CN114499311A - 同步马达驱动器的再生电流限制 - Google Patents

同步马达驱动器的再生电流限制 Download PDF

Info

Publication number
CN114499311A
CN114499311A CN202011268511.3A CN202011268511A CN114499311A CN 114499311 A CN114499311 A CN 114499311A CN 202011268511 A CN202011268511 A CN 202011268511A CN 114499311 A CN114499311 A CN 114499311A
Authority
CN
China
Prior art keywords
current
limit
axis current
direct
torque
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.)
Pending
Application number
CN202011268511.3A
Other languages
English (en)
Inventor
K·纳姆布利
P·普拉莫德
张喆
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
Priority to CN202011268511.3A priority Critical patent/CN114499311A/zh
Publication of CN114499311A publication Critical patent/CN114499311A/zh
Pending legal-status Critical Current

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
    • 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
    • H02P21/14—Estimation or adaptation of machine parameters, e.g. flux, current or voltage
    • H02P21/18—Estimation of position or speed
    • 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
    • H02P21/20—Estimation of torque
    • 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
    • H02P25/00—Arrangements or methods for the control of AC motors characterised by the kind of AC motor or by structural details
    • H02P25/02—Arrangements or methods for the control of AC motors characterised by the kind of AC motor or by structural details characterised by the kind of motor
    • H02P25/022—Synchronous motors
    • 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
    • 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
    • H02P6/14—Electronic commutators
    • H02P6/16—Circuit arrangements for detecting position
    • 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
    • H02P6/28—Arrangements for controlling current

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Control Of Ac Motors In General (AREA)

Abstract

描述的技术方案用于控制逆变器的操作以管理直流(DC)母线上的电压和提供给电池的再生功率(电流)。提供了控制系统和方法，以使用控制器来控制电机的操作。更具体地，该控制器被配置为计算满足再生电流限制的基于电流的扭矩限制，以及满足DC母线的电压限制约束的基于电压的扭矩限制。该控制器被配置为计算满足DC母线的再生电流限制和电压限制的扭矩限制，并且命令逆变器内的多个开关，以从电机生成对应于扭矩需求并且根据扭矩限制的直轴电流。提出的系统和方法提供了超过电机的退磁电流限制的马达电流。

Description

同步马达驱动器的再生电流限制
技术领域
本申请大体上涉及用于控制电机的操作的方法和系统。更具体地，本申请涉及用于管理来自电机的再生电流的方法和系统。在电动助力转向(EPS)系统中提供示例实施例。
背景技术
现代电动助力转向(EPS)系统采用基于永磁同步马达(PMSM)的电驱动器，该电驱动器向驾驶员提供扭矩辅助。车辆电池通常用作EPS系统的电源。由于车辆中的多个电子系统消耗来自车辆电池的功率，因此每个系统主动地管理其从电池汲取或供应回给电池的功率(或电流)至关重要。随着电动汽车的出现和普及，现在通过电流和电压的适当管理来保护电池变得甚至更加关键。
发明内容
根据一个或多个实施例，一种用于控制电机的操作的控制系统包括逆变器，该逆变器是可操作的以利用开关将来自电机的交流相位母线的电流整流到直流母线。该控制系统还包括控制器，该控制器是可操作的以：计算与直流母线的电压限制约束相对应的基于电压的扭矩限制；计算与直流母线的再生电流限制相对应的基于电流的扭矩限制；以及当基于电流的扭矩限制小于基于电压的扭矩限制时，计算由基于电流的扭矩限制定义的扭矩限制。控制器还是可操作的以操作逆变器的开关以产生与扭矩需求相对应并且根据扭矩限制的输出扭矩。控制器还是可操作的以操作开关，以将直轴电流调节为不超过最大d轴电流，其中，最大d轴电流由电机的退磁电流限制或峰值d轴电流之一定义，该峰值d轴电流与具有实数解(real solution)的正交轴电流相对应。
根据一个或多个实施例，提供了一种控制电机的操作的方法。该方法包括：计算与直流母线的电压限制约束相对应的基于电压的扭矩限制；计算与直流母线的再生电流限制相对应的基于电流的扭矩限制；当基于电流的扭矩限制小于基于电压的扭矩限制时，计算由基于电流的扭矩限制定义的扭矩限制；命令逆变器内的多个开关，以使电机产生与扭矩需求相对应并且根据扭矩限制的输出扭矩；以及命令所述多个开关以将直轴电流调节为不超过最大d轴电流，该最大d轴电流由电机的退磁电流限制或峰值d轴电流之一定义，该峰值d轴电流与具有实数解的正交轴电流相对应。
根据一个或多个实施例，提供了一种控制电机的操作的方法。该方法包括：计算与直流母线的电压限制约束相对应的电机的电压限制的直轴电流；计算与直流母线的再生电流限制相对应的电机的电流限制的直轴电流；将最终的直轴电流限制计算为电压限制的直轴电流和电流限制的直轴电流中的最大者；以及命令逆变器内的多个开关以生成满足最终的直轴电流限制的直轴电流。
从以下结合附图的描述，这些和其它优点和特征将变得更加明显。
附图说明
在说明书结尾处的权利要求中特别指出并清楚地声明了本公开的主题。从以下结合附图的详细描述，本公开的前述和其它特征及优点是显而易见的，其中：
图1描绘了根据本公开的各方面的电动助力转向系统的示例性实施例的框图；
图2描绘了根据本公开的各方面的马达控制系统的功率流；
图3描绘了根据本公开的各方面的马达控制系统的施加的扭矩对速度的曲线图；
图4描绘了根据本公开的各方面的用于电机的示例控制系统的框图；
图5描绘了根据本公开的各方面的用于控制再生电流的示例算法的框图；
图6描绘了根据本公开的各方面的用于控制再生电流的示例算法的框图；
图7描绘了用于计算最大d轴电流以提供满足再生电流限制的电池电流的流程图；
图8描绘了根据本公开的各方面的示例马达控制系统的扭矩能力的曲线图；
图9描绘了根据本公开的各方面的示例马达控制系统的d轴电流的曲线图；
图10描绘了根据本公开的各方面的示例马达控制系统的电池电流的曲线图；
图11描绘了根据本公开的各方面的示例马达控制系统的马达电流的曲线图；
图12描绘了根据本公开的各方面的示例马达控制系统的q轴电流对d轴电流的曲线图；
图13描绘了根据本公开的各方面的示例马达控制系统的q轴电流对d轴电流的曲线图；
图14描绘了根据本公开的各方面的示例马达控制系统的电池电流对速度的曲线图；
图15描绘了根据本公开的各方面的示例马达控制系统的最大d轴电流的曲线图；
图16描绘了根据本公开的各方面的示例马达控制系统的扭矩能力的曲线图；
图17描绘了根据本公开的各方面的示例马达控制系统的电池电流的曲线图；
图18描绘了根据本公开的各方面的示例马达控制系统的马达电流的曲线图；
图19描绘了根据本公开的各方面的示例马达控制系统的d轴电流的曲线图；
图20A描绘了根据本公开的各方面的用于转向系统中的永磁同步马达(PMSM)控制的方法的流程图；
图20B描绘了图20A的流程图的延续；
图20C描绘了示出图20A的方法的子步骤的流程图；
图20D描绘了示出图20A-20B的方法的子步骤的流程图；以及
图20E描绘了示出图20A-20B的方法的子步骤的流程图。
具体实施方式
现在参考附图，其中将参考具体实施例描述本公开，但不限制于此，要理解到，所公开的实施例仅是可以以各种方式和替代方式体现的本公开的说明。附图不一定按照比例；一些特征可能被放大或最小化以示出特定组件的细节。因此，本文公开的具体结构和功能细节不应被解释为限制性的，而仅仅是作为教导本领域技术人员以各种方式使用本公开的代表性基础。
如本文所使用的，术语模块和子模块指的是一个或多个处理电路，例如专用集成电路(ASIC)、电子电路、执行一个或多个软件或固件程序的处理器(共享的、专用的或群组的)和存储器、组合逻辑电路、和/或提供所述功能的其它合适部件。可以理解，下面描述的子模块可以被组合和/或被进一步划分。
在本公开中提出了一种主动再生电流管理(限制)算法。该算法通过主动地控制马达电流来管理提供给电池的再生功率(电流)。除了直接限制可允许的扭矩外，还提出了一种特征，其中，降低了电驱动器的效率，以便在仍然遵守外部施加的再生电流限制的同时产生更高的扭矩。提出的监督控制结构是非常模块化的，其使得能够关闭该特征，从而使得能够仅通过减小扭矩来实现最大效率运行。除了模块化之外，提出的算法在扭矩和效率管理方面均是最佳的，而且另外地，计算相对简单。
在各种实施例中，电机被配置为执行以下中的至少一个：向车辆的转向系统施加辅助扭矩，以及控制转向系统。在一些实施例中，提出的系统和方法确保马达电流总是保持在马达的退磁电流限制之下。在其它实施例中，提出的系统和方法可以不将马达电流限制到马达的退磁电流限制。例如，EPS系统中的马达在动态转向事件(例如，路缘制动(brakingover curbs))期间可以具有超过马达的退磁电流限制的马达电流。这样的应用可能相对不频繁和/或持续时间短，从而使马达退磁的风险可能相对低。
现在参考附图，其中，将参考具体实施例描述技术方案，而不是限制它，图1是适用于所公开实施例的实施方式的电动助力转向系统(EPS)40的示例性实施例。转向机构36是齿条齿轮式系统(rack-and-pinion type system)，并且包括壳体50内的齿条(未示出)和位于齿轮壳体52下方的小齿轮(也未示出)。随着操作者输入(在下文中表示为转向盘26(例如手握式方向盘等))转动，上转向轴29转动，并且通过万向接头34连接到上转向轴29的下转向轴51转动小齿轮。小齿轮的旋转使齿条移动，齿条移动拉杆38(仅示出一个)，继而移动转向节39(仅示出一个)，转向节39转动(多个)可转向盘44(仅示出一个)。
通过大致用附图标记24表示的控制装置提供电动助力转向辅助，并且其包括控制器16和电机19，电机19可以是永磁同步马达(PMSM)，并且在下文中表示为电机19。控制器16由车辆电源10通过直流母线12供电。控制器16从车辆速率传感器17接收表示车辆速率的车辆速度信号14。通过位置传感器32测量转向角(位置传感器32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)，并且向控制器16供应位置信号20。可以使用转速计或任何其他设备测量马达速率，并作为马达速率信号21传输到控制器16。可以对表示为ωm的马达速率进行测量、计算或执行二者的组合。例如，马达速率ωm可以被计算为如由位置传感器32测量的马达位置θ在规定的时间间隔内的变化。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，Δθ是采样间隔期间的位置变化。替换地，可以从马达位置得出马达速率，作为位置相对于时间的变化率。将理解，存在用于执行导数功能的许多众所周知的方法。
当转向盘26转动时，扭矩传感器28感测由车辆操作者施加到转向盘26的扭矩。扭矩传感器28可以包括扭杆(未示出)和可变电阻型传感器(也未示出)，其相对于扭杆上的扭转量向控制器16输出可变扭矩信号18。虽然这是一种扭矩传感器，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设备都将足够。响应于各种输入，控制器向电机19发送命令22，其通过蜗杆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，尽管通过引用电动转向应用的马达控制的方式描述了所公开的实施例，但是将理解，这些引用仅是说明性的，并且所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、阀控制等。此外，本文的引用和描述可以适用于许多形式的参数传感器，包括但不限于扭矩、位置、速度等。还应注意，本文对于电机的引用包括但不限于马达，以下为了简洁和简单起见，将在非限制性的情况下仅引用马达。
在如图所描绘的控制系统24中，控制器16利用扭矩、位置和速度等来计算传送所需输出功率的(多个)命令。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，量化所接收的信息，并响应于此而提供(多个)输出命令信号，在本示例中，例如，提供到电机19。控制器16被配置为从逆变器(未示出，其可以可选地与控制器16合并并且在本文中将称为控制器16)产生(多个)相应的电压，使得当施加到电机19时，生产期望的扭矩或位置。在一个或多个示例中，控制器16在反馈控制模式下操作，作为电流调节器，以生成命令22。替换地，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。因为这些电压与电机19的位置和速度以及期望的扭矩有关，所以转子的位置和/或速度以及由操作者施加的扭矩确定。位置编码器连接到下转向轴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、旋转变压器、同步器、编码器等，以及包括前述中的至少一个的组合。位置编码器输出位置信号20，该位置信号20指示下转向轴51的角位置，并且由此指示电机19的角位置。
期望的扭矩可以由一个或多个扭矩传感器28确定，扭矩传感器28传输指示所施加的扭矩的扭矩信号18。一个或多个示例性实施例包括这样的扭矩传感器28和来自其中的(多个)扭矩信号18，如可以响应于柔性扭杆、T形杆、弹簧或被配置为提供响应(该响应指示所施加的扭矩)的类似装置(未示出)。
在一个或多个示例中，(多个)温度传感器23位于电机19处。优选地，温度传感器23被配置为直接测量电机19的感测部分的温度。温度传感器23将温度信号25传输到控制器16，以促进本文规定的处理和补偿。典型的温度传感器包括热电偶、热敏电阻、恒温器等，以及包括至少一个前述传感器的组合，其在适当放置时提供与特定温度成比例的可校准信号。
将位置信号20、速率信号21和(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，从而产生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。诸如以上提及的测量信号也根据需要而通常被线性化、补偿和滤波，以增强特性或消除所获取信号的不期望特性。例如，信号可以被线性化，以改进处理速度或者解决信号的大动态范围。另外，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，马达参数的识别、(多个)控制算法等)，控制器16可以包括但不限于(多个)处理器、(多个)计算机、(多个)DSP、存储器、存储装置、(多个)寄存器、定时、(多个)中断、(多个)通信接口和输入/输出信号接口等，以及包含至少一种前述项的组合。例如，控制器16可以包括输入信号处理和滤波，以便能够对来自通信接口的此类信号进行准确采样和转换或获取。本文中的控制器16的附加特征和某些过程在本文稍后详尽地讨论
图2描绘了马达控制系统的功率流。描绘的马达控制系统来自包括控制模块16和电机19的转向系统40，控制模块16和电机19定义了电压回路，该电压回路包括电池(未示出)两端的电压和逆变器(未示出)输入端处的电压，逆变器然后连接到电机19。
对于给定的电池电压(VBATT)和到控制器16的供应电压(Vecu)的测量，可以求解功率方程以获得马达电流限制。考虑电池的电压电路模型可以如下数学地表示。
Vecu＝VBATT-RBH Is
在以上方程中，RBH表示电池线束电阻，并且Is表示从电池到控制模块16的电池电流。电池电流Is的正值指示从电池10汲取到控制模块16的供应电流。电池电流Is的负值指示从控制模块16到电池10的再生电流。
图3描绘了根据本公开的各方面的马达控制系统的施加的扭矩对速度的曲线图。具体地，图3描绘了包括四个象限的曲线图，其中，象限II和IV各自与处于再生模式中的马达控制系统相关联。
图4描绘了根据本公开的各方面的用于电机19的示例控制系统100的框图。在一些实施例中，并且如图4所示，电机19是永磁同步机器(PMSM)型电动马达。但是，电机19可以是另一种类型的马达或马达/发电机，例如电磁式机器(wound field machine)。在再生模式中，功率由电机19在交流相位母线120上作为交变电流而生成，并且由逆变器124转换为直流母线12上的直流功率。逆变器124包括多个开关126(例如，场效应晶体管(FET))，以将来自交流相位母线120的电流整流到直流母线12。在一些实施例中，直流母线12耦合到直流电源(例如，电池10)。
控制器130经由通信路径132与逆变器124通信，用于监测逆变器124的多个不同参数并用于控制逆变器124的操作，以整流来自交流相位母线120的交流电，因此转移来自电机19的功率并使电机19生成制动扭矩。这样的操作对应于在图3上施加的扭矩对速度的曲线图中示出为象限II和IV的再生模式。
图5描绘了根据本公开的各方面的用于控制再生电流的第一算法200的框图。可以使用硬件、软件或硬件和软件的组合来实现第一算法200。第一算法200由控制器130实现，用于控制逆变器124以控制再生电流Ir。具体地，第一算法200接受扭矩需求Tc、电压限制约束Vb和再生电流限制Irl作为输入。电压限制约束Vb是用于直流母线12的最大电压值，并且再生电流限制Irl是准许逆变器124提供给直流母线12的最大电流。直流母线12的再生电流限制Irl和电压限制约束Vb中的每一个可以取决于电池10的特性和/或车辆电源系统的其他方面。再生电流限制Irl和/或电压限制约束Vb中的一个或两个可以在系统的操作期间固定。备选地，再生电流限制Irl和/或电压限制约束Vb中的一个或两个可以是可变的。例如，再生电流限制Irl可以随时间或随电机19的速度而改变。控制器16可以进行动态调整，以便同时满足再生电流限制Irl和电压限制约束Vb。第一算法200产生用于控制逆变器124的操作的电流命令I* dq作为输出。更具体地，电流命令I* dq被转换为电压命令V* dq，该电压命令V* dq被施加到逆变器124。电流命令I* dq包括电机19的电流的d轴分量和q轴分量。
第一算法200被划分为两个主要部分，扭矩能力确定块210和电流命令计算块212。第一算法200还包括电压命令计算块214和逆变器124。扭矩能力确定块210生成扭矩命令Tcommand和电压限制的d轴电流Idmaxv并将其供应给电流命令计算块212。扭矩能力确定块210包括再生电流峰值扭矩(RCPT)块220，其被配置为计算对应于直流母线12的再生电流限制Irl的基于再生电流限制的扭矩Tr。RCPT块220计算基于再生电流限制的扭矩Tr，其是电机19可以对于给定再生电流限制Irl生成的最大可能扭矩，如下所导出。根据供应电压Vecu、电池电流Is和输入电路电阻Rc的总电功率Pe如下。
Figure BDA0002776865930000091
根据q轴和d轴马达电流Idq的电功率如下表示。
Figure BDA0002776865930000092
其中，Id是d轴电流，Iq是q轴电流，ωe是电速度，Ke是马达电压常数，ωm是机械速度，Lq和Ld分别是电机19的q轴电感和d轴电感。
通过检查根据马达电流的功率方程，可以观察到，在给定操作条件下，用于给定再生电流限制的峰值扭矩将出现在最大可允许的d轴马达电流处。然后，对于给定再生电流限制，获得峰值扭矩，作为从上述功率方程获得的Iq的以下二次方程的(多个)根。
Figure BDA0002776865930000093
由于峰值扭矩出现在最大的d轴电机电流值Id处，因此通过代入Id等于Idmax来求解上述方程，Idmax是考虑到电压限制约束Vb的峰值扭矩在其处出现的d轴电流值。注意，在一些实施例中，Idmax代表在电压限制的操作下电机19的退磁电流限制Id_demag。换句话说，超过退磁电流限制Id_demag的电流可能导致电机19内的永磁体永久退磁。因此，该值充当在任何给定操作条件下可以生成的最大可允许的d轴电流。二次式的解在下面给出。
Figure BDA0002776865930000094
Figure BDA0002776865930000095
Figure BDA0002776865930000096
Figure BDA0002776865930000097
其中，Iq1和Iq2取决于速度而均为正或均为负。通常使用较低的正(或负)值。
最后，峰值扭矩可以如下计算。
Figure BDA0002776865930000101
其中，Np是电机19的极数。在对应的(相同)速度符号处出现的正和负峰值扭矩值分别等于根Tr1和Tr2。
注意，根的存在取决于以下条件。
Figure BDA0002776865930000102
主动地检查该条件以确保解的存在。在不存在解的情况下，基于再生电流限制的(正和负)峰值扭矩Trp和Trn可以分别设置为与基于电压的峰值扭矩Tvp和Tvn相同的值(替换地，可以将该值设置为任意地大数字，使得随后的块基本上将其忽略)。
最终裁定的峰值扭矩值Tap和Tan可以如下计算。
Tapn＝sign(Trpn)X max(|Trp|,|Tvp|),其中Rv＝真
Tapn＝Trvpn,其中Rv＝假
注意，在某些情况下，还可以实现用于确保Trp和Trn的值具有正确符号的附加逻辑。
上面的算法计算最大可能的d轴电流，以使电机19产生基于再生电流限制的扭矩Tr，其是与直流母线的再生电流限制Irl相对应的再生(制动)扭矩，并且因此固有地是低效的。但是，对于一些安全至关重要的应用(例如，EPS)，在效率方面妥协是可接受的并且甚至是可取的，因为在一些驾驶状况下低制动扭矩可能潜在地导致驾驶员受伤以及甚至车辆失控。当允许的再生电流限制低时，尤其如此。但是，在一些应用中，限制可能足够大，或者效率可能是优先考虑的事项。在这些情况下，可以实施不同的方案，其中以峰值可允许的扭矩为代价来提高效率。例如，这可以通过对以Iq的二次方程中的Id值使用零来计算基于峰值再生电流限制的扭矩(如上所述)而完成。
仍然参考图5，扭矩能力确定块210还包括基于电压的峰值扭矩(VPT)块222，其被配置为计算与直流母线12的供应电压Vecu相对应的基于电压的扭矩限制Tv。扭矩能力确定块210还包括峰值扭矩裁定(PTA)块224，其被配置为对基于电压的扭矩限制Tv和基于再生电流限制的扭矩Tr值进行裁定，以便确定扭矩限制Tpk。更具体地，PTA块224被配置为计算扭矩限制Tpk作为基于再生电流限制的扭矩Tr和基于电压的扭矩限制Tv中的较小者。例如，PTA块224被配置为在基于再生电流限制的扭矩Tr小于基于电压的扭矩限制Tv时，将扭矩限制Tpk设置为等于基于再生电流限制的扭矩Tr，并且在基于电压的扭矩限制Tv小于基于再生电流的扭矩限制Tr时，将扭矩限制Tpk设置为等于基于电压的扭矩限制Tv。
扭矩能力确定块210还包括扭矩命令限制(TCL)块226，其被配置为通过将扭矩需求Tc钳制(clamp)成不超过扭矩限制Tpk来生成扭矩命令Tcommand。换句话说，TCL块226被配置为将扭矩命令Tcommand计算为扭矩需求Tc和扭矩限制Tpk中的较小者。
图5上所示的第一算法200的电流命令计算块212包括最大每安培扭矩(MTPA)块240、和基于再生电流的d轴马达电流搜索(RCDC)块242和最大每电压扭矩(MTPV)块244。MTPA块240从扭矩能力确定块210接收扭矩命令Tcommand，并计算满足扭矩命令Tcommand的最小马达电流命令。然后将那些最小马达电流发送到RCDC块242，RCDC块242搜索d轴电流Id的最佳值，使得能够满足再生电流限制Irl。在一些实施例中，RCDC块242步进式增加d轴电流变量，直到对应的所计算的电池电流Is等于或在再生电流限制Irl的预确定公差内。d轴电流搜索可以包括从起始值Idmin增加d轴电流变量。在一些实施例中，起始值Idmin可以为零。
注意，可以通过使用涉及迭代求解器的任何已知数值技术(诸如例如二分法)来完成搜索。搜索可以继续直到所计算的电池电流I′s和再生电流限制Irl之间的差值在可接受的预确定公差内。在一些实施例中，也可以在迭代次数上施加预确定的限制。在优先考虑效率的情况下，RCDC块242可以被禁用并且本质上充当直通。
然后，将RCDC块242的输出发送到MTPV块244以确保满足电压限制约束Vb，并且然后将其作为最终电流命令I* dq发送到电压命令计算块214，该电压命令计算块214生成对应的电压命令V* dq。将那些电压命令V* dq供应给作为逆变器124起作用的逆变器124。因此，逆变器124在交流相位母线120上生成输出相电压Vabc，从而使电机19产生制动扭矩Te。
现在参考图6，根据本公开的各方面的用于控制再生电流的第二算法300。可以使用硬件、软件或硬件和软件的组合来实现第二算法300。第二算法300由控制器130实现，用于控制逆变器124以控制再生电流Ir。具体地，第二算法300接受扭矩需求Tc、直流母线12的电压限制约束Vb和直流母线12的再生电流限制Irl作为输入。第二算法300产生用于控制逆变器124的操作的电流命令I* dq作为输出，其可以如在第一算法200中相似或相同地执行，并且如图5中所示。电流命令I* dq包括d轴分量和q轴分量。直流母线12的再生电流限制Irl和电压限制约束Vb中的每一个可以取决于电池10的特性和/或车辆电源系统的其他方面。再生电流限制Irl和/或电压限制约束Vb中的任一个或两者可以被硬编码在控制器16的硬件或软件中或另一设备或存储器中。附加地或可替代地，基于给定操作条件，再生电流限制Irl和/或电压限制约束Vb中的任一个或两者可以在系统的操作期间改变。在一些实施例中，再生电流限制Irl和/或电压限制约束Vb中的任一个或两者可以由控制器16基于计算或另一手段(例如，查找表)来确定。第二算法300可以包括与以上在第一算法200中描述的那些相似或相同的方面或部分。
第二算法300被划分为两个主要部分，扭矩能力确定块310和电流命令计算块312。扭矩能力确定块310生成扭矩命令Tcommand和最终d轴电流限制并将其供应给电流命令计算块312。第二算法300包括可以与上述第一算法200的对应块相似或相同地起作用的若干块。例如，第二算法300的扭矩能力确定块310包括再生电流峰值扭矩(RCPT)块320，其可以与第一算法200的再生电流峰值扭矩(RCPT)块220相似或相同。第二算法300的扭矩能力确定块310还包括基于电压的峰值扭矩(VPT)块322，其可以与第一算法200的基于电压的峰值扭矩(VPT)块222相似或相同。第二算法300的扭矩能力确定块310还包括峰值扭矩裁定(PTA)块324，其可以与第一算法200的峰值扭矩裁定(PTA)块224相似或相同。第二算法300的扭矩能力确定块310还包括扭矩命令限制(TCL)块326，其可以与第一算法200的扭矩命令限制(TCL)块226相似或相同。
图6上所示的第二算法300的电流命令计算块312包括最大每安培扭矩(MTPA)块340、和基于再生电流的d轴马达电流搜索(RCDC)块342和最大每电压扭矩(MTPV)块344。那些块中的每一个可以分别针对第一算法200的对应块240、242、244类似或相同地配置。
如上所述，第二算法300还包括第一算法200中不存在的若干块。例如，第二算法300的扭矩能力确定块310包括用于电压约束(MDV)块330的最大d轴电流。第二算法300的扭矩能力确定块310还包括用于再生电流约束(MDR)块332和最大d轴电流裁定(MDA)块334的最大d轴电流。
RCPT块320被配置为计算与直流母线12的再生电流限制Irl相对应的基于再生电流限制的扭矩Tr。RCPT块320计算基于再生电流的扭矩限制Tr，其是电机19可以针对给定的再生电流限制Irl生成的最大可能扭矩，如下所导出。根据供应电压Vecu、电池电流Is和输入电路电阻Rc的总电功率Pe如下。
Figure BDA0002776865930000131
根据q轴和d轴马达电流Idq的电功率如下表示。
Figure BDA0002776865930000132
在上述方程中，“a”代表
Figure BDA0002776865930000133
使用线参数时的转换因子。通过检查根据马达电流的功率方程，我们可以看到，在再生电流限制Irl处的峰值扭矩出现在最大可能的d轴马达电流值处。使用以上两个方程，我们可以导出以下等式：
Figure BDA0002776865930000134
为了计算用于再生电流限制Irl的峰值q轴电流Iq，上述方程如下写成。
Figure BDA0002776865930000135
上述方程是根据Iq的二次方程，可以求解它以获得两个根。由于用于再生电流限制Irl的峰值扭矩出现在最大d轴电机电流值处，因此在上述方程中利用从最大D轴电流裁定(MDA)块334计算的D轴电流进行代入。
MDA块334通过在来自MDV块330的基于电压的最大d轴电流Idmaxv与来自MDR块332的基于再生电流限制的最大d轴电流Idmaxr之间进行裁定来生成最终的最大d轴电流Idmaxf。基于电压的最大d轴电流Idmaxv是依赖于电压的峰值d轴电流Id值，其中，在给定供应电压Vecu处出现峰值扭矩。在一些实施例中，该Idmaxv代表退磁电流限制Id_demag。对于PMSM型电机19，退磁电流限制Id_demag等于4Ke/(√3LdNp)，其中，Ke是反电磁力常数，Ld是电机19的d轴电感，并且Np是电机19的极数。在一些实施例中，基于再生电流限制的最大d轴电流Idmaxr大于退磁电流限制Id_demag。进行Idmaxr和Idmaxv之间的裁定，以在所有操作条件下最大化可用扭矩。第二算法300还使扭矩最大化，以确保动态制动事件期间的稳定性，在动态制动事件中，由于外部冲击事件(例如，车辆的车轮撞到路缘)，马达速度可能变得非常高。
MDR块332被配置为如下计算基于再生电流限制的最大d轴电流Idmaxr。取决于扫描d轴电流Id时基于再生电流限制的扭矩Tr是否小于基于电压的扭矩限制Tv，基于再生电流限制的最大d轴电流Idmaxr通过两种不同的方法之一来计算。这两种情况分别在图12和图13中以图形方式图示。
根据功率方程，对于给定的再生电流限制Irl，我们可以写为：
Figure BDA0002776865930000141
上述等式的判别式可以写为如下：
Figure BDA0002776865930000142
通过将判别式设置为等于零并且针对Id进行求解，可以确定与具有实数解的正交轴电流Iq对应的峰值d轴电流Idp。以下，将该峰值d轴电流Idp称为基于绝对最大再生电流限制的d轴电流值。
Figure BDA0002776865930000143
以二次方程的形式写判别式来针对Id进行求解
Figure BDA0002776865930000144
求解上述二次方程得到两个根，并且为了我们的控制目的，我们总是取Id的正值(根据此处使用的dq约定，Id正值被认为是场弱化)。
Figure BDA0002776865930000151
BIdp＝2a3ωeωm(Lq-Ld)Ke
Figure BDA0002776865930000152
Figure BDA0002776865930000153
将峰值d轴电流Idp代入功率方程中并求解峰值q轴电流Iqp和对应的扭矩Trlp：
Figure BDA0002776865930000154
AIqp＝a2R
BIqp＝a2ωe(Lq-Ld)Idp+aKeωm
Figure BDA0002776865930000155
Figure BDA0002776865930000156
(使用“–”用于正扭矩命令并且反之亦然)
因此，RCPT块320基于获得的Idp和Iqp将基于再生电流限制的扭矩Tr计算为峰值扭矩，
Figure BDA0002776865930000157
现在，将Idp代入电压方程中并计算Iqv和对应的扭矩Tr：
Figure BDA0002776865930000158
Figure BDA0002776865930000159
BIqv＝aRKeωm+2a2Rωe(Lq-Ld)Idp
Figure BDA0002776865930000161
Figure BDA0002776865930000162
(使用“+”用于正扭矩命令并且反之亦然)
因此，VPT块322基于获得的Idp和Iqv将基于电压的扭矩限制Tv计算为峰值扭矩，
Figure BDA0002776865930000163
MDR块332根据下式计算电流限制的d轴电流Idmaxr以满足直流母线12的再生电流限制Irl
Figure BDA0002776865930000164
简而言之，除了系统以再生模式操作时(图3的象限II，IV)以及输出扭矩Te限制到基于再生电流的扭矩限制Tr时，在所有情况下，为电流限制的d轴电流Idmaxr分配Idp值。当系统以再生模式操作时，并且输出扭矩Te限制到基于再生电流的扭矩限制Tr时，则使用迭代求解器计算电流限制的d轴电流Idmaxr。使用迭代求解器，通过扫描Id并求解满足用于再生电流限制Irl的电压方程和功率方程二者的Iq，得到迭代求解器输出d轴电流Iditr。
扫描中使用的Id的最大值和最小值通过在电压方程中设置Iq＝0来获得。
这如下所示。
Figure BDA0002776865930000165
Figure BDA0002776865930000166
BIdmm＝-(2aKeωmωeLd)
Figure BDA0002776865930000167
求解上述二次方程，
Figure BDA0002776865930000168
(使用“+”用于最大Id并且使用“-”用于最小Id)
MDA块334如下计算最终的最大d轴电流Idmaxf：
Figure BDA0002776865930000171
换句话说，当系统在第一象限或第三象限之一中操作时(即，当系统从DC母线获取功率时)，MDA块334将最终的最大d轴电流Idmaxf设置为基于电压的最大d轴电流Idmaxr的值。在其他情况下(即，当系统在第二象限或第四象限之一中操作时)，MDA块334将最终的最大d轴电流Idmaxf设置为基于电压的最大d轴电流Idmaxv和基于再生电流限制的最大d轴电流Idmaxr中的最高者。
RCPT块320和VPT块322使用最终的最大d轴电流Idmaxf分别计算基于再生电流限制的扭矩Tr和基于电压的扭矩限制Tv。基于再生电流限制的扭矩Tr和基于电压的扭矩限制Tv由PTA块324进一步裁定，以发送出满足所有约束的最终峰值扭矩Tpk。该最终峰值扭矩Tpk由TCL块326利用马达扭矩需求Tc进行限制，该TCL块326产生限制的扭矩命令Tcommand，该限制的扭矩命令Tcommand被传送到电流命令计算块312，该电流命令计算块312可以与第一算法200的电流命令计算块212相似或相同地起作用。
图7描绘了用于计算基于再生电流限制的最大d轴电流Idmaxr的方法400的流程图，该最大d轴电流Idmaxr是在电池电流Is满足再生电流限制Irl的同时可以产生的d轴电流的最高值。图7的流程图中所示的方法400由MDR块332执行。
方法400包括在步骤402处，求解功率方程的判别式，以寻找峰值d轴电流Idp，该峰值d轴电流Idp对应于逆变器124向直流母线12提供满足直流母线12的再生电流限制Irl的电池电流Is。换句话说，峰值d轴电流Idp是使逆变器124向直流母线12提供小于或等于再生电流限制Irl的电池电流Is的d轴电流。
方法400还包括在步骤404处，将峰值d轴电流Idp代入功率方程中，以寻找对应的基于再生电流限制的扭矩Trp。该步骤404可以使用RCPT块320或类似的算法或计算器，使用在步骤402处获得的峰值d轴电流Idp来执行。
方法400还包括在步骤406处，将峰值d轴电流Idp代入电压方程中，以寻找与直流母线12的电压限制约束Vb相对应的对应的基于峰值电压的扭矩限制Trv。该步骤406可以使用VPT块322或类似的算法或计算器，使用在步骤402处获得的峰值d轴电流Idp来执行。
方法400继续在步骤408处比较在步骤404处获得的基于再生电流限制的扭矩Trp与在步骤406处获得的基于峰值电压的扭矩限制Trv，以确定基于再生电流限制的扭矩Trp是否小于基于峰值电压的扭矩限制Trv。该比较的“是”结果指示，可以由电机19产生的再生扭矩不受直流母线12的电压限制约束Vb的限制。在这种情况下，在步骤410处将最大d轴电流Idmaxr设置为峰值d轴电流Idp。步骤408处的比较的“否”结果指示，可以由电机19产生的再生扭矩受直流母线12的电压限制约束Vb和直流母线12的再生电流限制Irl的限制。在这种情况下，在步骤412处，确定最大d轴电流Idmaxr同时满足电压限制约束Vb和再生电流限制Irl。在一些示例实施例中，步骤412使用迭代求解器确定最大d轴电流Idmaxr，以确定同时满足电压限制约束Vb和再生电流限制Irl的输出d轴电流Iditr。
图8描绘了根据本公开的各方面的示例马达控制系统的扭矩能力的曲线图。图9描绘了根据本公开的各方面的示例马达控制系统的d轴电流的曲线图。
图10-19示出了根据本公开的各方面并且与常规设计进行比较的示例马达控制系统的各种特性的曲线图。图10描绘了从直流母线12汲取或由逆变器124供应给直流母线12的电池电流Is的曲线图1000，其中，一条线示出了具有-15A的再生电流限制Irl的系统，而另一条线示出了没有再生电流限制Irl的系统。图11描绘了根据本公开的各方面的示例马达控制系统的马达电流的曲线图1100。
图12描绘了根据本公开的各方面的示例马达控制系统的q轴电流对d轴电流的曲线图1200。具体地，曲线图1200包括由功率方程计算的q轴电流(即，满足再生电流限制Irl的q轴电流)的曲线，并且该q轴电流保持小于由电压方程计算的q轴电流(即，满足电压限制约束Vb的q轴电流)的曲线。图13描绘了根据本公开的各方面的示例马达控制系统的q轴电流对d轴电流的曲线图1300。曲线图1300的曲线与曲线图1200中的曲线相似，不同之处在于，在一些点处，由功率方程计算的q轴电流(即，满足再生电流限制Irl的q轴电流)的曲线超过了由电压方程计算的q轴电流(即，满足电压限制约束Vb的q轴电流)的曲线的值。图12和图13表示MDR块332用来计算基于再生电流限制的最大d轴电流Idmaxr的两种不同情况。
图14描绘了根据本公开的各方面的示例马达控制系统的电池电流Is对速度(RPM)的曲线图1400。具体地，曲线图1400包括线，该线示出了当系统具有-50A、-15A和-5A的再生电流限制Irl时，以及当系统没有再生电流限制Irl时的不同电池电流Is(其也可以通过将再生电流限制Is设置得非常高来实现)。
图15描绘了根据本公开的各方面的示例马达控制系统的最大d轴电流Idmax的曲线图1500。具体地，曲线图1500示出了最大d轴电流Idmax的曲线，该最大d轴电流Idmax满足电机19的退磁电流限制Id_demag并且操作处于各种供应电压和扭矩(以牛顿米(Nm)给出)(包括：12V和5Nm、12V和1Nm、以及5V和1Nm)的电机19。
图16描绘了根据本公开的各方面的示例马达控制系统的扭矩能力的曲线图1600。图16包括由具有逆变器124的处于不同速度的电机19使用本公开的第一算法200(“1st算法”)和使用本公开的第二算法300(“2nd算法”)产生的扭矩的曲线。图17描绘了使用本公开的第二算法300(“2nd算法”)的示例马达控制系统的电池电流Is的曲线图1700。具体地，曲线图1700包括使用第二算法300操作的控制器16与直流母线12之间的电池电流Is的曲线图。在一些实施例中，图17中所示的电池电流Is可以与使用第一算法200产生和/或消耗的那些和/或使用常规控制方法产生和/或消耗的那些相同。
图18描绘了根据本公开的各方面的示例马达控制系统的马达电流的曲线图1800。具体地，图18包括使用本公开的第一算法200(“1st算法”)和本公开的第二算法300(“2nd算法”)的具有逆变器124的处于不同速度的电机19中的马达电流的曲线。图19描绘了根据本公开的各方面的示例马达控制系统的d轴电流Id的曲线图1900。具体地，图19包括使用本公开的第一算法200(“1st算法”)和本公开的第二算法300(“2nd算法”)的具有逆变器124的处于不同速度的电机19中的d轴电流Id的曲线。
在图20A-20B的流程图中示出了控制电机19的操作的方法2000。方法2000包括在步骤2002处，计算与直流母线12的电压限制约束Vb相对应的基于电压的扭矩限制Tv。电压限制约束Vb作为用于直流母线12的最大电压值。电压限制约束Vb可以取决于电池10的特性和/或车辆电源系统的其他方面。
方法2000还包括在步骤2004处，计算与直流母线12的再生电流限制Irl相对应的基于再生电流限制的扭矩Tr。再生电流限制Irl是准许逆变器124提供给直流母线12的最大电流值。再生电流限制Irl可以取决于电池10的特性和/或车辆电源系统的其他方面。在一些实施例中，计算与直流母线12的再生电流限制Irl相对应的基于再生电流限制的扭矩Tr的步骤(步骤2004)包括使用最终的直轴电流限制Idmaxf。因为用于给定再生电流限制Irl的峰值扭矩出现在最大d轴马达电流值处，所以最终的直轴电流限制Idmaxf可以代入用于计算对应q轴电流以及然后基于再生电流限制的扭矩Tr的等式中。
方法2000还包括在步骤2006处，当基于再生电流限制的扭矩Tr小于基于电压的扭矩限制Tv时，计算由基于再生电流限制的扭矩Tr定义的扭矩限制Tpk。在一些实施例中，当基于再生电流限制的扭矩Tr小于或等于基于电压的扭矩限制Tv时，扭矩限制Tpk由基于电流的扭矩限制Tr定义。
方法2000还包括在步骤2008处，命令逆变器124内的多个开关以使电机19产生与扭矩需求Tc相对应并且根据扭矩限制Tv的输出扭矩Te。该步骤2008可以由逆变器124在控制器130的命令或指引下执行。
方法2000还包括在步骤2009处，命令逆变器124内的所述多个开关以将直轴电流Id调节为不超过最大d轴电流Idmax。最大d轴电流Idmax由电机19的退磁电流限制Id_demag或与具有实数解的正交轴电流Iq相对应的峰值d轴电流Idp之一定义。该步骤2009可以由逆变器124在控制器130的命令或指引下执行。
在一些实施例中，直轴电流Id被限制为不超过电机19的退磁电流限制Id_demag。例如，在电机19是永磁同步马达(PMSM)的情况下，超过退磁电流限制Id_demag的直轴电流Id电流可能导致电机19内的永磁体变得永久退磁。在一些实施例中，通过限制直轴电流Id不超过电机19的退磁电流限制Id_demag来防止或避免这种退磁。替换地，在一些实施例中，可以准许直轴电流Id超过电机19的退磁电流限制Id_demag。例如，在电动助力转向(EPS)系统中，在动态转向事件(例如，路缘制动)期间，直轴电流Id可能超过退磁电流限制Id_demag。这样的应用可能相对不频繁和/或持续时间短，从而使电机19退磁的风险可能相对低。
方法2000还包括在步骤2010处，将扭矩命令Tcommand计算为扭矩需求Tc和扭矩限制Tpk中的较小者。该步骤2010可以例如通过扭矩命令限制(TCL)块226、326来执行。
方法2000还包括在步骤2012处，计算与产生扭矩命令Tcommand的电机相对应的初始d轴电流I′d和初始q轴电流I′q，统称为I′dq。该步骤2012可以例如使用最大每安培扭矩(MTPA)计算，例如通过第一算法200的MTPA块240或通过第二算法300的MTPA块340来执行。
方法2000还包括在步骤2014处，计算与满足直流母线12的再生电流限制Irl的逆变器124相对应的经修改的d轴电流I″d。该步骤2014可以例如使用基于再生电流的d轴马达电流搜索(RCDC)计算，例如通过第一算法200的RCDC块242或通过第二算法300的RCDC块342来执行。
如图20C的流程图中所示，计算与满足直流母线12的再生电流限制Irl的逆变器124相对应的经修改的d轴电流I″d的步骤2014可以包括若干子步骤。在一些实施例中，RCDC块242被配置为执行以下子步骤。
步骤2014包括在子步骤2014A处，计算与直流母线12的电压限制约束Vb相对应的电机的电压限制的直轴电流Idmaxv。该子步骤2014A可以例如通过用于电压约束(MDV)块330的最大d轴电流来执行。
步骤2014还包括在子步骤2014B处，基于电压限制的直轴电流Idmaxv来设置预期的d轴电流Id_prosp。在一些实施例中，预期的d轴电流Id_prosp被设置为等于电压限制的直轴电流Idmaxv。换句话说，电压限制的直轴电流Idmaxv可以用作搜索中的初始值。
步骤2014还包括在子步骤2014C处，利用预期的d轴电流Id_prosp计算由逆变器124生成的估计的电池电流Is_est。该子步骤2014C对应于测试每个预期的d轴电流Id_prosp以确定搜索是否成功。
步骤2014还包括在子步骤2014D处，增加预期的d轴电流Id_prosp，直到预期的d轴电流Id_prosp对应于满足再生电流限制Irl的估计的电池电流Is_est。预期的d轴电流Id_prosp可以步进式增大，并且步进可以是固定的或可变的。
方法2000还包括在步骤2016处，计算与直流母线12的再生电流限制Irl相对应的电机的电流限制的直轴电流Idmaxr。该步骤2016可以例如由第二算法300的再生电流约束(MDR)块332执行。如图20D的流程图中所示，计算与直流母线12的再生电流限制Irl相对应的电机的电流限制的直轴电流Idmaxr的步骤(步骤2016)可以包括若干子步骤。在一些实施例中，MDR块332被配置为执行以下子步骤。步骤2016及其对应的子步骤也在图7的流程图中所示的方法400中描述。
步骤2016包括在子步骤2016A处，计算峰值直轴电流Idp，其对应于向直流母线12提供小于直流母线12的再生电流限制Irl的电池电流Is的逆变器124。在一些实施例中，峰值直轴电流Idp对应于向直流母线12提供小于或等于直流母线12的再生电流限制Irl的电池电流Is的逆变器124。该子步骤2016A对应于图7的流程图中所示的方法400的步骤402。
步骤2016还包括在子步骤2016B处，使用峰值直轴电流Idp计算与直流母线12的再生电流限制Irl相对应的基于再生电流限制的扭矩Trp。该子步骤2016B对应于图7的流程图中所示的方法400的步骤404。
步骤2016还包括在子步骤2016C处，使用峰值直轴电流Idp计算与直流母线12的电压限制约束Vb相对应的基于峰值电压的扭矩限制Trv。该子步骤2016C对应于图7的流程图中所示的方法400的步骤406。
步骤2016还包括在子步骤2016D处，在基于再生电流限制的扭矩Trp小于基于峰值电压的扭矩限制Trv时，将峰值直轴电流Idp用作电流限制的直轴电流Idmaxr。该子步骤2016D对应于图7的流程图中所示的方法400的步骤410。
步骤2016还包括在子步骤2016E处，在基于再生电流限制的扭矩Trp不小于基于峰值电压的扭矩限制Trv时，计算小于峰值直轴电流Idp的电流限制的直轴电流Idmaxr的值。在一些实施例中，子步骤2016E包括计算小于或等于峰值直轴电流Idp的电流限制的直轴电流Idmaxr的值。该子步骤2016E对应于图7的流程图中所示的方法400的步骤412。在一些实施例中，该子步骤2016E包括使用间隔二分法。然而，可以使用涉及间隔求解器的其他已知数值技术来执行该子步骤2016E。
方法2000还包括在步骤2018处，使用电流限制的直轴电流Idmaxr计算最终的直轴电流限制Idmaxf。该步骤2014可以例如由第二算法300的最大d轴电流裁定(MDA)块334执行。
在一些实施例中，并且如图20E的流程图中所示，使用电流限制的直轴电流Idmaxr计算最终的直轴电流限制Idmaxf的步骤(步骤2018)还包括在子步骤2018A处，将最终的直轴电流限制Idmaxf设置为等于电压限制的直轴电流Idmaxv和电流限制的直轴电流Idmaxr中的最大者。换句话说，子步骤2018包括将电压限制的直轴电流Idmaxv和电流限制的直轴电流Idmaxr中的最大者用作最终的直轴电流限制Idmaxf。该子步骤2018A可以例如由第二算法300的最大d轴电流裁定(MDA)块334执行。
方法2000还包括在步骤2020处，计算与直流母线12的电压限制约束Vb相对应的电机的电压限制的直轴电流Idmaxv。例如，该步骤2020可以通过用于第二算法300的电压约束(MDV)块330的最大d轴电流来执行。
尽管仅结合有限数目的实施例详细描述了本公开，但是应当容易理解，本公开不限于这种公开的实施例。而是，可以对本公开进行修改以并入迄今未描述但是在范围上与本公开相对应的任何数目的变型、变更、替换或等同布置。另外，尽管已经描述了本公开的各种实施例，但是应该理解，本公开的各方面可以仅包括所描述的实施例中的一些或者各种实施例的组合。因此，本公开不应被视为由前面的描述限制。

Claims (20)

1.一种用于控制电机的操作的控制系统，包括：
逆变器，其可操作以利用开关将来自电机的交流相位母线的电流整流到直流母线；以及
控制器，其可操作以：
计算与直流母线的电压限制约束相对应的基于电压的扭矩限制；
计算与直流母线的再生电流限制相对应的基于电流的扭矩限制；
当基于电流的扭矩限制小于基于电压的扭矩限制时，计算由基于电流的扭矩限制定义的扭矩限制；
操作开关以使电机产生与扭矩需求相对应并且根据扭矩限制的输出扭矩；以及
操作开关以将直轴电流调节为不超过最大d轴电流，所述最大d轴电流由电机的退磁电流限制或峰值d轴电流之一定义，所述峰值d轴电流与具有实数解的正交轴电流相对应。
2.根据权利要求1所述的控制系统，其中，所述最大d轴电流由与具有实数解的正交轴电流相对应的峰值d轴电流定义。
3.根据权利要求1所述的控制系统，其中，所述最大d轴电流由电机的退磁电流限制定义。
4.根据权利要求3所述的控制系统，其中，所述退磁电流限制等于4Ke/(√3LdNp)，其中，Ke是反电磁力常数，Ld是电机的直轴电感，并且Np是电机的极数。
5.根据权利要求1所述的控制系统，其中，所述控制器还可操作以：
将扭矩命令计算为扭矩需求和扭矩限制中的较小者；以及
计算与产生扭矩命令的电机相对应的初始d轴电流和初始q轴电流。
6.根据权利要求5所述的控制系统，其中，所述控制器还可操作以：
计算与满足直流母线的再生电流限制的逆变器相对应的经修改的d轴电流。
7.根据权利要求6所述的控制系统，其中，所述控制器还可操作以：
计算与直流母线的电压限制约束相对应的电机的电压限制的直轴电流；
将预期的d轴电流设置为等于电压限制的直轴电流；
利用预期的d轴电流来计算由逆变器生成的估计的电池电流；以及
增加预期的d轴电流，直到预期的d轴电流对应于满足再生电流限制的估计的电池电流为止。
8.根据权利要求1所述的控制系统，其中，所述控制器还可操作以：
计算与直流母线的再生电流限制相对应的电机的电流限制的直轴电流；
使用电流限制的直轴电流计算最终的直轴电流限制；以及
使用最终的直轴电流限制来计算与直流母线的再生电流限制相对应的基于电流的扭矩限制。
9.根据权利要求8所述的控制系统，其中，所述控制器还可操作以：
计算与直流母线的电压限制约束相对应的电机的电压限制的直轴电流；并且
其中，使用电流限制的直轴电流计算最终的直轴电流限制还包括将电压限制的直轴电流和电流限制的直轴电流中的最大者用作最终的直轴电流限制。
10.根据权利要求1所述的控制系统，其中，所述电机被配置为执行以下的至少一项：向车辆的转向系统施加辅助扭矩，以及控制转向系统。
11.一种控制电机的操作的方法，包括：
计算与直流母线的电压限制约束相对应的基于电压的扭矩限制；
计算与直流母线的再生电流限制相对应的基于电流的扭矩限制；
当基于电流的扭矩限制小于基于电压的扭矩限制时，计算由基于电流的扭矩限制定义的扭矩限制；
命令逆变器内的多个开关，以使电机产生与扭矩需求相对应并且根据扭矩限制的输出扭矩；以及
命令所述多个开关以将直轴电流调节为不超过最大d轴电流，所述最大d轴电流由电机的退磁电流限制或峰值d轴电流之一定义，所述峰值d轴电流与具有实数解的正交轴电流相对应。
12.根据权利要求11所述的方法，其中，所述直轴电流由电机的退磁电流限制定义。
13.根据权利要求11所述的方法，还包括：
将扭矩命令计算为扭矩需求和扭矩限制中的较小者；以及
计算与产生扭矩命令的电机相对应的初始d轴电流和初始q轴电流。
14.根据权利要求13所述的方法，还包括：
计算与满足直流母线的再生电流限制的逆变器相对应的修改的d轴电流。
15.根据权利要求14所述的方法，其中，计算与满足直流母线的再生电流限制的逆变器相对应的修改的d轴电流还包括：
计算与直流母线的电压限制约束相对应的电机的电压限制的直轴电流；
基于电压限制的直轴电流设置预期的d轴电流；
利用预期的d轴电流来计算由逆变器生成的估计的电池电流；以及
增加预期的d轴电流，直到预期的d轴电流对应于满足再生电流限制的估计的电池电流为止。
16.根据权利要求11所述的方法，还包括：
计算与直流母线的再生电流限制相对应的电机的电流限制的直轴电流；
使用电流限制的直轴电流计算最终的直轴电流限制；并且
其中，计算与直流母线的再生电流限制相对应的基于电流的扭矩限制包括使用最终的直轴电流限制。
17.根据权利要求16所述的方法，还包括：
计算与直流母线的电压限制约束相对应的电机的电压限制的直轴电流；并且
其中，使用电流限制的直轴电流计算最终的直轴电流限制还包括将电压限制的直轴电流和电流限制的直轴电流中的最大者用作最终的直轴电流限制。
18.根据权利要求16所述的方法，其中，计算与直流母线的再生电流限制相对应的电机的电流限制的直轴电流还包括：
计算峰值直轴电流，所述峰值直轴电流对应于向直流母线提供小于直流母线的再生电流限制的电池电流的逆变器；
使用峰值直轴电流计算与直流母线的再生电流限制相对应的基于再生电流限制的扭矩；
使用峰值直轴电流计算与直流母线的电压限制约束相对应的基于峰值电压的扭矩限制；
当基于再生电流限制的扭矩小于基于峰值电压的扭矩限制时，将峰值直轴电流用作电流限制的直轴电流；以及
当基于再生电流限制的扭矩不小于基于峰值电压的扭矩限制时，计算小于峰值直轴电流的电流限制的直轴电流的值。
19.一种控制电机的操作的方法，包括：
计算与直流母线的电压限制约束相对应的电机的电压限制的直轴电流；
计算与直流母线的再生电流限制相对应的电机的电流限制的直轴电流；
将最终的直轴电流限制计算为电压限制的直轴电流和电流限制的直轴电流中的最大者；以及
命令逆变器内的多个开关，以使电机利用满足最终的直轴电流限制的直轴电流而产生输出扭矩。
20.根据权利要求19所述的方法，还包括：
计算峰值直轴电流，所述峰值直轴电流对应于向直流母线提供小于直流母线的再生电流限制的电池电流的逆变器；
使用峰值直轴电流计算与直流母线的再生电流限制相对应的基于再生电流限制的扭矩；
使用峰值直轴电流计算与直流母线的电压限制约束相对应的基于峰值电压的扭矩限制；
当基于再生电流限制的扭矩小于基于峰值电压的扭矩限制时，将峰值直轴电流用作电流限制的直轴电流；以及
当基于再生电流限制的扭矩不小于基于峰值电压的扭矩限制时，计算小于峰值直轴电流的电流限制的直轴电流的值。
CN202011268511.3A 2020-11-13 2020-11-13 同步马达驱动器的再生电流限制 Pending CN114499311A (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202011268511.3A CN114499311A (zh) 2020-11-13 2020-11-13 同步马达驱动器的再生电流限制

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202011268511.3A CN114499311A (zh) 2020-11-13 2020-11-13 同步马达驱动器的再生电流限制

Publications (1)

Publication Number Publication Date
CN114499311A true CN114499311A (zh) 2022-05-13

Family

ID=81491161

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN202011268511.3A Pending CN114499311A (zh) 2020-11-13 2020-11-13 同步马达驱动器的再生电流限制

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN114499311A (zh)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
FR3136616A1 (fr) * 2022-06-09 2023-12-15 Jtekt Europe Procédé de limitation de la puissance électrique régénérée par un moteur électrique de type synchrone

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
FR3136616A1 (fr) * 2022-06-09 2023-12-15 Jtekt Europe Procédé de limitation de la puissance électrique régénérée par un moteur électrique de type synchrone

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN109768740B (zh) 永磁同步马达驱动中的功率管理
EP2681570B1 (en) Dc bus voltage control
US10333440B2 (en) Motor control apparatus and electric power steering system
JP5453714B2 (ja) モータ制御装置および電動パワーステアリング装置
US11177752B2 (en) Controller anti-windup for permanent magnet synchronous machines
US11349430B2 (en) Regenerative current limiting of synchronous motor drives
US11424706B2 (en) Battery current limiting of permanent magnet synchronous motor drives using operation condition monitoring
CN107453683B (zh) 用于控制或管理dc电机的方法和系统
US11563225B2 (en) System and method of controlling air compressor motor for fuel cell vehicle and system and method of controlling operation of fuel cell vehicle using same
CN110620540A (zh) 永磁同步马达驱动器的参数学习
JP5570401B2 (ja) 電動パワーステアリング装置
CN114499311A (zh) 同步马达驱动器的再生电流限制
CN112838798A (zh) 使用机器电流限制的永磁同步马达驱动器的功率管理
US11884341B2 (en) Active motor current limiting of synchronous motor drives
US11863093B2 (en) Motor control device and motor control method
JP2019050684A (ja) パワーステアリング装置の制御装置
CN110855206B (zh) 永磁同步电机的电机电流限制
US10618547B2 (en) Regenerative current limiting of DC machines
US9061700B2 (en) Electric power steering control apparatus
US11938918B2 (en) Multi-objective optimization for active power management of synchronous motor drives
US11616457B2 (en) Torque capability optimization under active limiting of regenerative current in synchronous motor drives
JP2014166804A (ja) 電動パワーステアリング装置
CN111344947A (zh) 电动机控制装置、电动致动器产品以及电动助力转向装置
JP2019124670A (ja) 回転角検出装置、モータ制御装置、電動パワーステアリング装置、及び回転角検出方法

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