CN105164911B - 用于控制同步电动机器的方法、相应的系统和包括该系统的机动车辆 - Google Patents
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Abstract
一种用于对由蓄电池提供动力的永久磁体同步电动机器进行控制的方法,该蓄电池向该电动机器的端子处输送电源电压,该方法包括:在旋转系中计算(E01)初始直电压分量和初始正交式电压分量,‑检查饱和状态(E02),‑计算(E03)公式(I)的角度:‑如果α负向地变化并且Vdc是正的或者如果α正向地变化并且Vdc是负的,则生成(E04)有待施加于该电动机器的电压。本发明可适用于控制同步电动机器。
Description
技术领域
本发明涉及对带有永久磁体的同步电动机器的控制并且具体是对旨在安装在电力驱动或混合驱动的机动车辆中的电动机器的控制。
背景技术
在电力驱动的机动车辆中,电动机所供应的转矩必须受到控制。由于来自电动机器的转矩与其中流动过的电流直接关联,所以必须精确控制这些电流。
在同步机器中,值得注意的是,三相同步机器带有永久磁体和轴向磁通量,在定子的三个相位中流动的电流是正弦的并且每个电流相移了这些电流在电动机器中创造旋转磁场。转子由永久磁体组成,例如配备有五对磁极。如在罗盘中一样,转子自然地对齐在定子所创造的旋转磁场上。因此,转子的旋转频率等于定子的电流频率。正是定子的电流的幅值和转子的磁体的功率创造了机器旋转所需的转矩。为了控制这些电流,因此,需要对定子的每个相位施加正弦电压,每个正弦电压相等地相移了
通常,更简单的是对常量而不是对正弦信号实施调节。派克变换(transformée dePark)通常用于将三相系统投影到二维空间上以获得等价的旋转参考系。因此,能够相对于三相系统的三个相位将定子的三个电流和三个正弦电压转置到以恒定信号的形式表达正弦信号的空间中(一个分量在直轴d上并且一个分量在正交轴q上)。在同步机器情况下,派克参考系与转子关联。
通过与在派克空间中表达的电流和电压一起工作,因此能够作用于电流和恒定电压而不是正弦信号以调节有待控制的三相机器。通过进行逆变换,能够还原到机器的正常参考系并且因此准确了解什么电压或什么电流施加于机器的每个相位。
通常,蓄电池用于对这些机器提供动力。蓄电池的使用限制了可能的控制。由于这种情况,所以不能够随便应用任何设定点。达到这些极限的设定点(如果它们被应用的话)能够致使机器不稳定。
在有待观察的约束当中,通常建议防止机器饱和。
将能够参考文献US 3851234,该文献描述了一种用于通过降低转矩电机的速度来避免磁饱和的方法。
还将能够参考文献US 5015937,该文献描述了根据数据表对带有开环回路绕线转子的同步机器的控制,旨在用于避免饱和。
文献US 6181091披露了对带有永久磁体的同步机器的控制,其中饱和是通过改变脉冲的宽度调制的操作而避免的,脉冲对电机的每个分支施加电压。
发明内容
本发明的目的是限制饱和状态的持续时间。本发明的另一个目的是保持对必须由电动机器供应的转矩的调节。
因此,根据第一方面,本发明的主题是一种用于对带有永久磁体、由蓄电池提供动力的同步电动机器进行控制的方法,该蓄电池在其端子处输送电源电压。
根据一个总体特征,该方法包括:
-在一个包括多条轴的旋转参考系中计算一个初始直电压分量和一个初始正交式(quadrature)电压分量,
-验证一种饱和状态,在该饱和状态下,在X轴上具有直电压分量并且Y轴上具有正交式电压分量的一个正交参考系中验证坐标为Vdc和Vqc的点在一个依赖于Vbat并且由一条等值线界定的范围之外,Vdc表示该初始直电压分量,Vqc表示初始正交式电压分量,并且Vbat表示该蓄电池的这些端子处的电源电压,并且如果该饱和状态被验证,
-计算一个角度
-如果α负向地变化并且Vdc是正的或者如果α正向地变化并且Vdc是负的,则生成有待施加于该电动机器的电压,通过确定所述等值线与穿过该正交参考系的原点的直线之间的相交点以及所述坐标为Vdc和Vqc的点,有待施加的该直电压分量是相交点的X轴而有待施加的该正交式电压分量是相交点的Y轴。
在本方法中,如果状态没有被验证,则施加已经施加的电压。如将理解到的,该方法是在瞬间实施的,其中两次实施之间的时期始终相同。如果在该方法中状态没有被验证,则将实施前一次实施的电压。
初始直电压分量和初始正交式电压分量的计算可以通过任何装置实施,例如,通过使用比例积分校正器或比例积分微分校正器。因此,根据本发明的方法可以使用现有系统实施。
范围可以是以正交参考系的原点为中心的半径为的圆。因此,如果大于则认为电动机器处于饱和模式下。如果此状态没有被验证,则在逆派克变换之后,能够施加在该方法的上次实施中所施加的电压。
饱和状态的验证可以包括与之间的比较。
并且,所述生成有待施加的电压可以包括:如果α负向地变化并且Vdc是正的或者如果α正向地变化并且Vdc是负的,则生成有待施加于该电动机器的电压,其中有待施加的一个直电压分量等于并且有待施加的一个正交式电压分量等于
为了获得良好的转矩并限制损耗,建议限制在直轴上流动的电流。因为这种情况,如果与电压Vdc的符号一起考虑的角度α的趋势指示直轴上的电压将增加,则通过施加使得能够保持此角度α的新电压值来脱离饱和状态。
如果该机器处于饱和模式下但直轴中有电压降低的趋势,则施加之前施加的电压。因此,获得良好的转矩。
并且,根据另一个方面,本发明的主题是一种用于对带有永久磁体、由蓄电池提供动力的同步电动机器进行控制的系统,该蓄电池在其端子处具有电压。
根据一个总体特征,该系统包括:
-计算装置,该计算装置被配置成用于在一个包括多条轴的旋转参考系中输送一个初始直电压分量和一个初始正交式电压分量,
-计算装置,该计算装置被配置成用于在X轴上具有直电压分量并且Y轴上具有正交式电压分量的一个正交参考系中验证一种饱和状态,该装置被配置成用于验证一种饱和状态,该饱和状态被配置成用于验证坐标为Vdc和Vqc的点在一个依赖于Vbat并且由一条等值线界定的范围之外,Vdc表示该初始直电压分量,Vqc表示该初始正交式电压分量并且Vbat表示该蓄电池的这些端子处的电源电压,并且如果该饱和状态被验证,
-计算装置,该计算装置被配置成用于如果所述状态被验证,则计算一个角度
-用于生成有待施加于该电动机器的电压的装置,该装置被配置成用于如果该饱和状态被验证并且如果α负向地变化并且Vdc是正的或者如果α正向地变化并且Vdc是负的,则确定所述等值线与穿过该正交参考系的原点的直线之间的相交点以及所述坐标为Vdc和Vqc的点,有待施加的该直电压分量是相交点的X轴而有待施加的该正交式电压分量是相交点的Y轴。
被配置成用于验证一种饱和状态的该计算装置可以被进一步配置成将与进行比较。
所述用于生成有待施加于该电动机器的电压的装置可以被进一步配置成用于如果α负向地变化并且Vdc是正的或者如果α正向地变化并且Vdc是负的,则生成一个有待施加的直电压分量和一个有待施加的正交式电压分量,该直电压分量等于并且该正交式电压分量等于
并且,根据又另一个方面,本发明的主题是电力驱动或混合驱动的机动车辆,该机动车辆包括一个带有永久磁体的同步机器和所述系统。
附图说明
通过阅读单纯作为非限定性实例并参见附图所给出的以下说明将明了本发明的其他目标、特征和优点,在附图中:
-图1展示了根据本发明的方法的不同步骤,
-图2展示了根据本发明的系统,并且
-图3展示了用于确定机器是否处于饱和状态下的图示。
具体实施方式
图1示意性地示出了根据本发明的一个方面的方法的步骤。在本实例中,该饱和状态对应于验证一个点在半径为的圆中。
本方法使得能够控制同步电动机器,例如,电力驱动或混合驱动的机动车辆的同步机器。
该方法包括一个在包括多条轴的旋转参考系(例如,派克参考系)中计算用Vdc表示的初始直电压分量和用Vqc表示的初始正交式电压分量的步骤E01。Vdc和Vqc的计算可以通过任何装置实施,例如,通过使用比例积分校正器或比例积分微分校正器。
然后,该方法包括一个测试步骤E02,在该步骤中,将与进行比较,Vbat是为电动机器提供动力的蓄电池所供应的电源电压。如果此状态没有被验证,则实施步骤E02’,在该步骤中,Vdc和Vqc被直接施加到该机器上。
如果大于则实施步骤E03以计算通过以下计算获得的用α表示的角度
角度α的计算使得能够实施另一个测试步骤E04,在该步骤中,在瞬间t,验证α相对于该方法在瞬间t-Δt的前一次实施如何变化,并且验证Vdc的符号。
如果α负向地变化并且Vdc是正的,或者如果α正向地变化并且Vdc是负的,则能够实施步骤E05并且将等于的电压施加于直轴和等于的电压施加于正交式轴。
如果步骤E04的测试没有被验证,则实施步骤E06,在该步骤中,施加在该方法的前一次实施时已经施加的电压。
图2示意性地展现了用于对带有永久磁体、由蓄电池提供动力的同步电动机器进行控制的系统SYS。
系统SYS的不同计算装置可以被包含在计算单元中,例如,机动车辆的电子控制单元。
该系统SYS包括计算装置1,该计算装置被配置成用于实施步骤E01和在包括多条轴的旋转参考系(例如,派克参考系)中输送初始直电压分量Vdc和初始正交式电压分量Vdc。Vdc和Vqc是在步骤E01中计算的、希望施加的电压设定点。
系统SYS还包括用于实施步骤E02并且被配置成用于将与进行比较的计算装置2。
系统SYS还包括被配置成用于如果大于则计算角度(和实施步骤E03)的计算装置3。
系统SYS还包括用于生成有待施加于该机器的电压的装置4,该装置被配置成用于(如果大于)如果α负向地变化并且Vdc是正的或者如果α正向地变化并且Vdc是负的,则生成一个有待施加的等于的分量和一个有待施加的等于直电压的正交式电压分量。
应注意的是,在派克空间中,有待控制用于同步机器的等式系统如下:
在Vd和Vq是施加于机器的派克平面的两条轴(分别是直轴和正交轴)上的电压的情况下,Id和Iq是在机器中在派克平面的两条轴(分别是直轴和正交轴)上流动的电流,Rs是机器的定子的等价电阻,Ld和Lq是机器的派克平面的每条轴(分别是直轴和正交轴)上的电感,ωr是机器的磁场的旋转速度(即,转子的旋转速度乘以机器的磁极对的数量),并且φf是转子的磁体所产生的磁通量。
针对Ld和Lq相等的机器,获得以下电磁转矩值Cem:
Cem=pΦfIq
-其中p是机器的磁极对的数量。
这是在避免饱和时应该保持的转矩。
图3是机器的派克平面的分别直轴和正交轴的电压值(X轴上的Vd和Y轴上的Vq)的图示。
在本图中,用粗线画的圆表示饱和极限。位于此圆内的操作点与非饱和操作状态对应。
通过计算,如果获得与VdcA和VqcA相对应的操作点A,则可以得出存在饱和的结论。然后,图3中展现的角度α可以被确定。
如果结论是角度α相对于该方法的上次实施已经降低,并且由于VdcA是正的,则通过选择在该圆与以角度α从原点开始的直线之间的相交点相对应的一个点来施加直轴和正交轴上的电压分量。此点在X轴上具有VdaA并且在Y轴上具有VqaA。
然而,如果角度α已经增加,则继续施加相同的电压值。
通过计算,如果获得与VdcB(负的)和VqcB相对应的操作点B,则可以得出存在饱和的结论。然后,图3中展现的角度α’可以被确定。
如果结论是角度α’相对于该方法的上次实施已经增加,并且由于VdcB是负的,则通过选择在该圆与以角度α’从原点开始的直线之间的相交点相对应的一个点来施加直轴和正交轴上的电压分量。此点在X轴上具有VdaB并且在Y轴上具有VqaB。
然而,如果角度α已经减小,则继续施加相同的电压值。
借助于本发明,可以快速脱离饱和状态,同时保持对电压的良好调节,具体是直轴上电流为零。
Claims (5)
1.一种用于对带有永久磁体、由蓄电池提供动力的同步电动机器进行控制的方法,该蓄电池在其端子处输送电源电压,其特征在于该方法包括:
-在一个包括多条轴的旋转参考系中计算(E01)一个初始直电压分量和一个初始正交式电压分量,
-验证一种饱和状态(E02),在验证该饱和状态中,在X轴上具有直电压分量并且Y轴上具有正交式电压分量的一个正交参考系中验证坐标为Vdc和Vqc的点在由一条半径为的圆的等值线界定的范围之外,Vdc表示该初始直电压分量,Vqc表示该初始正交式电压分量,并且Vbat表示该蓄电池的这些端子处的电源电压,并且如果该饱和状态被验证,
-计算(E03)一个角度
-如果α负向地变化并且Vdc是正的或者如果α正向地变化并且Vdc是负的,则通过确定在所述等值线与穿过该正交参考系的原点的直线之间的相交点以及所述坐标为Vdc和Vqc的点来生成有待施加于该电动机器的电压(E04),于是有待施加的该直电压分量是相交点的X轴分量而有待施加的该正交式电压分量是相交点的Y轴分量,然而,如果关于该角度α和该电压Vdc的这些状态没有被验证,则施加在先前实施该方法时已经施加的电压。
2.如权利要求1所述的方法,其中所述生成有待施加的电压(E03)包括如果α负向地变化并且Vdc是正的或者如果α正向地变化并且Vdc是负的,则生成有待施加于该电动机器的电压,其中有待施加的一个直电压分量等于并且有待施加的一个正交式电压分量等于
3.一种用于对带有永久磁体、由蓄电池提供动力的同步电动机器进行控制的系统,该蓄电池在其端子处具有电压,其特征在于该系统包括:
-第一计算装置(1),该第一计算装置被配置成用于在一个包括多条轴的旋转参考系中瞬间输送一个初始直电压分量和一个初始正交式电压分量,
-第二计算装置(2),该第二计算装置被配置成用于在X轴上具有直电压分量并且在Y轴上具有正交式电压分量的一个正交参考系中验证一种饱和状态,被配置成用于验证一种饱和状态的第二计算装置被配置成用于验证坐标为Vdc和Vqc的点在由一条半径为的圆的等值线界定的范围之外,Vdc表示该初始直电压分量,Vqc表示该初始正交式电压分量,并且Vbat表示该蓄电池的这些端子处的电源电压,并且如果该饱和状态被验证
-第三计算装置(3),该第三计算装置被配置成用于如果所述状态被验证,则计算一个角度
-装置(4),该装置用于生成有待施加于该电动机器的电压,该装置被配置成用于如果该饱和状态被验证并且如果α负向地变化并且Vdc是正的或者如果α正向地变化并且Vdc是负的,则确定在所述等值线与穿过该正交参考系的原点的直线之间的相交点以及所述坐标为Vdc和Vqc的点,有待施加的该直电压分量是相交点的X轴分量而有待施加的该正交式电压分量是相交点的Y轴分量,然而,如果该饱和状态被验证但关于该角度α和该电压Vdc的这些状态没有被验证,则有待施加的这些电压是该控制系统在前一瞬间施加的电压。
4.如权利要求3所述的系统,其中所述用于生成有待施加于该电动机器的电压的装置(4)被配置成用于如果α负向地变化并且Vdc是正的或者如果α正向地变化并且Vdc是负的,则生成一个等于的有待施加的直电压分量和一个等于的有待施加的正交式电压分量。
5.一种电力驱动或混合驱动的机动车辆,该机动车辆包括一个带有永久磁体的同步机器和如权利要求3或4所述的机器控制系统。
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