專利名稱：控制三次諧波電壓的方法、系統(tǒng)和設(shè)備的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明的實(shí)施例總體 涉及一種用于控制多相系統(tǒng)的操作的技術(shù)，例如實(shí)現(xiàn)五相電機(jī)的系統(tǒng)，更具體地涉及一種用于在過調(diào)制范圍內(nèi)操作多相電機(jī)時控制三次諧波電壓的方法、系統(tǒng)和設(shè)備。
背景技術(shù)：
電機(jī)在多種類的應(yīng)用中使用。例如，混合/電力車輛(HEVs)典型地包括電牽引驅(qū)動系統(tǒng)，該電牽引驅(qū)動系統(tǒng)包括交流(AC)電動馬達(dá)，該交流(AC)電動馬達(dá)由具有直流(DC)電源(例如蓄電池)的電力變流器驅(qū)動。AC電動馬達(dá)的馬達(dá)繞組可聯(lián)接到電力逆變器模塊(PIM)的逆變器子模塊上。各逆變器子模塊包括一對開關(guān)，該開關(guān)以互補(bǔ)的方式開關(guān)來執(zhí)行快速開關(guān)功能以將DC電轉(zhuǎn)換為AC電。該AC電驅(qū)動AC電動馬達(dá)，該AC電動馬達(dá)又驅(qū)動HEV傳動系的軸。傳統(tǒng)HEV配備兩臺三相脈寬調(diào)制(PWM)逆變器模塊和兩臺三相AC電機(jī)(例如，AC馬達(dá))，所述三相AC電機(jī)各由相應(yīng)的所聯(lián)接的一個三相PWM逆變器模塊驅(qū)動。很多現(xiàn)代高性能AC馬達(dá)驅(qū)動器使用場定向控制(FOC)或“矢量”控制原理以控制AC電動馬達(dá)的操作。特別地，矢量控制經(jīng)常用于變頻驅(qū)動器中以通過控制輸出到AC電動馬達(dá)的電流來控制施加在AC電動馬達(dá)的軸上的轉(zhuǎn)矩(并最終控制速度)。簡而言之，定子相電流被測量并轉(zhuǎn)換為相應(yīng)的復(fù)空間矢量。然后該電流矢量變換到隨AC電動馬達(dá)轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)的坐標(biāo)系統(tǒng)中。最近，研究人員已經(jīng)研究在各種應(yīng)用，包括電動車輛中使用多相電機(jī)的可能性。如本文中所使用的，術(shù)語“多相”指的是多于三相，并可用于指具有三相或更多相的電機(jī)。五相AC電機(jī)是多相電機(jī)的一個例子。在五相系統(tǒng)中，五相PWM逆變器模塊驅(qū)動一個或多個五相AC電機(jī)。雖然在HEV中使用五相系統(tǒng)(例如，五相逆變器和馬達(dá)構(gòu)造)的可能性正在被研究，要實(shí)際地實(shí)施這些系統(tǒng)之前還有大量工作要做。例如，對于實(shí)現(xiàn)在HEV中的五相電驅(qū)動器的情況，因?yàn)榭商峁┑淖畲筠D(zhuǎn)矩允許HEV更快的加速和減速，并在驅(qū)動期間有更好的動態(tài)性能，因此期望在任何給定轉(zhuǎn)速下的高轉(zhuǎn)矩。將需要增加多相電機(jī)產(chǎn)生的輸出功率和可提供的機(jī)械轉(zhuǎn)矩，使得多相電機(jī)的效率和動態(tài)性能可被改善。結(jié)合附圖和上述技術(shù)領(lǐng)域和背景技術(shù)，從后續(xù)的詳細(xì)說明和所附權(quán)利要求中，可以顯而易見到本發(fā)明的其他理想特征和特性。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的實(shí)施例涉及通過在矢量控制馬達(dá)驅(qū)動系統(tǒng)(包括驅(qū)動五相電機(jī)的五相PWM控制逆變器模塊)中過調(diào)制來控制五相電機(jī)操作的方法、系統(tǒng)和設(shè)備。在一個實(shí)施例中，提供了用于過調(diào)制參考電壓矢量的方法、系統(tǒng)和設(shè)備。過調(diào)制用于優(yōu)化控制五相PWM控制逆變器模塊的電壓指令以增加由五相逆變器模塊產(chǎn)生并提供給五相電機(jī)的逆變器輸出電壓。
根據(jù)一個實(shí)施例，參考電壓矢量的幅度和角度是基于電壓指令信號(例如，同步參考坐標(biāo)系d軸電壓指令信號和同步參考坐標(biāo)系q軸電壓指令信號)確定的。然后可確定參考電壓矢量的幅度是否小于等于一個或多個閾值。例如，可確定參考電壓矢量的幅度是否小于等于線性調(diào)制范圍的線性范圍電壓閾值。當(dāng)參考電壓矢量的幅度確定為大于線性范圍電壓閾值時，參考電壓矢量在第一過調(diào)制范圍或第二過調(diào)制范圍內(nèi)。為確定參考電壓矢量是在第一過調(diào)制范圍內(nèi)還是在第二過調(diào)制范圍內(nèi)，可確定參考電壓矢量的幅度是否小于等于第一過調(diào)制范圍的第一電壓閾值。當(dāng)參考電壓矢量確定為在過調(diào)制范圍中的一個時，參考電壓矢量的修正幅度和修正角度可通過修正參考電壓矢量的幅度和參考電壓矢量的角度來產(chǎn)生。例如，當(dāng)參考電壓矢量的幅度確定為小于等于第一過調(diào)制范圍的第一電壓閾值時，則參考電壓矢量確定為在第一過調(diào)制范圍內(nèi)。在這種情況下，參考電壓矢量的修正幅度可基于參考電壓矢量的幅度和修正因子系數(shù)產(chǎn)生，參考電壓矢量的修正角度可設(shè)置為等于參考電壓矢量的角度。相反，當(dāng)參考電壓矢量的幅度確定為大于第一過調(diào)制范圍的第一電壓閾值時，參考電壓矢量確定為在第二過調(diào)制范圍內(nèi)。在一個實(shí)施例中，當(dāng)參考電壓矢量確定為在第二過調(diào)制范圍內(nèi)時，參考電壓矢量的角度可被修正以產(chǎn)生用于三次諧波幅度和角度的一組值，而同時保留需要的基波電壓。例如，在一個實(shí)施方式中，參考電壓矢量的角度可基于參考角速度修正系數(shù)、三次諧波幅度系數(shù)、三次諧波相角修正系數(shù)來修正。同時，參考電壓矢量的幅度可基于參考電壓過調(diào)制控制角、扇區(qū)號和線性調(diào)制范圍的電壓閾值來修正。通過在第二過調(diào)制范圍中控制三次諧波電壓的幅度和相位，可增加逆變器模塊的輸出電壓，以允許增加多相電機(jī)產(chǎn)生的輸出功率，其可增加多相電機(jī)產(chǎn)生的轉(zhuǎn)矩密度和可提供的機(jī)械轉(zhuǎn)矩。通過增加輸出機(jī)械功率和轉(zhuǎn)矩，可改善電機(jī)的效率和動態(tài)性能，以及電池電壓(Vdc)的利用率。此外，本發(fā)明還涉及以下技術(shù)方案。I. 一種用于過調(diào)制參考電壓矢量以優(yōu)化控制五相逆變器模塊的電壓指令信號以便增加所述五相逆變器模塊產(chǎn)生的輸出電壓的方法，所述方法包括
基于所述電壓指令信號確定所述參考電壓矢量的幅度和角度；
確定所述參考電壓矢量的幅度是否小于等于閾值；以及
當(dāng)確定所述參考電壓矢量的幅度小于等于閾值時，基于所述參考電壓矢量的幅度和所述參考電壓矢量的角度產(chǎn)生所述參考電壓矢量的修正幅度和修正角度，其中，當(dāng)確定所述參考電壓矢量在過調(diào)制范圍內(nèi)時，所述參考電壓矢量的修正角度是參考電壓過調(diào)制控制角。2.根據(jù)技術(shù)方案I所述的方法，其特征在于，確定所述參考電壓矢量的幅度是否小于等于閾值的步驟包括
確定所述參考電壓矢量的幅度是否小于等于線性調(diào)制范圍的線性范圍電壓閾值以確定所述參考電壓矢量是否在所述線性調(diào)制范圍內(nèi)。3.根據(jù)技術(shù)方案2所述的方法，其特征在于，所述過調(diào)制范圍是第二過調(diào)制范圍，當(dāng)確定所述參考電壓矢量的幅度大于所述線性調(diào)制范圍的線性范圍電壓閾值時，還包括以下步驟
確定所述參考電壓矢量的幅度是否小于等于第一過調(diào)制范圍的第一電壓閾值以確定所述參考電壓矢量是在所述第一過調(diào)制范圍還是在所述第二過調(diào)制范圍內(nèi)。4.根據(jù)技術(shù)方案3所述的方法，其特征在于，當(dāng)確定所述參考電壓矢量的幅度小于等于所述第一過調(diào)制范圍的第一電壓閾值并且確定所述參考電壓矢量在所述第一過調(diào)制范圍內(nèi)時，產(chǎn)生所述參考電壓矢量的修正幅度和修正角度的步驟包括
產(chǎn)生基于所述參考電壓矢量的幅度和修正因子系數(shù)的所述參考電壓矢量的修正幅度和等于所述參考電壓矢量的角度的所述參考電壓矢量的修正角度。5.根據(jù)技術(shù)方案3所述的方法，其特征在于，當(dāng)確定所述參考電壓矢量的幅度大于所述第一過調(diào)制范圍的第一電壓閾值并且確定所述參考電壓矢量在所述第二過調(diào)制范圍內(nèi)時，產(chǎn)生所述參考電壓矢量的修正幅度和修正角度的步驟包括
修正所述參考電壓矢量的角度以產(chǎn)生所述參考電壓過調(diào)制控制角。6.根據(jù)技術(shù)方案5所述的方法，其特征在于，修正所述參考電壓矢量的角度以產(chǎn)生所述參考電壓過調(diào)制控制角的步驟包括
基于參考角速度修正系數(shù)、三次諧波幅度系數(shù)和三次諧波相角修正系數(shù)修正所述參考電壓矢量的角度以產(chǎn)生所述參考電壓過調(diào)制控制角。7.根據(jù)技術(shù)方案5所述的方法，其特征在于，產(chǎn)生所述參考電壓矢量的修正幅度和修正角度的步驟還包括
基于所述參考電壓過調(diào)制控制角修正所述參考電壓矢量的幅度以產(chǎn)生所述參考電壓矢量的修正幅度。8.根據(jù)技術(shù)方案7所述的方法，其特征在于，基于所述參考電壓過調(diào)制控制角修正所述參考電壓矢量的幅度以產(chǎn)生所述參考電壓矢量的修正幅度的步驟還包括
基于所述參考電壓過調(diào)制控制角、扇區(qū)號和所述線性調(diào)制范圍的電壓閾值修正所述參考電壓矢量的幅度以產(chǎn)生所述參考電壓矢量的修正幅度。9.根據(jù)技術(shù)方案I所述的方法，其特征在于，基于電壓指令信號確定所述參考電壓矢量的幅度和角度的步驟包括
基于同步參考坐標(biāo)系d軸電壓指令信號和同步參考坐標(biāo)系q軸電壓指令信號確定所述參考電壓矢量的幅度和角度。10. 一種五相系統(tǒng)，包括
五相逆變器模塊，基于控制所述五相逆變器模塊的電壓指令信號產(chǎn)生輸出電壓；
由所述五相逆變器模塊產(chǎn)生的輸出電壓驅(qū)動的五相電機(jī)；以及過調(diào)制處理器，所述過調(diào)制處理器被設(shè)計(jì)為過調(diào)制參考電壓矢量以優(yōu)化所述電壓指令信號以增加所述五相逆變器模塊產(chǎn)生的所述輸出電壓，其中，所述過調(diào)制處理器被設(shè)計(jì)為當(dāng)確定所述參考電壓矢量在過調(diào)制范圍內(nèi)時基于參考電壓矢量的角度來產(chǎn)生所述參考電 壓矢量的修正角度，其中，所述修正角度是參考電壓過調(diào)制控制角。11.根據(jù)技術(shù)方案10所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述過調(diào)制處理器被設(shè)計(jì)為確定所述參考電壓矢量的幅度是否小于等于閾值，并當(dāng)確定所述參考電壓矢量的幅度小于等于閾值時，基于所述參考電壓矢量的幅度和所述參考電壓矢量的角度產(chǎn)生所述參考電壓矢量的修正幅度和修正角度，其中，當(dāng)確定所述參考電壓矢量在所述過調(diào)制范圍內(nèi)時，所述參考電壓矢量的修正角度是所述參考電壓過調(diào)制控制角。12.根據(jù)技術(shù)方案11所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述過調(diào)制處理器被設(shè)計(jì)為確定所述參考電壓矢量的幅度是否小于等于線性調(diào)制范圍的線性范圍電壓閾值以確定所述參考電壓矢量是否在所述線性調(diào)制范圍內(nèi)。13.根據(jù)技術(shù)方案12所述的系統(tǒng)，其特征在于，當(dāng)確定所述參考電壓矢量的幅度大于所述線性調(diào)制范圍的所述線性范圍電壓閾值時，所述過調(diào)制處理器被設(shè)計(jì)為確定所述參考電壓矢量的幅度是否小于等于第一過調(diào)制范圍的第一電壓閾值以確定所述參考電壓矢量是在所述第一過調(diào)制范圍內(nèi)還是在第二過調(diào)制范圍內(nèi)，其中，所述過調(diào)制范圍為所述第二過調(diào)制范圍。14.根據(jù)技術(shù)方案13所述的系統(tǒng)，其特征在于，當(dāng)確定所述參考電壓矢量的幅度小于等于所述第一過調(diào)制范圍的所述第一電壓閾值并且確定所述參考電壓矢量在所述第一過調(diào)制范圍內(nèi)時，所述過調(diào)制處理器被設(shè)計(jì)為基于所述參考電壓矢量的幅度和修正因子系數(shù)產(chǎn)生所述參考電壓矢量的修正幅度。15.根據(jù)技術(shù)方案13所述的系統(tǒng)，其特征在于，當(dāng)確定所述參考電壓矢量的幅度大于所述第一過調(diào)制范圍的所述第一電壓閾值并且確定所述參考電壓矢量在所述第二過調(diào)制范圍內(nèi)時，所述過調(diào)制處理器被設(shè)計(jì)為產(chǎn)生所述參考電壓矢量的修正幅度和修正角度。16.根據(jù)技術(shù)方案13所述的系統(tǒng)，其特征在于，當(dāng)確定所述參考電壓矢量的幅度大于所述第一過調(diào)制范圍的所述第一電壓閾值時并且確定所述參考電壓矢量在所述第二過調(diào)制范圍內(nèi)時，所述過調(diào)制處理器被設(shè)計(jì)為修正所述參考電壓矢量的角度以產(chǎn)生所述參考電壓矢量的修正角度，所述參考電壓矢量的修正角度是所述參考電壓過調(diào)制控制角。17.根據(jù)技術(shù)方案16所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述過調(diào)制處理器被設(shè)計(jì)為基于參考角速度修正系數(shù)、三次諧波幅度系數(shù)和三次諧波相角修正系數(shù)來修正所述參考電壓矢量的角度以產(chǎn)生所述參考電壓矢量的修正角度，所述參考電壓矢量的修正角度是所述參考電壓過調(diào)制控制角。18.根據(jù)技術(shù)方案16所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述過調(diào)制處理器被設(shè)計(jì)為基于所述參考電壓過調(diào)制控制角來修正所述參考電壓矢量的幅度以產(chǎn)生所述參考電壓矢量的修正幅度。19.根據(jù)技術(shù)方案18所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述過調(diào)制處理器被設(shè)計(jì)為基于所述參考電壓過調(diào)制控制角、扇區(qū)號和所述線性調(diào)制范圍的電壓閾值來修正所述參考電壓矢量的幅度以產(chǎn)生所述參考電壓矢量的修正幅度。
20.根據(jù)技術(shù)方案10所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述過調(diào)制處理器進(jìn)一步被設(shè)計(jì)為
基于同步參考坐標(biāo)系d軸電壓指令信號和同步參考坐標(biāo)系q軸電壓指令信號確定所述參考電壓矢量的幅度和角度。附圖 說明將在下文中結(jié)合附圖描述本發(fā)明的實(shí)施例，在附圖中相同的附圖標(biāo)記表示相同的兀件，并且
圖I是根據(jù)一些公開實(shí)施例的矢量控制馬達(dá)驅(qū)動系統(tǒng)的一個例子的框 圖2是馬達(dá)驅(qū)動系統(tǒng)的一部分的框圖，該馬達(dá)驅(qū)動系統(tǒng)包括連接在五相AC馬達(dá)上的五相電壓源逆變器模塊；
圖3A和3B表示了說明在五相逆變器模塊中用于驅(qū)動開關(guān)的三十二個電壓開關(guān)矢量中的三十個的狀態(tài)空間電壓開關(guān)矢量 圖3C是概括了用于代表圖3A和3B中顯示的各電壓開關(guān)矢量的開關(guān)矢量信號的開/關(guān)狀態(tài)的不同組合的表；
圖4是說明了通過連接歸一化到DC鏈路電壓的十個大電壓開關(guān)矢量形成的十邊形范圍和三個不同的調(diào)制范圍；
圖5A是圖4的扇區(qū)號的放大圖，更詳細(xì)地說明了圖4的調(diào)制范圍；
圖5B是更詳細(xì)的圖5A的調(diào)制范圍的放大 圖6是根據(jù)一些公開的實(shí)施例說明用于過調(diào)制代表電壓指令的參考電壓矢量的方法的流程圖，這些電壓指令控制五相逆變器模塊；
圖7是根據(jù)一些公開的實(shí)施例繪制了作為調(diào)制指數(shù)(MI)的函數(shù)的用于第一過調(diào)制范圍的修正因子系數(shù)k (MI)的 圖8是根據(jù)一些公開的實(shí)施例繪制了作為調(diào)制指數(shù)(MI)的函數(shù)的用于第二過調(diào)制范圍的保持角ah(MI)(單位為度)的 圖9是說明根據(jù)一些公開的實(shí)施例的用于過調(diào)制參考電壓矢量(Vr，α )的方法的流程圖，該參考電壓矢量(Vr, α )控制驅(qū)動五相系統(tǒng)中的五相AC電機(jī)的五相逆變器模塊；

圖10根據(jù)一些公開的實(shí)施例說明了繪制作為參考電壓矢量的角度(α )的函數(shù)的參考電壓過調(diào)制控制角(αρ)的 圖11是根據(jù)一些公開的實(shí)施例繪制了當(dāng)三次諧波電壓控制在過調(diào)制范圍內(nèi)時作為三
次諧波相角修正系數(shù)(φ)的函數(shù)
的基波幅度改變(AV1)的一系列 圖12是根據(jù)一些公開的實(shí)施例繪制了當(dāng)三次諧波電壓控制在過調(diào)制范圍內(nèi)時作為三
次諧波相角修正系數(shù)(φ)的函數(shù)的三次諧波幅度改變(Δν3)的一系列 圖13是根據(jù)一些公開的實(shí)施例繪制了當(dāng)三次諧波電壓控制在過調(diào)制范圍內(nèi)時作為三
次諧波相角修正系數(shù)(φ)的函數(shù)的基波相角改變(Δ Y I)的一系列圖；以及
圖14是根據(jù)一些公開的實(shí)施例繪制了當(dāng)三次諧波電壓控制在過調(diào)制范圍內(nèi)時作為三
次諧波相角修正系數(shù)(φ)的函數(shù)的三次諧波相角改變(Δ Y 3)的一系列圖。
具體實(shí)施例方式如本文中所用，詞語“示例性”指的是“用作示例、例子或說明”。以下詳細(xì)說明性質(zhì)上僅為示例性的，且并不旨在限定本發(fā)明或本發(fā)明的應(yīng)用及用途。本文中作為“示例性”描述的任何實(shí)施例都不一定理解為比其它實(shí)施例更優(yōu)選或更具有優(yōu)點(diǎn)。在具體實(shí)施方式
部分描述的所有實(shí)施例都是示例性的實(shí)施例，提供這些實(shí)施例以使本領(lǐng)域技術(shù)人員能夠制造或使用本發(fā)明，但并不用于限制本發(fā)明的范圍，本發(fā)明的范圍由權(quán)利要求限定。另外，不應(yīng)被在前述技術(shù)領(lǐng)域，背景技術(shù)，發(fā)明內(nèi)容或以下的詳細(xì)說明中所表達(dá)的或暗示的理論所束縛。在具體描繪與本發(fā)明相應(yīng)的實(shí)施例之前，應(yīng)該觀察到實(shí)施例主要是屬于涉及控制五相系統(tǒng)操作的方法步驟和設(shè)備部件的組合。應(yīng)當(dāng)理解，本文所述的發(fā)明的實(shí)施例可使用硬件、軟件、或者硬件和軟件的組合來執(zhí)行。本文所述的控制電路可包括各種部件、模塊、電路和其他邏輯，其可使用模擬和/或數(shù)字電路的組合，分立或集成的模擬或數(shù)字電子電路或其組合來執(zhí)行。本文所用的術(shù)語“模塊”指的是裝置、電路、電氣部件和/或基于用于執(zhí)行任務(wù)的部件的軟件。在一些實(shí)施方式中，當(dāng)要在這些電路中執(zhí)行部分或全部控制邏輯時，本文所述的控制電路可使用一個或多個專用集成電路(ASIC)，一個或多個微處理器和/或一個或多個基于數(shù)字信號處理器(DSP)的電路來執(zhí)行。應(yīng)當(dāng)理解，本文所述的實(shí)施例可包括一個或多個傳統(tǒng)處理器和特有存儲程序指令以控制一個或多個處理器，結(jié)合某些無處理器電路，來執(zhí)行一些、多數(shù)或所有用于控制五相系統(tǒng)操作的功能，正如本文所述的。因此，這些功能可解釋為用于控制五相系統(tǒng)操作的方法的步驟?；蛘撸恍┗蛩泄δ芸赏ㄟ^不具有存儲程序指令的狀態(tài)機(jī)來執(zhí)行，或在一個或多個專用集成電路(ASIC)中，在專用集成電路(ASIC)中各功能或某些功能的一些組合是作為用戶邏輯執(zhí)行的。當(dāng)然，可以使用兩種方法的組合。因此，將在本文中描述用于這些功能的方法和裝置。此外，可以預(yù)期，普通技術(shù)人員，盡管由例如可用時間、目前的技術(shù)和經(jīng)濟(jì)上的考慮的促進(jìn)，可能需要很多努力和很多設(shè)計(jì)選擇，在本文公開的概念和原理的指導(dǎo)下，將通過較少的試驗(yàn)就能夠容易生成軟件指令、程序和1C。本發(fā)明的實(shí)施例涉及用于在五相系統(tǒng)中過調(diào)制的方法、系統(tǒng)和設(shè)備。公開的用于控制五相系統(tǒng)的操作和調(diào)節(jié)提供給五相電機(jī)的電流的方法、系統(tǒng)和設(shè)備可在例如混合/電力車輛(HEV)的操作環(huán)境中實(shí)施。在將要描述的不例性實(shí)施例中，控制技術(shù)和工藝將描述為用于混合/電力車輛。然而，本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)理解，相同或類似的技術(shù)和工藝可應(yīng)用在其他系統(tǒng)中，在所述其他系統(tǒng)中，當(dāng)一個或多個相經(jīng)歷故障或失效時，需要控制五相系統(tǒng)的操作和調(diào)節(jié)提供給系統(tǒng)中的五相電機(jī)的電流。這樣，本文中公開的任何概念可被廣泛地應(yīng)用于“車輛”，并且如本文中所用，術(shù)語“車輛”寬泛地指具有AC電機(jī)的非生物運(yùn)輸機(jī)構(gòu)。這種車輛的示例包括諸如公交車、轎車、卡車、運(yùn)動多用途車輛、篷車的車輛，諸如包括船只、氣墊船、帆船、艇、艦的機(jī)械水上交通器的非陸上行駛交通器，包括潛水艇的機(jī)械水下交通器，包括飛機(jī)和飛船的機(jī)械空中交通器，諸如火車、有軌電車和礦車的機(jī)械軌道交通器等。另外，術(shù)語“車輛”不限于任何特定的推進(jìn)技術(shù)，例如汽油或柴油燃料。而是，車輛還包括混合動力車輛、電池電力車輛、氫燃料車輛和使用各種其他替代燃料操作的車輛。如本文所使用的，術(shù)語“交流(AC)電機(jī)”總體指的是“將電能轉(zhuǎn)換為機(jī)械能(或反之)的裝置或設(shè)備”。AC電機(jī)通?？煞诸悶橥紸C電機(jī)和異步AC電機(jī)。同步AC電機(jī)可包括永磁電機(jī)和磁阻電機(jī)。永磁電機(jī)包括表貼式永磁電機(jī)(SMPMM)和內(nèi)置式永磁電機(jī)(IPMM)。 異步AC電機(jī)包括感應(yīng)電機(jī)。盡管AC電機(jī)可為AC馬達(dá)(例如，用于轉(zhuǎn)換其輸入的AC電能以產(chǎn)生機(jī)械能量或功率的設(shè)備)，AC電機(jī)不限于是AC馬達(dá)，還可包括用于將其原動機(jī)處的機(jī)械能或功率轉(zhuǎn)換為其輸出的電力AC能量或功率的發(fā)電機(jī)。任何電機(jī)可為AC馬達(dá)或AC發(fā)電機(jī)。AC馬達(dá)是由交流電驅(qū)動的電動馬達(dá)。在一些實(shí)施方式中，AC馬達(dá)包括具有提供有交流電的線圈以產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)磁場的外部靜止定子和連接到輸出軸上的由旋轉(zhuǎn)磁場提供轉(zhuǎn)矩的內(nèi)部轉(zhuǎn)子。根據(jù)所用的轉(zhuǎn)子類型，AC馬達(dá)可分類為同步和異步。
圖I是根據(jù)公開實(shí)施例的矢量控制馬達(dá)驅(qū)動系統(tǒng)100的一個示例的框圖。系統(tǒng)100通過聯(lián)接到五相AC電機(jī)120上的五相脈寬調(diào)制(PWM)逆變器模塊110控制五相AC電機(jī)120，使得五相AC電機(jī)120可有效地通過調(diào)節(jié)控制五相AC電機(jī)120的電流指令來使用提供給五相PMW逆變器模塊110的DC輸入電壓(Vdc )。在一個具體的實(shí)施方式中，在HEV中，矢量控制馬達(dá)驅(qū)動系統(tǒng)100可用于控制轉(zhuǎn)矩。在下述的一個具體的、非限制性的實(shí)施方式的描述中，五相AC電機(jī)120描述為五相AC電動馬達(dá)120，并且具體地是五相永磁同步AC電動馬達(dá)(或更寬泛的馬達(dá)120);然而，應(yīng)該理解，所說明的實(shí)施例僅是公開的實(shí)施例可應(yīng)用的各種類型AC電機(jī)的非限制性的示例，并且，公開的實(shí)施例可應(yīng)用于包括五相或更多相的任何類型的多相AC電機(jī)。五相AC馬達(dá)120通過五個逆變器極聯(lián)接到五相PWM逆變器模塊110并且基于從PWM逆變器模塊110得到的五相正弦電流信號產(chǎn)生機(jī)械功率(轉(zhuǎn)矩X速度)。在一些實(shí)施方式中，五相AC馬達(dá)120的轉(zhuǎn)子角位置(e r)或“軸位置”是使用位置傳感器(未示出)來測量的，在其他的實(shí)施方式中，五相AC馬達(dá)120的轉(zhuǎn)子角位置(0 r)可不使用位置傳感器而通過使用無傳感器位置估計(jì)技術(shù)來估計(jì)。在描述系統(tǒng)100的操作細(xì)節(jié)之前，將參考圖2提供五相電壓源逆變器110的一個示例性實(shí)施方式的更詳細(xì)的描述(包括其如何連接到五相AC馬達(dá)120上)。圖2是馬達(dá)驅(qū)動系統(tǒng)的一部分的框圖，該馬達(dá)驅(qū)動系統(tǒng)包括連接在五相AC馬達(dá)120上的五相電壓源逆變器110。應(yīng)當(dāng)注意到圖I的五相電壓源逆變器110和五相馬達(dá)120不限于本實(shí)施方式，而是，圖2僅是圖I中的五相電壓源逆變器110和五相馬達(dá)120如何在具體的實(shí)施例實(shí)現(xiàn)的一個示例。如圖2所示，五相AC馬達(dá)120具有五個定子或馬達(dá)繞組120a、120b、120c、120d、120e，它們連接到馬達(dá)端子A、B、C、D、E，五相PWM逆變器模塊110包括電容270和五個逆變器子模塊115-119。在本實(shí)施例中，在A相，逆變器子模塊115聯(lián)接到馬達(dá)繞組120a，在B相，逆變器子模塊116聯(lián)接到馬達(dá)繞組120b，在C相，逆變器子模塊117聯(lián)接到馬達(dá)繞組120c，在D相，逆變器子模塊118聯(lián)接到馬達(dá)繞組120d，在E相，逆變器子模塊119聯(lián)接到馬達(dá)繞組120e。馬達(dá)繞組A、B、C、D、E (120a、120b、120c、120d、120e)—起聯(lián)接到中性點(diǎn)(N)上。流入馬達(dá)繞組A 120a的電流流出馬達(dá)繞組B-E 120b_120e，流入馬達(dá)繞組B 120b的電流流出馬達(dá)繞組A、C、D、E 120a和120c_120e，流入馬達(dá)繞組C 120c的電流流出馬達(dá)繞組A、B、D、E 120a、120b、120d、120e，流入馬達(dá)繞組D 120d的電流流出馬達(dá)繞組A、B、C、E 120a_c和120e，流入馬達(dá)繞組E 120e的電流流出馬達(dá)繞組A_D 120a_d。合成相或定子電流(Ia-Ie) 122、123、124、125、126流經(jīng)相應(yīng)的定子繞組120a_e。各定子繞組120a-120e上的中性電壓相分別表示為Van、Vbn, Vcn, Vdn, Ven,在各定子繞組120a-120e上分別產(chǎn)生反電動勢(EMF)電壓Ea、Eb、E。、Ed、Ee,分別顯示為與定子繞組120a-120e串聯(lián)。眾所周知，這些EMF電壓Ea、Eb、Ee、Ed、Ee是通過永磁轉(zhuǎn)子的旋轉(zhuǎn)在相應(yīng)的定子繞組120a_120e中感應(yīng)的電壓。盡管未示出，馬達(dá)120聯(lián)接到驅(qū)動軸上。逆變器110包括電容270，包括雙開關(guān)272/273、274/275的第一逆變器子模塊115，包括雙開關(guān)276/277、278/279的第二逆變器子模塊116，包括雙開關(guān)280/281、282/283的第三逆變器子模塊117，包括雙開關(guān)284/285、286/287的第四逆變器子模塊118，包括雙開關(guān)288/289、290/291的第五逆變器子模塊119。因此，逆變器110具有十個固態(tài)可控開關(guān)裝置 272、274、276、278、280、282、284、286、288、290 和十個二極管 273、275、277、279、281、
283、285、287、289、291以適當(dāng)?shù)亻_關(guān)復(fù)合電壓(Vdc)并為五相AC馬達(dá)120的定子繞組120a、120b、120c、120d、120e 提供五相供電。盡管未說明，閉 環(huán)馬達(dá)控制器可從馬達(dá)120接收馬達(dá)指令信號和馬達(dá)操作信號，并產(chǎn)生用于控制在逆變器子模塊115-119中的固態(tài)開關(guān)裝置272、274、276、278、280、282、
284、286、288、290的開關(guān)的控制信號。用于構(gòu)建這些控制信號的這些開關(guān)矢量的示例描述如下。通過提供合適的控制信號給各個逆變器子模塊115-119，閉環(huán)馬達(dá)控制器控制在逆變器子模塊 115-119 中的固態(tài)開關(guān)裝置 272、274、276、278、280、282、284、286、288、290 的開關(guān)，從而分別控制提供給馬達(dá)繞組120a-120e的逆變器子模塊115-119的輸出。由五相逆變器模塊110的逆變器子模塊115-119產(chǎn)生的合成定子電流(la··· Ie)122-126提供給馬達(dá)繞組 120a、120b、120c、120d、120e。如 Van, Vbn, Vcn, Vdn, Ven, Ea、Eb、Ec, Ed、Ee 的電壓和在點(diǎn) N的電壓隨時間波動，這取決于逆變器模塊110的逆變器子模塊115-119中的開關(guān)272、274、276、278、280、282、284、286、288、290的開/關(guān)狀態(tài)，如下文將要描述的。再次參考圖1，矢量控制馬達(dá)驅(qū)動系統(tǒng)100包括轉(zhuǎn)矩-電流映射模塊140、同步(SYNC.)坐標(biāo)系電流調(diào)節(jié)器模塊170、過調(diào)制預(yù)處理器180、同步-靜止(SYNC. -T0-STAT.)變換模塊102、α β參考坐標(biāo)系-abcde參考坐標(biāo)系(α β-to_abcde)變換模塊106、空間矢量(SV) PWM模塊108、五相PWM逆變器110、abcde參考坐標(biāo)系- α β參考坐標(biāo)系(abcde-to-α β )變換模塊127和靜止_同步(STAT. -ΤΟ-SYNC.)變換模塊130。轉(zhuǎn)矩-電流映射模塊140接收轉(zhuǎn)矩指令信號(Te*) 136、基于轉(zhuǎn)子/軸位置輸出(Θγ) 121的微分產(chǎn)生的軸的角旋轉(zhuǎn)速度(ωΓ) 138和作為輸入的DC輸入電壓(Vdc) 139以及取決于實(shí)施方式的可能的多種其他系統(tǒng)參數(shù)。轉(zhuǎn)矩-電流映射模塊140使用這些輸入以產(chǎn)生d軸電流指令(Id*) 142和q軸電流指令(Iq*) 144，以使得馬達(dá)120在速度(ωΓ) 138下產(chǎn)生指令的轉(zhuǎn)矩(Te*)。具體而言，轉(zhuǎn)矩-電流映射模塊140使用輸入以將轉(zhuǎn)矩指令信號(Te*) 136映射到d軸電流指令信號(Id*) 142和q軸電流指令信號(Iq*) 144。同步參考坐標(biāo)系d軸和q軸電流指令信號(Id*、Iq*) 142、144是具有作為時間的函數(shù)的恒定值的DC指令。abcde- α β變換模塊127接收從馬達(dá)120反饋的測量的五相靜止參考坐標(biāo)系反饋定子電流(la··· Ie) 122-126。abcde- α β變換模塊127使用這些五相靜止參考坐標(biāo)系反饋定子電流122-126以執(zhí)行abcde參考坐標(biāo)系-α β參考坐標(biāo)系變換以將五相靜止參考坐標(biāo)系反饋定子電流122-126變換到靜止參考坐標(biāo)系反饋定子電流(Ια、Ιβ ) 128、129。abcde-α β變換可使用任何已知變換技術(shù)執(zhí)行，包括使用在如下等式(I)中限定的矩陣。
權(quán)利要求
1.一種用于過調(diào)制參考電壓矢量以優(yōu)化控制五相逆變器模塊的電壓指令信號以便增加所述五相逆變器模塊產(chǎn)生的輸出電壓的方法，所述方法包括 基于所述電壓指令信號確定所述參考電壓矢量的幅度和角度； 確定所述參考電壓矢量的幅度是否小于等于閾值；以及 當(dāng)確定所述參考電壓矢量的幅度小于等于閾值時，基于所述參考電壓矢量的幅度和所述參考電壓矢量的角度產(chǎn)生所述參考電壓矢量的修正幅度和修正角度，其中，當(dāng)確定所述參考電壓矢量在過調(diào)制 范圍內(nèi)時，所述參考電壓矢量的修正角度是參考電壓過調(diào)制控制角。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的方法，其特征在于，確定所述參考電壓矢量的幅度是否小于等于閾值的步驟包括 確定所述參考電壓矢量的幅度是否小于等于線性調(diào)制范圍的線性范圍電壓閾值以確定所述參考電壓矢量是否在所述線性調(diào)制范圍內(nèi)。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的方法，其特征在于，所述過調(diào)制范圍是第二過調(diào)制范圍，當(dāng)確定所述參考電壓矢量的幅度大于所述線性調(diào)制范圍的線性范圍電壓閾值時，還包括以下步驟 確定所述參考電壓矢量的幅度是否小于等于第一過調(diào)制范圍的第一電壓閾值以確定所述參考電壓矢量是在所述第一過調(diào)制范圍還是在所述第二過調(diào)制范圍內(nèi)。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的方法，其特征在于，當(dāng)確定所述參考電壓矢量的幅度小于等于所述第一過調(diào)制范圍的第一電壓閾值并且確定所述參考電壓矢量在所述第一過調(diào)制范圍內(nèi)時，產(chǎn)生所述參考電壓矢量的修正幅度和修正角度的步驟包括 產(chǎn)生基于所述參考電壓矢量的幅度和修正因子系數(shù)的所述參考電壓矢量的修正幅度和等于所述參考電壓矢量的角度的所述參考電壓矢量的修正角度。
5.根據(jù)權(quán)利要求3所述的方法，其特征在于，當(dāng)確定所述參考電壓矢量的幅度大于所述第一過調(diào)制范圍的第一電壓閾值并且確定所述參考電壓矢量在所述第二過調(diào)制范圍內(nèi)時，產(chǎn)生所述參考電壓矢量的修正幅度和修正角度的步驟包括 修正所述參考電壓矢量的角度以產(chǎn)生所述參考電壓過調(diào)制控制角。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的方法，其特征在于，修正所述參考電壓矢量的角度以產(chǎn)生所述參考電壓過調(diào)制控制角的步驟包括 基于參考角速度修正系數(shù)、三次諧波幅度系數(shù)和三次諧波相角修正系數(shù)修正所述參考電壓矢量的角度以產(chǎn)生所述參考電壓過調(diào)制控制角。
7.根據(jù)權(quán)利要求5所述的方法，其特征在于，產(chǎn)生所述參考電壓矢量的修正幅度和修正角度的步驟還包括 基于所述參考電壓過調(diào)制控制角修正所述參考電壓矢量的幅度以產(chǎn)生所述參考電壓矢量的修正幅度。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的方法，其特征在于，基于所述參考電壓過調(diào)制控制角修正所述參考電壓矢量的幅度以產(chǎn)生所述參考電壓矢量的修正幅度的步驟還包括 基于所述參考電壓過調(diào)制控制角、扇區(qū)號和所述線性調(diào)制范圍的電壓閾值修正所述參考電壓矢量的幅度以產(chǎn)生所述參考電壓矢量的修正幅度。
9.根據(jù)權(quán)利要求I所述的方法，其特征在于，基于電壓指令信號確定所述參考電壓矢量的幅度和角度的步驟包括 基于同步參考坐標(biāo)系d軸電壓指令信號和同步參考坐標(biāo)系q軸電壓指令信號確定所述參考電壓矢量的幅度和角度。
10.一種五相系統(tǒng),包括 五相逆變器模塊，基于控制所述五相逆變器模塊的電壓指令信號產(chǎn)生輸出電壓； 由所述五相逆變器模塊產(chǎn)生的輸出電壓驅(qū)動的五相電機(jī)；以及過調(diào)制處理器，所述過調(diào)制處理器被設(shè)計(jì)為過調(diào)制參考電壓矢量以優(yōu)化所述電壓指令信號以增加所述五相逆變器模塊產(chǎn)生的所述輸出電壓，其中，所述過調(diào)制處理器被設(shè)計(jì)為當(dāng)確定所述參考電壓矢量在過調(diào)制范圍內(nèi)時基于參考電壓矢量的角度來產(chǎn)生所述參考電壓矢量的修正角度，其中，所述修正角度是參考電壓過調(diào)制控制角。
全文摘要
本發(fā)明涉及提供用于在過調(diào)制范圍內(nèi)操作多相電機(jī)時控制三次諧波電壓的方法、系統(tǒng)和設(shè)備。多相電機(jī)可為例如在包括驅(qū)動五相電機(jī)的五相PWM控制逆變器模塊的矢量控制馬達(dá)驅(qū)動系統(tǒng)中的五相電機(jī)。提供用于過調(diào)制參考電壓矢量的技術(shù)。例如，當(dāng)確定參考電壓矢量在過調(diào)制范圍內(nèi)時，參考電壓矢量的角度可被修正以產(chǎn)生參考電壓過調(diào)制控制角，并且基于參考電壓過調(diào)制控制角，參考電壓矢量的幅度可被修正以產(chǎn)生參考電壓矢量的修正幅度。通過修正參考電壓矢量，控制五相逆變器模塊的電壓指令信號可被優(yōu)化以增加五相逆變器模塊產(chǎn)生的輸出電壓。
文檔編號H02P21/14GK102624319SQ201210018590
公開日2012年8月1日 申請日期2012年1月20日 優(yōu)先權(quán)日2011年1月26日
發(fā)明者G.加列戈斯-洛佩斯, M.H.基諾施塔, M.佩里西克, R.M.蘭索姆 申請人:通用汽車環(huán)球科技運(yùn)作有限責(zé)任公司