CN110277943A - 电动机转速的控制方法和控制系统 - Google Patents

电动机转速的控制方法和控制系统 Download PDF

Info

Publication number
CN110277943A
CN110277943A CN201811001563.7A CN201811001563A CN110277943A CN 110277943 A CN110277943 A CN 110277943A CN 201811001563 A CN201811001563 A CN 201811001563A CN 110277943 A CN110277943 A CN 110277943A
Authority
CN
China
Prior art keywords
coordinate system
synchronous coordinate
motor
shaft
calculated
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.)
Granted
Application number
CN201811001563.7A
Other languages
English (en)
Other versions
CN110277943B (zh
Inventor
李东勋
金成道
柳昌锡
康敏绣
全淳一
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.)
Hyundai Motor Co
Kia Corp
Original Assignee
Hyundai Motor Co
Kia Motors 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
Priority claimed from KR1020180029635A external-priority patent/KR102676718B1/ko
Application filed by Hyundai Motor Co, Kia Motors Corp filed Critical Hyundai Motor Co
Publication of CN110277943A publication Critical patent/CN110277943A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN110277943B publication Critical patent/CN110277943B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02K—DYNAMO-ELECTRIC MACHINES
    • H02K11/00—Structural association of dynamo-electric machines with electric components or with devices for shielding, monitoring or protection
    • H02K11/20—Structural association of dynamo-electric machines with electric components or with devices for shielding, monitoring or protection for measuring, monitoring, testing, protecting or switching
    • H02K11/21—Devices for sensing speed or position, or actuated thereby
    • H02K11/215—Magnetic effect devices, e.g. Hall-effect or magneto-resistive elements
    • 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
    • H02P21/00—Arrangements or methods for the control of electric machines by vector control, e.g. by control of field orientation
    • H02P21/06—Rotor flux based control involving the use of rotor position or rotor speed sensors
    • H02P21/08—Indirect field-oriented control; Rotor flux feed-forward control
    • 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
    • H02P1/00—Arrangements for starting electric motors or dynamo-electric converters
    • H02P1/16—Arrangements for starting electric motors or dynamo-electric converters for starting dynamo-electric motors or dynamo-electric converters
    • H02P1/46—Arrangements for starting electric motors or dynamo-electric converters for starting dynamo-electric motors or dynamo-electric converters for starting an individual synchronous motor
    • H02P1/48—Arrangements for starting electric motors or dynamo-electric converters for starting dynamo-electric motors or dynamo-electric converters for starting an individual synchronous motor by pole-changing
    • 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
    • H02P21/00—Arrangements or methods for the control of electric machines by vector control, e.g. by control of field orientation
    • H02P21/0003—Control strategies in general, e.g. linear type, e.g. P, PI, PID, using robust control
    • 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
    • H02P21/00—Arrangements or methods for the control of electric machines by vector control, e.g. by control of field orientation
    • H02P21/14—Estimation or adaptation of machine parameters, e.g. flux, current or voltage
    • 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
    • H02P21/00—Arrangements or methods for the control of electric machines by vector control, e.g. by control of field orientation
    • H02P21/22—Current control, e.g. using a current control loop
    • 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
    • H02P29/00—Arrangements for regulating or controlling electric motors, appropriate for both AC and DC motors
    • H02P29/02—Providing protection against overload without automatic interruption of supply
    • H02P29/024—Detecting a fault condition, e.g. short circuit, locked rotor, open circuit or loss of load
    • H02P29/0241—Detecting a fault condition, e.g. short circuit, locked rotor, open circuit or loss of load the fault being an overvoltage
    • 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
    • H02P29/00—Arrangements for regulating or controlling electric motors, appropriate for both AC and DC motors
    • H02P29/02—Providing protection against overload without automatic interruption of supply
    • H02P29/024—Detecting a fault condition, e.g. short circuit, locked rotor, open circuit or loss of load
    • H02P29/028—Detecting a fault condition, e.g. short circuit, locked rotor, open circuit or loss of load the motor continuing operation despite the fault condition, e.g. eliminating, compensating for or remedying the fault
    • 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
    • H02P29/00—Arrangements for regulating or controlling electric motors, appropriate for both AC and DC motors
    • H02P29/02—Providing protection against overload without automatic interruption of supply
    • H02P29/032—Preventing damage to the motor, e.g. setting individual current limits for different drive conditions
    • 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
    • H02P2101/00—Special adaptation of control arrangements for generators
    • H02P2101/45—Special adaptation of control arrangements for generators for motor vehicles, e.g. car alternators
    • 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
    • H02P2203/00—Indexing scheme relating to controlling arrangements characterised by the means for detecting the position of the rotor
    • H02P2203/09—Motor speed determination based on the current and/or voltage without using a tachogenerator or a physical encoder

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
  • Control Of Ac Motors In General (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)

Abstract

本申请涉及电动机转速的控制方法和控制系统。一种电动机转速的控制方法，其可以包括：基于电动机的目标转速和所述速度传感器的测量转速值来计算同步坐标系的q轴电位差以用于控制所述同步坐标系的q轴电流；基于计算出的同步坐标系的q轴电位差来计算所述同步坐标系的电压命令；以及根据计算出的同步坐标系的电压命令来控制连接到所述电动机的逆变器。

Description

电动机转速的控制方法和控制系统
技术领域
本发明涉及一种电动机转速的控制方法和控制系统，更具体地，涉及一种能够在不测量电动机的三相电流的情况下控制正常电动机转速的技术。
背景技术
通常，电动机的定子使用在电流流入三相线圈时形成的电磁场，并且转子使用N和S极交替重复设置的永磁体。为了使电动机连续旋转，需要形成电动机的连续旋转磁场，并且为了形成连续旋转磁场，应当在适当的时间对流入电枢线圈的电流的每一相进行整流，并且应当准确识别转子的位置以进行适当的整流。这里，整流改变电动机定子线圈的电流方向以允许转子旋转。
具体地，当进行扭矩控制所需的电动机(诸如混合动力车辆、电动车辆(EV)或燃料电池车辆中的驱动电动机)被控制时，需要精确测量电动机转子的位置。即，为了控制电动机的三相电流，必定需要电动机转子的位置传感器和用于测量电动机的三相电流的三相电流传感器。
图1(相关技术)是根据相关技术的电动机转速控制系统的框图。
参考图1，在根据相关技术的电动机转速控制系统中，电动机10由逆变器30控制，逆变器30由电流控制器60控制。速度控制器50从高级控制器40接收速度命令，并且向电流控制器60提供电流命令，电流控制器60向逆变器30提供三相电压命令，并且逆变器30根据三相电压向电动机10提供三相电流。
霍尔传感器20安装在电动机10上以用于测量电动机转子的速度。测得的电动机转子的测量速度可以用于速度控制器50中的反馈控制。
具体地，电流控制器60可以从速度控制器50接收同步坐标系的电流命令Id *和Iq *，并且将同步坐标系的电压命令Vd *和Vq *发送到坐标转换器70，并且坐标转换器70可以将同步坐标系的电压命令Vd *和Vq *转换为三相电压命令(a相、b相和c相)并发送三相电压命令(a相、b相和c相)。逆变器30可以基于所接收的三相电压命令(a相、b相和c相)，通过三相开关电路的脉宽调制(PWM)输出占空比(output duty)向电动机10提供三相电流。
电流控制器60可以将电压命令Vd *和Vq *施加到逆变器30，以将从逆变器30供应到电动机10的驱动电流的测量值收敛于电流命令Id *和Iq *。可以在逆变器30和电动机10之间提供三相电流传感器80，以用于测量从逆变器30供应到电动机10的驱动电流。三相电流传感器80可以测量三相驱动电流的两相或更多相，测得的两相或更多相经由坐标转换器70反馈到电流控制器60。电流控制器60可以对测得的驱动电流的测量值Id和Iq执行反馈控制，以用于将测量值Id和Iq收敛于从速度控制器50接收的电流命令Id *和Iq *。
感测提供到电动机10的三相电流的三相电流传感器80通常感测三相电流中的两相，并且在一些情况下，三相电流传感器80可以感测一相或全部三相。
然而，当三相电流传感器在必定需要三相电流传感器的电动机控制中发生故障时，存在不能控制电动机转速的问题。
此外，在用于不一定需要扭矩控制而仅需要速度控制的泵(例如，冷却水泵或油泵)、风扇(例如，冷却风扇或空调风扇)、空气压缩机等的电动机的情况下，存在的问题在于，不必要地包括三相电流传感器的配置。
以上内容仅仅是为了帮助理解本发明的背景，并不旨在意味着本发明落入本领域技术人员已知的相关技术的范围内。
发明内容
因此，本发明提出一种电动机转速的控制方法，其在三相电流传感器发生故障或仅控制电动机转速时不测量三相电流。
根据一个方面，提供一种电动机转速的控制方法，包括：基于电动机的目标转速和电动机的测量转速值，由电动机控制器计算用于控制同步坐标系的q轴电流的同步坐标系的q轴电位差；基于计算出的同步坐标系的q轴电位差，由电动机控制器计算同步坐标系的电压命令；以及根据计算出的同步坐标系的电压命令，由电动机控制器控制连接到电动机的逆变器。
计算同步坐标系的q轴电位差可以包括：计算目标转速与测量转速值之间的差值，并且使用计算出的目标转速与测量转速值之间的差值来计算同步坐标系的q轴电位差。
计算同步坐标系的q轴电位差可以包括：对计算出的目标转速与测量转速值之间的差值进行积分。
该控制方法还可以包括：在计算出同步坐标系的q轴电位差之后，将计算出的同步坐标系q轴电位差的大小限制为预定大小值或更小，其中，计算同步坐标系的电压命令可以包括使用同步坐标系的受限q轴电位差来计算同步坐标系的电压命令。
当先前计算出的同步坐标系的q轴电位差被限制为预定大小值或更小时，计算同步坐标系的q轴电位差可以包括：根据同步坐标系的受限q轴电位差的积分和先前计算出的同步坐标系的q轴电位差，执行抗饱和(anti-windup)控制以防止饱和。
计算同步坐标系的电压命令可以包括：通过将电动机的反电动势前馈补偿到计算出的同步坐标系的q轴电位差上，计算同步坐标系的q轴电压命令。
电动机的反电动势可以与测量转速值成比例，其中反电动势常数作为比例常数。
计算同步坐标系的电压命令可以包括：使用同步坐标系的q轴电压命令来计算同步坐标系的d轴电压命令，其通过假设同步坐标系的d轴电流为零来计算。
可以使用以下等式来计算同步坐标系的d轴电压命令：
其中，Vd是同步坐标系的d轴电压命令，Vq是同步坐标系的q轴电压命令，Lq是同步坐标系的q轴电感，ωe是测量转速值(电转速)，Rs是电动机的相电阻，λ是电动机的反电动势常数。
逆变器的控制可以包括：对计算出的同步坐标系的电压命令进行坐标转换以转换为三相电压命令，并且利用三相电压命令来控制逆变器。
该控制方法还可以包括：在计算同步坐标系的q轴电位差之前，确定用于测量从逆变器施加到电动机的三相电流的三相电流传感器是否发生故障，其中，当确定三相电流传感器发生故障时，可以执行同步坐标系的q轴电位差的计算。
根据另一方面，提供一种同步坐标系的控制方法，包括：基于电动机的目标转速和电动机的测量转速值，由电动机控制器计算同步坐标系的电压命令以用于控制连接到电动机的逆变器；并且根据计算出的同步坐标系的电压命令，由电动机控制器控制连接到电动机的逆变器。
根据又一方面，提供一种电动机转速的控制系统，包括：速度传感器，用于测量电动机转速；和电动机控制器，配置为基于电动机的目标转速和速度传感器的测量转速值来计算用于控制同步坐标系的q轴电流的同步坐标系的q轴电位差，基于计算出的同步坐标系的q轴电位差来计算同步坐标系的电压命令，并且根据计算出的同步坐标系的电压命令来控制连接到电动机100的逆变器。
该控制系统还可以包括坐标转换器，配置为对计算出的同步坐标系的电压命令进行坐标转换以转换为三相电压命令，并且利用三相电压命令来控制逆变器。
电动机控制器可以将计算出的同步坐标系的电压命令的大小限制为预定大小值或更小，并且使用同步坐标系的受限q轴电位差来计算同步坐标系的电压命令。
电动机控制器可以将电动机的反电动势前馈补偿到计算出的同步坐标系的q轴电位差上，以计算同步坐标系的q轴电压命令。
电动机控制器可以使用同步坐标系的q轴电压命令来计算同步坐标系的d轴电压命令，其通过假设同步坐标系的d轴电流为零来计算。
该控制系统还可以包括三相电流传感器，用于测量从逆变器施加到电动机的三相电流，其中，电动机控制器可以确定三相电流传感器是否发生故障，并且当确定三相电流传感器发生故障时，电动机控制器可以计算同步坐标系的q轴电位差。
附图说明
结合附图，根据以下详细描述，可以更清楚地理解本发明的上述和其他目的、特征和其他优点，其中：
图1(相关技术)是根据相关技术的电动机转速控制系统的框图；
图2是根据本发明的一个实施例的电动机转速的控制系统的框图和电动机控制器的控制流程图；
图3是根据本发明的一个实施例的电动机转速的控制方法的流程图；以及
图4是示出将本发明的电动机转速的控制方法或电动机转速的控制系统应用于燃料电池车辆的空气压缩机的数据的示图。
具体实施方式
应当理解，本文使用的术语“车辆”或“车辆的”或其他类似术语通常包括机动车辆，例如包括运动型多用途车辆(SUV)的客车、公共汽车、卡车、各种商用车辆，包括各种小船和轮船的船舶，飞机等，并且包括混合动力车辆、电动车辆、插电式混合电动车辆、氢动力车辆和其他替代燃料车辆(例如，源自除石油以外的资源的燃料)。如本文所提到的，混合动力车辆是具有两种或更多种动力源的车辆，例如，汽油动力和电动力车辆。
这里所使用的术语是仅用于描述特定实施例的目的，而不是为了限制本发明。如在本文中所使用的，除非上下文中清楚地指出，否则单数形式“一个”、“一种”和“所述”旨在同样包括复数形式。将进一步理解，当在本说明书中使用时，词语“包括”和/或“包含”指定所述特征、整数、步骤、操作、元件和/或组件的存在，但是不排除存在或添加一个或多个其他特征、整数、步骤、操作、元件、组件和/或它们的组。如本文所使用的，词语“和/或”包括一个或多个相关所列项目的任何和所有组合。贯穿说明书，除非明确相反地描述，否则词语“包括”和例如“包含”或“具有”的变体将理解为暗示包括所述元件，但不排除任何其他元件。另外，在说明书中描述的术语“单元”、“-器”、“-部”和“模块”是指用于处理至少一个功能和操作的单元，并且可以由硬件组件或软件组件及其组合来实施。
此外，本发明的控制逻辑可以体现为包含由处理器、控制器等执行的可执行程序指令的计算机可读介质上的非暂时性计算机可读介质。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装置。计算机可读介质还可以分布在网络耦合的计算机系统中，使得计算机可读介质例如通过远程信息处理服务器或控制器区域网络(CAN)以分布式方式存储和执行。
根据本发明的实施例可以进行各种修改并且可以具有各种形式，使得具体实施例将在附图中示出并且在本发明或申请中详细描述。然而，应该理解的是，并不旨在将根据本发明的构思的实施例限制于具体公开形式，而是包括落入本发明的精神和范围内的所有修改、等同物和替换。
下文中，将参考附图详细描述本发明的优选实施例。在整个附图中，相同附图标记表示相同的组件。
图2是根据本发明的一个实施例的电动机转速的控制系统的框图和电动机控制器的控制流程图。
参考图2，根据本发明的一个实施例的电动机转速的控制系统包括：速度传感器200，用于测量电动机100的转速；和电动机控制器500，配置为基于电动机100的目标转速和速度传感器200的测量转速值来计算同步坐标系的q轴电位差以用于控制同步坐标系的q轴电流，基于计算出的同步坐标系的q轴电位差来计算同步坐标系的电压命令，并且根据计算出的同步坐标系的电压命令来控制连接到电动机100的逆变器300。
根据本发明的一个实施例的电动机转速的控制方法包括：基于电动机100的目标转速和电动机100的测量转速值ωe来计算同步坐标系的q轴电位差ΔVq以用于控制同步坐标系的q轴电流；基于计算出的同步坐标系的q轴电位差ΔVq来计算同步坐标系的电压命令；以及根据计算出的同步坐标系的电压命令来控制连接到电动机100的逆变器300。
与相关技术不同，本发明的电动机转速的控制方法或电动机转速的控制系统具有直接计算用于控制逆变器300的电压输出而不是计算用于控制扭矩的电流输出的配置。因此，根据本发明，可以在没有用于测量施加到电动机100的三相电流的三相电流传感器的情况下控制电动机100的转速。因此，具有降低三相电流传感器的生产成本的效果。
本发明的电动机100是其中具有永磁体的电动机100，具体地，本发明的电动机100具有基于电动机100的转速的电动机控制系统，并且电动机100可以用于向燃料电池系统供应空气的鼓风机、冷却水泵、油泵、冷却风扇、空调风扇、空调压缩机等。
电动机100的目标转速可以由高级控制器400确定，并作为速度命令发送到电动机控制器500。替代地，可以在电动机控制器500中直接确定电动机100的目标转速。
速度传感器200可以是霍尔传感器，其附接到电动机100并且配置为测量转子的速度。此外，可以使用诸如旋转变压器的其他配置来测量电动机100的转速。
永磁电动机100可以包括安装在其中的永磁体和用于测量旋转转子的位置和速度的霍尔传感器。具有高精度的旋转变压器(resolver)可以用在昂贵的驱动系统电动机100中，但是廉价的霍尔传感器安装在用于普通泵、压缩机或鼓风机的电动机100上。
用于接收霍尔传感器信号的数字信号接收部可以产生中断，以用于准确地通知中央处理单元(CPU)霍尔传感器信号变化的时间。CPU经由时钟接收绝对时间信息(计算时间)。近来，在高性能微计算机单元(MCU)中，配置为执行各种逻辑计算的CPU、信号处理部和时钟可以物理地集成为单个部件。
这里，测得的转速值ωe可以是电动机100的电转速的测量值。电动机100的电转速可以根据构成电动机100的转子的磁体数量与电动机100的实际转速成比例。
在本发明中，同步坐标系的q轴电位差ΔVq是用于控制同步坐标系的q轴电流的因子。具体地，同步坐标系的q轴电位差ΔVq与同步坐标系的q轴电流成比例，并且可以根据同步坐标系的q轴电位差ΔVq的大小或符号来控制同步坐标系的q轴电流的大小或方向。
具体地，同步坐标系的q轴电位差ΔVq是通过排除同步坐标系的q轴电压Vq的非线性项而获得的因子，并且根据电动机100的反电动势λωe，通过排除在电动机100的绕组处产生的电压分量来获得该因子。如上所述，可以通过将电动机100的反电动势λωe加到同步坐标系的q轴电位差ΔVq上来计算同步坐标系的q轴电压Vq。
计算同步坐标系的q轴电位差ΔVq可以包括：计算目标转速与测量转速值ωe之间的差值，并且使用计算出的目标转速与测量转速值ωe之间的差值来计算同步坐标系的q轴电位差ΔVq。即，可以计算测量转速值ωe与作为电动机100的目标转速值的目标转速之间的差值，然后可以计算同步坐标系的q轴电位差ΔVq，以便减小差值。
具体地，计算同步坐标系的q轴电位差ΔVq可以包括对计算出的目标转速与测量转速值ωe之间的差值进行积分。如图2所示，可以使用比例积分(PI)控制。除了PI控制之外，还可以应用各种控制方法，诸如积分比例(IP)控制、比例积分微分(PID)控制、PI/IP混合控制器等。
在计算出同步坐标系的q轴电位差ΔVq之后，可以将计算出的同步坐标系q轴电位差ΔVq的大小限制为预定大小值或更小，并且计算同步坐标系的电压命令可以包括使用同步坐标系的受限q轴电位差ΔVq来计算同步坐标系的电压命令。
在本发明中，省略了三相电流传感器，因此不能对三相电流进行反馈控制。为了防止三相电流的过电流现象，可以限制作为电动机控制器500的输出的同步坐标系q轴电位差ΔVq的大小(最大值和最小值)。
理论上可以计算和应用用于限制同步坐标系的q轴电位差ΔVq的预定大小值，以便不超过同步坐标系的最大可允许q轴电流值。替代地，可以确定和应用同步坐标系的q轴电位差ΔVq的最大值和最小值，其不超过通过行驶评估测试在设计中可接受的同步坐标系的最大可允许q轴电流值。
此外，考虑到由诸如相电阻、电感、反电动势、开关装置等的电动机设计因素的特性引起的误差，同步坐标系的q轴电位差ΔVq的最大值和最小值可以被设定为根据速度变化的值。可以将同步坐标系的q轴电位差ΔVq的最大值和最小值的大小设定为彼此不同。因此，同步坐标系的q轴电流可以被限制为允许值，从而具有可以防止电动机100的三相电流中的过电流现象的效果。
当在电动机100的三相电流中发生过电流现象时，可能会出现如下问题：逆变器300处的三相高速开关装置被烧毁，三相电缆电动机100中的绕组过热，并且电动机100的旋转磁场形成为较大而引起永磁体去磁。
当先前计算出的同步坐标系的q轴电位差ΔVq被限制为预定大小值或更小时，计算同步坐标系的q轴电位差ΔVq可以包括：根据同步坐标系的受限q轴电位差ΔVq的积分和先前计算出的同步坐标系的q轴电位差ΔVq，执行抗饱和控制以防止饱和。即，补偿同步坐标系的被限制到预定大小值的q轴电位差ΔVq与先前计算出的同步坐标系的q轴电位差ΔVq之间的差值，从而可以防止不必要的积分，并且可以阻止饱和。
当限制同步坐标系的q轴电位差ΔVq时，在计算出的同步坐标系的q轴电位差ΔVq与同步坐标系的受限q轴电位差ΔVq之间出现差值。因此，随后在计算同步坐标系的q轴电位差ΔVq期间补偿该差值。
具体地，当计算同步坐标系的q轴电位差ΔVq包括对计算出的目标转速与测量转速值ωe之间的差值进行积分时，对计算出的同步坐标系的q轴电位差ΔVq与同步坐标系的受限q轴电位差ΔVq之间的差值进行连续积分，使得可能发生饱和现象。
因此，为了执行抗饱和控制，可以在对计算出的目标转速与测量转速值ωe之间的差值进行积分期间补偿先前计算出的同步坐标系的q轴电位差ΔVq与预定大小值之间的差值。
计算同步坐标系的电压命令可以包括将电动机100的反电动势前馈补偿到计算出的同步坐标系的q轴电位差ΔVq上，并且计算同步坐标系的q轴电压命令。即，可以通过将电动机100的反电动势补偿到同步坐标系的q轴电位差ΔVq上来计算同步坐标系的q轴电压命令。
这里，电动机100的反电动势可以与测量转速值ωe成比例，其中反电动势常数λ作为比例常数。
在计算同步坐标系的q轴电压命令期间，执行将电动机100的反电动势前馈补偿到同步坐标系的q轴电位差ΔVq上，并且同步坐标系的q轴电压命令被控制为同步坐标系的q轴电位差ΔVq的大小，其是电动机控制器500的输出值。随着同步坐标系的q轴电位差ΔVq的绝对值变大，同步坐标系的q轴电流的大小增大，并且当同步坐标系的q轴电位差ΔVq为正值时，同步坐标系的q轴电流产生为正值(电动机驱动)，并且当同步坐标系的q轴电位差ΔVq为负值时，同步坐标系的q轴电流产生为负值(再生制动)，使得可以控制扭矩的方向。
由于仅控制同步坐标系的q轴电压Vq与同步坐标系的q轴电流之间的作为线性项的同步坐标系q轴电位差ΔVq，所以具有可以通过PI控制器稳定执行控制的效果。
此外，当同步坐标系的q轴电压Vq被设计为直接输出而无需对同步坐标系的q轴电压Vq与同步坐标系的q轴电流之间的非线性项进行前馈补偿时，因为不考虑根据反电动势和三相电流在绕组处产生的电压分量，所以可以能够在低速下控制电动机100，但即使在非线性项的影响增加的高速状态下良好地设计比例控制和积分控制，也可能无法控制电动机100的三相电流，因此可能无法正常控制电动机100的转速。
计算同步坐标系的电压命令可以包括使用同步坐标系的q轴电压命令来计算同步坐标系的d轴电压命令，其通过假设同步坐标系的d轴电流为零来计算。
具体地，计算同步坐标系的电压命令可以使用以下等式来计算同步坐标系的q轴电压命令和同步坐标系的d轴电压命令。
这里，Vq是同步坐标系的q轴电压命令，Vd是同步坐标系的d轴电压命令，Iq是同步坐标系的q轴电流，Id是同步坐标系的d轴电流，Rs是电动机100的相电阻，ωe是电动机100的转速(电转速)，Ld是同步坐标系的d轴电感，Lq是同步坐标系的q轴电感，并且λ是电动机100的反电动势常数。
由于对本发明的电动机100执行等效转矩控制至最大速度(不执行磁场削弱控制)，并且仅在同步坐标系的q轴方向上施加电流以控制电动机100的转速，所以施加0A的电流作为同步坐标系的d轴电流Id。此外，通过假设具有小影响度的电流差分项为零，可以将上述等式简化为下面的等式。
Vq＝RsIq+λωe
Vd＝-LqωeIq。
在上述等式中，同步坐标系的q轴电流可以表示为同步坐标系的q轴电压命令的等式，并且同步坐标系的d轴电压命令可以是使用以下等式来计算，其中将同步坐标系的q轴电压命令的等式概括为同步坐标系的d轴电压命令的等式。
这里，Vd是同步坐标系的d轴电压命令，Vq是同步坐标系的q轴电压命令，Lq是同步坐标系的q轴电感，ωe是测量转速值(电转速)，Rs是电动机100的相电阻，λ是电动机100的反电动势常数。
还可以包括坐标转换器600，以用于对由电动机控制器500计算出的同步坐标系的电压命令进行坐标转换以转换为三相电压命令，并且利用三相电压命令来控制逆变器300。
逆变器300的控制可以包括：由坐标转换器600对计算出的同步坐标系的电压命令进行坐标转换以转换为三相电压命令，并且利用三相电压命令来控制逆变器300。
与相关技术类似，可以对计算出的同步坐标系的d轴电压命令和同步坐标系的q轴电压命令进行坐标转换，以计算三相电压命令，然后可以将各种电压调制方法应用于三相电压命令以计算最终三相(U、V和W)的PWM输出占空比。这是公知技术，因此将省略其详细描述。
图3是根据本发明的一个实施例的电动机转速的控制方法的流程图。
参考图3，根据本发明的一个实施例的电动机转速的控制方法还可以包括：在计算同步坐标系的q轴电位差ΔVq之前，确定用于测量从逆变器300施加到电动机100的三相电流的三相电流传感器是否发生故障(S100)，其中，当确定三相电流传感器发生故障时，计算同步坐标系的q轴电位差ΔVq(S200)。
与相关技术类似，电动机转速的控制系统还可以包括三相电流传感器(未示出)，用于测量从逆变器300施加到电动机100的三相电流，并且电动机控制器500可以确定三相电流传感器是否发生故障，并且当确定三相电流传感器发生故障时，电动机控制器500可以计算同步坐标系的q轴电位差ΔVq。
也就是说，即使电动机转速的控制系统包括三相电流传感器(未示出)并如相关技术那样控制电动机100的转速，但是当确定三相电流传感器(未示出)发生故障时(S100)，可以应用电动机转速的控制方法来基于电动机100的目标转速和电动机100的测量转速值来计算同步坐标系的电压命令以用于控制连接到电动机100的逆变器300，并且根据计算出的同步坐标系的电压命令来控制连接到电动机100的逆变器300(S200)。
另一方面，当在同一电动机转速控制系统中确定三相电流传感器(未示出)没有发生故障时，与相关技术类似，速度控制器50可以计算电流命令并反馈电流命令和在三相电流传感器(未示出)处测得的三相电流值，以控制连接到电动机100的逆变器300(S300)。
这里，在确定三相电流传感器(未示出)是否发生故障时，三相电流传感器(未示出)的故障可以包括其中的所有异常，诸如短路、开路、一致性等，并且可以通过由三相电流传感器(未示出)感测出的三相电流值的变化或大小来确定三相电流传感器(未示出)是否发生故障。
因此，采用三相电流传感器的电动机转速控制系统解决了以下问题：当三相电流传感器发生故障时，通常不可能进行逆变器的三相电流的控制，因此不能驱动电动机，使得具有即使三相电流传感器发生故障，也能够进行紧急操作的效果，并且可以提高电动机转速的控制系统的稳定性和鲁棒性。
本发明的电动机转速的控制方法基于电动机100的目标转速和电动机100的测量转速值来计算同步坐标系的电压命令以用于控制连接到电动机100的逆变器300，并且根据计算出的同步坐标系的电压命令来控制连接到电动机100的逆变器300。
图4是示出将本发明的电动机转速的控制方法或电动机转速的控制系统应用于燃料电池车辆的空气压缩机的数据的示图。
参考图4，即使应用根据本发明的省略三相电流传感器的电动机转速控制系统和电动机转速控制方法，也可以看出电动机转速加速到大约70,000转/分钟(rpm)，并且即使当电动机转速再次减速时，测量电动机转速值也正确地收敛于速度命令。
具体地，可以看出，即使在以恒定速度驱动电动机100的部分中，速度命令和测量转速值之间的误差也小于10rpm，因此误差非常小，并且收敛于速度命令的性能优越。
根据本发明的电动机转速的控制方法和控制系统，基于速度控制从电动机控制系统中省略用于测量三相电流的三相电流传感器，使得具有可以降低生产成本的效果。
此外，在包括三相电流传感器并进行扭矩控制的电动机控制系统的情况下，当三相电流传感器发生故障时，应用本发明的电动机转速的控制方法和控制系统以允许电动机的紧急控制，从而产生能够改善控制的稳定性和鲁棒性的效果。
尽管已经描述和示出了本发明的具体实施例，但是本领域技术人员将认识到，在不脱离如所附权利要求所公开的本发明的技术精神的情况下，各种变化和修改都是可能的。

Claims (18)

1.一种电动机转速的控制方法，包括以下步骤：
基于电动机的目标转速和所述电动机的测量转速值，由电动机控制器计算用于控制同步坐标系的q轴电流的同步坐标系的q轴电位差；
基于计算出的同步坐标系的q轴电位差，由所述电动机控制器计算所述同步坐标系的电压命令；以及
根据计算出的同步坐标系的电压命令，由所述电动机控制器控制连接到所述电动机的逆变器。
2.根据权利要求1所述的控制方法，其中，计算所述同步坐标系的q轴电位差包括：计算所述目标转速与所述测量转速值之间的差值，并且使用计算出的所述目标转速与所述测量转速值之间的差值来计算所述同步坐标系的q轴电位差。
3.根据权利要求2所述的控制方法，其中，计算所述同步坐标系的q轴电位差包括：对计算出的所述目标转速与所述测量转速值之间的差值进行积分。
4.根据权利要求1所述的控制方法，还包括：
在计算出所述同步坐标系的q轴电位差之后，将计算出的同步坐标系的q轴电位差的大小限制为预定大小值或更小，
其中，计算所述同步坐标系的电压命令包括使用所述同步坐标系的受限q轴电位差来计算所述同步坐标系的电压命令。
5.根据权利要求4所述的控制方法，其中，当先前计算出的同步坐标系的q轴电位差被限制为所述预定大小值或更小时，计算所述同步坐标系的q轴电位差包括：根据所述同步坐标系的受限q轴电位差的积分和先前计算出的同步坐标系的q轴电位差，执行抗饱和控制以防止饱和。
6.根据权利要求1所述的控制方法，其中，计算所述同步坐标系的电压命令包括：通过将所述电动机的反电动势前馈补偿到计算出的同步坐标系的q轴电位差上，计算所述同步坐标系的q轴电压命令。
7.根据权利要求6所述的控制方法，其中，所述电动机的反电动势与所述测量转速值成比例，其中反电动势常数作为比例常数。
8.根据权利要求6所述的控制方法，其中，计算所述同步坐标系的电压命令包括：使用所述同步坐标系的q轴电压命令来计算所述同步坐标系的d轴电压命令，其中通过假设所述同步坐标系的d轴电流为零来进行计算。
9.根据权利要求8所述的控制方法，其中，使用以下等式来计算所述同步坐标系的d轴电压命令：
其中，Vd是同步坐标系的d轴电压命令，Vq是同步坐标系的q轴电压命令，Lq是同步坐标系的q轴电感，ωe是测量转速值(电转速)，Rs是电动机的相电阻，λ是电动机的反电动势常数。
10.根据权利要求1所述的控制方法，其中，控制所述逆变器包括：对计算出的同步坐标系的电压命令进行坐标转换以转换为三相电压命令，并且利用所述三相电压命令来控制所述逆变器。
11.根据权利要求1所述的控制方法，还包括：
在计算所述同步坐标系的q轴电位差之前，确定用于测量从所述逆变器施加到所述电动机的三相电流的三相电流传感器是否发生故障，
其中，当确定所述三相电流传感器发生故障时，执行所述同步坐标系的q轴电位差的计算。
12.一种电动机转速的控制系统，包括：
速度传感器，用于测量所述电动机转速；和
电动机控制器，配置为基于电动机的目标转速和所述速度传感器的测量转速值来计算用于控制同步坐标系的q轴电流的同步坐标系的q轴电位差，基于计算出的同步坐标系的q轴电位差来计算所述同步坐标系的电压命令，并且根据计算出的同步坐标系的电压命令来控制连接到所述电动机的逆变器。
13.根据权利要求12所述的控制系统，还包括：
坐标转换器，配置为对计算出的同步坐标系的电压命令进行坐标转换以转换为三相电压命令，并且利用所述三相电压命令来控制所述逆变器。
14.根据权利要求12所述的控制系统，其中，所述电动机控制器将计算出的同步坐标系的电压命令的大小限制为预定大小值或更小，并且使用所述同步坐标系的受限q轴电位差来计算所述同步坐标系的电压命令。
15.根据权利要求12所述的控制系统，其中，所述电动机控制器将所述电动机的反电动势前馈补偿到计算出的同步坐标系的q轴电位差上，以计算所述同步坐标系的q轴电压命令。
16.根据权利要求15所述的控制系统，其中，所述电动机控制器使用所述同步坐标系的q轴电压命令来计算所述同步坐标系的d轴电压命令，其中通过假设所述同步坐标系的d轴电流为零来进行计算。
17.根据权利要求12所述的控制系统，还包括：
三相电流传感器，用于测量从所述逆变器施加到所述电动机的三相电流，
其中，所述电动机控制器确定所述三相电流传感器是否发生故障，并且当确定所述三相电流传感器发生故障时，所述电动机控制器计算所述同步坐标系的q轴电位差。
18.一种电动机转速的控制方法，包括以下步骤：
基于电动机的目标转速和所述电动机的测量转速值，由电动机控制器计算同步坐标系的电压命令以用于控制连接到所述电动机的逆变器；并且
根据计算出的同步坐标系的电压命令，由所述电动机控制器控制连接到所述电动机的逆变器。
CN201811001563.7A 2018-03-14 2018-08-30 电动机转速的控制方法和控制系统 Active CN110277943B (zh)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR10-2018-0029635 2018-03-14
KR1020180029635A KR102676718B1 (ko) 2018-03-14 모터 회전속도 제어방법 및 제어시스템

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN110277943A true CN110277943A (zh) 2019-09-24
CN110277943B CN110277943B (zh) 2024-06-28

Family

ID=

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN110829931A (zh) * 2019-11-20 2020-02-21 四川虹美智能科技有限公司 一种电机制动方法和微控制器

Citations (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2005027386A (ja) * 2003-06-30 2005-01-27 Yaskawa Electric Corp 同期電動機の電流センサレス制御装置
CN101615876A (zh) * 2009-08-07 2009-12-30 北京和利时电机技术有限公司 一种隐极式永磁同步电机的调速控制系统和方法
KR20110092744A (ko) * 2010-02-10 2011-08-18 한국기술교육대학교 산학협력단 단일 루프 모터 속도 제어 시스템 및 방법
US20150008853A1 (en) * 2013-07-02 2015-01-08 Lsis Co., Ltd. Apparatus for determining start of electric machine
CN104333285A (zh) * 2013-11-21 2015-02-04 浙江理工大学 永磁同步电机准无传感器位置伺服控制装置及方法
CN105245136A (zh) * 2014-07-11 2016-01-13 湖北海山科技有限公司上海分公司 控制装置及控制方法
KR20170026785A (ko) * 2015-08-28 2017-03-09 현대자동차주식회사 모터 제어 방법
CN107332485A (zh) * 2017-07-14 2017-11-07 阳光电源股份有限公司 一种永磁同步电机的弱磁控制方法及控制器
CN107612433A (zh) * 2017-11-08 2018-01-19 上海航天控制技术研究所 基于改进型速度闭环控制算法的无刷电机单闭环控制方法

Patent Citations (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2005027386A (ja) * 2003-06-30 2005-01-27 Yaskawa Electric Corp 同期電動機の電流センサレス制御装置
CN101615876A (zh) * 2009-08-07 2009-12-30 北京和利时电机技术有限公司 一种隐极式永磁同步电机的调速控制系统和方法
KR20110092744A (ko) * 2010-02-10 2011-08-18 한국기술교육대학교 산학협력단 단일 루프 모터 속도 제어 시스템 및 방법
US20150008853A1 (en) * 2013-07-02 2015-01-08 Lsis Co., Ltd. Apparatus for determining start of electric machine
CN104333285A (zh) * 2013-11-21 2015-02-04 浙江理工大学 永磁同步电机准无传感器位置伺服控制装置及方法
CN105245136A (zh) * 2014-07-11 2016-01-13 湖北海山科技有限公司上海分公司 控制装置及控制方法
KR20170026785A (ko) * 2015-08-28 2017-03-09 현대자동차주식회사 모터 제어 방법
CN107332485A (zh) * 2017-07-14 2017-11-07 阳光电源股份有限公司 一种永磁同步电机的弱磁控制方法及控制器
CN107612433A (zh) * 2017-11-08 2018-01-19 上海航天控制技术研究所 基于改进型速度闭环控制算法的无刷电机单闭环控制方法

Non-Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
周奇勋;宁涛;: "PMSM用逆变器单环矢量调制策略", 移动电源与车辆, no. 03, pages 22 - 27 *
韩利;刘春燕;何震球;: "隐极式PMSM无电流传感器调速控制系统研究", 微电机, no. 07, pages 41 - 44 *
黄伟钿;陈建宾;: "无电流环的PMSM控制系统仿真与实验研究", 微计算机信息, no. 10, pages 176 - 177 *

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN110829931A (zh) * 2019-11-20 2020-02-21 四川虹美智能科技有限公司 一种电机制动方法和微控制器
CN110829931B (zh) * 2019-11-20 2021-08-31 四川虹美智能科技有限公司 一种电机制动方法和微控制器

Also Published As

Publication number Publication date
KR20190108301A (ko) 2019-09-24
US10756601B2 (en) 2020-08-25
US20190288585A1 (en) 2019-09-19

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US9048773B2 (en) Method and device for regulating separately excited synchronous machines
JP5957704B2 (ja) 電動機制御装置
US9054630B2 (en) Synchronous machine controller
Trzynadlowski The field orientation principle in control of induction motors
CN105264765B (zh) 电机驱动电路和驱动电机的方法
CN105027422A (zh) 旋转电机控制装置
JP2010110141A (ja) 回転電機の制御装置
US10756601B2 (en) Control method and control system of motor rotation speed
JP2007259550A (ja) 電動機の制御装置
JP2007259551A (ja) 電動機の制御装置
JP2015128355A (ja) モータ制御装置
CN105684282A (zh) 磁电机驱动装置的弱磁控制
US20170102437A1 (en) Watchdog scheme for monitoring a power electronic inverter and determining a manner of operating a load
US8754603B2 (en) Methods, systems and apparatus for reducing power loss in an electric motor drive system
CN104184373B (zh) 用于车辆旋转电机的控制装置及控制方法
WO2021049248A1 (ja) モータ制御装置、機電一体ユニット、および電動車両システム
JP5208400B2 (ja) 可変磁束モータドライブシステム
JP2018070083A (ja) 電動ブレーキ装置
CN105814789A (zh) 功率转换器的控制装置及电动车
JP2017055647A (ja) 誘導電動機の再起動方法
CN108429510A (zh) 用于电动机或发电机的方法和控制单元
CN104753422A (zh) 用于确定电压传感器的故障状态的方法
JP4053511B2 (ja) 巻線界磁式同期機のベクトル制御装置
CN102754331B (zh) 电动车辆的电力变换装置
Ruxi et al. Study of control methodology for single inverter parallel connected dual induction motors based on the dynamic model

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