[发明专利]改善电机在场削弱区域工作期间的扭矩线性的增益调节

说明书

相关申请的交叉引用

本申请是2007年7月27日提交的申请11/829,298的部分连续申请。

技术领域

本发明的实施例总体上涉及电机控制，更具体地涉及改善电机在场削弱区域工作时的扭矩线性的技术。

背景技术

电机将电功率转换为机械的力和运动。电机可见于许多应用中，包括诸如风扇、冰箱和洗衣机等家用电器。电传动也日益运用在电动和混合动力车辆中。

旋转电机通常具有称为转子的内部旋转磁体，其在静止的定子内旋转。转子电磁场与定子绕组所产生的场之间相互作用，产生了电机扭矩。转子可以是永磁体或者其可由线圈制成。然而，如果转子具有嵌入其中的永磁体(即，永磁体不是位于转子表面)，则电机可被称为内永磁(IPM)电机。输入电压被供应到电机中被称为“电枢”的部分。取决于电机的设计，转子或者定子可充当电枢。在IPM电机中，电枢是定子，并且是由输入电压供电以驱动电机的一组绕组线圈。

将机械能转换为电能的反向任务由发电机或直流发电机完成。如上所述的电机也可用作发电机，这是因为部件都是相同的。当机械扭矩驱动电机/发电机时，则输出电力。混合动力以及电动车辆或者机车上使用的牵引机通常执行两种任务。

通常，当电机加速时，电枢(因而以及场)电流被进一步对准成与电机通量相对以便减小总电机通量，并因此将定子电压保持在其界限内。使电机内磁通量减小的场减小也被称为通量或场削弱。场削弱控制技术可用于提高电机的扭矩-速度特性中的性能。为了保持对定子电流的控制，可通过场削弱控制环减小电机的场。可通过调节定子励磁实现IPM电机中的场或通量削弱。可通过电压源变换器的电压脉宽调制(PWM)来控制IPM电机中的定子励磁。

通量削弱技术在过去已经得到了使用，其中，特意削弱IPM通量以减少与高通量关联的问题，例如由于高的反电动势(Back-EMF)引起的过压。例如，在电机工作的恒定扭矩区域期间，已经使用闭环电流调节器控制来控制所施加的PWM电压励磁，使得瞬时相电流遵循其被命令的值。然而，当电机端电压接近PWM变换器的最大电压时，可能在高速时出现电流调节器的饱和。超过这个点，通量应当被削弱以维持适当的电流调节，直到最大可用电机速度。减小电机内的磁通量改善了IPM电机在高速时的功率特性。然而，扭矩会与通量直接成比例地降低。

因此，希望当电机工作在场削弱区域时保持扭矩的线性。此外，从后续的详细说明和所附权利要求并结合附图以及前述技术领域和背景技术，其他期望特征和特性将变得明显。

发明内容

公开了用于当电机工作在场削弱区域时产生扭矩线性的控制系统和方法。在一个实施例中，提供了一种用于电机的控制系统。所述控制系统包括电流调节器模块、场削弱模块和扭矩线性模块。所述电流调节器模块产生第一电压命令信号和第二电压命令信号。所述场削弱模块基于所述第一电压命令信号和所述第二电压命令信号产生第一调节电流命令信号。所述扭矩线性模块使用所述第一调节电流命令信号以及扭矩命令信号和第一受限电流命令信号以产生第二调节电流命令信号。

在一个非限制性实施方式中，所述扭矩线性模块包括微分(导数)增益模块和联接到所述微分增益模块的限制器模块。所述微分增益模块具有基于所述扭矩命令信号和所述第一受限电流命令信号计算的微分增益。所述第一调节电流命令信号乘以所述微分增益以产生粗略的第二调节电流命令信号。所述限制器模块通过将所述粗略的第二调节电流命令信号限制在所述限制器模块设定的界限内而产生所述第二调节电流命令信号。

本发明还提供了以下技术方案。

方案1.一种用于电机的控制系统，所述控制系统包括：电流调节器模块，其设计成产生第一电压命令信号和第二电压命令信号；场削弱模块，其设计成基于所述第一电压命令信号和所述第二电压命令信号产生第一调节电流命令信号；和扭矩线性模块，其设计成基于所述第一调节电流命令信号、扭矩命令信号和第一受限电流命令信号产生第二调节电流命令信号，其中，所述扭矩线性模块还包括：微分增益模块，其具有基于所述扭矩命令信号和所述第一受限电流命令信号计算的微分增益，其中，所述第一调节电流命令信号乘以所述微分增益以产生粗略的第二调节电流命令信号；以及限制器模块，其联接到所述增益模块并且设计成通过将所述粗略的第二调节电流命令信号限制在所述限制器模块设定的界限内而产生所述第二调节电流命令信号。

方案2.如方案1所述的系统，其特征在于，所述微分增益模块的所述微分增益是所述扭矩命令信号和所述第一已调节的电流命令信号的函数。

方案3.如方案2所述的系统，其特征在于，所述微分增益模块的所述微分增益基于下式计算：