CN105706353A - 用于控制机动车辆的由斩波电压供电的三相电动机器的方法和系统 - Google Patents

用于控制机动车辆的由斩波电压供电的三相电动机器的方法和系统 Download PDF

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Abstract

披露了一种用于控制由斩波电压供电的机动车辆三相电动机器(2)的系统，该系统包括用于根据来自驾驶者的转矩请求来确定该电动机器的这些相的电流设定的器件(3)、以及能够根据多个相应电流设定来确定各相的多个电压的调节器件(4)。该系统包括转矩振荡校正器件(5)和指配给调节器件(4)的多个减法器(6，7，8)，该转矩振荡校正器件能够确定每个相的功率、确定磁场转速的测量值是否超过一个阈值、对这些功率执行带通滤波、并且根据这些滤波后的功率来确定关于各相的多个衰减电流；这些减法器能够从关于各相的这些电流设定中减去关于相应相的这些衰减电流。

Description

用于控制机动车辆的由斩波电压供电的三相电动机器的方法和系统
技术领域
本发明的技术领域是控制机动车辆的电动机器，并且更具体地涉及控制这样的机器的转矩振荡。
背景技术
在发展电动车辆的背景下，由电动马达提供的转矩必须加以控制。由于机器的转矩与其中流通的电流直接相关，因此有必要能够准确地控制这些电流。有待控制的电动马达显然可以是绕线转子三相同步机器。
定子的三个相中的电流是正弦型的并且各自相移2π/3弧度。这些电流在机器中产生旋转磁场。DC电流穿过转子，该转子产生磁场、使之等同于磁体。为了产生机械转矩，定子磁场是相对于转子磁场在相位上相差四分之一周期地驱动的，也就是说带有90°的恒定受控相移。因此，转子磁场的旋转频率等于定子的电流频率，因而称作“同步型”。定子电流的幅值和转子电流值产生了对于机器旋转所必要的转矩。为了控制这些电流，因此有必要在该定子的这些相之间施加各自也相移2π/3弧度的正弦电压、并且给该转子施加恒定电压。
此外，可以使用派克变换来将该定子的电流和电压投影到正弦信号变成恒量的空间中。在同步机器的情况下，派克参考系对应于与旋转磁场相关联的、因此与转子相关联的参考系。使用派克变换使得有可能必须调节这些常量，这比调节正弦信号更易于执行。
因此，问题是通过控制恒定电压来调节恒定电流。通过进行逆变换，可以获得该机器的定子的参考系，并且因此准确地知道有待施加到电动机器的每个相上的电压。
为了调节该机器中的这些电流，校正器是必需的，因为已知的是在与该电频率(该机器的转子的旋转频率)的谐波相对应的某些频率下，由斩波电压供电的三相机器产生转矩振荡。
在派克空间，有待控制的系统如下：
其中：
Vd、Vq和Vf：对应地是直轴电压、交轴电压和转子电压(单位为伏特)，
Id、Iq和If：在派克平面的三个轴线上该机器中流通的电流(单位为安培)，
和电流Id、Iq和If的对应导数，
Rs和Rf：机器定子和转子的电阻(单位为欧姆)，
Ld、Lq和Lf：机器的每个轴线上的电感(单位为亨利)，
Mf：定子与转子之间的互感系数(单位为亨利)，
α：从派克变换推导出的常数项(无单位)，
ωr：机器的磁场的转速(单位为弧度/秒)。
应当指出的是，对于同步机器而言，机器磁场的转速ωr等于转子的转速乘以机器的极对数。
电压Vd和Vq是用逆变器产生的，电压Vf是用斩波器产生的，这两个系统是由一个电池供电的。斩波器截割连续电压以高效地产生不同幅值的连续电压。当采用逆变器和斩波器时，则应遵守的约束如下：
-Vbat≤Vf≤Vbat(式3)
其中Vbat：对逆变器和斩波器供电的电池的电压。
然而，这样的系统表现出转矩振荡，这可能导致电流调节器发散。
从现有技术中以下文件是已知的。
专利申请FR2973607的目的是在源头减少转矩振荡。然而，功率是以电池功率来计算的，这会产生功率损失。此外，这种计算需要一个附加的电流传感器来测量直流电流。此外，是由新的转矩设定点计算新的电流设定点的。
在文件EP1906523中，转矩振荡是通过在励磁系统的端子施加电压Vf来消除的。没有描述集中或分散的功率级处理。
文件EP1944861没有描述了功率级处理。然而，描述了补偿的分散处理。换言之，分开地处理直轴d与交轴q。为此，描述了对电流的电角度与期望补偿转矩振荡的电角度之间的相移的实时计算。
因此描述了预期用于产生电压来补偿转矩振荡现象的电流测量值的一种调节形式。
还已知的实践是应用一种称为：“防浪涌治疗(anti-a-coupscuratifs)”的校正，其中电动机器的速度的测量值被施以基于运动链的动态模型计算出的滤波。这样处理的信号表示关于转矩振荡相移了的转矩设定点。该转矩设定点被引入到主转矩设定点中并且产生振荡的衰减。
然而，这些解决方案并不可以减小“源头处”、即电功率级的和整个转速范围的振荡。
因此，需要一种可以减小与机器的拓扑结构相关联的转矩谐波的、用于控制电动机的方法。
发明内容
本发明的一个主题是一种用于控制机动车辆的由斩波电压供电的三相电动机器的方法，该方法包括根据来自驾驶者的转矩请求来针对该电动机器的每个相确定多个电流设定点的步骤、以及根据针对每个相的这些电流设定点来确定该电动机器的每个相的多个电压的步骤。斩波电压应当理解为是来自可以通过分割来修改输入电压幅值的斩波器的电压。该方法包括以下步骤，在这些步骤过程中：
确定该电动机器的各相的多个功率，以派克参考系来表示，
确定该电动机器中的磁场转速的测量值是否超过一个阈值，并且如果该测量值超过该阈值，则对该电动机器、各相的这些功率执行带通滤波，
每个功率在滤波之后乘以能够被标定的增益以获得关于各相的多个衰减电流，
通过从相应相的这些电流设定点中减去关于各相的这些衰减电流来确定多个最终电流设定点，并且
根据这些最终电流设定点来确定该电动机器的这些相的供电电压设定点。
带通滤波被执行为低截止频率低于该磁场的观察到振荡的旋转频率并且高截止频率高于该磁场的观察到振荡的旋转频率。
该电动机器可以是同步型或异步型的。
是根据该磁场的观察到振荡的转速来确定该磁场的转速阈值的。
本发明的另一主题是一种用于控制机动车辆的由斩波电压供电的三相电动机器的系统，该系统包括用于根据来自驾驶者的转矩请求来确定该电动机器各相的多个电流设定点的器件，以及能够根据针对各相的这些电流设定点来确定该电动机器各相的多个电压的电流调节器件。该系统包括能够确定该电动机器各相的以派克参考系表示的功率的转矩振荡校正器件，该校正器件还能够确定该电动机器中的磁场转速的测量值是否超过一个阈值、并且能够对该电动机器各相的这些功率执行带通滤波，并且该校正器件用于根据滤波之后的这些功率来确定关于各相的多个衰减电流；并且该系统包括能够通过从关于各相的这些电流设定点中减去关于相应相的这些衰减电流来确定多个最终电流设定点、并且能够将这些最终电流设定点发送至该电动机器的调节器件的多个减法器。
带通滤波被执行为低截止频率低于该磁场的观察到振荡的旋转频率并且高截止频率高于该磁场的观察到振荡的旋转频率。
是根据该磁场的观察到振荡的转速来确定该磁场的转速阈值的。
该电动机器可以是同步型或异步型的。
附图说明
通过阅读纯粹作为非限制性实例并且参照附图给出的以下说明，将会清楚其他目的、特征和优点，在附图中：
-图1展示了根据本发明的控制系统的主要元件，并且
-图2展示了根据本发明的控制方法的主要步骤。
具体实施方式
电动机器2的由图1展示的控制系统1包括用于根据来自驾驶者的转矩请求Cref来确定关于该电动机器的每个相在派克参考系(d，q，f)中的多个电流设定点的器件3。
控制系统1包括用于调节该电动机器的这些相中的电流的器件4。调节器件4根据这些作为输入接收的电流设定点来针对该电动机器的每个相确定供电电压Vd、Vq、Vf。
控制系统1还包括用于校正转矩振荡的器件5，该校正器件作为输入接收每个相的供电电压Vd、Vq、Vf，每个相的电流Id、Iq、If的测量值，以及磁场转速ωr的测量制。用于校正转矩振荡的器件5作为输出将针对转矩振荡的衰减电流发送给各相。
第一减法器6执行相d的电流设定点与相应的衰减电流之间的减法。该第一减法器作为输出发送关于相d的最终电流设定点。
第二减法器7和第三减法器8对应地对关于相q和相f的值执行类似的减法。
因此，当系统启动时，每个相的电流设定点被不加修改地传递到电流调节器件4。然而，一旦各相的电流Id、Iq、If的测量值和磁场的转速ωr的测量值可供使用，传递至电流调节器件4的这些电流设定点就是最终电流设定点，于是就可以减小、甚至消除转矩振荡。
这种用于控制电动机器的方法可以提供电流设定点的动态校正来减小转矩振荡的幅值。
在图2中，可以看出，该方法开始于通过应用以下等式来计算各相功率的步骤9：
其中Pd是相d的功率，
Pq是相q的功率，并且
Pf是相f的功率。
在第二步骤10的过程中，确定磁场转速ωr是否超过一个阈值。该阈值是根据先前测试来确定的，在这些先前测试期间可观察到转矩振荡。该阈值然后被设定为等于在已观察到转矩振荡时的磁场转速的值。应记得的是，转速和旋转频率是有直接关联的。如果是这样的情况，就对每个功率信号施加带通滤波，以便只提取相关的频率。该带通滤波器被配置成具有的低截止频率低于该磁场的观察到振荡的旋转频率并且具有的高截止频率高于该磁场的观察到振荡的旋转频率。
于是获得了Pd 滤波，滤波之后相d的功率；Pq 滤波，滤波之后相q的功率；以及Pf 滤波，滤波之后相f的功率。
在第三步骤11过程中，每个功率在滤波之后乘以能够被标定的增益以获得关于每个相的这些衰减电流。以下等式可以确定这些电流：
其中
关于相d的衰减电流
关于相q的衰减电流
关于转子f的衰减电流
αd：关于相d的可标定增益
αq：关于相q的可标定增益
αf：关于转子d的可标定增益
在第四步骤12的过程中，关于各相的衰减电流是从关于相应相的电流设定点作减法计算出的并且是根据来自驾驶者的转矩请求来确定的。以下等式可以确定由减法推导出的最终电流设定点：
其中
关于相d的最终电流设定点
关于相q的最终电流设定点
关于转子f的最终电流设定点
关于相d的电流设定点
关于相q的电流设定点
关于转子f的电流设定点
然后在第五步骤13的过程中将这些最终电流设定点发送至该电动机器的调节器件(4)。
应当指出的是，以上描述的使之有可能减小转矩振荡的、用于控制电动机器的系统和方法可以适用于所有的同步或异步电动机器。

Claims (8)

1.一种用于控制机动车辆的由斩波电压供电的三相电动机器(2)的方法，该方法包括根据来自驾驶者的转矩请求来针对该电动机器(2)的每个相确定多个电流设定点的步骤、以及根据针对每个相的这些电流设定点来确定该电动机器(2)的每个相的多个电压的步骤，其特征在于，该方法包括以下步骤，在这些步骤过程中：
确定该电动机器的各相的多个功率，以派克参考系来表示，
确定该电动机器(2)中的磁场转速的测量值是否超过一个阈值，并且如果该测量值超过该阈值，则对该电动机器(2)各相的这些功率执行带通滤波，
每个功率在滤波之后乘以能够被标定的增益以获得关于各相的多个衰减电流，
通过从相应相的这些电流设定点中减去关于各相的这些衰减电流来确定多个最终电流设定点，并且
根据这些最终电流设定点来确定该电动机器的这些相的供电电压设定点。
2.如前项权利要求所述的方法，其中，带通滤波被执行为低截止频率低于该磁场的观察到振荡的旋转频率并且高截止频率高于该磁场的观察到振荡的旋转频率。
3.如以上权利要求中任一项所述的方法，其中，该电动机器是同步型或异步型的。
4.如以上权利要求中任一项所述的方法，其中，是根据该磁场的观察到振荡的转速来确定该磁场的转速阈值的。
5.一种用于控制机动车辆的由斩波电压供电的三相电动机器(2)的系统，该系统包括用于根据来自驾驶者的转矩请求来确定该电动机器各相的多个电流设定点的器件(3)，
以及能够根据针对各相的这些电流设定点来确定该电动机器各相的多个电压的电流调节器件(4)，其特征在于，该系统包括能够确定该电动机器各相的以派克参考系表示的功率的转矩振荡校正器件(5)，该校正器件(5)还能够确定该电动机器中的磁场转速的测量值是否超过一个阈值、并且能够对该电动机器各相的这些功率执行带通滤波，并且该校正器件用于根据滤波之后的这些功率来确定关于各相的多个衰减电流；并且该系统包括能够通过从关于各相的这些电流设定点中减去关于相应相的这些衰减电流来确定多个最终电流设定点、并且能够将这些最终电流设定点发送至该电动机器的调节器件(4)的多个减法器(6，7，8)。
6.如权利要求5所述的系统，其中，带通滤波被执行为低截止频率低于该磁场的观察到振荡的旋转频率并且高截止频率高于该磁场的观察到振荡的旋转频率。
7.如权利要求5或6任一项所述的系统，其中，是根据该磁场的观察到振荡的转速来确定该磁场的转速阈值的。
8.如权利要求5至7中任一项所述的方法，其中，该电动机器是同步型或异步型的。
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