專利名稱：用于減小轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)的方法和設(shè)備的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明總體上涉及交流(AC)電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)，更具體地涉及用 于減小AC電動(dòng)才7L驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)中的轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)的方法和設(shè)備。
背景技術(shù)：
交流(AC)電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)的主要目的是為電動(dòng)機(jī)軸提供請(qǐng)求轉(zhuǎn)矩。 理想的是，提供的轉(zhuǎn)矩是恒定的而沒(méi)有畸變或波動(dòng)。為此，代表性的 電動(dòng)才7L驅(qū)動(dòng)試圖向電動(dòng)才幾定子繞組提供一組平衡的純正弦電流。然而， 由于AC電動(dòng)機(jī)的實(shí)際設(shè)計(jì)約束，即使利用純正弦定子電流激勵(lì)也會(huì)存 在轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)。電動(dòng)機(jī)設(shè)計(jì)者通常致力于使AC電動(dòng)機(jī)產(chǎn)生的轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)最 小化。這可通過(guò)特別注意繞組構(gòu)造、定子齒幾何形狀、轉(zhuǎn)子擋板幾何 形狀以及轉(zhuǎn)子斜槽之類的設(shè)計(jì)方面來(lái)實(shí)現(xiàn)。然而，在AC電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)矩 脈動(dòng)與轉(zhuǎn)矩密度之間存在折中。因此，在所有實(shí)際應(yīng)用中，當(dāng)被供以
正弦電流時(shí)，AC電動(dòng)才幾會(huì)產(chǎn)生一定程度的轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)。
根據(jù)應(yīng)用，轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)可能具有某些不利影響。例如，轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)可 引起速度脈動(dòng)或?qū)е聜鲃?dòng)系諧振。在電動(dòng)車(chē)或混合動(dòng)力車(chē)的情況下， 這可引起對(duì)乘員造成干擾的車(chē)輛振動(dòng)。通常采用主動(dòng)阻尼算法來(lái)對(duì)付 這些不利影響。此外，施加在定子疊片上的徑向力會(huì)產(chǎn)生定子振動(dòng)和 噪音。通過(guò)增設(shè)結(jié)構(gòu)加強(qiáng)件或聲阻尼材料之類的被動(dòng)手段來(lái)緩和噪音 可能是昂貴而不理想的方案。為此，期望研制最小化轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)、定子 振動(dòng)和噪音的基于軟件的解決方案。
因此，期望提供一種減小定子徑向力以降低振動(dòng)和噪音的方法和 設(shè)備。此外，期望消除或減小所選的轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)諧波。而且，參照附圖 以及上述技術(shù)領(lǐng)域和背景技術(shù)，從以下詳細(xì)描述和所附權(quán)利要求將會(huì) 清楚本發(fā)明的其它期望特點(diǎn)和特征。

發(fā)明內(nèi)容
提供一種控制器，其用于在永磁電動(dòng)機(jī)系統(tǒng)中產(chǎn)生減小轉(zhuǎn)矩脈動(dòng) 脈寬調(diào)制操作控制信號(hào)。該控制器包括諧波抵消同步調(diào)節(jié)器塊，其
5電流調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)矩控制模塊，其用于接收所述轉(zhuǎn)矩命令和所述轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)減 小信號(hào)，并用于響應(yīng)于該轉(zhuǎn)矩命令和該轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)減小信號(hào)產(chǎn)生所述減 小轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)脈寬調(diào)制操作控制信號(hào)。
提供一種用于減小永石茲電動(dòng)才幾系統(tǒng)中的轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)的方法，該永；茲
電動(dòng)機(jī)系統(tǒng)包括聯(lián)接至變換器的永》茲電動(dòng)才幾。該方法包括以下步驟 接收轉(zhuǎn)矩命令；響應(yīng)于轉(zhuǎn)矩命令產(chǎn)生轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)減小信號(hào)；響應(yīng)于轉(zhuǎn)矩 脈動(dòng)減小信號(hào)修改操作控制信號(hào)從而產(chǎn)生減小脈動(dòng)操作控制信號(hào)；以 及向所述變換器提供所述減小脈動(dòng)操作控制信號(hào)，以控制所述永磁電動(dòng)機(jī)。


以下結(jié)合下列附圖描述本發(fā)明，其中相同附圖標(biāo)記指代相同元件， 并且
圖1示出根據(jù)本發(fā)明一個(gè)實(shí)施方式的電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)；
圖2A示出用于根據(jù)本發(fā)明實(shí)施方式的圖1電動(dòng)機(jī)系統(tǒng)的相反電磁 力(EMF ) ( phase back electromagnetic force )的時(shí)間-電壓曲線；
圖2B示出圖2A的反EMF波形圖的快速傅立葉變換，其為根據(jù)本 發(fā)明實(shí)施方式的諧波-諧波幅值曲線；
圖3A示出4艮據(jù)本發(fā)明實(shí)施方式的圖1電動(dòng)才幾系統(tǒng)的三相電壓的相 反EMF的時(shí)間-電壓曲線；
圖3B示出根據(jù)本發(fā)明實(shí)施方式的、圖3A的反EMF波形圖的兩個(gè) 靜止坐標(biāo)電壓的相反EMF的時(shí)間-電壓曲線；
圖3C示出圖3B的反EMF波形圖的快速傅立葉變換，其為根據(jù)本 發(fā)明實(shí)施方式的諧波-諧波幅值曲線；
圖4示出根據(jù)本發(fā)明實(shí)施方式的圖1的電動(dòng)機(jī)系統(tǒng)的更詳細(xì)框圖5示出根據(jù)本發(fā)明實(shí)施方式的圖4的電動(dòng)機(jī)系統(tǒng)的轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)功 能性的啟用/禁用功能信號(hào)圖6示出根據(jù)本發(fā)明實(shí)施方式的圖4電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的脈寬調(diào)制 (PWM)信號(hào)延遲的時(shí)序圖7A示出才艮據(jù)本發(fā)明實(shí)施方式的圖4電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)在無(wú)基波電 流解耦情況下的轉(zhuǎn)矩瞬變響應(yīng)的曲線；圖7B示出根據(jù)本發(fā)明實(shí)施方式的圖4電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)在基波電流 解耦情況下的轉(zhuǎn)矩瞬變響應(yīng)的曲線；
圖8示出根據(jù)本發(fā)明實(shí)施方式的圖4電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的同步參照 系濾波器(synchronous frame filter )的框圖9A示出根據(jù)本發(fā)明實(shí)施方式的圖8同步參照系濾波器的濾波器 響應(yīng)的頻率-幅值曲線；
圖9B示出根據(jù)本發(fā)明實(shí)施方式的圖8同步參照系濾波器的濾波器 響應(yīng)的頻率-相位曲線；
圖10A示出根據(jù)本發(fā)明實(shí)施方式的、在相位修正之前圖8的同步 參照系濾波器的直流(DC)響應(yīng)的時(shí)間-電壓曲線；
圖10B示出根據(jù)本發(fā)明實(shí)施方式的、在相位修正之后圖8的同步 參照系濾波器的直流(DC)響應(yīng)的時(shí)間-電壓曲線；
圖11A示出根據(jù)本發(fā)明實(shí)施方式的、與圖1的電動(dòng)機(jī)系統(tǒng)類似的 電動(dòng)機(jī)系統(tǒng)在不進(jìn)行轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)抵消情況下的測(cè)量轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)；
圖11B示出根據(jù)本發(fā)明實(shí)施方式的、圖4的電動(dòng)機(jī)系統(tǒng)在轉(zhuǎn)矩脈 動(dòng)抵消情況下的測(cè)量轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)；
圖12示出根據(jù)本發(fā)明實(shí)施方式的、進(jìn)行轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)抵消和不進(jìn)行轉(zhuǎn) 矩脈動(dòng)抵消的十二次諧波轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)含量；以及
圖13示出根據(jù)本發(fā)明實(shí)施方式的圖4電動(dòng)機(jī)系統(tǒng)的測(cè)量噪音。
具體實(shí)施例方式
以下詳細(xì)描述在本質(zhì)上僅為例示，并不旨在限制本發(fā)明或本發(fā)明 的應(yīng)用和使用。而且，并不意圖以前述技術(shù)領(lǐng)域、背景技術(shù)、發(fā)明內(nèi) 容或者以下詳細(xì)說(shuō)明中出現(xiàn)的任何明確的或者暗含的理論進(jìn)行界定。
參照?qǐng)D1,根據(jù)本發(fā)明實(shí)施方式的電動(dòng)機(jī)系統(tǒng)100包括三相交流 (AC)同步電動(dòng)才幾110,例如內(nèi)置式永/磁(IPM)電動(dòng)^li,其響應(yīng)于來(lái) 自變換器120的信號(hào)進(jìn)行操作。變換器120為電動(dòng)機(jī)110提供電控制， 其連接在電源140的直流(DC)總線135之間。變換器120包括開(kāi)關(guān) 122、 123、 124、 125、 126、 127,每個(gè)開(kāi)關(guān)均包括與反并聯(lián)二極管并 聯(lián)連接的晶體管，例如絕緣柵雙極型晶體管(IGBT)。開(kāi)關(guān)122、 123、 124、 125、 126、 127響應(yīng)于從控制器150至其晶體管柵極的信號(hào)進(jìn)行 操作，以向電動(dòng)機(jī)110的各相115提供電壓，各對(duì)開(kāi)關(guān)122/125、 123/126和124/127形成變換器120的相腿。
速度檢測(cè)電路160測(cè)量電動(dòng)才幾110的轉(zhuǎn)子位置和轉(zhuǎn)速，并包括聯(lián) 接至電動(dòng)機(jī)110的解析器162 (或者類似的速度感測(cè)裝置)以感測(cè)電動(dòng) 機(jī)110的轉(zhuǎn)子位置，從而感測(cè)電動(dòng)機(jī)110的轉(zhuǎn)速。速度檢測(cè)電路160 還包括解析器-數(shù)字轉(zhuǎn)換器164,其將來(lái)自解析器162的信號(hào)轉(zhuǎn)換成數(shù) 字信號(hào)(例如，數(shù)字電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速信號(hào)和數(shù)字轉(zhuǎn)子角位置信號(hào))。解析器 -數(shù)字轉(zhuǎn)換器164為控制器150提供電動(dòng)機(jī)110的轉(zhuǎn)子角位置和轉(zhuǎn)子速 度的數(shù)字表示。
根據(jù)本實(shí)施方式，控制器150包括電流調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)矩控制模塊170和 諧波抵消同步調(diào)節(jié)器塊175。電流調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)矩控制模塊170的輸出端聯(lián)接 至開(kāi)關(guān)122、 123、 124、 125、 126、 127的各個(gè)晶體管的柵極，用于向 變換器120提供電動(dòng)機(jī)控制信號(hào)，作為開(kāi)關(guān)122、 123、 124、 125、 126、 127的晶體管的操作控制信號(hào)。
向控制器150的輸入端提供轉(zhuǎn)矩命令"，并將該轉(zhuǎn)矩命令"提供 給電流調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)矩控制模塊170和諧波抵消同步調(diào)節(jié)器塊175。電流調(diào)節(jié) 轉(zhuǎn)矩控制才美塊170接收來(lái)自電動(dòng)機(jī)110的各相115的電流信號(hào)。根據(jù) 本實(shí)施方式，自所述相115感測(cè)到的電流為三相正弦電流信號(hào)，其包 括基波頻率信號(hào)以及它的一個(gè)或多個(gè)諧波，根據(jù)電動(dòng)機(jī)110的預(yù)定轉(zhuǎn) 矩脈動(dòng)特性限定所述諧波的幅值。
諧波抵消同步調(diào)節(jié)器塊175響應(yīng)于轉(zhuǎn)矩命令和電動(dòng)機(jī)系統(tǒng)100的 預(yù)定轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)特性產(chǎn)生轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)減小信號(hào)。根據(jù)本實(shí)施方式，轉(zhuǎn)矩脈 動(dòng)減小信號(hào)包括響應(yīng)于電動(dòng)機(jī)110的預(yù)定轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)特性限定的電流信 號(hào)的一個(gè)或多個(gè)預(yù)定諧波，用于引入待提供給電動(dòng)機(jī)110的電流信號(hào) 中。
根據(jù)本實(shí)施方式，電流調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)矩控制模塊170響應(yīng)于轉(zhuǎn)矩控制信 號(hào)和從諧波抵消同步調(diào)節(jié)器塊175接收到的轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)減小信號(hào)而修改 從電動(dòng)機(jī)110的相115感測(cè)到的電流，從而產(chǎn)生用于提供給變換器120 的減小脈動(dòng)操作控制信號(hào)。因此，減小脈動(dòng)操作控制信號(hào)作為命令信 號(hào)/柵極驅(qū)動(dòng)信號(hào)被施加至晶體管122、 123、 124、 125、 126、 127的柵 極。因而，根據(jù)本實(shí)施方式，電流調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)矩控制才莫塊170接收各相115 處的電流并響應(yīng)于轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)減小信號(hào)修改該電流，從而為提供給變換 器120的減小脈動(dòng)操作控制信號(hào)提供適當(dāng)增益。
8參照?qǐng)D2A, 4艮據(jù)本實(shí)施方式的電動(dòng)才幾系統(tǒng)100的相反電,茲力 (EMF) 210的時(shí)間-電壓曲線圖200圖示出用于IPM電動(dòng)機(jī)110的反 EMF測(cè)量。從曲線圖200清楚時(shí)域波形210不是正弦的，而是由于諧 波含量發(fā)生畸變。圖2B繪出了曲線圖250,其以諧波-諧波幅值的曲線 圖250示出了時(shí)域反EMF波形210的快速傅立葉變換。頻率軸255繪 制為基波電動(dòng)機(jī)電頻率fe 260的諧波，其為一次諧波(諧波一 )且偏離 縱坐標(biāo)。曲線圖250還繪出零次至三十次諧波(諧波零至諧波三十)， 所述諧波包括產(chǎn)生畸變時(shí)域波形210的多種諧波。具體地說(shuō)，基波頻 率260中的顯著諧波(significant harmonic )出現(xiàn)在基波頻率的五倍、 七倍、十一倍、十三倍、二十三倍和二十五4咅處(即，諧波五262、 諧波七264、諧波十一 266、諧波十三268、諧波二十三270和諧波二 十五272)。
電動(dòng)機(jī)110為三相電動(dòng)才幾，并且本實(shí)施方式就三相進(jìn)行討"論。然 而，本發(fā)明同樣可應(yīng)用于大多數(shù)多相電動(dòng)才幾系統(tǒng)。參照?qǐng)D3A,電動(dòng)才幾 系統(tǒng)100的三相電壓的相反EMF的時(shí)間-電壓曲線圖300繪出電動(dòng)扭^ 110的三個(gè)相115中各相的波形302、 304、 306。
根據(jù)電動(dòng)機(jī)分析原理，為了識(shí)別波形302、 304、 306的哪一諧波 可減小從而減小才艮據(jù)本實(shí)施方式的電動(dòng)才幾系統(tǒng)100中的轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)，在 對(duì)兩相波形進(jìn)行復(fù)雜FFT (快速傅立葉變換)操作之前將三相波形轉(zhuǎn) 換成兩相波形。利用本領(lǐng)域技術(shù)人員熟知的傳統(tǒng)三相至兩相變換，在 圖3B的曲線圖330中示出三相反EMF波形302、 304、 306的等價(jià)兩 相表示。兩相分量波形332、 334正交，并^皮稱為三相反EMF波形302、 304、 306的a分量和p分量。
圖3C的繪圖360中繪出了兩相a分量和|3分量的波形332、 334 的復(fù)雜FFT。復(fù)雜FFT操作將三相反EMF波形302、 304、 306的諧波 分解為其或正或負(fù)的適當(dāng)序列。正頻率軸362代表正序列分量，而負(fù) 頻率軸364代表負(fù)序列分量。此時(shí)可看出五次諧波372、十一次諧波 374和二十三次諧波376為負(fù)序列，而七次諧波382、十三次諧波384 和二十五次諧波386為正序列。
轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)發(fā)生在反EMF諧波和基波電流信號(hào)之間的不同頻率處。 當(dāng)基波電流為第一正序列信號(hào)375時(shí)，預(yù)計(jì)轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)發(fā)生在其六次諧 波、十二次^諧波和二十四次"諧波處。根據(jù)本實(shí)施方式，為抵消n次諧波轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)，在n+l次(正序列) 諧波、l-n次(負(fù)序列)諧波或二者處引入電流。雖然本實(shí)施方式描述 用于抵消單諧波的方法和設(shè)備，但是如有需要也可將相同原理延伸至
抵消多諧波。
參照?qǐng)D4,電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)100的更詳細(xì)框圖400減小預(yù)定諧波上 的轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)。所述預(yù)定諧波為根據(jù)本實(shí)施方式的為減小轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)而選 出的多個(gè)諧波中的一個(gè)，例如基諧波的六次諧波、十二次諧波或二十 四次諧波。
電流調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)矩控制模塊170以同步參照系電流調(diào)節(jié)器402為中心， 該同步參照系電流調(diào)節(jié)器402調(diào)節(jié)基波電流(即，基諧波，諧波一處 的電流)。將轉(zhuǎn)矩命令信號(hào)"輸入至電流調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)矩控制模塊170的最優(yōu) 電流命令確定塊404,從該最優(yōu)電流命令確定塊404為基諧波產(chǎn)生同步
參照系下的兩個(gè)電流命令，/::和/::。將基諧波的同步參照系下的電流
命令《和《均提供給求和點(diǎn)406和408之一?；ǚ答侂娏?:,》和C 也饋送至求和點(diǎn)406和408。求和點(diǎn)406和408的輸出為基諧波同步參 照系誤差信號(hào)，該誤差信號(hào)被提供給基諧波同步參照系電流調(diào)節(jié)器402 的輸入。
基諧波電流調(diào)節(jié)器402的輸出為中間電壓命令C和^/—,，它們被 傳送至求和點(diǎn)410和412。加法器410和412使來(lái)自基諧波同步參照系 電流調(diào)節(jié)器402的中間電壓命令與來(lái)自諧波抵消同步調(diào)節(jié)器塊175的 用于預(yù)定諧波的同步參照系電壓命令^;和^;相結(jié)合，其中同步參照 系電壓命令rr—H和O為諧波抵消信號(hào)，并且加法器410、 412引入諧 波抵消信號(hào)以產(chǎn)生最終的基諧波同步參照系電壓命令《和《。這些電
壓命令「r和《由同步-靜止變換模塊414處理，該同步-靜止變換模塊
根據(jù)傳統(tǒng)坐標(biāo)變換利用轉(zhuǎn)子位置《將基諧波同步參照系下的電壓命令 變換至靜止參照系。
變換模塊414的輸出為靜止參照系兩相a/p電壓命令^和G。該a/卩 電壓命令接著被傳送至兩相-三相變換塊416,其將a/p電壓命令轉(zhuǎn)換成 等價(jià)的三相信號(hào)^， ^和《。三相靜止參照系電壓命令r:, ^和I^為 傳送至三相電壓源變換器120的減小脈動(dòng)操作控制信號(hào)，三相電壓源 變換器120處理電壓命令并向三相IPM電動(dòng)機(jī)110的定子繞組施加命 令電壓。根據(jù)同步型電動(dòng)機(jī)的需要，解析器162提供絕對(duì)位置感測(cè)。解析 器162的輸出信號(hào)由解析器-數(shù)字轉(zhuǎn)換器164處理，該解析器-數(shù)字轉(zhuǎn)換 器164將解析器模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換成表示轉(zhuǎn)子電角位置《的數(shù)字式字。感測(cè) 定子兩相(或三相)電流并將其傳送至電流調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)矩控制模塊170的 三相-兩相變換才莫塊417。該三相-兩相變換;溪塊417將三相電流乙，/6和 々轉(zhuǎn)換成等價(jià)的兩相a/p電流4和/"并且靜止-同步變換模塊418將該 a/卩電流變換成基諧波同步參照系量/:4和。
根據(jù)當(dāng)前實(shí)施方式，減小脈動(dòng)操作控制信號(hào)設(shè)計(jì)成將預(yù)定諧波電 流引入定子中以抵消對(duì)應(yīng)于該預(yù)定諧波的特定轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)。同步參照系 濾波器422用作關(guān)于期望轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)抵消引入諧波(即，預(yù)定諧波)的 帶阻濾波器，并且為諧波抵消同步調(diào)節(jié)器塊175的一部分(即，不是 傳統(tǒng)電流調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)矩控制模塊170的一部分)。
帶阻濾波器422具有預(yù)定諧波的中心頻率，并從同步參照系電流/:、
和；,過(guò)濾掉預(yù)定諧波，從而形成基波參照系反饋電流》和并將它
們提供給求和點(diǎn)406、 408。這樣，帶阻濾波器422防止基諧波同步參 照系調(diào)節(jié)器402響應(yīng)于在預(yù)定諧波處引入的電流而抵消操作控制信號(hào) 的期望轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)分量。此外，帶阻濾波器422輔助兩個(gè)控制器參照系 的解耦。轉(zhuǎn)子位置《和以rad/sec為單位的電角速度^也輸入至帶阻濾 波器422。帶阻濾波器422除了其它特征以外，還設(shè)計(jì)成如以下所述使 相位延遲最小。
參照諧波抵消同步調(diào)節(jié)器塊175,基波頻率解耦塊425測(cè)量基諧波
同步參照系電流/:5和并減去基波電流命令和,從而大大改善控
制器150的動(dòng)態(tài)轉(zhuǎn)矩響應(yīng)，如以下所述。
高通濾波器430和變換塊432 —起形成基諧波帶阻濾波器。高通 濾波器(HPF) 430截止基波頻率同步參照系電流/:,和/:,的直流分量， 從而消除基波頻率分量。超過(guò)濾波器拐角頻率的更高頻率諧波能夠無(wú) 衰減地通過(guò)高通濾波器430。變換塊432利用所輸入的轉(zhuǎn)子位置《和電 角速度^將基諧波同步參照系的信號(hào)變換成預(yù)定諧波同步參照系電流 《、和^%,從而消除由高通濾波器430引起的相位延遲。
在求和點(diǎn)434和436將縮放后的(scaled )預(yù)定諧波電流命令/^:和 /，與反饋電流/fH和巧、相比較。求和點(diǎn)434和436的輸出為預(yù)定諧 波處的同步參照系電流誤差，這些信號(hào)被傳送至預(yù)定諧波同步參照系電流調(diào)節(jié)器438。同步參照系調(diào)節(jié)器438的輸出為電壓命令K二和《:。 然后，通過(guò)參照系坐標(biāo)變換塊440將這些電壓命令從預(yù)定諧波參照系 變換至基諧波參照系。該參照系坐標(biāo)變換塊的輸出為基諧波參照系的 預(yù)定諧波調(diào)節(jié)器電壓命令C和^;,它們被提供至加法器410、 412, 從而相結(jié)合而形成基波參照系電流調(diào)節(jié)器402的輸出。參照系坐標(biāo)變 換塊440包括變換角的PWM延遲補(bǔ)償，如以下所述。
速度控制塊450操作從而根據(jù)本發(fā)明啟用和禁止減小轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)， 并包括脈動(dòng)抵消命令生成塊452,其接收轉(zhuǎn)矩命令"和電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速信 號(hào)",，并為預(yù)定諧波同步參照系調(diào)節(jié)器438計(jì)算D軸和Q軸電流命令
;和O。電流命令/〗;s和《；表示用于抵消所選轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)諧波的期
望電流引入矢量。可以多種方式存儲(chǔ)這些命令根據(jù)應(yīng)用存儲(chǔ)在一維 或二維表中，或者作為曲線擬合函數(shù)存儲(chǔ)。速度控制塊450還包括命 令縮放塊454,其聯(lián)接至脈動(dòng)抵消命令生成塊452以根據(jù)轉(zhuǎn)速對(duì)輸入的 電流命令進(jìn)行縮放(即，根據(jù)電動(dòng)機(jī)110的轉(zhuǎn)速限定諧波抵消信號(hào)的 信號(hào)幅值)，從而在電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速躍遷至算法活動(dòng)區(qū)和躍遷出算法活動(dòng)區(qū) 時(shí)使電流命令的躍遷平滑，從而響應(yīng)于電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速信號(hào)使轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)減 小信號(hào)漸強(qiáng)或漸弱。命令縮放塊454的輸出為縮放后的預(yù)定諧波電流 命令C^和/n它們被提供至加法器434、 436以與反饋電流C和 C目結(jié)合。
根據(jù)當(dāng)前實(shí)施方式，包括模塊422、 425、 430、 432、 434、 436、 438和440的諧波4氐消同步調(diào)節(jié)器塊175的構(gòu)成部分以控制器150的軟 件的快速執(zhí)行循環(huán)的速度(例如，十千赫，即10kHz)操作，而速度控 制塊450 (即，脈動(dòng)4氐消命令生成塊452和命令縮放塊454)的構(gòu)成部 分以較慢的速度(通常與基諧波同步參照系電流命令的更新速度(例 如， 一毫秒，即lmsec)相同)操作。
由于變換器120的切換頻率和控制器150的采樣率的有限限制， 預(yù)定諧波參照系電流調(diào)節(jié)器438或許不能控制諧波電流直至電動(dòng)機(jī)110 達(dá)到最大轉(zhuǎn)速。通常，為了可控性而必須將脈沖比(定義為切換頻率 除以待控制的電流頻率)保持為大約為十或更大。根據(jù)本實(shí)施方式為 減小轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)而選擇的諧波頻率(即，預(yù)定諧波的頻率)可為基諧波 的多倍，例如基諧波的十二倍或二十四倍。因而，在電動(dòng)機(jī)110的高 轉(zhuǎn)速下，預(yù)定諧波的頻率會(huì)非常高，因而有可能不能保持足夠的脈沖
12比。因此，在高轉(zhuǎn)速下，速度控制塊450操作以禁止預(yù)定諧波參照系 電流調(diào)節(jié)器438的操作。
而且，當(dāng)電動(dòng)機(jī)110的轉(zhuǎn)速向零減小時(shí)，電動(dòng)機(jī)諧波會(huì)聚。在零 轉(zhuǎn)速下，多個(gè)諧波之間無(wú)差別，因此根據(jù)本實(shí)施方式的諧波抵消同步 調(diào)節(jié)器塊175不會(huì)正確工作。因而，在非常低的轉(zhuǎn)速下，速度控制塊 450操作以禁止諧波抵消同步調(diào)節(jié)器塊175操作。
參照?qǐng)D5,三個(gè)信號(hào)圖502、 504、 506繪出了根據(jù)當(dāng)前實(shí)施方式的 電動(dòng)機(jī)系統(tǒng)100的轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)功能性的啟用/禁用功能。第一信號(hào)圖502 示出了根據(jù)電動(dòng)機(jī)110的轉(zhuǎn)速而變的啟用標(biāo)志TrqCancSw510,其由速 度控制塊450使用來(lái)啟用或禁止向預(yù)定參照系同步電流調(diào)節(jié)器438輸 入。在非常低和非常高的電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速下，標(biāo)志502設(shè)置成OFF (或者 說(shuō)禁用)。遲滯512用于防止在轉(zhuǎn)速緩慢經(jīng)過(guò)ON/OFF躍遷范圍時(shí)調(diào)節(jié) 器在ON和OFF之間振蕩。代表性的轉(zhuǎn)速分界點(diǎn)最低為100rpm,最高 為1000rpm,遲滯為50rpm。當(dāng)標(biāo)志TrqCancSw 510為高(或者說(shuō)ON ) 時(shí)，預(yù)定諧波調(diào)節(jié)器438被啟用，當(dāng)標(biāo)志TrqCancSw 510為低(或者 說(shuō)OFF)時(shí)，預(yù)定諧波調(diào)節(jié)器438被禁用。
為了防止抵消命令在電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速穿過(guò)啟用/禁用躍遷邊界時(shí)急劇變 換，通過(guò)利用如第二信號(hào)圖504所示的乘數(shù)IsHxCmdSpdScale 520對(duì)電 流命令進(jìn)行縮放而使其隨速度逐步采用(和逐步停止)。該縮放由速度 控制塊450的命令縮放塊454如等式1所示進(jìn)行
《*;=綠c附辟編e.《H (1)
由于濾波器422和430具有一定穩(wěn)定時(shí)間，在隨著電動(dòng)機(jī)110的 轉(zhuǎn)速而啟用或禁用預(yù)定諧波電流調(diào)節(jié)器438時(shí)，濾波器422和430被 啟用和禁用以防干^t尤。因而，4艮據(jù)本實(shí)施方式，即4吏當(dāng)TrqCancSw標(biāo) 志510禁用預(yù)定諧波電流調(diào)節(jié)器438時(shí)，濾波器422和430也會(huì)在一 定轉(zhuǎn)速下保持功能性。然而，在電動(dòng)機(jī)110的轉(zhuǎn)速非常高時(shí)為了防止 浪費(fèi)控制器150的執(zhí)行時(shí)間，在電動(dòng)機(jī)110的轉(zhuǎn)速超過(guò)預(yù)定閱值時(shí)禁 用濾波器422和430。信號(hào)圖506示出了濾波器啟用/禁用標(biāo)志530。注 意，濾波器422、 430僅在 〉 時(shí)被禁用。因而，當(dāng)電動(dòng)機(jī)110的轉(zhuǎn)速非常高時(shí)，諧波抵消同步調(diào)節(jié)器塊175和速度控制塊450中的所有 功能可被禁用。
當(dāng)電動(dòng)機(jī)110減速至 9以下時(shí)，兩個(gè)濾波器422和430將凈皮啟用。 而當(dāng)電動(dòng)機(jī)110的轉(zhuǎn)速降至""以下時(shí)，預(yù)定諧波電流調(diào)節(jié)器438通過(guò) 零電流命令而啟用。在速度",6至",5之間，會(huì)以線性方式逐步采用命令。 當(dāng)電動(dòng)機(jī)110的轉(zhuǎn)速接近零時(shí)，除了兩個(gè)濾波器422、 430保持操作性 之外，過(guò)程相反。
圖6示出了電動(dòng)機(jī)系統(tǒng)100的時(shí)序圖600,表示電流采樣、電壓命 令計(jì)算以及電壓命令的PWM實(shí)施之間的關(guān)系。豎向黑箭頭602表示理 想的電流采樣點(diǎn)。在采樣點(diǎn)602之后進(jìn)行處理器計(jì)算，包括下一占空 比計(jì)算。用于諧波抵消同步調(diào)節(jié)器塊175的所有快速計(jì)算都必須在 Tsamp周期604完成。由于在隨后的循環(huán)實(shí)施占空比計(jì)算并且平均輸出 電壓位于PWM周期的中央，因而如等式(2)所示對(duì)PWM延遲進(jìn)4亍 建模。傳統(tǒng)控制在變換塊414中已通過(guò)如等式(3)所示為變換角增加 補(bǔ)償角而補(bǔ)償這一延遲。然而，預(yù)定諧波以更高的不同電角速度轉(zhuǎn)動(dòng)。 根據(jù)本實(shí)施方式，在變換塊440中利用等式(4)限定的適當(dāng)角度修正 來(lái)補(bǔ)償預(yù)定諧波調(diào)節(jié)器電壓命令變換，以避免不良動(dòng)態(tài)響應(yīng)和潛在不 穩(wěn)定性。換言之，響應(yīng)于根據(jù)等式(4)響應(yīng)于預(yù)定PWM信號(hào)延遲而 導(dǎo)出的脈寬調(diào)制(PWM)延遲補(bǔ)償信號(hào)，將諧波抵消信號(hào)引入操作控 制信號(hào)中。<formula>formula see original document page 14</formula>如以上指出的，基波解耦塊425執(zhí)行基波電流解耦。在轉(zhuǎn)矩瞬變 期間，預(yù)定諧波參照系電流不再僅僅為直流信號(hào)，而是由于瞬變而具 有交流含量。信號(hào)的交流含量會(huì)穿過(guò)濾波器430,并且會(huì)無(wú)意地穿過(guò)至 預(yù)定諧波參照系電流調(diào)節(jié)器438，導(dǎo)致圖7A的曲線圖700所示的非常 差的轉(zhuǎn)矩動(dòng)態(tài)性。在曲線圖700 (圖7A)中，從最優(yōu)電流命令確定塊
(2)
(3)404輸出的基諧波同步參照系電流命令《和/::分別以跡線702和704
繪出。從帶阻濾波器422輸出的基波反饋電流/l,》和d分別以跡線 706和708繪出。
參照曲線圖750(圖7B),基諧波同步參照系電流命令/::和/::以及
基波反饋電流/:,力和/:,j分別以跡線752、 754、 756和758繪出。根據(jù) 本實(shí)施方式，從測(cè)量電流減去基諧波電流命令(即，從測(cè)量電流解耦 基波電流)如曲線圖750所示提供了極大改善的動(dòng)態(tài)響應(yīng)。
圖8示出了同步參照系濾波器422的框圖。該濾波器包括基諧波-預(yù)定諧波(Hl-Hx)變換塊805、高通濾波器(HPF) 810以及預(yù)定諧 波-基諧波(Hx-Hl)變換塊815。將變換角(/Z-l).《信號(hào)提供給Hl-Hx 變換塊805以在該處對(duì)信號(hào)進(jìn)行變換。在加法器820處將與HPF 810 的相位遲延對(duì)應(yīng)的修正角《w信號(hào)加入變換角信號(hào)中，以向Hx-Hl變換 塊815提供相位延遲補(bǔ)償變換角信號(hào)，從而補(bǔ)償由HPF 810引入的相 位延遲，諧波抵消信號(hào)響應(yīng)于該相位遲延引入到操作控制信號(hào)中。修 正角《。J言號(hào)具有與HPF 810引入的相位延遲對(duì)應(yīng)的預(yù)定相位誤差角修 正值。
圖8的信號(hào)線上方的文字表示基諧波(Hl)信號(hào)經(jīng)過(guò)濾波器422 的流動(dòng)。由于輸入濾波器422中的信號(hào)處于Hl同步參照系，所以Hl 信號(hào)以直流量進(jìn)入濾波器422。在塊805處經(jīng)過(guò)第一次變換之后，信號(hào) 變成(^-l)./e。例如，如果引入十三次諧波(即，預(yù)定諧波(Hx)為 十三)，則信號(hào)變換成12/e。變換后的信號(hào)穿過(guò)HPF 810，因?yàn)楦鶕?jù)本 實(shí)施方式，選擇預(yù)定諧波并且HPF 810設(shè)計(jì)成使HPF 810的濾波器極 點(diǎn)(filter pole)大大低于預(yù)定諧波頻率。當(dāng)信號(hào)穿過(guò)濾波器810時(shí)， 在信號(hào)中引入相移。然后，第二變換塊815以相移補(bǔ)償?shù)姆绞绞乖撔?號(hào)變換回基波(HI)同步參照系。圖8的信號(hào)線下方所示的預(yù)定諧波 電流以頻率(//,-1).乂進(jìn)入濾波器。在塊805處進(jìn)行第一次變換之后，該 信號(hào)為直流。HPF 810完全消除信號(hào)中的該直流分量，從而在濾波器 810輸出端將預(yù)定諧波(Hx)信號(hào)衰減至零(即，濾波器陷波頻率處 的無(wú)限衰減)。
參照?qǐng)D9,圖9A示出根據(jù)本發(fā)明實(shí)施方式，同步參照系濾波器422 的濾波器響應(yīng)的頻率-幅值曲線圖900,圖9B示出根據(jù)本發(fā)明實(shí)施方式， 同步參照系濾波器422的濾波器響應(yīng)的頻率-相位曲線圖905。參照?qǐng)D9A,繪出了根據(jù)本實(shí)施方式濾波器422的濾波器頻率響應(yīng)的幅值曲線 910。該濾波器在直流和高頻下具有單位增益。在陷波頻率920處，濾 波器具有無(wú)限衰減，而對(duì)于DC輸入信號(hào)，濾波器具有有限相移。
如以上所述，濾波器422引入相位滯后。濾波器422的相位滯后 可由等式(5)所示計(jì)算
其中X為濾波器中心頻率，厶為輸入頻率， 為以rad/sec為單位 的濾波器極點(diǎn)。在圖9B中的濾波器頻率響應(yīng)的相位曲線930中可見(jiàn)相 位滯后。如在曲線圖900和905中可見(jiàn)，等式(5)提供直至陷波頻率 920的精確模型。因此，由于基波電頻率與陷波頻率之間的諧波關(guān)系， 可如等式(6)所示計(jì)算修正角
因而，根據(jù)本實(shí)施方式，等式(6)用于計(jì)算在加法器820處加到濾波 器422的第二變換塊815的修正因數(shù)。
參照?qǐng)D10A,在不對(duì)等式(5)的相位滯后進(jìn)行補(bǔ)償?shù)那闆r下同步 參照系濾波器422的濾波器響應(yīng)的頻率-幅值曲線圖IOOO示出了當(dāng)向?yàn)V 波器422輸入DC信號(hào)(即，D軸輸入1002為零，Q軸輸入1004為-1 ) 時(shí)，濾波器422的輸入和輸出信號(hào)。在不進(jìn)行相位滯后補(bǔ)償?shù)那闆r下， 濾波器422引入畸變，該畸變更改D輸出1006和Q輸出1008使其離 開(kāi)它們的輸入值1002、 1044。這一畸變?cè)贒軸更顯著(即，D輸入1002 與D輸出1006之間的分離比Q輸入1004與Q輸出1008之間的分離 更大)，因?yàn)樵谳斎胧噶颗cQ軸對(duì)齊但與D軸正交時(shí)，相移對(duì)輸入矢 量角的D分量1002的影響比對(duì)其Q分量1004的影響更大。
圖10B示出了在應(yīng)用了根據(jù)等式(6)計(jì)算出的修正因數(shù)之后濾波 器422的輸出，濾波器相位滯后影響已借此消除。不在濾波器422中 實(shí)施等式(6)會(huì)引起基波反饋電流的相移，從而在基波信號(hào)處理中引 起與角度誤差等價(jià)的轉(zhuǎn)矩誤差。在包括塊430和432的濾波器中存在類似情況。因?yàn)檩斎胄盘?hào)已 位于與待消除的分量(即，基波分量H1 )相同的參照系中，所以不必 進(jìn)行初始參照系變換。因而，預(yù)定諧波的信號(hào)招致不期望的相移，該
相移可帶來(lái)穩(wěn)定性問(wèn)題，并且根據(jù)電動(dòng)機(jī)110的轉(zhuǎn)速而將相移添加至 諧波抵消電流，導(dǎo)致不良的轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)抵消。為了消除這些不期望的影 響，根據(jù)本實(shí)施方式，在變換塊432處進(jìn)行變換期間應(yīng)用等式(6), 從而向變換塊432提供響應(yīng)于與變換塊432相關(guān)的預(yù)定濾波器相位遲 延而導(dǎo)出的相位遲延補(bǔ)償信號(hào)。
參照?qǐng)D11,其包括圖IIA和圖IIB，示出了根據(jù)本發(fā)明電動(dòng)機(jī)系 統(tǒng)110相對(duì)于轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)抵消的測(cè)量性能，其中圖IIA的曲線圖1102表 示根據(jù)本實(shí)施方式在不進(jìn)行轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)4氐消的情況下電動(dòng)機(jī)系統(tǒng)110的 測(cè)量轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)1112，圖IIB的曲線圖1104表示根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施方式 在進(jìn)行轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)4氐消的情況下電動(dòng)機(jī)系統(tǒng)110的測(cè)量轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)1114。
參照曲線1102 (圖UA)，控制器150不施加轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)抵消，相電 流1122為純正弦波，然而測(cè)量轉(zhuǎn)矩波形1112呈現(xiàn)顯著的脈動(dòng)含量(在 跡線1132上示出了電動(dòng)機(jī)110的轉(zhuǎn)子位置)。Mathl波形1142為測(cè)量 轉(zhuǎn)矩信號(hào)1112的計(jì)算FFT，其中十二次諧波1152具有大幅值。
因此，根據(jù)本發(fā)明，通過(guò)將諧波抵消電流引入電動(dòng)機(jī)110的定子 而減小基波頻率的轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)十二次諧波，曲線圖1104 (圖11B)中繪 出了轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)減小結(jié)果，其中十三次諧波電流用于導(dǎo)出諧波抵消電流。
測(cè)量轉(zhuǎn)矩波形1114示出了減小的脈動(dòng)，諧波4氐消電流可看作相電流波 形1114中的脈動(dòng)。在跡線1134上示出了轉(zhuǎn)子位置，測(cè)量轉(zhuǎn)矩信號(hào)1114 的計(jì)算FFT示出為Mathl波形1144，其中十二次諧波1154具有更小 的幅值，這表示目標(biāo)轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)分量幾乎完全從轉(zhuǎn)矩譜中消除。
參照?qǐng)D12,曲線圖1200繪出無(wú)轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)抵消情況下的十二次諧波 轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)含量1202,以及在才艮據(jù)本實(shí)施方式進(jìn)行轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)4氐消情況下 的十二諧波轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)含量1204,這可證明在整個(gè)轉(zhuǎn)矩命令范圍內(nèi)根據(jù) 本實(shí)施方式的性能。當(dāng)主導(dǎo)諧波為十二次諧波時(shí)，將其選擇為多個(gè)諧 波中的預(yù)定;一個(gè)諧波進(jìn)行抵消。.在曲線圖1200中顯然可知根據(jù)本發(fā)明 的轉(zhuǎn)矩抵消對(duì)于針對(duì)正負(fù)轉(zhuǎn)矩消除所選轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)諧波(即，十二次諧 波)都非常有效。
參照?qǐng)D13,曲線圖1300繪出根據(jù)本發(fā)明當(dāng)前實(shí)施方式的圖4的電動(dòng)機(jī)系統(tǒng)的測(cè)量噪音。在電動(dòng)機(jī)110以恒定轉(zhuǎn)矩運(yùn)轉(zhuǎn)并且轉(zhuǎn)速?gòu)?200rpm變?yōu)?000rpm時(shí)進(jìn)行測(cè)量。曲線1302表示根據(jù)當(dāng)前實(shí)施方式 不實(shí)施轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)抵消情況下的測(cè)量噪音，曲線1304表示在根據(jù)當(dāng)前實(shí) 施方式實(shí)施基波電流頻率的十二次諧波的轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)抵消情況下的測(cè)量 噪音。在150rpm至1200rpm范圍1306內(nèi)轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)4氐消算法有效，范 圍1306具有上速度截止1308，在該處速度控制塊450禁用轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)減 小。當(dāng)有效時(shí)，該算法可使噪音發(fā)射減小大約3dB至10dB,定子的徑 向振動(dòng)也顯示出類似結(jié)果。盡管在較高頻率處轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)抵消被禁用， 但是由于不進(jìn)行轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)抵消情況下的曲線1302和進(jìn)行轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)抵消 情況下的曲線1304在較高頻率處會(huì)合，因而操作不受影響。
因此，可看出本發(fā)明提供了將諧波電流引入A C電動(dòng)機(jī)定子從而抵 ;肖轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)的特定諧波的技術(shù)。盡管本實(shí)施方式例示了抵';肖單諧波， 但是可將相同原理延伸至抵消多諧波。本發(fā)明的諸如PWM延遲補(bǔ)償、 基波電流解耦以及濾波器延遲補(bǔ)償?shù)母郊犹卣魈峁┝烁咝阅蹵C電動(dòng) 機(jī)驅(qū)動(dòng)所期望的優(yōu)異響應(yīng)。
盡管在以上詳細(xì)說(shuō)明中提供了至少一個(gè)示例性實(shí)施方式，但是應(yīng) 當(dāng)理解存在大量變型。還應(yīng)當(dāng)理解，該示例性實(shí)施方式或該多個(gè)示例 性實(shí)施方式僅為實(shí)施例，而不意圖以任何方式限制本發(fā)明的范圍、應(yīng)
實(shí)施方式或該多個(gè)示例性實(shí)施方式的方便指導(dǎo)。應(yīng)當(dāng)理解，可在元件 的功能和布置上進(jìn)行多種改變而不背離所附權(quán)利要求及其法律意義上 的等價(jià)物所闡述的本發(fā)明的范圍。
權(quán)利要求
1.一種用于減小永磁電動(dòng)機(jī)系統(tǒng)中的轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)的方法，該永磁電動(dòng)機(jī)系統(tǒng)包括聯(lián)接至變換器的永磁電動(dòng)機(jī)，該方法包括以下步驟接收轉(zhuǎn)矩命令；響應(yīng)于該轉(zhuǎn)矩命令產(chǎn)生轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)減小信號(hào)；響應(yīng)于轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)減小信號(hào)修改操作控制信號(hào)，從而產(chǎn)生減小脈動(dòng)操作控制信號(hào)；以及向所述變換器提供所述減小脈動(dòng)操作控制信號(hào)，以控制所述永磁電動(dòng)機(jī)。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中產(chǎn)生轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)減小信號(hào)的所 述步驟包括響應(yīng)于所述轉(zhuǎn)矩命令和所述永磁電動(dòng)機(jī)系統(tǒng)的預(yù)定轉(zhuǎn)矩 脈動(dòng)特性產(chǎn)生諧波抵消信號(hào)的步驟。
3. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的方法，其中所述操作控制信號(hào)包括具有 多個(gè)諧波的正弦信號(hào)，并且其中所述永磁電動(dòng)機(jī)系統(tǒng)的預(yù)定轉(zhuǎn)矩脈動(dòng) 特性包括所述諧波中的預(yù)定 一 個(gè)諧波，并且其中產(chǎn)生諧波抵消信號(hào)的 所述步驟包括以下步驟響應(yīng)于所述轉(zhuǎn)矩命令和所述多個(gè)諧波中的預(yù)定一個(gè)而產(chǎn)生諧波抵 消信號(hào)，以減小所述操作控制信號(hào)的所述多個(gè)諧波中的預(yù)定一個(gè)；以 及將所述諧波抵消信號(hào)引入所述操作控制信號(hào)中，從而產(chǎn)生所述減 小脈動(dòng)操作控制信號(hào)，將該減小脈動(dòng)操作控制信號(hào)提供至所述變換器以將諧波抵消信號(hào)引入所述永磁電動(dòng)機(jī)的定子電流中。
4. 根據(jù)權(quán)利要求3所述的方法，其中產(chǎn)生諧波抵消信號(hào)的所述步 驟包括產(chǎn)生具有根據(jù)所述永磁電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速限定的信號(hào)幅值的諧波 抵消信號(hào)的步驟。
5. 根據(jù)權(quán)利要求3所述的方法，其中將所述諧波抵消信號(hào)引入所 述操作控制信號(hào)中的所述步驟包括響應(yīng)于脈寬調(diào)制延遲補(bǔ)償信號(hào)將 所述諧波抵消信號(hào)引入所述操作控制信號(hào)中的步驟，該脈寬調(diào)制延遲 補(bǔ)償信號(hào)響應(yīng)于預(yù)定脈寬調(diào)制信號(hào)延遲而導(dǎo)出。
6. 根據(jù)權(quán)利要求3所述的方法，其中將所述諧波抵消信號(hào)引入所 述操作控制信號(hào)的所述步驟包括響應(yīng)于相位遲延補(bǔ)償信號(hào)將所述諧 波抵消信號(hào)引入所述操作控制信號(hào)中的步驟，該相位遲延補(bǔ)償信號(hào)響應(yīng)于預(yù)定濾波器相位遲延而導(dǎo)出。
7. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中產(chǎn)生轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)減小信號(hào)的所 述步驟包括響應(yīng)于所述轉(zhuǎn)矩命令和所述永石茲電動(dòng)才幾轉(zhuǎn)速產(chǎn)生所述轉(zhuǎn)矩 脈動(dòng)減小信號(hào)的步驟。
8. 根據(jù)權(quán)利要求7所述的方法，其中產(chǎn)生轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)減小信號(hào)的所 述步驟包括響應(yīng)于所述永磁電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速禁用所述轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)減小信號(hào)的步驟。
9. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中產(chǎn)生轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)減小信號(hào)的所 述步驟包括響應(yīng)于所述轉(zhuǎn)矩命令和轉(zhuǎn)子位置信號(hào)產(chǎn)生所述轉(zhuǎn)矩脈動(dòng) 減小信號(hào)的步驟，響應(yīng)于所述永磁電動(dòng)機(jī)系統(tǒng)的轉(zhuǎn)子檢須'J位置和預(yù)定 相位誤差角度修正值產(chǎn)生所述轉(zhuǎn)子位置信號(hào)。
10. —種用于在永磁電動(dòng)機(jī)系統(tǒng)中產(chǎn)生減小轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)脈寬調(diào)制操 作控制信號(hào)的控制器，該控制器包括諧波抵消同步調(diào)節(jié)器塊，其用于接收轉(zhuǎn)矩命令并響應(yīng)于該轉(zhuǎn)矩命 令而產(chǎn)生轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)減小信號(hào)；以及電流調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)矩控制模塊，其用于接收所述轉(zhuǎn)矩命令和所述轉(zhuǎn)矩脈 動(dòng)減小信號(hào)，并用于響應(yīng)于該轉(zhuǎn)矩命令和該轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)減小信號(hào)產(chǎn)生所 述減小轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)脈寬調(diào)制操作控制信號(hào)。
11. 根據(jù)權(quán)利要求10所述的控制器，其中所述諧波抵消同步調(diào)節(jié) 器塊響應(yīng)于所述轉(zhuǎn)矩命令和所述永磁電動(dòng)機(jī)系統(tǒng)的預(yù)定轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)特性 而產(chǎn)生所述轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)減小信號(hào)。
12. 根據(jù)權(quán)利要求11所述的控制器，其中所述轉(zhuǎn)矩命令包括具有 基波頻率信號(hào)及其多個(gè)諧波的正弦電流信號(hào)，并且其中所述永磁電動(dòng) 機(jī)系統(tǒng)的所述預(yù)定轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)特性包括所述多個(gè)諧波中的預(yù)定 一 個(gè)諧 波，并且其中所述諧波抵消同步調(diào)節(jié)器塊在同步參照系中產(chǎn)生用于所 述轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)減小信號(hào)的諧波抵消信號(hào)。
13. 根據(jù)權(quán)利要求12所述的控制器，其中所述諧波抵消同步調(diào)節(jié) 器塊包括基波頻率解耦塊，該基波頻率解耦塊用于從所述轉(zhuǎn)矩命令的 多個(gè)諧波中解耦該轉(zhuǎn)矩命令的基波頻率信號(hào)以產(chǎn)生所述諧波抵消信 號(hào)。
14. 根據(jù)權(quán)利要求10所述的控制器，其中所述諧波抵消同步調(diào)節(jié) 器塊響應(yīng)于所述轉(zhuǎn)矩命令和所述永磁電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速產(chǎn)生所述轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)減小信號(hào)，所述控制器還包括用于響應(yīng)于永磁電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速而禁用所述轉(zhuǎn) 矩脈動(dòng)減小信號(hào)的速度控制塊。
15. 根據(jù)權(quán)利要求10所述的控制器，其中所述諧波抵消同步調(diào)節(jié) 器塊響應(yīng)于所述永磁電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速來(lái)改變所述轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)減小信號(hào)的頻率 和幅值。
16. —種電動(dòng)才幾系統(tǒng)，該電動(dòng)才幾系統(tǒng)包4舌 永磁電動(dòng)機(jī)；聯(lián)接至所述永磁電動(dòng)機(jī)并對(duì)其提供電控制的變換器；以及 控制器，該控制器連接至所述變換器以為其提供用于操作所述永 磁電動(dòng)機(jī)的操作控制信號(hào)，該控制器包括用于響應(yīng)于由此接收的轉(zhuǎn)矩 命令而產(chǎn)生轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)減小信號(hào)的諧波抵消同步調(diào)節(jié)器塊，該控制器還 包括電流調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)矩控制模塊，該電流調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)矩模塊用于響應(yīng)于所述轉(zhuǎn) 矩命令和所述轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)減小信號(hào)而修改所述操作控制信號(hào)以提供給所述變換器。
17. 根據(jù)權(quán)利要求16所述的電動(dòng)機(jī)系統(tǒng)，該電動(dòng)機(jī)系統(tǒng)還包括速 度檢測(cè)電路，該速度檢測(cè)電路聯(lián)接至所述永磁電動(dòng)機(jī)以檢測(cè)該永磁電制器的諧波抵消同步調(diào)節(jié)器塊聯(lián)接至所述速度檢測(cè)電:并響應(yīng)于所述 轉(zhuǎn)矩命令和所述電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速信號(hào)產(chǎn)生所述轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)減小信號(hào)。
18. 根據(jù)權(quán)利要求17所述的電動(dòng)機(jī)系統(tǒng)，其中所述控制器還包括 速度控制塊，該速度控制塊聯(lián)接至所述速度檢測(cè)電路并操作成響應(yīng)于 所述電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速信號(hào)而禁止產(chǎn)生所述轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)減小信號(hào)。
19. 根據(jù)權(quán)利要求18所述的電動(dòng)機(jī)系統(tǒng)，其中所述速度控制塊還 操作成響應(yīng)于所述電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速信號(hào)而使所述轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)減小信號(hào)漸弱或 漸強(qiáng)。
20. 根據(jù)權(quán)利要求16所述的電動(dòng)機(jī)系統(tǒng)，其中所述轉(zhuǎn)矩命令包括 具有基波頻率信號(hào)及其多個(gè)諧波的正弦電流信號(hào)，并且其中所述諧波 抵消同步調(diào)節(jié)器塊在同步參照系中產(chǎn)生用于所述轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)減小信號(hào)的 諧波抵消信號(hào)，該諧波抵消信號(hào)產(chǎn)生用于修改所述操作控制信號(hào)的諧 波抵消電流，從而將該諧波抵消電流？ 1入所述永磁電動(dòng)機(jī)中以減小其 轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)。
全文摘要
本發(fā)明涉及用于減小轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)的方法和設(shè)備。本發(fā)明提供用于減小永磁電動(dòng)機(jī)系統(tǒng)中的轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)的方法和設(shè)備，該永磁電動(dòng)機(jī)系統(tǒng)包括聯(lián)接至變換器的永磁電動(dòng)機(jī)。所述方法包括以下步驟接收轉(zhuǎn)矩命令；響應(yīng)于轉(zhuǎn)矩命令產(chǎn)生轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)減小信號(hào)；響應(yīng)于轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)減小信號(hào)修改操作控制信號(hào)從而產(chǎn)生減小脈動(dòng)操作控制信號(hào)；以及向所述變換器提供所述減小脈動(dòng)操作控制信號(hào)，以控制所述永磁電動(dòng)機(jī)。
文檔編號(hào)H02P27/06GK101552591SQ200910133830
公開(kāi)日2009年10月7日 申請(qǐng)日期2009年4月3日 優(yōu)先權(quán)日2008年4月4日
發(fā)明者J·P·米勒, K·M·拉曼, S·E·舒爾茨, S·-Y·李 申請(qǐng)人:通用汽車(chē)環(huán)球科技運(yùn)作公司