；至少部分地独立于至少一个负载命令信号或值来计算DC电流命令信号或值；以及通过根据DC电流命令信号或值提供整流器开关控制信号，来实现与一个或更多个负载控制回路平行的DC电流控制回路。
根据本公开内容的其他方面，提供一种非暂态计算机可读介质，所述非暂态计算机可读介质具有用于执行电机驱动控制方法的计算机可执行指令。
附图说明
以下描述和附图详细阐述了本公开内容的某些说明性实现，这些实现指示了其中可以实施本公开内容的各种原理的若干示例性方式。然而，所示出的示例未穷举本公开内容的许多可能实施方式。将在下面的结合附图考虑的具体实施方式中阐述本公开内容的其他目的、优点和新颖特征，其中：
图1是示出根据本公开内容的一个或更多个方面的实现平行DC电流控制回路的示例性电流源转换器(CSC)AC电机驱动器的示意图；
图2是示出根据本公开内容的利用独立于其他控制回路而被控制的平行DC电流回路来实现多回路控制方案的电机驱动控制器的第一实施方式的细节的示意性dq坐标图；
图3是示出具有根据基于所要求的逆变器电流值、利用非单位值增益值所计算的命令值而操作的平行DC电流回路的另一电机驱动控制器实施方式的细节的示意性dq坐标图；
图4是示出根据图3的控制配置的CSC电机驱动器的启动操作的流程图；
图5是示出在图1和图3的CSC电机驱动器的启动期间随时间变化的DC电流回路参考命令值的曲线图；
图6是示出根据本公开内容具有根据速度误差值而确定的可调节增益的平行DC电流回路的第三电机驱动控制器实施方式的细节的示意图；以及
图7是示出具有作为最内部回路的DC电流回路的嵌套控制回路配置的示意图。
具体实施方式
现在参照附图，在下文中结合附图描述了若干实施方式或实现，其中，全文中相同的附图标记用于表示相同的元素，并且其中，各种组件未必按比例绘制。
图1示出了示例性电流源转换器(CSC)电机驱动器10，其具有接收来自提供输入电压Va、Vb和Vc的三相源2的输入功率的三相AC输入端4。CSC驱动器10包括电流源整流器30，该电流源整流器30具有通过LC输入滤波器20连接至源2的半导体闸流管开关S1-S6，该LC输入滤波器20具有进线电抗器La.f、Lb.f和Lc.f和Y形连接的滤波器电容器Cf.a、Cf.b和Cf.c。整流器开关S1-S6单独地耦接于相应AC输入线与连接至中间DC链路电路40的第一(例如上)DC电流通路和第二(例如下)DC电流通路中的一个之间。DC链路电路40提供用于向电流源逆变器50的DC输入端提供受控DC链路电流Idc的DC链路扼流圈或电感Ldc1、Ldc2，电流源逆变器50通过逆变器开关器件S7-S12的操作来提供可变频率、可变幅度AC输出电流以驱动电机负载6。将通过电流源逆变器50所提供的AC输出，通过输出滤波器70提供至所示实施方式中的电机负载6，其中输出滤波器70包括Y形连接的输出滤波器电容器Cf.u、Cf.v和Cf.w。逆变器开关器件S7-S12能够根据逆变器开关控制信号66a工作以选择性地将中间DC电路40的DC电流通路中相应一个耦接至相应AC输出节点，以提供受控AC输出电流is.u、is.v、is.w来驱动电机负载6。虽然在电机驱动型电力转换系统10的背景下进行说明和描述，但是可以以驱动电机或其他类型的负载6的其他形式的电力转换系统来采用所公开的各种构思。在本示例中的电机负载6连接至解析器7，该解析器7提供用于控制电机驱动器10的转子速度反馈信号或值ωr，然而其中转子速度是基于一个或更多个所感测的电机驱动工作参数来被估算的其他实施方式也是可行的。
如在图1中进一步所见，CSC电机驱动器10包括驱动器控制器60，该驱动器控制器60实现整流器开关控制器62，该整流器开关控制器62利用任何适当脉冲宽度调制(PWM)技术向整流器开关S1-S6提供整流器开关控制信号62a，以使整流器30转换所接收的三相AC输入功率从而向中间DC链路电路40提供受控DC链路电流Idc。此外，整流器控制器62根据平行DC电流控制回路63P来提供控制信号62a。电流源逆变器50接收来自链路电路40的DC电流并且包括单独地耦接于正或负DC链路输出端子中的一个与连接至电机负载6的相应输出相之间的逆变器开关S7-S12。逆变器开关S7-S12是根据通过驱动控制器60的逆变器开关部件66所提供的逆变器开关控制信号66a来工作的，驱动控制器60根据任何适当的脉冲宽度调制技术生成信号66a以转换来自链路电路40的DC电流，从而向电机负载6提供可变频率、可变幅度的AC输出电流。另外，如下文进一步描述，逆变器控制器66根据一个或更多个电机控制回路68来提供逆变器开关控制信号66a。
电流源整流器30和电流源逆变器50可以采用任何适当形式的开关器件S1-S12，其包括但不限于半导体闸流管、绝缘栅双极型晶体管(IGBT)、硅可控整流器(SCR)、闸门可关断的半导体闸流管(GTO)、集成闸门换流半导体闸流管(IGCT)等。此外，如之前所述，所示电流源整流器30采用特别地适于与中压电机驱动器相关联的开关电压的半导体闸流管。控制器60及其开关控制部件62和66可以利用任何适当的基于处理器的电路系统来被实现，所述电路包括但不限于根据程序指令操作以实现本文所阐述的各种电机控制功能以及已知的其他电机控制功能而工作的一个或更多个处理元件以及相关电子存储器。
简单地参照图7，示出了针对中压电流源转换器电机驱动器的嵌套多回路控制配置，其中DC电流控制回路63S被提供为最内部回路。如之前所述，利用电流源转换器技术的中压AC电机驱动器通常限于小于500Hz的最大电流源整流器开关频率，这主要是由于与DC链路扼流圈或电感相关联的长的时间常量以及使用半导体闸流管S1-S6以经受相对高的开关电压。磁场定向控制(FOC)方法采用若干回路例如在一个或更多个外围电机控制回路68内串联连接的DC电流回路63S，例如用于控制逆变器电流的dq电流回路和可能的dq电压回路、磁通回路68B、扭矩控制回路68C和速度回路68A。然而，将电流源整流器回路63S的工作限制到相对低的整流器载波频率导致对所有外围控制回路68的动态限制，从而限制了相关的交越频率。
现在参照图1和图2，本公开内容提供新颖的电流源转换器控制拓扑，在该拓扑中，与图7中所示的方法相比提高了动态性能。特别地，控制器60被编程为各种实施方式以实现用于控制电机或其他负载6的工作的多回路控制方案，其中，DC电流控制回路63P与一个或更多个电机控制回路68平行并且根据至少部分地独立于电机命令信号或值而推导的DC电流命令信号或值I*dc.ref工作。在图2的示例中，控制器60根据期望的转子速度信号或值ω*r,,来实现速度控制回路68A，同时根据期望的转子磁通值Ψ*来实现磁通控制回路68B，并且实现根据扭矩命令信号或值T*工作的扭矩控制回路68C。虽然本示例采用了三个嵌套控制回路68，但是可以使用多种其他电机控制方案，其中一个或更多个电机控制回路68是根据相应工作参数来控制的。例如，可以通过移除磁通控制回路来修改图2所示的控制方案，其中d轴定子电流命令值I*s.d被设置为固定值，例如额定d轴电流量。
如本文所使用，控制回路是用于生成针对相应转换器级的开关控制信号的命令值的闭合回路计算，例如图1的电流源整流器30和电流源逆变器50。此外，如图2中所见，例如，控制回路63P和68根据代表电机驱动器10的内部状态和/或工作参数的一个或更多个反馈信号或值来工作，其中反馈信号或值能够通过直接测量驱动器10内和/或所驱动负载6内的条件来获得，和/或反馈信号或值能够根据所测量或所估算的信号或值来计算或推导。
图2的示例提供了利用速度比例积分(PI)控制部件68A而实现的外部速度回路，该速度比例积分(PI)控制部件68A接收作为输入的速度误差信号ωerr并且提供所示的扭矩命令输出信号T*。外部转子速度控制回路68A提供被控制以将所驱动电机60的转子速度调节至设定点或速度命令值ω*r的闭合回路，该设定点或速度命令值ω*r能够被提供为来自用户接口或来自所连接网络或分层控制系统(未示出)的CSC电机驱动器10的输入。从一个示例中的图1的解析器7获得反馈转子速度值ωr，并且从速度命令值ω*r减去该反馈转子速度值ωr以获得速度误差信号ωerr以如图2所示提供输入至速度PI控制器68A。此外，在该实现中，控制器60根据速度命令值ω*r——在该情况下根据与转子磁通和转子速度有关的预定义曲线——来推导磁通命令参考信号或值Ψ*r。从磁通命令Ψ*r减去(所测量或推导的)d轴反馈磁通值Ψ*r.d以生成由磁通PI控制器68B用作输入的磁通误差信号Ψerr，从而提供磁通控制回路，该磁通控制回路输出由扭矩控制回路68C用作输入的d轴电机定子电流命令或设定点信号I*s.d。磁通反馈值Ψ*r.d也通过代表电机极的数目和电机电感的(3/2)*p*Lm/Lr(如图2中所示)按比例调整，并且扭矩命令值T*除以上述结果以提供q轴定子电流设定点或命令值I*s.q作为扭矩控制回路68C的另一输入。将针对电机定子电流和电压Is.d Is.q Vs.s和Vs.q的实际所测量或所推导的值通过任何适当的信号和/或值感测或计算技术提供(在本示例中在d轴和q轴参考帧中)至扭矩回路控制部件68C。因此，来自磁通回路68B和速度回路68A的电流命令值被提供为内部扭矩控制回路68C的命令输入。该扭矩回路的输出是所要求的d轴逆变器电流值i*inv.d和q轴逆变器电流值i*inv.q。扭矩控制回路68C可以基于d轴定子电流命令值和q轴定子电流命令值以及一个或更多个反馈值来实现任何适当的控制计算例如比例积分(PI)、比例积分微分(PID)或其他适当调节控制配置，以生成d轴逆变器电流要求值i*inv.d和q轴逆变器电流要求值i*inv.q。
然后逆变器电流要求值i*inv.d和i*inv.q被提供为电流源逆变器50的输入，其中，图1中的逆变器控制部件66生成控制信号66a以操作CSI开关S7-S12从而相应地驱动电机负载6。因此，如图2中所见，控制器60通过提供逆变器开关控制信号66a来实现电机控制回路68，以控制电机负载6的速度、扭矩和磁通工作参数ωr、T和Ψ。从而逆变器50的开关操作以闭合回路方式、根据相应的电机命令信号或值ω*r、T*和Ψ*使来自中间DC电路40的DC电流进行转换以调节提供至电机负载6的AC输出电流is.u,is.v,is.w。在图2的示例中，电流源逆变器控制66根据来自控制回路68的逆变器电流要求值i*inv.d和i*inv.q并且也根据调制指数“m”来采用空间矢量调制以生成经脉冲宽度调制的开关控制信号66a，其中，根据以下等式(1)，该调制指数“m”根据命令i*inv.d和i*inv.q的、通过DC电流idc的值按比例调整的量值来被计算：
如图2中进一步所示，根据以下等式(2)，d轴逆变器电流值i*inv.d和q轴逆变器电流值i*inv.d也用于计算期望的整流器角度值
由逆变器控制器66使用整流器角度值以基于定子角度值θs来计算逆变器角输入θinv，该定子角度值θs被计算为从解析器7所接收的电机侧滑角ωsl和转子角度ωr之和的积分。
根据本公开内容的一个或更多个方面，控制器60通过以闭合回路方式、根据DC电流命令信号或值I*dc.ref向整流器30提供整流器信号62a以选择性地转换AC输入功率来调节DC电流Idc，实现如图2所示的平行DC电流控制回路63P，其中该DC电流命令信号或值I*dc.ref是至少部分地独立于电机命令信号或值ω*r、T*和Ψ*所推导的。如图2中所见，例如，DC电流命令值I*dc.ref是完全独立于电机控制回路68的工作而被推导的。这与图7的控制方案相反，在图7的方案中，DC电流命令值I*dc.ref是基于来自扭矩控制器68C的d轴逆变器电流要求值i*inv.d和q轴逆变器电流要求值i*inv.q的量值(例如其平方之和的平方根)来被计算的。
在图2中通过提供单独或平行的DC电流控制回路63P，从而，用在电流源整流器30中的半导体闸流管的开关频率限制以及与中间电路40的DC链路扼流圈Ldc1、Ldc2相关联的任何长度的时间常量不作为对电机控制回路68的工作的动态限制来操作。因此，整个电机驱动器10可以通过控制器60来工作以对负载6中的任何变化——例如增大的扭矩需求和/或所要求速度、扭矩或磁通中的步进变化——快速地作出反应。因此，电流源整流器30可以利用半导体闸流管或能够适应高开关电压的其他开关器件S1-S6，并且可以使用适当的DC链路扼流圈电感值，同时比利用图7所示的配置更有可能关于控制电机负载6而实现较高的动态性能。
在图2的示例中，控制器60以闭合回路方式、根据恒定DC电流命令信号或值I*dc来调节由电流源整流器30提供至中间DC电路40的DC电流Idc，其中恒定DC电流命令信号或值I*dc完全独立于电机控制回路68的工作。在一个可能的实现中，恒定DC电流命令信号或值I*dc.ref代表电流源整流器30的最大额定DC电流Idc.max。此外，在某些实施方式中，控制器60被编程为使用户能够例如经由可操作地关联于电机驱动器10的用户接口或相连网络(未示出)来调节恒定DC电流命令信号或值I*dc.ref。
现在参照图3至图5，示出了另一实施方式，在该实施方式中，控制器60实现DC电流控制回路63P从而以闭合回路方式、根据命令信号或值I*dc.ref来提供整流器开关控制信号62a，该命令信号或值I*dc.ref被计算为来自电机控制回路68的d轴逆变器电流命令信号或值i*inv.d和q轴逆变器电流命令信号或值i*inv.q的量值与增益值GAINdc的乘积，其中该增益值GAINdc大于1.0。如图3所示，例如，根据以下等式(3)，值I*dc是在控制器60的增益部件80中基于逆变器电流命令i*inv.d和i*inv.q来被计算的：
此外，在所示实现中，增益值GAINdc处于从1.1到1.5的范围中，然而也可以使用保持增益大于单位值(GAINdc>1.0)的其他预定义范围的增益值。以这种方式，增益值GAINdc提供一定容限，以使得电机控制回路68能够动态地响应所要求的性能的变化和/或负载变化，同时在任何给定时间仍然确保适当的DC链路电流I*dc以适应电流源逆变器50的需求。应当指出，在DC电流命令值I*dc.ref被设置为最大额定电流或其他相对高的值的情况下，图2中的操作会导致电流源整流器30的高开关损失，然而在图3的实现中增益因子的使用限制了低效率损失，同时与图7的方法相比仍然提供动态性能的改进。在某些实施方式中，增益因子GAINdc可以是用户可调节的。
在图3的实施方式中，除非所计算的值会超过最大值Idc.max，否则控制器60也可以采用逻辑82来将DC电流命令值I*dc.com设置为使用等式(3)所获得的值，在该情况下，控制器会将命令限制到最大值Idc.max。如图3中进一步所见，在电机驱动器10上电时和电机驱动器10上电之后的预定时间段(例如在一个实现中为4秒)，控制器60通过经由逻辑部件84(仅出于说明的目的示意性地显示为开关Sw1和Sw2)确定值Idc.sw初始地将DC电流命令信号或值I*dc.ref设置为最大值Idc.max，在其之后，根据等式(3)命令I*dc.ref被计算为逆变器电流命令信号量值(d轴命令值i*inv.d和q轴命令值i*inv.q的平方之和的平方根)与增益值GAINdc的乘积。图3所示的实施方式还包括渐变函数部件86和另一逻辑88，其基于值Idc.sw选择性地计算DC电流命令值I*dc.ref，以使得在第二预定时间段内，例如经由1秒渐变函数86，值的变化不急剧，该第二预定时间段例如是在电机驱动器上电之后经由逻辑88的6秒，其中逻辑88提供如利用仅出于说明目的的开关Sw3和Sw4所显示的开关函数。
同时参照图4和图5，图4示出了用于控制电流源转换器电机驱动器10的示例方法或过程100，其在某些实施方式中能够被实现在所示的控制器60中。在图4的102，启动电机驱动器10，并且在104控制器60将DC链路电流命令值设置为最大值(I*dc.ref＝Idc.max)。在106，确定自电机驱动器10上电之后是否已经经过4秒，并且一旦已经经过该时间段(在106的“是”)，则在108控制器60利用增益值GAINdc和逆变器电流命令i*inv.d和i*inv.q基于以上的等式(3)来计算DC链路电流命令值I*dc。在110，控制器60可选地使DC链路电流命令值渐变至所计算的值(例如经由图3的渐变部件86)，并且过程100也可以可选地包括如以下结合图6进一步讨论的那样，在112根据一个或更多个电机控制误差信号或值来调节增益值GAINdc。
图5提供了说明示例性曲线122的曲线图120，该示例性曲线122示出了在时间t＝0处电机驱动器10上电之后随时间变化的DC链路电流命令值I*dc.ref。如在该示例中所见，在上电时，电流命令值122初始地被设置为最大值Idc.max，并且然后经由渐变部件86逐渐地向下渐变至所计算的值Idc.com＝Idc。如曲线图120中所见，所产生的控制设定点或命令值Idc.ref122保持在由逆变器控制66所需的电流量值以上的容限124，其中在启动时初始容限124a相当大，以便于潜在地适应电机负载6的大电流和/或扭矩需求，并且之后容限减小至与增益值GAINdc相当的值124b，以便于提供受控量的可用电流以适应负载变化、设定点变化等，同时减小了电流源整流器30中的开关损失量。
现在参照图6，示出了另一可能的实施方式，其中控制器60根据一个或更多个误差信号或值——例如针对一个或更多个相应电机控制回路68所计算的速度误差ωerr、扭矩误差Terr和/或磁通误差Ψerr——来自动地调节增益值GAINdc。图6示出了这样的示例，其中增益值GAINdc根据基于转子速度误差信号或值ωerr的函数部件81来被修改，其中该增益调节是在预定义范围(例如在情况下为1.1-1.5)内。所产生的所计算增益值GAINdc经由乘法器部件83乘以所计算电流命令值Idc(基于逆变器电流命令i*inv.d和i*inv.q的量值)以通过逻辑82进行选择性限制，其中如以上结合图3描述的那样启动逻辑84、86和88。此外，在本示例中，控制器60针对误差信号或值ωerr的增大而选择性地增大增益值GAINdc，并且反之亦然。以这种方式，当误差信号大时候提供额外增益(并且因此，用于改进的动态性能的额外容限)，并且之后随着误差信号减小，增益(并且因此容限)在受控范围(例如在本示例中为1.1-1.5)内减小，使得不显著地损害电机驱动效率，并且基于所需来提供额外增益以便于改进的动态性能。其他实现也是可能的，其中一个或更多个误差值(例如速度误差信号或值ωerr、扭矩误差信号或值Terr、磁通误差信号或值Ψerr等和/或其组合)被用于选择性地调节增益值GAINdc。例如，增益GAINdc可以根据速度误差和扭矩误差二者或用在控制器60中或由控制器60计算的误差信号或值的其他组合来被自动地修改。
以上示例仅示出了本公开内容的各个方面的若干可能的实施方式，其中本领域其他技术人员在阅读并理解本说明书和所附附图时将设想到等同替换和/或修改。特别地关于通过上述部件(组件、装置、系统和电路等)所执行的各种功能，除非另外指示，否则用于描述这样的部件的术语(包括对“装置”的引用)意在对应于任何部件如硬件、处理器执行的软件或其组合，其执行所描述部件的指定功能(亦即在功能上等效)，即使对于在本公开内容的所示实施方式中执行功能的所公开的结构而言并非在结构上等同。另外，虽然已经关于若干实现中的仅一个实现公开了本公开内容的特定特征，但是针对任何给定或具体应用而言，将会期望并且有利的是，可以将这样的特征与其他实现的一个或多个其他特征进行组合。同样，对于在详细描述和/或权利要求中使用的术语“包括”、“具有”或其变型而言，这样的术语意在以类似于术语“包含”的方式那样是开放式包括的。

Claims (20)

1.一种电机驱动器(10)，包括：
电流源整流器(30)，其包括根据多个整流器开关控制信号(62a)中的相应一个整流器开关控制信号能够单独工作的多个整流器开关器件(S1-S6)以提供受控DC电流(Idc)；
中间DC电路(40)，其包括至少一个电感(Ldc1，Ldc2)以及第一DC电流通路和第二DC电流通路，所述第一DC电流通路和所述第二DC电流通路与所述电流源整流器(30)的相应的第一DC输出节点和第二DC输出节点耦接；
电流源逆变器(50)，其包括多个逆变器开关器件(S7-S12)，所述多个逆变器开关器件(S7-S12)根据多个逆变器开关控制信号(66a)中的相应一个逆变器开关控制信号能够单独工作以选择性地将所述中间DC电路(40)的所述第一DC电流通路和所述第二DC电流通路中的相应的一个DC电流通路与相应的AC输出节点耦接，以提供用于驱动电机负载(6)的受控AC输出电流(is.u,is.v,is.w)；以及
控制器(60)，其被编程为通过以闭合回路方式、根据至少一个电机命令信号或值(ω*r,T*,Ψ*)来提供所述逆变器开关控制信号(66a)以使所述电流源逆变器(50)选择性地转换来自所述中间DC电路(40)的DC电流以调节提供至所述电机负载(6)的所述AC输出电流(is.u,is.v,is.w)，来实现用于控制所述电机负载(6)的至少一个工作参数(ωr,T,Ψ)的至少一个电机控制回路(68)，所述控制器(60)被编程为通过以闭合回路方式、根据至少一个DC电流命令信号或值(I*dc.ref)来提供所述整流器开关控制信号(62a)以使所述电流源整流器(30)选择性地转换AC输入功率以调节由所述电流源整流器(30)提供至所述中间DC电路(40)的所述DC电流(Idc)，来实现与所述至少一个电机控制回路(68)平行的DC电流控制回路(63P)，所述至少一个DC电流命令信号或值(I*dc.ref)是至少部分地独立于所述至少一个电机命令信号或值(ω*r,T*,Ψ*)来被推导的，
其中，所述控制器(60)被编程为通过在所述电机驱动器(10)上电时、根据所述DC电流命令信号或值(I*dc.ref)提供所述整流器开关控制信号(62a)，来实现所述DC电流控制回路(63P)，其中在所述电机驱动器(10)上电时和所述电机驱动器(10)上电之后的预定时间段内，所述DC电流命令信号或值(I*dc.ref)被设置为所述电流源整流器(30)的最大额定DC电流(Idc.max)，并且其后，所述DC电流命令信号或值(I*dc.ref)被计算为来自所述至少一个电机控制回路(68)的至少一个逆变器电流命令信号或值(i*inv.d,i*inv.q)的量值与增益值(GAINdc)的乘积，其中所述增益值(GAINdc)大于1.0。
2.根据权利要求1所述的电机驱动器(10)，其中，所述控制器(60)被编程为通过以闭合回路方式、根据恒定DC电流命令信号或值(I*dc)提供所述整流器开关控制信号(62a)以使所述电流源整流器(30)选择性地转换AC输入功率以调节由所述电流源整流器(30)提供至所述中间DC电路(40)的所述DC电流(Idc)，来实现独立于所述至少一个电机控制回路(68)的所述DC电流控制回路(63P)。
3.根据权利要求2所述的电机驱动器(10)，其中，所述恒定DC电流命令信号或值(I*dc.ref)代表所述电流源整流器(30)的最大额定DC电流(Idc.max)。
4.根据权利要求2所述的电机驱动器(10)，其中，所述控制器(60)被编程为使用户能够调节所述恒定DC电流命令信号或值(I*dc.ref)。
5.根据权利要求2所述的电机驱动器(10)，其中，所述控制器(60)被编程为利用调制指数(m)、根据来自所述至少一个电机控制回路(68)的至少一个逆变器电流命令信号或值(i*inv.d,i*inv.q)来提供经脉冲宽度调制的逆变器开关控制信号(66a)，其中所述调制指数(m)是根据所述至少一个逆变器电流命令信号或值(i*inv.d,i*inv.q)的、通过所述DC电流(Idc)的值而被按比例调整的量值来被计算的。
6.根据权利要求1所述的电机驱动器(10)，其中，所述控制器(60)被编程为通过以闭合回路方式、根据DC电流命令信号或值(I*dc.ref)来提供所述整流器开关控制信号(62a)，来实现所述DC电流控制回路(63P)，其中所述DC电流命令信号或值(I*dc.ref)被计算为来自所述至少一个电机控制回路(68)的至少一个逆变器电流命令信号或值(i*inv.d,i*inv.q)的量值与增益值(GAINdc)的乘积，其中所述增益值(GAINdc)大于1.0。
7.根据权利要求6所述的电机驱动器(10)，其中，所述增益值(GAINdc)在1.1和1.5之间。
8.根据权利要求7所述的电机驱动器(10)，其中，所述控制器(60)被编程为使用户能够调节所述增益值(GAINdc)。
9.根据权利要求7所述的电机驱动器(10)，其中，所述控制器(60)被编程为根据针对所述至少一个电机控制回路(68)所计算的至少一个误差信号或值(ωerr,Terr,Ψerr)来自动地调节所述增益值(GAINdc)，其中所述控制器(60)针对所述至少一个误差信号或值(ωerr,Terr,Ψerr)的增大而选择性地增大所述增益值(GAINdc)，并且反之亦然。
10.根据权利要求6所述的电机驱动器(10)，其中，所述控制器(60)被编程为使用户能够调节所述增益值(GAINdc)。
11.根据权利要求6所述的电机驱动器(10)，其中，所述控制器(60)被编程为根据针对所述至少一个电机控制回路(68)所计算的至少一个误差信号或值(ωerr,Terr,Ψerr)，在预定义范围内自动地调节所述增益值(GAINdc)，其中所述控制器(60)针对所述至少一个误差信号或值(ωerr,Terr,Ψerr)的增大而在所述预定义范围内选择性地增大所述增益值(GAINdc)，并且反之亦然。
12.根据权利要求11所述的电机驱动器(10)，其中，所述控制器(60)被编程为至少部分地根据针对所述至少一个电机控制回路(68)所计算的速度误差信号或值(ωerr)，在所述预定义范围内自动地调节所述增益值(GAINdc)。
13.根据权利要求12所述的电机驱动器(10)，其中，所述控制器(60)被编程为至少部分地根据针对所述至少一个电机控制回路(68)所计算的扭矩误差信号或值(Terr)，在所述预定义范围内自动地调节所述增益值(GAINdc)。
14.根据权利要求11所述的电机驱动器(10)，其中，所述控制器(60)被编程为至少部分地根据针对所述至少一个电机控制回路(68)所计算的扭矩误差信号或值(Terr)，在所述预定义范围内自动地调节所述增益值(GAINdc)。
15.根据权利要求11所述的电机驱动器(10)，其中，所述控制器(60)被编程为至少部分地根据针对所述至少一个电机控制回路(68)所计算的磁通误差信号或值(Ψerr)，在所述预定义范围内自动地调节所述增益值(GAINdc)。
16.根据权利要求11至15中任一项所述的电机驱动器(10)，其中，所述预定义范围是在1.1至1.5之间。
17.根据权利要求16所述的电机驱动器(10)，其中，所述控制器(60)被编程为使用户能够调节所述增益值(GAINdc)。
18.根据权利要求16所述的电机驱动器(10)，其中，所述控制器(60)被编程为根据针对所述至少一个电机控制回路(68)所计算的至少一个误差信号或值(ωerr,Terr,Ψerr)来自动地调节所述增益值(GAINdc)，其中所述控制器(60)针对所述至少一个误差信号或值(ωerr,Terr,Ψerr)的增大而选择性地增大所述增益值(GAINdc)，并且反之亦然。
19.一种用于控制电流源转换器(10)的方法(100)，所述电流源转换器(10)具有电流源整流器(30)、驱动AC负载(6)的电流源逆变器(50)以及中间DC电路(40)，所述方法(100)包括：
使用至少一个处理器(60)、通过以闭合回路方式、根据至少一个负载命令信号或值(ω*r,T*,Ψ*)提供逆变器开关控制信号(66a)以使所述电流源逆变器(50)选择性地转换来自所述中间DC电路(40)的DC电流以调节被提供至所述AC负载(6)的AC输出电流(is.u,is.v,is.w)，来实现用于控制负载(6)的至少一个工作参数(ωr,T,Ψ)的至少一个负载控制回路(68)；
使用所述至少一个处理器(60)、至少部分地独立于所述至少一个负载命令信号或值(ω*r,T*,Ψ*)来计算至少一个DC电流命令信号或值(I*dc.ref)；以及
使用所述至少一个处理器(60)、通过以闭合回路方式、根据所述至少一个DC电流命令信号或值(I*dc.ref)提供整流器开关控制信号(62a)以使所述电流源整流器(30)选择性地转换AC输入功率以调节被提供至所述中间DC电路(40)的DC电流(Idc)，来实现与所述至少一个负载控制回路(68)平行的DC电流控制回路(63P)，
其中，使用所述至少一个处理器(60)，通过在所述电流源转换器(10)上电时、根据所述DC电流命令信号或值(I*dc.ref)提供所述整流器开关控制信号(62a)，来实现所述DC电流控制回路(63P)，其中在所述电流源转换器(10)上电时和所述电流源转换器(10)上电之后的预定时间段内，所述DC电流命令信号或值(I*dc.ref)被设置为所述电流源整流器(30)的最大额定DC电流(Idc.max)，并且其后，所述DC电流命令信号或值(I*dc.ref)被计算为来自所述至少一个负载控制回路(68)的至少一个逆变器电流命令信号或值(i*inv.d,i*inv.q)的量值与增益值(GAINdc)的乘积，其中所述增益值(GAINdc)大于1.0。
20.一种具有计算机可执行指令的非暂态计算机可读介质，所述计算机可执行指令用于控制电流源转换器(10)，所述电流源转换器(10)具有电流源整流器(30)、驱动AC负载(6)的电流源逆变器(50)以及中间DC电路(40)，所述非暂态计算机可读介质包括用于执行以下步骤的计算机可执行指令：
通过以闭合回路方式、根据至少一个负载命令信号或值(ω*r,T*,Ψ*)提供逆变器开关控制信号(66a)以使所述电流源逆变器(50)选择性地转换来自所述中间DC电路(40)的DC电流以调节被提供至所述AC负载(6)的AC输出电流(is.u,is.v,is.w)，来实现用于控制负载(6)的至少一个工作参数(ωr,T,Ψ)的至少一个负载控制回路(68)；
至少部分地独立于所述至少一个负载命令信号或值(ω*r,T*,Ψ*)来计算至少一个DC电流命令信号或值(I*dc.ref)；以及
通过以闭合回路方式、根据所述至少一个DC电流命令信号或值(I*dc.ref)提供整流器开关控制信号(62a)以使所述电流源整流器(30)选择性地转换AC输入功率以调节被提供至所述中间DC电路(40)的DC电路(Idc)，来实现与所述至少一个负载控制回路(68)平行的DC电流控制回路(63P)，
其中，通过在所述电流源转换器(10)上电时、根据所述DC电流命令信号或值(I*dc.ref)提供所述整流器开关控制信号(62a)，来实现所述DC电流控制回路(63P)，其中在所述电流源转换器(10)上电时和所述电流源转换器(10)上电之后的预定时间段内，所述DC电流命令信号或值(I*dc.ref)被设置为所述电流源整流器(30)的最大额定DC电流(Idc.max)，并且其后，所述DC电流命令信号或值(I*dc.ref)被计算为来自所述至少一个负载控制回路(68)的至少一个逆变器电流命令信号或值(i*inv.d,i*inv.q)的量值与增益值(GAINdc)的乘积，其中所述增益值(GAINdc)大于1.0。
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