《用于改善旋转机械控制的装置的制作方法》由会员分享，可在线阅读，更多相关《用于改善旋转机械控制的装置的制作方法（16页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、用于改善旋转机械控制的装置的制作方法专利名称：用于改善旋转机械控制的装置的制作方法技术领域：本发明涉及用于驱动具有开关元件的功率转 奂器的装置，该装置在旋转机械终端和DC (直流电流)电源单元之间起到电连接的作用，从而将旋转机械的 实际转矩调整到需要的转矩。背景技术：上面駄的这种类型的控制装置被设计用来传输反馈控制电流，从而将旋 转机械的实际转矩调整为需求的,。这种传统的控制装置工作于PWM (脉冲 宽度调制)控制模式，用于切换作为功率转换器的实例的逆变器的元件。用于三相电机的这种控制装置工作在PWM控制模式下以计算用于三相电 机每相绕组的基本正弦指令电压；这个指令电压被要求与流经每相绕组的实
2、际 电流相匹配，并且/A3卩儿反馈希望的周期指令电流。该控制装置工作在PWM控制模式下以将每相绕组的正弦指令电压与三角 (或锯齿)载波比较。基于比较的结果，该控制装置运行在PWM模式下并基于 比较结果，单独地接通或断开逆变器的每个桥接的切换元件。这将输入到逆变 器的输入DC电压调整为AC (交流电流)电压以被应用于旋转机械的每相绕组。用控制装置调整导通和断开的持续时间，也就是t桥接切换元件的占空 (占空比)使得施加至每相绕组的AC电压与所述指令电压相一致。这使得流过 每相绕组的实际电流与希望的周期指令电流相一致。流过每相绕组的实际电流 产生一个相应于每相绕组的希望指令电流的转矩。用于三相电机的
3、PWM控制模式需要在三相电机的更高速度范围内增大指 令电压。t逆变器限制了指令电压的幅值上限基本上为逆变器的输入DC电 压的一半。这是因为基本J变器的输入DC电压的一半被施加给了每相绕组。因此，当指令电压的幅值增大至I汰于逆变器输入DC电压的一半时，逆变 器的实际输出电压将与指令电压不一致。因此，在三相电机的更高速度范围内，已经采用单脉冲控制模式来代替 PWM控制模式。6在三相电机的更高鹏范围内使控制装置运行在单脉冲控制模式下，以单独地接通或断开逆变器的每个切换元件，从而使得每个切换元件的导通和断开周期基本上与周期指令电流的周期相一致;这个周期等于一个2;c弧度的电角度。在三相电机的更高速度范
4、围内工作于单脉冲控制模式的所述控制装置的电压利用系数比在更高速度范围内工作于PWM控制模式时所获得的电压利用系数大。所述电压利用系数，变器输出电压与逆变器输入DC电压幅值的比率。然而，单脉冲控制模式从PWM控制模式下的指令电压幅值达到逆变器输入DC电压一半时所获得的电压利用系数突然地，也就是间断地增大电压利用系数。用于将逆变器控制连续地从PWM控串诉莫式转换到单脉冲控制模式的另外的控制方法在日本专利申请公开NO.H09-047100中被披露。在该专利申请中公开的方法被设计成，当PWM控制模式下的指令电压幅值达到逆变器输入DC电压的一半时，采用储存在ROM中的周期重复脉冲图形和在d-q坐标系下指
5、令电压的矢量相位。d-q坐标系的d轴与三相电机的转子N极中心成一条直线，并且其中q轴在三相电机旋转期间具有领先于相应的d轴兀/2弧度电角度的相位。该方法还设计成依照周期重复脉冲图形接通或断开每个桥接切换元件。这使得PWM控律帳式时的指令电压幅值基本上达到逆变器输入DC电压一半时所获得的电压利用系数连续地转换到采用单脉冲控制模式时所获得的电压利用系数成为可能。发明内容本申请的发明者发现指令电压提前1M变器输入DC电压一半时可能由于较高的奇次谐波弓胞流过每相绕组的实际电流波形的变形，导致降低电流反馈控制的特性。这意瞎为了保持所述电流反馈控制的高性能，可能无法适当确定d-q坐标系中的指令电压矢量。由
6、于这个原因，f述专利公开中披露的采用d-q坐标系中指令电压向量相位的方法可能难于在逆变器的控制被从PWM控制模式转换到单脉冲控制模式时，将电流反馈控制特性保持在高7jC平。考虑到背景技术，本发明的至少一个方面的目标在于提供装置，用于驱动具有切换元件的功率转换器，并且该装置在旋转机械终端和DC电源单元之间建立电连接，从而控制旋转机械以使得旋转机械的实际转矩被调整到需要的转矩。这些装置具有改善的结构，即使在要求较高的电压利用系数时也能够维持高水平的旋转机械控制特性。根据本发明的一个方面，提供一种装置，用于驱动功率转换器的切换元件以从供电电源的DC (直流电流)电压产生一功率转换器的可 出电压。i出
7、电压被施加到旋转机械并且在旋转机械中产生转矩。产生的转矩使得旋转机械的转子旋转。该装置包括标准确定装置标准设定装置，其基于旋转机械所需要的转矩和转子的旋转速度在转子中定义的两相旋转坐标系中设定输出电压向量的标准。该装置包括一相位设定装置，其基于产生的转矩与需要的转矩之间的偏量而设定了两相旋转坐标系中功率转换器的输出电压向量的一个相位。该装置包括一驱动信号确定器，其基于由相位设定装置设定的相位和由标准确定，标准设定装置设定的标准而确定一驱动信号，并将该驱动信号施加至所述切换元件以驱动切换元件，从而将产生的襟巨调整为需要的總巨。根据本发明的另一个方面，提供一种控制系统，包括根据本发明的一个方面的功
8、率转换器，和根据本发明的一个方面的控制装置。从下面结合相应附图的具体实施方式的描述，本发明的其它目的和方面将变得显而易见，其中图1为根据本发明第一实施例的控制系统的电路图2为示意性地说明根据第一实施例的控制器的功能模i央，也就是所执行的任务的方框示意图3为示意性地说明根据第一实施例的控制器所执行的程序的流程亂图4A为根据第一实施例在控制系统运行于连续功率控制模式时，说明对第一标准的基本约束的概略示意图4B为根据第一实施例示意性地说明在d-q坐标系中的第一标准的向量图5为根据本发明第一实施例示意性地说明图2示出的标准计算器的功能结构的方块亂图6A为根据第一实施例示意性地说明自变量辩巨和因变量0)
9、的规范化范数(歸/0)之间的函数关系的曲线示意图6B为示意性地描述图6A中函数图的示意图7为根据本发明的第二实施例示意性地说明图2所示标准计算器的功能结构的方框图8为根据本发明的第三实施例示意性地说明图2所示标准计算器的功能结构的方框图9为根据本发明的第四实施例示意性地说明图2所示标准计算器所执行程序的流程图；以及图10为示意性地说明由根据本发明第五实施例的控制器执行的限流，的流程图。具体实施例方式以下将参考相应的附图描述本发明的实施例。在每个实施例中，本发明，例如被应用于安装在混合车辆的三相电机发动机的控制系统；该三相电机发动机是各种M的多相旋转机械的一个例子。参考附图，其中相同的附图标记在
10、不同的附图中指代相同的部分，特别是图l，有一示例性的安装在混合糊上的三相电机发动机，简化为电机发动机(MG) 10。在第一实施例中，作为电机发动机10，采用具有凸极结构的凸极电机。例如，作为电机发动机IO，采用IPMSM (内部7乂磁同步电机)。在图1中，还解释了控制系统50。控制系统50安装有作为功雜换器的逆变器IV，电压转换器CV，高压电池12，界面13，控制装置14，和门驱动器52、 54、 56、 58、 60、 62、 64、和66。特别地，电机发动机10和高压电池12育)多M31il变器IV和电压转换器CV粒电连接。例如，电机发动机10安装有具有铁制转子芯的环形转子。铁制转子芯是，
11、例如，直接或间接iik接至按装在混合糊上的发动机的机轴上。转子具有凸极结构。特别地，转子的转子芯在它的周向部分配置有至少一对永磁体。该至少一对永磁体被嵌入转子芯的外围，以关于转子芯的中心轴线对称等间隔地布置在转子芯的外围。该至少一对永磁体中的一个具有径向向外远离转子芯的中心的北极(N极)。另一个7lC磁体具有径向向外远离转子芯的中心的南极(S极)。转子具有和N极产生的aa量的方向一致的直轴(d轴)，换句话说，和转子的N极中心线一致。转子在其旋转过程中还具有交轴(q轴)，其领先于d轴Ti/2弧度电角度的相位。d轴和q轴组成了由电机发动机10中的转子定义的d-q坐标系(两相的旋转坐标系)。d轴上的
12、电感丄d小于q轴上的电感Z，这是因为7乂磁体具有比铁更小的导磁率常量。具有凸极结构的电动机表示该电动机的每个都具有这种转子的电感特性。电机发动机10还具有定子。定子包括例如横截面为圆环形状的定子铁芯。该定子铁芯布置在转子铁芯的外围，以使得定子铁芯的内部边界与转子铁芯的外围边界相对且具有预定的空气间隙。例如，定子铁芯还具有多个槽。这些槽穿过定子铁芯而设置，且按预定间隔呈圆环状布置。定子还包括一组三相绕组，电枢绕组缠绕在定子的槽上。三相绕组缠绕在槽上，以便于U-、 V-和W-相绕组彼此之间在相位上按照例如2;r/3弧度的电角度偏移。U-、 V-和W-绕组的一端按照例如星形结构彼lt傻接以构成一个中
13、性点。电机发动机IO运行以在其三相绕组接收三相电流从而产生旋转磁通；这使得转子在旋转磁场和转子磁场之间的磁力作用下旋转。电压变换器CV包括线圈L，电容器C1，电容器C2， 一对串联连接的切换元件CV1和CV2，以及一对调速二极管Dp和Dn。电容器C1的一个电极被连接至搞压电池12的正极，并且其另一个电极被连接到高压电池12的负极。线圈L的一端被连接到高压电池12的正极和电容器C1的一个电极。在第一个实施例中，分别采用IGBT (绝缘栅双极晶体管)来作为切换元件CV1和CV2。调速二极管Dp和Dn分别与切换元件CVl和CV2反向并联连接。线圈L的另一端被连接到一点，在该点处切换元件CV1和CV2
14、串联电连接。当采用功率MOSFET作为一对切换元件CV1和CV2时，功率MOSFET的本征二极管可以用作调速二极管，从而省略调速二极管。电容器C2被并联连接到一对切换元件CV1和CV2的高端和低端。高压电池12被设计成可充电电池且具有例如288V的额定电压。例如，当控制系统50工作在连续功率控制模式下，电压变换器CV的切换元件CV1和CV2被驱动接通和关断。利用ffi)l切换元件CV1和CV2的导通和关断储存在线圈L中的电磁能量将电池12上的电压变为更高的电压。例如，当电池12上的电压，称电池电压为288V时，电压变换器CV工作以将288V的电池电压转变为666V。另外，当控制系统50在混合车
15、辆减速时工作在再生控制模式下，电机发动机10作为发电机从而将基于电机发动机10旋转的机械能转化成电能。逆变器IV将该电能转化成DC育g量。电压转换器CV的切换元件CV1和CV2被接通或关断。这将基于转化成的DC能量的电容器C2上的电压转j基于线圈L上的电压降的更低的电压，线圈L上的电压降M3i切换元件CV1和CV2的导通和关断的切换而形成的。从电容器C2上的电压下降的更低的电压被电池12充电。逆变器IV被设计成三相逆变器。逆变器IV具有第一对串联连接的高侧和低侦彻换元件Sup和Sun，第二对串联连接的高侧和低侧切换元件Svp和Svn，以及第三对串联连接的高侧和低侧切换元件Swp和Swn。逆变器
16、IV还具有调速二极管Dup、 Dun、 Dvp、 Dvn、 Dwp禾H Dwn，它们分别与切换元件Sup、 Sun、Svp、 Svn、 Swp和Swn反向并联连接。在第一个实施例中，分别采用IGBT作为切换元件Sup、 Sun、 Svp、 Svn、Swp禾口 Swn。当采用功率元件MOSFET作为切换元件Sup、 S皿、Svp、 Svn、 Swp和Swn时，功率元件MOSFET的本征二极管可以被用作调速二极管，从而省略调速二极管。第一到第J切换元件彼此并联连接成職结构。第一对切换元件Sup和Sun彼此串联连接的连接点被连接到从U相绕组的另一端延伸出来的输出引线。對助也，第二对切换元件Svp和Svn彼此串联连接的连接点被连接到从V相绕组的另一端延伸出来的输出引线。而且，第H切换元件
