CN114400931A - 主动限制同步马达驱动器中的再生电流下的扭矩能力优化 - Google Patents

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Abstract

本申请公开了主动限制同步马达驱动器中的再生电流下的扭矩能力优化。一种控制电机的操作的方法包括：基于向逆变器供应功率以便为电机供电的直流(DC)总线的电压约束来确定基于电压的扭矩限制；基于马达电流限制来确定基于马达电流的扭矩限制；基于以下各项来确定最终扭矩限制：基于电压的扭矩限制和基于马达电流的扭矩限制；基于扭矩命令和最终扭矩限制确定受限的命令扭矩；确定与满足DC总线的再生电流限制的逆变器相对应的初始电流命令；以及至少基于受限的命令扭矩和初始电流命令来计算最终电流命令。该方法包括超过初始电流命令的最终电流命令以使电机产生对应于受限的扭矩命令的扭矩。

Description

主动限制同步马达驱动器中的再生电流下的扭矩能力优化
相关申请的交叉引用
本专利申请要求2020年10月7日提交的序列号为63/088,581的美国临时专利申请的优先权，其全部内容通过引用的方式并入本文。
技术领域
本公开涉及电机，并且具体地涉及使用马达驱动器来控制电机的操作。
背景技术
诸如汽车、卡车、运动型多功能车、跨界车、小型货车、船舶、飞机、全地形车、休闲车或其他合适的车辆等的车辆通常包括一个或多个电机，例如电动马达等。例如，车辆可以包括一个或多个多相电机，其由对应的马达驱动器驱动，并且被配置为控制车辆的转向系统的各个方面。
功率管理是控制电动马达驱动器以调节输送到电动马达的功率和从电动马达回收的功率时的重要考虑因素。主动功率管理涉及同时考虑多个约束以确定可实现的扭矩。约束包括供给电压、供给(再生)电流和逆变器(马达)电流。非线性存在于表示不同约束的等式中，所述不同约束需要附加的算法来附加地在来自两个独立约束的解之间进行仲裁。
在主动功率管理中要考虑的约束包括：电压约束；逆变器(马达)电流限制；供给电流限制和再生电流限制；以及扭矩命令。此类电压约束可以基于机器的物理能力，包括逆变器、马达和/或诸如互连布线等其他组件的电压限制。电压约束还可以包括电源(例如，电池)的能力。电流限制可以保护驱动系统免受损坏。供给电流限制和再生电流限制可能包括外部施加的约束(通常用于车辆功率管理和电池或车辆电气微电网的保护)。通常，扭矩命令与约束无关，并且试图确保受限的扭矩命令尽可能接近原始命令。
不同约束的优先级对于此类电机的最佳性能可能是相对重要的。约束的优先级很大程度上取决于在其中采用了马达驱动器的应用和用例。
发明内容
本公开大体上涉及使用马达驱动器来控制电机的操作。
公开的实施例的一个方面包括一种控制电机的操作的方法。该方法包括：基于向逆变器供应功率以便为电机供电的直流(DC)总线的电压约束来确定基于电压的扭矩限制；基于马达电流限制确定基于马达电流的扭矩限制；基于以下各项来确定最终扭矩限制：基于电压的扭矩限制和基于马达电流的扭矩限制；基于扭矩命令和最终扭矩限制来确定受限的命令扭矩；确定与满足DC总线的再生电流限制的逆变器相对应的初始电流命令；以及至少基于受限的命令扭矩和初始电流命令来计算最终电流命令。该方法包括超过初始电流命令的最终电流命令以使电机产生对应于受限的扭矩命令的扭矩。
公开的实施例的一个方面包括一种用于控制电机的操作的控制系统。该控制系统包括处理器和存储器。该存储器包括指令，该指令在由处理器执行时，使处理器：基于向逆变器供应功率以便为电机供电的直流(DC)总线的电压约束来确定基于电压的扭矩限制；基于马达电流限制来确定基于马达电流的扭矩限制；基于以下各项来确定最终扭矩限制：基于电压的扭矩限制和基于马达电流的扭矩限制；基于扭矩命令和最终扭矩限制确定受限的命令扭矩；确定对应于满足DC总线的再生电流限制的逆变器的初始电流命令；以及至少基于受限的命令扭矩和初始电流命令来计算最终电流命令。最终电流命令超过初始电流命令以使电机产生对应于受限的扭矩命令的扭矩。
公开的实施例的一个方面包括一种用于控制电机的操作的控制系统。该控制系统包括逆变器和控制器，该逆变器包括多个开关，该多个开关可操作用来向电机供应交流电。该控制器可操作用来：基于向逆变器供应功率以便为电机供电的直流(DC)总线的电压约束来确定基于电压的扭矩限制；基于马达电流限制来确定基于马达电流的扭矩限制；基于以下各项来确定最终扭矩限制：基于电压的扭矩限制和基于马达电流的扭矩限制；基于扭矩命令和最终扭矩限制确定受限的命令扭矩；确定与满足DC总线的再生电流限制的逆变器相对应的初始电流命令；以及至少基于受限的命令扭矩和初始电流命令来计算最终电流命令。最终电流命令超过初始电流命令以使电机产生对应于受限的扭矩命令的扭矩。
在以下对实施例、所附权利要求书和附图的详细描述中公开了本公开的这些和其他方面。
附图说明
当结合附图阅读时，通过以下详细描述，本公开被最好地理解。要强调的是，根据惯例，附图的各种特征未按比例绘制。相反，为了清楚起见，各种特征的尺寸被任意地扩大或缩小。
图1大体示出了根据本公开原理的电动助力转向系统的示意图。
图2大体示出了根据本公开原理的控制器。
图3大体示出了根据本公开原理的电机控制器的框图。
图4大体示出了根据本公开各方面的用于控制电机的示例算法的框图。
图5A-5D示出了曲线图，其大体示出了根据本公开原理的用于搜索满足DC总线电压和马达电流限制约束的最大扭矩的四个不同Id、Iq轨迹。
图6大体示出了根据本公开各方面的马达控制系统的所施加的扭矩与速度的示图。
图7大体示出了根据本公开原理的再生搜索控制算法的框图。
图8大体示出了根据本公开原理的用于基于操作的象限来调整最大d轴电流的算法的框图。
图9示出了曲线图，其大体示出了根据本公开原理的再生搜索控制算法的原理。
图10示出了流程图，其大体示出了根据本公开原理的控制电机的操作的方法。
具体实施方式
以下讨论针对本公开的各种实施例。尽管这些实施例中的一个或多个可能是优选的，但是所公开的实施例不应被解释为或以其他方式用作限制包括权利要求的本公开的范围。另外，本领域技术人员将理解，以下描述具有广泛的应用，并且对任何实施例的讨论仅旨在成为该实施例的示例性讨论，而不旨在暗示包括权利要求的本公开的范围限于该实施例。
如上所述，诸如汽车、卡车、运动型多功能车、跨界车、小型货车、船舶、飞机、全地形车、休闲车或其他合适的车辆等的车辆通常包括一个或多个电机，例如电动马达等。例如，车辆可以包括一个或多个多相电机，其被配置为控制车辆的转向系统的各个方面。
功率管理是控制电动马达驱动器以调节输送到电动马达的功率和从电动马达回收的功率时的重要考虑因素。主动功率管理涉及同时考虑多个约束以确定可实现的扭矩。约束包括供给电压、供给(再生)电流和逆变器(马达)电流。非线性存在于表示不同约束的等式中，所述不同约束需要附加的算法来附加地在来自两个独立的约束的解之间进行仲裁。
在主动功率管理中要考虑的约束包括：电压约束；逆变器(马达)电流限制；供给电流限制和再生电流限制；以及扭矩命令。此类电压约束可以基于机器的物理能力，包括逆变器、马达和/或诸如互连布线等其他组件的电压限制。电压约束还可能包括电源(例如，电池)的能力。电流限制可以保护驱动系统免受损坏。供给电流限制和再生电流限制可能包括外部施加的约束(通常用于车辆功率管理和电池或车辆电气微电网的保护)。通常，扭矩命令与约束无关，并且试图确保受限的扭矩命令尽可能接近原始命令。
不同约束的优先级对于此类电机的最佳性能可能是相对重要的。约束的优先级很大程度上取决于其中采用了马达驱动器的应用和用例。
根据本公开的一个方面，同时考虑多个不同约束，并且扭矩最大化优先于满足再生电流约束。
图1大体示出了适于实现公开的技术的电动助力转向系统(EPS)40的示意图。EPS包括转向机构36，该转向机构36包括齿条小齿轮型机构，其具有在壳体50之内的带齿齿条(未示出)和位于齿轮壳体52下方的小齿轮(也未示出)。当操作者输入(在下文中被表示为方向盘26(例如手轮等))被转动时，上转向轴29转动，并且通过万向接头34连接至上转向轴29的下转向轴51使小齿轮转动。小齿轮的旋转使齿条移动，该齿条使拉杆38(仅示出一个)移动，进而使转向节39(仅示出一个)移动，该转向节使(一个或多个)可转向轮44(仅示出一个)转动。
电动助力转向辅助通过控制系统24来提供，该控制系统24包括控制器16和马达19，该马达19可以是永磁同步马达(PMSM)。控制器16由车辆电源10通过线12来供电。控制器16从车辆速度传感器17接收表示车辆速度的车速信号14。通过位置传感器32测量转向角，该位置传感器可以是光学编码型传感器、可变电阻型传感器或任何其他合适类型的位置传感器，并且该位置传感器向控制器16提供位置信号20。可以使用转速计或任何其他设备来测量马达速度，并且将马达速度作为速度信号21传输到控制器16。可以对被表示为ωm的马达速度进行测量、计算或者测量与计算的组合。例如，可以将马达速度ωm计算为由位置传感器32在规定的时间间隔内测量的马达位置θ的变化。例如，可以根据等式ωm＝Δθ/Δt将马达速度ωm确定为马达位置θ的导数，其中，Δt是采样时间，并且Δθ是在采样间隔期间位置的变化。替代地，可以根据位置关于时间的变化率而从马达位置导出马达速度。将理解，存在许多众所周知的用于执行导数的功能的方法。
随着方向盘26被转动，扭矩传感器28感测由车辆操作者施加到方向盘26的扭矩。扭矩传感器28可以包括扭力杆(未示出)和可变电阻型传感器(也未示出)，该可变电阻型传感器向控制器16输出与扭力杆上的扭转量相关的可变扭矩信号18。尽管这是一种类型的扭矩传感器，但是与已知信号处理技术一起使用的任何其他合适的扭矩感测装置都将满足要求。响应于各种输入，控制器将命令22发送到马达19，该马达19通过蜗杆47和蜗轮48向转向系统提供扭矩辅助，从而为车辆转向提供扭矩辅助。
应当注意，虽然通过参考用于电动转向应用的马达控制来描述公开的实施例，但是将理解，此类参考仅是说明性的，并且公开的实施例可以应用于采用电动马达的任何马达控制应用，例如，转向、阀门控制等。此外，本文的参考和描述可以适用于多种形式的参数传感器，包括但不限于扭矩、位置、速度等。还应当注意，以下为了简洁和简单，本文对包括但不限于马达的电机的参考将在不进行限制的情况下仅参考马达。
在如所描绘的控制系统24中，控制器16利用扭矩、位置和速度等来计算(一个或多个)命令以传递所需要的输出功率。将控制器16设置成与马达控制系统的各种系统和传感器进行通信。控制器16接收来自每个系统传感器的信号，量化接收到的信息，并响应其来提供(一个或多个)输出命令信号，在此情况下，例如向马达19提供(一个或多个)输出命令信号。控制器16被配置成形成(develop)从逆变器(未示出)输出的(一个或多个)对应的电压，该逆变器可以可选地与控制器16合并，并且在本文将被称为控制器16，使得当(一个或多个)对应的电压被施加到马达19时，产生期望的扭矩或位置。在一个或多个示例中，控制器16在反馈控制模式下作为电流调节器操作，以生成命令22。替代地，在一个或多个示例中，控制器16在前馈控制模式下操作，以生成命令22。因为这些电压与马达19的位置和速度以及期望的扭矩有关，所以转子的位置和/或速度以及操作者施加的扭矩得以确定。位置编码器被连接至转向轴51以检测角位置θ。编码器可以基于光学检测、磁场变化或其他方法来感测旋转位置。典型的位置传感器包括电位计、分解器、同步器、编码器等。位置编码器输出位置信号20，该位置信号20指示转向轴51的角位置并且从而指示马达19的角位置。
期望的扭矩可以通过一个或多个扭矩传感器28传输指示所施加的扭矩的扭矩信号18来确定。此类扭矩传感器28和来自该扭矩传感器的(一个或多个)扭矩信号18可以对柔性扭杆、T形杆、弹簧或被配置为提供指示所施加的扭矩的响应的类似装置(未示出)做出响应。
将位置信号20、速度信号21和(一个或多个)扭矩信号18等施加到控制器16。控制器16处理所有输入信号以生成与每个信号对应的值，从而得到可用于本文所规定的算法中的处理的转子位置值、马达速度值和扭矩值。通常还按照期望对诸如上述的测量信号进行线性化、补偿和滤波，以增强所获取信号的特性或消除所获取信号的不期望的特性。例如，可以对信号进行线性化，以提高处理速度或解决信号的大动态范围。此外，可以采用基于频率或时间的补偿和滤波来消除噪声或避免不期望的频谱特性。
为了执行规定的功能和期望的处理、以及因此的计算(例如，马达参数的标识、(一个或多个)控制算法等)，控制器16可以包括但不限制于，(一个或多个)处理器、(一个或多个)计算机、(一个或多个)DSP、存储器、存储装置、(一个或多个)寄存器、定时、(一个或多个)中断、(一个或多个)通信接口、和输入/输出信号接口等、以及包括前述至少一个的组合。例如，控制器16可以包括输入信号处理与滤波，以使得能够对来自车辆的通信接口的此类信号进行准确的采样和转换或获取。
如图2中大体示出的，控制器16可以包括任何合适的控制器。控制器16可以被配置为控制例如车辆的各个方面(例如，电动助力转向系统的各方面和/或车辆的其他合适的特征或组件)。控制器16可以包括处理器60和存储器62。
处理器60可以包括任何合适的处理器，诸如本文所述的那些。附加地或可替代地，除了处理器60以外或者除去处理器60之外，控制器16还可以包括任何合适数量的处理器。存储器62可以包括单个盘或多个盘(例如，硬盘驱动器)，并且包括存储管理模块，其管理存储器62内的一个或多个分区。在一些实施例中，存储器62可以包括闪存、半导体(固态)存储器等。存储器62可以包括随机存取存储器(RAM)、只读存储器(ROM)或其组合。存储器62可以包括指令，该指令在由处理器60执行时使处理器60至少控制车辆的各种功能。
在一些实施例中，控制器16可以被配置为控制电机(例如，马达控制系统200)的各个方面，如图3中大体示出的。在一些实施例中，如大体示出的，马达控制系统200可以包括三相PMSM控制器。然而，马达控制系统200可以包括任何合适数量的相。附加地或替代地，虽然马达控制系统200通常被示出和描述为与车辆及其系统相关联，但马达控制系统200可以被配置为：除了控制车辆之外(或除去控制车辆之外)，还控制任何合适的应用或操作地与任何合适的应用相关联(例如，马达19可以用在除去车辆之外的任何合适的应用中，并且本公开的原理可以相应地适用)。
本公开提供了一种用于控制电机(例如，马达19)的操作的马达控制系统200。然而，本公开的原理可以应用于控制其他类型的同步机器。本公开的原理可以用于控制凸极电机和/或隐极电机。本公开的原理可用于控制绕线转子同步机器。
电流参考计算器202将扭矩命令Tc转换成d/q电流参考Idqc，该d/q电流参考Idqc然后被发送到电流控制器206。电流控制器206可以是利用电流测量结果的反馈调节器，或前馈补偿器。温度T可以被馈送到参数补偿器204以根据需要调整PMSM电气参数。电流控制器206然后生成d/q电压命令，其等同于命令的调制指数mi和相位提前角δ。mi和δ分别由功率转换器换向模块208的占空比发生器210转换为三个相a、b、c中的每一个的等效占空比信号da、db、dc。
一旦为每个相产生了等效占空比信号da、db、dc，脉宽调制器212就为功率转换器(例如，逆变器216)的相臂中的不同开关(例如，FET)产生对应的导通时间ta、tb、tc。占空比信号da、db、dc可以共同标记为da,b,c，并且导通时间ta、tb、tc可以共同标记为ta,b,c。然后由电源214供电的逆变器216向电机(例如，马达19)供应期望的电压，该马达产生相电流Ia、Ib、Ic和电磁扭矩Te。逆变器216经由直流(DC)总线215连接到电源214。然后测量位置θr和相电流Ia、Ib、Ic并将其分别反馈到控制系统的位置传感器220和电流传感器222以使控制回路闭合。相电流Ia、Ib、Ic可以共同标记为Ia,b,c。测得的位置θm与相电流一起用于计算测得的d/q电流Idqm，其被用于闭环电流控制。电压源逆变器(VSI)通常被用作基于PMSM的电驱动器中的功率转换器。马达19的每一个相连接到逆变器216的对应的相臂，并且每一个相臂可以具有两个或更多个开关。
虽然实际机器的设计和结构对于三相PMSM和多相(大于三相)PMSM而言不同，但对于所有这些机器，通过使用适当的变换矩阵将相电流和电压转换成同步坐标系中的等效DC量，同步或d/q参考系中的矢量控制的相同原理是可能的。
图4大体示出了根据本公开各方面的用于控制电机的示例算法300的框图。具体地，示例算法300包括扭矩仲裁块302，其被配置为基于若干输入确定仲裁的扭矩限制TArb，该输入可以包括以下中的一项或多项：基于电压的扭矩限制TVltg；基于马达电流的扭矩限制TMotCurr；基于供给电流的扭矩限制TCurSply；基于电压和供给电流的扭矩限制TVltgSply；以及基于电压和马达电流的扭矩限制TVltgMotCurr。
示例算法300包括基于电压的扭矩块304，其被配置为基于DC总线215的电压约束VDC来确定基于电压的扭矩限制TVltg。电压约束VDC可以包括DC总线215额定操作的最高电压。替代地或附加地，电压约束VDC可以包括DC总线215额定操作的电压。DC总线215以电压约束VDC之外的电压进行操作可能具有不利的后果，例如，设备故障和/或对连接到DC总线215的硬件的损坏。在一些实施例中，基于电压的扭矩块304可以使用下面的等式(1)(也称为电压等式)来确定基于电压的扭矩限制TVltg和/或基于电压的直轴电流IdVltg中的任一个或两个。
Figure BDA0003294123620000081
示例算法300包括基于马达电流的扭矩块306，其被配置为确定基于马达电流的扭矩限制TMotCurr，该基于马达电流的扭矩限制TMotCurr对应于满足马达电流限制
Figure BDA0003294123620000091
的由逆变器216供应到马达19的马达电流Im。马达电流限制
Figure BDA0003294123620000092
可以包括马达19的电流限制和/或逆变器216的电流限制。马达电流限制
Figure BDA0003294123620000093
可以是马达19的电流限制和逆变器216的电流限制中较小的一个。在一些实施例中，基于马达电流的扭矩块306可以使用下面的等式(2)(也称为马达电流等式)来确定基于马达电流的扭矩限制TMotCurr。
Figure BDA0003294123620000094
示例算法300包括基于供给电流的扭矩块308，其被配置为确定基于供给电流的扭矩限制TCurSply，该基于供给电流的扭矩限制TCurSply对应于满足供给电流限制Islim的从DC总线215供应到逆变器216的供给电流Is。在一些实施例中，基于供给电流的扭矩块308可以使用下面的等式(3)(也称为功率等式)来确定基于供给电流的扭矩限制TCurSply。
Figure BDA0003294123620000095
其中，Vd和Id分别是d轴电压和d轴电流，Vq和Iq分别是q轴电压和q轴电流，Vdc是DC总线215的总线电压，Is是从DC总线215供应到逆变器216的供给电流，且Rdc是DC总线215的有效电阻。
示例算法300还包括基于电压和供给电流的扭矩块310，其被配置为确定满足DC总线215的电压约束VDC的基于电压和供给电流的扭矩限制TVltgSply，并且其中，从DC总线215供应到逆变器216的供给电流Is满足供给电流限制Islim。在一些实施例中，基于电压和供给电流的扭矩块310可以基于d轴电流和q轴电流的交点来确定满足DC总线215的电压约束VDC和供给电流限制Islim中的每一个的基于电压和供给电流的扭矩限制TVltgSply。
示例算法300还包括基于电压和马达电流的扭矩块312，其被配置为确定满足DC总线215的电压约束VDC的基于电压和马达电流的扭矩限制TVltgMotCurr，并且其中，逆变器216和马达19之间的马达电流Im满足马达电流限制
Figure BDA0003294123620000096
在一些实施例中，基于电压和马达电流的扭矩块312可以基于d轴电流和q轴电流的交点来确定满足DC总线215的D电压约束VDC和马达电流限制
Figure BDA0003294123620000097
中的每一个的基于电压和马达电流的扭矩限制TVltgMotCurr。
示例算法300还包括扭矩限制块320，其基于命令的扭矩TCmd和来自扭矩仲裁块302的仲裁的扭矩限制TArb确定受限的命令扭矩TCmdLmtd。扭矩限制块320可以被配置为将受限的命令扭矩TCmdLmtd设置为命令的扭矩TCmd和仲裁的扭矩限制TArb中较小的一个。
示例算法300还包括再生最大d轴电流搜索块321，其被配置为确定最大d轴电流Idmax和用于产生峰值扭矩的d轴电流IdpeakTq，它们各自满足对再生电流的要求。再生最大d轴电流搜索块321可以使用受限的命令扭矩TCmdLmtd来确定最大d轴电流Idmax和/或用于产生峰值扭矩的d轴电流IdpeakTq中的一个或两个，它们各自满足对再生电流的要求。对再生电流的要求可以包括再生电流限制IRegen，其是DC总线215能够从逆变器216接收的最大电流量。超过再生电流限制IRegen可能导致问题，例如，对连接到DC总线215的电池过度充电。
在一些实施例中，再生最大d轴电流搜索块321可以使用下面的等式(4)(也称为功率等式)来确定最大d轴电流Idmax和/或用于产生峰值扭矩的d轴电流IdpeakTq中的一个或两个，它们各自满足对再生电流的要求。
Figure BDA0003294123620000101
其中，Ir是从逆变器216供应到DC总线215的再生电流。再生电流Ir是供给电流Is的倒数(inverse)。
示例算法300还包括每安培最大扭矩块322，其可以基于受限的命令扭矩TCmdLmtd确定初步马达电流值I′dq。初步马达电流值I′dq可以基于每安培最大扭矩确定结果来优化，这可以包括执行一个或多个计算和/或其他方法。经优化的马达电流值I′dq可以包括初步d轴电流I′d和初步q轴电流I′q。
示例算法300还包括d轴电流提升块324，其可以被配置为基于以下中的一项或多项来确定最小d轴电流Idmin：初步马达电流值I′dq、受限的命令扭矩TCmdLmtd、最大d轴电流Idmax和/或用于产生峰值扭矩的d轴电流IdpeakTq。
示例算法300还包括再生电流搜索块326，其可以被配置为确定经修改的马达电流I″dq，该经修改的马达电流I″dq包括经修改的d轴电流I″d和经修改的q轴电流I″q，它们对应于满足DC总线215的再生电流限制IRegen的逆变器216。再生电流搜索块326可以基于以下中的一项或多项来确定经修改的马达电流I″dq：最小d轴电流Idmin、再生电流限制IRegen、受限的命令扭矩TCmdLmtd、最大d轴电流Idmax和/或用于产生峰值扭矩的d轴电流IdpeakTq。
示例算法300还包括每电压最大扭矩块328，其可以被配置为确定d轴电流命令IdCmd和q轴电流命令IqCmd，该d轴电流命令IdCmd和q轴电流命令IqCmd可以使马达19产生也满足受限的命令扭矩TCmdLmtd的最大扭矩。每电压最大扭矩块328可以基于以下中的一项或多项来确定d轴电流命令IdCmd和/或q轴电流命令IqCmd：经修改的马达电流I″dq、受限的命令扭矩TCmdLmtd、最大d轴电流Idmax和/或用于产生峰值扭矩的d轴电流IdpeakTq。
图5A-5D示出了曲线图，其大体示出了根据本公开原理的用于搜索分别满足DC总线电压约束VDC和马达电流限制约束
Figure BDA0003294123620000111
的最大扭矩的四个不同Id、Iq轨迹。
具体地，图5A包括第一描绘线(plot)350，其示出了所计算的满足马达电流限制
Figure BDA0003294123620000112
的d轴电流Id和q轴电流Iq。第一描绘线350在d轴电流Id等于预定最小值情况下的第一基于马达电流的q轴电流Iqi1与在d轴电流Id等于预定最大值情况下的第二基于马达电流的q轴电流Iqi2之间延伸。预定最小值可以是例如零或小于预定最大值的正值或负值。图5A还包括第二描绘线352，其示出了所计算的满足DC总线215的电压约束VDC的d轴电流Id和q轴电流Iq。第二描绘线352在d轴电流Id等于预定最小值情况下的第一基于电压限制的q轴电流Iqv1与在d轴电流Id等于预定最大值情况下的第二基于电压限制的q轴电流Iqv2之间延伸。
图5A示出了描绘线350、352两者对于所有d轴电流Id值均具有正q轴电流Iq值并且第一描绘线350总是具有小于第二描绘线352的对应的q轴电流Iq值的q轴电流Iq值的情况。因此，在这种情况下，基于电压和马达电流的扭矩块312可以将基于电压和马达电流的扭矩限制TVltgMotCurr设置为等于基于马达电流的扭矩限制
Figure BDA0003294123620000113
图5B包括第一描绘线354，其示出了所计算的满足马达电流限制
Figure BDA0003294123620000114
的d轴电流Id和q轴电流Iq。第一描绘线354在d轴电流Id等于预定最小值情况下的第一基于马达电流的q轴电流Iqi1与在d轴电流Id等于预定最大值情况下的第二基于马达电流的q轴电流Iqi2之间延伸。图5B还包括第二描绘线356，其示出了所计算的满足DC总线215的电压约束VDC的d轴电流Id和q轴电流Iq。第二描绘线356在d轴电流Id等于预定最小值情况下的第一基于电压限制的q轴电流Iqv1与在d轴电流Id等于预定最大值情况下的第二基于电压限制的q轴电流Iqv2之间延伸。
图5B示出了描绘线354、356两者对于所有d轴电流Id值均具有正q轴电流Iq值并且第二描绘线356总是具有小于第一描绘线354的对应的q轴电流Iq值的q轴电流Iq值的情况。因此，在这种情况下，基于电压和马达电流的扭矩块312可以将基于电压和马达电流的扭矩限制TVltgMotCurr设置为等于基于电压的扭矩限制TVltg。
图5C包括第一描绘线358，其示出了所计算的满足马达电流限制
Figure BDA0003294123620000123
的d轴电流Id和q轴电流Iq。第一描绘线358在d轴电流Id等于预定最小值情况下的第一基于马达电流的q轴电流Iqi1与在d轴电流Id等于预定最大值情况下的第二基于马达电流的q轴电流Iqi2之间延伸。图5C还包括第二描绘线360，其示出了所计算的满足DC总线215的电压约束VDC的d轴电流Id和q轴电流Iq。第二描绘线60在d轴电流Id等于预定最小值情况下的第一基于电压限制的q轴电流Iqv1与在d轴电流Id等于预定最大值情况下的第二基于电压限制的q轴电流Iqv2之间延伸。
图5C示出了描绘线358、360在所示区域(Id、Iq两者的正值)中彼此相交的情况。因此，在基于电流的曲线和基于电压的曲线相交的情况下，最终扭矩限制Tpk应该基于由描绘线358、360表示的曲线的交点来确定。例如，控制器16可以确定在对应于马达电流限制
Figure BDA0003294123620000121
的q轴电流等于对应于DC总线215的电压约束VDC的q轴电流的情况下(即，在描绘线358、360相交的情况下)的d轴相交电流值Id_int。控制器16可以基于d轴相交电流值Id_int来确定最终扭矩限制Tpk。例如，控制器16可以确定满足以下两个等式的对应的q轴相交电流值Iq_int：用于满足DC总线215的电压约束VDC的电压等式和用于满足马达电流限制
Figure BDA0003294123620000122
的电流等式。电压等式可以包括上面的等式(1)；且电流等式可以包括上面的等式(2)。该对应的q轴相交电流值Iq_int在图5C上以图形方式示出。然后控制器16可以基于d轴相交电流值Id_int和q轴相交电流值Iq_int来确定最终扭矩限制Tpk。例如，控制器16可以通过将d轴相交电流值Id_int和q轴相交电流值Iq_int代入用于基于d轴电流和q轴电流来计算扭矩的扭矩等式中来计算最终扭矩限制Tpk。扭矩等式可以包括下面的等式(5)，
Figure BDA0003294123620000131
其中，Te是马达19产生的扭矩，Ke是马达电压常数，Np是马达19的极数，Ld和Lq分别是马达19的d轴电感和q轴电感，并且Id和Iq分别是d轴电流和q轴电流。
图5D包括第一描绘线362，其示出了所计算的满足马达电流限制
Figure BDA0003294123620000132
的d轴电流Id和q轴电流Iq。第一描绘线362在d轴电流Id等于预定最小值情况下的第一基于马达电流的q轴电流Iqi1与在d轴电流Id等于预定最大值情况下的第二负的基于马达电流的q轴电流(图中未示出)之间延伸。图5D还包括第二描绘线364，其示出了所计算的满足DC总线215的电压约束VDC的d轴电流Id和q轴电流Iq。第二描绘线364在d轴电流Id等于预定最小值情况下的第一基于电压限制的q轴电流与在d轴电流Id等于预定最大值情况下的第二基于电压限制的q轴电流Iqv2之间延伸。第一基于电压限制的q轴电流具有负值，并且未在图上示出。
图5D示出了对于任何d轴电流Id值都不存在小于或等于描绘线362、364中的每一个的q轴电流Iq值的q轴电流Iq的正值的情况。因此，在这种情况下，基于电压和马达电流的扭矩块312可以将基于电压和马达电流的扭矩限制TVltgMotCurr设置为等于零(0)。换言之，在由描绘线362、364表示的两条曲线之间没有直接关系的情况下，最终扭矩限制Tpk可以设置为零。
图6描绘了根据本公开各方面的马达控制系统的所施加的扭矩与速度的图。具体地，图6描绘了包括四个象限的图，其中象限II和IV各自与处于再生模式的马达控制系统相关联。
图7大体示出了根据本公开原理的再生电流搜索算法400的框图，其可以在再生最大d轴电流搜索块321中实现。
再生电流搜索算法400包括电压和扭矩相交块402，其被配置为使用受限的命令扭矩TCmdLmtd确定基于电压的最大d轴电流Idmax(Vltg)。电压和扭矩相交块402可以基于马达19(例如，PMSM)的已知电压特性确定基于电压的最大d轴电流Idmax(Vltg)，其对应于给定马达速度下的受限的命令扭矩TCmdLmtd。电压和扭矩相交块402可以直接使用公式或其他数值方法计算基于电压的最大d轴电流Idmax(Vltg)。电压和扭矩相交块402可以使用其他方法(例如，使用查找表、估计方法和/或使用迭代建模)确定基于电压的最大d轴电流Idmax(Vltg)。如下文参考图9所描述的，电压和扭矩相交块402可以基于对应于受限的命令扭矩TCmdLmtd的恒定扭矩线和对应于满足马达电压约束的马达的d轴电流值和q轴电流值的集合的交点来确定基于电压的最大d轴电流Idmax(Vltg)。对应于受限的命令扭矩TCmdLmtd的恒定扭矩线在图9的第三描绘线434中示出，并且对应于满足DC总线215的电压约束VDC的逆变器216的d轴电流值和q轴电流值表示在图9的第二描绘线432中。
再生电流搜索算法400还包括马达电流和扭矩相交块404，其被配置为使用受限的命令扭矩TCmdLmtd确定基于马达电流的最大d轴电流Idmax(MotCurr)。马达电流和扭矩相交块404可以基于马达19(例如，PMSM)的已知特性确定基于马达电流的最大d轴电流Idmax(MotCurr)，其对应于给定马达速度下的受限的命令扭矩TCmdLmtd。马达电流和扭矩相交块404可以直接使用公式或其他数值方法计算基于马达电流的最大d轴电流Idmax(MotCurr)。马达电流和扭矩相交块404可以使用其他方法(例如，使用查找表、估计方法和/或使用迭代建模)确定基于马达电流的最大d轴电流Idmax(MotCurr)。如下文参考图9所描述的，马达电流和扭矩相交块404可以基于对应于受限的命令扭矩TCmdLmtd的恒定扭矩线和对应于满足马达电流约束的马达的d轴电流值和q轴电流值的集合的交点来确定基于马达电流的最大d轴电流Idmax(MotCurr)。
再生电流搜索算法400还包括比较块406，其将来自电压和扭矩相交块402的基于电压的最大d轴电流Idmax(Vltg)与来自马达电流和扭矩相交块404的基于马达电流的最大d轴电流Idmax(MotCurr)进行比较，以便确定最大d轴电流交点Idmax(Interscn)值，其为基于电压的最大d轴电流Idmax(Vltg)和基于马达电流的最大d轴电流Idmax(MotCurr)中较小的一个。
图8大体示出了根据本公开原理的用于基于操作的象限来调整最大d轴电流Idmax的算法420的框图。最大d轴电流Idmax也可以写为Id(max)。图8的算法420包括象限确定块422，其确定马达19(例如，PMSM)的操作的当前象限。关于操作的四个象限的细节，参见上面讨论的图6。
图8的算法420还包括马达驱动(motoring)控制块424，其被配置为响应于象限确定块422确定马达19(例如，PMSM)正在象限1或3(I或III)中的一个内进行操作，将最大d轴电流Idmax设置为等于基于电压的最大d轴电流Idmax(Vltg)，从而表明马达正在机械功率产生模式下进行操作，这也可称为“马达驱动”。
图8的算法420还包括发电(generating)控制块426，其被配置为响应于象限确定块422确定马达19(例如，PMSM)正在象限2或4(II或IV)中的一个内进行操作，将最大d轴电流Idmax设置为等于最大d轴电流交点Idmax(Interscn)，从而表明马达正在机械功率降低模式下进行操作，这也可以称为“发电”。
图9示出了曲线图，其大体示出了根据本公开原理的再生搜索控制算法的原理。图9的曲线图包括q轴电流Iq(以安培为单位，A)与d轴电流Id(以安培为单位，A)的关系的描绘线。具体地，图9的曲线图示出了马达电流约束的第一描绘线430，其是对应于马达电流限制
Figure BDA0003294123620000151
的d轴电流和q轴电流的组合。图9还示出了马达电压约束的第二描绘线432，其是当被供应到马达时使逆变器216满足DC总线215的电压约束VDC的d轴电流和q轴电流的组合。图9还示出了恒定扭矩线的第三描绘线434，其可以表示受限的命令扭矩TCmdLmtd。马达电流约束的第一描绘线430与恒定扭矩线的第三描绘线434之间的交点表示x轴(表示d轴电流Id)上的基于马达电流的最大d轴电流Idmax(MotCurr)。类似地，马达电压约束的第二描绘线432与恒定扭矩线的第三描绘线434之间的交点表示x轴(表示d轴电流Id)上的基于电压的最大d轴电流Idmax(Vltg)。
本公开的系统和方法可以同时考虑所有约束并且使扭矩最大化优先于再生电流。
图10示出了流程图，其大体示出了控制电机的操作的方法500。方法500可以使实现扭矩命令优先于DC总线215的再生电流限制。在502处，方法500基于向逆变器供应功率以便为电机供电的直流(DC)总线的电压约束来确定基于电压的扭矩限制。例如，处理器102可以执行实现基于电压的扭矩块304的指令以确定基于电压的扭矩限制TVltg。
在504处，方法500基于马达电流限制确定基于马达电流的扭矩限制。例如，处理器60可以执行实现基于马达电流的扭矩块306的指令以确定对应于满足马达电流限制
Figure BDA0003294123620000152
的由逆变器216供应到马达19的马达电流Im的基于马达电流的扭矩限制TMotCurr。
在506处，方法500基于以下各项来确定最终扭矩限制：基于电压的扭矩限制和基于马达电流的扭矩限制。例如，处理器60可以执行实现扭矩仲裁块302的指令以将最终扭矩限制确定为仲裁的扭矩限制TArb。
在508处，方法500基于扭矩命令和最终扭矩限制确定受限的命令扭矩。例如，处理器60可以执行实现扭矩限制块320的指令以基于命令的扭矩Tc和仲裁扭矩限制TArb确定受限的命令扭矩TCmdLmtd。更具体地，扭矩限制块320可以将受限的命令扭矩TCmdLmtd设置为被限制成不超过仲裁的扭矩限制TArb的命令的扭矩Tc。
在510处，方法500确定对应于满足DC总线的再生电流限制的逆变器的初始电流命令。例如，处理器60可以执行实现再生电流搜索块326的指令以确定初始电流命令，该初始电流命令包括例如经修改的d轴电流I″d和经修改的q轴电流I″q，它们共同对应于满足DC总线215的再生电流限制IRegen的逆变器216。
在512处，方法500至少基于受限的命令扭矩和初始电流命令计算最终电流命令。例如，处理器60可以执行实现每电压最大扭矩块328的指令以确定d轴电流命令IdCmd和q轴电流命令IqCmd以使马达19产生也满足受限的命令扭矩TCmdLmtd的最大扭矩。因此，该系统和方法可以使扭矩最大化优先于满足再生电流约束。这在安全关键应用中是有用或必要的，例如，在EPS系统中，满足峰值扭矩需求(特别是在短时间段内)可以提供的好处多于从逆变器向DC总线供应超过DC总线的再生电流限制的再生电流可能导致的潜在问题。例如，此类问题可能包括电池劣化。由超过DC总线的再生电流限制而导致的潜在问题可以通过系统的操作特性来缓解，系统的操作特性可能包括仅在短时间段内超过DC总线的再生电流限制和/或仅在正常操作期间不太可能发生的极少数情况下才超过DC总线的再生电流限制。
一种控制电机的操作的方法包括：基于向逆变器供应功率以便为电机供电的直流(DC)总线的电压约束来确定基于电压的扭矩限制；基于马达电流限制确定基于马达电流的扭矩限制；基于以下各项来确定最终扭矩限制：基于电压的扭矩限制和基于马达电流的扭矩限制；基于扭矩命令和最终扭矩限制来确定受限的命令扭矩；确定对应于满足DC总线的再生电流限制的逆变器的初始电流命令；以及至少基于受限的命令扭矩和初始电流命令来计算最终电流命令，该最终电流命令超过初始电流命令以使电机产生对应于受限的扭矩命令的扭矩。
在一些实施例中，该控制电机的操作的方法还包括：基于最终电流命令选择性地控制逆变器内的多个开关以使逆变器向电机供应电流。
在一些实施例中，马达电流限制包括逆变器的电流限制。
在一些实施例中，该控制电机的操作的方法还包括：基于DC总线所额定的供应到逆变器的供给电流限制来计算基于供给电流的扭矩限制；并且确定最终扭矩限制还包括：在基于供给电流的扭矩限制的基础上确定最终扭矩限制。
在一些实施例中，确定最终扭矩限制包括：在基于电压的扭矩限制和基于马达电流的扭矩限制之间进行仲裁。
在一些实施例中，在基于电压的扭矩限制和基于马达电流的扭矩限制之间进行仲裁还包括：确定第一基于马达电流的q轴电流，其对应于具有预定最小值的d轴电流并对应于马达电流限制；确定第二基于马达电流的q轴电流，其对应于具有预定最大值的d轴电流并对应于马达电流限制；确定第一基于电压限制的q轴电流，其对应于具有预定最小值的d轴电流并对应于DC总线的电压约束；确定第二基于电压限制的q轴电流，其对应于具有预定最大值的d轴电流并对应于DC总线的电压约束；确定第一基于马达电流的q轴电流和第一基于电压限制的q轴电流中的作为较小值的一个；确定第二基于马达电流的q轴电流和第二基于电压限制的q轴电流中的作为较小值的一个；以及基于第一基于马达电流的q轴电流和第一基于电压限制的q轴电流中作为较小值的一个并基于第二基于马达电流的q轴电流和第二基于电压限制的q轴电流中的作为较小值的一个，来选择基于马达电流的扭矩限制和基于电压的扭矩限制中的一个。
在一些实施例中，选择基于马达电流的扭矩限制和基于电压的扭矩限制中的一个还包括：响应于确定第一基于马达电流的q轴电流小于第一基于电压限制的q轴电流以及第二基于马达电流的q轴电流小于第二基于电压限制的q轴电流，来选择基于马达电流的扭矩限制作为最终扭矩限制；以及响应于确定第一基于电压限制的q轴电流小于第一基于马达电流的q轴电流以及第二基于电压限制的q轴电流小于第二基于马达电流的q轴电流，来选择基于电压的扭矩限制作为最终扭矩限制。
在一些实施例中，在基于电压的扭矩限制和基于马达电流的扭矩限制之间进行仲裁还包括：确定第一基于马达电流的q轴电流，其对应于具有预定最小值的d轴电流并对应于马达电流限制；确定第二基于马达电流的q轴电流，其对应于具有预定最大值的d轴电流并对应于马达电流限制；确定第一基于电压限制的q轴电流，其对应于具有预定最小值的d轴电流并对应于DC总线的电压约束；确定第二基于电压限制的q轴电流，其对应于具有预定最大值的d轴电流并对应于DC总线的电压约束；确定第一基于马达电流的q轴电流和第一基于电压限制的q轴电流中的作为较小值的一个；确定第二基于马达电流的q轴电流和第二基于电压限制的q轴电流中的作为较小值的一个；确定第二基于马达电流的q轴电流和第二基于电压限制的q轴电流中的作为较小值的一个与第一基于马达电流的q轴电流和第一基于电压限制的q轴电流中的作为较小值的一个对应于不同的约束；确定d轴相交电流值，在该d轴相交电流值处，对应于马达电流限制的q轴电流等于对应于DC总线的电压约束的q轴电流；以及基于d轴相交电流值并基于对应于马达电流限制和DC总线的电压约束中的每一个的q轴电流来确定最终扭矩限制。
一种用于控制电机的操作的控制系统包括处理器和包括指令的存储器。该指令在由处理器执行时，使处理器：基于向逆变器供应功率以便为电机供电的直流(DC)总线的电压约束来确定基于电压的扭矩限制；基于马达电流限制确定基于马达电流的扭矩限制；基于以下各项来确定最终扭矩限制：基于电压的扭矩限制和基于马达电流的扭矩限制；基于扭矩命令和最终扭矩限制来确定受限的命令扭矩；计算对应于满足DC总线的再生电流限制的逆变器的初始电流命令；以及至少基于受限的命令扭矩和初始电流命令来计算最终电流命令，该最终电流命令超过初始电流命令以使电机产生对应于受限的扭矩命令的扭矩。
在一些实施例中，指令还使处理器：基于最终电流命令选择性地控制逆变器内的多个开关以使逆变器向电机供应电流。
在一些实施例中，马达电流限制包括逆变器的电流限制。
在一些实施例中，指令还使处理器：基于DC总线被额定供应到逆变器的供给电流限制来计算基于供给电流的扭矩限制；并且确定最终扭矩限制还包括：在基于供给电流的扭矩限制的基础上确定最终扭矩限制。
在一些实施例中，确定最终扭矩限制包括：处理器在基于电压的扭矩限制和基于马达电流的扭矩限制之间进行仲裁。
在一些实施例中，在基于电压的扭矩限制和基于马达电流的扭矩限制之间进行仲裁还包括指令使处理器：确定第一基于马达电流的q轴电流，其对应于具有预定最小值的d轴电流并对应于马达电流限制；确定第二基于马达电流的q轴电流，其对应于具有预定最大值的d轴电流并对应于马达电流限制；确定第一基于电压限制的q轴电流，其对应于具有预定最小值的d轴电流并对应于DC总线的电压约束；确定第二基于电压限制的q轴电流，其对应于具有预定最大值的d轴电流并对应于DC总线的电压约束；确定第一基于马达电流的q轴电流和第一基于电压限制的q轴电流中的作为较小值的一个；确定第二基于马达电流的q轴电流和第二基于电压限制的q轴电流中的作为较小值的一个；以及基于第一基于马达电流的q轴电流和第一基于电压限制的q轴电流中的作为较小值的一个并基于第二基于马达电流的q轴电流和第二基于电压限制的q轴电流中的作为较小值的一个，选择基于马达电流的扭矩限制和基于电压的扭矩限制中的一个。
在一些实施例中，选择基于马达电流的扭矩限制和基于电压的扭矩限制中的一个还包括指令使处理器：响应于确定第一基于马达电流的q轴电流小于第一基于电压限制的q轴电流以及第二基于马达电流的q轴电流小于第二基于电压限制的q轴电流，选择基于马达电流的扭矩限制作为最终扭矩限制；以及响应于确定第一基于电压限制的q轴电流小于第一基于马达电流的q轴电流以及第二基于电压限制的q轴电流小于第二基于马达电流的q轴电流，选择基于电压的扭矩限制作为最终扭矩限制。
在一些实施例中，在基于电压的扭矩限制和基于马达电流的扭矩限制之间进行仲裁还包括指令使处理器：确定第一基于马达电流的q轴电流，其对应于具有预定最小值的d轴电流并对应于马达电流限制；确定第二基于马达电流的q轴电流，其对应于具有预定最大值的d轴电流并对应于马达电流限制；确定第一基于电压限制的q轴电流，其对应于具有预定最小值的d轴电流并对应于DC总线的电压约束；确定第二基于电压限制的q轴电流，其对应于具有预定最大值的d轴电流并对应于DC总线的电压约束；确定第一基于马达电流的q轴电流和第一基于电压限制的q轴电流中的作为较小值的一个；确定第二基于马达电流的q轴电流和第二基于电压限制的q轴电流中的作为较小值的一个；确定第二基于马达电流的q轴电流和第二基于电压限制的q轴电流中的作为较小值的一个与第一基于马达电流的q轴电流和第一基于电压限制的q轴电流中的作为较小值的一个对应于不同的约束；确定d轴相交电流值，在该d轴相交电流值处，对应于马达电流限制的q轴电流等于对应于DC总线的电压约束的q轴电流；以及基于d轴相交电流值并且基于对应于马达电流限制和DC总线的电压约束中的每一个的q轴电流确定最终扭矩限制。
一种用于控制电机的操作的控制系统包括逆变器和控制器。该逆变器包括多个开关，该多个开关可操作用来向电机供应交流电。该控制器可操作用来：基于向逆变器供应功率以便为电机供电的直流(DC)总线的电压约束来确定基于电压的扭矩限制；基于马达电流限制来确定基于马达电流的扭矩限制；基于以下各项来确定最终扭矩限制：基于电压的扭矩限制和基于马达电流的扭矩限制；基于扭矩命令和最终扭矩限制确定受限的命令扭矩；确定对应于满足DC总线的再生电流限制的逆变器的初始电流命令；以及至少基于受限的命令扭矩和初始电流命令来计算最终电流命令，该最终电流命令超过初始电流命令以使电机产生对应于受限的扭矩命令的扭矩。
在一些实施例中，马达电流限制包括逆变器的电流限制。
在一些实施例中，该控制器还可操作用来：基于DC总线额定供应到逆变器的供给电流限制来计算基于供给电流的扭矩限制；并且确定最终扭矩限制还包括：控制器基于基于供给电流的扭矩限制来确定最终扭矩限制。
在一些实施例中，确定最终扭矩限制包括：控制器在基于电压的扭矩限制和基于马达电流的扭矩限制之间进行仲裁。
以上讨论意在说明本公开的原理和各种实施例。一旦完全理解了上述公开，许多变化和修改对于本领域技术人员将变得显而易见。意图将以下权利要求解释为包含所有这样的变化和修改。
词语“示例”在本文中用来表示用作示例、例子或说明。本文中被描述为“示例”的任何方面或设计不必被解释为比其他方面或设计更优选或有利。相反，使用“示例”一词旨在以具体方式呈现概念。如在本申请中使用的，术语“或”旨在表示包括性的“或”而不是排他性的“或”。也就是说，除非另有说明或从上下文可以清楚地看出，“X包括A或B”旨在表示任何自然的包含性排列。也就是说，如果X包含A；X包括B；或X包括A和B二者，则在任何前述情况下均满足“X包括A或B”。另外，在本申请和所附权利要求书中使用的冠词“一(a/an)”通常应被解释为意指“一个或多个”，除非另有说明或从上下文清楚地指向单数形式。此外，除非如此描述，否则贯穿全文使用术语“实施方式”或“一个实施方式”并不旨在表示相同的实施例或实施方式。
本文描述的系统、算法、方法以及指令等的实现可以以硬件、软件或其任何组合来实现。硬件可以包括，例如，计算机、知识产权(IP)内核、专用集成电路(ASIC)、可编程逻辑阵列、光学处理器、可编程逻辑控制器、微代码、微控制器、服务器、微处理器、数字信号处理器或任何其他合适的电路。在权利要求中，术语“处理器”应被理解为单独地或组合地包括任何前述硬件。术语“信号”和“数据”可互换使用。
如在此使用的，术语模块可以包括被设计为与其他组件一起使用的封装的功能硬件单元、控制器(例如，执行软件或固件的处理器)可执行的一组指令、被配置为执行特定功能的处理电路以及与大型系统接合的自含式硬件或软件组件。例如，模块可以包括专用集成电路(ASIC)、现场可编程门阵列(FPGA)、电路、数字逻辑电路、模拟电路、分立电路的组合、门电路和其他类型硬件或者它们的组合。在其他实施例中，模块可以包括存储器，该存储器存储控制器可执行以实现模块的特征的指令。
此外，在一方面，例如，本文描述的系统可以使用具有计算机程序的通用计算机或通用处理器来实现，该计算机程序在被执行时实行本文描述的任何相应的方法、算法和/或指令。附加地或可选地，例如，可以利用专用计算机/处理器，其可以包含用于实行本文描述的任何方法、算法或指令的其他硬件。
此外，本公开的全部或部分实现方式可以采取可从例如计算机可用或计算机可读介质访问的计算机程序产品的形式。计算机可用或计算机可读介质可以是例如可以有形地包含、存储、传达或传输程序以供任何处理器使用或与其结合使用的任何装置。介质可以是例如电的、磁的、光学的、电磁的装置或半导体装置。也可以使用其他合适的介质。
已经描述了上述实施例、实施方式和方面，以允许容易地理解本公开并且不限制本公开。相反，本公开旨在覆盖所附权利要求的范围内所包括的各种修改和等效布置，该范围应被赋予最宽泛的解释，以涵盖法律允许的所有此类修改和等效结构。

Claims (20)

1.一种控制电机的操作的方法，包括：
基于向逆变器供应功率以便为电机供电的直流DC总线的电压约束来确定基于电压的扭矩限制；
基于马达电流限制来确定基于马达电流的扭矩限制；
基于以下各项来确定最终扭矩限制：所述基于电压的扭矩限制和所述基于马达电流的扭矩限制；
基于扭矩命令和所述最终扭矩限制来确定受限的命令扭矩；
确定对应于满足DC总线的再生电流限制的逆变器的初始电流命令；以及
至少基于所述受限的命令扭矩和所述初始电流命令来计算最终电流命令，所述最终电流命令超过所述初始电流命令以使所述电机产生对应于所述受限的扭矩命令的扭矩。
2.根据权利要求1所述的方法，还包括：基于所述最终电流命令选择性地控制所述逆变器内的多个开关以使所述逆变器向所述电机供应电流。
3.根据权利要求1所述的方法，其中，所述马达电流限制包括所述逆变器的电流限制。
4.根据权利要求1所述的方法，还包括：基于所述DC总线额定供应到所述逆变器的供给电流限制来计算基于供给电流的扭矩限制；以及
其中，确定所述最终扭矩限制还包括：基于所述基于供给电流的扭矩限制来确定所述最终扭矩限制。
5.根据权利要求1所述的方法，其中，确定所述最终扭矩限制包括：在所述基于电压的扭矩限制与所述基于马达电流的扭矩限制之间进行仲裁。
6.根据权利要求5所述的方法，其中，在所述基于电压的扭矩限制与所述基于马达电流的扭矩限制之间进行仲裁还包括：
确定第一基于马达电流的q轴电流，其对应于具有预定最小值的d轴电流并对应于所述马达电流限制；
确定第二基于马达电流的q轴电流，其对应于具有预定最大值的d轴电流并对应于所述马达电流限制；
确定第一基于电压限制的q轴电流，其对应于具有预定最小值的d轴电流并对应于所述DC总线的电压约束；
确定第二基于电压限制的q轴电流，其对应于具有预定最大值的d轴电流并对应于所述DC总线的电压约束；
确定所述第一基于马达电流的q轴电流和所述第一基于电压限制的q轴电流中的作为较小值的一个；
确定所述第二基于马达电流的q轴电流和所述第二基于电压限制的q轴电流中的作为较小值的一个；以及
基于所述第一基于马达电流的q轴电流和所述第一基于电压限制的q轴电流中的作为较小值的一个并基于所述第二基于马达电流的q轴电流和所述第二基于电压限制的q轴电流中的作为较小值的一个，选择所述基于马达电流的扭矩限制和所述基于电压的扭矩限制中的一个。
7.根据权利要求6所述的方法，其中，选择所述基于马达电流的扭矩限制和所述基于电压的扭矩限制中的一个还包括：
响应于确定所述第一基于马达电流的q轴电流小于所述第一基于电压限制的q轴电流以及所述第二基于马达电流的q轴电流小于所述第二基于电压限制的q轴电流，选择所述基于马达电流的扭矩限制作为所述最终扭矩限制；以及
响应于确定所述第一基于电压限制的q轴电流小于所述第一基于马达电流的q轴电流以及所述第二基于电压限制的q轴电流小于所述第二基于马达电流的q轴电流，选择所述基于电压的扭矩限制作为所述最终扭矩限制。
8.根据权利要求5所述的方法，其中，在所述基于电压的扭矩限制与所述基于马达电流的扭矩限制之间进行仲裁还包括：
确定第一基于马达电流的q轴电流，其对应于具有预定最小值的d轴电流并对应于所述马达电流限制；
确定第二基于马达电流的q轴电流，其对应于具有预定最大值的d轴电流并对应于所述马达电流限制；
确定第一基于电压限制的q轴电流，其对应于具有预定最小值的d轴电流并对应于所述DC总线的电压约束；
确定第二基于电压限制的q轴电流，其对应于具有预定最大值的d轴电流并对应于所述DC总线的电压约束；
确定所述第一基于马达电流的q轴电流和所述第一基于电压限制的q轴电流中的作为较小值的一个；
确定所述第二基于马达电流的q轴电流和所述第二基于电压限制的q轴电流中的作为较小值的一个；
确定所述第二基于马达电流的q轴电流和所述第二基于电压限制的q轴电流中的作为较小值的一个与所述第一基于马达电流的q轴电流和所述第一基于电压限制的q轴电流中的作为较小值的一个对应于不同的约束；
确定d轴相交电流值，在所述d轴相交电流值处，对应于所述马达电流限制的q轴电流等于对应于所述DC总线的电压约束的q轴电流；以及
基于所述d轴相交电流值并且基于对应于马达电流限制和DC总线的电压约束中的每一个的q轴电流来确定所述最终扭矩限制。
9.一种用于控制电机的操作的控制系统，包括：
处理器；以及
存储器，其包括指令，所述指令在由所述处理器执行时，使所述处理器：
基于向逆变器供应功率以便为电机供电的直流DC总线的电压约束来确定基于电压的扭矩限制；
基于马达电流限制来确定基于马达电流的扭矩限制；
基于以下各项来确定最终扭矩限制：所述基于电压的扭矩限制和所述基于马达电流的扭矩限制；
基于扭矩命令和所述最终扭矩限制来确定受限的命令扭矩；
计算对应于满足DC总线的再生电流限制的逆变器的初始电流命令；以及
至少基于所述受限的命令扭矩和所述初始电流命令来计算最终电流命令，所述最终电流命令超过所述初始电流命令以使所述电机产生对应于所述受限的扭矩命令的扭矩。
10.根据权利要求9所述的控制系统，其中，所述指令还使所述处理器：基于所述最终电流命令选择性地控制所述逆变器内的多个开关以使所述逆变器向所述电机供应电流。
11.根据权利要求9所述的控制系统，其中，所述马达电流限制包括所述逆变器的电流限制。
12.根据权利要求9所述的控制系统，其中，所述指令还使所述处理器：基于DC总线额定供应到逆变器的供给电流限制来计算基于供给电流的扭矩限制；以及
其中，确定所述最终扭矩限制还包括：所述处理器基于所述基于供给电流的扭矩限制来确定所述最终扭矩限制。
13.根据权利要求9所述的控制系统，其中，确定所述最终扭矩限制包括：所述处理器在所述基于电压的扭矩限制与所述基于马达电流的扭矩限制之间进行仲裁。
14.根据权利要求13所述的控制系统，其中，在所述基于电压的扭矩限制与所述基于马达电流的扭矩限制之间进行仲裁还包括所述指令使所述处理器：
确定第一基于马达电流的q轴电流，其对应于具有预定最小值的d轴电流并对应于所述马达电流限制；
确定第二基于马达电流的q轴电流，其对应于具有预定最大值的d轴电流并对应于所述马达电流限制；
确定第一基于电压限制的q轴电流，其对应于具有预定最小值的d轴电流并对应于所述DC总线的电压约束；
确定第二基于电压限制的q轴电流，其对应于具有预定最大值的d轴电流并对应于所述DC总线的电压约束；
确定所述第一基于马达电流的q轴电流和所述第一基于电压限制的q轴电流中的作为较小值的一个；
确定所述第二基于马达电流的q轴电流和所述第二基于电压限制的q轴电流中的作为较小值的一个；以及
基于所述第一基于马达电流的q轴电流和所述第一基于电压限制的q轴电流中的作为较小值的一个并基于所述第二基于马达电流的q轴电流和所述第二基于电压限制的q轴电流中的作为较小值的一个，选择所述基于马达电流的扭矩限制和所述基于电压的扭矩限制中的一个。
15.根据权利要求14所述的控制系统，其中，选择所述基于马达电流的扭矩限制和所述基于电压的扭矩限制中的一个还包括所述指令使所述处理器：
响应于确定所述第一基于马达电流的q轴电流小于所述第一基于电压限制的q轴电流以及所述第二基于马达电流的q轴电流小于所述第二基于电压限制的q轴电流，选择所述基于马达电流的扭矩限制作为所述最终扭矩限制；以及
响应于确定所述第一基于电压限制的q轴电流小于所述第一基于马达电流的q轴电流以及所述第二基于电压限制的q轴电流小于所述第二基于马达电流的q轴电流，选择所述基于电压的扭矩限制作为所述最终扭矩限制。
16.根据权利要求13所述的控制系统，其中，在所述基于电压的扭矩限制与所述基于马达电流的扭矩限制之间进行仲裁还包括所述指令使所述处理器：
确定第一基于马达电流的q轴电流，其对应于具有预定最小值的d轴电流并对应于所述马达电流限制；
确定第二基于马达电流的q轴电流，其对应于具有预定最大值的d轴电流并对应于所述马达电流限制；
确定第一基于电压限制的q轴电流，其对应于具有预定最小值的d轴电流并对应于所述DC总线的电压约束；
确定第二基于电压限制的q轴电流，其对应于具有预定最大值的d轴电流并对应于所述DC总线的电压约束；
确定所述第一基于马达电流的q轴电流和所述第一基于电压限制的q轴电流中的作为较小值的一个；
确定所述第二基于马达电流的q轴电流和所述第二基于电压限制的q轴电流中的作为较小值的一个；
确定所述第二基于马达电流的q轴电流和所述第二基于电压限制的q轴电流中的作为较小值的一个与所述第一基于马达电流的q轴电流和所述第一基于电压限制的q轴电流中的作为较小值的一个对应于不同的约束；
确定d轴相交电流值，在所述d轴相交电流值处，对应于所述马达电流限制的q轴电流等于对应于所述DC总线的电压约束的q轴电流；以及
基于所述d轴相交电流值并且基于对应于马达电流限制和DC总线的电压约束中的每一个的q轴电流来确定所述最终扭矩限制。
17.一种用于控制电机的操作的控制系统，包括
逆变器，其包括多个开关，所述多个开关能够操作用来向所述电机供应交流电；以及
控制器，其能够操作用来：
基于向逆变器供应功率以便为电机供电的直流DC总线的电压约束来确定基于电压的扭矩限制；
基于马达电流限制来确定基于马达电流的扭矩限制；
基于以下各项来确定最终扭矩限制：所述基于电压的扭矩限制和所述基于马达电流的扭矩限制；
基于扭矩命令和所述最终扭矩限制来确定受限的命令扭矩；
确定对应于满足DC总线的再生电流限制的逆变器的初始电流命令；以及
至少基于所述受限的命令扭矩和所述初始电流命令来计算最终电流命令，所述最终电流命令超过所述初始电流命令以使所述电机产生对应于所述受限的扭矩命令的扭矩。
18.根据权利要求17所述的控制系统，其中，所述马达电流限制包括所述逆变器的电流限制。
19.根据权利要求17所述的控制系统，其中，所述控制器还能够操作用来：基于DC总线额定供应到逆变器的供给电流限制来计算基于供给电流的扭矩限制；以及
其中，确定所述最终扭矩限制还包括：所述控制器基于所述基于供给电流的扭矩限制来确定所述最终扭矩限制。
20.根据权利要求17所述的控制系统，其中，确定最终扭矩限制包括：所述控制器在所述基于电压的扭矩限制与所述基于马达电流的扭矩限制之间进行仲裁。
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US11349430B2 (en) 2019-10-15 2022-05-31 Steering Solutions Ip Holding Corporation Regenerative current limiting of synchronous motor drives
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