[发明专利]用于生成控制电机操作的电压命令信号的方法、系统和设备

说明书

技术领域

技术领域大体上涉及控制多相系统的操作，并且更特别地涉及用于生成用于控制电机操作的电压命令信号的方法、系统和设备。

背景技术

在最近几年中，技术上的进步以及不断演化的风格品味导致汽车设计上的显著变化。其中一个变化涉及汽车内的电气和驱动系统的复杂化，特别是诸如混合动力车、电动车和燃料电池车的替代燃料车。这样的替代燃料车通常使用可能与另一个致动器结合的电动机来驱动车轮。

混合动力电动车(HEV)通常包括电力牵引传动系统，该系统包括至少一个交流(AC)电动机，电动机由功率逆变器模块(PIM)利用来自诸如蓄电池的直流(DC)电源的功率驱动。AC电动机的电动机绕组可联接到PIM的逆变器子模块。每个逆变器子模块包括一对开关，这对开关以互补方式切换以执行快速切换功能，以便将DC功率转换为AC功率。脉宽调制(PWM)模块接收电压命令信号并将PWM波形施加到电压命令信号以控制电压命令信号的脉宽调制并生成提供至逆变器模块的逆变器子模块的开关矢量信号。当开关矢量信号被施加时，在每个逆变器子模块中的每对开关以互补方式切换以执行快速切换功能，以便将DC功率转换为AC功率。这种AC功率驱动AC电动机，AC电动机继而驱动HEV的传动系的轴。

矢量控制

许多现代化的高性能AC电动机驱动装置利用磁场定向控制(FOC)或“矢量”控制来控制AC电动机的操作。特别地，矢量控制常常在变频驱动装置中用来控制馈送至AC电动机的电流，以便可以控制电动机转子的角速度并且因此可以控制由AC电动机施加到轴的扭矩。简言之，定子相电流被测量并转换为对应的复杂空间矢量。该电流矢量接着被变换到随AC电动机的转子旋转的坐标系。矢量控制需要转子的角位置信息(即，转子相对于“定子”或电动机绕组的机械旋转角位置)。角位置信息通常经由反馈装置(例如，角位置或速度传感器)获得。然而，在一些系统中，可以使用无传感器控制技术来提供角位置和/或角频率/速度信息。

在故障条件期间的响应：三相短路与开路响应

如上所述，在正常操作期间，每个逆变器模块中的开关以互补方式操作，使得当一个开关接通时，另一个开关断开，反之亦然。然而，在许多不同类型的故障条件期间，希望脱离正常的互补操作并且在逆变器模块处施加开路故障响应或短路故障响应以最小化电机的扭矩响应或避免在其中反电动势可能高于电压源的高速下不可控的再生。

在开路响应期间，多相逆变器中所有开关被控制为打开。例如，通过将开路故障响应控制信号施加到PWM模块(这将在逆变器模块处造成开路故障响应，即造成逆变器模块内的所有开关处于打开状态)，可以在逆变器模块处施加开路故障响应。

相比之下，在短路响应期间，多相逆变器中的选定开关被控制成将多相逆变器的所有相连接到单个母线(例如，正母线或负母线)，并且多相逆变器中的所有其它未选定开关被控制成打开，使得未选定的开关不连接到该单个母线(例如，正母线或负母线)。例如，通过将短路故障响应控制信号施加到PWM模块(这将在逆变器模块处造成短路故障响应)，可以在逆变器模块处施加短路故障响应。

是否在逆变器模块处施加开路故障响应或短路故障响应可以取决于例如电机的角速度(或“速率”)。一种用于确定是否施加开路或短路故障响应的方法公开于名称为“Fault Handling of Inverter Driven PM Motor Drives”(逆变器驱动的PM电动机驱动装置的故障处理)的美国专利7,279,862 B1和再颁布专利RE 42,200中，该专利的内容全文以引用方式并入本文中。

当故障条件发生并且电机在中等至较高电机速度下操作(本领域也称之为在弱磁场区域或范围中操作)时，短路故障响应通常被施加到逆变器模块，并且希望尽可能快速或迅速地施加短路故障响应。

当短路故障响应被施加时，电压命令从高值转变到低值，这可能造成定子电流振荡，继而造成由电机生成的扭矩振荡。这是不期望的。

希望通过增加电机效率和增加由电机生成的最大功率来改善现有的电机驱动系统。还希望在电机在正常操作期间或当响应于检测到故障条件而施加短路故障响应时在弱磁场区域中操作时改善电流调节鲁棒性和定子电流瞬态响应。还希望改善在整个电机速度操作区域内的电流瞬态响应，同时最小化相电流超调。例如，当电机正在弱磁场区域中操作并且在逆变器模块处施加短路故障响应时，希望减少或最小化短路故障响应过渡期间的相电流超调。结合附图以及上述技术领域和背景技术，本发明的其它期望特征和特性将从随后的详细描述和所附权利要求而变得显而易见。

发明内容