[发明专利]用于控制内置式永磁同步电动机的方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种控制永磁同步电动机的系统和方法，并且更特别地涉及一种控制永磁同步电动机的系统和方法，其能够在驱动用于混合动力车的永磁同步电动机时，使从电池通过电压相位控制而产生的电压在弱磁通区域内的利用率最大化、并通过扭矩补偿器实现扭矩误差的补偿。

背景技术

通常，内置式永磁同步电动机（IPMSM）是永磁体位于转子铁芯内的一类同步电动机。由于极好的高速耐久性和高速操控性，IPMSM常常被用于工业用途或者被用在混合电动车中。

例如，图6示出图解用于IPMSM的现有控制方法的框图。用于IPMSM 10的控制装置向PWM逆变器提供最终的磁通轴（D轴）命令电压和最终的旋转力轴（Q轴）命令电压并且包括电流命令发生器12、用于控制电流的电流控制器14、光调制器（未示出）和反馈控制器16。

电流命令发生器12基于对命令旋转力Te*和弱磁通进行控制的结果的最大磁通量|λ|max，来产生磁通轴（D轴）命令电流和旋转力轴（Q轴）命令电流

电流控制器14基于来自电流命令发生器12的磁通轴（D轴）命令电流和旋转力轴（Q轴）命令电流来产生基本磁通轴（D轴）命令电压和基本旋转力轴（Q轴）命令电压

此外，反馈控制器16执行基于PI电流控制的弱磁通控制以便控制永磁同步电动机10中的磁通量，并且产生与D轴命令电压和Q轴命令电压成比例的最大磁通量扣除。在这种情况下，当D轴命令电压和Q轴命令电压从电流控制器14被反馈回来时，反馈控制器16的平方均值发生器16a输出由等式1表示的输出值。

[等式1]

反馈控制器16的减法器16b把由等式1表示的输出值从最大组合电压中减去，其中Vdc是施加到PWM逆变器18的直流链电压，并且反馈控制器16输出相减后的输出电压作为永磁同步电动机的转子角速度

图7示出在永磁同步电动机的基于PI电流控制的弱磁通控制期间的电压的最大化利用。更具体地，附图标记V1至V6表示D轴施加电压和Q轴施加电压的矢量和所表示的电压，内切于六边形区域的圆形区域表示能够进行线性电压合成的区域，并且表示圆形区域内可获得的最大线性合成电压。此外，六边形区域表示可通过空间矢量脉宽调制（PWM）进行电压合成的区域，并且六边形区域内除圆形区域以外的阴影区域表示非线性电压调制区域。

在现有的永磁同步电动机中，当在作为线性电压区域的电压限制圆（圆形区域）内产生电压并执行扭矩控制时，即当在能够进行线性电压合成以便进行稳定电流控制的最大合成电压内产生电压并执行扭矩控制时，存在如下所述的若干问题。

首先，由于如图2所示把内切于六边形的圆内的区域中的电压用作弱磁通参考电压，所以电压利用率比使用六边形区域中的电压的情况降低了大约10%。其次，由于在电压调制期间当最大合成电压高于电压限制圆（圆形内的区域）中的最大电压并偏离六边形的内切圆（圆形区域）时，逆变器不能产生精确的电压，所以输出电压（最大合成电压）的线性度被破坏并且不稳定的扭矩控制会出现。因此，难以在高速操作电动机的同时稳定地控制同步电动机。

发明内容

因此，做出本发明来解决现有技术中出现的上述问题，并且本发明提供了一种控制永磁同步电动机的系统和方法，使得通过利用基于磁通量的映射数据的电压相位控制来使用最大电压附近的电压，来使电压利用率能够在弱磁通区域中被最大化，所述基于磁通量的映射数据接收扭矩命令和电动机速度/电池输出电压作为输入。此外，当驱动安装在混合动力车和电动车中的永磁同步电动机时，当电动机常数在弱磁通中被环境参数改变时，扭矩误差可以通过使用扭矩补偿滤波器而得到补偿。

根据本发明的一个方面，提供了一种控制永磁同步电动机的系统和方法，其在弱磁通区域内的电动机扭矩控制中使用从调制电压比例控制器（MVSC）控制模式输出的命令电压更具体地，使用基于磁通量的映射数据单元来产生电流命令所述基于磁通量的映射数据单元以扭矩命令和电动机速度/电池输出电压作为输入。在同步电动机的恒定扭矩区域中切换到电流矢量控制模式作为电流控制模式，或者在同步电动机的弱磁通区域中切换到MVSC控制模式作为电压相位控制模式。

优选地，所述系统和方法还包括：由扭矩误差补偿滤波器接收从IPMSM输出的电流和从电压发生器输出的电压以输出扭矩误差补偿电压；以及将扭矩补偿电压加到从逆模型映射（inverse model map）输出的电压上，使得逆模型映射的扭矩误差以电压的形式得到补偿，如以下等式所示：