專利名稱：用于動(dòng)態(tài)改變電機(jī)賦能電流的波形曲線的電機(jī)控制系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及電動(dòng)機(jī)的控制，更特定地，涉及多個(gè)電機(jī)控制方案的獨(dú)立實(shí)現(xiàn)，用于影響相關(guān)的定子電流波形曲線。
背景技術(shù)：
上文認(rèn)定的共同未決的專利申請(qǐng)描述了建立的有效的電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)的挑戰(zhàn)。對(duì)電機(jī)繞組的電子控制脈沖賦能提供了更加靈活的管理電機(jī)特性的前景。通過(guò)控制脈沖寬度、占空系數(shù)和能量源對(duì)適當(dāng)定子繞組的開(kāi)關(guān)應(yīng)用，可以獲得更多功能上的多樣性。結(jié)合該繞組使用永磁體對(duì)于限制電流消耗是有利的。
在車輛駕駛環(huán)境中，其中牽引電機(jī)可利用的功率受到車載電源的限制，非常需要的是，在牽引電機(jī)操作的所有條件中，在最小功率消耗下獲得高的扭矩輸出能力，同時(shí)維持高的效率。共同未決的申請(qǐng)中描述的電機(jī)結(jié)構(gòu)配置致力于這些目的。如在這些申請(qǐng)中所描述的，可將電磁體芯部分配置為環(huán)形環(huán)中的隔離的透磁結(jié)構(gòu)，用以提供增加的磁通量集中度。電磁體芯部分的隔離允許在磁芯中獨(dú)立地集中磁通量，同時(shí)具有最小的磁通量損失或者使得同其他電磁體部件的相互作用引起的有害互感干擾影響最小。
上文認(rèn)定的共同未決申請(qǐng)10/173,610描述了用于多相電機(jī)的控制系統(tǒng)，其補(bǔ)償獨(dú)立相電路元件中的變化。通過(guò)使每個(gè)相的控制環(huán)路與其對(duì)應(yīng)的繞組和結(jié)構(gòu)緊密匹配，獲得了高度精確控制能力。由控制器管理每個(gè)相繞組的連續(xù)開(kāi)關(guān)賦能，該控制器根據(jù)與各自的定子相部件和所選驅(qū)動(dòng)算法相關(guān)的參數(shù)來(lái)產(chǎn)生信號(hào)。通過(guò)具有正弦波形的電流為相繞組賦能，以用于高效操作?？刂葡到y(tǒng)改變輸出電流，以響應(yīng)并且準(zhǔn)確地跟蹤用戶的扭矩命令輸入。
通過(guò)該變換策略獲得的正弦電流波形曲線可以通過(guò)有效操作來(lái)延長(zhǎng)電池壽命。然而，在車輛駕駛操作中，可能需要扭矩能力大于可從最有效率的控制方案獲得的扭矩。典型地，定額用于最大的電流放電速率(例如，10.0amp)的電源。如果系統(tǒng)的用戶要求了與該最大電流牽引相關(guān)的扭矩命令，則在具有上文所述的配置的電機(jī)中，正弦電流波形曲線的電機(jī)扭矩輸出被限于例如約54.0Nm。在車輛駕駛應(yīng)用中，通過(guò)用戶使扭矩輸入命令與用于改變速度的命令相關(guān)。在典型的駕駛操作中，用戶扭矩要求可以經(jīng)歷廣泛的變化，而具有很小的長(zhǎng)期可預(yù)見(jiàn)性。駕駛員可能要求大于系統(tǒng)在最大扭矩下通過(guò)正弦電流波形所能夠提供的加速度或速度。駕駛條件，諸如陡峭的上坡坡度或者重的車輛負(fù)荷等等可能強(qiáng)加了其他的對(duì)可用速度和加速度的限制。其他的非車輛應(yīng)用可以具有相似的高扭矩要求。
因此存在對(duì)電機(jī)控制系統(tǒng)的需要，其能夠以高效率運(yùn)行，并且能夠在用戶要求時(shí)提供增加的扭矩輸出。上文認(rèn)定的申請(qǐng)10/290,537針對(duì)了這一需要，其使得可以利用多個(gè)關(guān)于電機(jī)驅(qū)動(dòng)的電機(jī)控制方案，每個(gè)電機(jī)控制方案可以提供唯一的電流波形曲線?？梢杂捎脩暨x擇該電機(jī)控制方案之一以獲得具有滿足操作目標(biāo)的最大能力的電流波形曲線。例如，可以選擇產(chǎn)生高效操作的控制方案，諸如正弦波形，并且可以選擇提供較高扭矩的另一控制方案，雖然其具有較低的操作效率。可以根據(jù)與扭矩和效率相關(guān)的用戶的需要或者目的或者其他因素，例如，低的扭矩紋波和噪聲等等，在任何特定的時(shí)刻在該電機(jī)控制方案中進(jìn)行選擇。選出的電機(jī)控制方案將被實(shí)現(xiàn)以產(chǎn)生控制信號(hào)，從而提供具有相關(guān)波形曲線的電機(jī)賦能電流。
在車輛牽引應(yīng)用中，例如，用戶曲線選擇向駕駛員提供了車輛的靈活性，用以調(diào)整操作以達(dá)到目的。例如，如果駕駛員需要在最短的時(shí)間內(nèi)達(dá)到目的地，則可以選擇高扭矩的曲線，并且在整個(gè)路程中維持該曲線以提供最大的速度和加速度能力。然而，如果較多的考慮是使車載能量源保留用于相對(duì)長(zhǎng)的路程，則可以始終選擇高效率的曲線，有可能在受限基礎(chǔ)上的多種點(diǎn)上由用戶選擇高扭矩的曲線。對(duì)與例示的波形，特別是高效率的正弦波形和高扭矩的方波形狀的波形的更加詳細(xì)的描述，可以參考(所認(rèn)定的)申請(qǐng)。
然而，車輛操作的可變條件和變化要求可能要求比駕駛員所能夠跟得上的變化更加頻繁或者更加迅速的曲線變化。駕駛員的扭矩要求可以充分地滿足高效率的曲線模式的選擇，除了在相對(duì)短暫的情況中之外，例如短暫情形、上坡坡度等等。在這些情況中，駕駛員可能不會(huì)對(duì)變化的條件做出充分的反應(yīng)，以在從高效率曲線到高扭矩曲線的選擇中獲得最佳優(yōu)勢(shì)。當(dāng)高扭矩需求條件減少時(shí)，可能會(huì)延遲返回到高效率曲線直到用戶認(rèn)識(shí)到不再需要高扭矩曲線時(shí)，這樣從電池中消耗了不必要的電流。因此，所需的是，僅在需要大于可從高效率模式中獲得的扭矩時(shí)，才使用高扭矩模式。
需要這樣的系統(tǒng)，即其中在動(dòng)態(tài)基礎(chǔ)上自動(dòng)選擇電機(jī)控制方案，以提供適當(dāng)?shù)馁x能電流波形曲線。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明通過(guò)為電機(jī)驅(qū)動(dòng)提供多個(gè)電機(jī)控制方案滿足了這一要求，每個(gè)電機(jī)控制方案可以產(chǎn)生唯一的電機(jī)賦能電流波形曲線。在電機(jī)操作的整個(gè)過(guò)程中連續(xù)監(jiān)視一個(gè)或者多個(gè)條件。根據(jù)與被監(jiān)視的條件相關(guān)的標(biāo)準(zhǔn)動(dòng)態(tài)地自動(dòng)選擇電機(jī)控制方案之一。根據(jù)所選的具有適當(dāng)電流波形曲線的電機(jī)控制方案為電機(jī)賦能。本發(fā)明在具有鐵磁獨(dú)立的定子電磁體的電機(jī)中提供了額外的優(yōu)點(diǎn)。
電機(jī)控制方案可以包括高效率電機(jī)控制方案，其提供用于相對(duì)優(yōu)化的操作效率的電流波形曲線；和高扭矩電機(jī)控制方案，其提供用于相對(duì)高的操作扭矩響應(yīng)的電流波形曲線。該系統(tǒng)響應(yīng)于表示扭矩要求的用戶輸入信號(hào)。檢測(cè)該用戶輸入信號(hào)，并且監(jiān)視系統(tǒng)滿足扭矩要求的能力，用以由此選擇適當(dāng)?shù)碾姍C(jī)控制方案。系統(tǒng)滿足扭矩要求的能力是電機(jī)速度的函數(shù)，其連續(xù)地被檢測(cè)以有助于扭矩要求監(jiān)視函數(shù)。實(shí)現(xiàn)了高效率的電機(jī)控制方案，除非相應(yīng)的電流波形曲線不能滿足扭矩要求；否則，實(shí)現(xiàn)了高扭矩的電機(jī)控制方案。
本發(fā)明另外的優(yōu)點(diǎn)在于，可以向用戶提供選項(xiàng)，用以通過(guò)輸入人工選擇來(lái)脫離自動(dòng)曲線選擇。例如，用戶可以選擇在整個(gè)操作過(guò)程中使用高效率模式，以保證可以在盡可能長(zhǎng)的路程上保存電源，即使偶然會(huì)犧牲最大的可利用扭矩。
本發(fā)明可用于多相電機(jī)的控制系統(tǒng)中，該多相電機(jī)具有多個(gè)定子相部件，每個(gè)定子相部件包括形成在芯元件上的相繞組；和永磁體轉(zhuǎn)子。優(yōu)選地，每個(gè)定子芯元件包括與其他的芯元件隔開(kāi)而不直接接觸的鐵磁材料，由此每個(gè)定子相部件形成了獨(dú)立的電磁體單元。通過(guò)聯(lián)接到控制器的電路由直流電源提供定子賦能電流。控制器可以訪問(wèn)多個(gè)存儲(chǔ)電機(jī)控制方案中的任何一個(gè)，用以實(shí)現(xiàn)具有相應(yīng)波形曲線的定子賦能電流?？刂破鲃?dòng)態(tài)地響應(yīng)于一個(gè)或者多個(gè)被監(jiān)視的條件，以影響對(duì)電機(jī)控制方案的選擇。存儲(chǔ)的電機(jī)控制方案確定了電流波形曲線，并且在被訪問(wèn)時(shí)并入到控制器的操作之中。例如，電機(jī)控制方案可以包括效率電機(jī)控制方案，其提供用于相對(duì)優(yōu)化的操作效率的電流波形曲線，諸如基本上是正弦的波形；和高扭矩電機(jī)控制方案，其提供用于相對(duì)高的操作扭矩響應(yīng)的電流波形曲線，諸如基本上是矩形的波形。
用戶輸入聯(lián)接到接收到扭矩要求信號(hào)的控制器。另一至控制器的輸入接收表示電機(jī)速度的信號(hào)，其得自轉(zhuǎn)子位置的連續(xù)檢測(cè)?；谶@些信號(hào)，控制器可以實(shí)時(shí)地得到電機(jī)扭矩要求和所需用于滿足該扭矩要求的控制電壓。如果維持正弦波形曲線所需的電壓超過(guò)電源電壓，則控制器選擇高扭矩曲線模式操作，從曲線存儲(chǔ)器中獲得關(guān)于該模式的數(shù)據(jù)。作為關(guān)于曲線選擇的重復(fù)實(shí)時(shí)計(jì)算的替代方案，可以在存儲(chǔ)器中存儲(chǔ)查詢表，其使曲線選擇與扭矩要求輸入和被監(jiān)測(cè)速度相關(guān)聯(lián)。
通過(guò)下文的詳細(xì)描述，對(duì)于本領(lǐng)域的技術(shù)人員，本發(fā)明的另外的優(yōu)點(diǎn)將變得易于理解，其中簡(jiǎn)單地通過(guò)說(shuō)明執(zhí)行本發(fā)明所考慮的最佳方式，僅示出和描述了本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例。如將認(rèn)識(shí)到的，本發(fā)明可以具有其他的和不同的實(shí)施例，并且其幾處細(xì)節(jié)可以在多種顯著方面進(jìn)行修改，所有這些都沒(méi)有偏離本發(fā)明。因此，附圖和描述應(yīng)被認(rèn)為是說(shuō)明性的，而非限制性的。
附圖簡(jiǎn)述在附圖的圖示中，本發(fā)明是作為示例，而非作為限制而被描述，并且在附圖相似的參考數(shù)字表示相似的元件，其中

圖1是示出了可由本發(fā)明使用的配置中的轉(zhuǎn)子和定子元件的示例性示圖。
圖2是根據(jù)本發(fā)明的電機(jī)控制系統(tǒng)的框圖。
圖3是說(shuō)明用于圖2的控制系統(tǒng)的扭矩控制器方法的框圖。
圖4是根據(jù)本發(fā)明的用于曲線選擇功能的操作的流程圖。
圖5是根據(jù)本發(fā)明表示針對(duì)扭矩和速度范圍選擇曲線模式的曲線圖。
發(fā)明詳述本發(fā)明適用于諸如共同未決的申請(qǐng)09/826,422中公開(kāi)的電機(jī)，盡管本發(fā)明可以用于多種包括永磁體電機(jī)的其他電機(jī)。因此圖1是示出了如該申請(qǐng)所述的轉(zhuǎn)子和定子元件的示例性示圖，其公開(kāi)內(nèi)容在此處并入。轉(zhuǎn)子部件20是具有永磁體21的環(huán)形環(huán)結(jié)構(gòu)，該永磁體21基本上均勻地沿圓柱形支撐板25分布。該永磁體是沿環(huán)形環(huán)的內(nèi)圓周交替改變極性的轉(zhuǎn)子極。轉(zhuǎn)子環(huán)繞定子部件30，轉(zhuǎn)子和定子部件由環(huán)形徑向氣隙隔開(kāi)。定子30包括多個(gè)具有相同構(gòu)造的電磁體芯部分，其沿氣隙均勻地分布。每個(gè)芯部分包括一般為U形的磁體結(jié)構(gòu)36，其形成了兩個(gè)具有面對(duì)氣隙的表面32的極。該極對(duì)的支腿由繞組38纏繞，盡管芯部分可被構(gòu)建為容納形成在極對(duì)鏈接部分上的單個(gè)繞組。每個(gè)定子電磁體芯結(jié)構(gòu)是分立的，并且同相鄰的定子芯元件是磁隔離的。定子元件36固定到非透磁支撐結(jié)構(gòu)上，由此形成環(huán)形環(huán)配置。該配置消除了來(lái)自相鄰定子極組的雜散互感磁通量影響的發(fā)散。這樣定子電磁體是包括各自的定子相的獨(dú)立的單元。下文更加全面描述的本發(fā)明的概念也適用于其他電機(jī)結(jié)構(gòu)，包括支撐所有相繞組的整體定子芯。
圖2是根據(jù)本發(fā)明的電機(jī)控制系統(tǒng)的框圖。通過(guò)混合供電模塊42，由從d-c電源40提供的驅(qū)動(dòng)電流為多個(gè)多相電機(jī)定子相繞組38以可開(kāi)關(guān)方式進(jìn)行賦能。該供電模塊可以包括通過(guò)脈沖寬度調(diào)制轉(zhuǎn)換器聯(lián)接到控制器44的電子開(kāi)關(guān)組和柵極驅(qū)動(dòng)器。每個(gè)相繞組連接到開(kāi)關(guān)電橋，其具有相連的控制端子，用以接收來(lái)自控制器的脈沖調(diào)制輸出電壓?？商鎿Q地，開(kāi)關(guān)電橋和柵極驅(qū)動(dòng)器部件可以由鏈接到控制器輸出電壓的放大器取代。對(duì)于繞組供電電路的更加詳細(xì)的描述，可以參考上文認(rèn)定的申請(qǐng)10/290,537。
由多個(gè)電流傳感器45中各自的一個(gè)檢測(cè)每個(gè)相繞組中的電流，該電流傳感器45的輸出提供給控制器44。控制器可以具有多個(gè)用于該目的的輸入，或者在替換方案中，來(lái)自電流傳感器的信號(hào)被多路利用并且被連接到單一的控制器輸入。轉(zhuǎn)子位置和速度傳感器46向控制器提供轉(zhuǎn)子位置和速度反饋信號(hào)。該傳感器可以包括公知的分解器、編碼器或者其他等效裝置、和速度近似器，其以公知的方式將位置信號(hào)轉(zhuǎn)換為速度信號(hào)?？刂破魍ㄟ^(guò)主電源總線連接到電源40。該控制器還配備有用戶輸入，包括扭矩要求輸入47和曲線選擇輸入48。
該控制器可以包括微處理器或者等效的微控制器，諸如TexasInstrument的數(shù)字信號(hào)處理器TMS320LF2407APG。程序RAM存儲(chǔ)器50、程序ROM 52、DATA RAM 54和曲線存儲(chǔ)器56連接到控制器。這些所說(shuō)明的單元僅表示任何公知的存儲(chǔ)配置，通過(guò)該存儲(chǔ)配置，控制器可以訪問(wèn)存儲(chǔ)的隨機(jī)數(shù)據(jù)和程序數(shù)據(jù)。為了說(shuō)明本發(fā)明的概念，在圖中單獨(dú)地示出了曲線存儲(chǔ)器56。曲線存儲(chǔ)器可以包括ROM，在ROM存儲(chǔ)了電機(jī)控制方案的程序部分，該程序規(guī)定了通過(guò)實(shí)現(xiàn)相關(guān)控制方案而獲得的電機(jī)電流波形曲線。該曲線存儲(chǔ)器的數(shù)據(jù)可以以曲線函數(shù)庫(kù)和/或查詢表的形式存儲(chǔ)。曲線存儲(chǔ)器數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)可以具有實(shí)時(shí)計(jì)算和優(yōu)化程序的形式。作為替換方案，或者除了ROM以外，可以提供在實(shí)時(shí)的電機(jī)操作過(guò)程中計(jì)算值的單元。
在車輛駕駛應(yīng)用實(shí)例中，扭矩要求輸入47表示用戶油門所要求的扭矩。加大油門表示增加速度的命令，其可以通過(guò)增加扭矩實(shí)現(xiàn)。可替換地，其可以表示增加扭矩的命令，以便于在諸如上坡駕駛的重的負(fù)荷條件下維持車輛的相同速度。在操作中，控制系統(tǒng)扭矩跟蹤功能應(yīng)針對(duì)任何給出的扭矩要求輸入，根據(jù)變化的外部條件，諸如駕駛條件、負(fù)荷坡度、地形等的變化，維持穩(wěn)定狀態(tài)的扭矩操作，并且應(yīng)響應(yīng)扭矩要求輸入中的變化以適應(yīng)駕駛員的油門命令。控制系統(tǒng)響應(yīng)扭矩輸入要求的方式取決于所實(shí)現(xiàn)的特定電機(jī)控制方案。可以利用多個(gè)電機(jī)控制方案獲得適當(dāng)?shù)捻憫?yīng)。每個(gè)控制方案導(dǎo)致特定的電機(jī)電流波形曲線，其具有與效率、扭矩能力、響應(yīng)能力和功率消耗等相關(guān)的唯一特性。
圖3是說(shuō)明了上文認(rèn)定和并入此處的共同未決申請(qǐng)10/173,610中使用的電機(jī)控制方案的框圖。對(duì)于該操作的詳細(xì)描述可以參考該申請(qǐng)。為了建立所需的相電流，對(duì)相繞組的驅(qū)動(dòng)器應(yīng)用下列每相電壓控制表達(dá)式Vi(t)＝LidIdi/dt+RiIi+Ei+ksei圖3說(shuō)明了通常由參考數(shù)字60表示的方法，通過(guò)該方法，控制器使用扭矩要求輸入和從相電流傳感器、位置傳感器和速度檢測(cè)器接收的信號(hào)來(lái)實(shí)時(shí)地驅(qū)動(dòng)該電壓控制表達(dá)式的分量。函數(shù)模塊70表示上述表達(dá)式的分量的公式和求和，用以實(shí)時(shí)地獲得控制電壓。作為模塊70的輸入示出的每個(gè)函數(shù)模塊62、64、66、68、72、74和76表示分量的多種要素的產(chǎn)生，該要素獲得自控制器接收的實(shí)時(shí)輸入或者參數(shù)常數(shù)。模塊62表示精確扭矩跟蹤函數(shù)，根據(jù)下列表達(dá)式選擇每相所需電流軌跡Idi=(2τdNsKτi)sin(Nrθi)]]>其中Idi表示每相所需的電流軌跡，τd表示用戶要求的扭矩命令，Nr表示相繞組的總數(shù)，Kτi表示每相扭矩傳輸系數(shù)，而θi表示第i個(gè)相轉(zhuǎn)子位置信號(hào)。每相電流幅度取決于每相的扭矩傳輸系數(shù)Kτi值。
在操作中，控制器44按照在控制器中建立的順序，連續(xù)地向用于各自相繞組獨(dú)立賦能的混合供電模塊輸出控制信號(hào)Vi(t)。每個(gè)連續(xù)的控制信號(hào)Vi(t)與相應(yīng)相繞組中檢測(cè)的特定電流、即刻檢測(cè)的轉(zhuǎn)子位置和速度相關(guān)，并且還與模型參數(shù)Kei和Kτi相關(guān)，該參數(shù)是關(guān)于各自的相而特殊預(yù)定的。實(shí)時(shí)地連續(xù)地執(zhí)行圖3中說(shuō)明的計(jì)算。模塊62中示出的表達(dá)式在該電機(jī)控制方案中通過(guò)使用正弦波形曲線提供了用于跟蹤扭矩輸出控制信號(hào)Vi(t)的所需電流分量。該正弦波電流軌跡Isin(t)由下式產(chǎn)生Isin＝Imsin(Nrθi)
其中Im表示相電流的幅度，Nr表示永磁體對(duì)的數(shù)目，而θi表示測(cè)量的每相轉(zhuǎn)子位置信號(hào)。如上文認(rèn)定的共同未決申請(qǐng)10/290,537中描述的，該正弦電流波形曲線提供了有效率的電機(jī)操作。
針對(duì)圖3的扭矩跟蹤函數(shù)，可以使用關(guān)于模塊62的不同表達(dá)式以獲得用于證明其他方面的不同電流波形曲線，盡管犧牲了通過(guò)正弦波形曲線獲得的某些效率。對(duì)于更高的扭矩操作，圖3中示出的模塊62的表達(dá)式可以由下式替換，其產(chǎn)生方波電流波形軌跡Isq(t)，諸如Isq＝Imsgn(sin(Nrθi))其中sgn(x)表示標(biāo)準(zhǔn)的正負(fù)號(hào)函數(shù)，并且被定義為如果x＞0，則其為1，如果x＝0，則其為0，以及如果x＜0，則其為-1。關(guān)于更加詳細(xì)的描述，可以再次參考共同未決申請(qǐng)10/290,537，其比較了通過(guò)上文討論的電機(jī)控制方案獲得的兩個(gè)不同電流波形曲線的效率和扭矩特征。
曲線存儲(chǔ)器56存儲(chǔ)由控制器使用的、用于獲得滿足上文例示的表達(dá)式的電流值的數(shù)據(jù)。對(duì)于方波曲線，可以預(yù)先存儲(chǔ)表達(dá)式LidIdi/dt。數(shù)據(jù)可以作為查詢表存儲(chǔ)在曲線函數(shù)庫(kù)中，每個(gè)電機(jī)控制方案具有相應(yīng)的查詢表。查詢表中的每個(gè)條目表示對(duì)于相應(yīng)電機(jī)控制方案的關(guān)于扭矩要求值和轉(zhuǎn)子位置的特定組合的電流值，如圖3中的模塊62的輸出所示。如果選擇了產(chǎn)生正弦波形的控制方案，則訪問(wèn)相應(yīng)的曲線存儲(chǔ)器數(shù)據(jù)。如果選擇了產(chǎn)生方波曲線的控制方案，則訪問(wèn)相應(yīng)的方波曲線存儲(chǔ)器數(shù)據(jù)?？商鎿Q地，曲線存儲(chǔ)器可以存儲(chǔ)關(guān)于每個(gè)曲線的數(shù)據(jù)，由控制器實(shí)時(shí)地使用該數(shù)據(jù)重復(fù)計(jì)算所需的電流值Idi。盡管上文為了說(shuō)明描述了用于正弦波波形和方波波形的表達(dá)式，但是可以使用其他的波形曲線，諸如鋸齒波等，以用于多種操作目的。
在電機(jī)操作過(guò)程中，可以由控制器在適當(dāng)?shù)臅r(shí)刻自動(dòng)地選擇曲線數(shù)據(jù)。可替換地，用戶可以通過(guò)在控制器輸入48處輸入曲線選擇信號(hào)來(lái)選擇對(duì)應(yīng)于曲線之一的操作模式。參考圖4所示的流程圖描述了曲線選擇操作。該描述涉及特定的示例，其中曲線存儲(chǔ)器包括用于實(shí)現(xiàn)高效率曲線電機(jī)控制方案的數(shù)據(jù)，諸如用于產(chǎn)生正弦電機(jī)電流波形的控制方案，和用于實(shí)現(xiàn)高扭矩曲線的數(shù)據(jù)，諸如用于產(chǎn)生方波電機(jī)電流波形的控制方案。該示例僅是說(shuō)明性的，關(guān)于其他曲線的數(shù)據(jù)也可以存儲(chǔ)在曲線存儲(chǔ)器中，并且適于在需要不同電流波形的操作條件下可以訪問(wèn)這些數(shù)據(jù)。
在不存在由控制器探測(cè)的曲線選擇信號(hào)的情況中，調(diào)用自動(dòng)曲線選擇模式。在步驟100中，控制器探測(cè)在輸入48處是否接收到用戶曲線選擇信號(hào)，用以確定是否調(diào)用自動(dòng)模式。如果步驟100中的確定結(jié)果是否定的，則控制器在步驟102中確定接收到的曲線選擇信號(hào)是否是高扭矩曲線選擇。如果不是，則控制器在經(jīng)過(guò)任一適當(dāng)?shù)难訒r(shí)之后在步驟104中訪問(wèn)曲線存儲(chǔ)器，用以從高效率曲線查詢表中檢索數(shù)據(jù)。檢索的數(shù)據(jù)產(chǎn)生了關(guān)于扭矩要求和檢測(cè)的轉(zhuǎn)子位置電平的所需的電流值Idi。相反地，如果選擇了高扭矩曲線，如步驟102中所確定的，則在步驟106中訪問(wèn)相應(yīng)的查詢表，并且獲得關(guān)于該表的適當(dāng)?shù)腎di值。處理流程從步驟104和106返回步驟100，用于確定是否還存在接收到的用戶曲線選擇以及該選擇的性質(zhì)，用于以上文所述的方式繼續(xù)該流程。步驟104和106中的操作發(fā)生在步驟102中的選擇之后的一段時(shí)間之后，該時(shí)間段是足夠長(zhǎng)到能夠以克服曲線轉(zhuǎn)變中的瞬間效應(yīng)。因此，處理流程返回到步驟100的延時(shí)延長(zhǎng)了若干個(gè)連續(xù)的反饋采樣。
如果沒(méi)有出現(xiàn)用戶曲線選擇輸入信號(hào)，并且系統(tǒng)未被關(guān)閉，則控制器在步驟100中確定將被自動(dòng)選中的波形曲線。在該自動(dòng)模式中，控制器在步驟108中確定處于高效率曲線電機(jī)控制方案中的系統(tǒng)是否具有滿足針對(duì)用戶要求的扭矩輸入的扭矩跟蹤需要的能力?？梢詤⒖紒?lái)自圖3中模塊70的輸出的控制器Vi(t)值進(jìn)行該確定，其可得自用戶要求的扭矩輸入值和電機(jī)速度值。如果得到的控制電壓不超過(guò)電源的電壓電平，則可以滿足扭矩要求。如果如步驟108所確定的，得到的該輸出電平未超過(guò)電源電壓，則控制器可以施加高效率電機(jī)控制方案所需的電壓用于扭矩跟蹤。然后，控制器在經(jīng)過(guò)任一適當(dāng)?shù)难訒r(shí)之后在步驟110中訪問(wèn)曲線存儲(chǔ)器，用以從高效率曲線查詢表中檢索數(shù)據(jù)。相反地，如果得到的電壓電平高于電源電壓，則在步驟108中確定已超過(guò)電源容量。然后，控制器在經(jīng)過(guò)任一適當(dāng)?shù)难訒r(shí)之后在步驟112中訪問(wèn)曲線存儲(chǔ)器，用以從高扭矩曲線查詢表中檢索數(shù)據(jù)。處理流程從步驟110和112返回步驟100，用于以上文所述的方式繼續(xù)該流程。如果操作從一個(gè)操作曲線模式變化到另一個(gè)，則上文所討論的延時(shí)是適當(dāng)?shù)摹?br> 盡管可以通過(guò)實(shí)時(shí)地重復(fù)計(jì)算扭矩能力閾值執(zhí)行了步驟108表述的自動(dòng)模式曲線選擇，但是針對(duì)扭矩要求和電機(jī)速度的多種組合的電壓計(jì)算可以預(yù)先進(jìn)行，并且鏈接到曲線存儲(chǔ)器中查詢表中的適當(dāng)?shù)那€。圖5是曲線圖，表示根據(jù)說(shuō)明性示例的在該查詢表中的邊界，該邊界是對(duì)于扭矩值和速度值的在關(guān)于高效率曲線模式選擇和高扭矩曲線模式選擇之間的范圍。通過(guò)對(duì)上文所述的控制器電壓/電源電壓進(jìn)行關(guān)于速度/要求扭矩的組合幅度的比較來(lái)制定該查詢表。曲線圖的橫坐標(biāo)表示速度，而縱坐標(biāo)表示所要求的扭矩，該曲線漸進(jìn)于兩個(gè)軸，在曲線上方的速度/扭矩的組合超出了系統(tǒng)在高效率曲線操作模式中跟蹤扭矩的能力?？刂破髟L問(wèn)該查詢表時(shí)將選擇由曲線下面的點(diǎn)表示的速度/扭矩組合的高效率曲線模式，并控制器選擇用于其他的點(diǎn)的高扭矩曲線模式。
在本公開(kāi)內(nèi)容中，僅示出和描述了本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例和數(shù)個(gè)其多樣性的示例。應(yīng)當(dāng)理解，本發(fā)明如此處表述的本發(fā)明的概念的范圍內(nèi)能夠用于多種其他組合和環(huán)境中，并且能夠在進(jìn)行變化和修改。例如，可以使用多種其他波形曲線。由此曲線存儲(chǔ)器可以存儲(chǔ)多個(gè)曲線，控制器響應(yīng)于特定的曲線選擇命令可以訪問(wèn)這些曲線。針對(duì)適當(dāng)?shù)那€模式選擇，可由控制器制定具有變動(dòng)的復(fù)雜性的多種查詢表。
權(quán)利要求
1.一種用于適應(yīng)性地控制多相電機(jī)的方法，包括以下步驟識(shí)別多個(gè)用于導(dǎo)致各自不同的操作曲線的電機(jī)控制方案；輸入命令；檢測(cè)電機(jī)操作條件；根據(jù)輸入命令和檢測(cè)的電機(jī)操作條件選擇該電機(jī)控制方案之一；和產(chǎn)生電機(jī)控制信號(hào)，用以針對(duì)對(duì)應(yīng)于所選電機(jī)控制方案的操作曲線從電源提供電機(jī)賦能電流。
2.權(quán)利要求1的方法，其中輸入信號(hào)表示用戶的要求并且會(huì)經(jīng)歷變化，并且檢測(cè)、選擇和產(chǎn)生的步驟在整個(gè)電機(jī)操作過(guò)程中重復(fù)地執(zhí)行，用于適應(yīng)性地控制電機(jī)。
3.權(quán)利要求2的方法，其中輸入信號(hào)表示扭矩要求，并且電機(jī)操作條件是電機(jī)速度。
4.權(quán)利要求3的方法，其中存儲(chǔ)的電機(jī)控制方案包括效率電機(jī)控制方案，其提供用于相對(duì)優(yōu)化的操作效率的電流波形曲線；和高扭矩的電機(jī)控制方案，其提供用于相對(duì)高的操作扭矩響應(yīng)的電流波形曲線。
5.權(quán)利要求4的方法，其中相對(duì)優(yōu)化操作效率的電流波形曲線具有基本上是正弦的波形，而相對(duì)高操作扭矩響應(yīng)的電流波形曲線具有基本上是矩形的波形。
6.權(quán)利要求5的方法，其中選擇步驟包括基于扭矩要求和電機(jī)速度確定是否超出閾值；和訪問(wèn)存儲(chǔ)的電機(jī)控制方案，所訪問(wèn)的電機(jī)控制方案取決于確定步驟中進(jìn)行的確定。
7.權(quán)利要求6的方法，其中在超出了閾值時(shí)選擇扭矩電機(jī)控制方案，而在未超出閾值時(shí)選擇效率電機(jī)控制方案。
8.權(quán)利要求7的方法，其中該閾值時(shí)電源電壓電平，并且確定步驟包括使用效率電機(jī)控制方案得到操作所需的控制電壓。
9.權(quán)利要求7的方法，確定步驟包括訪問(wèn)查詢表，該查詢表具有基于扭矩要求和電機(jī)速度的條目。
10.權(quán)利要求1的方法，其中電機(jī)定子包括多個(gè)鐵磁獨(dú)立的電磁體，該每個(gè)電磁體在其上纏繞有相繞組之一。
11.一種電機(jī)控制系統(tǒng)，用于具有帶有多個(gè)相繞組的定子的多相永磁體電機(jī)，所述系統(tǒng)包括賦能電路，用于從電源向電機(jī)定子繞組提供賦能電流；聯(lián)接到賦能電路的控制器，該控制器具有多個(gè)輸入；聯(lián)接到控制器的存儲(chǔ)裝置，該存儲(chǔ)裝置具有存儲(chǔ)于其中的多個(gè)不同電機(jī)控制方案，其分別用于導(dǎo)致不同的定子電流波形曲線；和電機(jī)條件檢測(cè)裝置，其聯(lián)接到控制器的一個(gè)輸入；其中控制器動(dòng)態(tài)地響應(yīng)于電機(jī)條件檢測(cè)裝置，以訪問(wèn)來(lái)自存儲(chǔ)裝置的電機(jī)控制方案，從而根據(jù)同檢測(cè)的電機(jī)條件相關(guān)的標(biāo)準(zhǔn)向電機(jī)賦能相應(yīng)的電流波形曲線。
12.權(quán)利要求11的電機(jī)控制系統(tǒng)，其中所述存儲(chǔ)的電機(jī)控制方案包括效率電機(jī)控制方案，其提供用于相對(duì)優(yōu)化的操作效率的電流波形曲線；和高扭矩的電機(jī)控制方案，其提供用于相對(duì)高的操作扭矩響應(yīng)的電流波形曲線。
13.權(quán)利要求12的電機(jī)控制系統(tǒng)，其中相對(duì)優(yōu)化的操作效率的電流波形曲線具有基本上是正弦的波形，而相對(duì)最大的操作扭矩響應(yīng)的電流波形曲線具有基本上是矩形的波形。
14.權(quán)利要求13的電機(jī)控制系統(tǒng)，其中至控制器的另一輸入是用于接收用戶信號(hào)的扭矩要求輸入；并且其中取決于在扭矩要求輸入接收的信號(hào)和從電機(jī)條件檢測(cè)裝置接收的信號(hào)，根據(jù)閾值由控制器訪問(wèn)電機(jī)控制方案。
15.權(quán)利要求14的電機(jī)控制系統(tǒng)，其中在超出閾值時(shí)選擇高扭矩電機(jī)控制方案，而在未超出閾值時(shí)選擇效率電機(jī)控制方案。
16.權(quán)利要求14的電機(jī)控制系統(tǒng)，其中電機(jī)條件檢測(cè)裝置包括電機(jī)速度傳感器。
17.權(quán)利要求16的電機(jī)控制系統(tǒng)，其中存儲(chǔ)裝置包括查詢表，該查詢表具有基于扭矩要求和電機(jī)速度的條目，每個(gè)條目指定電機(jī)控制方案之一。
18.權(quán)利要求11的電機(jī)控制系統(tǒng)，其中電機(jī)定子包括多個(gè)鐵磁獨(dú)立的電磁體，每個(gè)電磁體在其上纏繞有相繞組。
19.權(quán)利要求11的電機(jī)控制系統(tǒng)，其中控制器輸入之一是用戶選擇輸入，其用于接收指定存儲(chǔ)的電機(jī)控制方案之一的信號(hào)，并且其中，響應(yīng)于在用戶選擇輸入的信號(hào)接收，訪問(wèn)電機(jī)控制方案，以用于不考慮電機(jī)條件檢測(cè)裝置而執(zhí)行。
全文摘要
提供了一種用于具有多個(gè)定子相部件的多相電機(jī)的控制系統(tǒng)，每個(gè)定子相部件包括形成在芯元件上的相繞組和轉(zhuǎn)子。多個(gè)電機(jī)控制方案存儲(chǔ)在存儲(chǔ)器中，或者在電機(jī)操作過(guò)程中動(dòng)態(tài)地計(jì)算。依據(jù)用戶或者系統(tǒng)的選擇，由控制器選擇該電機(jī)控制方案之一用于執(zhí)行?？刂破鳟a(chǎn)生控制信號(hào)，將該控制信號(hào)施加到賦能電路，用于根據(jù)選出的電機(jī)控制方案向相繞組提供帶有特定電流波形曲線的電流。控制器具有輸入端，用于接收表示所需電機(jī)扭矩的用戶啟動(dòng)的扭矩命令信號(hào)。每個(gè)電機(jī)控制方案提供了電機(jī)驅(qū)動(dòng)電流，其對(duì)應(yīng)于在控制器輸入端接收到的扭矩命令信號(hào)。在自動(dòng)模式中，控制器訪問(wèn)適當(dāng)?shù)目刂品桨福靡詽M足系統(tǒng)的扭矩跟蹤的需要。
文檔編號(hào)H02P6/08GK1659777SQ03812827
公開(kāi)日2005年8月24日 申請(qǐng)日期2003年4月30日 優(yōu)先權(quán)日2002年6月19日
發(fā)明者博里斯·A·馬斯洛夫, 馬修·菲姆斯特, 袁國(guó)輝 申請(qǐng)人:波峰實(shí)驗(yàn)室責(zé)任有限公司