感应马达磁通和转矩控制的制作方法
【专利说明】
【背景技术】
[0001]在感应马达中，AC(交流电)电力激励定子的绕组，产生旋转的磁场，该磁场特征为具有定子磁通。该定子磁通在转子绕组中感应电流。该转子经历转矩，并且在负载下以低于定子磁通的旋转速度的速度旋转。转子的旋转速度与定子磁通的旋转速度之间的差值是转差速度，并且转子和定子磁通的位置之间的差异被称为偏离角。转子所见的变化的磁通由于定子磁通旋转速度的差异被称为转子磁通。
[0002]两种普及类型的感应马达控制器，以及其所用的算法，是直接转矩控制(DTC)和磁场定向控制(FOC)。在DTC中，使用定子α和β参考系中的坐标控制转矩和定子磁通，也就是，坐标与定子的相位有关，其中，在固定坐标系统中计算。在FOC中，使用转子磁通d和q参考系中的坐标控制转子磁通、转矩电流的横向分量和转子磁通纵向分量，也就是，坐标与转子磁通的纵轴和横轴相关，其中，在与转子磁通同步旋转的旋转坐标系统中计算。每种类型的感应马达控制器都有优势和劣势。因此，在本技术领域需要克服前面所述系统的缺点的解决方案。
【发明内容】
[0003]在一些实施例中，提供了一种感应马达控制器。该感应马达控制器包括第一模块，该第一模块经由转子磁通调节器回路和转矩调节器回路导出在定子磁通参考系中的命令定子电压矢量，转子磁通调节器回路和转矩调节器回路至少部分在定子磁通参考系中处理。该感应马达控制器包括第二模块，该第二模块处理命令定子电压矢量，以为感应马达产生AC(交流电)电力。
[0004]在一些实施例中，提供了一种感应马达控制器。该感应马达控制器包括转矩调节器，该转矩调节器在定子磁通参考系中处理命令转矩、转矩、命令转子磁通和感应马达的转子的旋转速度，以产生投影到定子磁通参考系中的横轴线上的命令定子电压。该感应马达控制器包括转子磁通调节器，该转子磁通调节器在定子磁通参考系中处理命令转子磁通和转子磁通，以产生投影到定子磁通参考系的纵轴线上的命令定子电压。该感应马达控制器包括定子磁通参考系到相电压参考系的矢量旋转模块，当所述命令定子电压投影到所述纵轴线和所述横轴线上时，所述模块应用定子磁通角以将命令定子电压从定子磁通参考系中表示的第一矢量变换到相电压参考系中表示的第二矢量。
[0005]在一些实施例中，提供了一种控制感应马达的方法。该方法包括在定子磁通参考系中生成定子电压矢量，并且将定子电压矢量从定子磁通参考系变换到相电压参考系。该方法包括根据相电压参考系的定子电压矢量产生用于感应马达的交流电(AC)电力，该方法的至少一个步骤被处理器执行。
[0006]根据下列【具体实施方式】结合附图，实施例的其他方面和优点将变得明显，其中附图通过示例方式示出所描述的实施例的原理。
【附图说明】
[0007]通过参考下列描述并结合附图可以最好地理解所描述的实施例及其优点。这些图形在形式和细节上绝不限制任何改变，在不脱离所描述实施例的精神和范围的情况下，本领域的技术人员可以对所描述的实施例进行改变。
[0008]图1是根据本发明的感应马达控制器的原理图。
[0009]图2是说明定子磁通参考系的纵轴线和横轴线(d和q)相对于相电压参考系的X轴线和y轴线旋转的矢量图，如图1的原理图所述。
[0010]图3是图1中感应马达控制器的实施例的原理图。
[0011 ]图4是图3中磁通和转矩估计器的实施例的原理图。
[0012]图5是图3中磁通和转矩限制器的实施例的原理图。
[0013]图6是图1和图3中转矩调节器的实施例的原理图。
[0014]图7是图1和图3中磁通调节器的实施例的原理图。
[0015]图8是控制感应马达的方法的流程图，其能够在图1和图3至图7中的感应马达控制器的实施例中实施。
【具体实施方式】
[0016]感应马达控制器，其实施例在图1至图8中示出以及在此被描述，具有不同于场定向控制(FOC)和直接转矩控制(DTC)感应马达控制器的特征和操作。本感应马达控制器通过转子磁通调节器回路和转矩调节器回路执行转子磁通和转矩控制，并且在定子磁通参考系和相电压参考系中操作。该转子磁通和转矩调节器回路在定子磁通参考系中被(至少部分)处理。这对比于控制转矩和定子磁通的DTC，DTC在静态的(S卩非旋转的)参考系中执行计算，并且对比F0C，F0C在对齐于受控的特定磁通的参考系中执行计算，以及其他差异。在定子磁通参考系中控制转子磁通作为可调节的变量，在本系统中，对比其它系统和方法，在转子磁通参考系中控制转子磁通作为可调节的变量，或者在定子磁通参考系中控制定子磁通作为可调节的变量。对比于很多(或所有)要求电流控制的FOC控制器，本感应马达控制器的实施例可以在没有电流调节回路的情况下操作。
[0017]在本感应马达控制器中，转矩调节器和磁通调节器生成命令定子电压矢量，其在定子磁通参考系中被表示。该矢量被旋转并变换成相电压参考系中的矢量，从中导出感应马达的AC(交流电)电力。附加的模块为转矩调节器回路和转子磁通调节器回路提供反馈，也将在下面进一步描述。
[0018]本文公开详细的说明实施例。然而，本文公开的具体功能细节仅代表描述实施例的目的。但是，实施例可以以许多替换形式体现，不应该构建为仅限于在此阐述的实施例。
[0019]应该理解，尽管本文使用术语第一、第二等描述步骤或计算，这些步骤或计算不应被这些术语限制。这些术语仅用来将其中一个步骤或计算与另一个步骤或计算区分开。例如，在不脱离本公开的范围的情况下，第一计算可以被称为第二计算，并且类似地，第二步骤可以被称为第一步骤。如本文使用的，术语“和/或”和符号包括相关列举条目中的一个或更多个的任意和全部结合。
[0020]如本文所用的，单数形式“一个(a和an)和“该(the)”旨在也包括复数形式，除非上下文另外清楚指出。将进一步理解，术语“包括”，和/或“包含”，当在本文中使用时，说明所述特征、整数、步骤、操作、元素和/或部件存在，但不排除一个或更多其他特征、整数、步骤、操作、元素、部件和/或组群的存在和添加。因此，本文使用的术语仅用来描述具体实施例的目的且并不旨在限制。
[0021]还应该注意，在一些替代实施方式中，示出的功能/动作可以不按照图中示出的顺序发生。例如，连续示出的两个附图可以基本同时执行或有时可以以相反顺序执行，这取决于涉及的功能/动作。
[0022]图1示出感应马达控制器在定子磁通参考系和相电压参考系中操作。该感应马达控制器向感应马达106提供AC(交流电)电力，例如提供三相电力到三相感应马达。转矩调节器108操作转矩调节器回路116，并且利用此生成投影到定子磁通参考系中的横(q)轴线上的命令定子电压矢量，该矢量投影或分量被表示为Vqsc。转子磁通调节器110操作转子磁通调节器回路114，并且利用此生成投影到定子磁通参考系中的纵轴线(d)上的命令定子电压矢量，该矢量投影或分离被表示为Vdsc。定子磁通参考系102关于图2将被进一步讨论。定子磁通参考系102中的物理量，如果是矢量就被认定为“dq”，如果是矢量的纵轴分量就被认定为“d”，如果是矢量的横向分量就被认为是“q”。
[0023]因此，转矩调节器108和转子磁通调节器110—起生成命令定子电压矢量Vdsc、Vqsc，其在定子磁通参考系102中表示。转矩调节器108和转子磁通调节器110都在定子磁通参考系102中操作。在所示的实施例中，转矩调节器108和磁通调节器110是分开的模块，但是可以结合成更大的模块。命令定子电压矢量Vdsc，Vqsc代表定子电压，其被感应马达控制器命令，其被确定以调整感应马达106的转矩和转子磁通。DQ/XY坐标变换模块112将命令定子电压矢量VdSC，VqSC从定子磁通参考系102变换到相电压参考系104，其中，变换后的矢量Vxsc，Vysc被用来为感应马达106生成AC电力。在所示的实施例所示中，感应马达106是三相感应马达。该三相表示为a，b，c。其它相数和其它相的表示也可以使用。
[0024]图2的作用是指导理解本文所述的感应马达控制器的参考系、矢量、投影和实施例。在图2中，X轴线和y轴线是正交的。X轴线和y轴线在相电压参考系中。X轴线与感应马达定子的其中一个相电压对齐，例如与定子的绕组“A”的相电压对齐。当AC电力应用到定子绕组时，定子磁链(即定子绕组所链环的总磁通)相对于相电压参考系旋转。这在矢量图标中被描绘成以Wfs的旋转速度或旋转速率、定子磁通的旋转速度旋转的d或纵轴线。作为本领域通用的做法，术语定子磁链被缩写成定子磁通。q轴线或横轴线垂直于d轴线。q轴线和d轴线一起旋转，这是定子磁通参考系相对于相电压参考系旋转的象征。在任意瞬间，d轴线对准定子磁通并且被定子磁通角(表示为Afs)从X轴线有角度地置换。等价地，定子磁通角Afs是介于定子磁通d轴线和X轴线之间的角度。在任意瞬间，任意矢量物理量在定子磁通空间或相电压空间都能被投影到任意轴线上。在所示的例子中，转子电流(表示为ir)被投影到d轴线和q轴线上。
[0025]在图3中，图1中的感应马达控制器的实施例被进一步开发。图3中的感应马达控制器旨在由感应马达106推进的电力或混合动力车辆中使用。感应马达控制器的进一步实施例可以被用在除车辆以外的感应马达的其他应用中，例如，在工业应用中、在机电的机器中和在机器人中。感应马达控制器的模块、操作和控制回路的综述被呈现如下，然后伴随更深一步地讨论。应该领会各种变量、系数、中间值、输入和输出可以被调整以适应维度兼容性或规范化，基于实施方式以及各种实施例，模块可以被组合或分解，或模块可以包含附加的模块。
[0026]车辆控制单元318、转矩命令生成器316和磁通命令生成器314配合产生命令转矩Tc和命令转子磁通Frc。一般地，在电力或混合动力车辆中，命令转矩基于来自用户的输入，例如电力车辆的驾驶员或机电装置的操作员。更具体地，命令转矩将基于车辆中加速器踏板的位置和制动踏板的位置。在其它系统中这些量将基于其它输入。
[0027]命令转矩Tc和命令转子磁通Frc与回路变量一同被输入到转矩调节器108和磁通调节器110。转矩调节器108和磁通调节器110—起经由转子磁通调节器回路114和转矩调节器回路116导出定子磁通参考系中表示的命令定子电压矢量。转子磁通调节器回路114和转矩调节器回路116至少部分在定子磁通参考系中处理。
[0028]DQ/XY矢量旋转模块302、空间矢量调制模块304、和DC/AC (直流电到交流电)逆变器306处理命令定子电压矢量以为感应马达106产生AC(交流电)电力。DQ/XY矢量旋转模块302是图1的DQ/XY坐标变换模块112的一个实施例，该模块根据定子磁通角Af