CN106256081A

CN106256081A - 生成可变输出电压的方法和其系统

Info

Publication number: CN106256081A
Application number: CN201580019870.6A
Authority: CN
Inventors: 奥列格·伍德亚克; 肯特·D·旺勒
Original assignee: Deere and Co
Current assignee: Deere and Co
Priority date: 2014-08-28
Filing date: 2015-08-12
Publication date: 2016-12-21
Anticipated expiration: 2035-08-12
Also published as: WO2016032751A1; BR112016021810A2; BR112016021810B1; US20160065063A1; US9553539B2; DE112015003969B4; DE112015003969T5; CN106256081B; GB2544684B; GB201703215D0; GB2544684A

Abstract

至少一个示例性实施例公开了生成可变输出电压的方法。方法包括获得选择的操作模式(S505)，选择的操作模式是电压控制模式和频率模式中的一个，基于选择的操作模式确定输入电压命令(S510)，基于选择的操作模式调节输入频率命令和输入电压命令中的至少一个(S515)，被调节的所述基于输入频率命令和输入电压命令中的至少一个生成脉宽调制参照(S525)，并且基于脉宽调制参照生成可变输出电压(S530)。

Description

生成可变输出电压的方法和其系统

技术领域

示例性实施例涉及电动驱动装置系统和/或用于控制电动驱动装置的方法。

背景技术

诸如交流(AC)感应马达的电动驱动装置用于动力系统，诸如混动/电动车辆、辅助泵、空气压缩机、风扇等。交流感应马达已经广泛地用于工业应用。具有可变频率驱动器(VFD)的无故障跨接线路启动能力可以与感应马达一起使用。用于驱动装置的控制器控制驱动装置的操作。控制器生成应用于驱动装置的端子的控制信号。

通常地，基于多个信息，诸如驱动装置的端电压和机器的频率信息，控制器控制驱动装置。

发明内容

一些示例性实施例涉及用于生成可变输出电压的方法和设备。

在示例性实施例中，用于驱动系统部件(例如辅助泵、风扇等)的电压源被构造成用于在两个不同控制模式中的一个中操作，即电压控制模式和频率控制模式。没有激活的电源附接到AC端子。这允许电压在电压控制模式中的设置和电压/频率关系(V/Hz)在频率控制模式中的设置。

在电压控制模式中，电压源可以作为3相电源插座(在开环/闭环控制中)起作用，3相电源插座提供期望频率下的恒定电压，同时为电源和载荷提供保护。

在频率控制模式(Volts/Hz模式)中，基于与命令频率的可配置关系(线性或平方)，电压源保持命令频率和输出电压。

至少一个示例性实施例公开生成可变输出电压的方法。方法包括获得选择的操作模式，选择的操作模式是电压控制模式和频率模式中的一个，基于选择的操作模式确定输入电压命令，基于选择的操作模式确定输入频率命令，调节输入频率命令和输入电压命令中的至少一个，基于被调节的输入频率命令和输入电压命令中的至少一个生成脉宽调制参照，并且基于脉宽调制参照生成可变输出电压。

附图说明

将根据与附图结合的下文的详细描述更清楚地理解示例性实施例。图1-5表示如本文中所述的非限制性示例性实施例。

图1图示了图1A-1B的方框图；

图1A-1B是根据示例性实施例的用于控制电动马达的系统的方框图；

图2是根据示例性实施例的与图1A-1B一致的电子数据处理系统的方框图；

图3A图示了根据示例性实施例的电压命令生成模块的示例性实施例；

图3B-3D图示根据示例性实施例的电压命令生成模块的部分；

图4A图示了频率命令生成模块的示例性实施例；

图4B-4D图示根据示例性实施例的频率命令生成模块的部分；并且

图5图示了根据示例性实施例的生成可变输出电压的方法。

具体实施方式

现在将更充分地参照图示一些示例性实施例的附图以描述多个示例性实施例。

因此，尽管能够对示例性实施例进行各种修改并且形成可替换形式，但是附图通过示例的方法示出所述实施例并且本文将详细描述所述实施例。然而，应该理解，不旨在将示例性实施例限制到公开的具体形式，而是相反，示例性实施例将覆盖落入权利要求的范围内的所有的修改例、等同例和供选例。在对附图的所有描述中，相同的数字指示相同的元件。

将理解，虽然在本文中术语第一、第二等可以用于描述各种元件，但是这些术语不应该限制这些元件。这些术语仅用于区别一个元件与另一元件。例如，第一元件可以被称为第二元件，并且，类似地，第二元件可以被称为第一元件，这没有脱离示例性实施例的范围。如本文所用，术语“和/或”包括一个或多个相关联的列出项目的任意结合和所有结合。

将理解，当元件被称为“连接”或“耦接”到另一元件时，其可以直接连接或耦接到可以存在的另一元件或插入元件。相反，当元件被称为“直接连接”或“直接耦接”到另一元件时，其中不存在插入元件。应该以相同方式理解用于描述元件之间的关系的其它措辞。

本文中使用的术语仅为了描述具体的实施例并且不旨在限制示例性实施例。如本文所用，单数形式“a”、“an”和“the”旨在同样包括复数形式，除非上下文以其他方式明确表示。将进一步理解，当在本文中使用术语“包括”、“包括”、“包含”和/或“包含”时，指出存在规定的部件、整体、步骤、操作、元件和/或构件，但是不排除存在或增加一个或多个其它的部件、整体、步骤、操作、元件、构件和/或其组群。

还应该注意，说明的功能/作用可以以一些可替换的实现方式不按照图中图示的次序出现。例如，实际上可以大致同时执行或有时可以以相反次序执行连续示出的两个图，这取决于涉及的功能/作用。

除非另有规定，否则本文中使用的所有术语具有的意义与示例性实施例属于的技术领域中的人员通常理解的意义相同。将进一步理解，例如限定在通常使用的字典中的那些术语应该理解成具有的意义与其在相关技术的内容中的意义一致，而不应理解成理想化的意义或过度正式的意义，除非本文中明确地如此限定。

示例性实施例和对应的详细描述的部分明确地呈现被具体地程控以执行软件的处理器，或关于计算机存储器中数据位的操作的算法和符号表示。这些描述和表示是本领域的技术人员向本领域的其他技术人员有效表达其工作的实质的方式。算法，作为本文使用的术语，并且如其被通常使用的那样，被认为是通向结果的一序列有条理的步骤。该步骤对物理量进行要求的物理操纵。通常，虽然不一定，这些物理量采取能够被存储、传送、组合、比较、和以其他方式操纵的光信号、电信号、或磁信号的形式。主要由于普遍使用的原因，有时方便地将这些信号称为位、值、要素、符号、字符、术语、数字等。

在以下描述中，将参照可以执行为实现具体任务或采用具体的抽象数据类型的、包括例行程序、程序、目标、成分、数据结构等的程序模块或功能性过程并且可以使用现有的硬件执行的操作的作用和符号表示来描述说明性实施例。该现有硬件可以包括一个或多个中央处理器、数字信号处理器、专用集成电路、现场可编程门阵列计算机等。

然而，应该明白，所有的这些术语和类似的术语将与适当的物理量相关并且仅是应用于这些物理量的方便的符号。除非以其他方式具体地规定，或如从讨论所显而易见的，诸如“处理”或“运算”或“计算”或“确定”或“显示”等术语指操作被表示为计算机系统的寄存器和存储器中的物理电子量的数据并且将其转换成类似地表示为计算机系统存储器或寄存器或其它的这种信息存储、传送或显示装置中的物理量的其它数据的计算机系统或类似的电子计算装置的作用和过程。

还注意到执行示例性实施例的方面的软件通常被编码在一些形式的实体存储介质上或通过一些类型的传送介质来执行。有形存储介质可以是电子存储器、只读非挥发性电子随机存储器、一个或多个电子数据寄存器、数据闩锁电路、磁盘驱动、硬盘驱动、光盘驱动等。

根据示例性实施例，图1A-1B图示了用于控制诸如电动马达的载荷的驱动系统100。驱动系统100可以称为用于载荷的控制装置或电源。驱动系统100被构造成用于在两个不同控制模式中的一个中操作，这允许电压在电压控制模式中的设置和电压/频率(V/Hz)关系在频率控制模式中的设置。

至少一个示例性实施例公开了被构造成用于生成可变输出电压的控制装置。控制装置包括被构造成用于获得选择的操作模式的处理器，选择的操作模式是电压控制模式和频率模式中的一个，所述处理器被构造成用于基于选择的操作模式确定输入电压命令，基于选择的操作模式确定输入频率命令，基于选择的操作模式调节输入频率命令和输入电压命令中的至少一个，基于输入频率命令和输入电压命令中的被调节的至少一个生成脉宽调制参照，并且基于脉宽调制参照生成可变输出电压。

在示例性实施例中，处理器被构造成用于获得电压控制模式的选择部分，选择部分是开环控制部分和闭环控制部分中的一个。

在示例性实施例中，处理器被构造成用于基于选择部分生成输入电压命令。

在示例性实施例中，处理器被构造成用于选择多个电压命令中的一个作为输入电压命令，其中多个电压命令中的每个对应于电压控制模式和频率模式中的一个。

在示例性实施例中，处理器被构造成用于选择多个频率命令中的一个作为输入频率命令，其中多个频率命令中的每个对应于电压控制模式和频率模式中的一个。

在示例性实施例中，处理器被构造成用于在频率模式中根据可变输出电压和被调节输入频率命令之间的固定关系而生成可变输出电压。

在示例性实施例中，处理器被构造成用于基于温度极限、电流极限、电流转换极限、电压极限和电压转换极限中的至少一个，调节输入频率命令和输入电压命令中的至少一个。

在示例性实施例中，处理器被构造成用于如果选择的操作模式是电压控制模式则调节输入电压命令。

在示例性实施例中，处理器被构造成用于在调节之前和在调节之后保持输入频率命令。

在示例性实施例中，处理器被构造成用于如果选择的操作模式是频率模式则调节输入频率命令。

电动马达可以是诸如感应马达(IM)的马达、另一交流电机或直流电机。马达具有额定直流总线电压(例如，320伏特)。额定电压是指定电压。例如，马达的额定电压可以是320伏特，但是马达可以在高于和低于320伏特的电压下操作。

在示例性实施例中，除载荷117和逆变器开关电路188外的系统可以称为控制器。

应该理解，驱动系统100可以包括图1A-1B中未示出的额外特征。图1A-1B中示出的特征被图示以方便描述驱动系统100，并且应该理解驱动系统100应该不受限于图1A-1B示出的特征。

系统100包括电子模块、软件模块或二者。在示例性实施例中，驱动系统100包括电子数据处理系统120以支持一个或多个软件模块的软件指令的存储、处理或执行。电子数据处理系统120由图1A-1B中的虚线指示并且更详细地示出在图2中。电子数据处理系统120也可以称为用于载荷117的控制器和/或处理器。数据处理系统120被构造成用于确定控制模式，选择调制模式和基于控制模式确定电机的多个端相电压。调制模式可以表示PWM、方波、三角波、或正弦波、或频率、与任何前述项相关联的占空比或空载时间。控制模式可以是例如电压控制模式和频率控制模式中的一个。

数据处理系统120连接到逆变电路188。逆变电路188可以是三相逆变器。逆变电路188包括驱动或控制开关半导体(例如，绝缘栅双极型晶体管(IGBT)或其它的功率晶体管)以输出用于载荷117的控制信号的半导体驱动电路。逆变电路188继而连接到载荷117。

在示例性实施例中，电压命令生成模块105被构造成用于接收来自用户的用户命令UCMD、来自用户的模式选择信号SEL、估算的电机端电压V_term和次级极限Limit_{AC_Sec}。用户命令U_CMD和模式选择信号SEL可以通过车辆数据总线118被接收。电压命令生成模块105被构造成用于基于用户命令U_CMD、模式选择信号SEL、估算的电机端电压和次级极限而生成电压命令V_CMD。用户命令U_CMD表示电压控制模式中的期望电压或频率控制模式中的期望频率与电压关系。模式选择信号SEL表示电压控制模式和频率控制模式中的一个。

频率命令生成模块110被构造成用于基于用户命令U_CMD和模式选择信号SEL而生成频率命令F_CMD。

如图1所示，电压命令V_CMD和频率命令F_CMD被进送至车辆数据总线118以用于监控。

电流调整限制器111能够与频率命令生成模块110通信。电流调整限制器111接收相应的最终d-q轴电流命令(例如，id*和iq*)和实际d-q轴电流(例如，id和iq)。d-q轴电流表示在诸如载荷117的矢量控制交流电机的情况下适用的直轴电流和交轴电流。尽管术语电流命令被使用，但是应该理解电流命令表示目标电流值。

电流调整限制器111从实际d-q轴电流生成电流极限VHz_Curr_Limit。电流极限VHz_Curr_Limit表示转换的最终电流限制命令。电流调整限制器111限制电流极限的上坡道速率和下坡道速率。当最小电流极限或最大电流极限的上坡道速率大于上坡道速率设置点时，电流限制坡道速率将被限制为上坡道速率设置点的值。当最小电流极限或最大电流极限的下坡道速率大于下坡道速率设置点时，电流限制坡道速率将被限制为下坡道速率设置点的值。

电流调整限制器111对实际d-q轴电流id和iq采样，并且使用任何已知方法基于实际d-q轴电流计算RMS电流IRMS。电流调整限制器111然后比较RMS电流IRMS与设置的电流极限Set_Current_Limit，设置的电流极限Set_Current_Limit可以基于经验数据由用户确定。

为将被测量的总RMS电流IRMS关联至被设置的电流极限参数Set_Current_Limit，总RMS电流差值RMS_Current_Difference可以被限定为：

RMS_Current_Difference＝Set_Current_Limit-I_RMS(1)

如果存在RMS电流I_RMS和设置的电流Set_Current_Limit之间的差值(RMS_Current_Difference)，则差值RMS_Current_Difference通过积分增益而按比例缩放并且被进送至电流调整限制器111中的比例积分器(PI)。

PI控制器的输出经过转换限制块，当PI控制器失效时，转换限制块防止命令阶跃。PI控制器在电流调整限制器111中的转换输出为电流极限VHz_Curr_Limit。

在示例性实施例中，脉宽调制生成模块112向端电压估算模块127提供用于控制逆变电路188的脉冲命令和用于逆变电路188的每个相位(a、b和c)的占空比da、db、dc。处理系统120确定三相占空比da、db和dc，如名为“确定电机端电压的方法和其系统”的申请号为14/141,631的美国专利申请中所述，所述申请的全部内容通过引用特此被纳入此文。

然后，基于电压命令V_α和V_β、占空比、空载时间和脉宽调制载波，脉宽调制脉冲由脉宽调制生成模块112产生并且传送至逆变电路188。三相占空比da、db、dc被传送至端电压估算模块127。脉宽调制生成模块112的输出连接到逆变电路188。逆变电路188的输出级(例如，输出目前的相电压V_{AN_actual}、V_{BN_actual}和V_{CN_actual})提供脉宽调制电压波形或其它电压信号以用于载荷117的控制。电压V_AN、V_BN和V_CN可以称为例如相电压、电流控制阶跃电压或目前的控制阶跃电压。在示例性实施例中，逆变电路188由直流(dc)电压总线驱动。

逆变电路188包括驱动或控制开关半导体(例如，绝缘栅双极型晶体管(IGBT)或其它的功率晶体管)以输出用于载荷117的控制信号的半导体驱动电路。逆变电路188又连接到载荷117。传感器(例如，位置传感器、分析器或编码位置传感器)可以与马达轴或马达的转子相关联。传感器和载荷117连接到数据处理系统120以提供例如反馈数据(例如，电流反馈数据，诸如相电流值ia、ib和ic)、原始位置信号以及其它可能的反馈数据或信号。其它可能的反馈数据包括，但是不受限于，线圈温度读数、逆变电路188的半导体温度读数、三相电压数据或其它用于载荷117的热信息或性能信息。

位置处理模块114基于频率命令F_CMD将位置θ确定为：

θ＝∫F_cmddt (2)

其中θ是位置数据；F_CMD是频率命令；并且dt是处理系统120的采样速率。

用于载荷117的位置数据θ从位置处理模块114被传输至相位转换器121(例如，两相至两相逆向派克变换模块)，相位转换器121将来自d-q电压命令的电压命令V_CMD转换成用于脉宽调制模块112的电压命令V_α和V_β。

感测电路124的输入端连接到载荷117的端子以用于至少感测直流(dc)总线(例如，可以向逆变电路188提供直流功率的高压直流总线)的测量的三相电流和电压电平。感测电路124的输出连接到模数转换器122以用于数字化感测电路124的输出。模数转换器122的数字输出又连接到次级处理模块116，次级处理模块116输出测量的直流总线电压Vdc、相位线圈Tp的温度、IGBT温度Tig和测量的三相电流is、ib和ic。感测电路124与载荷117相关联，以用于测量三相电流(例如，应用于载荷117的线圈的电流、引进线圈中的反向EMF(电动势)或二者)。

位置处理模块114和次级处理模块116的某些输出供给到相位转换器113。例如，相位转换器113可以施加派克变换或其它的换算公式(例如，本领域的技术人员已知的某些换算公式)，以基于来自次级处理模块116的数字三相电流数据ia、ib和ic和来自位置处理模块114的位置数据θ，将电流的测量三相表示转换成电流的两相表示。相位转换器113模块的输出(id、iq)连接到电流调整限制器111。

基于三相占空比da、db、dc、由脉宽调制生成模块112生成的脉宽调制载波和相电流ia、ib和ic，电机端电压估算模块127估算实际的逆变器输出电压V_{AN_actual}，V_{BN_actual}和V_{CN_actual}的目前的逆变器相电压V_AN、V_BN和V_CN。然后被估算的逆变器输出电压V_AN、V_BN和V_CN被电机端电压估算模块127使用以计算估算的电机端电压。比较被估算的端电压与端电压极限将产生传送至PI控制器的误差，以产生和调节直轴电流(d-axis current)，并且最终调节交轴电流(q-axis_current)。

图2是根据示例性实施例的与图1A-1B一致的电子数据处理系统的方框图。在图2中，电子数据处理系统120包括电子数据处理器264、数据总线262、数据存储装置260和一个或多个数据端口(268、270、272和274)。数据处理器264、数据存储装置260和一个或多个数据端口连接到数据总线262，以支持数据在数据处理器264、数据存储装置260和一个或多个数据端口之间或之内的通信。

在示例性实施例中，数据处理器264可以包括电子数据处理器、微处理器、微控制器、可编程序逻辑阵列、逻辑电路、运算器、专用集成电路、数字信号处理器、比例积分微分控制器或另一数据处理装置。

数据存储装置260可以包括任何磁性装置、电子装置或光学装置以用于存储数据。例如，数据存储装置260可以包括电子数据存储装置、电子存储器、非挥发性电子随机存储器、一个或多个电子数据寄存器、数据闩锁电路、磁盘驱动、硬盘驱动、光盘驱动等。

如图2所示，数据端口包括第一数据端口268、第二数据端口270、第三数据端口272和第四数据端口274，但是任何适当数量的数据端口可以被使用。每个数据端口都可以包括例如收发器和缓冲存储器。在示例性实施例中，每个数据端口都可以包括任何串行输入/输出端口或并行输入/输出端口。

在如图2所示的示例性实施例中，第一数据端口268连接到车辆数据总线118。车辆数据总线118又连接到控制器266。在一个构造中，第二数据端口270可以连接到逆变电路188；第三数据端口272可以连接到模数转换器122；并且第四数据端口274可以连接到端电压反馈模块108。模数转换器122连接到感测电路124。

在数据处理系统120的示例性实施例中，转矩命令生成模块105与电子数据处理系统120的第一数据端口268相关联或被所述第一数据端口268支持。第一数据端口268可以连接到车辆数据总线118，诸如控制器区域网络(CAN)数据总线。车辆数据总线118可以向电压命令生成模块105和频率命令生成模块110提供具有电压和频率命令的数据总线信息。用户可以经由用户接口、控制器266或其它的控制装置生成电压命令。

在一些示例性实施例中，主处理模块114可以与数据处理系统120的端口相关联或被所述端口支持。

数据处理器264可以被具体地编程以执行电压命令生成模块105、频率命令生成模块110、电流调整限制器111、脉宽调制生成模块、相位转换器113、位置处理模块114、次级处理模块116、次级限制器125、端电压反馈模块108和电机端电压估算模块127。

图3A图示了电压命令生成模块105的示例性实施例。如图3A所示，电压命令生成模块105包括电压控制模式电压产生器305、频率控制模式电压产生器310、选择器315和电压控制模块320。

电压控制模式电压产生器305基于用户命令UCMD而生成用于电压控制模式的电压命令V_vmode。电压控制模式电压产生器305在开环控制或闭环控制下操作。

图3B-3C更详细地图示了电压命令生成模块105的部分。

图3B图示了电压命令生成模块105的部分105a。如图3B所示，转换限制器325接收电压命令VoltageAC_Cmd和启动信号Enable。启动信号Enable可以由用户生成以启动数据处理系统120。当用户选择电压控制模式时，电压命令VoltageAC_Cmd是用户命令U_CMD。电压命令VoltageAC_Cmd是在特定频率下使用CAN命令(或参数#XXX AC源默认电压命令，如果没有CAN命令存在)设置的选择的AC线间电压命令(例如，VAB、VAC、VBC)。直流总线电压大于选择的AC线间电压。

如图3B所示，电压命令VoltageAC_CMD被转换。

电压命令VoltageAC_CMD使用派克变换324在静止参考坐标系中确定Vd、Vq电压命令。

应该理解，参考坐标系表示用于表示和测量以下性质的坐标系，诸如马达转子、马达定子或二者的位置(例如，角度转动位置)、速度、转矩、电参数和定向。在静止坐标系中，转子、定子或二者的位置(例如，角度转动位置)、转动速度、转矩、电参数和定向被从静止观察者的观察点观察。静止坐标系可以表示以下情况，其中坐标系对准马达的定子，或其中直轴和交轴不随着转子而转动。对于转子或定子，静止坐标系与旋转坐标系是相互排斥的。

在旋转坐标系中，多相位马达的瞬时定子电流可以表示为笛卡尔坐标系中的单个定子电流复矢量。如果派克变换或类似的变换应用于定子电流复矢量，则坐标系具有随着转子磁通位置(例如，磁场中的局部最大值)而转动的直轴(d轴)和交轴(q轴)分量。对于具有附接至转子的永磁体的马达，与电磁体用于某些转子中的情况相反，转子磁通位置不相对于转子而改变。

转换限制器325限制Vd、Vq电压命令的上坡道速率和下坡道速率。当最小电压命令或最大电压命令的上坡道速率大于上坡道速率设置点时，电压命令坡道速率被限制为上坡道速率设置点的值。当最小电压命令或最大电压命令的下坡道速率大于下坡道速率设置点时，电压命令坡道速率将被限制为下坡道速率设置点的值。

从转换限制器325输出的转换电压命令之后通过将转换电压命令乘以而被转换成端电压空间矢量Vs。端电压空间矢量Vs然后经过电流限制器330。电流限制器330将来自电流限制器111的电流极限VHz_Curr_Limit与端电压空间矢量Vs相比较，并且基于电流极限VHZ_Curr_Limit如下地调节端电压空间矢量：

V_sadj＝V_s-VHZ_Curr_Limit (3)

模块335通过第二AC极限Limit_{AC_Sec}限制电流限制器330的输出，并且生成被调节的电压命令V_vadj。

第二AC极限Limit_{AC_Sec}可以包括线圈温度极限、IGBT温度极限和直流总线电压极限。

当限制的变量在降低(derate)的开始和结束点之间时，第二AC极限Limit_{AC_Sec}可以用于将可获得的输出(电压/频率)从100％动态减少到0％。使用第二AC极限Limit_{AC_Sec}的降低可以使用绝对极限方法或比率极限方法。在示例性实施例中，用户可以在绝对极限方法和比率极限方法之间选择。换句话说，数据处理系统120可以在绝对极限方法和比率极限方法之间切换。

在第二AC极限Limit_{AC_Sec}的情况下，降低的输出是被限制的转换速率。在示例性实施例中，来自一个第二AC极限的输出极限与所有的其它第二AC极限相比，之后最低的输出极限由模块335输出。

绝对极限方法允许基于绝对值配置所述降低。每个极限变量都具有可配置的降低开始(100％输出)和降低结束(0％输出)。下面的曲线图图示了该方法。

比率极限方法允许基于与设置点的相对差值而配置降低。设置点可以经由CAN信息设置，每个极限变量都具有可配置的降低开始(100％输出)和降低结束(0％输出)。

端电压空间矢量Vs也输入至裕量补偿器340。裕量补偿器340基于端电压空间矢量Vs、RMS电流IRMS、最大电流裕量S_{max_curr}和交流电压裕量增益GAC来执行裕量补偿。

最大电流裕量S_{max_curr}是用户选择的电流裕量的量。AC电压裕量增益GAC是用户选择的裕量补偿的量。当在电压或频率控制模式中运行时，AC电压裕量增益GAC被使用。正值AC电压裕量增益GAC将AC线间电压命令减少可获得输出的百分比。负值AC电压裕量增益GAC增加AC电压线间电压命令。

使用具有采样速率Ts的一阶低通滤波器341，RMS电流I_RMS被滤波。低通滤波器I_filter的输出被输入至裕量补偿器340。

裕量补偿促进连接至相同载荷的多个控制器之间的载荷分配，并且补偿一个或多个控制器和远程载荷之间的阻抗。

负裕量可以用于改善输出电压调节。这通过随着相电流增加而补充AC线间电压命令VoltageAC_Cmd而完成，即被从零电流处的无补充到100％电流处的全部补充。这可以用于补偿线路滤波器或较长的一组线缆两端的电压降落。如图所示，在加法器360的输入中，补充电压的量可以受限于10伏特。

电压命令生成模块105然后使用模块345将裕量补偿S_comp增加至用于电压控制模式的被调节电压命令V_vadj，并且使用模块350将裕量补偿S_comp增加至用于频率控制模式的被调节电压命令V_fadj。

图3C图示了电压命令生成模块105的生成用于频率控制模式的被调节电压命令V_fadj的部分105b。

在频率控制模式中，电压命令VoltageAC_CMD基于来自用户的频率命令Freq_{start_cmd}和V/Hz比率而被生成。如图3C所示，电压命令VoltageAC_CMD乘以电压命令以生成电压命令VHz_Max_Voltage，并且然后乘以振幅VHz_Max_Voltage以生成电压命令V_mult。

模块367处理频率命令Freq_{start_cm}d以生成线性关系频率F_linear。模块367确定频率命令Freq_{start_cmd}的绝对值，确保绝对值在期望极限内，并且将极限内的绝对值乘以2*pi以生成线性关系频率F_linear。

模块369将线性关系频率F_linear转换成平方关系频率F_sq。

参数VHZ_Sqrt_Select表示选择的V/Hz关系，诸如线性或平方关系。线性V/Hz关系是从零至额定电压和频率的直线。通过改变启动频率参数，V/Hz比率可以被改变以提供增加的转矩性能。V/Hz比率在输出电压和输出频率之间产生固定关系。

参数VHZ_Sqrt_Select用于产生较低速度下的额外的运行转矩。该值通常地小于期望加速度转矩。当在较低速度下运行时(未加速)，驱动器将降低启动电压。这减少了当使用更高的启动电压时可产生的过多的马达发热，如果更高的启动电压被使用，则可以导致过多的马达加热。

当平方的V/Hz项被使用时，关系是1/X²。因此，对于全频率，全电压被提供，并且对于1/2额定频率，1/4电压被施加，等等。该模式与可变转矩载荷(离心风扇或泵载荷随着速度增加而增加)的转矩要求紧密匹配，并且为这些应用提供能量节省。

基于参数VHZ_Sqrt_Select，选择器370选择线性关系频率F_linear和平方关系频率F_sq中的一个。

模块372然后将电压命令V_mult除以被选择频率以生成用于频率控制模式的电压命令V_fadj。

返回参照图3B，模块345输出用于电压控制模式的裕量补偿电压命令V_vslack。限制器355将用于电压控制模式的裕量补偿电压命令V_vslack限制到在电压控制模式中的最大电压极限Voltage_AC_Max乘以的的上限和零的下限之间。由于将用于电压控制模式的裕量补偿电压命令V_vslack限制到乘以的最大电压极限和零之间，限制器355输出电压V_vmode。

加法器360将裕量补偿的量(例如，10V)限制到电压命令VHz_Max_Voltage加10伏特。应该理解，基于经验数据，其它值可以用于裕量补偿的量。

模块350输出用于频率控制模式的裕量补偿电压命令V_fslack。限制器365将用于频率控制模式的裕量补偿电压命令V_fslack限制在加法器360的输出和零之间。由于将用于电压控制模式的裕量补偿电压命令V_fslack限制到加法器360的输出和零之间，限制器365输出电压V_fmode。

基于被选择的控制模式，选择器315选择电压V_vmode和V_fmode中的一个。更具体地，如果选择信号SEL指示电压控制模式，则选择器315输出电压V_vmode以作为初始电压命令V_{CMD_init}。如果选择信号SEL表示频率控制模式，则选择器315输出电压V_fmode以作为初始电压命令V_{CMD_init}。

返回参照图3A，基于控制信号Loop_Enable，初始电压命令V_{CMD_init}可以经受闭环电压控制器320。更具体地，初始电压命令V_{CMD_init}可以在电压控制模式中经受闭环电压控制。换句话说，在电压控制模式中，电压命令生成模块105可以在开环控制模式或闭环控制模式下操作。在频率控制模式中，电压命令生成模块105在开环控制模式中操作。

图3D图示了闭环电压控制器320的示例性实施例。闭环电压控制器320确定初始电压命令V_{CMD_init}和来自反馈模块108的端电压V_term之间的差值。在名为“确定电机端电压的方法和其系统”、申请号为14/141,631的美国专利申请中描述了端电压V_term的计算，所述申请的全部内容通过引用特此被纳入此文。

基于经验数据和系统响应性，用户设置K_P和K_I调谐参数。

闭环电压控制器320然后向相位转换器121输出电压命令V_CMD。电压命令V_CMD表示V_d和V_q值。在示例性实施例中，V_q是零。

图4A图示了频率命令生成模块110的示例性实施例。如所示，频率命令生成模块110包括电压控制模式频率产生器405和频率控制模式频率产生器110。

图4B图示了频率命令生成模块110的生成频率命令F_CMD的部分110a。

频率命令生成模块110将频率命令FrequencyAC_CMD乘以2*pi以生成频率命令F_cvt，并且将最大频率FrequencyAC_Max乘以2*pi以生成最大频率命令F_max。在图4B中，频率命令FrequencyAC_CMD是电压控制模式中的额定频率，并且最大频率可以基于经验数据和载荷117的极限。

限制器420将频率命令F_cvt限制在最大频率命令F_max的正值和负值之间。

限制器420的输出是用于电压控制模式的频率命令F_vmode。

图4C图示了频率命令生成模块110的生成频率控制模式中的频率命令Ffmode的部分110b。

如所示，频率命令生成模块110从用户接收频率开始命令Freq_{start_cmd}。换句话说，在频率控制模式中，用户命令U_CMD是频率开始命令Freq_{start_cmd}。频率命令生成模块110将频率开始命令Freq_{start_cmd}乘以2*pi。

转换限制器425基于第二AC极限Limit_{AC_Sec}、最大频率FrequencyAC_Max和2*pi的乘积、以及电流极限VHz_Curr_Limit来限制频率开始命令Freq_{start_cmd}和2*pi的乘积。转换限制器425输出转换的频率命令Freq_{slew_cmd}。

图4D图示了转换限制器425的示例性实施例。

如图4D所示，基于第二AC极限Limit_{AC_Sec}，限制器430限制频率命令Freqstart_cmd和2*pi的乘积，以生成被限制的频率命令F_limit。除了限制器430限制频率命令而非电压命令，限制器430以与限制器335类似的方式操作。因此，为了简要起见，限制器430将不被进一步地描述。

基于负的和正的转换速率极限Slew_{VHz_PositiveLimit}和Slew_{VHz_NegativeLimit}以及载荷117的测量的开始频率F_{start_measured}，转换限制器435进一步地限制被限制的频率命令Flimit，以生成初始的转换频率命令Freq_{slew_init}。频率命令生成模块110将初始的转换频率命令Freqslew_init乘以2*pi。如果初始的转换频率命令Freqslew_init和2*pi的乘积大于最大频率Fmax或小于最大频率Fmax的负值，则限制器437限制所述乘积以生成频率命令Freq_Cmd。

逻辑模块440确定用于频率命令Freq_CMD的极限。根据频率命令Freq_CMD的符号(正或负)，电流调整限制器111从频率命令减去或向频率命令增加计算的量。因而，逻辑模块440可以被认为是电流调整限制器111的部件。

限制器441确保频率命令Freq_Cmd在逻辑模块440的输出之间。结果，限制器输出转换的用户频率命令Freq_{slew_cmd}。

返回参照图4C，相关操作模块445接收转换频率命令Freq_{slew_cmd}和乘以2*pi的用户频率开始命令F_{reqstart_cmd}。基于转换频率命令Freq_{slew_cmd}和乘以2*pi的用户频率开始命令F_{reqstart_cmd}，操作模块445生成用于频率控制模式F_fmode的频率命令。

在低频下，如果需要，相关操作模块445偏离命令频率一个运行放大参数以提供额外的启动转矩。

选择器450基于参数VHz_Sqrt_Select，选择频率命令F_fmode或平方的频率命令F_fmode以生成振幅VHz_Amplitude。

返回参照图4A，基于被选择的控制模式，选择器415选择频率F_vmode和F_fmode中的一个。更具体地，如果选择信号SEL表示电压控制模式，则选择器415将频率F_vmode作为命令F_CMD输出。如果选择信号SEL表示频率控制模式，则选择器415输出频率F_fmode以作为初始电压命令F_CMD。

图5图示了根据示例性实施例的生成可变输出电压的方法。方法可以例如被系统100执行。

在S505处，处理系统(例如，处理系统120)获得选择的操作模式，选择的操作模式是电压控制模式和频率模式中的一个。例如，处理系统接收模式选择信号SEL，如图1A所示。

在S510处，基于选择的操作模式，处理系统确定电压命令。例如，处理系统接收电压命令VoltageAC_Cmd。在S515处，基于选择的操作模式，处理系统确定输入频率命令。例如，处理系统接收用户命令Freq_{start_Cmd}。

在S520处，基于选择的操作模式，处理系统调节输入频率命令和输入电压命令中的至少一个。例如，处理系统使用限制器以调节输入频率命令和输入电压命令。在S525处，基于输入频率命令和输入电压命令中的被调节的至少一个，处理系统生成脉宽调制参照(例如，V_α和V_β)。在S530处，基于脉宽调制参照，逆变器(例如，逆变器188)生成可变输出电压。

在示例性实施例中，方法进一步地包括获得电压控制模式的被选择的部分，所述被选择的部分是开环控制部分和闭环控制部分中的一个。

在示例性实施例中，生成所述输入电压命令为基于所述选择的部分而生成输入电压命令。

在示例性实施例中，方法进一步地包括选择多个电压命令中的一个作为所述输入电压命令，其中所述多个电压命令中的每个对应于电压控制模式和频率模式中的一个。

在示例性实施例中，方法进一步地包括选择多个频率命令中的一个作为所述输入频率命令，其中所述多个频率命令中的每个对应于电压控制模式和频率模式中的一个。

在示例性实施例中，所述生成可变输出电压的步骤为在频率模式中根据可变输出电压和被调节的输入频率命令之间的固定关系生成可变输出电压。

在示例性实施例中，基于选择的操作模式，调节输入频率命令和输入电压命令中的至少一个的步骤基于温度极限、电流极限、电流转换极限、电压极限和电压转换极限中的至少一个来调节输入频率命令和输入电压命令中的所述至少一个。

在示例性实施例中，在选择的操作模式是电压控制模式时，基于选择的操作模式，调节输入频率命令和输入电压命令中的至少一个的步骤调节输入电压命令。

在示例性实施例中，方法进一步地包括在调节输入电压命令之前和之后保持输入频率命令。

在示例性实施例中，在选择的操作模式是频率模式时，基于选择的操作模式，调节输入频率命令和输入电压命令中的至少一个的步骤调节输入频率命令。

在示例性实施例中，生成可变输出电压的步骤在频率模式中根据可变输出电压和被调节的输入频率命令之间的固定关系生成可变输出电压。

示例性实施例如此被描述，明显的将是，可以以许多方式改变示例性实施例。该变化不被认为违反示例性实施例的精神和范围，并且对于本领域的技术人员明显的所有的这种修改旨在被包括在权利要求的范围内。

Claims

1.一种生成可变输出电压的方法，所述方法包括以下步骤：

获得选择的操作模式，所述选择的操作模式是电压控制模式和频率模式中的一个；

基于选择的操作模式确定输入电压命令；

基于选择的操作模式确定输入频率命令；

基于选择的操作模式，调节输入频率命令和输入电压命令中的至少一个；

基于所述输入频率命令和输入电压命令中的被调节的所述至少一个，生成脉宽调制参照；并且

基于脉宽调制参照，生成可变输出电压。

2.根据权利要求1所述的方法，进一步包括以下步骤：

获得电压控制模式的被选择的部分，所述被选择的部分是开环控制部分和闭环控制部分中的一个。

3.根据权利要求2所述的方法，其中：

生成所述输入电压命令为基于所述选择的部分而生成输入电压命令。

4.根据权利要求1所述的方法，进一步包括以下步骤：

选择多个电压命令中的一个作为所述输入电压命令，其中所述多个电压命令中的每个对应于电压控制模式和频率模式中的一个。

5.根据权利要求4所述的方法，进一步包括以下步骤：

选择多个频率命令中的一个作为所述输入频率命令，其中所述多个频率命令中的每个对应于电压控制模式和频率模式中的一个。

6.根据权利要求1所述的方法，其中：

所述生成可变输出电压的步骤为在频率模式中根据可变输出电压和被调节的输入频率命令之间的固定关系生成可变输出电压。

7.根据权利要求1所述的方法，其中：

基于选择的操作模式，调节输入频率命令和输入电压命令中的至少一个的步骤基于温度极限、电流极限、电流转换极限、电压极限和电压转换极限中的至少一个来调节输入频率命令和输入电压命令中的所述至少一个。

8.根据权利要求1所述的方法，其中：

在选择的操作模式是电压控制模式时，基于选择的操作模式，调节输入频率命令和输入电压命令中的至少一个的步骤调节输入电压命令。

9.根据权利要求8所述的方法，进一步包括：

在调节输入电压命令之前和之后保持输入频率命令。

10.根据权利要求1所述的方法，其中：

在选择的操作模式是频率模式时，基于选择的操作模式，调节输入频率命令和输入电压命令中的至少一个的步骤调节输入频率命令。

11.根据权利要求10所述的方法，其中：

生成可变输出电压的步骤在频率模式中根据可变输出电压和被调节的输入频率命令之间的固定关系生成可变输出电压。

12.一种被配置成用于生成可变输出电压的控制装置，所述控制装置包括：

处理器，所述处理器被配置成用于：

获得选择的操作模式，所述选择的操作模式是电压控制模式和频率模式中的一个，

基于选择的操作模式确定输入电压命令，

基于选择的操作模式确定输入频率命令，

基于选择的操作模式，调节输入频率命令和输入电压命令中的至少一个，

基于所述输入频率命令和输入电压命令中的被调节的所述至少一个，生成脉宽调制参照，并且

基于脉宽调制参照，生成可变输出电压。

13.根据权利要求12所述的控制装置，其中：

处理器被配置成用于获得电压控制模式的被选择的部分，所述被选择的部分是开环控制部分和闭环控制部分中的一个。

14.根据权利要求13所述的控制装置，其中：

处理器被配置成用于基于所述被选择的部分生成输入电压命令。

15.根据权利要求12所述的控制装置，其中：

处理器被配置成用于选择多个电压命令中的一个作为输入电压命令，其中所述多个电压命令中的每个对应于电压控制模式和频率模式中的一个。

16.根据权利要求15所述的控制装置，其中：

处理器被配置成用于选择多个频率命令中的一个作为输入频率命令，其中所述多个频率命令中的每个对应于电压控制模式和频率模式中的一个。

17.根据权利要求12所述的控制装置，其中：

处理器被配置成用于在频率模式中根据可变输出电压和被调节的输入频率命令之间的固定关系而生成所述可变输出电压。

18.根据权利要求12所述的控制装置，其中：

处理器被配置成用于基于温度极限、电流极限、电流转换极限、电压极限和电压转换极限中的至少一个，调节输入频率命令和输入电压命令中的所述至少一个。

19.根据权利要求12所述的控制装置，其中：

处理器被配置成用于在选择的操作模式是电压控制模式时调节输入电压命令。

20.根据权利要求19所述的控制装置，其中：

处理器被配置成用于在调节输入电压命令之前和之后保持输入频率命令。

21.根据权利要求12所述的控制装置，其中：

处理器被配置成用于在选择的操作模式是频率模式时调节输入频率命令。

22.根据权利要求21所述的控制装置，其中：

处理器被配置成用于在频率模式中根据可变输出电压和被调节的输入频率命令之间的固定关系而生成可变输出电压。