[發(fā)明專利]永磁體交流電機(jī)系統(tǒng)和控制算法重啟方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 200910002790.6
• 申請(qǐng)日: 2009-01-22
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN101505133A
• 公開(kāi)（公告）日: 2009-08-12
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: Y·C·森;S·-J·方;R·D·納斯拉巴迪
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 通用汽車環(huán)球科技運(yùn)作公司
• 主分類號(hào): H02P27/04
• 分類號(hào): H02P27/04;H02P1/16;G06F17/00
• 代理公司: 中國(guó)專利代理(香港)有限公司
• 代理人: 彭 武;曹 若

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明一般涉及電動(dòng)機(jī)，且更確切地涉及永磁體交流(PMAC)電 機(jī)系統(tǒng)和用于重啟PMAC電機(jī)系統(tǒng)控制算法的方法。

背景技術(shù)

永磁體交流(PMAC)電機(jī)系統(tǒng)可以在很多不同應(yīng)用中得以運(yùn)用且 是本領(lǐng)域中熟知的。某些PMAC電機(jī)系統(tǒng)包括連接到三相逆變器每相的 PMAC電機(jī)，和連接到PMAC電機(jī)的控制器、以及以被稱為三相PMAC 電機(jī)的方式設(shè)置的三相逆變器。

三相逆變器被設(shè)置成提供電壓給PMAC電機(jī)以控制由PMAC電機(jī) 產(chǎn)生的轉(zhuǎn)矩量。為此，每個(gè)逆變器相被耦聯(lián)在電壓源與PMAC電機(jī)之間， 且包括一對(duì)(例如，高壓側(cè)和低壓側(cè))場(chǎng)效應(yīng)晶體管(“FET”)或其 它類型的固態(tài)切換器件，經(jīng)由它們的切換操作(即，開(kāi)/關(guān)功能)控制提 供給PMAC電機(jī)的電壓量。切換器件的切換操作通常是通過(guò)使用脈沖寬 度調(diào)制(“PWM”)技術(shù)控制的。具體地，連接切換器件以提供三相電 壓給PMAC電機(jī)的A、B和C相。在操作期間，PMAC電機(jī)的A、B和 C相維持相隔120度(電角度)。例如，如果相位A處于120度(即， θ＝120°)，則相位B會(huì)處于相位A加120度(即，θ+120°)，且相位 C會(huì)處于相位A減120度(即，θ-120°)。

由PMAC電機(jī)產(chǎn)生的轉(zhuǎn)矩量在功能上與A、B和C相中的電流(其 也被稱為電機(jī)電流)的幅值相關(guān)。選取電機(jī)電流的頻率來(lái)在以預(yù)定速度 繞電樞轉(zhuǎn)動(dòng)的相繞組中形成磁場(chǎng)或磁通量，這引起轉(zhuǎn)子在PMAC電機(jī)中 轉(zhuǎn)動(dòng)。因而通過(guò)電機(jī)電流的幅值和頻率確定了轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)動(dòng)速度。

通常，指令轉(zhuǎn)動(dòng)通量來(lái)以某一角度引導(dǎo)轉(zhuǎn)子，該角度經(jīng)常被稱為“超 前角”。取決于PMAC電機(jī)的轉(zhuǎn)矩和功率需求，能通過(guò)調(diào)節(jié)供應(yīng)給PMAC 電機(jī)繞組的電流的相角來(lái)控制超前角，且超前角隨著轉(zhuǎn)子速度增加而增 加。如果通量沒(méi)有用適當(dāng)?shù)某敖且龑?dǎo)轉(zhuǎn)子和/或如果通量不包括適當(dāng)?shù)? 轉(zhuǎn)動(dòng)速度，PMAC電機(jī)可以經(jīng)受能導(dǎo)致?lián)p傷PMAC電機(jī)系統(tǒng)的高電流和 /或轉(zhuǎn)矩振動(dòng)。

為防止PMAC電機(jī)經(jīng)受高電流和/或轉(zhuǎn)矩振動(dòng)，PMAC電機(jī)系統(tǒng)始 終追蹤轉(zhuǎn)子(或通量)的當(dāng)前位置和當(dāng)前電機(jī)速度。這樣，PMAC電機(jī) 系統(tǒng)通常包括使轉(zhuǎn)子位置和電機(jī)速度同步的絕對(duì)位置傳感器(例如，解 算器)、或在沒(méi)有使用機(jī)械傳感器的情況下采用估計(jì)轉(zhuǎn)子位置和電機(jī)速 度的控制算法，該控制算法經(jīng)常被稱為“無(wú)傳感器算法”或“無(wú)傳感器 控制算法”以在操作期間追蹤轉(zhuǎn)子(或通量)的當(dāng)前位置和當(dāng)前電機(jī)速 度。

通常由控制器執(zhí)行無(wú)傳感器控制算法，且控制器基于對(duì)逆變器輸出 電壓(即，在每個(gè)逆變器相中的電壓)和逆變器輸出電流(即，在每個(gè) 逆變器相中的電流)的測(cè)量而估計(jì)當(dāng)前轉(zhuǎn)子位置和當(dāng)前電機(jī)速度。在某 些無(wú)傳感器控制算法中，控制器假設(shè)當(dāng)啟動(dòng)(或重啟)無(wú)傳感器控制算 法時(shí)轉(zhuǎn)子處于“零位置”且電機(jī)具有“零速度”(即，為靜止的)。由 于控制器啟動(dòng)無(wú)傳感器控制算法時(shí)轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動(dòng)，因而可以有轉(zhuǎn)子可能不處 于“零位置”的若干時(shí)刻，所以在這類無(wú)傳感器控制算法中可能出現(xiàn)問(wèn) 題。例如，發(fā)動(dòng)機(jī)風(fēng)扇轉(zhuǎn)子可以在無(wú)傳感器控制算法啟動(dòng)時(shí)轉(zhuǎn)動(dòng)，因?yàn)? 流經(jīng)發(fā)動(dòng)機(jī)的空氣施力給風(fēng)扇葉片，這導(dǎo)致轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動(dòng)，而同時(shí)機(jī)動(dòng)車輛 被驅(qū)動(dòng)。類似地，無(wú)傳感器控制算法的執(zhí)行可能由于外部事件(例如， PMAC電機(jī)系統(tǒng)被暴露到強(qiáng)電磁干擾)而中斷，或者被不太可能的診斷 故障事件中斷，此兩種事件會(huì)需要控制器重啟無(wú)傳感器控制算法而同時(shí) PMAC電機(jī)在運(yùn)行中且轉(zhuǎn)子在轉(zhuǎn)動(dòng)中。即，在這些情形的每種情形中， 無(wú)傳感器控制算法必須在不知道當(dāng)前轉(zhuǎn)子位置和當(dāng)前電機(jī)速度(在下文 中稱為“初始條件”)的情況下被啟動(dòng)或重啟。

為解決此問(wèn)題，PMAC電機(jī)系統(tǒng)通常使用一個(gè)或多個(gè)額外的電路和 /或傳感器來(lái)計(jì)算初始條件。具體地，這些額外電路和/或傳感器檢測(cè)逆 變器的實(shí)際輸出電壓并基于檢測(cè)到的逆變器輸出電壓計(jì)算初始條件。在 這些PMAC電機(jī)系統(tǒng)中，在停止了無(wú)傳感器控制算法并將控制器復(fù)位之 后，基于測(cè)量到的逆變器輸出電壓計(jì)算出適當(dāng)?shù)某跏紬l件(即，新近計(jì) 算出的轉(zhuǎn)子位置和電機(jī)速度)，且執(zhí)行無(wú)傳感器控制算法的重啟部分以 便提供適當(dāng)?shù)某跏紬l件給無(wú)傳感器控制算法。