[发明专利]用于汽车应用的内部永磁同步电机的联机最小化铜耗控制

说明书

技术领域

本发明一般涉及一种用于控制永磁电机的系统，尤其是涉及一种 用于在d和q轴上提供实时电流参考信号以控制内部永磁(IPM)同步 电机的转矩输出从而最小化铜耗的系统，其中该系统考虑电机的固有 和非线性磁饱和效应。

背景技术

由于其具有的高功效和扩展的速度范围，IPM同步电机对于特定汽 车应用已经变得普及了。这些应用包括将该电机用作内燃机中的集成 起动器/交流发动机，和/或电车和混合车辆中的牵引电动机。该IPM 同步电机是三相AC电机，在电机定子中包括三个线圈，和在电机转子 中包括永磁体。该定子线圈接收从互相90°异相的d和q轴电流指令信 号变换的三相电流指令信号，用于控制电机的转矩和速度。对于来自 车辆操作员的特定转矩指令，选择该电流指令信号以便为该转矩提供 最小的铜耗。而且，对于某些工作条件，合适的电流指令信号会从电 机产生最大转矩。

迄今为止，在车辆工作期间，对于特定的指令转矩或最大转矩而 应用到IPM同步电机的电流指令信号是从查找表中提供的。该查找表 是通过在各种车辆工作条件下在测功器上脱机操作等效电机，并且存 储对于指定转矩提供最佳功效的指令信号而生成的。一般地，如本领 域所公知的，该电流指令信号被作为转子参照系中的d和q轴电流参 考值而存储在该查找表中。

查找表可以在实验室条件下提供正确的电流指令信号。然而，车 辆的工作参数响应于温度变化、车辆老化等而变化。因此，在车辆正 常工作期间，该查找表的值不能为特定的指令转矩提供最优的电机功 效。因此，希望提供一种技术，能够对于车辆的特定工作条件，实时 确定应用到IPM电机的电流指令信号。

发明内容

根据本发明的教导，公开了一种用于控制车辆中的IPM同步电机 的系统和方法，其中联机计算电机的工作轨道。该系统基于车辆速度 来定义电机的三个工作范围，其中通过电机的电流限制来控制第一工 作范围，通过电机的电压限制来控制第二和第三工作范围。该系统对 于三个范围中的每一个，计算转子参照系中d和q轴的两个电流参考 信号。该系统基于车辆所处的工作范围而确定将使用哪一组电流参考 信号来控制电机。在电机的过调制期间使用第三工作范围。

根据以下结合附图的说明和所附权利要求，本发明的其它优点和 特征将变得清楚。

附图说明

图1是示出了应用IPM同步电机的车辆的工作范围的曲线图，其 中水平轴是车辆速度，垂直轴是转矩；

图2是根据本发明的一个实施例生成用于控制IPM同步电机的电 流参考信号的算法的流程图；和

图3是根据本发明的一个实施例用于控制IPM同步电机的控制系 统的示意性框图。

具体实施方式

以下对于涉及用于控制IPM同步电机的系统和方法的本发明实施 例的讨论实质上仅仅是示例性的，并且决不是要限制本发明或其应用 或用途。

根据本发明，公开了一种用于控制IPM同步电机的系统和控制算 法，其中联机计算电机的最优工作轨道，而不是使用所存储的通过脱 机电动机表征过程获得的查找表。该算法在整个工作范围内联机计算 用于定义电机的控制信号的d和q轴电流参考信号，其中考虑到IPM 电机的固有非线性磁饱和效应。该电流向量的振幅被最小化以产生所 需的转矩，用于最小化铜耗。该算法将最小铜耗操作视为非线性约束 优化，其中该转矩条件是等式约束和逆变器(inverter)容量，也就 是说，该电流和电压幅度给出了两个不等式约束。这就依赖于车辆工 作范围而给出了两组非线性等式。

图1是示出了车辆中的IPM同步电机的工作范围的曲线图，其中 水平轴是车辆速度，垂直轴是转矩。该图包括三个工作范围10、12和 14，并且基于车辆速度定义了最大电流限制和电压限制，如下所述。 如下将要讨论的，范围10是产生转矩误差等式和梯度误差等式的最小 电流工作范围，该梯度误差等式描述了在转子参照系中的电机工作点 处该转矩曲线梯度和电流循环梯度之间的误差。范围12和14是产生 该转矩误差等式和电压误差等式的最大电压工作范围，该电压误差等 式描述了在转子参照系中额定电压和工作电压之间的误差。