[发明专利]用于可变直流链路电压的开关磁阻电动机功率估计补偿

说明书

一种用于开关磁阻(SR)电动机(206)的控制系统(200)包括直流(DC)电源(202)和逆变器(204)。控制系统(200)包括用户界面，该用户界面配置为使得操作员能够指定期望扭矩输出。控制系统(200)还包括控制器(216)，该控制器(216)将由逆变器(204)供应给SR电动机(206)的交流电流(AC)转换为DC电流。控制器(216)基于由DC电源(202)供应给逆变器(204)的DC电压和转换的DC电流来估计由SR电动机(206)产生的实际功率输出。控制器(216)基于SR电动机(206)的实际功率输出和转速来估计实际扭矩输出。控制器(216)比较实际扭矩输出和期望扭矩输出以计算扭矩误差。控制器(216)调节SR电动机(206)的扭矩输出极限和转速。

技术领域

本发明涉及一种开关磁阻电动机。更具体地，本发明涉及一种用于开关磁阻电动机的控制系统。

背景技术

用于诸如履带式拖拉机的作业机器的电驱动系统通常可包括发动机(例如，内燃机)、耦合到发动机的发电机、直流(DC)电源和电动机。DC电源可以电耦合在发电机与电动机之间以驱动机器的一个或多个接地元件。转换器可以电耦合在发电机与DC电源之间。可以控制转换器以在发电机发电时将交流(AC)电力转换为DC电力，并且在发电机利用电力驱动电动机时将DC电力转换为AC电力。逆变器可以电耦合在DC电源与电动机之间。逆变器可以配置为当发电机利用电力驱动电动机时将来自DC电源的DC电力转换为AC电力，并且在电动机的电制动期间将AC电力转换为DC电力。

电动机可以是开关磁阻(SR)电动机。传统上，使用基于开环表的控制来控制SR电动机。然而，这种类型的控制不能补偿系统中的动态变化，例如SR电动机的相的DC链路电压或相电流。这是由于以下事实：根据在固定DC链路电压下的测试台设置来调谐或计算控制表。实际上，如果DC链路电压偏离该电压，或者实际相电流已经偏离命令相电流，则由SR电动机产生的实际扭矩可能大幅偏离请求扭矩。

为了说明DC链路电压的变化，离线开发的控制图应包括用于DC链路电压的轴线。除了需要更高维的插值算法以便说明额外维度之外，该要求还以与所考虑的电压点的数量成比例的速率增加了所需的存储空间。较高的DC链路电压降低了SR电动机的初始位置算法的可靠性和/或准确性。由于初始位置算法的精度较低，因此更进一步增加了扭矩精度较低的风险。而且，SR电动机制造中的零件间变化增加了扭矩精度误差的风险。扭矩调谐过程是昂贵且耗时的，但目前每次实施新设计时都需要进行该扭矩调谐过程。在速度被控制为速度目标的SR电动机上，直接基于算法调节扭矩输出可能使得难以调谐速度控制。此外，如果扭矩极限被设定得过高，则可能发生对机械和电气部件的损坏。另一方面，如果扭矩极限被设定得过低，则电动机性能降低

因此，需要一种用于SR电动机的改进的控制装置。

发明内容

在本发明的一个方面，提供了一种用于开关磁阻(SR)电动机的控制系统。该控制系统包括直流(DC)电源和在逆变器的输入侧耦合到DC电源的逆变器。逆变器在逆变器的输出侧耦合到SR电动机。逆变器接收来自DC电源的DC电压，并向SR电动机供应交流(AC)电流。该控制系统包括用户界面，该用户界面使得操作员能够指定期望扭矩输出。用户界面产生指示期望扭矩输出的信号。控制系统还包括与SR电动机、DC电源、逆变器、速度传感器和用户界面通信的控制器。控制器通过转换由逆变器供应给SR电动机的AC电流来确定DC电流。控制器至少基于DC电压和转换的DC电流估计SR电动机产生的实际功率输出。控制器确定SR电动机的转速。控制器基于SR电动机的实际功率输出和速度估计实际扭矩输出。控制器接收来自用户界面的指示期望扭矩输出的信号。控制器比较实际扭矩输出和期望扭矩输出以计算扭矩误差。此外，控制器基于扭矩误差调节扭矩输出极限，并且基于扭矩输出极限调节SR电动机的转速。