[发明专利]用于控制三相AC电机的方法和控制电路

说明书

本申请涉及通过电压矢量角度偏转弱磁AC电机控制。提供一种用于控制三相AC电机的方法包括：基于参考操作点与实际操作点之间的差生成操作点误差信号。第一控制方法用于确定第一电机控制矢量，从而确定第一控制矢量的幅度值和角度值。第二控制方法用于根据操作点误差信号确定第二控制矢量，从而第二控制矢量是具有恒定幅度的电压矢量。脉宽调制电压被施加给AC电机。当AC电机在电压输出饱和之下操作时，脉宽调制电压取决于第一电机控制矢量。当AC电机在电压输出饱和处操作时，脉宽调制电压取决于第二电机控制矢量。

技术领域

本发明涉及电机控制，更具体地，涉及三相同步AC电机的弱磁(flux weakening)控制。

背景技术

内置式永磁同步电机(IPMSM)在各种应用中得到广泛的使用，包括汽车应用，诸如电动车牵引电机、48V系统中的微混合动力皮带驱动发电机(BSG)和电动助力转向。IPMSM提供了许多吸引人的特性，包括高功率密度、高效率、磁阻转矩可用性和宽速度操作范围。

IPMSM具有在任何控制方案中必须考虑的特有的基础速度。基础速度是指IPMSM的转子不能通过向定子绕组提供附加电流而加速的速度。用于IPMSM的许多应用要求电机在其基础速度之外进行操作。这可以使用称为弱磁的技术。弱磁包括降低永磁磁链，即转子磁场。尽管这允许转子快速地旋转，但转子磁场的这种减小降低了由电机生成的扭矩的量。即，随着IPMSM加速超过其基础速度，由电机生成的扭矩的量减少。基础速度之下的操作区域统称为恒定扭矩区域，而基础速度之上的区域统称为恒定功率区域。

一种已知的弱磁技术包括电压反馈控制。参见Kim等人的“Speed Control ofPermanent Magnet Synchronous Motor Drive for the Flux Weakening Operation”(IEEE Transactions，vol.33，no.1， pp.43、48,1997年2月)。该技术的一个缺陷是：其要求相对复杂的计算步骤，而这会消耗大量的计算资源。此外，根据该技术，不能完全利用电源的最大DC电压。相反，该技术要求最大DC电压与用户定义的电压参考输出之间的裕度，如此要求以使电流控制可以在电机进入饱和区域之前生效。因此，电机不能使用电压反馈控制实现其最大速度。

另一已知的弱磁技术涉及电流矢量控制技术，参见Jackson Wai、 T.M.Jahns的“ANew Control Technique for Achieving Wide Constant Power Speed Operation withan Interior PM Alternator Machine” (IEEE IAS Ann会议，vol.2，pp.807-814，2001年)。根据该技术，在弱磁期间，控制电流矢量角度。该技术的一个缺陷在于，仅可以接近但实际永远达不到电流矢量轨迹。这是因为电流调节器在电压饱和之后失去控制。

发明内容

公开了一种用于控制三相AC电机的方法。根据一个实施例，该方法包括：基于AC电机的参考操作点与AC电机的实际操作点之间的差生成操作点误差信号。第一控制方法用于根据操作点误差信号来确定第一三相电机控制矢量，从而确定第一三相电机控制矢量的幅度值和角度值。第二控制方法用于根据操作点误差信号确定第二三相电机控制矢量，从而第二三相电机控制矢量是具有恒定幅度的电压矢量，并且仅控制第二三相电机控制矢量的角度值。脉宽调制电压被施加给AC电机。当AC电机在电压输出饱和之下进行操作时，脉宽调制电压取决于第一三相电机控制矢量。当AC电机在电压输出饱和处进行操作时，脉宽调制电压取决于第二三相电机控制矢量。