CN108964541A - 用于控制电机的***和方法 - Google Patents

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Abstract

提供了一种电机控制***和方法。所述电机控制***包括连接到DC链路的逆变器，DC链路电压值施加在所述DC链路的两端上，并且所述逆变器包括并联连接的开关组，并且基于PWM控制根据所述开关组的每一个的开关操作向电机施加三相电流；电流转换器，根据ADC增益，将在所述开关组中包括的分流电阻器的两端上施加的电压值转换为DC电流值；加法器，将通过对所述DC电流值进行相加而获得的电流值估算为DC链路电流值；以及PI控制单元，根据PI控制方法，通过使用估算的DC链路电流值，向电机输出用于控制电机的励磁电流的电压值，以控制DC链路的产生的功率。从而，即使在不使用DC链路电流传感器的情况下仍估算DC链路电流的电机控制***和方法。

Description

用于控制电机的***和方法
交叉引用
本申请根据35U.S.C.§119要求于2017年5月25日提交的，申请号为10-2017-0064727的韩国专利申请的优先权，其全部公开内容通过引用并入本文。
技术领域
本发明涉及一种电机控制***和方法，并且更具体地，涉及一种估算直流(directcurrent，DC)链路电流并且通过使用所述估算的DC链路电流来控制电机的电机控制***和方法。
背景技术
通常，在基于数字脉宽调制(pulse width modulation，PWM)交流(alternatingcurrent，AC)逆变器的电机驱动***中，为了执行闭环电流控制，需要高质量电机相电流的反馈。
为了降低***成本并简化电流感测***，可以基于DC链路电流信息来重构许多电机相电流信息。
所述DC链路电流信息可以通过在电机驱动***中包括的DC链路电流传感器来获得。所述DC链路电流传感器测量在所述电机驱动***中包括的逆变器的输入/输出(I/O)电流。
如上所述，为了获得所述DC链路电流信息，相关领域的电机驱动***需要DC链路电流传感器的附加设计。然而，DC链路电流传感器的附加设计会导致***的总成本增加。
发明内容
因此，本发明提供了一种即使在不使用DC链路电流传感器的情况下仍估算DC链路电流的电机控制***和方法。
本发明还提供了一种通过使用估算的DC链路电流来控制电机的产生的功率(或产生的电流)的电机控制***和方法。
在一个总的方面，一种电机控制***包括：逆变器，连接到直流(direct current，DC)链路，DC链路电压值施加在所述直流DC链路包括的两端上，所述逆变器包括彼此并联连接的多个开关组，并且基于脉宽调制(pulse width modulation，PWM)控制，根据所述多个开关组的每一个的开关操作向电机施加三相电流；电流转换器，根据模数转换器(analog-digital converter，ADC)增益，将在所述多个开关组中分别包括的分流电阻器的两端上分别施加的电压值分别转换为DC电流值；加法器，将通过对所述DC电流值进行相加而获得的电流值估算为DC链路电流值；以及比例积分(proportional integral，PI)控制单元，根据PI控制方法，通过使用估算的所述DC链路电流值，向所述电机输出用于控制所述电机的励磁电流的电压值，从而控制所述DC链路的产生的功率。
在另一总的方面，一种电机控制方法包括：根据模数转换器(analog-digitalconverter，ADC)增益，将在用于控制电机的驱动的逆变器中设计的分流电阻器的两端上分别施加的电压值分别转换为直流(direct current，DC)电流值；将通过对所述DC电流值进行相加而获得的电流值估算为DC链路电流值；以及根据PI控制方法，通过使用所述估算的DC链路电流值，向所述电机输出用于控制所述电机的励磁电流的电压值，从而控制DC链路产生的功率。
其他特征和方面将对以下详细描述、附图以及权利要求显而易见。
附图说明
图1是描述根据本发明的一实施例的电机控制***的配置的示图。
图2是描述图1中描述的比例积分(proportional integral，PI)控制单元的配置的示图。
图3是示出通过将根据本发明的实施例估算的DC链路电流与电流探针测量的DC链路电流进行比较而获得的结果的波形图。
图4是示出通过使用根据本发明的实施例估算的DC链路电流来控制产生的功率的波形图。
图5是描述根据本发明的实施例的电机控制方法的流程图。
具体实施方式
在下文中，将参照附图详细描述本发明的实施例。由于本发明可具有不同的修改实施例，因此在附图中示出了优选的实施例，并在本发明的详细描述中进行了描述。然而，这并不是将本发明限制在特定的实施例中，并且应该理解的是，本发明涵盖在本发明的构思和技术范围内的所有修改、等同物和替换。相同的附图标记始终指代相同的元件。
图1是描述根据本发明的一实施例的电机控制***的配置的示图。
参考图1，根据本发明的一实施例的电机控制***可以应用于用于控制基于DC链路电流信息控制的所有类型的电机的***。例如，电机控制***可以应用于一种用于控制能够在车辆中以发电模式工作的起动发电一体式(integrated starter and generator，ISG)电机或励磁绕组电机的***。
根据本发明的一实施例，用于控制各种电机的驱动的电机控制***可以被配置为通过使用相对便宜的分流电阻器而不是传统的DC链路电流传感器测量的测量值来估算DC链路电流。
此外，根据本发明的一实施例的电机控制***可以通过使用估算的DC链路电流来控制电机10的励磁电流，从而控制产生的功率(或生成的电流)。
为此，电机控制***可以包括逆变器110，其控制电机10的驱动；电流转换器120，其将在逆变器110中包括的分流电阻器Ra、Rb以及Rc的两端施加的电压值分别转换成电流值；加法器130，将电流值相加以将相加的电流值(在下文中被称为DC输入电流值)估算作为DC链路电流；滤波器(或低通滤波器(low pass filter，LPF))140，滤波估算为DC链路电流的DC输入电流值以及比例积分(proportional integral，PI)控制单元150，其基于经滤波的DC输入电流值来输出用于控制电机10的励磁电流的电压值VF。
可以在逆变器110的前端设置转换器(未示出)，并且可以在转换器和逆变器110之间产生施加在诸如DC链路电容器的装置的两端上的DC链路电压20。DC链路电压20可以被施加到逆变器110。
响应于施加的DC链路电压20，逆变器110可以通过使用脉宽调制(pulse widthmodulation，PWM)控制方法向电机10施加三相电流。
为了将三相电流施加到电机10，逆变器110可以包括并联到DC链路电压20的多个开关电路。
多个开关电路可以包括第一至第三开关电路112、114以及116。第一至第三开关电路112、114以及116中的每个可以包括分流电阻器(或分流式电流传感器)。
在本发明的一实施例中，应该注意的是，使用从第一至第三开关电路112、114以及116中的每一个中包括的分流电阻器测量的测量值作为用于估算DC链路电流的信息。
具体地说，第一开关电路112可以包括彼此串联连接的上开关Sa1、下开关Sa2以及分流电阻器Ra。第二开关电路114也可以包括彼此串联连接的上开关Sb1、下开关Sb2以及分流电阻器Rb。类似地，第三开关电路116可以包括彼此串联连接的上开关Sc1、下开关Sc2以及分流电阻器Rc。
在第一至第三开关电路112、114以及116中的每一个中包括的开关可以包括彼此并联连接的电源开关和二极管。
在附图中，省略了指示电源开关的附图标记，但是这是为了表明连接到二极管的电源开关处于关闭状态。这可以表示DC链路电流的估算是在所有电源开关(未示出)处于关闭状态下执行的。出于这个原因，可以认为，第一至第三开关电路112、114以及116中的每个都配置有彼此串联连接的多个二极管。
电源开关(未示出)可以根据PWM控制信号来执行打开/关闭操作，以生成三相电流。
电流转换器120可以将在第一至第三开关电路112、114以及116中分别包括的分流电阻器Ra、Rb以及Rc的两端上分别施加的电压值以及转换为DC输入电流值以及例如，电流转换器120可以根据预先设计的第一模数转换器(ahalog-digital converter，ADC)增益Ka来将在第一分流电阻器Ra的两端上施加的第一电压值转换为第一DC输入电流值根据预先设计的第二ADC增益Kb来将在第二分流电阻器Rb的两端上施加的第二电压值转换成第二DC输入电流值并且根据预先设计的第三ADC增益Kc来将第三分流电阻器Rc的两端上施加的第三电压值转换为第三DC输入电流值
通过对从电流转换器120输入的输入DC输入电流值以及进行相加，加法器130可以输出DC输入电流值在这里，在本发明的实施例中，通过加法器130相加获得的DC输入电流值可以被估算为DC链路电流。
滤波器140可以通过使用低通滤波方法对加法器130施加的DC输入电流值进行滤波，以将滤波的DC输入电流值输出到PI控制单元150。
通过加法器130相加获得的DC输入电流值可以表示为以下等式(1)：
通过使用PI控制方法，PI控制单元150可以估算来自从滤波器140输入的DC输入电流值的DC链路电流、在励磁分流电阻器RF两端上施加的并且从电机10的励磁电路输入的电压以及DC链路电压并且可以基于估算的DC链路电流输出用于控制电机10的励磁电流的电压值VF。从PI控制单元150输出的电压值VF可以被施加到电机10的励磁电路，使得产生的功率(或生成的电流)通过控制电机10的励磁电流来控制。
图2是描述图1所示的PI控制单元150的配置的示图。
参考图2，PI控制单元150还可以包括用于控制电机10的励磁电流的第一PI控制器152、第二PI控制器154以及电流转换器156。另外，PI控制单元150还可以包括除法器158-1、第一加法器158-3以及第二加法器158-5。
除法器158-1可以对从上控制器(未示出)输入的功率参考值P*和从逆变器110的前端输入的DC链路电压执行除法运算，以输出DC电流参考值
第一加法器158-3可以将估算为DC链路电流的DC输入电流值的负值与从除法器158-1输出的DC电流参考值相加。
第一PI控制器152可以对从第一加法器158-3输入的相加值进行第一PI控制以输出励磁电流参考值
电流转换器156可以根据预先设计的ADC增益KF将在电机10的励磁电路中设计的励磁分流电阻器RF的两端上施加的电压值转换成DC励磁电流值
第二加法器158-5可以将从电流转换器156输入的DC励磁电流值的负值和从第一PI控制器152输入的励磁电流参考值相加。
第二PI控制器154可以对从第二加法器158-5输入的相加值执行第二PI控制，以输出用于控制电机10的励磁电流的电压值VF。
如上所述，从PI控制器150输出的电压值VF可以被施加到电动机10的励磁电路，并且可以被用作通过控制电机10的励磁电流来控制产生的功率(或者生成的电流)的值。
图3是示出通过将根据本发明的实施例估算的DC链路电流与由电流探针测量的DC链路电流进行比较而获得的结果的波形图。
参考图3的左侧波形图，可以看出，由电流探针测量的DC链路电流几乎等于根据本发明的实施例估算的DC链路电流。
参考图3的右侧波形图，可以看出，通过对根据本发明的实施例估算的DC链路电流施加低通滤波器而获得的结果和由电流探针测量的DC链路电流之间具有小的偏移差，但是形成相同的分布。
结果，可以看出，在本发明的一实施例中，DC链路电流在不使用DC链路电流传感器情况下也可以被精确地估算。
图4是示出通过使用根据本发明的实施例估算的DC链路电流来控制产生的功率的波形图。
如图4所示，可以看出，电机的速度在400ms内从6000rpm快速加速到7040rpm的条件下，控制恒定的DC链路电流。
图5是描述根据本发明的实施例的电机控制方法的流程图。
参考图5，首先，在步骤S510中，可以执行根据预先设计的ADC增益将在用于控制电机的驱动的逆变器中设计的分流电阻器的两端上施加的电压值转换为DC电流值的操作。这里，在逆变器中设计的分流电阻器可以被包括在逆变器中并联连接的多个开关组的每个中，并且多个开关组中的每个可以包括上开关、下开关以及分流电阻器。所述上开关，下开关和分流电阻器可以彼此串联连接。
随后，在步骤S520中，可以执行将通过对所述DC电流值相加而获得的结果值估算为DC链路电流值的操作。
随后，在步骤S530中，可以执行基于估算的DC链路电流值，根据PI控制方法将用于控制电机的励磁电流的电压值输出到电机的操作。在这种情况下，为了计算输出到电机的电压值可能需要在DC链路两端上施加的DC链路电压值。即，在步骤S530中，可以基于PI控制方法，通过使用估算的DC链路电流值、DC链路电压值以及在电机的励磁电路中设计的励磁分流电阻器的两端上施加的电压值来输出用于控制电机的励磁电流的电压值。
例如，步骤S530可以包括执行对从上控制器输入的功率参考值和DC链路电压的除法运算以输出DC电流参考值的操作、对估算的DC链路电流值的负值和从除法器输出的DC电流参考值进行相加的运算、对从第一加法器输入的DC电流参考值执行第一PI控制以输出励磁电流参考值的操作、根据预先设计的ADC增益，将在分流电阻器两端上施加的电压值转换成DC励磁电流值的操作、对从电流转换器156输入的DC励磁电流值的负值和从第一PI控制器输入的励磁电流参考值进行相加的运算，以及对从第二加法器输入的相加值执行第二PI控制以将用于控制电机的励磁电流的电压值输出到电机的操作。
在步骤S520和步骤S530之间可以添加根据低通滤波方法对估算的DC链路电流值进行滤波的操作。
如上所述，根据本发明的实施例，由于DC链路电流基于从逆变器中设计的分流电阻器测量的测量值进行估算，因此省略了在相关领域的电机控制***中包括的DC链路电流传感器的设计，从而降低了总***成本。
而且，根据本发明的实施例，可以通过使用基于从分流电阻器测量的测量值估算的DC链路电流来调整电机的励磁电流，从而控制DC链路的产生功率(或生成的电流)，因此不需要用于控制产生的功率的DC链路电流传感器的设计。
上面已经描述了多个示例性实施例。然而，能够理解，可以进行各种改进。例如，如果所描述的技术以不同顺序执行和/或如果所描述的***、架构、装置或电路中的组件以不同方式进行组合和/或由其他组件或其等同物替换或补充，仍可以实现合适的结果。因此，其他实施方式落入所附权利要求的范围。

Claims (11)

1.一种电机控制***，包括：
逆变器，连接到直流DC链路，其中，DC链路电压值施加在所述直流DC链路包括的两端上，所述逆变器包括彼此并联连接的多个开关组，并且基于脉宽调制PWM控制，根据所述多个开关组的每一个的开关操作向电机施加三相电流；
电流转换器，根据模数转换器ADC增益，将在所述多个开关组中分别包括的分流电阻器的两端上分别施加的电压值分别转换为DC电流值；
加法器，将通过对所述DC电流值进行相加而获得的电流值估算为DC链路电流值；以及
比例积分PI控制单元，根据PI控制方法，通过使用估算的所述DC链路电流值，向所述电机输出用于控制所述电机的励磁电流的电压值，从而控制所述DC链路的产生的功率。
2.根据权利要求1所述的电机控制***，其中，所述多个开关组的每个包括彼此串联连接的上开关、下开关以及分流电阻器。
3.根据权利要求1所述的电机控制***，还包括：滤波器，根据低通滤波方法对所述估算的DC链路电流值进行滤波，所述滤波器被设置在所述加法器和所述PI控制器之间。
4.根据权利要求1所述的电机控制***，其中，所述PI控制单元基于所述PI控制方法，通过使用所述估算的DC链路电流值、所述DC链路电压值以及在电机的励磁电路中设计的励磁分流电阻器的两端上施加的电压值，输出用于控制所述电机的励磁电流的电压值。
5.根据权利要求4所述的电机控制***，其中，所述PI控制单元包括：
除法器，对从上控制器输入的功率参考值和DC链路电压进行除法运算，以输出DC电流参考值；
第一加法器，将所述估算的DC链路电流值的负值和从所述除法器输出的所述DC电流参考值相加；
第一PI控制器，对从所述第一加法器输入的相加值执行第一PI控制，以输出励磁电流参考值；
电流转换器，根据所述ADC增益，将在分流电阻器两端上施加的电压值转换成DC励磁电流值；
第二加法器，将从所述电流转换器输入的所述DC励磁电流值的负值和从所述第一PI控制器输入的所述励磁电流参考值相加；以及
第二PI控制器，对从所述第二加法器输入的相加值执行第二PI控制，以将用于控制所述电机的所述励磁电流的电压值输出到所述电机。
6.根据权利要求1所述的电机控制***，其中，所述电机是起动发电一体式ISG电机或励磁绕组电机。
7.一种电机控制方法，包括：
根据模数转换器ADC增益，将在用于控制电机的驱动的逆变器中设计的分流电阻器的两端上分别施加的电压值分别转换为直流DC电流值；
将通过对所述DC电流值进行相加而获得的电流值估算为DC链路电流值；以及
根据比例积分PI控制方法，通过使用估算的所述DC链路电流值，向所述电机输出用于控制所述电机的励磁电流的电压值，从而控制DC链路的产生的功率。
8.根据权利要求7所述的电机控制方法，其中，
在所述逆变器中设计的所述分流电阻器被设计在所述逆变器中彼此并联连接的多个开关组中的每一个中，以及
所述多个开关组的每个包括彼此串联连接的上开关、下开关以及分流电阻器。
9.根据权利要求7所述的电机控制方法，还包括：根据低通滤波方法对所述估算的DC链路电流值进行滤波，所述滤波在所述估算和所述输出之间执行。
10.根据权利要求7所述的电机控制方法，其中，所述输出包括：基于所述PI控制方法，通过使用所述估算的DC链路电流值、DC链路电压值以及在所述分流电阻器的两端上施加的电压值来输出用于控制所述电机的所述励磁电流的所述电压值。
11.根据权利要求10所述的电机控制方法，其中，所述输出包括：
对从上控制器输入的功率参考值和DC链路电压执行除法运算，以输出DC电流参考值；
将所述估算的DC链路电流值的负值和从除法器输出的所述DC电流参考值相加；
对从第一加法器输入的相加值执行第一PI控制，以输出励磁电流参考值；
根据所述ADC增益，将在分流电阻器两端上施加的电压值转换成DC励磁电流值；
将从电流转换器输入的所述DC励磁电流值的负值和从第一PI控制器输入的所述励磁电流参考值相加；以及
对从第二加法器输入的相加值执行第二PI控制，以将用于控制所述电机的所述励磁电流的电压值输出到所述电机。
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