CN105340172A - 可变磁化机控制器 - Google Patents

Abstract

一种可变磁化机控制器(100)包括电流目标值模块(102)、磁化模块(104)和减小电流模块(106)。电流目标值模块(102)基于转矩目标值来计算dq轴上的向量电流目标值。磁化模块(104)向该向量电流目标值的d轴电流施加磁化控制脉冲。因而，减小电流模块(106)基于可变磁化机(10)的估计转矩和可变磁化机(10)的测量转矩之一以及转矩目标值来向该向量电流目标值的q轴电流施加减小电流。

Description

可变磁化机控制器

技术领域

本发明总体上涉及可变磁化机控制器。更具体地，本发明涉及用于改变可变磁化机(诸如在电动车辆或混合动力车辆中采用的电动机)的磁化水平的控制器。

背景技术

电动车辆和混合动力车辆(HEV)包括作为车辆的驱动源进行操作的电动机。在纯电动车中，电动机作为唯一的驱动源进行操作。另一方面，HEV包括电动机和传统的内燃机，该电动机和传统的内燃机基于如在本领域中了解的条件而作为车辆的驱动源进行操作。

如在本领域中了解的那样，电动车辆和HEV可以采用具有可变磁化特性的电动机。例如，可以增加电动机的磁化水平以增大由电动机产生的转矩。相应地，当驾驶员试图使车辆加速以例如超过另一车辆时，电动机控制器可以改变磁化水平以增大电动机的转矩输出并因而增大车辆速度。

存在某些用于增加这样的电动机的磁化水平的技术。在一种技术(传统技术1)中，仅增大电动机的d轴电流。这导致电动机输出由于脉动d轴电流并且还由于磁化水平的改变而脉动的脉动转矩。在另一技术(传统技术2)中，诸如在JP2009-153296中所描述的技术中，控制器可以基于从查找表检索到的值来设定电动机的磁化水平。这样做，控制器可以调节d轴电流并且还调节q轴电流。然而，如在本领域中所了解的那样，由于使用开环(前馈)控制来确定q轴电流，因此需要二维查找表来维持由电动机输出的恒定转矩。如本领域中进一步了解的那样，创建这样的查找表是非常复杂且耗时的。此外，由于使用了开环控制，因此，即使不同的电动机是以批量生产的形式制造的，相同的查找表也可能由于各个电动机的不同特性而不一定对各不同的电动机有用。

发明内容

因此，期望提供一种改进的用于可变磁化机(诸如用于车辆的可变磁化电动机)的控制器。

鉴于已知技术的状态，根据所公开的实施例的可变磁化机控制器的一方面包括电流目标值模块、磁化模块和减小电流模块。电流目标值模块基于转矩目标值来计算dq轴上的向量电流目标值。磁化模块向该向量电流目标值的d轴电流施加磁化控制脉冲。因而，减小电流模块基于可变磁化机的估计转矩和可变磁化机的测量转矩之一以及转矩目标值来向该向量电流目标值的q轴电流施加减小电流。

附图说明

现在参照构成本原始公开内容的一部分的附图：

图1是根据所公开的实施例的可变磁化机的部分截面示意图；

图2是根据所公开的实施例的可变磁化机控制器的部件的示例性框图；

图3是示出图2所示的部件和根据所公开的实施例的可变磁化机控制器的附加部件的示例性框图；

图4是图3所示的定子磁链观测器的示例性框图；

图5是示出由图3所示的可变磁化机控制器执行的操作的示例的流程图；

图6是示出由图3所示的可变磁化机控制器针对小d轴电流信号而输出的与时间有关的d轴电流信号的示例的曲线图；

图7是示出由图3所示的可变磁化机控制器针对大d轴电流信号而输出的与时间有关的d轴电流信号的示例的曲线图；

图8是示出与如图1所示的可变磁化机的速度有关的可变磁化机的转矩的示例的曲线图；

图9是示出在如图1所示的可变磁化机的磁化期间与d轴电流脉冲有关的磁化水平的示例的曲线图；

图10是示出在如图1所示的可变磁化机的去磁期间与d轴电流脉冲有关的磁化水平的示例的曲线图；

图11是示出与传统磁化处理相比在由可变磁化机控制器执行的可变磁化机的磁化处理期间的d轴电流信号的行为的示例的曲线图；

图12是示出与传统去磁处理相比在由可变磁化机控制器执行的可变磁化机的去磁处理期间的d轴电流信号的行为的示例的曲线图；

图13是根据公开的另一实施例的可变磁化机控制器的部件的示例性框图；

图14是示出图13所示的可变磁化机控制器的一般控制模块、磁化电流脉冲控制模块、减小电流控制模块和电流调节器的示例的示例性框图；

图15是示出可变磁化机控制器的另一实施例的一般控制模块、磁化电流脉冲控制模块、减小电流控制模块和电流调节器的示例的示例性框图；

图16是示出可变磁化机控制器的另一实施例的一般控制模块、磁化电流脉冲控制模块、减小电流控制模块和电流调节器的示例的示例性框图；

图17是示出当控制正凸极可变磁化机时由可变磁化机控制器的实施例输出的磁化脉冲电流的示例的曲线图；

图18是示出当控制负凸极可变磁化机时由可变磁化机控制器的实施例输出的磁化脉冲电流的示例的曲线图；

图19是根据本文中所述的实施例的可变磁化机控制器的定子磁链观测器的另一实施例的示例性框图；

图20是根据本文中所描述的实施例的可变磁化机控制器的磁化电流脉冲控制模块的示例的示例性框图；

图21是利用无差拍直接转矩磁通控制算法的磁化电流控制模块的另一实施例的示例性框图；

图22是示出在由本文中所述的可变磁化机控制器的实施例执行的磁化处理期间的电流相对于时间的示例的曲线图；

图23是示出在由本文中所述的可变磁化机控制器的实施例执行的磁化处理期间的q轴电流与直流之间的关系的示例的曲线图；以及

图24是示出在由本文中所描述的可变磁化机控制器的实施例执行的磁化处理期间的可变磁化机的转矩的示例的曲线图。

具体实施方式

现在，将参照附图对所选择的实施例进行说明。根据本公开内容，本领域的技术人员将显而易见，对实施例的以下描述仅仅为了说明而提供，而不是出于限制由所附权利要求及其等同方案所限定的本发明的目的。

如图1所示，可变磁化机10(也可以称为可变磁化电动机)包括转子12和定子14。可变磁化机10可以用在诸如汽车、卡车、SUV等任意类型的电动车辆或HEV中以及用在本领域中所了解的任意其他类型的设备中。转子12和定子14可以由金属或者本领域中所了解的任意其他适当材料制成。

在该示例中，转子12被配置成包括多对磁障(fluxbarrier)16与18，其可以被配置为气隙或者可以包括本领域中常规的任意类型的适当绝缘材料。虽然仅示出了完整的一对磁障16与18和部分的两对磁障16与18，但是在该示例中，六对磁障16与18可以关于转子12的外周以60度的角度间隔开。自然地，转子12可以包括对于采用可变磁化机10的环境而言认为数量适当的那么多对磁障16与18。此外，如在该示例中所示，电动机的q轴通过一对磁障16与18的中心。然而，各对磁障16与18可以位于相对于q轴的任意适当位置以实现本文中所讨论的实施例的可操作性。

如进一步示出的那样，每个磁障18的径向向外边界与转子12的外圆周22之间存在转子12的表面隔磁桥(surfacebridge)20。此外，每对相邻磁障16与18之间存在d轴磁通旁路(fluxbypass)24。在该示例中，表面隔磁桥20和d轴磁通旁路由与转子12的材料相同的材料制成。然而，表面隔磁桥20和d轴旁路24可以由本领域中已知的任意适当类型的材料制成。

另外，多个低矫顽力磁体26关于转子12的圆周在相邻的各对磁障16与18之间间隔开。如所示出的那样，这些磁体26中的每一个均在相对于相邻磁障16的一部分垂直或大致垂直的方向上纵向延伸。然而，磁体26可以以任何适当的尺寸和形状配置。此外，在该示例中，转子12包括位于6对磁障16与18之间且在转子12的圆周方向上以60度为间隔而隔开的6个磁体26。然而，磁体26的数量可以相对于磁障16与18的对数的改变而改变。此外，每个磁体26可以被配置为多个磁体。在该示例中，d轴通过磁体26的中心。然而，磁体26可以位于相对于d轴的任意适当位置以实现本文中所讨论的实施例的可操作性。

定子14包括多个定子齿部28以及其他部件(诸如，可以以任意传统方式配置的绕组(未示出))。在该示例中，定子齿部28被配置为本领域中已知的宽定子齿部。然而，定子齿部28可以具有任意适当尺寸，并且定子14可以包括任意数量的定子齿部28以实现本文中所讨论的实施例的可操作性。在该示例中，定子齿部28朝向定子14的内圆周30开放，但在期望的情况下可以封闭。此外，在转子12的外圆周22与定子的内圆周30之间存在气隙32，以使得转子能够关于轴34不受限制地或者基本上不受限制地旋转。

现在，将参照图2至图4描述根据所公开的实施例的可变磁化机控制器100。如根据对本实施例以及本文中所阐述的其他实施例的描述应理解的那样，使用反馈来在线减小q轴电流，并且通过向q轴电流添加调节量，可以将可变磁化机10的转矩保持恒定或基本上恒定。

如所示出的那样，可变磁化机控制器100包括一般控制模块102、磁化电流脉冲控制模块104、减小电流控制模块106、电流调节器108和转矩计算器110。可变磁化机控制器100还包括转子架(rotaryframe)/定子架(stationaryframe)部件112、定子架/转子架部件114、脉冲宽度调制器(PWM)电压逆变器116和定子磁链观测器118。可变磁化机控制器100电耦接至如所示出的可变磁化机10。如从图2和图3可以认识到，图2示出了一般控制模块102、磁化电流脉冲控制模块104和减小电流控制模块106的特征的示例，但未示出图3所示的转矩计算器110、脉冲宽度调制器(PWM)电压逆变器116和定子磁链观测器118。

可变磁化机控制器100优选地包括至少一个微计算机，该至少一个微计算机具有控制下述可变磁化机控制器100的部件的控制程序。可变磁化机控制器100包括其他传统部件，诸如输入接口电路、输出接口电路、以及诸如ROM(只读存储器)装置和RAM(随机存取存储器)装置之类的存储装置。根据本公开内容，对于本领域技术人员而言显而易见的是，可变磁化机控制器100的确切结构和算法可以是将执行本发明的功能的硬件与软件的任意组合。换言之，在本说明书和权利要求书中使用的“装置加功能”条款应该包括为了实现“装置加功能”条款的功能而可以使用的任意结构或硬件以及/或者算法或软件。此外，可变磁化机控制器100可以以本领域中所了解的任意适当方式与可变磁化机10进行通信。另外，虽然可变磁化机控制器100的若干部件被描述为模块，但是这些部件不必是独立或单独的部件，并且一个部件或模块可以执行本文中所讨论的多个部件或模块的操作。此外，每个模块可以包括如上所述的微控制器或者多个模块可以共用一个或多个微控制器。

如图2和图3所示，一般控制模块102和减小电流控制模块106响应于例如车辆的驾驶者试图使车辆加速而从例如控制器(未示出)接收转矩目标值T^*。作为响应，一般控制模块102输出用于选择最佳d轴电流i_d和最佳q轴电流i_q的d轴电流信号i^* _ds和q轴电流信号i^* _qs。因而，一般控制模块102(也可以称为电流目标值模块)基于转矩目标值T^*来计算dq轴上的向量电流目标值。例如，在该示例中的减小电流模块102基于转矩目标值T^*与估计转矩T之间的差来计算减小电流。这可以向反馈系统提供更容易的计算。

即，如图2中更详细示出，在该示例中的减小电流控制模块106包括减法器120，该减法器120从转矩目标值T^*的值中减去感测的或估计的转矩T的值并将该差输出至多个增益部件122和124。例如，如图3所示，转矩T的值可以由如以下更详细讨论的转矩计算器110提供。增益部件122的输出被提供至加法器126并且增益部件124的输出被提供至z变换部件128。因此，加法器126将增益部件122的输出与z变换部件128的输出相加以产生减小电流信号i^* _{q_red}。因而，减小电流控制模块106(也简称为减小电流模块)基于可变磁化机的估计转矩和可变磁化机10的测量转矩之一以及转矩目标值来向该向量电流目标值的q轴电流施加减小电流。因而，可变磁化机控制器100对每个可变磁化机10中的参数偏差或差异不敏感或基本上不敏感。

如图2和图3所示，一般控制模块102将d轴电流信号i^* _ds输出至加法器130以及将q轴电流信号i^* _qs输出至加法器132。如图2中进一步示出，在该示例中，磁化电流脉冲控制模块104包括用于提供三个信号之一的电路。即，磁化电流脉冲控制模块104可以输出信号i^* _dmag、值0或如下所述的信号i^* _ddemag，其中，加法器将信号i^* _dmag与d轴电流信号i^* _ds相加，以及加法器将值0与d轴电流信号i^* _ds相加(即，未对d轴电流信号i^* _ds+进行改变)。因而，磁化电流脉冲控制模块104可以被配置成根据控制模块102输出的向量电流目标值来改变磁化控制脉冲的振幅，该控制模块102也可以被称为电流目标值模块。这使得能够与可变磁化机10的转矩条件无关地执行磁化或去磁。磁化电流脉冲控制模块104(也可以称为磁化模块)向该向量电流目标值的d轴电流施加磁化控制脉冲。此外，为了简化计算，磁化电流脉冲控制模块104可以将磁化控制脉冲的振幅设定为如下的值，该值使得磁化控制脉冲与电流i^* _d的值之和提供获得可变磁化机10的规定磁化水平的d轴电流。

此外，如图2和图3所示，加法器132将减小电流信号i^* _{q_red}与q轴电流信号i^* _qs相加以产生减小后的电流信号i^* _{q_reduced}。加法器130和132将各自的输出提供至电流调节器108，该电流调节器108将d轴电流电压信号V^r* _ds和q轴电流电压信号V^r* _qs提供至转子架/定子架部件112。在该示例中，转子架/定子架部件112将各电压信号提供至PWM电压逆变器116，该PWM电压逆变器116将电压V_a、V_b和V_c提供至可变磁化机10的三个极。

可变磁化机控制器100还包括电流传感器140，其感测与正向可变磁化机10施加的V_a、V_b和V_c相关联的电流。电流传感器140将所感测的电流信号I_a、I_b和I_c提供至定子架/转子架部件114。定子架/转子架部件114因而将检测到的d轴电流信号i^r _ds和检测到的q轴电流信号i^r _qs提供至电流调节器108和转矩计算器110。如本领域中理解的那样，电流调节器108基于从定子架/转子架部件114反馈的d轴电流信号i^r _ds和检测到的q轴电流信号i^r _qs来调节d轴电流电压信号V^r* _ds和q轴电流电压信号V^r* _qs。

如在图3中进一步示出且在图4中更详细示出的那样，定子磁链观测器118(也可以称为定子磁链估计器)可以被配置成通过将加上如下的补偿值来估计定子磁链，该补偿值是根据针对与可变磁化机10相关联的电气状态变量的Luenburger型观测器中的L(Y-Yh)参考而获得的。即，可以将根据作为观测器的输出与系统状态(plant)之差的值而获得的补偿值与比例积分(PI)控制器的补偿相加，并且该和接着被添加到观测器的状态以产生Luenburger型观测器。

这可以提供更准确的转矩估计，并且减小脉动转矩。在该示例中，定子磁链观测器118接收d轴电流信号i^r _ds和检测到的q轴电流信号i^r _qs，并将这些信号提供至减法器142和144。减法器142将输出提供至增益部件146和148，并且减法器144将输出提供至增益部件150和152。增益部件146的输出被提供至z变换部件154并且增益部件148的输出被提供至加法器156。因此，加法器156将增益部件148的输出与z变换部件154的输出相加。同样地，增益部件152的输出被提供至z变换部件158并且增益部件150的输出被提供至加法器160。因此，加法器160将增益部件150的输出与z变换部件158的输出相加。

加法器156的输出被提供至加法器162，该加法器162将该输出与如上所述的电流调节器108输出的d轴电流电压信号V^r* _ds相加。此外，加法器160的输出被提供至加法器164，该加法器164将该输出与电流调节器108输出的q轴电流电压信号V^r* _dq相加。加法器162的输出被提供至加法器/减法器166并且加法器164的输出被提供至加法器/减法器168。加法器/减法器166的输出被提供至z变换部件170以及加法器/减法器168的输出被提供至z变换部件172。z变换部件170的输出被提供至电感部件174，该电感部件174提供输出的d轴电流信号i_d。z变换部件172的输出被提供至电感部件176，该电感部件176提供输出的q轴电流信号i_q。此外，电感部件174的输出经由电阻部件178反馈至加法器/减法器166，并且电感部件174的输出经由电阻部件180反馈至加法器/减法器168。

如进一步所示，加法器156的输出被提供至除法器182，该除法器182将加法器156的输出除以部件184输出的转子12的感测或估计的旋转信号ω_r并将输出提供至加法器186。此外，加法器160的输出被提供至除法器190，该除法器190将加法器160的输出除以部件188输出的转子12的感测或估计的旋转信号ω_r并将输出提供至减法器192。

如在图4中进一步示出，部件194将信号提供至加法器196。加法器196将来自部件194的信号的输出与z变换部件170提供的信号相加。加法器196的输出被提供至部件198，该部件198将输出提供至加法器168。因此，加法器/减法器168从加法器164和部件198提供的信号中减去部件180提供的信号以将输出信号提供至z变换部件172。z变换部件172的输出进一步被提供至部件200和加法器186。因此，加法器/减法器166从加法器162和部件199提供的信号中减去部件178的输出以将输出信号提供至z变换部件170。

此外，加法器186将部件200的输出与除法器182的输出相加以提供估计的定子磁链信号λ_{q_cor}，并且减法器192从加法器196的输出中减去除法器190的输出以提供估计的定子磁链信号λ_{d_cor}。相应地，图3所示的转矩计算器110基于估计的定子磁链信号λ_{d_cor}和λ_{q_cor}(在图3中由λ^r _ds和λ^r _qs表示)、从定子架/转子架部件114反馈的检测的d轴电流信号i^r _ds和检测的q轴电流信号i^r _qs来计算感测或估计的转矩T的值。

图5是示出由可变磁化机控制器100以及通过本文中描述的可变磁化机控制器的其他实施例执行的操作的示例的流程图。这些操作可以由该控制器或并入如上所述的可变磁化机控制器100的部件中的控制器来执行。

在开始步骤1000中的处理之后，处理确定可变磁化机10是要被磁化还是去磁。如果不是，处理结束于步骤1020。然而，如果要将可变磁化机10磁化或去磁，则处理在步骤1030中计算磁化或去磁电流。在步骤1040中，可变磁化机控制器100以上面关于图2至图4所述的方式向可变磁化机10施加d轴电流。在步骤1050中，处理计算解耦q轴电流。然后，处理在步骤1060中确定是否已完成磁化或去磁处理。如果是，则处理结束于步骤1070。然而，如果尚未完成磁化或去磁处理，则处理返回至步骤1030并且如上所述那样重复。

如图6和图7所示，对图2和图3所示的加法器130输出的电流信号的脉冲A的高度进行调节，使得脉冲的峰值可以达到连续地获得可变磁化机10的期望磁化水平的值。如从图6和图7可以认识到，电流信号的水平的变化对于如图6所示的小电流值比对于如图7所示的大电流值更大。

另一方面，图8示出了针对50％磁化水平、75％磁化水平和100％磁化水平的、可变磁化机10的转矩与可变磁化机10的速度之间的关系的示例。因而，可变磁化机控制器100可以控制可变磁化机10的磁化水平，以便当需要例如加速车辆以超过另一车辆时具有全转矩输出。磁化水平可以增加达到100％以产生最大转矩，并且在可变磁化机10去磁的同时车辆的速度可以增大至高速。在该示例中，转矩以相同的电流振幅增大了25％，这意味着可变磁化机10的磁化水平增大。此外，图9是示出与在可变磁化机10的磁化期间的d轴电流脉冲有关的磁化水平的示例的曲线图，以及图10是示出与在可变磁化机10的去磁期间的d轴电流脉冲有关的磁化水平的示例的曲线图。

因此，如可以从本文中的描述中认识到，可变磁化机控制器100通过在控制q轴电流以保持转矩恒定的同时控制d轴电流脉冲来控制可变磁化机10的磁化水平。可变磁化机控制器100执行的操作对各机器的差别或者机器的参数偏差可以不敏感并且容易地且快速地被实现。

图11是示出与传统磁化处理相比在通过可变磁化机控制器的实施例所执行的可变磁化机10的磁化处理期间的d轴电流信号的行为的示例的曲线图。如从图11可以认识到，由于可变磁化机控制器100以及本文中所讨论的其他实施例的操作而导致的q电流i_q的振幅在磁化处理期间小于针对传统技术的q电流i_q的振幅。此外，如从图12可以认识到，由于可变磁化机控制器100以及本文中所讨论的其他实施例的操作而导致的q电流i_q的振幅在去磁处理期间大于针对传统技术的电流i_q的振幅。因此，如从图8可以认识到，在如图12所示那样可以更高效地实现的较低磁化水平下，可以更快速地增大可变磁化机10的速度。

图13和图14中示出了公开的另一实施例。可变磁化机控制器200电耦接至可变磁化机10，并且包括一般控制模块202、磁化电流脉冲控制模块204、减小电流控制模块206、电流调节器208和转矩计算器210。可变磁化机控制器200还包括转子架/定子架部件212、定子架/转子架部件214、脉冲宽度调制器(PWM)电压逆变器216、定子磁链观测器218和电流检测器240。除了如下所述的减小电流控制模块206外，部件202、204、208、210、212、214、216、218和240均被配置为与上述的可变磁化机控制器100的对应部件102、104、108、110、112、114、116、118和140相同或以类似的方式配置，因而这里不重复其描述。

在该实施例中，减小电流控制模块306可以基于所感测或估计的定子磁链信号λ^r _ds和λ^r _qs(在图14中由ψ_d和ψ_q表示)、从定子架/转子架部件114反馈的检测到的d轴电流信号i^r _ds和检测到的q轴电流信号i^r _qs(在图14中由i_d和i_q表示)来计算减小电流信号i^* _{q_red}。即，如图13所示，减小电流控制模块206包括接收转矩目标值T^*并将输出提供至减法器2062的部件2061。考虑到如下等式：

$T^{*}=\frac{3}{2}\frac{P}{2}({\widehat{\mathrm{\ψ}}}_d{i}_q-{\widehat{\mathrm{\ψ}}}_q{i}_d)$

并且由于转矩目标值是已知的并且定子磁链观测器218指示ψ_dψ_q的值，因此q轴电流的目标值可以被计算为：

$i_{q\_t\arg et}=\left(T^{*}/\left(\frac{3}{2}\frac{P}{2}\right)+i_d{\mathrm{\ψ}}_q\right)/{\mathrm{\ψ}}_a$

以及l轴电流的减小值被给出为：

i_{q_decouple}＝i_{q_target}-i_{q_measured}

减小电流控制模块206还包括乘法器2063，其将信号i_d与信号ψ_d相乘并将相乘得到的信号提供至加法器2062。加法器2062将相加后的信号发送至除法器2064，该除法器2064将相加后的信号除以信号ψ_d并将输出信号i^* _{q_target}提供至减法器2065。减法器2065从信号i^* _{q_target}中减去信号i_q以提供输出信号i^* _{q_decouple}。信号i^* _{q_decouple}被提供至调节器/限制器2066，其将作为输出信号的减小电流信号i^* _{q_red}提供至加法器132。

图15中示出了另一公开实施例。可变磁化机控制器300(图15中示出其一部分)电耦接至可变磁化机10(图15中未示出)。在该示例中，可变磁化机控制器300包括一般控制模块302、磁化电流脉冲控制模块304、减小电流控制模块306、电流调节器208以及加法器330和332。可变磁化机控制器300还包括与上述的可变磁化机控制器100的部件(诸如，转子架/定子架部件112、定子架/转子架部件114、脉冲宽度调制器(PWM)电压逆变器116、定子磁链观测器118、电流检测器140)类似的其他部件以及以上参照图2至图4所述的其他部件。除了下面讨论的磁化电流脉冲控制模块304和加法器332之外，部件302、306、308、320、322、324、326、328、330和未示出的其他部件均被配置为与上述的可变磁化机控制器100的对应部件102、106、108、120、122、124、126、128、130和其他部件相同或以类似的方式配置，因而这里不再重复其描述。

如图15所示，磁化电流脉冲控制模块304包括交叉耦合前馈增益部件3041，其将增益信号提供至加法器332。因此，加法器332将增益信号与_q轴电流信号i^* _qs和减小电流信号i^* _{q_red}相加，并将减小后的电流信号i^* _{q_reduced}提供至如上所述那样进行操作的电流调节器308。

图16中示出了另一公开实施例。可变磁化机控制器400(图16中示出了其一部分)电耦接至可变磁化机10(图16中未示出)。在该示例中，可变磁化机控制器400包括一般控制模块402、磁化电流脉冲控制模块404、减小电流控制模块406、电流调节器408以及可变磁化机控制器400的加法器430和432。可变磁化机控制器400还包括与上述的可变磁化机控制器100的部件(诸如，转子架/定子架部件112、定子架/转子架部件114、脉冲宽度调制器(PWM)电压逆变器116、定子磁链观测器118、电流检测器140)类似的其他部件以及以上参照图2至图4讨论的其他部件。除了下面讨论的磁化电流脉冲控制模块404和减小电流控制模块406之外，部件402、408、430和432以及未示出的其他部件被配置为与上述的可变磁化机控制器100的对应部件102、108、130、132和其他部件相同或以类似的方式配置，因而这里不再重复其描述。

如图16中进一步示出，减小电流控制模块包括减法器4061，其从转矩目标值T^*减去转矩信号T并将输出信号提供至可变增益补偿器4062和4063。基于如所示出的磁化电流脉冲控制模块404(磁化模块)输出的信号来控制可变增益补偿器4062和4063的增益。因而，磁化模块404提供磁化控制脉冲以根据磁化控制脉冲的值来调节比例积分补偿器4062和4063的增益。这可以提供更宽泛的操作条件下的较宽带宽，并因而抑制了脉动转矩。因而，减小电流控制模块406可以根据磁化模块404输出的磁化控制脉冲来将减小电流与q轴电流相加。这能够减小由于反馈而具有滞后的减小电流的大小，并且能够提供前馈来补偿该量，从而减小可变磁化机10的脉动转矩。

可变增益补偿器4062的输出被提供至加法器4064，并且可变增益补偿器4063的输出被提供至z变换部件4065。加法器4064将可变增益补偿器4062的输出与z变换部件4065的输出相加。加法器4064的输出作为减小电流信号i^* _{q_red}提供至加法器432。因此，加法器332将增益信号与q轴电流信号i^* _qs和减小电流信号i^* _{q_red}相加并将减小后的电流信号i^* _{q_reduced}提供至如上所述那样操作的电流调节器308。因而，如从上述以及图17和图18的曲线图中可以认识到，减小电流控制模块406可以进行操作以减小被配置为正凸极电机的可变磁化机10的正脉冲的增益，并且增大被配置为负凸极电机的可变磁化机10的正脉冲的增益。这能够使控制模块406在可变磁化机10的更宽泛操作条件下稳定。

图19中示出了如图1所示的定子磁链观测器118的变型的示例。图19所示的定子磁链观测器518接收d轴电流信号i^r _ds和检测到的q轴电流信号i^r _qs并将这些信号提供至减法器542和544。减法器542将输出提供至增益部件546和548，并且减法器544将输出提供至增益部件550和552。增益部件546的输出被提供至z变换部件554并且增益部件548的输出被提供至加法器556。因此，加法器556将增益部件548的输出与z变换部件554的输出相加。同样地，增益部件552的输出被提供至z变换部件558并且增益部件550的输出被提供至加法器560。因此，加法器560将增益部件550的输出与z变换部件558的输出相加。这些部件与如图4所示且以上描述的对应部件142至160类似。

如在图19中进一步示出，定子磁链观测器518包括加法器566，其接收由如上所述的电流调节器108输出的d轴电流电压信号V^r* _ds。定子磁链观测器518还包括加法器568，其接收由电流调节器108输出的q轴电流电压信号V^r* _qs。加法器566的输出被提供至z变换部件570并且加法器568的输出被提供至z变换部件572。z变换部件570的输出被提供至部件574，该部件574提供输出的d轴电流信号i_d。z变换部件572的输出被提供至部件576，该部件576提供输出的q轴电流信号i_q。此外，部件574的输出经由部件578被反馈至加法器566，并且部件576的输出经由部件580被反馈至加法器568。这些部件与如上所述的对应部件166至180类似。

如进一步所示，加法器556的输出被提供至另一加法器581，并且加法器560的输出被提供至另一加法器583。加法器581将加法器556的输出与z变换部件572的输出相加以提供如上所述的估计的定子磁链信号λ_{q_cor}。加法器581还将估计的定子磁链信号λ_{q_cor}提供至部件599，该部件599将其输出提供至加法器566。因而，该加法器将该输出与加法器162和部件178的输出相加，并将相加后的输出提供至如上所述的z变换部件170。加法器583将z变换部件170的输出与加法器560的输出和部件594的输出相加，并提供相加后的输出作为估计的定子磁链信号λ_{d_cor}。加法器583还将估计的定子磁链信号λ_{d_cor}提供至部件598，该部件598将输出提供至加法器568。因而，加法器568将部件598的输出和部件580的输出与q轴电流电压信号Vr^* _dq相加，并将相加后的输出提供至z变换部件572。

图20中示出了如图1所示的磁化电流脉冲控制模块104的变型的示例。磁化电流脉冲控制模块604包括模块6041、模块6042、查找表6043、电流脉冲发生器6044和减法器6045。模块6041基于表示转子12的检测或估计角度的角度信号ω以及电压信号V_DC来确定最大容许信号λ_{m_allowed}。模块6042基于期望信号水平λ_{m_desired}和最大容许信号水平λ_{m_allowed}来确定最小可行信号λ^*_feasible _{m_level}。模块6042将最小可行信号λ^*_feasible _{m_level}输出至查找表6043和电流脉冲发生器6044。查找表6043基于信号λ^*_feasible _{m_level}将目标电流信号i_{d_target}输出至减法器6045。该减法器从目标信号i_{d_target}中减去信号i_d并将信号Δi_d提供至电流脉冲发生器6044。电流脉冲发生器6044基于信号λ^*_feasible _{m_level}和Δi_d输出脉冲信号i_{d_mag}。例如，磁化电流脉冲控制模块604将脉冲信号i_{d_mag}输出至如图2和图3所示的加法器130。

图21中示出了另一公开实施例。图21所示的可变磁化机控制器700电耦接至可变磁化机10。在该示例中，可变磁化机控制器700包括控制模块701、加法器703、减法器705、DB-DTFC算法模块707和转矩估计器710。可变磁化机控制器700还包括与上述的可变磁化机控制器100的部件(诸如，转子架/定子架部件712、定子架/转子架部件714、脉冲宽度调制器(PWM)电压逆变器716、定子磁链观测器718、电流检测器740以及以上参照图2至图4所述的其他部件)类似的其他部件。这些以及某些其他部件(未示出)被配置为与上述的可变磁化机控制器100的对应部件112、114、116、118、140和其他部件相同或以类似的方式配置，因而这里不再重复其描述。

控制模块701包括部件7011，其接收信号λ^* _{m_level}以及来自部件7012的信号。部件7012基于PWM电压逆变器716提供的电压信号V_DC以及角度信号ω(其表示由角度传感器11检测到且经由位置观测器部件7013提供的转子12的检测或估计角度)而将该信号提供至部件7011。因而，控制模块701输出的磁化控制脉冲可以是梯形脉冲，其防止了可变磁化机10的定子反作用力(statorreaction)L_D ^*di_D/dt超过电压源(诸如，PWM电压逆变器716)允许的值，该电压源将电压提供至可变磁化机10。这可以确保控制模块701控制转矩而不受可变磁化机10的操作的任何约束的不利影响。

部件7011将输出信号λ^*_feasible _{m_level}提供至磁通目标值生成器部件7014和查找表7015。查找表7015基于来自部件7011的信号和由定子架/转子架模块714提供的电流信号i^r _dqs来将信号输出至磁通目标值生成器部件7014。磁通目标值生成器7014基于信号λ^*_feasible _{m_level}以及从查找表7015输出的信号来将信号提供至加法器703。

加法器703将来自控制模块701的信号与信号λ^* _s相加并将输出信号提供至DB-DTFC算法模块707。减法器705从估计转矩信号T^* _em中减去由转矩估计器710提供的信号T_em，并将信号提供至DB-DTFC算法模块707。如所示出的那样，转矩估计器710基于定子电流观测器715提供的信号i^r _dqs以及定子磁链观测器718提供的信号λ^r _dqs来提供信号T_em。换言之，转矩估计器710可以基于可变磁化机10的估计定子磁链的dq轴向量和被提供至可变磁化机10的测量电流来计算估计转矩。因此，不需要转矩传感器。定子磁链观测器718基于来自定子电流观测器715的信号以及DB-DTFC算法模块707输出的信号V^r _dqs来提供信号λ^r _dqs。如进一步示出，DB-DTFC算法模块707基于来自加法器703和减法器705的信号以及定子磁链观测器718提供的信号λ^r _dqs来输出信号V^r _dqs。

本文中所描述的实施例可以在磁化处理期间如图22所示地向可变磁化机10施加电流。图23中示出了在通过本文中描述的可变磁化机控制器的实施例所执行的磁化处理期间q轴电流和直流之间的关系的示例。此外，例如，如图24所示，可以控制在通过本文中描述的可变磁化机控制器的实施例所执行的磁化处理期间的可变磁化机10的转矩。

术语的一般解释

在理解本发明的范围时，本文中所使用的术语“包括”及其派生词意在作为开放性术语，其明确说明所声明的特征、元件、部件、组、整体和/或步骤的存在，但并未排除其他未声明的特征、元件、部件、组、整体和/或步骤的存在。上述内容也适用于具有类似含义的诸如术语“包含”、“具有”及其派生词之类的词。此外，在以单数形式使用时的术语“部分”、“部”、“部件”、“构件”或“元件”可以具有单个部分或多个部分的双重含义。诸如本文中所使用的“基本上”、“约”和“大约”之类的程度术语是指所修饰的术语的合理偏差量，以使得最终结果不会显著改变。

尽管仅选择了所选实施例来说明本发明，但是根据本公开内容，本领域技术人员显而易见的是，可以在不背离所附权利要求所限定的本发明的范围的情况下在本文中进行各种改变和修改。例如，可以根据需要和/或期望来改变各个部件的尺寸、形状、位置或定向。被示为彼此直接连接或接触的部件可以具有置于它们之间的中间结构。一个元件的功能可以由两个元件来执行，反之亦然。一个实施例的结构和功能可以在另一个实施例中采用。所有优点不必同时存在于特定实施例中。相对于现有技术所特有的每个特征单独地或者与其他特征结合地也应该被认为是申请人对进一步的发明的单独描述，包括通过这样的特征体现的结构和/或功能构思。因而，根据本发明的实施例的以上描述仅仅为了说明而提供，而不是为了限制由所附权利要求书及其等同方案所限定的本发明的目的。

Claims (16)

1.一种可变磁化机控制器，包括：

电流目标值模块，其被配置成基于转矩目标值来计算dq轴上的向量电流目标值；

磁化模块，其被配置为向所述向量电流目标值的d轴电流施加磁化控制脉冲；以及

减小电流模块，其被配置为基于所述可变磁化机的估计转矩和所述可变磁化机的测量转矩之一以及所述转矩目标值来向所述向量电流目标值的q轴电流施加减小电流。

2.根据权利要求1所述的可变磁化机控制器，其中，

所述减小电流模块还被配置成基于所述转矩目标值与所述估计转矩之差来计算所述减小电流。

3.根据权利要求1或2所述的可变磁化机控制器，其中，

所述磁化模块还被配置为提供所述磁化控制脉冲以根据所述磁化控制脉冲的值来调节比例积分补偿器的增益。

4.根据权利要求1至3中任一项所述的可变磁化机控制器，其中，

所述减小电流模块被配置成减小被配置为正凸极电机的所述可变磁化机的正脉冲的增益，以及增大被配置为负凸极电机的所述可变磁化机的正脉冲的增益。

5.根据权利要求1至4中任一项所述的可变磁化机控制器，其中，

所述磁化模块进一步被配置成根据所述磁化模块输出的所述磁化控制脉冲来改变所述减小电流。

6.根据权利要求1所述的可变磁化机控制器，还包括：

转矩估计器，其被配置成基于所述可变磁化机的估计定子磁链的dq轴向量和被提供至所述可变磁化机的测量电流来计算所述估计转矩。

7.根据权利要求6所述的可变磁化机控制器，还包括：

定子磁链估计器，其被配置成通过如下方式来估计所述定子磁链：将根据作为观测器的输出与系统状态之差的值而获得的补偿值与比例积分控制器的补偿相加来产生总和值，该总和值随后与所述观测器的状态相加以产生针对与所述可变磁化机相关联的机器电状态变量的Luenburger型观测器。

8.根据权利要求1至7中任一项所述的可变磁化机控制器，其中，

所述磁化模块进一步被配置成根据所述电流目标值模块输出的所述向量电流目标值来改变所述磁化控制脉冲的振幅。

9.根据权利要求8所述的可变磁化机控制器，其中，

所述磁化模块进一步被配置成将所述磁化控制脉冲的振幅设置为这样的值：该值使得所述磁化控制脉冲与电流i_d ^*的值之和提供了获得所述可变磁化机的规定磁化水平的d轴电流。

10.根据权利要求1至9中任一项所述的可变磁化机控制器，其中，

所述磁化控制脉冲是梯形脉冲，该梯形脉冲防止所述可变磁化机的定子反作用力L_d ^*di_d/dt超过用于将电压提供至所述可变磁化机的电压源允许的值。

11.一种用于控制可变磁化机控制器的方法，其包括：

基于转矩目标值来计算dq轴上的向量电流目标值；

向所述向量电流目标值的d轴电流施加磁化控制脉冲；以及

基于可变磁化机的估计转矩和所述可变磁化机的测量转矩之一以及所述转矩目标值来向所述向量电流目标值的q轴电流施加减小电流。

12.根据权利要求11所述的方法，其中，

所述施加所述减小电流包括：基于所述转矩目标值与所述估计转矩之差来计算所述减小电流。

13.根据权利要求11或12所述的方法，还包括：

根据磁化模块输出的所述磁化控制脉冲来改变减小电流。

14.根据权利要求11所述的方法，还包括：

基于所述可变磁化机的估计定子磁链的dq轴向量和被提供至所述可变磁化机的测量电流来计算所述估计转矩。

15.根据权利要求11至14中任一项所述的方法，其中，

所述施加所述磁化控制脉冲包括：根据所述向量电流目标值来改变所述磁化控制脉冲的振幅。

16.根据权利要求15所述的方法，其中，

所述施加所述磁化控制脉冲包括：将所述磁化控制脉冲的振幅设置为这样的值：该值使得所述磁化控制脉冲与电流i_d ^*的值之和提供了获得所述可变磁化机的规定磁化水平的d轴电流。