CN105790663A - 针对驱动电动机的电流指令补偿转矩的设备和方法 - Google Patents

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Abstract

一种用于针对驱动电动机的电流指令补偿转矩的设备，包括：电流指令生成器，其被配置成：ⅰ)接收转矩指令(Tref*)，ⅱ)使用生成的驱动点比(1/λmax)生成基于磁通量的电流指令图，以及ⅲ)使用所生成的电流指令图生成电流指令；以及铁损转矩补偿器，其被配置成针对生成的电流指令和驱动电动机的转速(Wrpm)提取铁损转矩补偿值。

Description

针对驱动电动机的电流指令补偿转矩的设备和方法
技术领域
本发明涉及用于针对驱动电动机的电流指令(currentorder)的补偿转矩的设备和方法，更具体地，涉及用于根据电流驱动点(即电流指令)和驱动电动机的转速的电流大小补偿铁损(ironloss)转矩的技术。
背景技术
混合动力车辆的驱动电动机的永磁体的电感和磁通量的特性可因依赖于环境温度(例如，发动机室)和驱动条件所产生的热而被改变。这对控制特性(例如，MTPA曲率、弱场控制等)具有影响，可使转矩控制性能恶化。因此，为了优化混合动力车辆的动力性能和驾驶性能，需要一种根据驱动电动机的温度变化补偿转矩变化的方法。
补偿转矩变化的第一种常规方法包括估计感应电动机的转子的二次侧电阻，然后通过矢量控制计算再次生成电流指令。补偿转矩变化的第二种常规方法包括根据温度配置n个电流控制图(currentcontrolmap)并对电流指令执行适当插值。
在第一种常规方法中，控制目标电动机是感应电动机，并且估计根据温度变化的转子的二次侧电阻值，从而生成电流指令。另一方面，在第二种常规方法中，在配置了根据电动机的温度的n个电流控制图后，在施加转矩指令时，在接近电动机的实际温度的两种参考温度下对电流指令执行插值，从而在电流指令器(currentorderer)中生成电流指令。
即是说，第二种常规的方法需要根据温度配置n个电流控制图以便实施控制方案。并且还需要在所有驱动区域内利用微控制器单元(MCU)施加所有可以彼此组合的电流指令，测量所测的转矩，然后计算每安培最大转矩(MTPA)曲率和弱场控制曲率，以便配置一个电流控制图。
然而，这花费大量的时间和精力通过重复上述过程n次来配置n个电流控制图。
发明内容
为解决相关现有技术中出现的上述问题同时完好地保持相关现有技术所实现的优点而做出本发明。
本发明的一个方面提供了用于针对驱动电动机的温度、电池电压以及驱动电动机的转速补偿铁损转矩的技术，更具体地，提供用于补偿驱动电动机的电流指令的转矩的设备和方法，其能够针对驱动电动机的转速和温度以及电池电压使测量的转矩相对于转矩指令的误差减至最小。这可以通过计算补偿转矩而实现，其中该补偿转矩取决于根据电流驱动点(即，电流指令)和驱动电动机的转速的电流大小。结果，本文所述的技术能够通过减少电池的电流消耗提高车辆的燃料燃烧效率。
根据本发明的实施例，一种用于针对驱动电动机的电流指令补偿转矩的设备包括：电流指令生成器，其被配置成：ⅰ)接收转矩指令(Tref*)，ⅱ)使用生成的驱动点比(drivingpointratio)(1/λmax)生成基于磁通量的电流指令图，以及ⅲ)使用所生成的电流指令图生成电流指令；以及铁损转矩补偿器，其被配置成针对生成的电流指令和驱动电动机的转速(Wrpm)提取铁损转矩补偿值。
生成的电流指令可包括d-轴电流指令(idref)和q-轴电流指令(iqref)。
用于针对驱动电动机的电流指令补偿转矩的设备还可包括电流控制器，其被配置成根据生成的电流指令生成电压指令。
驱动点比可以由磁通量生成器生成，其中所述磁通量生成器被配置成接收电池的输出电压(Vdc)、电角速度(Wr)以及电压(Vdqref)。
根据本发明的实施例，一种用于针对驱动电动机的电流指令补偿转矩的方法包括：接收为驱动电动机提供驱动功率的电池的输出电压(Vdc)、驱动电动机的电角速度(Wr)以及转矩指令(Tref*)；根据所接收的电池的输出电压以及所接收的驱动电动机的电角速度生成驱动点比(1/λmax)；使用基于磁通量的电流指令图生成电流指令，其中所述电流指令图包括所生成的转矩指令和所生成的驱动点比；以及使用所生成的电流指令和驱动电动机的转速(Wrpm)生成补偿转矩指令(Tcomp)。
用于针对驱动电动机的电流指令补偿转矩的方法还可包括根据所生成的电流指令生成电压指令。
用于针对驱动电动机的电流指令补偿转矩的方法还可包括反馈所生成的电压指令，以在驱动点比(1/λmax)的生成期间反映所生成的电压指令。
所生成的电流指令可包括d-轴电流指令(idref)和q-轴电流指令(iqref)并且可以基于电流大小进行计算。
用于针对驱动电动机的电流指令补偿转矩的方法还可包括使用基于磁通量的电流指令图生成电流指令，其中所述图包括所生成的补偿转矩指令和所生成的驱动点比。
根据本发明的实施例，一种包含用于针对驱动电动机的电流指令补偿转矩的程序指令的非暂时性计算机可读介质包括：接收为驱动电动机提供驱动功率的电池的输出电压(Vdc)、驱动电动机的电角速度(Wr)以及转矩指令(Tref*)的程序指令；根据所接收的电池的输出电压以及所接收的驱动电动机的电角速度生成驱动点比(1/λmax)的程序指令；使用基于磁通量的电流指令图生成电流指令的程序指令，其中所述图包括所生成的转矩指令和所生成的驱动点比；以及使用所生成的电流指令和驱动电动机的转速(Wrpm)生成补偿转矩指令(Tcomp)的程序指令。
附图说明
结合附图，本发明的上述和其它目的、特征和优点将从以下详细描述中更加显而易见。
图1是用于描述根据本发明实施例的用于针对驱动电动机的电流指令补偿转矩的设备和方法的配置图。
图2是用于描述根据本发明实施例的针对驱动电动机的转速和电流驱动点补偿转矩的图解。
图3A至图3C是用于描述根据本发明实施例的依据电流相位角、电流大小以及驱动电动机的转速补偿转矩的曲线图。
图4A至图4C是示出根据本发明实施例的在根据驱动电动机的转速和电流大小补偿转矩前后所测量的转矩之间的差异的图解。
附图标记列表：
105:MI控制电路单元
100:电流指令生成器
110:铁损转矩补偿器
120:电流控制器
130:2/3坐标转换器
140:PWM控制器
150:3/2坐标转换器
160:驱动电动机单元
具体实施方式
参考附图，上述目的、特征和优点将从以下详细描述的下列描述中变得更加显而易见。因此，本发明所属领域的技术人员可轻松地实践本发明的技术构思。此外，在描述本发明时，在判断与本发明相关的现有技术的详细描述会不必要地使本发明的要旨模糊不清的情况下，会将其省略。下文中，将参考附图详细地描述本发明的实施例。
在此使用的术语仅为描述特定实施例的目的，并非旨在限制本发明。如在此使用的单数形式“一种/个”和“该”也旨在包括复数形式，除非上下文另有清楚说明。应进一步理解，当在本说明书中使用时，术语“包括”和/或“包含”，指所述特征、整数、步骤、操作、要素，和/或部件的存在，但不排除一个或多个其他特征、整数、步骤、操作、要素、部件，和/或其组合的存在或添加。如在此使用的术语“和/或”包括一个或多个相关所列术语的任何或全部组合。
应该理解，如在此使用的术语“车辆”或“车辆的”或其他类似的术语总体上包括机动车辆，诸如包括运动型多功能汽车(SUV)、公共汽车、货车、各种商用车辆的乘用车，包括各种船只和舰船的水运工具，飞行器等等，并且包括混合动力车辆、电动车辆、插电式混合动力电动车辆、氢动力车辆和其他替代燃料车辆(例如源自石油之外的资源的燃料)。如在此所提到的，混合动力车辆为具有两种或两种以上动力源的车辆，例如由汽油和电力两者提供动力的车辆。
另外，应该理解，下列方法中的一个或多个或其中的方面可通过至少一个控制器执行。术语“控制器”可指包括存储器和处理器的硬件装置。存储器被配置成储存程序指令，并且处理器被配置成执行程序指令以执行以下进一步描述的一个或多个处理。此外，应该理解，以下方法可通过包括控制器的设备执行，由此本领域已知的设备适合于针对驱动电动机的电流指令补偿转矩。
此外，本发明的控制器可被实施为在计算机可读介质上的非暂时性计算机可读媒介，其中计算机可读介质包含由处理器、控制器等执行的可执行程序指令。计算机可读介质的示例包括但不限于ROM、RAM、光盘(CD)-ROM、磁带、软盘、闪存驱动器、智能卡和光数据存储器设备。计算机可读介质也可分布在联网的计算机系统中，使得计算机可读介质以分布式储存并且执行，例如，通过远程信息处理服务器或控制器局域网(CAN)。
图1是用于描述根据本发明实施例的用于针对驱动电动机的电流指令补偿转矩的设备和方法的配置图。
参见图1，用于针对驱动电动机的电流指令补偿转矩的设备被配置成包括：ⅰ)电流指令生成器100，其生成d-轴和q-轴电流指令Idref和Iqref，ⅱ)铁损转矩补偿器110，其针对由电流指令生成器所生成的d-轴和q-轴电流指令Idref和Iqref以及驱动电动机的转速Wrpm，提取铁损转矩补偿值，ⅲ)电流控制器120，其生成d-轴和q-轴电压指令Vdref和Vqref，ⅳ)2/3坐标转换器130，其中获得三相电压指令，ⅴ)脉冲宽度调制(PWM)控制器140，以及ⅵ)3/2坐标转换器150，其中获得d-轴反馈电流Id和q-轴反馈电流Iq。
电流指令生成器100接收转矩指令Tref*并且基于所生成的磁通量生成基于磁通量的电流指令图。电流指令生成器100使用基于磁通量的电流指令图生成电流指令。
具体说，d-轴和q-轴电流指令Idref和Iqref作为电流指令独立生成。在此，磁通量可被称为驱动点比(1/λmax)。另外，λmax是输出电压Vdc和电角速度Wr之间的比并且意味着最大磁通量。
具体说，驱动点比(1/λmax)可以通过磁通量生成器(例如，MI控制电路单元)105从为电动机提供驱动功率的电池的输出电压Vdc、电角速度Wr以及从逆变器反馈的电压Vd-qref生成。
常规的电流指令图仅可使用两个变量，即，电动机的转速和转矩指令。然而，在本发明中，接收三个变量，即电动机的电角速度Wr、转矩指令Tref*以及电池的输出电压Vdc，并且使用这三个变量生成基于磁通量的电流指令图。
在此，可以使用描述生成基于磁通量的电流指令图、Id区域和Iq区域之间的关系以及转矩的过程。
在本发明的实施例中，在控制电动机处在预定转速下的状态中，根据电流大小和角度测量d-轴和q-轴的电压和转矩。这些数据被输入至图提取工具，以计算驱动点的转矩和驱动点比(1/λmax)作为最终结果。此外，从驱动点的转矩以及驱动点比中提取d-轴和q-轴的电流指令值。
另外，使用图提取工具提取根据每个驱动点比的Id区域和Iq区域，并且具有最小电流大小的Id和Iq值被用作电流指令生成器的表值，其中最小电流大小满足每个转矩曲线均满足的Id和Iq值之间的电流限制等式。图通过该过程自动进行提取，从而使其能够生成基于磁通量的电流指令图。
因此，因为电池的输出电压反映在电流指令图输入中，所以可以执行转矩控制过程，同时实时反映车辆的状态。结果，生成最佳电流指令值。
铁损转矩补偿器110提取针对所生成的d-轴和q-轴电流指令Idref和Iqref以及驱动电动机的转速Wrpm的铁损转矩补偿值。即是说，铁损转矩补偿器110使用三个输入变量生成补偿转矩Tcomp。稍后将参考图2详细描述用于提取铁损转矩补偿值的方法。
电流控制器120将d-轴和q-轴电流指令Idref和Iqref转换成d-轴和q-轴电压指令Vdref和Vqref。2/3坐标转换器130被设置在电流控制器120和PWM控制器140之间，并且基于由转子的位置所估计的相位值，将同步框电压指令(synchronousframevoltageorder)转换成静止框电压指令(restframevoltageorder)。在此，2/3坐标转换器130可以被称为同步坐标逆变器或d-q/三相坐标转换器。
另外，2/3坐标转换器130转换静止框电压指令，以便适于待驱动的电动机的形式并且输出转换的电压指令。例如，在三相电动机的情况中，2/3坐标转换器130将静止框电压指令转换成三相电压指令并且将三相电压指令输出至PWM控制器140。
PWM控制器140综合在控制周期Ts期间可从逆变器中输出的有效电压矢量，从而生成控制信号，以便遵循电压指令并且将生成的控制信号输出至逆变器。在逆变器由开关装置，诸如绝缘栅双极型晶体管(IGBT)构成的情况中，控制信号变成门信号。
另外，PWM控制器140根据电压指令和直流(DC)链电压来计算电压调制指数，并且比较计算的电压调制指数和预置参考调制指数。另外，PWM控制器140根据比较的结果选择多个调制方案中的任何一个并且根据所选择的调制方案生成控制信号。
3/2坐标转换器150将电流检测单元(未示出)检测的电流转换成同步d-轴电流和同步q-轴电流。对于本发明的目的，3/2坐标转换器150可被称为同步坐标相位转换器或三相/d-q坐标转换器。
以上在本说明书中已简要描述了电流控制器120、2/3坐标转换器130、PWM控制器140或逆变器、3/2坐标转换器150等。
图2是用于描述根据本发明实施例的针对驱动电动机的转速和电流驱动点补偿转矩的图解。
参考图2，铁损转矩补偿器110提取针对所生成的d-轴和q-轴电流指令Idref和Iqref以及驱动电动机的转速Wrpm的铁损转矩补偿值。电流指令Idref和Iqref可被称为电流驱动点。另外，铁损转矩补偿值意为补偿转矩Tcomp。
具体说，铁损转矩补偿器110可生成根据电流大小(即，d-轴电流指令的平方与q-轴电流指令的平方的和)计算的电流指令(即电流驱动点)，然后根据驱动电动机的电流大小和转速提取对应于电流驱动点的多个铁损转矩补偿值。
例如，X-轴表示驱动电动机的转速的大小，并且y-轴表示每个电流驱动点的电流大小。即是说，铁损转矩补偿器110可根据电流驱动点的大小(例如，Is_ref1、Is_ref2、Is_ref3等)以及驱动电动机的转速(例如，Wrpm1、Wrpm2、Wrpm3等)提取多个铁损转矩补偿值(即，铁损转矩补偿值1至9)。
图3A至图3C是用于描述根据本发明实施例的依据电流相位角、电流大小以及驱动电动机的转速补偿转矩的曲线图。
参考图3A至图3C，图3A示出根据电流相位角的铁损转矩补偿值，其中X-轴表示电流相位角并且Y-轴表示负荷铁损转矩。即是说，在根据X-轴和Y-轴的电流大小(例如，Is_ref1、Is_ref2、Is_ref3、以及Is_ref4)之间几乎不存在差异。
图3B示出根据电流大小的铁损转矩补偿值，其中X-轴表示电流指令的电流大小，并且Y-轴表示负荷铁损转矩。即是说，在根据X-轴和Y-轴的电流相位角之间几乎不存在差异。
图3C示出根据驱动电动机的转速的铁损转矩补偿值，其中X-轴表示电流指令的电流大小，并且Y-轴表示负荷铁损转矩。在此，如放大图3C的B所示，可根据驱动电动机的转速和电流指令的电流大小来计算铁损转矩补偿值。
图4A至图4C是示出根据本发明实施例的在根据驱动电动机的转速和铁损转矩补偿器中的电流大小补偿转矩前后，所测量的转矩之间的差异的图解。
参见图4A左侧视图，该图示出在补偿铁损转矩之前增加电池电压时，所测量的转矩值和转矩指令值之间的误差，其中所测量的转矩值大于转矩指令值。参见图4A右侧视图，该图示出在补偿铁损转矩之后增加电池电压时，所测量的转矩值和转矩指令值之间的误差，其中所测量的转矩值与转矩指令值实质上相同。
参见图4B左侧视图，该图示出在补偿铁损转矩之前降低驱动电动机的温度时，所测量的转矩值和转矩指令值之间的误差，其中所测量的转矩值大于转矩指令值。参见图4B右侧视图，该图示出在补偿铁损转矩之后降低驱动电动机的温度时，所测量的转矩值和转矩指令值之间的误差，其中所测量的转矩值与转矩指令值实质上相同。
参见图4C左侧视图，该图示出在补偿铁损转矩之前增加驱动电动机的转速时，所测量的转矩值和转矩指令值之间的误差，其中转矩指令值大于所测量的转矩值。参见图4C右侧视图，该图示出在补偿铁损转矩之后增加驱动电动机的转速时，所测量的转矩值和转矩指令值之间的误差，其中所测量的转矩值与转矩指令值实质上相同。
如以上所提及的，本说明书所公开的技术可针对驱动电动机的转速和温度以及电池电压使测量的转矩相对于转矩指令的误差最小。另外，本技术可以减少用于准备根据转速的转矩补偿表所需的时间。此外，本技术使针对驱动电动机的温度和电池电压的测量的转矩的误差减至最小，从而使得能够减少电池的电流消耗并且提高车辆的燃料燃烧效率。
上文虽然已参考特定配置和附图对本发明进行了描述，但是本发明并不限于此，而是可以由本发明所属领域的技术人员在不背离本发明的精神以及权利要求的等同形式的情况下做出不同的修正和更改。

Claims (9)

1.一种用于针对驱动电动机的电流指令补偿转矩的设备，其包括：
电流指令生成器，所述电流指令生成器被配置成：ⅰ)接收转矩指令(Tref*)，ⅱ)使用所生成的驱动点比(1/λmax)生成基于磁通量的电流指令图，以及ⅲ)使用所生成的电流指令图生成电流指令；以及
铁损转矩补偿器，所述铁损转矩补偿器被配置成针对所生成的电流指令和所述驱动电动机的转速(Wrpm)提取铁损转矩补偿值。
2.根据权利要求1所述的用于针对驱动电动机的电流指令补偿转矩的设备，其中所述生成的电流指令包括d-轴电流指令(idref)和q-轴电流指令(iqref)。
3.根据权利要求1所述的用于针对驱动电动机的电流指令补偿转矩的设备，还包括：
电流控制器，其被配置成根据所述生成的电流指令生成电压指令。
4.根据权利要求1所述的用于针对驱动电动机的电流指令补偿转矩的设备，其中由磁通量生成器生成所述驱动点比，其中所述磁通量生成器被配置成接收电池的输出电压(Vdc)、电角速度(Wr)以及电压(Vdqref)。
5.一种用于针对驱动电动机的电流指令补偿转矩的方法，其包括以下步骤：
接收为所述驱动电动机提供驱动功率的电池的输出电压(Vdc)、所述驱动电动机的电角速度(Wr)以及转矩指令(Tref*)；
根据所接收的所述电池的输出电压以及所接收的所述驱动电动机的电角速度生成驱动点比(1/λmax)；
使用基于磁通量的电流指令图生成电流指令，其中所述电流指令图包括所述转矩指令和所生成的驱动点比；以及
使用所生成的电流指令和所述驱动电动机的转速(Wrpm)生成补偿转矩指令(Tcomp)。
6.根据权利要求5所述的用于针对驱动电动机的电流指令补偿转矩的方法，还包括以下步骤：
根据所生成的电流指令生成电压指令。
7.根据权利要求6所述的用于针对驱动电动机的电流指令补偿转矩的方法，还包括以下步骤：
反馈所生成的电压指令，以在所述驱动点比(1/λmax)的生成期间反映所生成的电压指令。
8.根据权利要求5所述的用于针对驱动电动机的电流指令补偿转矩的方法，其中所生成的电流指令包括d-轴电流指令(idref)和q-轴电流指令(iqref)，并且所生成的电流指令基于电流大小进行计算。
9.根据权利要求5所述的用于针对驱动电动机的电流指令补偿转矩的方法，还包括以下步骤：
使用基于磁通量的电流指令图生成电流指令，其中所述电流指令图包括所生成的补偿转矩指令和所生成的驱动点比。
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