CN111525858B - 使用平均同步坐标电流控制ac电机 - Google Patents

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Abstract

一种用于控制动力传动系系统中的电机的方法（其中从动负载连接到所述电机的转子）包括使用连接到所述电机的相绕组的电流传感器在采样周期的起始点处测量相电流。还在前一采样周期的中点处确定单独的相电流。在起始点和前一中点处确定所述转子的角位置，之后使用所述相电流和角位置计算所述电机在所述起始点和前一中点处的同步参考坐标电流。所述方法包括计算所述采样周期内的平均同步参考坐标电流并且使用所述平均值调节所述电机的操作。一种电气系统包括所述电机，功率逆变器模块，以及执行所述方法的控制器。

Description

使用平均同步坐标电流控制AC电机
技术领域
电机（例如牵引马达或马达/发电机单元）在各种动力传动系系统中用于生成和传递马达转矩至从动负载。在一些配置中，永磁体附接到或安置在转子的叠片内，由定子环绕，并且耦接到从动负载。通过定子的单独的槽内的一定缠绕长度的铜线或条形导体形成电磁体，使得定子绕组在由电源充能时将生成具有交替极性的电磁场。
背景技术
相互作用的转子和定子场的合成推拉力致使转子围绕其轴线旋转，这最终例如经由一组中间行星齿轮组为耦接到转子的从动负载提供动力。从动负载的标识随电机的预期应用而变化。常见电力从动负载包括（例如）机动车辆的道路车轮或传动带，以及传动轴、传送机系统和升降机，其中电机的转矩和速度针对这些和其它示例性从动负载按应用特有的方式变化。
可以使用比例-积分控制器来调节电机的输出转矩和速度。机器控制通常针对同步参考坐标（frame）使用独立电流控制回路来实现，其中所述同步参考坐标由直轴（d轴）和交轴（q轴）限定。如在电机控制的技术中所使用的，d轴电流和电压是有目的地实时变化以调节定子中的磁化通量的水平的具体控制参数，而q轴电流和电压被独立控制以便调节电机的输出转矩和/或速度。
上述同步参考坐标轴（共同称为dq轴）形成用于机器控制的连续旋转参考坐标。在现有马达控制方案中，通常忽略连续坐标旋转的控制效果。然而，同步参考坐标电流（即，上述d轴和q轴电流）在给定采样周期的整个持续时间内不是恒定的。缺乏恒定性可能导致实时机器参数估计误差，或此类参数的特性的误差，特别是在磁链、交流电阻和磁芯损耗估计的领域中。这些类型的误差最终可能导致转矩产生误差以及其它不期望的影响。
发明内容
如本文中所述，本公开的方法和伴随系统旨在帮助避免对具有电机（特别是多相/交流(AC)电机）的电路的总体控制中的不期望性能降级。除电机以外，所述电路还可以包括多单元直流(DC)电池组，将电机连接到DC电池组的功率逆变器模块(PIM)，以及控制器。所公开的方法实施为实时用于计算和控制给定采样周期内电机的平均同步坐标电流（即，d轴和q轴电流）的计算机可执行算法，其中所述采样周期可能对应于PIM的脉冲宽度调制(PWM)间隔。
一般来说，本方法每一采样周期对电机的单独的相电流采样两次（包括中间采样），并且外推上述同步参考坐标的中间采样位置。然后使用采样值和外推中间采样位置来计算或者以其它方式确定电机的平均同步坐标电流。此后，控制平均同步坐标电流以调节电机的转矩和/或速度操作，这可以包括控制其中采用所述电路的动力传动系系统的操作。
用于控制多相电机的方法的特定实施例包括：使用一组电流传感器在当前采样周期的起始点处测量电机的相电流；以及还在先前采样周期的中点处确定相电流。如本文中所使用的，术语“先前采样周期”描述了就在当前采样周期之前发生的采样周期。所述方法包括：经由控制器在所述起始点和所述中点处确定电机的同步参考坐标的位置。然后使用相电流和同步参考坐标位置经由所述控制器计算电机在起始点和中点处的同步参考坐标电流。此后，所述方法通过使用当前和中点同步参考坐标电流计算所述当前采样周期的持续时间内的所述平均同步参考坐标电流而继续。作为所公开示例性实施例的一部分，所述方法可以包括使用所计算的平均同步参考坐标电流经由所述控制器来调节电机的转矩和/或速度。
在所述先前采样周期的所述中点处确定所述相电流可以包括经由电流传感器测量所述相电流或者经由所述控制器外推所述相电流。
计算所述当前采样周期的持续时间内的所述平均同步参考坐标电流可以包括使用所述控制器的电流观察器确定当前或未来时刻的平均同步参考坐标电流。在此实施例中，计算平均同步参考坐标电流可以包括使用所述当前和/或过去时刻的平均同步参考坐标电流外推所述未来时刻的所述平均同步参考坐标电流。外推所述未来时刻的所述平均同步参考坐标电流可以由控制器使用线性外推或者经由二阶或更高阶外推来实现。
在一些实施例中，所述方法可以包括：针对所述当前采样周期或所述先前采样周期确定平均同步参考坐标电流和瞬时采样的同步坐标电流之间的差；通过低通滤波器处理所述差以产生经滤波的差；以及使用所述经滤波的差经由所述控制器实时调整至电机的一组同步参考坐标电流命令。
电机可以具有耦接到机动车辆的道路车轮的转子。在此实施例中，调节电机的转矩或速度包括控制道路车轮的对应转矩或速度。
在一些配置中，控制器可以在逻辑中记录或假定所述同步参考坐标电流在同时进行的采样之间被成形为整流正弦波。计算所述当前采样周期的持续时间内的所述平均同步参考坐标电流于是可以包括求解以下方程式：
其中，Ix,avg是平均同步参考坐标电流，Ix(k)、Ix(k-0.5)和Ix(k-1)是时间(k)、(k -0.5)和(k-1)的同步参考坐标电流，并且其中，时间(k)是当前采样，时间(k-0.5)是中点采样，并且(k-1)是先前采样。
本文中还公开一种电气系统，其具有带有相绕组和转子的交流(AC)多相电机。所述电气系统还包括功率逆变器模块(PIM)，所述功率逆变器模块(PIM)连接到电池组和相绕组，并且响应于脉冲宽度调制信号被配置成向所述相绕组输出AC电压以使所述多相电机充能。电流传感器测量电机的相电流。在此实施例中，控制器在当前采样周期的起始点处从电流传感器接收所测量的相电流，并且在先前采样周期的中点处确定相电流，其中所述先前采样周期就在当前采样周期之前发生。
控制器还在起始点和中点处确定同步参考坐标位置，使用所测量的相电流和同步参考坐标位置计算电机在起始点和中点处的同步参考坐标电流，并且使用起始点和中点处的同步参考坐标电流计算所述当前采样周期的持续时间内的平均同步参考坐标电流。此后，控制器使用所述平均同步参考坐标电流调节电机的操作。
以上发明内容并不旨在表示本公开的每一个可能实施例或每一个方面。相反，前述发明内容旨在例示本文中公开的一些新颖方面和特征。结合附图和所附权利要求，根据用于执行本公开的代表性实施例和模式的以下具体实施方式，本公开的以上特征和优点以及其它特征和优点将容易显而易见。
本文还包括以下技术方案。
技术方案1. 一种用于控制多相电机的方法，所述方法包括：
使用一组电流传感器在当前采样周期的起始点处测量所述多相电机的相电流；
在先前采样周期的中点处确定所述相电流，其中，所述先前采样周期就在所述当前采样周期之前发生；
经由控制器在所述起始点和所述中点处确定所述多相电机的转子的角位置；
使用在所述起始点和所述中点处确定的所述相电流和所述角位置经由所述控制器来计算所述多相电机在所述起始点和所述中点处的同步参考坐标电流；
使用在所述起始点和所述中点处的所述同步参考坐标电流来计算所述当前采样周期的持续时间内的平均同步参考坐标电流；以及
使用所述平均同步参考坐标电流经由所述控制器来调节所述多相电机的转矩和/或速度。
技术方案2. 根据技术方案1所述的方法，其中，在所述先前采样周期的所述中点处确定所述相电流包括经由所述组电流传感器测量所述相电流。
技术方案3. 根据技术方案1所述的方法，其中，在所述先前采样周期的所述中点处确定所述相电流包括经由所述控制器外推所述相电流。
技术方案4. 根据技术方案1所述的方法，其中，计算所述当前采样周期的持续时间内的平均同步参考坐标电流包括使用所述控制器的电流观察器来确定当前或未来时刻的平均同步参考坐标电流。
技术方案5. 根据技术方案4所述的方法，其中，计算所述先前采样周期的所述持续时间内的平均同步参考坐标电流包括使用所述当前和/或过去时刻的平均同步参考坐标电流来外推所述未来时刻的所述平均同步参考坐标电流，其中，所述当前和/或所述过去时刻的所述平均同步参考坐标电流由所述电流观察器提供。
技术方案6. 根据技术方案5所述的方法，其中，外推所述未来时刻的所述平均同步参考坐标电流由所述控制器使用线性外推来实现。
技术方案7. 根据技术方案5所述的方法，其中，外推所述未来时刻的所述平均同步参考坐标电流由所述控制器使用二阶或更高阶外推来实现。
技术方案8. 根据技术方案1所述的方法，所述方法进一步包括：
针对所述当前采样周期或所述先前采样周期来确定所述平均同步参考坐标电流和所述同步参考坐标电流之间的差；
通过低通滤波器处理所述差以产生经滤波的差；以及
使用所述经滤波的差经由所述控制器实时调整至所述多相电机的一组同步参考坐标电流命令。
技术方案9. 根据技术方案1所述的方法，其中，所述多相电机包括耦接到机动车辆的一组道路车轮的转子，并且其中，调节所述多相电机的转矩或速度包括控制所述组道路车轮的对应转矩或速度。
技术方案10. 根据技术方案1所述的方法，其进一步包括：
在所述控制器的逻辑中记录所述同步参考坐标电流在同时进行的采样之间被成形为整流正弦波；以及
通过求解以下方程式导出所述当前采样周期的持续时间内的平均同步参考坐标电流：
其中，Ix,avg是平均同步参考坐标电流，Ix(k)、Ix(k-0.5)和Ix(k-1)是时间(k)、(k -0.5)和(k-1)的同步参考坐标电流，并且其中，时间(k)是当前采样，时间(k-0.5)是中点采样，并且(k-1)是先前采样。
技术方案11. 一种电气系统，其包括：
具有相绕组和转子的交流(AC)多相电机；
电池组；
功率逆变器模块(PIM)，所述功率逆变器模块(PIM)连接到所述电池组和所述相绕组，并且响应于脉冲宽度调制(PWM)信号被配置成向所述相绕组输出AC电压，以使所述多相电机充能；
一组电流传感器，所述组电流传感器连接到所述相绕组并且可操作成用于测量所述多相电机的相电流；以及
控制器，所述控制器被配置成：
在当前采样周期的起始点处从所述组电流传感器接收所测量的相电流；
在先前采样周期的中点处确定相电流，其中，所述先前采样周期就在所述当前采样周期之前发生；
在所述起始点和所述中点处确定转子的角位置；
使用所测量的相电流并且使用所述转子的所述角位置来计算所述多相电机在所述起始点和所述中点处的同步参考坐标电流；
使用所述起始点和所述中点处的所述同步参考坐标电流来计算所述当前采样周期的持续时间内的平均同步参考坐标电流；以及
使用所述平均同步参考坐标电流来调节所述多相电机的操作。
技术方案12. 根据技术方案11所述的电气系统，其中，所述控制器被配置成通过经由所述组电流传感器测量所述相电流来在所述先前采样周期的所述中点处确定所述相电流。
技术方案13. 根据技术方案11所述的电气系统，其中，所述控制器被配置成通过外推所述相电流来在所述中点处确定所述相电流。
技术方案14. 根据技术方案11所述的电气系统，其中，所述控制器被配置成通过使用电流观察器确定当前或未来时刻的平均同步参考坐标电流来计算所述当前采样周期的持续时间内的所述平均同步参考坐标电流。
技术方案15. 根据技术方案14所述的电气系统，其中，所述控制器被配置成通过使用电流观察器外推当前和/或过去时刻的平均同步参考坐标电流来计算所述当前采样周期的所述持续时间内的所述平均同步参考坐标电流。
技术方案16. 根据技术方案15所述的电气系统，其中，所述控制器被配置成使用线性外推来外推未来时刻的平均同步参考坐标电流。
技术方案17. 根据技术方案15所述的电气系统，其中，所述控制器被配置成使用二阶或更高阶外推来外推所述未来时刻的所述平均同步参考坐标电流。
技术方案18. 根据技术方案15所述的电气系统，其中，所述控制器被配置成：
针对所述当前采样周期或所述先前采样周期来确定所述平均同步参考坐标电流和同步坐标电流之间的差；
通过低通滤波器处理所述差以产生经滤波的差；以及
使用所述经滤波的差实时调整至所述电机的同步参考坐标电流命令。
技术方案19. 根据技术方案11所述的电气系统，其中，所述转子耦接到机动车辆的一组道路车轮，并且所述控制器被配置成通过改变所述多相电机的转矩和速度中的至少一者来使用所述平均同步参考坐标电流调节所述多相电机的操作。
技术方案20. 根据技术方案11所述的电气系统，其中，所述控制器被配置成假定所述同步参考坐标电流在所述当前采样周期和所述先前采样周期之间被成形为整流正弦波，并且通过求解以下方程式来计算所述当前采样周期的持续时间内的所述平均同步参考坐标电流：
其中，Ix,avg是平均同步参考坐标电流，Ix(k)、Ix(k-0.5)和Ix(k-1)是时间(k)、(k -0.5)和(k-1)的同步参考坐标电流，并且其中，时间(k)是当前采样，时间(k-0.5)是中点采样，并且(k-1)是先前采样。
附图说明
图1是示例性动力传动系系统的示意性图示，其具有包括电机和控制器的电路，其中所述控制器被配置成根据本方法来采样和控制电机的平均同步坐标电流。
图2A和图2B分别是使用所公开方法校正的模拟电压误差和电流采样误差的示意性图示。
图3是用于计算平均同步坐标电流的本方法的绘图。
图4是描述本方法的示例性实施例的流程图。
图5和图6是图1中所示的控制器的控制逻辑中的方法的可能实施方式的示意性控制图。
本公开易于进行各种修改和替代形式，并且一些代表性实施例已经例如示出在附图中并且将在本文中详细描述。然而，本公开的新颖方面并不限于附图中示出的特定形式。相反，本公开将覆盖落入由所附权利要求限定的本公开的范围内的修改、等效方案、组合和/或替代方案。
具体实施方式
参照附图，其中在数个图中，相似的附图标记指代相同或相似的部件，示例性动力传动系系统10包括具有电机(ME) 12的电气系统35。电机12被描绘为示例性机动车辆24的电牵引马达，并且将为了说明一致性而在此上下文中在下文中加以描述。然而，电机12可以用于多种应用中，包括轨道车辆/火车、飞机、航海船舶、移动平台或机器人系统，以及固定发电站、升降机或驱动系统。不管电机12最终投入有益使用的特定系统为何，都经由方法100控制电机12的输出转矩和速度，其中实施本方法100的代码可经由比例-积分控制器(C)50实时执行。
如下文将参考图2A-6详细描述的，控制器50被配置成计算和控制电机12的平均同步参考坐标（定子）电流，即，上述d轴和q轴定子电流，其中控制器50在经校准的采样周期内执行此操作。所述采样周期可以与用于经由连接的功率逆变器模块(PIM) 16控制电机12的脉冲宽度调制(PWM)间隔的持续时间一致。
在执行方法100时，控制器50自动采样/测量电机12的单独的相电流，其中在电机12的示例性三相实施例中，三个所测量的相电流Ia、Ib和Ic示出在图1中。位于三个示例性相引线中的至少两者上或相对于其定位的电流传感器(SX)测量相电流(Ia、Ib和Ic)，其中在此示例中，一对电流传感器(SX)可能用于测量这三个相电流中的两者，其中控制器50计算第三相电流。
如本文中所使用的，给定采样周期具有与紧接先前采样周期的终点一致的起始点。控制器50每一经校准的采样周期两次采样相电流。在每一采样周期的中间，控制器50采样或外推同步参考坐标位置。根据电机12的配置，同步参考坐标位置可以或者可以不与电机12的转子19的角位置关联。例如，对于感应电机，同步参考坐标位置不与转子的位置关联，而对于永磁电机，转子的角位置和同步坐标位置可能一致。可以使用位置传感器(SP)（例如旋转编码器或其它合适传感器）来测量转子19的角位置作为一组输入信号（箭头CCI）的一部分，其中控制器50将角位置转换为本文中使用的同步参考坐标位置。在上述同步参考坐标位置的采样或外推之间，控制器50导出并且然后控制平均同步坐标电流，其中此控制动作替代对瞬时采样的同步坐标电流的控制而发生。
在图1中所示的示例性动力传动系系统10中，可选的内燃发动机(E) 17具有一组发动机气缸17C，例如，四个、六个、八个或更多个气缸17C。往复活塞（未示出）安置在发动机气缸17C内，其中燃料燃烧过程最终生成馈送到动力传动系系统10中的发动机转矩（箭头TE）。发动机转矩（箭头TE）可以跨越输入离合器(CI)（例如，旋转离合器或液力转矩转换器组件）传递到变速器(T) 20的输入构件21。在机动车辆24的所示出的示例性实施例中，变速器20的输出构件121将变速器输出转矩（箭头TO）载送到一个或多个驱动轮轴22，其中在图1的非限制性示例性实施例中，驱动轮轴22耦接到一组驱动车轮14，或者在电机的其它应用中，耦接到另一从动负载。
在动力传动系系统10内，电气系统35还包括推进电池组(BHV) 15。电池组15可以实施为多单元直流(DC)电源，其中图1中的下标“HV”指示“高压”，即，足以使电机12充能到足以使转子19旋转的电压水平。电池组15经由高压DC电压总线11的正(+)和负(-)总线轨道电连接到上述PIM 16。可以使用来自控制器50或另一控制单元的PWM电压控制信号控制PIM16，以经由对应高压AC电压总线111输出交流电压(VAC)。
电机12的单独的相引线或绕组经由AC电压总线111充能，从而生成马达输出转矩（箭头TM）。马达输出转矩（箭头TM）单独或与发动机转矩（箭头TE）一起经由转子19传输到变速器20以向变速器20提供输入转矩（箭头TI）。呈DC-DC转换器形式的辅助功率模块(APM)25可以连接到高压总线11，并且被配置成经由辅助电压总线13选择性地输出低/辅助电压。辅助电池(BAUX) 26（例如12V铅酸电池）可以连接到辅助电压总线13，并且被配置成充当动力传动系系统10内的辅助电源。
为了如下所述实施方法100，控制器50被编程为从动力传动系系统10实时接收输入信号（箭头CCI），其中控制器50配备有处理器(P)以及足够数量和类型的存储器(M)。存储器(M)可以包括有形非暂时性存储器，例如，只读光学、磁性和/或闪速存储器等等。控制器50还包括足够数量的随机存取存储器、电可擦除可编程只读存储器等等，以及高速时钟和计数器、模数和数模电路系统以及输入/输出电路系统和设备，因为方法100使得控制器50能够自动生成和传输输出信号（箭头CCO）至动力传动系系统10和/或电路35以视需要控制动力传动系系统10和/或电机12的操作，其中在一些实施例中，输出信号（箭头CCO）也包含上述PWM控制信号。
图2A和图2B对应于电流调节的系统的模拟，其中命令d轴和q轴电流为零，即，Id*= Iq* = 0。在此情况下，由控制器50计算的示出为迹线30的q轴电压命令(Vq*)应该等于反电动势，其中/>由迹线32表示。而且，/>表示电机12中的永磁通量，并且/>是同步参考坐标的旋转速度。然而，在给定经校准的采样周期内，平均电流实际上不为零，如图2B中示出。因此，电流调节器54（参见图5和图6）弥补电流采样误差，并且施加校正电压。换句话说，电流采样误差表现为对电流调节器54的干扰。
为示出此可能误差，代表性电压差(ΔV)在图2A中示出在迹线30和32之间，其中电压(V)描绘在竖直轴线上。时间(t)按毫秒描绘，其中图2A和图2B的所指示的时间标度和幅度为说明性和非限制性的。此误差的原因描绘在图2B中，图2B将以安培(A)为单位的q轴电流(Iq)示出为迹线34并且将d轴电流(Id)示出为迹线36。例如，由控制器50的模数控制逻辑在迹线34和36的相交处的离散采样点38处收集的值对应于采样瞬间同步坐标中的零。然而，采样值并不反映连续采样点38之间整个采样周期内的平均同步坐标电流。方法100旨在解决图1的动力传动系系统10或使用电机12的其它系统中的此问题。
参考图3和图4，本方法100通过在控制器50的逻辑中记录或假定同步参考坐标电流两者在连续采样之间都具有整流正弦波的形状。在初始化(*)时，控制器50进行到图4的步骤S102，并且使用图1中所示的电流传感器(SX)采样/测量电机12的单独的相电流。在图1的电机12的示例性三相实施例中，例如，收集相电流(Ia、Ib和Ic)。控制器50可以在经校准的采样间隔(k)内执行此操作，其中(k)是当前时间点，并且还在采样间隔的中点(k – 0.5)执行此操作，其中(k)为说明简单而标称上等于1，并且“0.5”意指所述采样间隔的一半，而不管其实际持续时间如何。
同时，在图4的步骤S103中，控制器50可以使用位置传感器(SP)来测量或采样转子19的角位置，并且可以然后将所述角位置转换为同步参考坐标位置(θe)。当电机21是永磁电机时，步骤S103可能必需将转子19的所测量的角位置(θr)乘以电机21的极对的个数(N)，即：
当电机21是感应电机时，所述转换可以包括求解以下方程式：
其中是转子19的机械速度乘以极对的个数，Rr是转子19的电阻，Lrat是电感比，即，磁化电感与转子电感的比，iqs是d轴电流，并且/>是d轴转子磁通。同步坐标位置/>由同步速度/>的积分确定。
控制器50还在采样间隔的中点处采样或估计同步参考坐标位置θ(k-0.5)，其中“k-0.5”表示此中点。因此，控制器50确定θ(k)和θ(k - 0.5)。例如，后一值可以由控制器50基于转子19的所测量或所计算的旋转速度以及一个或多个先前收集的角度值外推。控制器50临时保存步骤S102和S103的结果，并且进行到步骤S104。
在图4的步骤S104处，控制器50在当前时刻(k)（即，当前采样周期的起始点）并且还在紧接在前发生的采样周期的中点(k-0.5)计算同步参考坐标电流。此类值对应于图3中的同步坐标电流Ix(k)和Ix(k-0.5)的点42和44，其中在图3中使用下标“x”简单表示d和q轴，即，方法100针对两个轴实施。由于所述过程是连续的，因此图1的控制器50在其存储器(M)中具有过去值的缓冲器，其中紧接先前采样周期Ix(k-1)的同步参考坐标电流在图3中也示出为点46。
图4的步骤S106包括针对同步参考坐标（d轴和q轴两者）计算平均电流，即，Ix,avg。为此目的，控制器50可以可选地使用以下方程式：
其中所得值Ix,avg示出在图3中，并且Ix,pk1示出为点48。
图5和图6描绘控制器50的控制逻辑中方法100的可能实施方式。在图5中，使用示例性控制逻辑50L来将用于电机12的马达转矩命令(T*m)馈送到电流命令生成(I-GEN)逻辑块52中。逻辑块52的输出（即，所命令的dq轴同步坐标电流(I*dq)）与其它值一起馈送到电流调节器(I-REG) 54中，如下文所公开的。电流调节器块54最终将所需电压(V*dq)输出到PWM策略逻辑块55，PWM策略逻辑块55继而将PWM电压信号(D*)提供到PIM 16。
如上文参考图1所述，PIM 16从电池组15接收DC电压（箭头Vdc），并且将单独的相电流(Ia、Ib和Ic)输出到电机12。位置传感器(SP)测量电机12（即，其转子19）的角位置(θr)（参见图1），并且将此测量结果馈送到转换块23中。转换块23输出上述同步参考坐标位置(θe)。安置在三个示例性相引线中的至少两者上的电流传感器(SX)测量相电流(Ia、Ib和Ic)，其中在此示例中，两个电流传感器(SX)可能用于测量所述三个相电流中的两者，并且控制器50计算其余相电流。控制器50每一半采样(Ts/ 2)将测量结果传输到计算逻辑块56，其中(Ts)是经校准的采样周期时间。计算逻辑块56将所采样的相电流(Ia、Ib、Ic)分别转换为对应的d轴和q轴平均电流，即，Id,avg(k-1)和Iq,avg(k-1)。因此，逻辑块56通常对应于图4。然后使用电流观察器(I-OBS) 57来导出当前时间点(k)的平均同步坐标电流，即，Idq,avg(k)。
Idq,avg(k)的值可以传输到电流调节器54作为到其的输入，其中电流观察器57的使用消除反馈路径中的延迟。即，缺少电流观察器57，使用前一采样周期内的平均电流在电流调节器反馈回路中引入一个额外的采样周期的延迟，使用电流观察器57消除所述延迟。然而，理想地，控制器50被提供有紧跟在后的采样的未来时间点(k+1)的平均同步坐标电流（即，Idq,avg(k + 1)）的知识作为反馈，以便抵消PWM块55中存在的固有延迟。
可选地，电流外推块(I-EXT) 58可以放置在电流调节器54和电流观察器57之间以使用当前和/或过去时刻的平均同步参考坐标电流导出未来时间点(k + 1)的平均同步坐标电流，即，Idq,avg(k + 1)。当前和/或过去时刻的平均同步参考坐标电流由电流观察器57提供。例如，控制器50可以在电流外推块58中使用线性外推或高阶外推来根据Idq,avg(k)和/或Idq,avg(k-n)的值中的一者或多者（即，使用Idq,avg的过去值）导出未来值，即，Idq,avg(k +1)。
图6描绘控制逻辑150L的替代实施例，控制逻辑150L在比较逻辑块59的下游包括可选的低通滤波器(LPF)块61。在此实施例中，块56计算并输出紧接先前或前一采样周期内的每一平均同步坐标电流（即，Idq,avg (k-1)），并且还输出瞬时采样的同步坐标电流（Idq(k)）。瞬时采样的同步坐标电流Idq(k)被馈送到电流观察器57和比较块59中。在比较块59中，确定Idq(k)和Idq,avg(k - 1)之间的差，即，瞬时采样的电流和紧接先前采样上的平均电流，其中所述差由箭头ΔI*dq表示。此差值例如通过允许控制器50忽略高于经校准的阈值的Δ值来经由LPF块61处理以最小化噪声。
将同步坐标电流调整量（箭头ΔIdq)添加到来自电流命令生成逻辑块52的原始电流命令（箭头I*dq)，其中所得值（箭头I**dq)与同步坐标速度(ωe)一起传输到电流调节器块54。如将了解的，同步坐标速度(ωe)可能作为来自块23的同步参考坐标位置(θe)输出的时间导数(d/dt)导出。在图6的示例性实施方式中，电流调节器块54继续控制瞬时电流，但是修改电流生成命令以实现所期望的平均电流。还可以使用平均电流作为控制器50的磁链查找表的反馈变量和/或用于估计马达转矩。
因此，当在图1的示例性动力传动系系统10中或具有AC电机的其它移动或固定系统中实施时，方法100旨在通过每一采样周期两次（在所述周期结束时，并且再次在相同周期的中点）对相电流和转子位置进行采样来改进电流估计技术。在一些实施例中，可以使用速度和采样周期信息来估计或外推中点采样值。因此，方法100在一个周期内将同步坐标电流近似为整流正弦波。控制最后一个采样周期的平均电流在图5和图6的电流调节器块54中引发延迟，其中采用各种方法来补偿上述所引发的延迟。鉴于前述公开，本领域普通技术人员将容易了解这些和其它益处。
虽然已经详细描述一些最佳模式和其它实施例，但是存在各种替代设计和实施例，用于实践在所附权利要求书中限定的本教示。所属领域的技术人员将认识到，可以在不背离本公开的范围的情况下对所公开的实施例作出修改。此外，本构思明确地包括所述元件和特征的组合和子组合。具体实施方式和附图是对本教示的支持和描述，其中本教示的范围仅由权利要求书限定。

Claims (20)

1.一种用于控制多相电机的方法，所述方法包括：
使用一组电流传感器在当前采样周期的起始点处测量所述多相电机的相电流；
在先前采样周期的中点处确定所述相电流，其中，所述先前采样周期就在所述当前采样周期之前发生；
经由控制器在所述起始点和所述中点处确定所述多相电机的转子的角位置；
使用在所述起始点和所述中点处确定的所述相电流和所述角位置经由所述控制器来计算所述多相电机在所述起始点和所述中点处的同步参考坐标电流；
使用在所述起始点和所述中点处的所述同步参考坐标电流来计算所述当前采样周期的持续时间内的平均同步参考坐标电流；以及
使用所述平均同步参考坐标电流经由所述控制器来调节所述多相电机的转矩和/或速度。
2.根据权利要求1所述的方法，其中，在所述先前采样周期的所述中点处确定所述相电流包括经由所述组电流传感器测量所述相电流。
3.根据权利要求1所述的方法，其中，在所述先前采样周期的所述中点处确定所述相电流包括经由所述控制器外推所述相电流。
4.根据权利要求1所述的方法，其中，计算所述当前采样周期的持续时间内的平均同步参考坐标电流包括使用所述控制器的电流观察器来确定当前或未来时刻的平均同步参考坐标电流。
5.根据权利要求4所述的方法，其中，计算所述先前采样周期的所述持续时间内的平均同步参考坐标电流包括使用所述当前和/或过去时刻的平均同步参考坐标电流来外推所述未来时刻的所述平均同步参考坐标电流，其中，所述当前和/或所述过去时刻的所述平均同步参考坐标电流由所述电流观察器提供。
6.根据权利要求5所述的方法，其中，外推所述未来时刻的所述平均同步参考坐标电流由所述控制器使用线性外推来实现。
7.根据权利要求5所述的方法，其中，外推所述未来时刻的所述平均同步参考坐标电流由所述控制器使用二阶或更高阶外推来实现。
8.根据权利要求1所述的方法，所述方法进一步包括：
针对所述当前采样周期或所述先前采样周期来确定所述平均同步参考坐标电流和所述同步参考坐标电流之间的差；
通过低通滤波器处理所述差以产生经滤波的差；以及
使用所述经滤波的差经由所述控制器实时调整至所述多相电机的一组同步参考坐标电流命令。
9.根据权利要求1所述的方法，其中，所述多相电机包括耦接到机动车辆的一组道路车轮的转子，并且其中，调节所述多相电机的转矩或速度包括控制所述组道路车轮的对应转矩或速度。
10.根据权利要求1所述的方法，其进一步包括：
在所述控制器的逻辑中记录所述同步参考坐标电流在同时进行的采样之间被成形为整流正弦波；以及
通过求解以下方程式导出所述当前采样周期的持续时间内的平均同步参考坐标电流：
其中，Ix,avg是平均同步参考坐标电流，Ix(k)、Ix(k-0.5)和Ix(k-1)是时间(k)、(k -0.5)和(k-1)的同步参考坐标电流，并且其中，时间(k)是当前采样，时间(k-0.5)是中点采样，并且(k-1)是先前采样。
11.一种电气系统，其包括：
具有相绕组和转子的交流(AC)多相电机；
电池组；
功率逆变器模块(PIM)，所述功率逆变器模块(PIM)连接到所述电池组和所述相绕组，并且响应于脉冲宽度调制(PWM)信号被配置成向所述相绕组输出AC电压，以使所述多相电机充能；
一组电流传感器，所述组电流传感器连接到所述相绕组并且可操作成用于测量所述多相电机的相电流；以及
控制器，所述控制器被配置成：
在当前采样周期的起始点处从所述组电流传感器接收所测量的相电流；
在先前采样周期的中点处确定相电流，其中，所述先前采样周期就在所述当前采样周期之前发生；
在所述起始点和所述中点处确定转子的角位置；
使用所测量的相电流并且使用所述转子的所述角位置来计算所述多相电机在所述起始点和所述中点处的同步参考坐标电流；
使用所述起始点和所述中点处的所述同步参考坐标电流来计算所述当前采样周期的持续时间内的平均同步参考坐标电流；以及
使用所述平均同步参考坐标电流来调节所述多相电机的操作。
12.根据权利要求11所述的电气系统，其中，所述控制器被配置成通过经由所述组电流传感器测量所述相电流来在所述先前采样周期的所述中点处确定所述相电流。
13.根据权利要求11所述的电气系统，其中，所述控制器被配置成通过外推所述相电流来在所述中点处确定所述相电流。
14.根据权利要求11所述的电气系统，其中，所述控制器被配置成通过使用电流观察器确定当前或未来时刻的平均同步参考坐标电流来计算所述当前采样周期的持续时间内的所述平均同步参考坐标电流。
15.根据权利要求14所述的电气系统，其中，所述控制器被配置成通过使用电流观察器外推当前和/或过去时刻的平均同步参考坐标电流来计算所述当前采样周期的所述持续时间内的所述平均同步参考坐标电流。
16.根据权利要求15所述的电气系统，其中，所述控制器被配置成使用线性外推来外推未来时刻的平均同步参考坐标电流。
17.根据权利要求15所述的电气系统，其中，所述控制器被配置成使用二阶或更高阶外推来外推所述未来时刻的所述平均同步参考坐标电流。
18.根据权利要求15所述的电气系统，其中，所述控制器被配置成：
针对所述当前采样周期或所述先前采样周期来确定所述平均同步参考坐标电流和同步坐标电流之间的差；
通过低通滤波器处理所述差以产生经滤波的差；以及
使用所述经滤波的差实时调整至所述电机的同步参考坐标电流命令。
19.根据权利要求11所述的电气系统，其中，所述转子耦接到机动车辆的一组道路车轮，并且所述控制器被配置成通过改变所述多相电机的转矩和速度中的至少一者来使用所述平均同步参考坐标电流调节所述多相电机的操作。
20.根据权利要求11所述的电气系统，其中，所述控制器被配置成假定所述同步参考坐标电流在所述当前采样周期和所述先前采样周期之间被成形为整流正弦波，并且通过求解以下方程式来计算所述当前采样周期的持续时间内的所述平均同步参考坐标电流：
其中，Ix,avg是平均同步参考坐标电流，Ix(k)、Ix(k-0.5)和Ix(k-1)是时间(k)、(k -0.5)和(k-1)的同步参考坐标电流，并且其中，时间(k)是当前采样，时间(k-0.5)是中点采样，并且(k-1)是先前采样。
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