CN108123653B - 马达控制系统的自适应脉宽调制 - Google Patents

马达控制系统的自适应脉宽调制 Download PDF

Info

Publication number
CN108123653B
CN108123653B CN201711216452.3A CN201711216452A CN108123653B CN 108123653 B CN108123653 B CN 108123653B CN 201711216452 A CN201711216452 A CN 201711216452A CN 108123653 B CN108123653 B CN 108123653B
Authority
CN
China
Prior art keywords
modulation index
index value
waveform
pwm waveform
pwm
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Active
Application number
CN201711216452.3A
Other languages
English (en)
Other versions
CN108123653A (zh
Inventor
张喆
P·普拉莫德
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Steering Solutions IP Holding Corp
Original Assignee
Steering Solutions IP Holding Corp
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Steering Solutions IP Holding Corp filed Critical Steering Solutions IP Holding Corp
Publication of CN108123653A publication Critical patent/CN108123653A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN108123653B publication Critical patent/CN108123653B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02P—CONTROL OR REGULATION OF ELECTRIC MOTORS, ELECTRIC GENERATORS OR DYNAMO-ELECTRIC CONVERTERS; CONTROLLING TRANSFORMERS, REACTORS OR CHOKE COILS
    • H02P6/00—Arrangements for controlling synchronous motors or other dynamo-electric motors using electronic commutation dependent on the rotor position; Electronic commutators therefor
    • H02P6/08—Arrangements for controlling the speed or torque of a single motor
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02P—CONTROL OR REGULATION OF ELECTRIC MOTORS, ELECTRIC GENERATORS OR DYNAMO-ELECTRIC CONVERTERS; CONTROLLING TRANSFORMERS, REACTORS OR CHOKE COILS
    • H02P23/00—Arrangements or methods for the control of AC motors characterised by a control method other than vector control
    • H02P23/28—Controlling the motor by varying the switching frequency of switches connected to a DC supply and the motor phases
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B62—LAND VEHICLES FOR TRAVELLING OTHERWISE THAN ON RAILS
    • B62D—MOTOR VEHICLES; TRAILERS
    • B62D5/00—Power-assisted or power-driven steering
    • B62D5/04—Power-assisted or power-driven steering electrical, e.g. using an electric servo-motor connected to, or forming part of, the steering gear
    • B62D5/0457—Power-assisted or power-driven steering electrical, e.g. using an electric servo-motor connected to, or forming part of, the steering gear characterised by control features of the drive means as such
    • B62D5/046—Controlling the motor
    • B62D5/0463—Controlling the motor calculating assisting torque from the motor based on driver input
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02M—APPARATUS FOR CONVERSION BETWEEN AC AND AC, BETWEEN AC AND DC, OR BETWEEN DC AND DC, AND FOR USE WITH MAINS OR SIMILAR POWER SUPPLY SYSTEMS; CONVERSION OF DC OR AC INPUT POWER INTO SURGE OUTPUT POWER; CONTROL OR REGULATION THEREOF
    • H02M7/00—Conversion of ac power input into dc power output; Conversion of dc power input into ac power output
    • H02M7/42—Conversion of dc power input into ac power output without possibility of reversal
    • H02M7/44—Conversion of dc power input into ac power output without possibility of reversal by static converters
    • H02M7/48—Conversion of dc power input into ac power output without possibility of reversal by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode
    • H02M7/53—Conversion of dc power input into ac power output without possibility of reversal by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode using devices of a triode or transistor type requiring continuous application of a control signal
    • H02M7/537—Conversion of dc power input into ac power output without possibility of reversal by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode using devices of a triode or transistor type requiring continuous application of a control signal using semiconductor devices only, e.g. single switched pulse inverters
    • H02M7/5387—Conversion of dc power input into ac power output without possibility of reversal by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode using devices of a triode or transistor type requiring continuous application of a control signal using semiconductor devices only, e.g. single switched pulse inverters in a bridge configuration
    • H02M7/53871—Conversion of dc power input into ac power output without possibility of reversal by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode using devices of a triode or transistor type requiring continuous application of a control signal using semiconductor devices only, e.g. single switched pulse inverters in a bridge configuration with automatic control of output voltage or current
    • H02M7/53873—Conversion of dc power input into ac power output without possibility of reversal by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode using devices of a triode or transistor type requiring continuous application of a control signal using semiconductor devices only, e.g. single switched pulse inverters in a bridge configuration with automatic control of output voltage or current with digital control
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02M—APPARATUS FOR CONVERSION BETWEEN AC AND AC, BETWEEN AC AND DC, OR BETWEEN DC AND DC, AND FOR USE WITH MAINS OR SIMILAR POWER SUPPLY SYSTEMS; CONVERSION OF DC OR AC INPUT POWER INTO SURGE OUTPUT POWER; CONTROL OR REGULATION THEREOF
    • H02M7/00—Conversion of ac power input into dc power output; Conversion of dc power input into ac power output
    • H02M7/42—Conversion of dc power input into ac power output without possibility of reversal
    • H02M7/44—Conversion of dc power input into ac power output without possibility of reversal by static converters
    • H02M7/48—Conversion of dc power input into ac power output without possibility of reversal by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode
    • H02M7/53—Conversion of dc power input into ac power output without possibility of reversal by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode using devices of a triode or transistor type requiring continuous application of a control signal
    • H02M7/537—Conversion of dc power input into ac power output without possibility of reversal by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode using devices of a triode or transistor type requiring continuous application of a control signal using semiconductor devices only, e.g. single switched pulse inverters
    • H02M7/5387—Conversion of dc power input into ac power output without possibility of reversal by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode using devices of a triode or transistor type requiring continuous application of a control signal using semiconductor devices only, e.g. single switched pulse inverters in a bridge configuration
    • H02M7/53871—Conversion of dc power input into ac power output without possibility of reversal by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode using devices of a triode or transistor type requiring continuous application of a control signal using semiconductor devices only, e.g. single switched pulse inverters in a bridge configuration with automatic control of output voltage or current
    • H02M7/53875—Conversion of dc power input into ac power output without possibility of reversal by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode using devices of a triode or transistor type requiring continuous application of a control signal using semiconductor devices only, e.g. single switched pulse inverters in a bridge configuration with automatic control of output voltage or current with analogue control of three-phase output
    • H02M7/53876—Conversion of dc power input into ac power output without possibility of reversal by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode using devices of a triode or transistor type requiring continuous application of a control signal using semiconductor devices only, e.g. single switched pulse inverters in a bridge configuration with automatic control of output voltage or current with analogue control of three-phase output based on synthesising a desired voltage vector via the selection of appropriate fundamental voltage vectors, and corresponding dwelling times
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02P—CONTROL OR REGULATION OF ELECTRIC MOTORS, ELECTRIC GENERATORS OR DYNAMO-ELECTRIC CONVERTERS; CONTROLLING TRANSFORMERS, REACTORS OR CHOKE COILS
    • H02P27/00—Arrangements or methods for the control of AC motors characterised by the kind of supply voltage
    • H02P27/04—Arrangements or methods for the control of AC motors characterised by the kind of supply voltage using variable-frequency supply voltage, e.g. inverter or converter supply voltage
    • H02P27/06—Arrangements or methods for the control of AC motors characterised by the kind of supply voltage using variable-frequency supply voltage, e.g. inverter or converter supply voltage using dc to ac converters or inverters
    • H02P27/08—Arrangements or methods for the control of AC motors characterised by the kind of supply voltage using variable-frequency supply voltage, e.g. inverter or converter supply voltage using dc to ac converters or inverters with pulse width modulation
    • H02P27/085—Arrangements or methods for the control of AC motors characterised by the kind of supply voltage using variable-frequency supply voltage, e.g. inverter or converter supply voltage using dc to ac converters or inverters with pulse width modulation wherein the PWM mode is adapted on the running conditions of the motor, e.g. the switching frequency
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02M—APPARATUS FOR CONVERSION BETWEEN AC AND AC, BETWEEN AC AND DC, OR BETWEEN DC AND DC, AND FOR USE WITH MAINS OR SIMILAR POWER SUPPLY SYSTEMS; CONVERSION OF DC OR AC INPUT POWER INTO SURGE OUTPUT POWER; CONTROL OR REGULATION THEREOF
    • H02M1/00—Details of apparatus for conversion
    • H02M1/0048—Circuits or arrangements for reducing losses
    • H02M1/0054—Transistor switching losses
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02M—APPARATUS FOR CONVERSION BETWEEN AC AND AC, BETWEEN AC AND DC, OR BETWEEN DC AND DC, AND FOR USE WITH MAINS OR SIMILAR POWER SUPPLY SYSTEMS; CONVERSION OF DC OR AC INPUT POWER INTO SURGE OUTPUT POWER; CONTROL OR REGULATION THEREOF
    • H02M1/00—Details of apparatus for conversion
    • H02M1/12—Arrangements for reducing harmonics from ac input or output
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02P—CONTROL OR REGULATION OF ELECTRIC MOTORS, ELECTRIC GENERATORS OR DYNAMO-ELECTRIC CONVERTERS; CONTROLLING TRANSFORMERS, REACTORS OR CHOKE COILS
    • H02P2205/00—Indexing scheme relating to controlling arrangements characterised by the control loops
    • H02P2205/01—Current loop, i.e. comparison of the motor current with a current reference
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02B—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO BUILDINGS, e.g. HOUSING, HOUSE APPLIANCES OR RELATED END-USER APPLICATIONS
    • Y02B70/00—Technologies for an efficient end-user side electric power management and consumption
    • Y02B70/10—Technologies improving the efficiency by using switched-mode power supplies [SMPS], i.e. efficient power electronics conversion e.g. power factor correction or reduction of losses in power supplies or efficient standby modes

Abstract

控制电马达操作的系统，包括：电流指令模块，接受转矩指令，输出电流指令；电流控制器模块，基于电流指令生成调制指数值。系统还包括生成基于调制指数值经由脉宽调制(PWM)方案调制的电压信号的信号发生器，PWM方案是基于调制指数值大于或等于第一阈值的连续PWM方案和非连续PWM方案的组合，信号发生器将电压信号输出到电马达。

Description

马达控制系统的自适应脉宽调制
技术领域
本发明涉及用于控制电动马达的方法和系统，尤其涉及用于产生用于控制电动马达的调制信号的方法和系统。
背景技术
通常，控制器通过产生用于每个马达相的占空比信号，例如，使用脉宽调制(PWM)技术，来控制电动马达，所述PWM技术用于向马达提供相电压信号。例如，电动马达一般由包括电流调节器和调制器的反馈系统来控制，所述调制器使用正弦PWM方案向三相逆变器(DC-AC转换器)产生并传输栅极驱动信号。逆变器为电动马达的每个相提供电压信号。逆变器所产生的电压在很大程度上取决于所使用的逆变器控制方案，次优技术可在高性能应用(如，电动转向(EPS))中导致不期望的转矩波动和可听噪声。
通常，使用电流控制机构来控制电动马达，该电流控制机构可包括在测量的电流反馈上运行的电流调节器(其可以具有多种不同的设计)，但是不限于此。其他电流控制机构可包括使用静态或动态逆向机器模型(或一般工厂模型，这取决于受控系统)的前馈电流控制器。这种前馈电流控制系统不需要测量电流反馈。
发明内容
关于一种用于控制电动马达操作的控制系统的实施例，该控制系统包括：电流指令模块，被配置成接受转矩指令并输出电流指令；和电流控制器模块，被配置基于所述电流指令生成调制指数值。所述系统还包括被配置成生成基于所述调制指数值经由脉宽调制(PWM)方案调制的电压信号的信号发生器，所述PWM方案是基于所述调制指数值大于或等于第一阈值的连续PWM方案和非连续PWM方案的组合，所述信号发生器被配置成将所述电压信号输出到所述电动马达。
关于一种用于控制电动马达的方法的实施例，所述方法包括：通过电路指令模块接收转矩指令并输出电流指令；和基于所述电流指令生成调制指数值。所述方法还包括由信号发生器生成电压信号，所述电压信号基于调制指数值经由脉宽调制(PWM)方案调制，所述PWM方案是基于所述调制指数值大于或等于第一阈值的连续PWM方案和非连续PWM方案的组合；并将所述电压信号输出到电动马达。
从以下结合附图的描述中，这些和其他优点和特征将变得更加明显。
附图说明
被认为是本发明的主题在说明书的结尾处的权利要求中被特别指出并明确地要求保护。从以下结合附图的详细描述中，本发明的前述和其他特征以及优点是显而易见的，在附图中：
图1是示出了根据本发明实施例的马达控制系统的部件、模块和功能的示意图；
图2示出了根据连续PWM方案生成的占空比波形的示例；
图3示出了根据非连续PWM方案产生的占空信号波形的示例；
图4是示出根据本发明实施例的用于组合连续和非连续PWM方案的混合函数的示例的曲线图；
图5是与其他PWM方案相比，基于自适应PWM方案的实施例生成的占空比波形的曲线图；
图6描绘了根据本发明实施例的由基于自适应PWM方案的电动马达产生的转矩模拟；和
图7描绘了根据本发明实施例的基于自适应PWM方案由电动马达产生的转矩频谱。
具体实施方式
以下描述本质上仅仅是示例性的，并不意图限制本发明、应用或用途。应该理解的是，在整个附图中，相应的附图标记表示相同或相应的部分和特征。
现在，参考图1，数据流程图示了用于控制，诸如交流(AC)马达的电动马达的控制装置或系统10的示例性实施例。这里描述的电动马达和控制装置及系统可以用于任何适当的目的。例如，电动马达和控制系统10可以是转向系统的一部分，例如，电动助力转向(EPS)，驾驶员辅助系统和/或车辆控制系统(例如，自主或半自主的转向系统)。需要注意的是此处所描述的实施例可以结合利用电动马达或马达的任何装置或系统进行使用。
在各种实施例中，控制装置或系统(例如，模块40)可包括一个或多个子模块和数据存储。如此处所使用的，术语模块和子模块是指执行一个或多个软件或固件程序的专用集成电路(ASIC)、电子电路、处理器(共享的，专用的或组)和存储器，组合逻辑电路和/或提供所描述功能的其他合适的部件。
在图1的示例中，控制系统10包括各种模块或子模块，例如，电流参考发生器模块12，其接收转矩或速度命令并将电流指令Idq *输出到电流控制器14(比如，作用于测量的电流反馈的电流调节器)，电流控制器14又将诸如调制指数(Mi)和相位超前(δ)等调制参数输出到脉宽调制器16(也称为占空比发生器)。电流指令处于同步旋转的参考系中，通常称为d/q(直接正交)轴参考系，而且电流指令Idq *包括直接分量Id *和正交分量Iq *。脉宽调制器16分别将a、b和c相的多相占空比(或栅极驱动)信号da，db和dc输出到逆变器18，逆变器18向三相马达20的每个相产生三相马达电压命令。脉宽调制器16和逆变器18(或其部分)可统称为信号发生器。
控制系统包括各种测量反馈功能和/或模块，这些功能和/或模块测量电动马达20的特性并将这些特性返回到控制系统10以用于调节控制参数。控制系统10被表征为闭环电流反馈控制系统。
在一个实施例中，反馈测量包括提供用于电动马达换向的马达电流和位置信息的电流测量模块22和位置测量模块24。电流测量模块22测量三相马达电流Ia、Ib和Ic(统称为Iabc)，将电流转换为d/q参考系，并输出d/q参考中的测量电流Id和Iq(Idq)。在d/q轴参考系中，马达电压和电流变成直流电(DC)量。
马达位置测量指示马达20的角度或旋转位置。在一个实施例中，反馈回路包括测量马达位置θ的位置测量模块24，并将马达位置输出到脉宽调制器16和/或电流测量模块22。
诸如控制系统10和/或其组件(例如，处理模块)的处理装置或系统被配置为根据自适应脉宽调制(APWM)方案或方法给马达提供电压信号的控制方法来控制电动马达。在一个实施例中，处理装置是包括脉宽调制器16和逆变器18的至少一部分的信号发生器，接收包括调制指数(Mi)信号的电流信号，并且产生根据APWM方法调制的电压信号。APWM方法包括根据Mi信号的值应用连续PWM方案和非连续PWM方案的组合。处理装置将Mi值与所选的阈值进行比较，并且基于Mi值大于或等于所选的阈值应用所述组合。
在一个实施例中，APWM方法包括：如果Mi值小于阈值，则使用连续PWM方案来生成电压信号；并且如果Mi值大于或等于阈值并且小于比所述阈值大的第二个值，则使用所述组合。这样，选择一个Mi值范围，以便仅当Mi值在该范围内时才应用该组合。如果Mi值大于第二个值，则使用非连续的PWM。
本文描述的实施例改进马达控制系统，包括用于电动马达的转矩、速度或位置控制的反馈控制系统。由逆变器产生的电压很大程度上依赖于所使用的逆变器控制方案，因此次优逆变器控制技术可在高性能应用(如EPS)中导致不希望的转矩波动和可听噪声。此处所描述的实施例确保针对不同的条件可自动调整调制技术，从而避免这种不期望的结果。
在一个实施例中，APWM方案结合了用于控制施加到电动马达的开关信号和电压的各种连续和非连续的PWM方案。例如，连续PWM方案包括正弦PWM(SPWM)和空间矢量PWM(SVPWM)。
SPWM涉及产生正弦波形，所述正弦波形直接用作给定调制指数Mi和直流(DC)总线电压VDC的调制信号。通过SPWM产生的电压可通过数学式表示为：
Figure BDA0001485595730000041
其中t表示时间，ω表示电动马达的角速度。SPWM方法实施简单，但可能不能充分利用直流总线能力。
SVPWM通过将第三和更高的奇次谐波注入基础波形中来提高直流总线的利用率。SVPWM产生的电压可以表示为：
Figure BDA0001485595730000051
在上面的等式中，f(ωt)是表示较高的奇次谐波的函数。在该示例中，VSVPWM的上述表达式表明，基础正弦波的幅值是0.577，比SPWM高出大约15.5％。这意味着，假设直流总线电压保持不变，则使用SVPWM的直流-交流电源转换器可比使用SPWM的线到线电压高15.5％。图2中示出了用于SVPWM的占空比波形的示例。
非连续PWM方案的示例包括非连续PWM最小值(DPWMMIN)，带偏移量的非连续PWM最小值(DPWMMINO)以及其他。DPWMMIN电压的数学表达式可以表示为：
Figure BDA0001485595730000052
在上述等式中，对于给定的控制周期，VPGA、VPGB和VPGC是相电压(分别针对相a、b和c)，“min(VPGA、VPGB和VPGC)”是控制周期的每个相的最小相电压。在本示例中，与SVPWM类似，上面的VDPWMMIN表达式表明DPWMMIN可以产生的基础正弦波的最大幅值为0.577VDC。在图3中，示出了DPWMMIN方案的占空比波形的示例。
DPWMMINO是基于DPWMMIN开发的，用于解决调制指数较低时的逆变器切换非线性问题。DPWMMIN中添加一个常数以在低调制指数时对开关进行预热。
非连续PWM方案提供了，诸如，降低开关损耗和具有更高分辨率的优点。例如，DPWMMIN方案有三分之一的时间将逆变器支线(inverter leg)钳位到地。因此，由于在钳位区域没有开关被激活，所以DPWMMIN的开关损耗可以降低。此外，DPWMMIN的最大值与调制指数成比例，因此可以使用0到100％范围内的整个占空比，这导致更高的PWM分辨率。然而，DPWMMINO方案优于DPWMMIN方案，因为它以开关损耗增加的代价克服了低调制指数时的逆变器的非线性。
然而，这种非连续的方案存在一些由连续PWM方案克服了的缺点。例如，非连续的方案会产生能够导致更高失真的较高的谐波。例如，比较SVPWM和DPWMMIN方案的谐波含量表明，与DPWMMIN(和DPWMMINO)不同，SVPWM不包含6n(n＝0、1、2...)次谐波。理论上，DPWMMIN的总谐波失真(THD)比SVPWM的总谐波失真高约4.87％。
APWM方案同时结合了SVPWM和DPWMMIN的优点，即较低的谐波和损耗。APWM降低了低调制指数运行区域的可听噪声，特别是在使用低开关频率时。此外，例如，当可以利用基于查找表的方法时，APWM方案的计算复杂度低。
三相两电平逆变器可以产生总共八个电压矢量；其中六个是有效矢量，两个是零矢量。为了使马达磁通矢量轨迹成圆形，执行多个电压矢量(包括有效矢量和零矢量)的合成。就SVPWM而言，在一个开关周期(即，控制周期)中执行四个电压矢量Vact1、Vact2、V0和V7。由电压指令和直流总线来确定四个矢量之间的导通时间分配(on-time allocations)。已经发现，DPWMMIN使用三个矢量Vact1、Vact2和V0来合成期望的电压矢量并且Vact1和Vact2的持续时间可以与SVPWM中的那些相同。这有助于理解SVPWM和DPWMMIN之间的相关性，更重要的是，简化了SVPWM的占空比计算。假设三相的DPWMMIN的瞬时占空比是已知的(例如，从查找表中获得)，则SVPWM的占空比可以写为：
Figure BDA0001485595730000061
其中“max(VDPWMMIN)”是使用DPWMMIN计算给定控制周期的最大电压。
在APWM方案或方法的一个实施例中，上述等式中的常数“1/2”被混合函数fb(Mi)代替，所述混合函数fb(Mi)取决于调制指数生成值。可以使用任何合适的函数、数学等式、曲线或一组值(例如，从查找表或其他相关数据结构)计算该值。该函数可以取代该常数或以其他方式提供与调制指数的关系，用于由较低值a1和较高值a2所界定的调制指数值的选定范围。a1被选择为使得对于更适合连续PWM方案的较低调制指数值，APWM方案仅是连续方案，并且对于更适合于非连续PWM方案的较高调制指数值，APWM方案仅是非连续方案。例如，通过选择a1大约等于0.6并选择a2大约等于0.9来限定合适的范围。
在一个实施例中，APWM的数学表达式具有以下形式：
VAPWM＝VDPWMMIN+fb(Mi)(1-max(VDPWMMIN))
在一个实施例中，函数fb(Mi)是分段函数，当调制指数在a1和a2限定的范围之外时，该分段函数等于常数，并且当调制指数在该范围内时该分段函数与Mi成反比。例如，函数fb(Mi)是一个分段线性函数，只需要一些额外的计算就可以提供从SVPWM到DPWMMIN的光滑过渡。这个函数的示例如下：
Figure BDA0001485595730000071
需要注意的是，虽然参考DPWMMIN对APWM方案的表达进行了讨论，但并不限于此。APWM方案可用于将任何合适的连续方案(例如，SPWM或SVPWM)与任何合适的非连续方案(例如DPWMMIN或DPWMMINO)混合。
图4示出了上述进行混合操作的功能。曲线30表示作为调制指数Mi的函数给予连续PWM方案的百分比或权重(weight)，曲线32表示给予非连续PWM方案的百分比或权重。如图所示，调制指数处于相对低值的范围内，SVPWM波形占主导。这个低值范围显示在0到a1之间。在a1和更大Mi值a2之间的中间值范围内，SVPWM波形与DPWMMIN波形混合，使得随着Mi增加，DPWMMIN的相对权重增加直到在大于或等于a2的值处DPWMMIN波形占主导。
图5示出了随着调制指数增加，上述APWM方案的占空比波形与传统PWM方案波形进行比较的示例。曲线34是使用SVPWM方案产生的波形，曲线36是使用DPWMMINO方案产生的波形，曲线38是使用APWM方案产生的波形。如图所示，APWM方案在高达约0.2的低Mi值处连续(例如，与SVPWM方案相同)并随着Mi值增加到约0.8而逐渐从连续转变为非连续方案，之后APWM方案是非连续的(例如，与DPWMMIN和/或DPWMMINO方案相同)。
图6和图7描绘了APWM方案和传统的非连续PWM方案之间进行比较的示例。图6示出了在0.01s内使用DPWMMINO方案的马达的电磁转矩响应42和使用APWM方案的电磁转矩响应44进行比较的模拟结果。图7示出了使用APWM方案的一个电周期期间的电磁转矩频谱46和使用APWM方案的控制周期期间的电磁转矩频谱48进行比较的模拟结果。
通过上述比较可以清楚地得出，与DPWMMINO方案相比，APWM方案在切换频率(例如10kHz)处，实际上没有内容。因为通常在可听范围内，尽量减少这些内容是很重要的。另外，类似于DPWMMINO方案，APWM方案在低调制指数处保持线性逆变器操作，同时改善整体转矩波动。使用本文描述的混合操作，可利用整个占空比并保持最佳PWM分辨率。
本文所描述的实施例可以用于控制电动马达的方法中。下面，结合控制系统10讨论该方法，但不限于此。该方法包括一个或多个阶段。在一个实施例中，该方法包括以所述的顺序执行所有阶段。但是，某些阶段可能会被省略，某些阶段可能会被增加，或者阶段的顺序被改变。
在第一阶段中，处理装置(诸如控制模块40，马达控制系统10和/或其一个或多个部件或模块)(单独地或协同地)接收转矩命令。尽管在此描述的实施例可以是任何利用电动马达的合适系统，但是在本实施例中，转矩指令由EPS系统或车辆控制系统(自动、半自动)提供。
在第二阶段中，转矩指令被转换成电流指令并输入到产生调制参数的电流控制器。调制参数包括调制指数值，所述调制指数值被输入到占空比发生器或脉宽调制器。脉宽调制器产生限定电动马达(诸如，动力转向系统或车辆转向控制马达)的每个相的占空比(即占空比率)的开关信号。
在第三阶段，脉宽调制器根据自适应PWM方法产生开关信号。例如，使用采取数学关系式形式或一组值的函数fb(Mi)来计算开关信号或占空比信号。在一个实施例中，使用查找表格或用于存储不同调制指数值的fb(Mi)的值的其他数据结构来计算开关信号。当调制指数大于等于a1且小于等于a2时，值fb(Mi)表示计算受连续PWM方案影响的相对比例或百分比。例如，对于接近a1的调制指数值，开关信号的较高百分比基于连续的PWM，而对于接近a2的调制指数值，开关信号的较高百分比基于非连续的PWM。
在第四阶段，开关信号被输出到电源转换器，该电源转换器将脉宽调制器的信号转换为施加到马达的电压信号。在一个实施例中，电源转换器是逆变器，但是也可以使用任何合适类型的转换器(例如，整流器)。
在第五阶段，在马达运行期间，进行各种测量并发送到，诸如电流控制器和脉宽调制器等控制模块或组件。例如，在每个控制周期，对马达位置测量信号和马达电流测量信号进行周期性地采样。电流和位置测量信号被输入到马达控制系统中适当的处理装置或模块中，并且如果需要可调整调制信号。调整后的调制信号用于控制发送给马达的电压信号。
虽然仅结合有限的实施例对本法明进行了详细地描述，但应当理解的是，本发明不限于这些公开的实施例。相反，可以修改本发明以并入目前为止未描述但是不背离本发明的精神和范围的任何数量的变化、变更、替换或等效设置。另外，虽然已经描述了本发明的各种实施例，但是应当理解的是，本发明的技术方案可以仅包括某些所描述的实施例。因此，本发明不被视为受前述说明的限制。

Claims (13)

1.一种用于控制电动马达操作的控制系统，包括：
电流指令模块，被配置成接受转矩指令并输出电流指令；
电流控制器模块，被配置基于所述电流指令生成调制指数值；
信号发生器，被配置成生成基于所述调制指数值经由脉宽调制PWM波形调制的电压信号，所述PWM波形是基于所述调制指数值大于或等于第一阈值的连续PWM波形和非连续PWM波形的组合，所述组合是所述连续PWM波形和所述非连续PWM波形的权重组合，基于所述调制指数值的函数来计算所述权重组合，所述信号发生器被配置成将所述电压信号输出到所述电动马达。
2.如权利要求1所述的系统，其中，基于所述调制指数值小于所述第一阈值，经由所述连续PWM波形生成所述电压信号。
3.如权利要求2所述的系统，其中，基于所述调制指数值大于或等于所述第一阈值且小于第二阈值，经由所述连续PWM波形和所述非连续PWM波形的组合生成所述电压信号，所述第二阈值大于所述第一阈值。
4.如权利要求3所述的系统，其中，基于所述调制指数值大于或等于所述第二阈值，经由所述连续PWM波形生成所述电压信号。
5.如权利要求1所述的系统，其中，所述连续PWM波形是正弦PWM波形。
6.如权利要求1所述的系统，其中，所述非连续PWM波形是非连续PWM最小值DPWMMIN波形和带偏移量的非连续PWM最小值DPWMMINO波形之一。
7.如权利要求1所述的系统，其中，所述组合基于以下关系式计算：
VAPWM＝VDPWMMIN+fb(Mi)(1-max(VDPWMMIN)),
其中VAPWM是所述电压信号，VDPWMMIN是基于所述非连续PWM波形计算的电压值，以及max(VDPWMMIN)是所述电压的最大值，并且fb(Mi)是基于所述调制指数值与两个阈值之间的差值计算出的函数。
8.如权利要求1所述的系统，其中，所述信号发生器包括：占空比发生器，被配置为基于所述调制指数值和相位超前值生成占空比信号；以及转换器模块，被配置为基于调制信号接收所述占空比信号并输出所述电压信号到所述马达。
9.如权利要求1所述的系统，其中，所述电动马达被配置成执行以下中的至少之一：将辅助转矩施加到车辆的转向系统，以及控制所述转向系统。
10.一种用于控制电动马达的方法，包括：
通过电路指令模块接收转矩指令并输出电流指令；
基于所述电流指令生成调制指数值；
由信号发生器生成电压信号，基于调制指数值经由脉宽调制PWM波形调制所述电压信号，所述PWM波形是基于所述调制指数值大于或等于第一阈值的连续PWM波形和非连续PWM波形的组合，所述组合是所述连续PWM波形和所述非连续PWM波形的权重组合，基于所述调制指数值的函数来计算所述权重组合；并将所述电压信号输出到电动马达。
11.如权利要求10所述的方法，其中基于所述调制指数值小于所述第一阈值，经由所述连续PWM波形生成所述电压信号。
12.如权利要求10所述的方法，其中，所述非连续PWM波形是非连续PWM最小值DPWMMIN波形和带偏移量的非连续PWM最小值DPWMMINO波形之一。
13.如权利要求10所述的方法，其中，输出所述电压信号包括以下步骤：基于所述调制指数值和相位超前值生成占空比信号；以及将所述占空比信号发送到配置为将所述占空比信号转换为所述电压信号的转换器模块。
CN201711216452.3A 2016-11-29 2017-11-28 马达控制系统的自适应脉宽调制 Active CN108123653B (zh)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
US15/362,895 2016-11-29
US15/362,895 US10153714B2 (en) 2016-11-29 2016-11-29 Adaptive pulse width modulation in motor control systems

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN108123653A CN108123653A (zh) 2018-06-05
CN108123653B true CN108123653B (zh) 2021-02-19

Family

ID=62117517

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201711216452.3A Active CN108123653B (zh) 2016-11-29 2017-11-28 马达控制系统的自适应脉宽调制

Country Status (3)

Country Link
US (1) US10153714B2 (zh)
CN (1) CN108123653B (zh)
DE (1) DE102017127780A1 (zh)

Families Citing this family (10)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US10833605B2 (en) * 2016-12-16 2020-11-10 Ge Aviation Systems Llc Space vector modulation in aerospace applications
US10541602B2 (en) * 2017-10-30 2020-01-21 University Of Florida Research Foundation, Inc. SPWM with DC offset based on total energy reduction
US10454395B2 (en) * 2017-11-06 2019-10-22 Steering Solutions Ip Holding Corporation Power management in permanent magnet synchronous motor drives
JP6961096B2 (ja) 2018-08-30 2021-11-05 日立Astemo株式会社 インバータ装置
US10676128B2 (en) * 2018-10-05 2020-06-09 Steering Solutions Ip Holding Corporation Inverter commutation techniques for five-phase synchronous motor drives
US11190126B2 (en) 2019-09-12 2021-11-30 Steering Solutions Ip Holding Corporation Space vector pulse width modulation for multi-phase machines
EP3848951A1 (en) * 2020-01-07 2021-07-14 ABB Power Grids Switzerland AG Control scheme for the operation of an electric motor actuator for a medium to high voltage circuit breaker
DE102020105163A1 (de) * 2020-02-27 2021-09-02 Audi Aktiengesellschaft Verfahren zum Betreiben einer Antriebseinrichtung für ein Kraftfahrzeug sowie entsprechende Antriebseinrichtung
DE102020112906A1 (de) * 2020-05-13 2021-11-18 Synapticon GmbH Motorsteuerungs-Verarbeitung mit einem flachen Pulsweitenmodulationsschema
CN113037113B (zh) * 2021-05-06 2022-06-10 中车青岛四方车辆研究所有限公司 一种三电平npc逆变器的中性点平衡控制方法及系统

Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20130066501A1 (en) * 2010-04-28 2013-03-14 Hitachi, Ltd. Vehicle

Family Cites Families (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5706186A (en) 1996-09-23 1998-01-06 Allen-Bradley Company, Inc. Hybrid pulse width modulation method and apparatus
US6023417A (en) * 1998-02-20 2000-02-08 Allen-Bradley Company, Llc Generalized discontinuous pulse width modulator
US8362732B2 (en) * 2010-02-02 2013-01-29 GM Global Technology Operations LLC Motor phase winding fault detection method and apparatus
US9559630B2 (en) 2014-03-28 2017-01-31 Deere & Company System and method for controlling modulation of an inverter
KR102009509B1 (ko) * 2015-04-14 2019-08-13 엘에스산전 주식회사 3상 인버터의 옵셋 전압 생성 장치 및 방법

Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20130066501A1 (en) * 2010-04-28 2013-03-14 Hitachi, Ltd. Vehicle

Also Published As

Publication number Publication date
US10153714B2 (en) 2018-12-11
CN108123653A (zh) 2018-06-05
DE102017127780A1 (de) 2018-05-30
US20180152123A1 (en) 2018-05-31

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN108123653B (zh) 马达控制系统的自适应脉宽调制
JP4379427B2 (ja) 多相回転電機の制御装置
US8278865B2 (en) Control device
US8232753B2 (en) Control device for electric motor drive apparatus
US8269441B2 (en) Motor control apparatus
JP4604820B2 (ja) モータ駆動システムの制御装置
US7642737B2 (en) Anti-windup control for a current regulator of a pulse width modulation inverter
US9543868B2 (en) Apparatus for controlling rotary electric machine
US11267503B2 (en) Motor control device
US10432129B2 (en) AC rotary machine control device and electric power steering device
US9692346B2 (en) Control apparatus for electric power inverter
US11218107B2 (en) Control device for power converter
JP6536460B2 (ja) インバータ制御装置
US10250161B1 (en) Adaptive harmonic elimination compensation for voltage distortion elements
JP7280170B2 (ja) モータ制御装置、モータ制御方法、ハイブリッドシステム、昇圧コンバータシステム、電動パワーステアリングシステム
US8749184B2 (en) Control apparatus for electric motor
JP4846205B2 (ja) Ｐｗｍインバータの制御方法
JP3738883B2 (ja) 電圧形ｐｗｍインバータのデッドタイム補償装置
CN112567620B (zh) 逆变装置
JP7111026B2 (ja) 電動機駆動システムおよび電動機駆動システムにおけるインバータ制御方法
JP2018126021A (ja) モータ制御装置
JP2011155787A (ja) 回転電機制御システム
CN106655948B (zh) 用于电动机的控制装置
TWI740413B (zh) 電力轉換裝置及其控制方法
JP7205660B2 (ja) モータの制御方法、及び、モータ制御装置

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
GR01 Patent grant
GR01 Patent grant