CN106655943A - 马达驱动器的控制系统 - Google Patents

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Abstract

一种马达驱动器的控制系统，其所包含的驱动运算器依据速度命令与马达的运转速度运算出一限制电流，而每安培电流最大转矩控制器依据限制电流运算出一d轴电流额定值，电流运算模块依据d轴电流额定值与弱磁控制模块所提供的一d轴弱磁电流值运算出一d轴电流命令，并将d轴电流命令传送至MTPA控制器，藉以使MTPA控制器依据d轴电流命令与限制电流运算出一q轴电流命令。

Description

马达驱动器的控制系统
技术领域
本发明涉及一种马达驱动器的控制系统及其控制方法，尤其涉及一种结合弱磁控制模块与每安培电流最大转矩控制器而运算出d轴电流命令与q轴电流命令的马达驱动器的控制系统。
背景技术
一般而言，现有的马达驱动器是依据q轴座标的定子电流所产生的磁通与d轴座标上的转子磁通交互作用，藉以对马达的向量进行控制，其中，马达在运转时所产生的反电动势与转速成正比，当转速上升而电压不足以克服三相交流马达所产生的反电动势时，会造成马达在高速运转的范围上有所限制，因而现有的马达驱动器会通过弱磁控制的方式来调整d轴电流，以降低转子磁通而克服高速下所产生的反电动势，藉以提升运转速度的范围。
请参阅图1，图1显示本发明先前技术的并转矩区与定功率区的波形示意图，如图1所示，除了上述弱磁控制方式外，现有技术还会采用每安培电流最大转矩(Maximum Torque Per Ampere；MTPA)的控制方式，而以现有的马达驱动器的控制方式来说，主要分为定转矩区与定功率区的控制，其中定转矩区是采用上述的每安培电流最大转矩的控制方式，定功率区则是采用弱磁控制的方式，然而，现有技术受限于电路架构的设计，因此一般仅能采用其中一种控制方式，但在电动车的马达控制中，马达必须操作在定转矩区与定功率区两个区域，但以现有技术来说，两个控制方式如何平稳的转换，尚未进行探讨，因此现有技术仍具备改善的空间。
发明内容
有鉴于现有技术的马达驱动控制器采用每安培电流最大转矩控制与弱磁控制，因而普遍具有在电动车领域无法确实使用的问题。缘此，本发明的目的在于提供一种马达驱动器的控制系统，主要是设有每安培电流最大转矩(Maximum Torque Per Ampere；MTPA)控制模块与弱磁控制模块，以达到可采用两种控制方式而解决上述的问题。
基于上述目的，本发明所采用的主要技术手段是提供一种马达驱动器的控制系统，包含一交流电源供应模块、一马达、一驱动运算器、一弱磁控制模块、一每安培电流最大转矩(Maximum Torque Per Ampere；MTPA)控制器以及一电流运算模块。交流电源供应模块用以产生一三相输入电源，马达电性连接于交流电源供应模块，并接收三相输入电源处于一运作状态，且马达在运作状态时具有一运转速度。驱动运算器系电性连接于马达，用以依据运转速度与一速度命令运算出一限制电流，弱磁控制模块用以提供一d轴弱磁电流值，每安培电流最大转矩控制器电性连接于驱动运算器，用以依据限制电流运算出一d轴电流额定值。电流运算模块电性连接于弱磁控制模块与每安培电流最大转矩控制器，用以依据d轴电流额定值与d轴弱磁电流值运算出一d轴电流命令，并将d轴电流命令传送至每安培电流最大转矩控制器。其中，在每安培电流最大转矩控制器接收到d轴电流命令后，依据d轴电流命令与限制电流运算出一q轴电流命令。
其中，上述马达驱动器的控制系统的附属技术手段的较佳实施例中，电流命令运算模块为一第一加法器，第一加法器电性连接于每安培电流最大转矩控制器，用以加总d轴电流额定值与d轴弱磁电流值而运算出d轴电流命令。此外，更包含一相量控制模块，电性连接于电流命令运算模块与每安培电流最大转矩控制器，藉以依据d轴电流命令运算出一d轴电压命令，并依据q轴电流命令运算出一q轴电压命令。另外，更包含一空间向量调变模块，电性连接于相量控制模块与交流电源供应模块，藉以依据d轴电压命令与q轴电压命令控制交流电源供应模块。
上述马达驱动器的控制系统的附属技术手段的较佳实施例中，相量控制模块电性连接于马达与交流电源供应模块，并包含包含一第一减法器、一d轴电流控制器、一第二减法器、一q轴电流控制器、一电压解耦补偿器、一第二加法器以及一第三加法器，第一减法器电性连接于电流命令运算模块，用以依据d轴电流命令与交流电源供应模块所反馈的一d轴反馈电流运算出一d轴运算电流，d轴电流控制器电性连接于第一减法器，用以依据d轴运算电流运算出一d轴运算电压，第二减法器电性连接于每安培电流最大转矩控制器，用以依据q轴电流命令与交流电源供应模块所反馈的一q轴反馈电流运算出一q轴运算电流，q轴电流控制器电性连接于第二减法器，用以依据q轴运算电流运算出一q轴运算电压。电压解耦补偿器提供一电压补偿值，第二加法器电性连接于d轴电流控制器与电压解耦补偿器，用以依据d轴运算电压与电压补偿值运算出d轴电压命令，第三加法器电性连接于q轴电流控制器与电压解耦补偿器，用以依据q轴运算电压与电压补偿值运算出q轴电压命令。
藉由本发明所采用的马达驱动器的控制系统及其控制方法的主要技术手段后，由于在系统中设有每安培电流最大转矩(Maximum Torque Per Ampere；MTPA)控制模块与弱磁控制模块，因此在电动车领域可确实对马达在定功率区与定转矩区进行控制，因而可有效地应用电动车领域而解决现有的问题。
以下结合附图和具体实施例对本发明进行详细描述，但不作为对本发明的限定。
附图说明
图1显示本发明先前技术的并转矩区与定功率区的波形示意图；以及
图2显示本发明较佳实施例的马达驱动器的控制统的方框示意图。
其中，附图标记
1 马达驱动器的控制系统
11 交流电源供应模块
12 马达
121 编码器
13 驱动运算器
14 弱磁控制模块
15 每安培电流最大转矩控制器
16 电流命令运算模块
17 相量控制模块
171 第二减法器
172 d轴电流控制器
173 第三减法器
174 q轴电流控制器
175 电压解耦补偿器
176 第二加法器
177 第三加法器
178 座标转换器
18 空间向量调变模块
ωm * 速度命令
ωm 运转速度
限制电流
d轴电流额定值
idfw d轴弱磁电流值
d轴电流命令
d轴反馈电流
d轴电压命令
q轴电流命令
q轴反馈电流
q轴电压命令
ias 第一相电流
ibs 第二相电流
具体实施方式
下面结合附图对本发明的结构原理和工作原理作具体的描述：
由于本发明所提供的马达驱动器的控制系统中，其组合实施方式不胜枚举，故在此不再一一赘述，仅列举一较佳实施例加以具体说明。
请参阅图2，图2显示本发明较佳实施例的马达驱动器的控制系统的方框示意图。如图所示，本发明较佳实施例的马达驱动器的控制系统1包含一交流电源供应模块11、一马达12、一驱动运算器13、一弱磁控制模块14、一每安培电流最大转矩(Maximum Torque Per Ampere；MTPA)控制器15、一电流运算模块16、一相量控制模块17以及一空间向量调变模块18。交流电源供应模块11用以产生一三相输入电源，其中，交流电源供应模块11可为交流电源、整流模块、直流链电容与变频模块的组合，但其他实施例中不限于此，三相输入电源即是经上述电路处理过的电源(例如图3中所示的第一相电流ias与第二相电流ibs，其中第三相电流并未示出)。
马达12为现有的马达，电性连接于交流电源供应模块11，并接收三相输入电源而处于一运作状态，且马达12在运作状态时具有一运转速度，在此需要一提的是，此运作状态可为停止运转或是实际运转的状态，以实际运转状态来说，运作状态可为图1所示的定转矩区的运作状态与定功率区的运作状态。另外，马达12还可设置有编码器121，其用于传送出马达12内的转子的速度信息。
驱动运算器13电性连接于马达12，其可为减法器、速度控制器与电流限制器依序组合而成，但其为现有技术，因此不再赘述。弱磁控制模块14例如可由加法器、低通滤波器与减法器所组合而成，但不限于此。每安培电流最大转矩控制器15电性连接于驱动运算器13，其例如可由电流运算器所组成，而前述的电流运算器一般依据运算式来进行运算，以下将对此进行详述。电流运算模块16电性连接于弱磁控制模块14与每安培电流最大转矩控制器15，并为一第一加法器。
相量控制模块17电性连接于马达11、交流电源供应模块12、电流命令运算模块16与每安培电流最大转矩控制器15，具体来说，相量控制模块17包含一第一减法器171、一d轴电流控制器172、一第二减法器173、一q轴电流控制器174、一电压解耦补偿器175、一第二加法器176以及一第三加法器177，第一减法器171电性连接于电流运算模块16，d轴电流控制器172电性连接于第一减法器171，第二减法器173电性连接于每安培电流最大转矩控制器15，q轴电流控制器174电性连接于第二减法器173，电压解耦补偿器175电性连接于d轴电流控制器172与q轴电流控制器174，第二加法器176电性连接于d轴电流控制器172与电压解耦补偿器175，第三加法器177电性连接于q轴电流控制器174与电压解耦补偿器175。另外，一般来说，相量控制模块17还可再包含一座标转换器178，座标转换器178电性连接于交流电源供应模块11与第二减法器173，而此座标转换器178可为三转二的转换器，以将三相输入电源的三相电流转换为d轴反馈电流与q轴反馈电流。
空间向量调变模块18电性连接于相量控制模块17与交流电源供应模块12，而空间向量调变模块18例如为一支持向量机(Support Vector Machine；SVM)，另外，其他实施例中，空间向量调变模块18还电性连接于弱磁控制模块14。
其中，实务上在运作时，马达12所设有的编码器121将运转速度(以下定义为ωm)传送至驱动运算器13，驱动运算器13依据运转速度ωm以及一速度命令(以下定义为ωm *)运算出一限制电流(以下定义为)，上述运算的方法例如是依序通过减法器、控制器与电流限制器运算而得，其中，上述控制器的运算式可为kp1+(ki1/s)，并运算出电流后经电流限制器的限制运算(为现有技术，不再赘述)而产生上述的限制电流
每安培电流最大转矩控制器15是对限制电流运算出一d轴电流额定值(以下定义为运算方法可采用多种方式，不再赘述)，另外，相量控制模块17的座标转换器178在转换出d轴反馈电流(以下定义为)与q轴反馈电流(以下定义为)后，第一减法器171会将d轴反馈电流与d轴电流命令进行相减而得一d轴运算电流，并将此相减的d轴运算电流传送至d轴电流控制器172(运算式可为kp3+(ki3/s))进行运算而得一d轴运算电压，并将此d轴运算电压传送至第二加法器176，使得第二加法器176可依据此运算结果及电压解耦补偿器175所提供的电压补偿值而加总出一d轴电压命令(以下定义为)。
同样地，第二减法器173依据q轴反馈电流与一q轴电流命令进行相减而得一q轴运算电流，并将此相减的q轴运算电流传送至q轴电流控制器174(运算式可为kp2+(ki2/s))进行运算而得一q轴运算电压，并将此q轴运算电压传送至第三加法器177，使得第三加法器177可依据此运算结果及电压解耦补偿器175所提供的电压补偿值而加总出一q轴电压命令(以下定义为)。而d轴电压命令与q轴电压命令会传送至空间向量调变模块18，使得空间向量调变模块18依据d轴电压命令与q轴电压命令控制交流电源供应模块11，其控制方法为限有技术，不再赘述。
弱磁控制模块14提供一d轴弱磁电流值(以下定义为idfw，运算方式为现有技术，不再赘述)，d轴弱磁电流值idfw可由加法器、低通滤波器与减法器运算而得，且d轴弱磁电流值idfw是传送至电流运算模块16，其中，电流运算模块16是依据每安培电流最大转矩控制器15所提供的d轴电流额定值与弱磁控制模块14所提供的d轴弱磁电流值idfw运算出一d轴电流命令并将d轴电流命令传送至每安培电流最大转矩控制器15，具体来说，电流运算模块16加总d轴电流额定值与d轴弱磁电流值idfw而获得d轴电流命令(亦即)，并在每安培电流最大转矩控制器15接收到d轴电流命令后，依据d轴电流命令与限制电流运算出一q轴电流命令而q轴电流命令由每安培电流最大转矩控制器15所提供的的函数式获得。
综合以上所述，本发明的主要目的是在命令d轴电流命令等于d轴电流额定值加总d轴弱磁电流值idfw(亦即)，且q轴电流命令是由每安培电流最大转矩控制器15所提供的的函数式获得。
因此，藉由本发明所采用的马达驱动器的控制系统及其控制方法的主要技术手段，由于在系统中设有每安培电流最大转矩(Maximum Torque Per Ampere；MTPA)控制模块与弱磁控制模块，因此在电动车领域可确实对马达在定功率区与定转矩区进行控制，因而可有效地应用电动车领域而解决现有的问题。
当然，本发明还可有其它多种实施例，在不背离本发明精神及其实质的情况下，熟悉本领域的技术人员当可根据本发明作出各种相应的改变和变形，但这些相应的改变和变形都应属于本发明所附的权利要求的保护范围。

Claims (5)

1.一种马达驱动器的控制系统，其特征在于，包含：
一交流电源供应模块，用以产生一三相输入电源；
一马达，电性连接于该交流电源供应模块，并接收该三相输入电源处于一运作状态，且该马达在该运作状态时具有一运转速度；
一驱动运算器，电性连接于该马达，用以依据该运转速度与一速度命令运算出一限制电流；
一弱磁控制模块，用以提供一d轴弱磁电流值；
一每安培电流最大转矩控制器，电性连接于该驱动运算器，用以依据该限制电流运算出一d轴电流额定值；以及
一电流运算模块，电性连接于该弱磁控制模块与该每安培电流最大转矩控制器，用以依据该d轴电流额定值与该d轴弱磁电流值运算出一d轴电流命令，并将该d轴电流命令传送至该每安培电流最大转矩控制器；
其中，在该每安培电流最大转矩控制器接收到该d轴电流命令后，依据该d轴电流命令与该限制电流运算出一q轴电流命令。
2.根据权利要求1所述的马达驱动器的控制系统，其特征在于，该电流命令运算模块为一第一加法器，该第一加法器电性连接于该每安培电流最大转矩控制器，用以加总该d轴电流额定值与该d轴弱磁电流值而运算出该d轴电流命令。
3.根据权利要求1所述的马达驱动器的控制系统，其特征在于，更包含一相量控制模块，电性连接于该电流命令运算模块与该每安培电流最大转矩控制器，藉以依据该d轴电流命令运算出一d轴电压命令，并依据该q轴电流命令运算出一q轴电压命令。
4.根据权利要求3所述的马达驱动器的控制系统，其特征在于，更包含一空间向量调变模块，电性连接于该相量控制模块与该交流电源供应模块，藉以依据该d轴电压命令与该q轴电压命令控制该交流电源供应模块。
5.根据权利要求3所述的马达驱动器的控制系统，其特征在于，该相量控制模块电性连接于该马达与该交流电源供应模块，并包含：
一第一减法器，电性连接于该电流命令运算模块，用以依据该d轴电流命令与该交流电源供应模块所反馈的一d轴反馈电流运算出一d轴运算电流；
一d轴电流控制器，电性连接于该第一减法器，用以依据该d轴运算电流运算出一d轴运算电压；
一第二减法器，电性连接于该每安培电流最大转矩控制器，用以依据该q轴电流命令与该交流电源供应模块所反馈的一q轴反馈电流运算出一q轴运算电流；
一q轴电流控制器，电性连接于该第二减法器，用以依据该q轴运算电流运算出一q轴运算电压；
一电压解耦补偿器，提供一电压补偿值；
一第二加法器，电性连接于该d轴电流控制器与该电压解耦补偿器，用以依据该d轴运算电压与该电压补偿值运算出该d轴电压命令；以及
一第三加法器，电性连接于该q轴电流控制器与该电压解耦补偿器，用以依据该q轴运算电压与该电压补偿值运算出该q轴电压命令。
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