转矩估算和补偿的方法及其系统的制作方法
【专利说明】
[0001] 参考合并
[000引本申请通过引用而包含了 2013年4月12日提交的美国专利申请No. 13/861,672 ; 通过引用将所述专利申请的全部内容结合于此。
技术领域
[0003]示例性实施例涉及电驱动装置系统和/或用于控制诸如内置式永磁（IPM)马达或 电机之类的电驱动装置的方法。
【背景技术】
[0004] 交流（ac)电机（例如，IPM电机）广泛用于装运机、联合收割机或其它重型设备 机器车辆的电驱动装置，因为它们提供高于直流（dc)电机的效率。在交流电机中，内置式 永磁（IPM)电机具有较高的驱动效率和较宽的恒定动力操作范围。内置式永磁电机控制器 也被称为逆变器，其控制内置式永磁电机的操作。控制器产生施加到内置式永磁电机的端 子的交流控制信号。
[0005] 在内置式永磁电机中，过高的电机端电压会不利地导致电流调整崩塌，在逆变器 电压输出中引入额外的谐波，导致退化的电流调整质量和相关的副作用，如转矩波动、转子 磁体和定子绕组发热、噪声等。过高的电机端电压可能取决于d/q轴电压命令、诸如永磁体 之类的制造和原材料公差，定子/转子钢饱和特性可W导致电机端电压、位置偏离校准的 精确度、环境和冷却温度、电流传感器（CT)携带的逆变器的精确度等的变化。
[0006] 通常地，控制器基于多个信息控制内置式永磁电机。例如，对内置式永磁电机的实 际的逆变器或端电压的精确估算，W及内置式永磁电机的位置信息，可W提供对内置式永 磁电机的转矩输出的更好估算，该又可W完成转矩控制回路。
【发明内容】
[0007]-些实施例针对用于通过估算实际的逆变器或电机端电压和转矩W控制诸如内 置式永磁电机之类的交流电机的方法和装置。
[0008]至少一个示例性实施例公开了估算交流电机的轴转矩的方法。该方法包括测量与 交流电机的一个或多个定子绕组相关的相电流，基于交流电机的被测量的相电流表示并且 基于交流电机的占空因数和死区时间比率中的至少一个来估算端电压值，变换端电压值W 得到与被测量的相电流一致的直流电压表示和正交电压表示，确定交流电机的一个或多个 端子的端子功率，端子功率直接基于交流电机的估算端电压值与直流电压表示和正交电压 表示中的一个、W及流命令值，并且基于与基于源自交流电机的特性的电机参数的至少一 个效率值相一致的端子功率确定交流电机的估算轴转矩。
【附图说明】
[0009] 结合附图，并且根据W下详细描述将更清楚地理解示例性实施例。图1-13表示如 本文所述的非限制性的示例性实施例。
[0010] 图1图示了图1A-1B的方块图；
[0011] 图1A-1B是根据示例性实施例的、用于控制电动马达的系统的方块图；
[0012] 图2是根据示例性实施例的、与图1A-1B-致的电子数据处理系统的方块图；
[0013] 图3图示了图1A图示的电机端电压估算模块、转矩估算模块和转矩补偿模块的示 例性实施例；
[0014] 图4图示了根据示例性实施例的逆变器电路；
[0015] 图5A-B图示了根据示例性实施例的脉宽调制（PWM)周期和双重控制周期；
[0016] 图6图示了如图1A所示的电机端电压估算模块、端电压反馈模块和电流调节模块 的示例性实施例；
[0017] 图7图示了根据示例性实施例的、由图6示出的电机端电压估算模块执行的方 法；
[001引图8图示了根据示例性实施例对d/q轴电流幅值和对应的角度的调节；
[0019] 图9A图示了使用基于双重控制DSP的端电压估算来确定转子位置的示例性实施 例；
[0020] 图9B图示了使用基于双重控制FPGA的端电压估算来确定转子位置的示例性实施 例；
[0021] 图9C图示了使用基于单个控制FPGA的端电压估算来确定转子位置的示例性实施 例；
[0022] 图10图示了根据示例性实施例的基于转换的转矩补偿方案；
[0023] 图11图示了根据示例性实施例的基于PI的转矩补偿方案；
[0024] 图12图示了根据示例性实施例的、生成用于转矩命令限制器的转矩上/下限的方 法；和
[0025] 图13图示了根据示例性实施例的转矩估算和补偿的方法。
【具体实施方式】
[0026] 现在将参照图示一些示例性实施例的附图更充分地描述多个示例性实施例。
[0027] 因此，尽管能够对示例性实施例进行各种修改并且形成可替换形式，但是附图通 过示例的方法示出所述实施例并且本文将详细描述所述实施例。然而，应该理解，目的不是 将示例性实施例限制到公开的具体形式，而是相反，示例性实施例将覆盖落入权利要求的 范围内的所有的修改例、等同例和供选例。在对附图的所有描述中，相同的数字指示相同的 元件。
[0028] 将理解，虽然在本文中术语第一、第二等可W用于描述各种元件，但是该些术语不 应该限制该些元件。该些术语仅用于区别一个元件与另一元件。例如，第一元件可W称为 第二元件，并且类似地，第二元件可W称为第一元件，该没有脱离示例性实施例的范围。如 本文所用，术语"和/或"包括一个或多个相关联的列出项目的任何和所有结合。
[0029] 将理解当元件被指出"连接"或"连接"到另一元件时，所述元件可W直接连接到或 连接到另一元件或可能存在插入元件。相反，当元件被指出"直接连接"或"直接连接"到 另一元件时，不存在插入元件。应该W类似方式理解用于描述元件之间的关系的其它措辞 (例如"在...之间"与"直接在...之间"、"邻近"与"直接邻近"等。）。
[0030] 本文中使用的术语仅为了描述具体的实施例并且目的不是限制示例性实施例。如 本文所用，单数形式"a"、"an"和"the"还旨在包括复数形式，除非上下文另外清楚地表示。 将进一步理解，在本文中使用术语"包括"和/或"包含"时，指存在规定的部件、整体、步骤、 操作、元件和/或构件，但是不排除存在或增加一个或多个其它的部件、整体、步骤、操作、 元件和/或构件。
[0031] 还应该注意，在一些可替换的实现方式中，被说明的功能/作用可W不按照附图 中描述的次序发生。例如，实际上可W大致同时执行或有时可W按相反次序执行连续示出 的两个附图，该取决于涉及的功能/作用。
[0032] 除非另有规定，否则本文中使用的所有术语（包括技术术语和科学术语）具有的 意义与示例性实施例属于的技术领域中的人员通常理解的意义相同。将进一步理解，例如 限定在通常使用的字典中的那些术语应该理解成具有的意义与其在相关技术的内容中的 意义一致，而不应理解成理想化的意义或过度正式的意义，除非本文中明确地如此限定。
[0033] 示例性实施例的多个部分和对应的详细描述被呈现在具体编程W执行软件的术 语处理器内，或呈现在根据计算机存储器中的数据位进行操作的算法和符号表示中。该些 描述和呈现是本领域的技术人员将他们的工作的主旨有效传递给在本领域中的其他人员 的方式。如本文使用的术语"算法"，并且如其被通常使用的那样，算法被理解成通向结果的 步骤的有条理的序列。各步骤是对物理量的那些要求的物理操作。通常，虽然不一定，但是 该些物理量采取能够被存储、传送、组合、比较、和W其他方式操纵的光学、电学、磁学信号。 主要因为通用的用法，一直较为方便的是将该些信号称为位、值、元件、符号、字符、术语、数 字等。
[0034] 在W下描述中，将参照操作的作用和符号表示（例如，成流程图的形式）描述说明 性实施例，所述操作可W实现为包括例行程序、编程、目标、组成部分、数据结构等的程序模 块或功能性过程，所述程序模块或功能性过程执行具体任务或实现抽象数据类型并且可W 通过使用现有硬件来执行。所述现有硬件可W包括一个或多个中央处理器（CP化）、数字信 号处理器值SPs)、专用集成电路、现场可编程口阵列（FPGAs)计算机等。
[00巧]然而，应该明白，所有的该些术语和类似的术语将与适当的物理量相关，并且仅是 应用于该些物理量的方便符号。除非另外特别规定，或如讨论所明示，诸如"处理"或"计算" 或"算出"或"确定"或"显示"等的术语是指计算机系统或类似的电子计算装置的、将表示 为计算机系统的寄存器和存储器中的物理量、电子量操作和转换成类似地表示为计算机系 统存储器或寄存器中的或其它该种信息存储、传送或显示装置中的物理量的其它数据的行 为和过程。
[0036] 还注意到，实现示例性实施例的多个方面的软件通常地被编码在一些有形（或记 录性）形式的存储介质上或实现在一些类型的传送介质上。有形存储介质可W是磁性的 (例如，软盘或硬盘）或光学的（例如，光盘只读存胆器，或"CDROM"),并且可W是只读或 随机存取。
[0037] 根据示例性实施例，图1A-1B图示了用于控制诸如电动马达之类的电机的驱动系 统100。电动马达可W是诸如马达117 (例如，内置式永磁体（IPM)马达）之类的马达或另 一交流电机。马达117具有额定直流总线电压（例如，320伏特）。额定电压是指定电压。 例如，马达117的额定电压可W是320伏特，但是马达可W在320伏特之上和之下的电压处 运转。在示例性实施例中，除马达117外的系统可W称为逆变器或马达控制器。用于控制 马达117的系统还可W称为电机系统。
[003引应该理解，驱动系统100可W包括图1A中未示出的额外部件。图1A-1B示出的部 件被图示W为了方便描述驱动系统100,并且应该理解驱动系统100不应该受限于图1A-1B 示出的部件。
[0039] 系统100包括电子模块、软件模块或二者。在示例性实施例中，驱动系统100包括 支持存储、处理或执行一个或多个软件模块的软件指令的电子数据处理系统120。电子数据 处理系统120由图1A-1B中的虚线指示，并且被更详细地示出在图2中。电子数据处理系 统120还可W称为用于马达117的控制器和/或处理器。电子数据处理系统120被配置成 选择调制模式，并且基于被选择的调