CN113169685A - 控制无刷永磁电机的方法 - Google Patents

Abstract

一种控制无刷永磁电机(14)的方法(100)，包括确定(102)电机操作目标。方法(100)包括比较(104)电机操作目标与一组预定的激励时间参数关系。该方法(100)包括根据从一组预定的激励时间参数关系中确定的激励时间参数关系操作(106)电机，以提供接近电机操作目标的电机操作响应。方法(100)包括测量出(108)测得的电机操作响应，比较(110)测得的电机操作响应与电机操作目标，并且当测得的电机操作响应与电机操作目标不匹配时，将校准因子应用(112)于电机(14)的激励时间参数，使得测得的电机操作响应朝向电机操作目标移动。

Description

控制无刷永磁电机的方法

技术领域

本发明涉及一种控制无刷永磁电机的方法。

背景技术

无刷永磁电机包括相绕组，该相绕组通过电源被激励，使得在绕组中感应的磁场驱动电机的转子的旋转。

先前已经提出改变电机的相绕组的激励时间参数，例如激励的开始/结束时间、激励的长度或激励的占空比，以提供期望的电机操作特性。

发明内容

根据本发明的第一方面，提供了一种控制无刷永磁电机的方法，该方法包括确定电机操作目标；将电机操作目标与一组预定的激励时间参数关系进行比较；根据从一组预定的激励时间参数关系中确定的激励时间参数关系操作电机，以提供接近电机操作目标的电机操作响应；测量出测得的电机操作响应；将测得的电机操作响应与电机操作目标进行比较；当测得的电机操作响应与电机操作目标不匹配时，将校准因子应用于电机的激励时间参数，使得测得的电机操作响应向电机操作目标移动。

根据本发明的第一方面的方法原则上可以是有益的，因为该方法包括将电机操作目标与一组预定的激励时间参数关系进行比较；根据从一组预定的激励时间参数关系中确定的激励时间参数关系操作电机，以提供接近电机操作目标的电机操作响应；测量出测得的电机操作响应；将测得的电机操作响应与电机操作目标进行比较；当测得的电机操作响应与电机操作目标不匹配时，将校准因子应用于电机的激励时间参数。

特别地，通过测量出测得的电机操作响应，将测得的电机操作响应与电机操作目标进行比较，并且当测得的电机操作响应与电机操作目标不匹配时，将校准因子应用于电机的激励时间参数，可以严密地控制电机操作响应以匹配电机操作目标，例如以闭环反馈的方式。但是，仅以这种闭环方式简单地控制无刷永磁电机可能会导致控制不稳定或效率低下，例如由于需要大的校准因子来补偿测得的电机操作响应与电机操作目标之间的误差。

通过将电机操作目标与一组预定的激励时间参数关系进行比较，并根据从一组预定的激励时间参数关系中确定的激励时间参数关系操作电机以提供接近电机操作目标的电机操作响应，闭环控制可以设置有足够接近电机操作目标的起始点，从而激励时间参数不需要大的校准因子。因此，例如相对于简单地使用闭环控制的方法，根据本发明的第一方面的方法可以提供更大的稳定性和改善的电机性能。

此外，根据本发明的第一方面的方法可以提供改善的响应时间，这可以导致测得的电机操作响应达到电机操作目标所花费的时间减少。

确定电机操作目标，将电机操作目标与一组预定的激励时间参数关系进行比较，并根据从一组预定的激励时间参数关系中确定的激励时间参数关系操作电机以提供接近电机操作目标的电机操作响应，可以包括开环控制。

测量出测得的电机操作响应，将测得的电机操作响应与电机操作目标进行比较，并且当测得的电机操作响应与电机操作目标不匹配时，将校准因子应用于电机的激励时间参数，使得测得的电机操作响应朝电机操作目标移动，可以包括闭环控制。

激励时间参数可以包括定义何时对电机(例如电机的相绕组)进行换向，和/或对电机(例如电机的相绕组)的激励何时开始和/或结束，和/或激励电机(例如电机的相绕组)多长时间的参数。电机的激励可以包括驱动相电流通过电机的相绕组。激励时间参数可以由多个因素确定，包括例如无刷永磁电机的速度和/或包括无刷永磁电机的系统的输入电压。

激励时间参数可以包括提前角，例如，电机的相绕组发生换向的相位角，并因此包括相绕组的激励开始的相位角。可以相对于在相绕组中感应的反电动势的零交叉来测量提前角。虽然被称为提前角，这可能意味着相绕组的换向在相绕组中感应的反电动势的零交叉之前发生，但该提前角可以包括正值、负值或零值。因此，相绕组的换向可以在相绕组中感应的反电动势的零交叉之前、之后或与之同步发生。在提前角为负值的情况下，提前角可替代地被称为延迟角，因为相绕组的换向可相对于在相绕组中感应的反电动势的零交叉而延迟。

本方法可以包括控制多相无刷永磁电机的方法。在多相无刷永磁电机中，定子绕组布置成使得在电机端子上可以组合使用不同电机相位的电动势。电机绕组和端子之间的最常见连接方式为星形(也称为Y形)连接和三角形连接。在多相机器的情况下，提前角可以相对于两个电机端子之间的电动势等于并随后超过端子连接的任何其他组合的电动势的旋转点进行测量。虽然称为提前角，这可能意味着所施加的驱动DC电压波形的相移在该点之前发生，但提前角可以包括正值、负值或零值。因此，所施加的电压波形可以在最大电动势相位组合改变的旋转点之前、之后或与之同步地移位。在提前角为负值的情况下，提前角可替代地被称为延迟角，因为相绕组的换向可能相对于最大电动势相组合的变化延迟。

激励时间参数可以包括导通时段，例如电机激励发生的时间段。激励时间参数可以包括占空比，例如，定义发生周期激励的百分比的比率。激励时间参数可以包括提前角和导通时段，或者可以包括提前角和占空比。激励时间参数可以包括正弦波幅度或其他波形幅度。激励时间参数可以包括去激励角和/或时段，例如电机的相绕组的去激励开始的时间和/或发生相绕组的去激励的时段。

电机操作目标可以包括电机输入功率、电机速度、通过电机的气流、相电压、直流链路电压、相电流、电源电流、电机压力、电机温度、以及结合任何前述参数的误差函数中的任一或任何组合。

激励时间参数关系可以包括电机操作目标或响应与电机激励时间参数之间的关系，例如哪个电机激励时间参数实现哪个电机操作目标或响应。激励时间参数关系可以包括确定电机操作目标或响应的多个激励时间参数，例如电机操作目标或响应可以由多个激励时间参数确定。

从一组预定的激励时间参数关系确定的激励时间参数关系可以基本上对应于从一组预定的激励时间参数关系中选择的激励时间参数关系。例如，从一组预定的激励时间参数关系确定的激励时间参数关系可以是从一组预定的激励时间参数关系中选择的激励时间参数关系。

从一组预定的激励时间参数关系确定的激励时间参数关系可以从该一组预定的激励时间参数关系中的激励时间参数关系推导得出，例如外推出。从该一组预定的激励时间参数关系确定的激励时间参数关系可以从该一组预定的激励时间参数关系的至少两个激励时间参数关系中推导出，例如插值。

可以通过实验和/或仿真和/或监控来确定该一组预定的激励时间参数关系，并且例如可以将其存储在无刷永磁电机的控制器的存储器中。一组预定的激励时间参数关系内的关系可以彼此足够接近，使得在使用中，无刷永磁电机的用户基本上听不到这些关系之间的过渡。例如，在一组预定的激励时间参数关系内的关系可以具有足够的分辨率，使得在使用中，无刷永磁电机的用户基本上听不到这些关系之间的过渡。

该方法可以包括确定与电机操作目标对应的无刷永磁电机的操作模式。例如，可能需要不同的操作模式以实现不同的电机操作目标。操作模式可以包括用于将相电流驱动到无刷永磁电机的相绕组中的驱动模式，并且不同的操作模式可以包括不同的驱动模式。驱动模式可以包括单个激励时段、单个去激励时段、第一和第二激励时段以及第一和第二去激励时段、长度可变的激励和去激励时段、激励时段和随后的去激励时段的重复模式、不同的去激励方法、相绕组相对于在相绕组中感应的反电动势的提前换相、相绕组相对于在相绕组中感应的反电动势的延迟换相、或相绕组相对于相绕组中感应的反电动势的同步换向的任一或任何组合。

无刷永磁电机的操作模式可以对应于不同的电机操作目标阈值。例如，高于某个操作目标阈值的电机操作目标可能需要以与低于操作目标阈值的电机操作目标不同的模式操作。高功率和/或高速度可能需要与低功率和/或低速度不同的操作模式。

无刷永磁电机的操作模式可以重叠，例如使得某些电机操作目标位于无刷永磁电机的一种以上操作模式之内。磁滞可能会在操作模式之间施加，例如，使得应用校准因子不会导致电机改变其操作模式。

一组预定的激励时间参数关系可以取决于无刷永磁电机的操作模式。不同的操作模式可以对应于预定的激励时间参数关系的不同子集。预定的激励时间参数关系可以与两种或更多种操作模式重叠。该方法可以包括取决于激励时间参数关系来选择最合适的操作模式，该激励时间参数关系给出最接近期望的电机操作目标的电机操作响应。

该方法可以包括设置用于激励时间参数的至少一个极限，例如，使得在应用校准因子时，激励时间参数不能超过该至少一个极限。这可能是有益的，因为它可以限制激励时间参数的任何变化，从而实现更大的控制稳定性和/或改善的电机性能。这还可以确保电机在达到电机操作目标的同时在期望的效率范围内操作。所述至少一个极限还可以防止不期望的操作，例如过热、退磁、过大的相电流，或者控制响应不稳定或高度非线性的状态。

所述至少一个极限可以包括激励时间参数的上边界和/或下边界。

所述至少一个极限可以基本上对应于从所述一组预定的激励时间参数关系中确定的激励时间参数关系。该方法可以包括应用校准因子，使得激励时间参数偏离从一组预定的激励时间参数关系确定的激励时间参数关系中的激励时间参数的值，例如，使得激励时间参数在单个方向上偏离从一组预定的激励时间参数关系确定的激励时间参数关系中的激励时间参数的值。

该方法可以包括将校准因子应用于激励时间参数，直到测得的电机操作响应基本对应于电机操作目标为止。

该方法可以包括将校准因子应用于激励时间参数，直到激励时间参数达到所述至少一个极限。该方法可以包括：一旦激励时间参数达到所述至少一个极限，就将另一校准因子应用于另一激励时间参数，例如在从该一组预定的激励时间参数关系确定的激励时间参数关系内的另一激励时间参数。

该方法可以包括使用初始的激励时间参数关系来操作无刷永磁电机。当初始的激励时间参数关系与从一组预定的激励时间参数关系确定的激励时间参数关系相距甚远时，例如，在初始的激励时间参数关系内的激励时间参数的值与从一组预定的激励时间参数关系中确定的激励时间参数关系的对应的激励时间参数的值相差25％以上时，该方法可以包括进入在初始的激励时间参数关系和从一组预定的激励时间参数关系中确定的激励时间参数关系之间的过渡模式。进入在激励时间参数关系之间的过渡模式可以例如包括加速和/或减速无刷永磁电机。

确定电机操作目标可以包括基于用户输入来选择电机操作目标。例如，用户可以使用适当的用户界面输入电机操作目标，或者用户可以选择配置为提供电机操作目标的设置，例如高功率模式或低功率模式。确定电机操作目标可以包括基于例如来自无刷永磁电机内部或外部的传感器的传输器输入来选择电机操作目标。

根据从一组预定的激励时间参数关系中确定的激励时间参数关系操作电机以提供接近电机操作目标的电机操作响应，可以包括：根据从一组预定的激励时间参数关系确定的激励时间参数关系来操作电机，以提供电机操作响应，该电机操作响应在电机操作目标的值的大约25％、或大约10％、或大约5％、或大约1％内。

将校准因子应用于激励时间参数可以包括将正和/或负校准因子应用于激励时间参数。校准因子可以包括对无刷永磁电机的运行速度的调节。

测量出测得的电机操作响应可以包括测量与电机操作目标对应的电机操作响应。

根据本发明的另一方面，提供了一种数据载体，其包括机器可读指令，机器可读指令用于无刷永磁电机的控制器的操作以确定电机操作目标；将电机操作目标与一组预定的激励时间参数关系进行比较；根据从一组预定的激励时间参数关系中确定的激励时间参数关系操作电机，以提供接近电机操作目标的电机操作响应；测量出测得的电机操作响应；将测得的电机操作响应与电机操作目标进行比较；当测得的电机操作响应与电机操作目标不匹配时，将校准因子应用于电机的激励时间参数，使得测得的电机操作响应向电机操作目标移动。

根据本发明的另一方面，提供了一种无刷永磁电机，包括控制器，控制器被配置为确定电机操作目标，将电机操作目标与一组预定的激励时间参数关系进行比较；根据从一组预定的激励时间参数关系中确定的激励时间参数关系操作电机，以提供接近电机操作目标的电机操作响应；测量出测得的电机操作响应；将测得的电机操作响应与电机操作目标进行比较；当测得的电机操作响应与电机操作目标不匹配时，将校准因子应用于电机的激励时间参数，使得测得的电机操作响应向电机操作目标移动。

根据本发明的另一方面，提供了一种控制无刷永磁电机的方法，该方法包括确定期望的电机输入功率；将期望的电机输入功率与一组预定的激励时间参数关系进行比较；根据从一组预定的激励时间参数关系中确定的激励时间参数关系操作电机，以提供接近期望的电机输入功率的电机输入功率；测量出测得的电机输入功率；将测得的电机输入功率与期望的电机输入功率进行比较；当测得的电机输入功率与期望的电机输入功率不匹配时，将校准因子应用于电机的激励时间参数，使得测得的电机输入功率向期望的电机输入功率移动。

根据本发明的另一方面，提供了一种控制包括无刷永磁电机的装置的方法，该方法包括确定装置输出目标；确定电机操作目标以达到装置输出目标；将电机操作目标与一组预定的激励时间参数关系进行比较；根据从一组预定的激励时间参数关系中确定的激励时间参数关系操作电机，以提供接近电机操作目标的电机操作响应；测量出测得的电机操作响应；将测得的电机操作响应与电机操作目标进行比较；当测得的电机操作响应与电机操作目标不匹配时，将校准因子应用于电机的激励时间参数，使得电机操作响应向电机操作目标移动。

装置输出目标可以包括输出气流和输出空气温度的任一或任何组合。装置输出目标可以由传感器确定，该传感器可以例如包括装置的一部分。

附图说明

为了更好地理解本发明，并且更清晰地示出本发明如何执行，现在本发明将参考附图通过举例的方式被描述，其中：

图1是根据本发明的电机系统的框图；

图2是图1的电机系统的示意图；

图3详细示出了图1的电机系统的逆变器响应于由电机系统的控制器发出的控制信号的允许状态；

图4是示出根据本发明的控制图1和图2的电机系统的方法的示意性流程图；

图5是示出了与图4的方法一起使用的控制结构的示意性框图；

图6是根据本发明的示意性电机功率包络线；

图7是说明电机输入功率和效率相对于导通时段的变化的示意图；和

图8是示出根据本发明的另一方法的示意流程图。

具体实施方式

在图1和2中示出了根据本发明的电机系统，总体上用标号10表示。电机系统10由DC电源12，例如电池供电，并且包括无刷永磁电机14和控制电路16。本领域技术人员将认识到，本发明的方法可以等同地适用于由交流电源供电的电机系统，并且对电路进行了适当的修改，例如包括整流器。

电机14包括四极永磁转子18，其相对于四极定子20旋转。尽管这里显示为四极永磁体转子，但是应当理解，本发明可以应用于具有不同极数，例如八极的电机。围绕定子20缠绕的导线联接在一起以形成单相绕组22。虽然这里描述为单相电机，但是本领域技术人员将认识到，本申请的教导也可以适用于多相电机，例如三相电机。

控制电路16包括滤波器24、逆变器26、门驱动器模块28、电流传感器30、电压传感器32、位置传感器34和控制器36。

滤波器24包括链接电容器C1，其使由于逆变器26切换造成的相对高频波动平滑。

逆变器26包括将相绕组22联接到电压轨的四个功率开关Q1-Q4的全桥。开关Q1-Q4中的每一个包括续流二极管。

门驱动器模块28响应于从控制器36接收的控制信号驱动开关Q1-Q4的断开和闭合。

电流传感器30包括定位在逆变器和零电压轨之间的分流电阻器R1。跨电流传感器30的电压提供连接到电源12时相绕组22中的电流的测量值。跨电流传感器30的电压被作为信号I_SENSE输出至控制器36。将认识到，在该实施例中，不可能在续流期间测量相绕组22中的电流，但是还设想了可能的替代实施例，例如通过使用多个分流电阻器。

电压传感器32包括定位在DC电压轨和零电压轨之间的分压器R2、R3。电压传感器输出信号V_DC到控制器36，其表示由电源12提供的电源电压的缩小比例的测量值。

位置传感器34包括位于定子20的狭槽开口中的霍尔效应传感器，但是，将认识到，还设想了替代布置，例如其中霍尔效应传感器邻近轴上的定位磁体定位的布置。传感器34输出数字信号HALL，其取决于穿过传感器34的磁通的方向而为逻辑高或低。HALL信号由此提供转子18的角位置的测量值。还设想了省略位置传感器34并且实施无传感器控制方案的实施例。这种无传感器的控制方案是已知的，并且为了简洁起见在此将不进行描述。在这种无传感器方案中，可以用代表反电动势的时段的反电动势信号来代替HALL信号。

控制器36包括微控制器，微控制器具有处理器、存储装置和多个外设(例如ADC、比较器、计时器等)。在替代实施例中，控制器36可以包括状态机。存储装置存储用于由处理器执行的指令，以及在操作期间由处理器使用的控制参数。控制器36负责控制电机14的操作且产生用于控制四个功率开关Q1-Q4每个的控制信号S1-S4。控制信号被输出到门驱动器模块28，门驱动器模块作为响应驱动开关Q1-Q4的断开和闭合。

图3总结了开关Q1-Q4响应于由控制器36输出的控制信号S1-S4的允许状态。此后，术语“设置”和“清除”将用于表示信号分别被逻辑上拉高和拉低。如图3所示，控制器36设置S1和S4并且清除S2和S3，以便从左到右激励相绕组22。相反地，控制器36设置S2和S3并且清除S1和S4，以便从右到左激励相绕组22。控制器36清除S1和S3并且设置S2和S4以便续流相绕组22。续流使得相绕组22中的电流绕逆变器26的低侧回路再循环。在本实施例中，功率开关Q1-Q4能够沿两个方向导通。因此，控制器36在续流期间闭合低侧开关Q2、Q4两者，使得电流流过开关Q2和Q4，而不是较低效的二极管。可设想，逆变器26可包括功率开关，其仅沿单个方向导通。在该情况下，控制器36将清除S1、S2和S3并且设置S4，以便从左到右续流相绕组22。控制器36于是将清除S1、S3和S4并且设置S2，以便从右到左续流相绕组22。然后，逆变器26的低侧回路中的电流向下流经闭合的低侧开关(例如Q4)，并且向上流经断开的低侧开关(例如Q2)的二极管。

在转子18的速度高于预定阈值，例如高于40krpm的情况下，控制器36以稳态模式操作。转子18的速度由HALL信号的连续边缘之间的间隔确定，其在后文中被称为HALL时段。

控制器36响应于HALL信号的边缘对相绕组22进行换向。每个霍尔边缘对应于转子18极性的改变，且由此对应于在相绕组22中感应的反电动势的极性的改变。更具体地，每个HALL边缘对应于反电动势中的零交叉。换向涉及颠倒通过相绕组22的电流的方向。因此，如果电流沿从左向右的方向流过相绕组22，换向涉及从右向左激励绕组。

控制器36可以相对于HALL边缘提前、同步或延迟换向，并且此后，控制器36使相绕组22换向的相位角将被称为提前角，而不考虑换向是提前、同步还是延迟。电流被驱动到相绕组22中的时段在下文中被称为导通时段，并且控制器36可以改变提前角或导通时段以获得期望的操作特性。

现在将参考图4描述根据本发明的方法。

方法100包括在102处确定电机操作目标。电机操作目标由用户输入他们的电机操作目标来确定，或者例如根据用户选择的模式来确定。在104处将电机操作目标与一组预定的激励时间参数关系进行比较，该一组预定的激励时间参数关系存储在控制器36的存储器中。通过实验或计算仿真来建立每个预定的激励时间参数关系。在当前情况下，激励时间参数关系是电机操作目标或响应与为了实现电机操作目标或响应而需要实施的激励时间参数值之间的关系。本领域技术人员将认识到，每个激励时间参数本身可以由另外的特性关系确定，该另外的特性关系可以由电机14的其他操作特性确定。

响应于在104处的比较，控制器30在106处根据从一组预定的激励时间参数关系确定的激励时间参数关系来操作电机14，以提供接近电机操作目标的电机操作响应，例如在电机操作目标的25％误差范围内。

在108处测量实际的电机操作响应，并且在110处将测得的电机操作响应与电机操作目标进行比较。如果测得的电机操作响应与电机操作目标不匹配，则在112处将校准因子应用于电机的激励时间参数，使得测得的电机操作响应向电机操作目标移动。

如此，可以紧密地控制测得的电机操作响应以以闭合反馈回路的方式匹配电机操作目标。但是，仅以这种闭环方式简单地控制无刷永磁电机14可能会导致控制不稳定和/或效率低下，例如由于需要大的校准因子来补偿测得的电机操作响应与期望的电机操作目标之间的误差。

在104处通过将电机操作目标与一组预定的激励时间参数关系进行比较，并在106处根据从一组预定的激励时间参数关系中确定的激励时间参数关系操作电机14以提供接近电机操作目标的电机操作响应，闭环控制可以设置有足够接近电机操作目标的起始点，使得激励时间参数不需要大的校准因子。因此，相对于简单地使用闭环控制的方法，根据本发明的方法100可以提供更大的稳定性和改善的电机性能。

本领域技术人员将认识到，方法100可以用于控制许多电机操作响应，包括例如电机输入功率、电机速度、通过电机的气流、相电压、直流链路电压、相电流、电源电流、电机压力、电机温度或结合了上述任何参数的误差函数。在电机操作目标包括误差函数的最小化的情况下，误差函数可以采用以下等式的形式：

误差＝K1*(目标输入功率-测得的输入功率)+K2*(目标速度-测得的速度)

其中K1和K2是每个目标的相对权重因子。在上文中，可以将目标速度设置为电机可达到的最大值，并且将目标输入功率设置为最小值，因此控制系统将以权重因子定义的方式设法降低最大速度的目标输入功率。对于给定的一组系统约束，这将提供峰值效率。

本领域技术人员将进一步认识到，激励时间参数可以包括定义电机14何时换向，和/或电机14的激励何时开始和/或结束，和/或电机14被激励多长时间的参数。例如，激励时间参数可以是提前角、导通时段、去激励(或续流)角度、去激励(或续流)时段或占空比的任一或任何组合。

将参照图5描述方法100的实际实施例，并且涉及电机操作目标是电机输入功率的情况。

在102处通过用户输入期望的电机输入功率来确定期望的电机输入功率，或者根据用户选择的模式来确定期望的电机输入功率。期望的电机输入功率确定了无刷永磁电机14的控制模式。

例如，从图6可以看出，电机14的控制模式取决于电机输入功率。在电机输入功率处于高水平的情况下，控制电机14，使得换向在反电动势的零交叉之前发生，在每个电半周期中发生单个激励时段，随后是双FET续流时段。这在图6中称为模式1。在电机输入功率处于中等水平的情况下，控制电机14，使得换向在反电动势的零交叉之前发生，在每个电半周期中发生两个激励时段，每个激励时段之后是双FET续流时段。这在图6中称为模式2。在电机输入功率处于中到低水平的情况下，控制电机14，使得换向相对于反电动势的零交叉延迟，在每个电半周期中发生单个激励时段，随后关闭开关Q1-Q4的电桥。这在图6中称为模式3。在电机输入功率低的情况下，例如在最小输入功率附近，发生输入电压的脉冲宽度调制(PWM)，电机14的换向与电机14感应的反电动势的零交叉同步。这在图6中称为模式4。

因此可以看出，在102处由用户确定的期望的电机输入功率影响了无刷永磁电机14的控制模式。一些期望的电机输入功率可以跨越一种以上的控制模式，并且在这种情况下，控制器30将视情况选择最合适的控制模式。控制器30还采用磁滞控制，以确保电机14不会在不同的控制模式之间振荡。

从图6可以看出，电机14的控制模式也对确定期望的电机输入功率的激励时间参数关系有影响，对于不同的模式存在不同的关系。特别地，在电机输入功率处于高水平并且在模式1下控制电机的情况下，激励时间参数关系可以将提前角作为主要激励时间参数，并将导通时段作为次级激励时间参数。在电机输入功率处于中等水平并且在模式2下控制电机的情况下，激励时间参数关系可以将续流时段作为主要激励时间参数，将导通时段作为次级激励时间参数，或者激励时间参数关系可以将提前角作为主要激励时间参数，将续流时段作为次级激励时间参数。在电机输入功率处于中到低水平并且在模式3下控制电机的情况下，激励时间参数关系可以将导通时段作为主要激励时间参数，并将提前角作为次级激励时间参数。在电机输入功率处于低水平并且在模式4下控制电机的情况下，激励时间参数可以将占空比作为主要激励时间参数。

因此可以看出，在102处由用户确定的期望的电机输入功率也被链接到激励时间参数关系。就这一点而言，方法100包括将期望的电机输入功率与一组预定的激励时间参数关系进行比较，所述一组预定的激励时间参数关系例如存储在控制器30的存储器中。一组预定的激励时间参数关系中的每一个将电机输入功率链接到一组激励时间参数，所述一组激励时间参数可被实施以实现所述电机输入功率。

方法100包括在106处根据从一组预定的激励时间参数关系确定的激励时间参数关系来操作电机14，以提供接近期望的电机输入功率的电机输入功率，例如，在期望的电机输入功率的值的25％以内的电机输入功率。如果期望的电机输入功率在单个控制模式内，则可以对两个最接近的激励时间参数关系进行插值以获得操作激励时间参数关系。然而，如果期望的电机输入功率与多个控制模式重叠，则选择提供最接近期望的电机输入功率的电机输入功率的单个激励时间参数关系作为操作激励时间参数关系。

在实践中，为了确保实用的控制方案，将操作激励时间参数关系作为激励时间参数值的上限或下限，使得激励时间参数值只能沿一个方向进行更改，例如增大或减小，以实现期望的电机输入功率。这可以允许关系以明确定义的方式改变，并且可以使端点值更具可重复性。

如果从先前的操作激励时间参数关系中明显去除了操作激励时间参数关系，则控制器30实施过渡模式，由此电机14适当地加速或减速以提供向操作激励时间参数的逐渐过渡。

一旦选择并实施了操作激励时间参数，就在108处测量实际的电机输入功率，并在110处将测得的电机操作输入功率与期望的电机输入功率进行比较。如果测得的电机输入功率与期望的电机输入功率不匹配，则在112处将校准因子应用于电机的激励时间参数，以使测得的输入功率向期望的电机输入功率移动。

就这一点而言，并且如上所述，每个激励时间参数关系可以包括多个激励时间参数，并且可以给激励时间参数关系内的激励时间参数提供不同的优先级。例如，在期望的电机输入功率相对较高的情况下，提前角可以被视为主要激励时间参数，而导通时段可以被视为次级激励时间参数。在112处应用校准因子可以涉及将第一校准因子应用于主要激励时间参数和/或将第二校准因子应用于次级激励时间参数。替代地，应用校准因子可以涉及例如主要和次级激励时间参数之间的比率，例如，每两个主要激励时间参数增量对应一个次级激励时间参数增量。如本领域技术人员将理解的，所应用的校准因子的类型将取决于所实施的激励时间参数关系。

每个激励时间参数可以由其他电机操作特性来定义。例如，提前角和导通时段可以由下面列出的关系定义：

提前时间：

AP00+AP10×V+AP01×S+AP20×V²+AP02×S²+AP11×V×S+AP30×V³±correction

导通时间：

CP00+CP10×V+CP01×S±correction

其中APXX和CPXX是根据仿真和测量确定的系数，S是电机转子速度，V是电机输入电压。通过在112处应用校准因子来改变以上等式的结果。

在112处将校准因子应用于激励时间参数的情况下，对激励时间参数施加预定极限，从而确保电机14的最佳操作条件。例如，从图7可以看出，响应于导通时段的变化，电机效率可以以非线性方式随着电机输入功率而变化。尽管沿着电机输入功率曲线可能存在多个具有相同值(例如，期望的电机输入功率值)的点，但是这些点中的每一个都可能导致不同的电机操作效率。通过设置激励时间参数的预定极限，可以防止电机以期望的电机输入功率以低电机操作效率操作。

如果在测得的电机输入功率达到期望的电机输入功率之前，主要激励时间参数达到预定极限，则将第二校准因子应用于次级激励时间参数，直到测得的电机输入功率达到期望的电机输入功率为止。当然，在主要激励时间参数达到其预定极限之前，测得的电机输入功率也可能达到期望的电机输入功率，在这种情况下，可能不需要对次级激励时间参数应用校准因子。

在108处测量期望的电机输入功率，在110处将测得的电机输入功率与期望的电机输入功率进行比较，随后在112处以闭环方式应用校准因子以连续地寻找期望的电机输入功率。

本领域技术人员将认识到，在对上述方法步骤进行最小调整的情况下，方法100将可应用于其他期望的电机操作目标。

本领域技术人员将进一步认识到，可以稍微修改方法100，如图8所示，以提供一种控制包括无刷永磁电机14的装置的方法200。

方法200基本上类似于先前描述的方法100，并且不同之处在于确定装置输出目标的附加步骤202，以及确定电机操作目标以实现装置输出目标的附加步骤204。方法200的其他步骤也存在于先前描述的方法100中，因此为了一致性，在图8中使用了相同的附图标记。

Claims (13)

1.一种控制无刷永磁电机的方法，所述方法包括确定电机操作目标；将所述电机操作目标与一组预定的激励时间参数关系进行比较；根据从所述一组预定的激励时间参数关系中确定的激励时间参数关系操作电机，以提供接近所述电机操作目标的电机操作响应；测量出测得的电机操作响应；将测得的电机操作响应与所述电机操作目标进行比较；当测得的电机操作响应与所述电机操作目标不匹配时，将校准因子应用于电机的激励时间参数，使得测得的电机操作响应向所述电机操作目标移动。

2.根据权利要求1所述的方法，其中，所述激励时间参数包括定义所述电机何时换向，和/或所述电机的激励何时开始和/或结束，和/或所述电机被激励多长时间的参数。

3.根据权利要求1或2所述的方法，其中，所述电机操作目标包括电机输入功率、电机速度、通过电机的气流、相电压、直流链路电压、相电流、电源电流、电机压力、电机温度、以及前述参数的误差函数中的任一或任何组合。

4.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中，所述方法包括确定与所述电机操作目标对应的无刷永磁电机的操作模式。

5.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中，所述方法包括为所述激励时间参数设置至少一个极限。

6.根据权利要求5所述的方法，其中，所述方法包括将所述校准因子应用于所述激励时间参数，直到所述激励时间参数达到所述至少一个极限。

7.根据权利要求6所述的方法，其中，所述方法包括一旦所述激励时间参数达到所述至少一个极限，就将另一校准因子应用于另一激励时间参数。

8.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中，所述方法包括：使用初始的激励时间参数关系来操作所述无刷永磁电机，并且其中，所述初始的激励时间参数关系与从所述一组预定的激励时间参数关系中确定的激励时间参数关系相隔较远，所述方法包括进入在所述初始的激励时间参数关系和从所述一组预定的激励时间参数关系中确定的激励时间参数关系之间的过渡模式。

9.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中，根据从所述一组预定的激励时间参数关系中确定的激励时间参数关系来操作所述电机以提供接近所述电机操作目标的电机操作响应，包括：根据从所述一组预定的激励时间参数关系中确定的激励时间参数关系来操作所述电机，以提供在电机操作目标的值的25％内、或10％内、或5％、或1％内的电机操作响应。

10.一种数据载体，包括机器可读指令，所述机器可读指令用于操作无刷永磁电机的控制器以确定电机操作目标；将所述电机操作目标与一组预定的激励时间参数关系进行比较；根据从所述一组预定的激励时间参数关系中中确定的激励时间参数关系操作电机，以提供接近所述电机操作目标的电机操作响应；测量出测得的电机操作响应；将测得的电机操作响应与所述电机操作目标进行比较；当测得的电机操作响应与所述电机操作目标不匹配时，将校准因子应用于电机的激励时间参数，使得测得的电机操作响应向所述电机操作目标移动。

11.一种无刷永磁电机，包括控制器，所述控制器被配置为确定电机操作目标；将所述电机操作目标与一组预定的激励时间参数关系进行比较；根据从所述一组预定的激励时间参数关系中中确定的激励时间参数关系操作电机，以提供接近所述电机操作目标的电机操作响应；测量出测得的电机操作响应；将测得的电机操作响应与所述电机操作目标进行比较；当测得的电机操作响应与所述电机操作目标不匹配时，将校准因子应用于电机的激励时间参数，使得测得的电机操作响应向所述电机操作目标移动。

12.一种控制包括无刷永磁电机的装置的方法，所述方法包括确定装置输出目标；确定电机操作目标以达到所述装置输出目标；将所述电机操作目标与一组预定的激励时间参数关系进行比较；根据从所述一组预定的激励时间参数关系中确定的激励时间参数关系操作电机，以提供接近所述电机操作目标的电机操作响应；测量出测得的电机操作响应；将测得的电机操作响应与所述电机操作目标进行比较；当测得的电机操作响应与所述电机操作目标不匹配时，将校准因子应用于电机的激励时间参数，使得测得的电机操作响应向所述电机操作目标移动。

13.根据权利要求12所述的方法，其中，所述装置输出目标包括输出气流和输出空气温度的任一或任何组合。

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