CN116961507A - 用于双绕线同步电动机驱动的前馈电流控制 - Google Patents

用于双绕线同步电动机驱动的前馈电流控制 Download PDF

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Abstract

一种控制双绕线同步电机的方法，包括：基于与第一绕组组合和第二绕组组合相关联的第一电动机电流命令和第二电动机电流命令，确定正负虚拟半电动机电流命令；基于虚拟半电动机电流命令并使用第一组增益因子和第二组增益因子来计算正负最终电压命令；以及基于最终电压命令，命令逆变器对两个绕组组合中的每一个施加输出电压，从而使在绕组组合中生成输出电流。输出电流各自具有d轴分量和q轴分量，并且第一组增益因子和第二组增益因子中的至少一组增益因子被配置为使第一输出电流的d轴分量和q轴分量与第二输出电流的d轴分量和q轴分量的变化解耦。

Description

用于双绕线同步电动机驱动的前馈电流控制
背景技术
双绕线同步电机，也称为双绕组同步电机，是具有两组电气独立定子绕组的电机。这种双绕线同步电机可以用作电动机、发电机或电动机/发电机。每组定子绕组可以作为相应的半电动机(half-motor)独立运转，并且可以由相应的逆变器供电。这种双绕线电动机可用于多种应用，并且可以为安全关键应用提供冗余，以便在失去多组定子绕组中的一组和/或多个逆变器中的一个的情况下继续运行。
双绕线同步电机，包括双绕线永磁同步电机(DW-PMSM)，固有地在两组定子绕组之间具有电磁(电感)耦合(即，由流过两组定子绕组中每一组定子绕组的电流而生成的磁场所产生的感应引起的在电路之间的耦合)。这种感应导致电流的相关性，以及因此由双绕线电机的两个绕组组合产生的扭矩。这种耦合的程度或显著性取决于电机的具体设计，特别是设计的具体特征，包括但不限于定子槽、转子磁极、磁体的位置和绕组配置。
使用DW-PMSM的传统应用通常不认为两个半电动机之间的电感耦合是显著的，并且所产生的电动机驱动系统硬件拓扑以及其中采用的控制算法产生次优的性能。
DW-PMSM的扭矩控制通常经由电流控制间接执行，电流控制可以实现为闭环反馈电流控制系统，该系统采用电流调节器对电流测量值进行调节，或者作为使用电机的逆数学模型的前馈电流控制系统。电感耦合对电动机控制系统的总电流、以及扭矩和控制性能的影响在很大程度上取决于电流控制技术的选择和控制器的具体结构的选取。本公开描述了可用于DW-PMSM开环电流控制的前馈电流控制器，该结构考虑了绕组组合之间的电磁耦合，以实现最佳电流和扭矩控制性能。
发明内容
在本发明的一个实施例中，提供了一种用于控制双绕线同步电机的系统。该系统包括处理器和存储器，存储器包括指令。当指令由处理器执行时，使处理器：基于与第一绕组组合相关联的第一电动机电流命令和与第二绕组组合相关联的第二电动机电流命令，确定正虚拟半电动机电流命令和负虚拟半电动机电流命令；基于正虚拟半电动机电流命令并使用第一组增益因子来计算正虚拟半电动机前向路径电压命令；基于负虚拟半电动机电流命令并使用第二组增益因子来计算负虚拟半电动机前向路径电压命令；基于正虚拟半电动机前向路径电压命令，确定正虚拟半电动机最终电压命令；基于负虚拟半电动机前向路径电压命令，确定负虚拟半电动机最终电压命令；通过对正虚拟半电动机最终电压命令和负虚拟半电动机最终电压命令应用第二数学变换，确定第一最终电压命令和第二最终电压命令；基于第一最终电压命令，命令第一逆变器对第一绕组组合施加第一输出电压，从而使在第一绕组组合中生成第一输出电流；并且基于第二最终电压命令，命令第二逆变器对第二绕组组合施加第二输出电压，从而使在第二绕组组合中生成第二输出电流。第一输出电流和第二输出电流各自具有d轴分量和q轴分量，并且第一组增益因子和第二组增益因子中的至少一组增益因子被配置为使第一输出电流的d轴分量和q轴分量与第二输出电流的d轴分量和q轴分量的变化解耦。
在本发明的另一个实施例中，提供了一种控制双绕线同步电机的方法。本方法包括：基于与第一绕组组合相关联的第一电动机电流命令和基于与第二绕组组合相关联的第二电动机电流命令，确定正虚拟半电动机电流命令与负虚拟半电动机电压命令；基于正虚拟半电动机电流命令并使用第一组增益因子来计算正虚拟半电动机前向路径电压命令；基于负虚拟半电动机电流命令并使用第二组增益因子来计算负虚拟半电动机前向路径电压命令；基于正虚拟半电动机前向路径电压命令，确定正虚拟半电动机最终电压命令；基于负虚拟半电动机前向路径电压命令，确定负虚拟半电动机最终电压命令；通过对正虚拟半电动机最终电压命令和负虚拟半电动机最终电压命令应用第二数学变换，确定第一最终电压命令和第二最终电压命令；基于第一最终电压命令，命令第一逆变器对第一绕组组合施加第一输出电压，从而使在第一绕组组合中生成第一输出电流；并且基于第二最终电压命令，命令第二逆变器对第二绕组组合施加第二输出电压，从而使在第二绕组组合中生成第二输出电流。第一输出电流和第二输出电流各自具有d轴分量和q轴分量，并且第一组增益因子和第二组增益因子中的至少一组增益因子被配置为使第一输出电流的d轴分量和q轴分量与第二输出电流的d轴分量和q轴分量的变化解耦。
在本发明的另一实施例中，提供了一种控制双绕线同步电机的方法。该方法包括：基于与第一绕组组合相关联的第一电动机电流命令并使用第一组增益因子来计算第一前馈控制信号；基于与第二绕组组合相关联的第二电动机电流命令并使用第二组增益因子来计算第二前馈控制信号；基于第二电动机电流命令并使用第三组增益因子来计算第一耦合补偿信号；基于第一电动机电流命令并使用第四组增益因子来计算第二耦合补偿信号；基于第一前馈控制信号和第一耦合补偿信号来确定第一最终电压命令；基于第二前馈控制信号和第二耦合补偿信号来确定第二最终电压命令；基于第一最终电压命令，命令第一逆变器对第一绕组组合施加第一输出电压，从而使在第一绕组组合中生成第一输出电流；并且基于第二最终电压命令，命令第二逆变器对第二绕组组合施加第二输出电压，从而使在第二绕组组合中生成第二输出电流。第一输出电流和第二输出电流各自具有d轴分量和q轴分量，并且第三组增益因子和第四组增益因子中的至少一组增益因子被配置为使第一输出电流的d轴分量和q轴分量与第二输出电流的d轴分量和q轴分量的变化解耦。
从以下结合附图的描述中，这些和其他优点和特征将变得更加明显。
附图说明
特别指出了被视为本发明的主题，并在说明书结尾处的权利要求中明确要求保护。本发明的上述和其他特征以及优点可以从以下结合附图的详细描述中变得显而易见，其中：
图1是根据本公开的原理的EPS系统的示意图。
图2是根据本公开的原理的双绕线电动机驱动系统的示意图。
图3A-图3B是根据本公开的原理的双绕线电动机驱动系统的示意图。
图4是根据本公开的原理的在同步参考系中的双绕线永磁同步电机的数学模型的表示的框图。
图5是根据本公开的原理的对双绕线永磁同步电动机的两个半电动机进行解耦的数学变换的表示的框图。
图6是示出根据本公开的原理的数学模型的框图，该数学模型示出应用解耦变换而产生双绕线永磁同步电动机的两个虚拟半电动机。
图7是示出根据本公开的原理的用于双绕线电动机的直接前馈电动机控制器的框图。
图8是示出根据本公开的原理的用于虚拟半电动机绕组的动态前馈电流控制器的框图。
图9是示出根据本公开的原理的用于虚拟半电动机绕组的静态前馈电流控制器的框图。
图10A-图10B是示出了根据本公开的原理的用于经解耦的正负虚拟半电动机绕组的动态前馈电流控制器的框图。
图11A-图11B是示出了根据本公开的原理的用于控制双绕线电动机的第一方法的流程图。
图12A-图12B是示出了根据本公开的原理的用于控制双绕线电动机的第二方法的流程图。
具体实施方式
现在参考附图，在不限制具体实施例的情况下，将参考具体实施例描述本公开，可以理解，所公开的实施例仅仅是本公开的示例，可以以不同的和替代的形式体现。附图不一定是按比例绘制的；一些特征可能被夸大或缩小以示出特定组件的细节。因此，本文所公开的具体结构和功能细节不应被解释为限制性的，而仅仅是教导本领域技术人员不同地使用本公开的表示性基础。
本文中使用的术语模块和子模块是指一个或更多个处理电路，例如专用集成电路(ASIC)、电子电路、执行一个或更多个软件或固件程序的处理器(共享、专用或群组)和存储器、组合逻辑电路和/或提供所述功能的其他合适组件。可以理解，下面描述的子模块可以被组合和/或进一步被分割。
图1是适用于实施所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，转向机构36包括齿条齿轮型机构，该机构具有位于壳体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，在下文中以转动方向盘26(例如手轮等)表示，上转向轴29转动，并且通过万向节34连接到上转向轴29的下转向轴51使小齿轮转动。小齿轮的旋转使齿条移动，齿条使拉杆38(仅示出一个)移动，进而使转向节39(仅示出其中一个)移动，从而使转向轮44(仅示出另一个)转动。
电动助力转向辅助通过通常由附图标记24指定的转向运动控制系统提供，并且包括控制器16和电机，电机可以是永磁同步电动机，在下文中表示为电动机19。控制器16由车辆电源10通过电源导体12供电。控制器16从车速传感器17接收表示车速的车速信号14。转向角通过位置传感器32测量，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，并向控制器16供应位置信号20。电动机速度可使用转速表或任何其他设备来测量，并将其作为速度信号21传输给控制器16。可以测量、计算或测量并计算被标记为ωm的电动机速度。例如，电动机速度ωm可以被计算为由位置传感器32在规定时间间隔内测量的电动机位置的变化。例如，电动机速度ωm可以被确定为电动机位置θm相对于时间的导数。可以理解的是，有许多众所周知的方法可用于执行导数的功能。
当方向盘26被转动时，扭矩传感器28感测车辆操作者施加到方向盘26的扭矩。扭矩传感器28可以包括扭杆(未示出)和可变电阻型传感器(也未示出)，其向控制器16输出与扭杆上的扭转量有关的扭矩信号18。虽然这是一种扭矩传感器，但所使用的利用已知的信号处理技术的任何其他合适的扭矩传感设备都可以。响应于各种输入，控制器向电动机19发送命令22，电动机19通过蜗杆47和蜗轮48向转向系统供应扭矩辅助，为车辆转向提供扭矩辅助。
应当注意的是，虽然所公开的实施例是通过参考电动转向应用的电动机控制来描述的，但应理解，这些参考仅是示例性的，并且所公开的实施例可以应用于使用电动机的任何电动机控制应用，例如转向、阀门控制等。此外，本文中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。还应注意的是，本文中提及的电机包括但不限于电动机，为了简洁起见，下文中仅提及电动机而不限于电动机。
在所描述的转向运动控制系统24中，控制器16利用扭矩、位置和速度等来计算命令，以提供期望的输出功率。控制器16设置为与电动机控制系统的各种系统和传感器通信。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，并且响应于接收到的信息(在本例中例如向电动机19)提供输出命令信号。控制器16配置为从逆变器(未示出)中产生相应的电压，逆变器可以可选地与控制器16合并，在本文中称为控制器16，以便当应用于电动机19时，产生期望的扭矩或位置。在一个或更多个示例中，控制器16作为电流调节器以反馈控制模式运行，以生成命令22。或者，在一个或更多个示例中，控制器16以前馈控制模式运行，以生成命令22。因为这些电压与电动机19的位置和速度以及期望的扭矩有关，转子的位置和/或速度以及操作者施加的扭矩被确定。位置编码器连接到转向轴51，以检测角度位置θ。编码器可以基于光学检测、磁场变化或其他方法感测旋转位置。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，以及包括上述中的至少一个在内的组合。位置编码器输出位置信号20，该位置信号20指示转向轴51的角度位置，并由此指示电动机19的角度位置。
期望的扭矩可以由一个或更多个扭矩传感器28确定，该传感器发送指示所施加的扭矩的扭矩信号18。该扭矩传感器28以及来自该扭矩传感器的扭矩信号18，可以是对符合的扭杆、弹簧或类似的装置(未示出)的响应，该装置被配置为提供指示所施加的扭矩的响应。
在一个或更多个示例中，温度传感器23位于电动机19上。优先地，将温度传感器23配置为直接测量电动机19的感应部分的温度。温度传感器23向控制器16发送温度信号25，以便于进行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，以及包括上述传感器中的至少一个在内的组合，当被适当放置时，这些传感器提供与特定温度成比例的可校准的信号。
位置信号20、速度信号21和扭矩信号18等被施加到控制器16。控制器16处理所有的输入信号以生成对应于每个信号的值，从而产生可用于本文规定的算法中的处理的转子位置值、电动机速度值和扭矩值。如上所述的测量信号通常也会根据需要被线性化、补偿和滤波，以增强所采集信号的特性或消除不期望的特性。例如，信号可以被线性化以提高处理速度或处理信号的大动态范围。此外，可以使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。
为了起到规定的作用并且进行期望的处理，以及由此进行计算(例如电动机参数的识别、控制算法等)，控制器16可以包括但不限于处理器、计算机、DSP、存储器、存储装置、寄存器、定时器、断路器、通信接口和输入/输出信号接口等，以及包括上述中的至少一个在内的组合。例如，控制器16可以包括输入信号处理和滤波，以实现对来自通信接口的此类信号的准确采样和转换或采集。
如本文所用，变量符号上方带有波浪号(～)的变量表示近似值，可通过数学计算、查找表等确定。变量符号上方带有条的变量表示矢量量。带有上标星号(*)的变量表示命令或期望的设定点值。
图2示出了具有双绕线永磁同步电动机(DW-PMSM)的电动机驱动系统，也称为双绕线同步电机(DWSM)或双绕线电动机60，功率转换器66a和66b(每个转换器包括栅极驱动器和相应的逆变器)，以及电动机控制器70(也称为控制器)。双绕线电动机60可用于任何数量的应用，例如图1所示的转向运动控制系统24中的电动机19。功率转换器66a和66b可包括若干开关设备，例如用于切换大电流负载的场效应晶体管(FET)和用于操作开关设备的栅极驱动电路。电动机控制器70从运动控制器80(例如动力转向控制器)接收电动机扭矩命令
电动机控制器70可以基于来自运动控制器80的电动机扭矩命令并使用前馈电流控制技术来生成电压命令/>例如，电动机控制器70可以包括电压命令生成器(未示出)，以使用一个或更多个优化生成电压命令/>和/或使电动机驱动系统满足一个或更多个运行约束，例如对由电动机驱动系统产生或向电动机驱动系统供应的电压和/或电流的约束。前馈电压控制技术可以包括本公开中提供的技术，但也可以使用其他前馈控制技术。
双绕线电动机60包括第一绕组组合62a和第二绕组组合62b，第二绕组组合62b在电气上独立于第一绕组组合62a。双绕线电动机60能够通过给绕组组合62a、62b中的一者或两者通电来生成电磁扭矩。两个绕组组合62a和62b可各自包括三相，因此，两个绕组组合62a、62b中的每一个可包括三相绕组。或者，每个绕组组合62a、62b可以包括任意数量的绕组相，例如五相或七相。在一些实施例中，双绕线电动机60是多相永磁同步电机(PMSM)。然而，双绕线电动机60可以是任何类型的同步电机，例如多相绕线磁场同步电机。此外，双绕线电动机60可以具有凸极配置或隐极配置，取决于永磁体或磁场绕组在转子上的位置。每个绕组组合62a、62b可以单独发挥作用，并且双绕线电动机60可以通过对绕组组合62a、62b中的一者或两者通电来操作。
功率转换器66a和66b配置为分别向绕组组合62a和62b提供交流电(AC)电压。绕组组合62a、62b通过相位引线68a和68b连接到各自的功率转换器66a、66b。即使绕组组合62a、62b中的一个、电动机引线68a、68b中的一个和/或功率转换器66a、66b中的一个完全失效或发生故障，这种配置也可以提供冗余，允许双绕线电动机60继续发挥作用。功率转换器66a、66b可通过电气隔离实现额外冗余。
电动机控制器70基于电动机扭矩命令生成电压命令/>电压命令/>可分别包括d轴和q轴成分部分/>每个功率转换器66a、66b基于电压命令/>来向绕组组合62a、62b中的相应的一个施加输出电压/>
图2中拓扑结构的主要限制是电动机控制器70只有一个电压命令输出，因此功率转换器66a、66b必须使用相同的电压命令来产生几乎相同的用于施加于两个绕组组合62a、62b的电压输出/>考虑到两个绕组组合62a、62b之间的电感耦合，这使得不能灵活控制来获得“最佳”控制性能，由于每个功率转换器66a、66b的输出是“绑定”的(即相同的)，因此不能利用关于两个绕组组合62a、62b的任何独立测量来提高控制性能。
图3A示出了与图2的运动控制系统相似或相同的双绕线电动机控制系统的示意图，除了图2的单电动机控制器70被替换为独立的第一电动机控制器72a和第二电动机控制器72b以外。第一电动机控制器72a可以生成第一电压命令该第一电压命令经由第一功率转换器66a并基于电动机扭矩命令/>应用于第一绕组组合62a。第二电动机控制器72b可以类似地生成第二电压命令/>该第二电压命令经由第二功率转换器66b并基于电动机扭矩命令应用于第二绕组组合62b。因此，图3A的双绕线电动机控制系统可以为两个绕组组合62a、62b提供独立的电压控制。
图3B示出了与图2的运动控制系统类似或相同的双绕线电动机控制系统的示意图，除了电动机控制器70被配置为生成独立的第一电压命令和第二电压命令/>并将其分别提供给对应的功率转换器66a和66a以外。因此，图3B的双绕线电动机控制系统也可以为两个绕组组合62a、62b提供独立的电压控制。
DW-PMSM的控制算法开发之前已经假定两个半电动机之间存在可忽略的电感耦合。虽然已经想到可能存在这种耦合，但尚未推导或提出足够的分析或数学模型来捕捉这种效应。因此，传统的控制设计不考虑这种耦合，而且DW电机的两侧之间总是固有地存在一些电流感应。本文介绍了同步或dq参考系中DW-PMSM的通用数学模型，该模型适用于隐极和凸极配置。还提供了适用于隐极电机的简化模型。
DW-PMSM的通用数学模型如以下的方程(1)所示。
在此模型中，使用下标1和2表示两侧或半电动机，Vd和Vq分别是d轴电动机电压和q轴电动机电压。Id和Iq分别是d轴电动机电流和q轴电动机电流。R是相位电阻，Ld和Lq分别是每个半电动机的d轴电感和q轴电感。Md和Mq是表示两个半电动机之间耦合的电感项，ωe是电动机速度，λm是永磁(PM)磁链。注意，电动机速度也称为电机的同步频率，与机械电动机速度ωm相关，如下所示：
ωe＝pωm (2)
其中p是磁极对的数量。
电磁扭矩Te由以下的方程(3)确定：
Te＝p((λm(Iq1+Iq2))+(Lq-Ld)(Id1Iq1+Id2Iq2) (3)
+(Mq-Md)(Id1Iq2+Id2Iq1))
在双绕线电动机60的正常运行过程中，方程(1)-(3)中的参数可能会发生显著变化。电阻R会随着双绕线电动机60的绕组的温度变化，并且对于两个绕组组合来说可能会有所不同。由于磁饱和(通过与电流Id1、Iq1、Id2、Iq2的相关性来表示)，电感Ld、Lq、Md、Mq可能分别同时独立且非线性地变化。PM磁链λm可能因磁饱和和温度而变化。
假定d轴电感和q轴电感相等的用于隐极电机的简化数学模型如以下的方程(4)所示。
隐极的电磁扭矩Te可由以下方程(5)表示：
Te＝pλm(Iq1+Iq2) (5)
方程(1)的两个对角方阵表示单个绕组组合的数学模型，这与传统单绕组PMSM的数学模型相同，而非对角矩阵表示两组绕组之间的耦合。图4所示为表示双绕线电动机60的这种通用数学模型的框图100。
具体而言，框图100包括第一绕组模型102a和第二绕组模型102b，其中每个绕组模型102a、102b表示双绕线电动机60的绕组组合62a、62b中的相应的一个的运行。第一绕组模型102a产生表示第一d轴电流和q轴电流Id1、Iq1的第一输出信号104a，该电流由第一绕组组合62a响应于给定的第一绕组电压信号106a而生成。同样地，第二绕组模型102b产生表示第二d轴电流和q轴电流Id2、Iq2的第二输出信号104b，该电流由第二绕组组合62b响应于给定的第二绕组电压信号106b而生成。
第一绕组模型102a接收具有施加于第一绕组组合62a的第一d轴电压Vd1和第一q轴电压Vq1的值的矩阵，作为第一绕组电压信号106a。该第一绕组电压信号106a被提供给第一加法块108a，第一加法块108a减去第一反电动势(back-EMF，BEMF)信号110a并产生第一复合信号112a。第一复合信号112a可以表示作用于第一绕组组合62a的电压的总和。第一BEMF信号110a表示由第一绕组组合62a生成的BEMF。第一复合信号112a被提供给第一变换块114a，该第一变换块基于第一复合信号112a生成第一输出信号104a。
第二绕组模型102b接收具有施加于第二绕组组合62b的第二d轴电压Vd1和第二q轴电压Vq1的值的矩阵，作为第二绕组电压信号106b。该第二绕组电压信号106b被提供给第二加法块108b，第二加法块108b减去第二BEMF信号110b并产生第二复合信号112b。第二复合信号112b可以表示作用于第二绕组组合62b的电压的总和。第二BEMF信号110b表示由第二绕组组合62b生成的BEMF。第二复合信号112b被提供给第二变换块114b，该第二变换块114b基于第二复合信息112b生成第二输出信号104b。
第一绕组模型102a还包括第一耦合变换块118a，该第一耦合变换块118a基于第二输出信号104b来产生第一耦合电压信号116a。第一耦合电压信号116a表示由于第二绕组组合62b中的电流而导致的对第一绕组组合62a的影响。第一耦合电压信号116a被提供给第一加法块108a，该第一加法块108a使第一复合信号112a的每个分量减去第一耦合电压讯号116a的对应分量值。
同样地，第二绕组模型102b还包括第二耦合变换块118b，该第二耦合变换块118b基于第一输出信号104a来产生第二耦合电压信号116b。第二耦合电压信号116b表示由于第一绕组组合62a中的电流而导致的对第二绕组组合62b的影响。第二耦合电压信号116b被提供给第二加法块108b，该第二加法块108b使第二复合信号112b的每个分量减去第二耦合信号116b的对应分量值。
通过以下方程(6)-(8)所示的数学变换，绕组模型102a、102b可以从控制角度转换为两个解耦的虚拟电机，如图5所示。
Xpn＝[Rf]X12 (6)
X12＝[Rb]Xpn (7)
其中Xpn表示提供给正、负半电机的电压或电流，X12表示提供给双绕线电动机60的绕组组合62a、62b的相应组合的电压或电流，Rf表示前向变换，Rb表示反向变换。此外，请注意，方程(8)示出反向变换是前向变换的逆变换。在一些实施例中，前向变换Rf可以采用输出变换块156的形式。在一些实施例中，反向变换Rb可以采用输入变换块152的形式。
图5所示为双绕线PMSM模型的框图150，其中这些数学变换应用于电压输入和电流输出。具体而言，框图150包括输入变换块152，其基于正虚拟半电动机电压信号154a和负虚拟半电动机电压信号154b来生成第一绕组电压信号106a和第二绕组电压信号106b。正半电动机电压信号154a采用2x1矩阵的形式，矩阵的值为提供给正半电动机的d轴电压Vdp和q轴电压Vqp。同样地，负半电动机电压信号154b采用2x1矩阵的形式，矩阵的值为提供给负半电动机的d轴电压Vdn和q轴电压Vqn。
框图150还包括输出变换块156，该输出变换块基于来自于第一绕组模型102a的第一输出信号104a以及基于来自于第二绕组模型102b的第二输出信号104b来生成正虚拟半电动机电流信号158a和负虚拟半电动机电流信号158b。正虚拟半电动机电流信号158a采用2x1矩阵的形式，矩阵具有d轴电流Idp和q轴电流Iqp的值。同样地，负虚拟半电动机电流信号158b采用2x1矩阵的形式，矩阵具有d轴电流Idn和q轴电流Iqn的值。
通过执行变换，可以得到方程(9)所示的合成电机模型，如下所示：
通过数学变换获得的电磁扭矩Te可表示为方程(10)，如下所示：
Te＝p(λm+((Lq+Mq)-(Ld+Md))Idp)Iqp (10)
解耦模型170的框图表示如图6所示。该解耦模型170也可称为双绕线PMSM的虚拟模型，因为它说明了两个相互独立的单独数学模型，因此由相互解耦的正虚拟半电动机和负虚拟半电动机模型组成。注意，一旦需要在控制算法块的接口(未示出)处施加与变换矩阵Rf、Rb相关联的适当变换，控制算法设计就可以在以下假定下进行：从控制器的角度来看，“有效”的电动机(对象)是双绕线电动机60的解耦模型170，包括相互解耦的正虚拟半电动机绕组和负虚拟半电动机绕组172a、172b。因此，解耦模型170包括正虚拟半电动机绕组172a和负虚拟半电动机绕组172b。正虚拟半电动机绕组172a也可以称为正虚拟半电动机，负虚拟半电动机绕组172b也可以称为负虚拟半电动机。
正虚拟半电动机绕组172a接收正虚拟半电动机电压信号154a，并产生正虚拟半电动机电流信号158a。正虚拟半电动机绕组172a包括描述其动态行为的正半电动机传递矩阵174a。由输入电压克服BEMF电压180a而产生的净电压176a表示为由减法模块178a执行的差分运算，用作产生正虚拟半电动机电流信号158a的正半电动机传递矩阵174a的输入。注意，正半电动机BEMF电压信号180a包括2ωeλm项，该项与第一绕组模型和第二绕组模型102a、102b的BEMF信号110a、110b两者分别结合。
负虚拟半电动机绕组172b接收负虚拟半电动机电压信号154b，并产生负虚拟半电动机电流信号158b。负虚拟半电动机绕组172b包括描述其动态行为的负半电动机传递矩阵174b。由输入电压克服负半电动机BEMF电压信号180b表示的电压而产生的净电压176b表示为减法模块178b的差分结果，用作产生负虚拟半电动机电流信号158b的负半电动机传递矩阵174b的输入。注意，由于正半电动机BEMF电压信号180a与第一绕组模型和第二绕组模型102a、102b的BEMF信号110a、110b两者分别结合，因此负半电动机BEMF电压信号180b包括零矩阵。换句话说，与正虚拟半电动机绕组172a不同，负虚拟半电动机绕组172b不包括任何BEMF补偿。负半电动机传递矩阵174b类似于正半电动机传递矩阵174a，除了每个元素的符号变化(正变负)以外。
通过对产生虚拟半电动机绕组172a、172b的广义模型应用变换，整体电流调节问题可以简化为调节正、负虚拟半电动机电流信号158a、158b。虚拟半电动机绕组172a、172b的动作与典型的单绕组三相PMSM基本相同，因此，可采用增强的电流调节技术来生成对应的虚拟半电动机电压信号154a、154b。
正虚拟半电机和负虚拟半电机的数学模型可以用简写形式概括并写成以下的方程(11)：
其中，x可以替换为p或n，从而表示正虚拟半电机或负虚拟半电机，而对于第一虚拟半电机和第二虚拟半电机，u是分别等于2或0的标量。两个半电机的电感项可以以双绕线电动机60的自感和耦合电感的形式表示，如方程(12)-(15)所示，如下所示：
Ldp＝Ld+Md (12)
Lqp＝Lq+Mq (13)
Ldn＝Ld-Md (14)
Lqn＝Lq-Mq (15)
图7是示出用于双绕线电动机60的直接前馈电动机控制器200的框图。直接前馈电动机控制器200包括第一前馈电流控制器202a，第一前馈电流控制器202a配置为生成施加于第一定子绕组组合62a的第一绕组电压信号106a，如第一绕组模型102a所示。直接前馈电动机控制器200还包括第二前馈电流控制器202b，第二前馈电流控制器202b配置为生成施加于第二绕组组合62b的第二绕组电压信号106b，如第二绕组模型102b所示。
前馈电流控制器202a、202b分别被配置为生成参考电压信号 从而使双绕线电动机60的相应的绕组组合62a、62b产生或接收d轴和q轴值为Id1、Iq1、Id2、Iq2的电动机电流，其等于相应的d轴和q轴电流命令值/>
第一前馈电流控制器202a在第一电流输入204a上接收第一电动机电流命令值并使用这些第一电动机电流命令值/>来生成第一绕组电压信号106a，该第一绕组电压信号106a可以被写成d轴和q轴电压/> 然后，该第一参考电压信号106a可例如通过第一开关组66a施加到第一定子绕组组合绕组组合62a，作为第一施加电压Vd1、Vq1。
同样地，第二前馈电流控制器202b在第二电流输入204b上接收第二电动机电流命令值并使用这些第二电动机电流命令值/>来生成第二绕组电压信号106b，该第二绕组电压信号106b可以被写成d轴和q轴电压/>然后，该第二参考电压信号106b可例如通过第二开关组66b施加到第二绕组组合62b，作为第二施加电压Vd2、Vq2绕组组合。
第一前馈电流控制器202a包括：第一加法块208a；第一BEMF补偿块209a，该第一BEMF补偿块209a配置为生成第一BEMF补偿电压210a；第一前馈补偿块214a，该第一前馈补偿块214a配置为生成第一前馈控制信号212a；以及第一耦合补偿块218a，该第一耦合补偿块218a配置为生成第一耦合补偿信号216a。第一加法块208a通过将第一BEMF补偿电压210a、第一前馈控制信号212a和第一耦合补偿信号216a中的每一个相加来生成第一绕组电压信号106a。
如图7所示，第一前馈补偿块214a使用具有以下形式的增益因子矩阵来执行数学变换：
如图7所示，第一耦合补偿块218a使用具有以下形式的增益因子矩阵来执行数学变换：
第二前馈电流控制器202b还包括：第二加法块208b；第二BEMF补偿块209b，该第二BEMF补偿块209b配置为生成第二BEMF补偿电压210b；第二前馈补偿块214b，该第二前馈补偿块214b配置为生成第二前馈控制信号212b；以及第二耦合补偿块218b，该第二耦合补偿块218b配置为生成第二耦合补偿信号216b。第二加法块208b通过将第二BEMF补偿电压210b、第二前馈控制信号212b和第二耦合补偿信号216b中的每一个相加来生成第二绕组电压信号106b。
如图7所示，第二前馈补偿块214b使用具有以下形式的增益因子矩阵来执行数学变换：
如图7所示，第二耦合补偿块218b使用具有以下形式的增益因子矩阵来执行数学变换：
直接前馈电动机控制器200的每个前馈电流控制器200a、200b配置为相应绕组模型102a、102b的逆。例如，BEMF补偿块209a、209b各自包括被配置为抵消相应BEMF信号110a、110b的项。如图7所示，可以通过加法块208a、208b中的一个加法块执行加法来实现该抵消，这抵消了在相应绕组模型102a、102b中的加法块108a、108b对相应BEMF信号110a、110b的减法。
前馈补偿块214a、214b可分别配置为执行相应绕组模型102a、102b中的变换块114a、114b的逆。在一些实施例中，前馈补偿块214a、214b可分别配置为逆矩阵，该逆矩阵的项对应于相应绕组模型102a、102b的变换块114a、114b的项。类似地，耦合补偿块218a、218b可各自配置为逆矩阵，该逆矩阵的项对应于相应绕组模型102a、102b的耦合变换块118a、118b的项。
在此实施方案中，可以通过几个离散时间导数滤波器设计中的一个来实现操作。例如，可以使用后向差分法对具有低通滤波器的连续时间导数进行离散。
图8是示出用于生成电压命令的动态前馈电流控制器320的框图，以应用于虚拟半电动机绕组172a、172b中对应的一个。动态前馈电流控制器320可以考虑虚拟半电动机绕组172a、172b(即/>)中对应的一个的动态参数。
如图8所示，虚拟半电动机绕组172a、172b包括BEMF项312，其形式为其中u为0或2，是BEMF电压信号180a、180b的一般形式。虚拟半电动机绕组172a、172b还包括减法模块314，该模块配置为从电压命令/>中减去BEMF项312。图8中的减法模块314通常表示虚拟半电动机线绕组172a、72b的减法模块178a、178b。虚拟半电动机绕组172a、172b还包括虚拟电动机传输矩阵316，该矩阵通常描述正半电动机传输矩阵174a和负半电动机传输矩阵174b，并描述了虚拟半电动机绕组的动态行为。虚拟电动机传输矩阵316使用具有以下形式的增益因子矩阵来执行数学变换：
下标x分别表示正半电动机或负半电动机的p或n，导数项示为并且可以使用导数估计模块计算或以其他方式确定。导数估计模块可以确定真实导数的近似值。通常，可以使用许多不同类型的导数滤波器设计，从简单的高通滤波器到具有特定幅值和相位特性的更复杂的离散时间导数滤波器，具体取决于应用。
动态前馈电流控制器320包括BEMF补偿模块322，BEMF补偿模块322配置为产生BEMF补偿电压。动态前馈电流控制器320还包括第一前馈补偿模块326，该第一前馈补偿模块326配置为基于参考电流信号来生成前馈电压命令。第一前馈补偿模块326可以配置为逆矩阵，该逆矩阵的项与相应的绕组模型172a、172b的虚拟电动机传输矩阵316的项对应。动态前馈电流控制器320还包括加法模块324，该加法模块被配置为将来自BEMF补偿模块322的BEMF补偿电压与来自第一前馈补偿模块326的前馈电压命令相加，并以其和生成电压命令/>
对于图8所示的动态前馈电流控制器，直接传递函数成为：
从方程(16)和(17)可以看出，如果导数滤波器是理想的，则两个传递函数可以简单地统一。导数滤波器包含在图8中的第一前馈补偿模块326中。
图9是示出静态前馈电流控制器330的框图，用于生成电压命令以应用于虚拟半电动机绕组172a、172b中对应的一个。静态前馈电流控制器可以不考虑虚拟半电动机绕组172a、172b中的对应的一个的动态参数(即/>)。
静态前馈电流控制器330可以与动态前馈电流控制器320相似或相同，除了用第二前馈补偿模块336代替第一前馈补偿模块326并且具有简化的项以外。静态前馈电流控制器330的第二前馈补偿模块336使用具有以下形式的增益因子矩阵来执行数学变换：
对于图9所示的静态前馈电流控制器，直接传递函数变成为：
图10A-图10B示出了电动机控制系统的框图，该系统具有两个动态前馈电流控制器320，分别用于经解耦的正、负虚拟半电动机绕组172a、172b。或者，前馈电流系统可以采用一个或更多个静态前馈电流控制器330或一些其他电流控制器设计来代替动态前馈电流控制器320中的一个或两个。
图11A-图11B示出了说明根据本公开的原理的第一方法400的流程图，该方法用于控制双绕线同步电机(DWSM)，也称作双绕线电动机60，其具有第一绕组组合62a和第二绕组组合62b。根据本公开的一些实施例，第一方法400可以由电动机控制器70执行。根据本公开可以理解，本方法中的操作顺序不限于图11A-11B所示的顺序执行，而是可以根据本公开以一个或更多个不同的适当的顺序执行。
在402处，第一方法400基于与第一绕组组合62a相关联的第一电动机电流命令以及基于与第二绕组组合62b相关联的第二个电动机电流命令/>来确定正虚拟半电动机电流命令/>与负虚拟半电动机电压命令/>例如，电动机控制器70可以实现数学变换，以基于与第一绕组组合62a相关联的第一电动机电流命令/>和与第二绕组组合62b相关联的第二电动机电流命令/>中的每一个来计算正虚拟半电动机电流命令/>和负虚拟半电动机电流命令/>用于基于第一电动机电流命令和第二电动机电流命令/>来计算正虚拟半电动机电流命令/>和负虚拟半电动机电流命令/>的该数学变换可以与图5所示的框图150的输出变换块156相似或相同。
在404处，第一方法400基于正虚拟半电动机电流命令并使用第一组增益因子来计算正虚拟半电动机前向路径电压命令。例如，电动机控制器70可以实现动态前馈电流控制器320的第一前馈补偿模块326，如图10A所示。或者，电动机控制器70可以实现静态前馈电流控制器330的第二前馈补偿模块336中的一个来执行该步骤。
在406处，第一方法400基于负虚拟半电动机电流命令并使用第二组增益因子来计算负虚拟半电动机前向路径电压命令。例如，电动机控制器70可以实现动态前馈电流控制器320的第一前馈补偿模块326，如图10B所示。或者，电动机控制器70可以实现静态前馈电流控制器330的第二前馈补偿模块336中的一个来执行该步骤。
在408处，第一方法400基于正虚拟半电动机前向路径电压命令来确定正虚拟半电动机最终电压命令例如，电动机控制器70可以实现动态前馈电流控制器320的加法模块324，以基于来自第一前馈补偿模块326的前馈电压命令来生成正虚拟半电动机最终电压命令/>如图10A所示。
在410处，第一方法400基于负虚拟半电动机前向路径电压命令来确定负虚拟半电动机最终电压命令例如，电动机控制器70可以实现动态前馈电流控制器320的加法模块324，以基于来自第一前馈补偿模块326的前馈电压命令来生成负虚拟半电动机最终电压命令/>如图10B所示。
在412处，第一方法400通过将第二数学变换应用于正虚拟半电动机最终电压命令和负虚拟半电动机最终电压命令/>来确定第一最终电压命令/>和第二最终电压命令例如，电动机控制器70可以应用第二数学变换，该第二数学变换可与图5所示的框图150的输入变换块152相似或相同，以便基于正虚拟半电动机最终电压命令/>和负虚拟半电动机最终电压命令/>来确定第一最终电压命令/>和第二最终电压命令/>
在414处，第一方法400基于第一最终电压命令来命令第一逆变器对第一绕组组合62a施加第一输出电压/>从而在第一绕组组合62a中生成第一输出电流/>例如，电动机控制器70可以生成第一最终电压命令/>并将其提供给第一功率转换器66a，从而命令第一功率转换器66a的第一逆变器将第一输出电压/>施加于第一绕组组合62a，从而在第一绕组组合62a中生成第一输出电流/>
在416处，第一方法400基于第二最终电压命令来命令第二逆变器对第二绕组组合62b施加第二输出电压/>从而在第二绕组组合62b中生成第二输出电流/>例如，电动机控制器70可以生成第二最终电压命令/>并将其提供给第二功率转换器66b，从而命令第二功率转换器66b的第二逆变器将第二输出电压/>施加于第二绕组组合62b，从而在第二绕组组合62b中生成第二输出电流/>
在一些实施例中，第一输出电流和第二输出电流/>分别具有d轴分量和q轴分量Id1、Iq1、Id2、Iq2，并且第一组增益因子和/或第二组增益因子中的至少一组增益因子被配置为使第一输出电流/>的d轴分量Id1和q轴分量Iq1与第二输出电流/>的d轴分量Id2和q轴分量Iq2的变化解耦。例如，第一组增益因子或第二组增益因子中的一组或多组增益因子可能使第一输出电流/>的d轴分量Id1和q轴分量Iq1与第二输出电流/>的d轴分量Id2和q轴分量Iq2的变化解耦。
在一些实施例中，第一组增益因子和/或第二组增益因子中的至少一组增益因子还配置为使第一输出电流的d轴分量Id1与第一输出电流/>的q轴分量Iq1的变化解耦。
在一些实施例中，第一组增益因子和第二组增益因子两者一起使第一输出电流的d轴分量Id1与第一输出电流/>的q轴分量Iq1的变化解耦。
在一些实施例中，基于正虚拟半电动机电流命令来计算正虚拟半电动机前向路径电压命令包括将第一组增益因子的至少一部分直接应用于正虚拟半电动机电流命令。例如，电动机控制器70可以实现动态前馈电流控制器320的第一前馈补偿模块326，以执行步骤404，如图10A所示。
在一些实施例中，基于负虚拟半电动机电流命令来计算负虚拟半电动机前向路径电压命令包括将第一组增益因子的至少一部分直接应用于负虚拟半电动机电流命令。例如，电动机控制器70可以实现动态前馈电流控制器320的第一前馈补偿模块326，以执行步骤406，如图10B所示。
在一些实施例中，第一方法400计算BEMF补偿电压，该电压被配置为补偿正虚拟半电动机和负虚拟半电动机虚拟半电动机中的至少一个中的BEMF的动态。在一些实施例中，正虚拟半电动机最终电压命令和负虚拟半电动机最终电压命令/>中的至少一个还基于BEMF补偿电压。例如，参考图10A，电动机控制器70可以实现BEMF补偿模块322，以基于正虚拟半电动机绕组172a的估计的BEMF来计算BEMF补偿电压，并补偿估计的BEMF电压的动态。电动机控制器70还可以实现加法模块324，以将正虚拟半电动机最终电压命令/>计算为来自BEMF补偿模块322的BEMF补偿电压与来自第一前馈补偿模块326的前馈电压命令的和。
在一些实施例中，正虚拟半电动机最终电压命令和负虚拟半电动机最终电压命令/>中的仅一个还基于BEMF补偿电压。BEMF补偿模块322分别包括u项，对于BEMF补偿模块322中的一个，该项可等于2，对于BEMG补偿模块322中的另一个，该项可等于0(零)。例如，参考图10A-图10B，用于确定负虚拟半电动机最终电压命令/>的图10B的BEMF补偿模块322可包括u＝0，从而使得负虚拟半电动机BEMF补偿电压为零值。换句话说，在一些实施例中，如图10A-图10B所示，仅正虚拟半电动机最终电压命令/>基于虚拟半电动机BEMF补偿电压，负虚拟半电动机最终电压命令/>不包括任何BEMF补偿。
图12A-图12B示出了根据本公开的原理的用于控制双绕线同步电机(DWSM)的第二方法500的流程图，该双绕线同步电机也称作双绕电动机60，其具有第一绕组组合62a和第二绕组组合62b。根据本公开的一些实施例，第二方法500可以由电动机控制器70执行。根据本公开可以理解，该方法中的操作顺序不限于图12A-图12B所示的顺序执行，而是可以根据本公开内容以一个或多个不同的适当的顺序执行。第二方法500的一个或更多个步骤可由图7所示的直接前馈电动机控制器200执行。
在502处，第二方法500基于与第一绕组组合相关联的第一电动机电流命令并使用第一组增益系数来计算第一前馈控制信号212a。例如，电动机控制器70可以实现第一前馈电流控制器202a的第一前馈补偿块214a，如图7所示，以基于第一电动机电流命令值来生成第一前馈控制信号212a。
在504处，第二方法500基于与第二绕组组合相关联的第二电动机电流命令并使用第二组增益系数来计算第二前馈控制信号212b。例如，电动机控制器70可以实现第二前馈电流控制器202b的第二前馈补偿块214b，如图7所示，以基于第二电动机电流命令值来生成第二前反馈控制信号212b。
在506处，第二方法500基于第二电动机电流命令并使用第三组增益因子来计算第一耦合补偿信号216a。例如，电动机控制器70可以实现第一耦合补偿块218a，以通过将第四组增益因子应用于第二电动机电流命令/>来确定第一耦合补偿信号216a。
在508处，第二方法500基于第一电动机电流命令并使用第四组增益因子来计算第二耦合补偿信号216b。例如，电动机控制器70可以实现第二耦合补偿块218b，以通过将第四组增益因子应用于第一电动机电流命令/>来确定第二耦合补偿器信号216b。
在510处，第二方法500基于第一前馈控制信号和第一耦合补偿信号216a来确定第一最终电压命令例如，电动机控制器70可以实现第一加法块208a，以将第一最终电压命令/>(即第一绕组电压信号106a)确定为第一前馈控制信号212a和第一耦合补偿信号216a的和。
在512处，第二方法500基于第二前馈控制信号和第二耦合补偿信号来确定第二最终电压命令例如，电动机控制器70可以实现第二加法块208b，以将第二最终电压命令(即第二绕组电压信号106b)确定为第二前馈控制信号212b和第二耦合补偿信号216b的和。
在514处，第二方法500基于第一最终电压命令来命令第一逆变器对第一绕组组合62a施加第一输出电压/>从而在第一绕组组合62a中生成第一输出电流/>例如，电动机控制器70可以生成第一最终电压命令/>并将其提供给第一功率转换器66a，从而命令第一功率转换器66a的第一逆变器将第一输出电压/>施加于第一绕组组合62a，从而在第一绕组组合62a中生成第一输出电流/>
在516处，第二方法500基于第二最终电压命令来命令第二逆变器对第二绕组组合62b施加第二输出电压/>从而在第二绕组组合62b中生成第二输出电流/>例如，电动机控制器70可以生成第二最终电压命令/>并将其提供给第二功率转换器66b，从而命令第二功率转换器66b的第二逆变器将第二输出电压/>施加于第二绕组组合62b，从而在第二绕组组合62b中生成第二输出电流/>
在一些实施例中，第一输出电流和第二输出电流/>各自具有d轴分量和q轴分量Id1、Iq1、Id2、Iq2，并且第一组增益因子和/或第二组增益因子中的至少一组增益因子被配置为使第一输出电流/>的d轴分量Id1和q轴分量Iq1与第二输出电流的d轴分量Id2和q轴分量Iq2的变化解耦。例如，第一组增益因子或第二组增益因子中的一个或多个可以使第一输出电流/>的d轴分量Id1和q轴分量Iq1与第二输出电流/>的d轴分量Id2和q轴分量Iq2的变化解耦。
在一些实施例中，第一组增益因子和/或第二组增益因子中的至少一组增益因子还配置为使第一输出电流的d轴分量Id1与第一输出电流/>的q轴分量Iq1的变化解耦。
在一些实施例中，在不存在任何基于第一绕组组合62a或第二绕组组合62b中的测量的电流的反馈信号的情况下，分别确定第一最终电压命令和第二最终电压命令/>
在一些实施例中，第二方法500基于在第一绕组组合62a和/或第二绕组组合62b的至少一个中生成的估计的BEMF来确定BEMF补偿电压210a、210b。例如，电动机控制器70可以实现第一BEMF补偿块209a和/或第二BEMF补偿块209b，以确定BEMF补偿电压210a、210b。第一最终电压命令和/或第二最终电压命令/>中的至少一个还可以基于BEMF补偿电压210a、210b。例如，电动机控制器70还可以实现加法块208a、208b中的一者或两者，以将最终电压命令/>中对应的一个确定为对应的前馈控制信号212a、212b、对应的耦合补偿信号216a、216b和对应的BEMF补偿电压210a、210b的和。
在一些实施例中，正虚拟半电动机最终电压命令和负虚拟半电动机最终电压命令/>中的仅一个还基于BEMF补偿电压210a、210b。例如，第一BEMF补偿块209a或第二BEMF补偿块209b中的一个可以产生零伏BEMF电压，而第一BEMF补偿块209a或第二BEMF补偿块209b中的另一个可以为双绕线电动机60产生整个BEMF补偿电压。
在一些实施例中，第三组增益因子和/或第四组增益因子中的至少一组增益因子包含至少一个互感项，例如或/>它表示第一绕组组合62a和第二绕组组合62b之间的互感。
在一些实施例中，用于控制双绕线同步电机的系统包括处理器和包含指令的存储器。当指令由处理器执行时，使处理器：基于与第一绕组组合相关联的第一电动机电流命令和与第二绕组组合相关联的第二电动机电流命令，确定正虚拟半电动机电流命令和负虚拟半电动机电流命令；基于正虚拟半电动机电流命令并使用第一组增益因子，计算正虚拟半电动机前向路径电压命令；基于负虚拟半电动机电流命令并使用第二组增益因子，计算负虚拟半电动机前向路径电压命令；基于正虚拟半电动机前向路径电压命令，确定正虚拟半电动机最终电压命令；基于负虚拟半电动机前向路径电压命令，确定负虚拟半电动机最终电压命令；通过对正虚拟半电动机最终电压命令和负虚拟半电动机最终电压命令应用第二数学变换，确定第一最终电压命令和第二最终电压命令；基于第一最终电压命令，命令第一逆变器对第一绕组组合施加第一输出电压，从而在第一绕组组合中生成第一输出电流；以及基于第二最终电压命令，命令第二逆变器对第二绕组组合施加第二输出电压，从而在第二绕组组合中生成第二输出电流。在一些实施例中，第一输出电流和第二输出电流各自具有d轴分量和q轴分量，并且第一组增益因子和第二组增益因子中的至少一组增益因子被配置为使第一输出电流的d轴分量和q轴分量与第二输出电流的d轴分量和q轴分量的变化解耦。
在一些实施例中，第一组增益因子和第二组增益因子中的至少一组增益因子还配置为使第一输出电流的d轴分量与第一输出电流的q轴分量的变化解耦。
在一些实施例中，第一组增益因子和第二组增益因子两者一起使第一输出电流的d轴分量和q轴分量与第二输出电流的d轴分量和q轴分量的变化解耦。
在一些实施例中，基于正虚拟半电动机电流命令来计算正虚拟半电动机前向路径电压命令包括将第一组增益因子的至少一部分直接应用于正虚拟半电动机电流命令。
在一些实施例中，基于负虚拟半电动机电流命令来计算负虚拟半电动机前向路径电压命令包括将第一组增益因子的至少一部分直接应用于负虚拟半电动机电流命令。
在一些实施例中，指令还使处理器基于正虚拟半电动机的估计的反电动势(BEMF)来计算BEMF补偿电压。在一些实施例中，正虚拟半电动机最终电压命令和负虚拟半电动机最终电压命令中的至少一个还基于BEMF补偿电压。
在一些实施例中，正虚拟半电动机最终电压命令和负虚拟半电动机最终电压命令中的仅一个还基于BEMF补偿电压。
在一些实施例中，一种控制具有第一绕组组合和第二绕组组合的双绕线同步电机(DWSM)的方法，包括：基于与第一绕组组合相关联的第一电动机电流命令以及基于与第二绕组组合相关联的第二电动机电流命令，确定正虚拟半电动机电流命令和负虚拟半电动机电压命令；基于正虚拟半电动机电流命令并使用第一组增益因子来计算正虚拟半电动机前向路径电压命令；基于负虚拟半电动机电流命令并使用第二组增益因子来计算负虚拟半电动机前向路径电压命令；基于正虚拟半电动机前向路径电压命令来确定正虚拟半电动机最终电压命令；基于负虚拟半电动机前向路径电压命令来确定负虚拟半电动机最终电压命令；通过对正虚拟半电动机最终电压命令和负虚拟半电动机最终电压命令应用第二数学变换，确定第一最终电压命令和第二最终电压命令；基于第一最终电压命令，命令第一逆变器对第一绕组组合施加第一输出电压，从而在第一绕组组合中生成第一输出电流；以及基于第二最终电压命令，命令第二逆变器对第二绕组组合施加第二输出电压，从而在第二绕组组合中生成第二输出电流。在一些实施例中，第一输出电流和第二输出电流各自具有d轴分量和q轴分量，并且第一组增益因子和第二组增益因子中的至少一组增益因子被配置为使第一输出电流的d轴分量和q轴分量与第二输出电流的d轴分量和q轴分量的变化解耦。
在一些实施例中，第一组增益因子和第二组增益因子中的至少一组增益因子还被配置为使第一输出电流的d轴分量与第一输出电流的q轴分量的变化解耦。
在一些实施例中，第一组增益因子和第二组增益因子两者一起使第一输出电流的d轴分量和q轴分量与第二输出电流的d轴分量和q轴分量的变化解耦。
在一些实施例中，基于正虚拟半电动机电流命令来计算正虚拟半电动机前向路径电压命令包括将第一组增益因子的至少一部分直接应用于正虚拟半电动机电流命令。
在一些实施例中，基于负虚拟半电动机电流命令来计算负虚拟半电动机前向路径电压命令包括将第一组增益因子的至少一部分直接应用于负虚拟半电动机电流命令。
在一些实施例中，该方法还包括基于正虚拟半电动机的估计的反电动势BEMF计算BEMF补偿电压。在一些实施例中，正虚拟半电动机最终电压命令和负虚拟半电动机最终电压命令中的至少一个还基于BEMF补偿电压。
在一些实施例中，正虚拟半电动机最终电压命令和负虚拟半电动机最终电压命令中的仅一个还基于BEMF补偿电压。
在一些实施例中，控制具有第一绕组组合和第二绕组组合的双绕线同步电机(DWSM)的方法包括：基于与第一绕组组合相关联的第一电动机电流命令并使用第一组增益因子来计算第一前馈控制信号；基于与第二绕组组合相关联的第二电动机电流命令并使用第二组增益因子来计算第二前馈控制信号；基于第二电动机电流命令并使用第三组增益因子来计算第一耦合补偿信号；基于第一电动机电流命令并使用第四组增益因子来计算第二耦合补偿信号；基于第一前馈控制信号和第一耦合补偿信号来确定第一最终电压命令；基于第二前馈控制信号和第二耦合补偿信号来确定第二最终电压命令；基于第一最终电压命令，命令第一逆变器对第一绕组组合施加第一输出电压，从而在第一绕组组合中生成第一输出电流；以及基于第二最终电压命令，命令第二逆变器对第二绕组组合施加第二输出电压，从而在第二绕组组合中生成第二输出电流。在一些实施例中，第一输出电流和第二输出电流各自具有d轴分量和q轴分量，并且第三组增益因子和第四组增益因子中的至少一组增益因子被配置为使第一输出电流的d轴分量和q轴分量与第二输出电流的d轴分量和q轴分量的变化解耦。
在一些实施例中，第一组增益因子和第二组增益因子中的至少一组增益因子被配置为使第一输出电流的d轴分量与第一输出电流的q轴分量的变化解耦。
在一些实施例中，在不存在任何基于第一绕组组合或第二绕组组合中的测量的电流的反馈信号的情况下，分别确定第一最终电压命令和第二最终电压命令。
在一些实施例中，该方法还包括：基于在第一绕组组合和第二绕组组合中的至少一个中生成的估计的反电动势BEMF来确定BEMF补偿电压。在一些实施例中，第一最终电压命令和第二最终电压命令中的至少一个还基于BEMF补偿电压。
在一些实施例中，第一最终电压命令和第二最终电压命令中的仅一个基于BEMF补偿电压。
在一些实施例中，第三组增益因子和第四组增益因子中的至少一组增益因子包括至少一个互感项，该互感项表示第一绕组组合与第二绕组组合之间的互感。
上述讨论旨在说明本发明的原理和各种实施例。一旦充分理解了上述公开，各种变更和修改对于本领域技术人员将是显而易见的。旨在将以下权利要求解释为包含所有此类变更和修改。
本文中的“示例”一词是指用作示例、实例或说明。本文中描述为“示例”的任何方面或设计不一定被解释为优选于或优于其他方面或设计。相反，使用“示例”一词旨在以具体的方式呈现概念。如本申请中所使用的，术语“或”旨在意味包容性“或”而非排他性“或”。即，除非另有规定或上下文明确，否则“X包括A或B”旨在意味任何自然包容性排列组合。也就是说，如果X包括A；X包括B；或X包括A和B，则在上述任何情况下，“X包括A或B”均满足。此外，在本申请和所附权利要求中使用的“a”和“an”应解释为“一个或更多个”，除非另有规定或上下文明确指向单数形式。此外，除非如此描述，否则全文使用术语“实施方案”或“一个实施方案”并不旨在相同的实施例或实施方案。
实施本文描述的系统、算法、方法、指示等可以用硬件、软件或以上的任意组合来实现。硬件可以包括例如计算机、知识产权(IP)核心、专用集成电路(ASIC)、可编程逻辑阵列、光学处理器、可编程控制器、微码、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。在权利要求书中，术语“处理器”应理解为包括上述任何硬件，无论是单独还是组合。术语“信号”和“数据”可以互换使用。
如本文所用，术语模块可以包括设计用于其他组件的封装功能硬件单元、控制器可执行的指示组(例如，处理器执行软件或固件)、配置用于执行特定功能的处理电路，以及与大型系统接口的独立硬件或软件组件。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、分立电路组合、门和其他类型的硬件或其组合。在其他实施例中，模块可以包括存储控制器可执行指示以实现模块的特征的存储器。
此外，在一个方面，例如，本文描述的系统可以使用通用计算机或通用处理器来实现，该通用计算机或处理器具有计算机程序，当执行时，该计算机程序执行本文描述的任何相应方法、算法和/或指示。此外，或者，例如，可以使用特殊用途的计算机/处理器，该计算机/处理器可以包含用于执行本文所述的任何方法、算法或指示的其他硬件。
此外，本发明的实施方案的全部或一部分可以采取计算机程序产品的形式，例如，可以从计算机可用或计算机可读介质访问。计算机可用或计算机可读介质可以是任何设备，例如可以有形地包含、存储、通信或传输程序以供任何处理器使用或与任何处理器连接使用。例如，介质可以是电子、磁性、光学、电磁或半导体器件。也可以使用其他合适的介质。
上述实施例、实施方案和方面已经被描述，以便于理解本发明内容，并且不限制本发明。相反，本发明旨在涵盖所附权利要求书范围内的各种修改和等同布置，该范围应给予最宽泛的解释，以涵盖法律允许的所有此类修改和等同结构。

Claims (20)

1.一种用于控制具有第一绕组组合和第二绕组组合的双绕线同步电机DWSM的系统，该系统包括：
处理器和包括指令的存储器，当所述指令由所述处理器执行时，使所述处理器：
基于与所述第一绕组组合相关联的第一电动机电流命令以及基于与所述第二绕组组合相关联的第二电动机电流命令，确定正虚拟半电动机电流命令和负虚拟半电动机电流命令；
基于所述正虚拟半电动机电流命令并使用第一组增益因子，计算正虚拟半电动机前向路径电压命令；
基于所述负虚拟半电动机电流命令并使用第二组增益因子，计算负虚拟半电动机前向路径电压命令；
基于所述正虚拟半电动机前向路径电压命令，确定正虚拟半电动机最终电压命令；
基于所述负虚拟半电动机前向路径电压命令，确定负虚拟半电动机最终电压命令；
通过对所述正虚拟半电动机最终电压命令和所述负虚拟半电动机最终电压命令应用第二数学变换，确定第一最终电压命令和第二最终电压命令；
基于所述第一最终电压命令，命令第一逆变器对第一绕组组合施加第一输出电压，从而使在所述第一绕组组合中生成第一输出电流；以及
基于所述第二最终电压命令，命令第二逆变器对第二绕组组合施加第二输出电压，从而使在所述第二绕组组合中生成第二输出电流，其中，所述第一输出电流和所述第二输出电流各自具有d轴分量和q轴分量，并且所述第一组增益因子和所述第二组增益因子中的至少一组增益因子被配置为使所述第一输出电流的d轴分量和q轴分量与所述第二输出电流的d轴分量和q轴分量的变化解耦。
2.根据权利要求1所述的系统，其中，所述第一组增益因子和所述第二组增益因子中的至少一组增益因子还被配置为使所述第一输出电流的d轴分量与所述第一输出电流的q轴分量的变化解耦。
3.根据权利要求1所述的系统，其中，所述第一组增益因子和所述第二组增益因子两者一起使所述第一输出电流的d轴分量和q轴分量与所述第二输出电流的d轴分量和q轴分量的变化解耦。
4.根据权利要求1所述的系统，其中，基于所述正虚拟半电动机电流命令计算所述正虚拟半电动机前向路径电压命令包括将所述第一组增益因子的至少一部分直接应用于所述正虚拟半电动机电流命令。
5.根据权利要求1所述的系统，其中，基于所述负虚拟半电动机电流命令计算所述负虚拟半电动机前向路径电压命令包括将所述第一组增益因子的至少一部分直接应用于所述负虚拟半电动机电流命令。
6.根据权利要求1所述的系统，其中，所述指令还使所述处理器基于正虚拟半电动机的估计的电动势BEMF来计算BEMF补偿电压，并且
其中，所述正虚拟半电动机最终电压命令和所述负虚拟半电动机最终电压命令中的至少一个还基于所述BEMF补偿电压。
7.根据权利要求6所述的系统，其中，所述正虚拟半电动机最终电压命令和所述负虚拟半电动机最终电压命令中的仅一个基于所述BEMF补偿电压。
8.一种控制具有第一绕组组合和第二绕组组合的双绕线同步电机DWSM的方法，该方法包括：
基于与所述第一绕组组合相关联的第一电动机电流命令以及基于与所述第二绕组组合相关联的第二电动机电流命令，确定正虚拟半电动机电流命令和负虚拟半电动机电流命令；
基于所述正虚拟半电动机电流命令并使用第一组增益因子，计算正虚拟半电动机前向路径电压命令；
基于所述负虚拟半电动机电流命令并使用第二组增益因子，计算负虚拟半电动机前向路径电压命令；
基于所述正虚拟半电动机前向路径电压命令，确定正虚拟半电动机最终电压命令；
基于所述负虚拟半电动机前向路径电压命令，确定负虚拟半电动机最终电压命令；
通过对所述正虚拟半电动机最终电压命令和所述负虚拟半电动机最终电压命令应用第二数学变换，确定第一最终电压命令和第二最终电压命令；
基于所述第一最终电压命令，命令第一逆变器对第一绕组组合施加第一输出电压，从而使在所述第一绕组组合中生成第一输出电流；以及
基于所述第二最终电压命令，命令第二逆变器对第二绕组组合施加第二输出电压，从而使在所述第二绕组组合中生成第二输出电流，
其中，所述第一输出电流和所述第二输出电流各自具有d轴分量和q轴分量，并且所述第一组增益因子和所述第二组增益因子中的至少一组增益因子被配置为使所述第一输出电流的d轴分量和q轴分量与所述第二输出电流的d轴分量和q轴分量的变化解耦。
9.根据权利要求8所述的方法，其中，所述第一组增益因子和所述第二组增益因子中的至少一组增益因子还被配置为使所述第一输出电流的d轴分量与所述第一输出电流的q轴分量的变化解耦。
10.根据权利要求8所述的方法，其中，所述第一组增益因子和所述第二组增益因子两者一起使所述第一输出电流的d轴分量和q轴分量与所述第二输出电流的d轴分量和q轴分量的变化解耦。
11.根据权利要求8所述的方法，其中，基于所述正虚拟半电动机电流命令计算所述正虚拟半电动机前向路径电压命令包括将所述第一组增益因子的至少一部分直接应用于所述正虚拟半电动机电流命令。
12.根据权利要求8所述的方法，其中，基于所述负虚拟半电动机电流命令计算所述负虚拟半电动机前向路径电压命令包括将所述第一组增益因子的至少一部分直接应用于所述负虚拟半电动机电流命令。
13.根据权利要求8所述的方法，还包括基于正虚拟半电动机的估计的反电动势BEMF来计算BEMF补偿电压，并且
其中，所述正虚拟半电动机最终电压命令和所述负虚拟半电动机最终电压命令中的至少一个还基于所述BEMF补偿电压。
14.根据权利要求13所述的方法，其中，所述正虚拟半电动机最终电压命令和所述负虚拟半电动机最终电压命令中的仅一个基于所述BEMF补偿电压。
15.一种控制具有第一绕组组合和第二绕组组合的双绕线同步电机DWSM的方法，该方法包括：
基于与所述第一绕组组合相关联的第一电动机电流命令并使用第一组增益因子来计算第一前馈控制信号；
基于与所述第二绕组组合相关联的第二电动机电流命令并使用第二组增益因子来计算第二前馈控制信号；
基于所述第二电动机电流命令并使用第三组增益因子来计算第一耦合补偿信号；
基于所述第一电动机电流命令并使用第四组增益因子来计算第二耦合补偿信号；
基于所述第一前馈控制信号和所述第一耦合补偿信号确定第一最终电压命令；
基于所述第二前馈控制信号和所述第二耦合补偿信号确定第二最终电压命令；
基于所述第一最终电压命令，命令第一逆变器对所述第一绕组组合施加第一输出电压，从而使在所述第一绕组组合中生成第一输出电流；以及
基于所述第二最终电压命令，命令第二逆变器对所述第二绕组组合施加第二输出电压，从而使在所述第二绕组组合中生成第二输出电流，
其中，所述第一输出电流和所述第二输出电流各自具有d轴分量和q轴分量，并且第三组增益因子和第四组增益因子中的至少一组增益因子被配置为使所述第一输出电流的d轴分量和q轴分量与所述第二输出电流的d轴分量和q轴分量的变化解耦。
16.根据权利要求15所述的方法，其中，所述第一组增益因子和所述第二组增益因子中的至少一组增益因子被配置为使所述第一输出电流的d轴分量与所述第一输出电流的q轴分量的变化解耦。
17.根据权利要求15所述的方法，其中，在不存在任何基于所述第一绕组组合或所述第二绕组组合中的测量的电流的反馈信号的情况下，分别确定所述第一最终电压命令和所述第二最终电压命令。
18.根据权利要求15所述的方法，还包括基于在所述第一绕组组合和所述第二绕组组合的至少一个中生成的估计的反电动势BEMF来确定BEMF补偿电压，并且
其中，所述第一最终电压命令和所述第二最终电压命令中的至少一个还基于所述BEMF补偿电压。
19.根据权利要求18所述的方法，其中，所述第一最终电压命令和所述第二最终电压命令中的仅一个基于所述BEMF补偿电压。
20.根据权利要求15所述的方法，其中，所述第三组增益因子和所述第四组增益因子中的至少一组增益因子包括表示所述第一绕组组合和所述第二绕组组合之间的互感的至少一个互感项。
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