CN110855206B - 永磁同步电机的电机电流限制 - Google Patents

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Abstract

描述了应用于永磁同步电机(Permanent Magnet Synchronous Motor，PMSM)的电机电流限制的技术方案。示例***包括永磁同步电机和电机控制***。电机控制***配置为，接收转矩指令并基于给定电压和给定的最大电机电流限制确定是否可以满足转矩指令。电机控制***还配置为，响应于确定可以满足转矩指令，确定满足转矩指令的最小电流。电机控制***还配置为，将最小电流作为最小电流指令发送到永磁同步电机。

Description

永磁同步电机的电机电流限制
技术领域
本公开一般涉及用于电动助力转向***的永磁同步电机的电机电流限制。
背景技术
永磁同步电机(Permanent Magnet Synchronous Machines，PMSM)由于其高功率密度、卓越的控制性能和可靠性而广泛用于电力驱动应用。通常，利用电流和位置测量值，通过反馈电流控制间接地执行永磁同步电机的转矩控制。磁场定向控制(Field OrientedControl，FOC)是最常用的电流控制技术，其中所有交流信号通过坐标系变换转换为直流信号。然后，控制***在同步旋转坐标系或d/q坐标系中执行。
发明内容
根据一个或多个实施例，一种***包括永磁同步电机和电机控制***。电机控制***配置为，接收转矩指令并基于给定电压和给定的最大电机电流限制确定是否可以满足转矩指令。电机控制***还配置为，响应于确定可以满足转矩指令，确定满足转矩指令的最小电流。电机控制***还配置为，将最小电流作为最小电流指令发送到永磁同步电机。
根据一个或多个实施例，一种方法包括由处理设备接收转矩指令和电压。该方法还包括由处理设备基于转矩指令和电压确定电流指令。该方法还包括由处理设备基于电流指令估算永磁同步电机的电机电流。该方法还包括由处理设备确定电机电流是否小于最大电机电流阈值。该方法还包括，响应于确定电机电流不大于最大电机电流阈值，将电机电流作为最小电流指令发送到永磁同步电机。
根据一个或多个实施例，电机控制***配置成，基于给定电压和给定的最大电机电流限制来确定是否可以满足转矩指令。电机控制***还配置为，响应于确定不能满足转矩指令，迭代地修改转矩指令直到可以满足转矩指令。电机控制***还配置为，响应于确定可以满足修改的转矩指令，确定满足转矩指令的最小电流。
从以下结合附图的描述，这些和其他优点和特征将变得更加明显。
附图说明
在说明书结尾处的权利要求书中特别指出并清楚地要求保护本公开的对象。通过以下结合附图的详细描述，本公开的前述和其他特征以及优点将变得显而易见，其中：
图1描绘了根据本公开的各个方面的电动助力转向***的示例性实施例的框图；
图2描绘了用于PMSM的示例性转矩控制算法的框图；
图3A描绘了根据本公开的各个方面的PMSM运行模式的运行轨迹分析；
图3B描绘了根据本公开的各个方面的对MTPA轨迹进行的PMSM运行轨迹分析。
图3C描绘了根据本公开的各个方面的对MSM电压性能进行的PMSM运行轨迹分析；
图4描绘了根据本公开的各个方面的凸极式PMSM驱动中的转矩、电机电流、电压和供电电流的波形图；
图5描绘了用于考虑根据本公开的各个方面的PMSM驱动的最大电机电流限制的电机电流管理方案的流程图；
图6描绘了使用传统电机电流管理技术仿真结果的转矩、电机电流、电压和电池电流的波形图；
图7描绘了通过根据本公开的各个方面的应用电机电流管理技术实现的仿真结果的转矩、电机电流、电压和电池电流的波形图；和
图8描绘了用于根据本公开的各个方面的永磁同步电机的电机电流限制方法的流程图。
具体实施方式
现在请参考附图，其中将参照具体实施例以不对其进行限制的方式对本公开进行描述，应当理解，所公开的实施例仅是对本公开的说明，本公开可能以各种和替代的形式体现。这些附图不一定按比例绘制；某些特征可能被放大或缩小，以显示特定组件的细节。因此，本文公开的具体结构和功能细节不应被解释为限制性的，而仅仅作为代表性基础，以教导本领域技术人员以各种方式使用本公开。
如这里所使用的术语模块和子模块指的是一个或多个处理电路，例如专用集成电路(Application Specific Integrated Circuit，ASIC)、电子电路、执行一个或多个软件或固件程序的处理器(共享、专用或组)和存储器、组合逻辑电路和/或提供所述功能的其他合适组件。可以理解，下面描述的子模块可以组合和/或进一步分割。
现在参考附图，其中将参考具体实施例对技术方案进行描述，但不是对其进行限制。图1是适合于实施所公开实施例的电动助力转向(Electric Power Steering，EPS)***40的示例性实施例。转向装置36是齿条齿轮式***，并且包括位于壳体50内的齿条(未示出)和位于变速箱外壳52下方的小齿轮(也未示出)。当操作者操作，下文称为方向盘26(例如手轮等)时，上转向轴29转动，通过万向节34连接到上转向轴29的下转向轴51转动小齿轮。小齿轮的旋转移动齿条，齿条移动转向拉杆38(仅示出一个)，继而移动转向节39(仅示出一个)，转向节39转动转向轮44(仅示出一个)。
电动助力转向辅助装置由总的由附图标记24表示的控制装置提供，并且包括控制器16和电机19，电机19可以是永磁同步电机(PMSM)，并且在下文中表示为电机19。控制器16由车辆电源10通过线路12供电。控制器16从车辆速度传感器17接收表示车辆速度的车速信号14。通过位置传感器32测量转向角，位置传感器32可以是光学编码型传感器、可变电阻型传感器或任何其他合适类型的位置传感器，并且向控制器16提供位置信号20。电机速度可以用转速计或任何其他装置测量，并作为电机速度信号21传输到控制器16。电机速度ωm可以被测量、计算或测量和计算。例如，可以通过位置传感器32在规定的时间间隔内测量的电机位置θ的变化，计算电机速度ωm。例如，可以根据等式ωm＝Δθ/Δt，将电机速度ωm确定为电机位置θ的导数，其中Δt是采样时间，Δθ是采样间隔期间的位置变化。或者，可以根据电机位置将电机速度推导为位置相对于时间的变化率。应当理解，存在许多众所周知的方法用于执行导数功能。
当方向盘26转动时，转矩传感器28感测由车辆操作者施加到方向盘26的转矩。转矩传感器28可包括扭杆(未示出)和可变电阻型传感器(也未示出)，可变电阻型传感器相对于扭杆上的扭转量向控制器16输出可变转矩信号18。虽然这是一种转矩传感器，但是与已知信号处理技术一起使用的任何其他合适的转矩传感设备都是足够的。响应于各种输入，控制器向电机19发送指令22，电机19通过蜗杆47和蜗轮48向转向***提供转矩辅助，从而为车辆转向提供转矩辅助。
应当注意，尽管通过参考用于电动转向应用的电机控制来描述本公开的实施例，应当理解，这些参考仅是说明性的，并且本公开的实施例可以应用于采用电机的任何电机控制应用，例如转向、阀门控制等。此外，本文的参考和描述可适用于许多形式的参数传感器，包括但不限于转矩、位置和速度等。还应注意，此处提及的电机包括但不限于电机，为了简明扼要，下文仅提及电机，但不限于此。
在如图所示的控制***24中，控制器16利用转矩、位置和速度等来计算输出所需输出功率的指令。控制器16配置成与电机控制***的各种***和传感器通信。控制器16接收来自每个***传感器的信号，量化所接收的信息，并提供相应的输出指令信号，在这种情况下，例如，提供给电机19。控制器16配置为从逆变器(未示出)产生相应的电压，该逆变器可以可选地与控制器16结合并且在本文中将被称为控制器16，使得当控制器16应用于电机19时，就会产生所需的转矩或位置。在一个或多个示例中，控制器24在反馈控制模式下作为电流调节器运行，以产生指令22。或者，在一个或多个示例中，控制器24以前馈控制模式运行以生成指令22。因为这些电压与电机19的位置和速度有关，并且所需的转矩、转子的位置和/或速度以及由操作者施加的转矩都是确定的。位置编码器连接到转向轴51以检测角位置θ。编码器可以基于光学检测、磁场变化或其他方法来感测旋转位置。典型的位置传感器包括电位计、旋转变压器、同步器和编码器等，以及包括前述中的至少一者的组合。位置编码器输出表示转向轴51的角位置的位置信号20，从而输出电机19的角位置。
所需的转矩可以由一个或多个转矩传感器28确定，转矩传感器28传输指示所应用的转矩的转矩信号18。一个或多个示例性实施例包括这样的转矩传感器28和由此产生的转矩信号18，该转矩信号可能对符合规定的配置为对施加的转矩提供响应指示的扭杆、T形杆、弹簧或类似装置(未显示)作出响应。
在一个或多个示例中，温度传感器23位于电机19。优选地，温度传感器23配置为直接测量电机19的感测部分的温度。温度传感器23将温度信号25传输到控制器16，以便于进行本文规定的处理和补偿。典型的温度传感器包括热电偶、热敏电阻和恒温器等，以及包括至少一个前述传感器的组合，当传感器被放置在适当位置时，可提供与特定温度成比例的可校准信号。
其中，位置信号20、速度信号21和转矩信号18被施加到控制器16。控制器16处理所有输入信号以产生对应于每个信号的值，从而产生转子位置值、电机速度值和转矩值，这些值可用于本文所述的算法中的处理。诸如上述的测量信号也根据需要被公共线性化、补偿和滤波，以增强所获取信号的期望特性或消除所获取信号的不期望特性。例如，信号可以被线性化以提高处理速度，或者解决信号的大动态范围。另外，基于频率或时间的补偿和滤波可以用来消除噪声或避免不需要的频谱特性。
为了执行规定的功能和所需的处理，以及为此进行的计算(例如，电机参数的识别、控制算法等)，控制器16可能包括，但不限于处理器、计算机、DSP、内存、存储器，寄存器、定时、中断、通信接口和输入/输出信号接口等，以及包括前述中的至少一者的组合。例如，控制器16可以包括输入信号处理和滤波，以实现来自通信接口的这种信号的精确采样和转换或获取。控制器16的附加特征和其中的某些处理在本文稍后详细讨论。
永磁同步电机(PMSM)由于具有高功率密度、易控制性和可靠性等优点，因此在电驱动应用中越来越受到关注。矢量控制是PMSM中常用的一种控制技术，其中所有的交流信号通过参照系转换被变换为直流信号。然后，控制***在同步旋转坐标系或d/q坐标系中执行。
PMSM的转矩控制需要在线确定给定转矩指令、电机速度和可用电源电压的电机d/q电流指令。用于电流指令生成的大多数现有技术未能考虑电机电流限制约束。通常规定最大电机电流限制用于保护功率转换器和相关电子电路以及电机。
根据本公开的各个方面，提出了一种用于最优电流轨迹计算的在线电流管理技术，考虑了PMSM驱动器中电机电流限制约束。电机电流限制转换为等效的PMSM转矩限制问题，并通过在线迭代转矩指令修改来实施。这里描述的限制技术成功地将电机电流限制到定义的极限，同时保留通常的最大转矩电流比(Maximum Torque Per Ampere，MTPA)以及最大转矩电压比(Maximum Torque Per Voltage，MTPV)运行。所提出的技术适用于所有采用PMSM的电驱动***，并且不限于任何特定应用。
图2描绘了用于PMSM160的示例性转矩控制算法的框图。该框图描绘了电机控制***100，其中对于来自电池110的给定的直流回路电压VDC以及电机速度ωm，计算最大转矩Te,max，然后与给定转矩指令
Figure BDA0002150968650000061
进行比较，以通过转矩限制模块120在***能力内产生最终转矩指令/>
Figure BDA0002150968650000062
电机控制***100因此促进了电机转矩控制和电机电流控制。将/>
Figure BDA0002150968650000063
发送到最大转矩电流比(MTPA)模块130以计算电流指令/>
Figure BDA0002150968650000064
和/>
Figure BDA0002150968650000065
Figure BDA0002150968650000066
和/>
Figure BDA0002150968650000067
被发送到最大转矩电压比(MTPV)模块140以检查相应的PMSM电压vm是否超过由直流回路电压限制的最大可行值vm,max。如果PMSM电压vm不超过vm,max，则由MTPA模块130计算的电流指令用作PMSM控制的最终指令/>
Figure BDA0002150968650000068
和/>
Figure BDA0002150968650000069
否则，MTPV模块140生成不同的指令/>
Figure BDA00021509686500000610
和/>
Figure BDA00021509686500000611
以满足PMSM电压约束。然后将最终电流指令发送到电流调节器150，电流调节器150确保电流跟踪，从而确保转矩跟踪。这里，“跟踪”是指输出电流(或转矩)与电流指令(转矩指令)所要求的期望电流(或转矩)的接近程度。
电机电流管理在诸如图2的PMSM驱动***200的PMSM驱动***中至关重要。电机电流影响电机控制***内的总功率损耗和散热。此外，如果电机电流高于开关设备的额定功率，则可能导致电源转换器故障。此外，严格控制电机电流并将其保持在限定的限制范围内的控制***，可以帮助放宽对逆变器和相关电子部件中使用的功率器件的要求，最终导致潜在的成本降低。
这里给出的电机电流管理方案确保电机电流保持在定义的限制范围内，具有确保最大转矩或效率的能力，易于在线实施，并且在电机的整个运行区域内是准确的。
参照图3A、3B和3C，图3A、3B和3C描述了对根据本公开的各个方面的PMSM操作模式进行的PMSM运行轨迹分析，在这里呈现了对PMSM操作轨迹的简短描述。图3A描绘了对根据本公开的各个方面的PMSM运行模式进行的PMSM运行轨迹分析。图3B描绘了对根据本公开的各个方面的MTPA轨迹进行的PMSM运行轨迹分析。图3C描绘了对根据本公开的各个方面的PMSM电压能力进行的PMSM运行轨迹分析。
在PMSM驱动***中有两个运行区域：MTPA和MTPV，它们分别在图3A中表示为区域I和区域III。这两个不同区域中的电流指令分别用MTPA和MTPV技术生成，以实现最佳电流轨迹。MTPA技术基本上计算电流指令
Figure BDA0002150968650000071
和/>
Figure BDA0002150968650000072
使得以最小的总电机电流产生转矩指令/>
Figure BDA0002150968650000073
以确保最小损失。MTPV技术确定电压饱和区域中的电流指令，即当电压指令幅度等于直流回路电压或电机是阻抗受限时，使得电流指令产生尽可能接近所需的转矩指令。两种技术都利用具有电机参数估算考虑非线性(例如饱和度和温度变化)的分析电机模型，以在线确定电流指令。
在一些实施例中，使用用于线与中性点电压方程的电机控制模型生成电压指令VR：
Figure BDA0002150968650000074
Figure BDA0002150968650000075
Figure BDA0002150968650000076
其中Vd和Vq分别为d轴和q轴电机电压(单位为Volts)；Id和Iq分别为d轴和q轴电机电流(单位为Amperes)；Ld和Lq分别为d轴和q轴电机电感(单位为Henries)；R为电机电路(即电机和控制器)的电阻(单位为Ohms)；Ke为电机BEMF系数(单位为Volts/rad/s)；ωm是电机的机械速度(单位为rad/s)；Np为电机20的磁极数；Te是电机的电磁转矩(单位为Nm)。
应当注意，用于计算电机电磁转矩Te的方程是非线性的，并且表示通过利用来自永磁体的磁场产生的转矩和由转子凸极性(即Ld和Lq之间的差值)产生的磁阻转矩以及Id和Iq的期望值的总和。用于优化用于PMSM控制的参考电流Id和Iq的选择的参考模型设计在2013年11月26日提交的名为“Generation of a current reference to Control aBrushless Motor(产生用于控制无刷电机的基准电流)”的美国专利No.9,531,311中得以描述，并且已经于2016年12月27日公告授权，其全部内容通过引用并入本文。
在电机20正常运行过程中，这些方程中的参数可能发生变化，R的变化可能超过100％，电感Ld和Lq的变化可能超过5-20％，Ke的变化可能超过15-20％。R随电机20的结构和温度而变化。Ld和Lq随饱和度(即作为Id和Iq的函数)的变化而变化。Ke随饱和度(作为Iq的函数)和温度而变化。
除区域I和区域III外还有过渡区域，在图3A中表示为区域II，其中
Figure BDA0002150968650000081
vm＝Vm，max。在该区域(即区域II)中执行磁通弱化，以将电机电压保持在Vm，max内，同时最终转矩指令保持与原始相同。
在图3B中示出了MTPA轨迹，如图所示，对于给定的转矩指令，例如Te＝0.2pu，存在满足转矩指令的无限电流组合。然而，存在唯一一个最终电机电流im是最小值的点，其中，即在该转矩指令下的MTPA运行点。连接各种转矩指令下的所有MTPA运行点会产生连续的MTPA轨迹。在PMSM驱动***中非常需要MTPA运行，因为在电机电流最小时跟踪转矩指令，损失最小。然而，由于由直流回路电压确定的电压限制约束，MTPA运行最终并不总是可行的，如图3C所示。超过一定速度时，必须使用MPTV算法减少转矩指令，以确保利用可用电压产生最大转矩。在MTPA和MTPV区域之间，存在执行磁通弱化的区域，但仍可满足给定的转矩要求。一旦电机进入MTPV运行区域，就不能再跟踪转矩指令。相反，PMSM电压能力内的最大可行转矩Te，max用于确保最佳电流轨迹。凸极式PMSM电机中的波形在图4中给出，示出了不同的运行区域。从图4可以看出，MTPA和MTPV运行模式在给定转矩指令的情况下，分别在低速和高速下有效。特别地，图4描述了根据根据本公开的各个方面的凸极式PMSM驱动器中的转矩、电机电流、电压和供电电流的波形图。除了MTPA和MTPV运行模式之外，在它们之间存在与图3A中的区域II相同的过渡区域。
在图2的原始电机控制算法中，如果要将电机电流限制Im，max作为永磁同步电机控制约束，则必须相应地修改转矩指令。这里的挑战是，防止电机电流超过其极限的最大允许转矩随运行条件而变化，因此必须在线计算最大允许转矩。针对这一问题，提出了一种结合迭代更新技术的转矩指令修改模块。
特别地，图5描绘了考虑用于根据本公开的各个方面的PMSM的最大电机电流限制的电机电流管理方案500的流程图。图5中的电机电流管理方案500可以用图2的电机控制***100实现，并结合图2中原始电流指令计算算法(即原始电流指令生成框170)，生成电流指令
Figure BDA0002150968650000091
和/>
Figure BDA0002150968650000092
并确保电机电流在定义的极限下。
具体来说，拟议的方案500由两个主要框组成，即，转矩更新框510和im估算和比较框520。转矩更新框510执行转矩指令修改。im估算和比较框520基于电流指令
Figure BDA0002150968650000093
和
Figure BDA0002150968650000094
估算电机电流im、检查im是否在极限值内，并(在反馈框530内)将更新信息反馈到之前的转矩更新框510，直到im符合定义的限制。反馈框530中的n为迭代次数，迭代次数包含用以更新转矩指令的反馈信息，ΔT为转矩更新因子。
有多种方法可以详细说明转矩更新框510和反馈回路(例如，反馈框530)。然而，其基本思想是相同的，即，通过转矩指令修改和迭代更新，将im限制在给定的极限内。在图5所示的实施例中，通过使用转矩更新框510和经由反馈框530的迭代次数来实现转矩修改。转矩指令通过反馈回路不断更新，直到满足电机电流限制为止。
该方案保证了在指定的电机电流限制内最佳的电流轨迹追踪。当初始im大于Im，max时，该技术生成不同的
Figure BDA0002150968650000095
和/>
Figure BDA0002150968650000096
使得不超过电机电流限制。
在图6和图7中分别示出了不采用所提出的电机电流管理方案和采用所提出的电机电流管理方案的仿真结果。特别地，图6描绘了使用传统电机电流管理技术实现的仿真结果的转矩、电机电流、电压和电池电流的仿真结果波形图，图7描绘了通过使用根据本公开的各个方面的电机电流管理技术实现的仿真结果的转矩、电机电流、电压和电池电流的波形图。
从图7可以看出，电机电流成功地限制在最大值，设置为Im，max＝135A。与图6中不采用所提出的电机电流管理方案的最终转矩指令
Figure BDA0002150968650000097
相比，对图7中的/>
Figure BDA0002150968650000098
进行修改，生成不同的电流指令，以满足给定的电机电流限制约束。结果表明所提出的电机电流限制方案是有效的。
如本文所述，所提出的方案易于在线执行，适用于所有类型的PMSM电机，在所有运行条件下满足电流约束，并且可以用于驱动***，而不受运动控制应用的限制。
图8描绘了用于根据本公开的各个方面的永磁同步电机的电机电流限制的方法800的流程图。方法800可以在例如图1所示的EPS***40中执行，或者在任何其他合适的电机或***中执行。现在参考图1和/或5中的元件对图8进行描述。
在框802中，电机控制***100接收转矩指令。在判定框804中，电机控制***100基于对可用电压和最大电机电流极限的考虑来确定是否可以满足转矩指令。如果在判定框804中确定不能满足转矩指令，则在框806修改转矩指令。修改可以迭代，使得转矩指令被递增地修改。在判定框804中可以确定是否满足修改的转矩指令。在判定框804中确定是否可以满足转矩指令，可以包括对估算的电机电流与最大电机电流阈值进行比较。
一旦在判定框804中确定可以满足转矩指令，在框808中，电机控制***100确定满足转矩指令的最小电流。在框810中，将最小电流作为最小电流指令发送到PMSM(例如，PMSM160)，以使PMSM产生在转矩指令(或修改的转矩指令)中指定的转矩量。
还可以包括附加过程，并且应该理解，图8中描绘的过程呈现了一种图示说明，并且在不脱离本公开的范围和精神的情况下，可以增加其他过程或者可以移除、修改或重新布置现有过程。
虽然仅结合有限数量的实施例对本公开进行了详细描述，但是应该很容易理解，本公开并不限于此类公开的实施例。相反，本公开可以进行修改，纳入迄今未述及但与本公开范围相适应的任何数量的变更、改变、替换或等同布置。此外，虽然本公开的各种实施例已被描述，但应理解，本公开的各方面可能仅包括所述实施例的部分或各实施例的组合。因此，本公开不应被视为受上述描述的限制。

Claims (11)

1.一种***，包括：
永磁同步电机；和
电机控制***，配置为：
接收转矩指令；
基于给定电压和给定的最大电机电流限制，确定是否可以满足转矩指令；
响应于确定可以满足转矩指令，确定满足转矩指令的最小电流；
响应于确定不能满足转矩指令，修改转矩指令，并且确定满足修改的转矩指令的最小电流；
将最小电流作为最小电流指令发送到永磁同步电机。
2.如权利要求1所述的***，其中，所述电机控制***还配置为：
将最小电流作为最小电流指令发送到永磁同步电机，以使永磁同步电机产生在修改的转矩指令中指定的转矩量。
3.根据权利要求1所述的***，其中，确定是否可以满足转矩指令包括，对估算的电机电流与最大电机电流阈值进行比较。
4.一种方法，包括：
通过处理设备接收转矩指令和电压；
由处理设备根据转矩指令和电压确定电流指令；
由处理设备基于电流指令估算电机电流；
由处理设备确定电机电流是否小于最大电机电流阈值；和
响应于确定电机电流不大于最大电机电流阈值，将电机电流作为最小电流指令发送到永磁同步电机；
响应于确定电机电流大于最大电机电流阈值，迭代地将转矩指令更新为修改的转矩指令，直到电机电流不大于最大电机电流阈值；
响应于更新，将电机电流作为最小电流指令发送到永磁同步电机，以使永磁同步电机产生在修改的转矩指令中指定的转矩量。
5.根据权利要求4所述的方法，其中，电流指令包括d轴电流指令和q轴电流指令。
6.根据权利要求4所述的方法，其中，基于转矩指令和电压确定电流指令包括：
对转矩指令执行转矩限制操作；
执行最大转矩电流比操作；和
执行最大转矩电压比操作。
7.一种电机控制***，配置为：
基于给定电压和给定的最大电机电流限制确定是否可以满足转矩指令；
响应于确定不能满足转矩指令，迭代地修改转矩指令直到可以满足转矩指令；和
响应于确定可以满足修改的转矩指令，确定满足转矩指令的最小电流。
8.如权利要求7所述的电机控制***，还配置为：
将最小电流作为最小电流指令发送到永磁同步电机，以使永磁同步电机产生转矩指令中指定的转矩量。
9.如权利要求7所述的电机控制***，其中，确定是否可以满足转矩指令包括，对估算的电机电流与最大电机电流阈值进行比较。
10.如权利要求7所述的电机控制***，其中，迭代修改转矩指令包括，基于转矩更新因子ΔT和迭代次数n减小转矩命令。
11.如权利要求10所述的电机控制***，其中，在迭代修改的每次迭代期间递增迭代次数n。
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Families Citing this family (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN114506245B (zh) * 2022-04-11 2022-07-15 山西维度空间信息科技有限公司 一种动力电池充放电管理方法、装置、电子设备及介质

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2004282979A (ja) * 2003-03-13 2004-10-07 C & S Kokusai Kenkyusho:Kk ハイブリッド界磁形同期電動機のベクトル制御方法及び同装置
CN101540581A (zh) * 2008-03-21 2009-09-23 株式会社电装 用于改善旋转机械控制的装置
CN106031017A (zh) * 2014-02-19 2016-10-12 迪尔公司 使用从电流极限获得的转矩命令极限控制电机

Family Cites Families (32)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP3371314B2 (ja) 1995-03-24 2003-01-27 セイコーエプソン株式会社 Ｄｃブラシレスモータおよび制御装置
JP3530721B2 (ja) 1997-09-25 2004-05-24 三菱電機株式会社 誘導電動機のトルク制御装置
JP3637209B2 (ja) 1998-07-15 2005-04-13 株式会社東芝 速度センサレスベクトル制御を用いた電力変換装置
JP3566163B2 (ja) 2000-01-07 2004-09-15 株式会社東芝 モータ制御装置
US6936991B2 (en) * 2002-06-03 2005-08-30 Ballard Power Systems Corporation Method and apparatus for motor control
JP4110865B2 (ja) 2002-07-16 2008-07-02 日産自動車株式会社 永久磁石型電動機の制御システム
US7436139B2 (en) 2003-01-29 2008-10-14 Matra Manufacturing & Services Sas Phase advance angle optimization for brushless motor control
US7262536B2 (en) 2003-08-11 2007-08-28 General Motors Corporation Gearless wheel motor drive system
US6982533B2 (en) 2003-09-17 2006-01-03 Rockwell Automation Technologies, Inc. Method and apparatus to regulate loads
KR100645809B1 (ko) 2004-12-20 2006-11-23 엘지전자 주식회사 영구자석형 모터의 약계자 운전을 위한 진각 제어장치 및그 방법
WO2006112033A1 (ja) 2005-04-15 2006-10-26 Hitachi, Ltd. 交流モータ制御装置
JP4926492B2 (ja) * 2006-02-20 2012-05-09 本田技研工業株式会社 モータ制御装置
US8022659B2 (en) 2006-05-25 2011-09-20 Mitsubishi Electric Corporation Control apparatus for AC rotary machine and control method for AC rotary machine
WO2008004294A1 (fr) 2006-07-06 2008-01-10 Mitsubishi Electric Corporation Dispositif de commande de vecteur de moteur à induction, procédé de commande de vecteur de moteur à induction, et dispositif de commande d'entraînement de moteur à induction
JP4712638B2 (ja) * 2006-08-04 2011-06-29 本田技研工業株式会社 電動機の制御装置
KR101053315B1 (ko) * 2006-09-26 2011-08-01 미쓰비시덴키 가부시키가이샤 영구자석 동기 전동기의 벡터 제어 장치
KR101157732B1 (ko) 2007-09-25 2012-06-25 미쓰비시덴키 가부시키가이샤 전동기의 제어 장치
WO2009063786A1 (ja) 2007-11-15 2009-05-22 Kabushiki Kaisha Yaskawa Denki モータ制御装置とその制御方法
KR101468736B1 (ko) 2007-11-22 2014-12-03 엘지전자 주식회사 모터, 세탁기 모터의 제어장치 및 세탁기 모터의 제어방법
JP5073063B2 (ja) 2008-10-29 2012-11-14 三菱電機株式会社 永久磁石同期電動機の制御装置
EP2360831B1 (en) 2008-12-15 2019-05-29 Mitsubishi Electric Corporation Power converter for driving motor
US8193747B2 (en) 2009-05-28 2012-06-05 GM Global Technology Operations LLC Methods, systems and apparatus for controlling operation of two alternating current (AC) machines
US8154228B2 (en) 2009-06-10 2012-04-10 Kollmorgen Corporation Dynamic braking for electric motors
KR101628385B1 (ko) 2010-03-31 2016-06-08 현대자동차주식회사 영구자석 동기모터의 제어방법
US8744794B2 (en) 2011-02-28 2014-06-03 Deere & Company Method and apparatus for characterizing an interior permanent magnet machine
KR101562418B1 (ko) * 2011-07-05 2015-10-22 엘에스산전 주식회사 매입형 영구자석 동기 전동기의 구동장치
CN102545766B (zh) 2012-01-17 2014-12-24 河南工程学院 适用于电动汽车驱动用的新型调速***及电流分配方法
CN102594250B (zh) 2012-02-17 2014-04-16 哈尔滨工业大学 无位置传感器内置式永磁同步电机最大转矩电流比矢量控制***的控制方法
CN102694498B (zh) 2012-05-31 2015-02-25 湖南南车时代电动汽车股份有限公司 永磁同步电机在零速或极低速下的抗转子扰动装置及方法
US9369078B2 (en) 2013-03-11 2016-06-14 Steering Solutions Ip Holding Corporation Method of current reference generation for a motor
US9461574B2 (en) 2013-03-12 2016-10-04 Steering Solutions Ip Holding Corporation Motor control system for determining a reference d-axis current and a q-axis current
US9531311B2 (en) 2013-03-13 2016-12-27 Steering Solutions Ip Holding Corporation Generation of a current reference to control a brushless motor

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2004282979A (ja) * 2003-03-13 2004-10-07 C & S Kokusai Kenkyusho:Kk ハイブリッド界磁形同期電動機のベクトル制御方法及び同装置
CN101540581A (zh) * 2008-03-21 2009-09-23 株式会社电装 用于改善旋转机械控制的装置
CN106031017A (zh) * 2014-02-19 2016-10-12 迪尔公司 使用从电流极限获得的转矩命令极限控制电机

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