本發(fā)明是用于電動(dòng)機(jī)的控制系統(tǒng)的領(lǐng)域。在本說(shuō)明書中描述的實(shí)施例更具體地涉及電動(dòng)馬達(dá)的控制，以使用再生制動(dòng)恢復(fù)能量。

背景技術(shù)：

在用于AC電動(dòng)馬達(dá)的現(xiàn)代控制系統(tǒng)中，場(chǎng)定向控制(“FOC”)已經(jīng)變得普遍。根據(jù)該方法，例如，通過(guò)脈寬調(diào)制驅(qū)動(dòng)AC馬達(dá)的定子繞組，以這樣的方式來(lái)使馬達(dá)的轉(zhuǎn)矩/安培性能最大化。因?yàn)槎ㄗ又写艌?chǎng)的旋轉(zhuǎn)相對(duì)于轉(zhuǎn)子的旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)可以是異步的，使得AC馬達(dá)的操作的特性涉及具有時(shí)變系數(shù)的一組微分方程，所以AC馬達(dá)的場(chǎng)定向控制是復(fù)雜的任務(wù)。事實(shí)上，甚至在其中定子和轉(zhuǎn)子的磁場(chǎng)是同步的這些系統(tǒng)中，可操作的一組微分方程仍然是非線性的。

現(xiàn)代高速可編程微控制器已經(jīng)廣泛地適用于進(jìn)行準(zhǔn)確的場(chǎng)定向控制所需的復(fù)雜的計(jì)算。很多AC馬達(dá)控制算法是基于眾所周知的“派克(Park)”變換，“派克(Park)”變換將具有角相關(guān)系數(shù)的一組可應(yīng)用的微分方程變換成與馬達(dá)角度無(wú)關(guān)的一組微分方程。特別地，Park變換根據(jù)旋轉(zhuǎn)二維(d，q)坐標(biāo)系統(tǒng)考慮馬達(dá)操作，其中d軸與場(chǎng)磁鏈分量(即，轉(zhuǎn)子通量)對(duì)齊，并且正交q軸與轉(zhuǎn)矩分量對(duì)齊。通過(guò)將場(chǎng)磁鏈和轉(zhuǎn)矩分量分開(kāi)，可以控制馬達(dá)轉(zhuǎn)矩，而不會(huì)影響場(chǎng)通量。這種解耦使得能夠使用諸如動(dòng)態(tài)轉(zhuǎn)矩控制和速度控制的技術(shù)，動(dòng)態(tài)轉(zhuǎn)矩控制和速度控制針對(duì)實(shí)際控制器實(shí)例化能夠采用比例積分(PI)控制算法等。

如本領(lǐng)域中已知的，常規(guī)FOC控制器響應(yīng)于期望的馬達(dá)速度輸入信號(hào)并結(jié)合指示馬達(dá)的當(dāng)前位置和速度的反饋信號(hào)，控制AC馬達(dá)的操作。在這點(diǎn)上，速度控制器對(duì)期望的馬達(dá)速度和當(dāng)前速度的估計(jì)之間的誤差信號(hào)應(yīng)用諸如比例積分控制函數(shù)的函數(shù)，以產(chǎn)生應(yīng)用于反Park變換函數(shù)的直接相位和正交相位(d，q)控制信號(hào)。通常，反Park變換由這些d和q相位信號(hào)和當(dāng)前轉(zhuǎn)子位置的估計(jì)生成空間固定的(α相位和β相位)控制信號(hào)。然后，α相位控制信號(hào)和β相位控制信號(hào)基于在馬達(dá)的定子繞組上驅(qū)動(dòng)脈寬調(diào)制的(PWM)脈沖通過(guò)空間矢量發(fā)生器功能被轉(zhuǎn)換為多相控制信號(hào)，以施加期望的轉(zhuǎn)矩。

在一般意義上來(lái)說(shuō)，電動(dòng)馬達(dá)具有兩種機(jī)械操作，馬達(dá)驅(qū)動(dòng)和制動(dòng)。馬達(dá)驅(qū)動(dòng)是指其中馬達(dá)的所施加的轉(zhuǎn)矩和旋轉(zhuǎn)速度是在相同方向上的馬達(dá)操作，而制動(dòng)操作在與馬達(dá)的旋轉(zhuǎn)速度相反方向上施加轉(zhuǎn)矩。圖1例示具有代表正向馬達(dá)驅(qū)動(dòng)(即，轉(zhuǎn)矩τ＞0，并且速度ω＞0)的象限I和代表反向馬達(dá)驅(qū)動(dòng)(即，轉(zhuǎn)矩τ＜0，并且速度ω＜0)的象限III的電動(dòng)馬達(dá)的轉(zhuǎn)矩速度平面。類似地，象限II和象限IV分別代表反向制動(dòng)(即，轉(zhuǎn)矩τ＞0，速度ω＜0)和正向制動(dòng)(即，轉(zhuǎn)矩τ＜0，速度ω＞0)。如本領(lǐng)域中已知的，制動(dòng)操作能夠是再生的，在這種意義上講，當(dāng)馬達(dá)被制動(dòng)時(shí)，由轉(zhuǎn)子的動(dòng)能產(chǎn)生凈反向電流，實(shí)質(zhì)上是允許電動(dòng)馬達(dá)作為發(fā)電機(jī)操作。如果凈反向電流的電能被反饋回到電源，當(dāng)馬達(dá)減慢時(shí)，從馬達(dá)恢復(fù)能量。再生制動(dòng)不會(huì)發(fā)生在轉(zhuǎn)矩速度平面的制動(dòng)象限中的所有操作點(diǎn)處，而僅發(fā)生在這些制動(dòng)象限的子集內(nèi)。同樣地，由場(chǎng)定向控制系統(tǒng)產(chǎn)生的多相控制信號(hào)指示的轉(zhuǎn)矩將確定是否發(fā)生通過(guò)再生制動(dòng)的能量恢復(fù)，并且如果發(fā)生，將確定恢復(fù)能量的程度。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

所公開(kāi)的實(shí)施例提供用于控制電動(dòng)機(jī)(諸如交流(AC)電動(dòng)馬達(dá))的系統(tǒng)和方法，以實(shí)行再生制動(dòng)，以便恢復(fù)能量。

所公開(kāi)的實(shí)施例提供此類系統(tǒng)和方法，其中當(dāng)可能時(shí)，施加場(chǎng)定向控制(FOC)，以這種的方式實(shí)行再生制動(dòng)。

所公開(kāi)的實(shí)施例提供此類系統(tǒng)和方法，其中在再生制動(dòng)期間，施加場(chǎng)定向控制(FOC)，以這種的方式使充電電流最大化。

所公開(kāi)的實(shí)施例提供這種系統(tǒng)和方法，其中在用于內(nèi)置式永磁(IPM)AC馬達(dá)的再生制動(dòng)期間，施加FOC，以使充電電流最大化。

所公開(kāi)的實(shí)施例提供與外部制動(dòng)機(jī)構(gòu)兼容的這種系統(tǒng)和方法。

對(duì)于已經(jīng)參考以下說(shuō)明書及其附圖的本領(lǐng)域中的普通技術(shù)人員來(lái)說(shuō)，所公開(kāi)的實(shí)施例的其它對(duì)象和優(yōu)點(diǎn)將是明顯的。

根據(jù)某些實(shí)施例，提供了FOC系統(tǒng)和方法，其中確定在制動(dòng)期間將被應(yīng)用到馬達(dá)的多相控制信號(hào)，以便當(dāng)可能時(shí)實(shí)行再生制動(dòng)，并且在一些實(shí)施例中，優(yōu)化來(lái)自再生制動(dòng)的能量恢復(fù)。在這些實(shí)施例中，在多相控制信號(hào)的確定中，訪問(wèn)儲(chǔ)存代表轉(zhuǎn)矩速度平面中的再生制動(dòng)區(qū)域的數(shù)據(jù)的查找表。在一些實(shí)施例中，查找表儲(chǔ)存代表最大再生制動(dòng)電流的操作點(diǎn)的數(shù)據(jù)。

附圖說(shuō)明

圖1是指示用于馬達(dá)的轉(zhuǎn)子速度和轉(zhuǎn)矩的象限的轉(zhuǎn)矩對(duì)比速度的曲線圖。

圖2是根據(jù)實(shí)施例馬達(dá)控制器架構(gòu)的框圖。

圖3是根據(jù)圖2的實(shí)施例用于馬達(dá)控制的微控制器架構(gòu)的數(shù)字部分的功能框圖。

圖4是例示根據(jù)實(shí)施例在用于圖2的架構(gòu)中的查找表中的轉(zhuǎn)子速度的范圍內(nèi)確定制動(dòng)轉(zhuǎn)矩的操作的流程圖。

圖5a是根據(jù)實(shí)施例用于在建立用于馬達(dá)的制動(dòng)的一組系統(tǒng)方程式中使用的AC馬達(dá)和動(dòng)力系統(tǒng)的框圖形式的電氣圖。

圖5b至圖5d是根據(jù)實(shí)施例用于圖5a的系統(tǒng)中的在建立用于馬達(dá)的制動(dòng)的一組系統(tǒng)方程式中使用的部件的等效電路模型。

圖6是在例示用于實(shí)施例的示例的再生制動(dòng)區(qū)域的轉(zhuǎn)矩速度平面中的曲線的曲線圖。

圖7是例示根據(jù)實(shí)施例圖2和圖3的在制動(dòng)馬達(dá)中的架構(gòu)中的再生制動(dòng)控制器的操作的流程圖。

具體實(shí)施方式

在本說(shuō)明書中描述的一個(gè)或更多個(gè)實(shí)施例被實(shí)施到用于AC電動(dòng)馬達(dá)的永磁(PM)類型的場(chǎng)定向控制(FOC)方案中，如預(yù)期的，在這種情況下此類實(shí)施方案是特別有利的。然而，還可以預(yù)期本發(fā)明的概念可以有益地應(yīng)用于其它應(yīng)用，例如諸如AC感應(yīng)馬達(dá)和其它電機(jī)的其它類型的電動(dòng)馬達(dá)。于是，應(yīng)當(dāng)理解，僅以示例的方式提供以下描述，并且不旨在限制如所要求保護(hù)的本發(fā)明的真實(shí)范圍。

圖2以框圖的形式例示根據(jù)實(shí)施例用于電動(dòng)機(jī)的場(chǎng)定向控制(FOC)控制系統(tǒng)250的示例。在圖2的示例中，在該系統(tǒng)的控制下的電動(dòng)機(jī)是永磁同步馬達(dá)210，永磁同步馬達(dá)210具有以常規(guī)方式相對(duì)于彼此120°異相布置的三個(gè)定子繞組，其在馬達(dá)上用永磁體構(gòu)成。如對(duì)于已經(jīng)參考本說(shuō)明書的本領(lǐng)域中的技術(shù)人員來(lái)說(shuō)將明顯的，馬達(dá)210中的相位的數(shù)量可以與圖2中所示的三個(gè)相位不同。在場(chǎng)定向控制(FOC)系統(tǒng)中，諸如根據(jù)這些實(shí)施例的系統(tǒng)250，控制施加到定子繞組的交流電，以產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)，該旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)與來(lái)自在期望的速度下以適當(dāng)?shù)霓D(zhuǎn)矩旋轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)子上的永磁體的磁場(chǎng)相互作用。

在該實(shí)施例中，通過(guò)可編程微控制器集成電路(MCU)220實(shí)施用于控制施加到定子繞組的交流電的許多的架構(gòu)，使得能夠在數(shù)字域中進(jìn)行很多計(jì)算和控制回路功能。根據(jù)這些實(shí)施例適合于使用作為MCU 220的集成電路的示例包括可從德州儀器公司(Texas Instruments Incorporated)商購(gòu)的C2000和MSP430族中的微控制器。在圖2的示例中，MCU 220包括微控制器處理器單元22，其從MCU 220外部接收期望的馬達(dá)速度信號(hào)ω_d[n]以及從馬達(dá)210接收反饋信號(hào)，如下面將描述的。處理器單元22耦接到程序存儲(chǔ)器24p，程序存儲(chǔ)器24p儲(chǔ)存用于由處理器單元22根據(jù)所接收的參考和反饋信號(hào)檢索和執(zhí)行的程序指令；根據(jù)該實(shí)施例，儲(chǔ)存在程序存儲(chǔ)器24p中的程序指令使得處理器單元22實(shí)行在本說(shuō)明書中所描述的各種控制功能。處理器單元22還耦接到數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器24d，數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器24d儲(chǔ)存在處理器單元22的馬達(dá)控制操作中由處理器單元22應(yīng)用和計(jì)算的數(shù)據(jù)。由處理器單元22的該程序執(zhí)行的結(jié)果是指示脈寬調(diào)制占空比的三相數(shù)據(jù)信號(hào)Tabc，在該脈寬調(diào)制占空比處將驅(qū)動(dòng)馬達(dá)M的三相(即，分別地，相位a、相位b、相位c)。數(shù)據(jù)信號(hào)Tabc被施加到MCU 220中的PWM驅(qū)動(dòng)器255，PWM驅(qū)動(dòng)器255繼而生成被應(yīng)用到功率驅(qū)動(dòng)電路231的輸出控制信號(hào)，功率驅(qū)動(dòng)電路231繼而在線PWM(a，b，c)上在施加到用于以期望的速度驅(qū)動(dòng)馬達(dá)210的三相逆變器232的適當(dāng)?shù)念l率和相位處生成對(duì)應(yīng)的脈寬調(diào)制的脈沖。

根據(jù)這些實(shí)施例，處理器單元22耦接到再生制動(dòng)查找表24r(如圖2中的RB LUT 24r所示的)。如下面將更詳細(xì)描述的，RB LUT 24r是存儲(chǔ)器資源，該存儲(chǔ)器資源將被用于針對(duì)當(dāng)前轉(zhuǎn)子速度檢索能夠被用于確保在再生制動(dòng)期間的充電電流或使在再生制動(dòng)期間的充電電流最大化的一個(gè)或更多個(gè)預(yù)定制動(dòng)轉(zhuǎn)矩限制和水平。特別地如果RB LUT 24r的內(nèi)容被確定用于與馬達(dá)210的具體模型相關(guān)聯(lián)的裝配，則可以在如可以被用于程序存儲(chǔ)器24p的非易失性存儲(chǔ)器(諸如只讀存儲(chǔ)器(ROM)或電可編程只讀存儲(chǔ)器(EPROM))中實(shí)現(xiàn)RB LUT 24r。供選擇地，可以利用MCU 220上電或其它重啟時(shí)加載RB LUT24r的內(nèi)容在易失性存儲(chǔ)器(例如，靜態(tài)隨機(jī)訪問(wèn)存儲(chǔ)器或SRAM)中實(shí)現(xiàn)RB LUT 24r。RB LUT 24r可以具有隨機(jī)訪問(wèn)架構(gòu)，其中以存儲(chǔ)器地址的方式訪問(wèn)RB LUT 24r的內(nèi)容；在這點(diǎn)上，RB LUT 24r的地址空間可以是在也包括數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器24d和程序存儲(chǔ)器24p的整個(gè)存儲(chǔ)器資源的地址空間內(nèi)。供選擇地，RB LUT 24r可以是內(nèi)容可尋址存儲(chǔ)器，考慮到RB LUT 24r的數(shù)據(jù)對(duì)應(yīng)于與每個(gè)轉(zhuǎn)子速度相關(guān)聯(lián)的一個(gè)或更多個(gè)值(即，制動(dòng)轉(zhuǎn)矩限制)。可以預(yù)期已經(jīng)參考本說(shuō)明書的本領(lǐng)域中的技術(shù)人員根據(jù)具體的實(shí)施方案將能夠容易地實(shí)現(xiàn)RB LUT 24r。

圖2的控制系統(tǒng)的反饋側(cè)包括感測(cè)電路233，在該示例中，感測(cè)電路233感測(cè)馬達(dá)210處(例如，在馬達(dá)的定子處)的電氣條件。如將在用于該實(shí)施例的以下描述中明顯的，這些電氣條件對(duì)應(yīng)于定子繞組中的電流，并且對(duì)應(yīng)于指示作為轉(zhuǎn)子位置和轉(zhuǎn)子角度(在該描述中同義地使用術(shù)語(yǔ)“轉(zhuǎn)子位置”和“轉(zhuǎn)子角度”)的函數(shù)的定子繞組的電感的電壓。在該示例中，這些所感測(cè)的電參數(shù)被傳送到MCU 220中的模數(shù)轉(zhuǎn)換器(ADC)243。MCU 220中的ADC243以采樣時(shí)鐘T_s的頻率對(duì)這些信號(hào)采樣，以生成代表馬達(dá)210處的所感測(cè)的電參數(shù)的數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)值。然后，這些數(shù)字采樣的值施加到處理器單元22，用于根據(jù)以儲(chǔ)存在程序存儲(chǔ)器24p中的程序指令表示的控制算法進(jìn)行操作(這在下面進(jìn)行了更詳細(xì)地描述)，以產(chǎn)生適當(dāng)?shù)尿?qū)動(dòng)信號(hào)來(lái)控制馬達(dá)210。

在該實(shí)施方案中，MCU 220也包括可選的外部制動(dòng)器控制器245，外部制動(dòng)器控制器245提供控制施加到外部制動(dòng)器259(也是可選的)的驅(qū)動(dòng)的信號(hào)。如將在下面將更詳細(xì)描述的，響應(yīng)于所接收的輸入(例如，所期望的馬達(dá)速度)和反饋信號(hào)，外部制動(dòng)器控制器259根據(jù)這些實(shí)施例具體地與能量恢復(fù)功能協(xié)同合作，生成輸出控制信號(hào)。

圖3例示根據(jù)實(shí)施例馬達(dá)系統(tǒng)250的功能架構(gòu)。如上面所討論的，預(yù)期可以由如上面所提及的執(zhí)行程序指令的MCU 220的處理器單元22實(shí)行圖3的架構(gòu)中的功能中的一些功能，而由也可以部署在MCU 220內(nèi)的具體硬件部件實(shí)行圖3的架構(gòu)中的功能中的其它功能。在圖2的實(shí)施方案中，在標(biāo)注為“軟件”的畫圈區(qū)域中示出程序存儲(chǔ)器中儲(chǔ)存的且由處理器單元執(zhí)行的軟件中實(shí)施的該架構(gòu)的這些功能，而在標(biāo)注為“硬件”的畫圈區(qū)域中示出以具體硬件部件的方式實(shí)施的這些功能。當(dāng)然，圖3的功能架構(gòu)中的各種功能采用的具體的方式(即，硬件相對(duì)軟件)可以不同，以適于具體的實(shí)施方案。

控制器220內(nèi)的其它功能包括能量?jī)?chǔ)存系統(tǒng)(ESS)265和電池管理電路260，在該示例中，能量?jī)?chǔ)存系統(tǒng)(ESS)265是電池。在該布置中，電池管理電路260耦接到三相逆變器232的輸出并操作以使用電流調(diào)節(jié)電路控制流進(jìn)ESS 265中的再生制動(dòng)電流的最大電平，對(duì)于該最大電平，基于ESS 265可以支持的最大充電電流。

圖3例示根據(jù)實(shí)施例例如如可以在圖2的硬件架構(gòu)中MCU 220內(nèi)實(shí)施的場(chǎng)定向控制(FOC)馬達(dá)控制系統(tǒng)250的功能架構(gòu)。如通過(guò)該架構(gòu)的反饋回路部分確定的，指示期望的馬達(dá)速度的外部控制信號(hào)ω_d[n]和馬達(dá)210的當(dāng)前轉(zhuǎn)子速度的估計(jì)之間的差值被施加到速度控制器251，速度控制器251例如通過(guò)應(yīng)用常規(guī)控制函數(shù)，根據(jù)該差值生成期望的轉(zhuǎn)矩信號(hào)τ_desired。期望的轉(zhuǎn)矩信號(hào)τ_desired和馬達(dá)210的當(dāng)前轉(zhuǎn)子速度的估計(jì)施加到再生制動(dòng)(RB)控制器240，作為響應(yīng)，再生制動(dòng)(RB)控制器240將產(chǎn)生應(yīng)用于參考電流發(fā)生器256的參考轉(zhuǎn)矩信號(hào)τ_ref。下面將詳細(xì)描述根據(jù)這些實(shí)施例RB控制器240的功能布置和操作。

基于來(lái)自RB控制器240的參考轉(zhuǎn)矩信號(hào)τ_ref和當(dāng)前轉(zhuǎn)子速度的估計(jì)參考電流發(fā)生器256操作以產(chǎn)生正交相位參考電流I_q，ref和直接相位參考電流I_d，ref。正交相位參考電流I_q，ref對(duì)應(yīng)于期望的轉(zhuǎn)矩分量(即，在d，q域中的q分量)，并且當(dāng)前和正交相位反饋電流I_q之間的差值被施加到q軸電流控制器258。類似地，直接相位參考電流I_d，ref和直接相位反饋電流I_d之間的差值被施加到d軸電流控制器257?？刂破?57、控制器258根據(jù)常規(guī)控制函數(shù)(例如，比例積分)操作，以分別產(chǎn)生直接相位控制信號(hào)V_d和正交相位控制信號(hào)V_q，直接相位控制信號(hào)V_d和正交相位控制信號(hào)V_q被應(yīng)用到反Park變換函數(shù)253。

反Park變換函數(shù)253將d相位控制信號(hào)Vd和q相位控制信號(hào)Vq變換為空間固定的α和β相位控制信號(hào)Vαβ。因?yàn)榉碢ark變換需要獲知轉(zhuǎn)子位置(更具體地說(shuō)，轉(zhuǎn)子磁鏈角或場(chǎng)磁鏈角)，所以在該實(shí)施例中，通過(guò)估計(jì)器功能件215供應(yīng)用于下一個(gè)控制周期[n+1]的轉(zhuǎn)子位置估計(jì)如圖3所示，來(lái)自反Park變換函數(shù)253的相位控制信號(hào)Vαβ被應(yīng)用到空間矢量發(fā)生器254，空間矢量發(fā)生器254產(chǎn)生被供應(yīng)到PWM驅(qū)動(dòng)器255的三相數(shù)據(jù)信號(hào)Tabc，根據(jù)該三相數(shù)據(jù)信號(hào)Tabc，經(jīng)由功率驅(qū)動(dòng)器231和逆變器232產(chǎn)生適當(dāng)?shù)亩ㄗ与娏鳎⑶移浔皇┘拥今R達(dá)210的對(duì)應(yīng)的定子極。

在該架構(gòu)中的控制回路的反饋側(cè)上，克拉克(Clarke)變換函數(shù)241a接收與三個(gè)馬達(dá)相位相關(guān)聯(lián)的且在當(dāng)前采樣周期n內(nèi)獲取的如通過(guò)ADC 243a基于由感測(cè)電路233所感測(cè)的電參數(shù)產(chǎn)生的采樣的電流Iabc。從這些輸入，克拉克變換函數(shù)241a產(chǎn)生空間固定的α和β相位反饋信號(hào)Iαβ，所述信號(hào)繼而被應(yīng)用到Park變換函數(shù)246a，以分別產(chǎn)生d相位反饋信號(hào)Id和q相位反饋信號(hào)Iq。類似地，克拉克變換函數(shù)241b從ADC 243b接收采樣的電壓Vabc，并且產(chǎn)生α和β相位電壓反饋信號(hào)Vαβ，α和β相位電壓反饋信號(hào)Vαβ被應(yīng)用到Park變換函數(shù)246b，以分別產(chǎn)生d相位電壓反饋信號(hào)Vd和q相位電壓反饋信號(hào)Vq。電流反饋信號(hào)Id、電流反饋信號(hào)Iq和電壓反饋信號(hào)Vd、Vq以及來(lái)自ADC 243c的感測(cè)的母線電壓V_bus被轉(zhuǎn)發(fā)到估計(jì)器功能件215，估計(jì)器功能件215將生成用于在如上面所提到的控制回路中使用的轉(zhuǎn)子位置和轉(zhuǎn)子速度估計(jì)。替代地或附加地，感測(cè)電路233中的一個(gè)感測(cè)電路可以從馬達(dá)210處的速度傳感器接收信號(hào)，在該情況下，獲得轉(zhuǎn)子速度的直接測(cè)量，并且轉(zhuǎn)子速度的直接測(cè)量能夠被用于控制回路中。

在都是2014年7月22日提交的共同未決的美國(guó)申請(qǐng)S.N.14/337,576和S.N.14/337,595以及2015年10月9日提交的共同未決的美國(guó)申請(qǐng)S.N.14/880,008中，描述了適合于在該實(shí)施例中的估計(jì)器功能件215中使用的速度和位置估計(jì)算法和方法的示例，所有這些申請(qǐng)?jiān)诖斯餐D(zhuǎn)讓且以引用方式并入本文。在此共同轉(zhuǎn)讓且以引用方式并入本文的2015年3月31日提交的共同未決的美國(guó)申請(qǐng)S.N.14/675,196描述了馬達(dá)控制器架構(gòu)，該馬達(dá)控制器架構(gòu)包括用于選擇將被施加到轉(zhuǎn)子位置的估計(jì)中的分?jǐn)?shù)延遲補(bǔ)償值的功能件，為了轉(zhuǎn)子位置的估計(jì)，脈寬調(diào)制的驅(qū)動(dòng)信號(hào)被應(yīng)用到多相電動(dòng)馬達(dá)，根據(jù)這些實(shí)施例，多相電動(dòng)馬達(dá)可以可選地包括在控制系統(tǒng)250的功能架構(gòu)中。

如上面所提及的，控制器220的功能架構(gòu)包括控制回路中的RB控制器240。如在此共同轉(zhuǎn)讓且以引用方式并入本文的2015年8月27日提交的共同未決的美國(guó)申請(qǐng)S.N.14/837,810中和圖3所示的實(shí)施例中所描述的，RB控制器240與外部制動(dòng)器控制器245結(jié)合操作，以控制馬達(dá)210。在該實(shí)施例中，如上面所提到的，速度控制器251接收參考速度ω_d[n]和角速度估計(jì)之間的差值，并且產(chǎn)生到RB控制器240的輸入的期望的轉(zhuǎn)矩τ_desired。RB控制器240還從估計(jì)器功能件215接收角速度估計(jì)并且在其中實(shí)施外部制動(dòng)器控制器245的實(shí)施例中，提供轉(zhuǎn)矩信號(hào)τ_ext和轉(zhuǎn)矩信號(hào)τ_ref。來(lái)自RB控制器240的轉(zhuǎn)矩信號(hào)τ_ref被應(yīng)用到如上面所提及的參考電流發(fā)生器256，并且轉(zhuǎn)矩信號(hào)τ_ext被應(yīng)用到外部制動(dòng)器控制器245，用于控制外部制動(dòng)器259。

如在上面并入的申請(qǐng)S.N.14/837,810中所描述的，RB控制器240操作以確定將發(fā)生再生制動(dòng)的制動(dòng)象限(在圖1的轉(zhuǎn)矩速度平面中的象限II和象限IV)中的區(qū)域邊界，并且生成轉(zhuǎn)矩信號(hào)τ_ext和τ_ref，以當(dāng)可能時(shí)在這些再生制動(dòng)區(qū)域中進(jìn)行操作，以便在再生制動(dòng)期間使充電電流最大化。在該上面所并入的申請(qǐng)S.N.14/837,810中使用的方法導(dǎo)出其中發(fā)生再生制動(dòng)的轉(zhuǎn)矩速度平面的制動(dòng)象限II和象限IV中的區(qū)域的邊界的符號(hào)閉式表達(dá)式。更特別地，對(duì)于每個(gè)轉(zhuǎn)子速度，這些邊界表示發(fā)生再生制動(dòng)的最小制動(dòng)轉(zhuǎn)矩和最大制動(dòng)轉(zhuǎn)矩，并且還可以表示能夠?qū)崿F(xiàn)最大再生制動(dòng)電流的每個(gè)轉(zhuǎn)子速度時(shí)的制動(dòng)轉(zhuǎn)矩水平。對(duì)于隱極永磁同步馬達(dá)(PMSM)且對(duì)于其中永磁體表面安裝在轉(zhuǎn)子處的馬達(dá)(諸如被稱為“SPM”的馬達(dá))，已經(jīng)觀察該閉式方法工作良好，例如，提供限定這些邊界和最大恢復(fù)曲線的轉(zhuǎn)矩速度平面中的閉式表達(dá)式。該上面所并入的申請(qǐng)S.N.14/837,810還描述了具有再生制動(dòng)控制的外部制動(dòng)的使用，以使充電電流最大化并達(dá)到所期望的停止速度。

然而，根據(jù)這些實(shí)施例，已經(jīng)觀察到，因?yàn)檫@些馬達(dá)的本質(zhì)使得其極難于導(dǎo)出用于再生制動(dòng)邊界和最大再生制動(dòng)電流曲線的閉式表達(dá)式，所以對(duì)于隱極PMSM和內(nèi)置式永磁馬達(dá)(IPM)，該方法可能不是切實(shí)可行的。這些實(shí)施例提供了再生制動(dòng)控制，在再生制動(dòng)中閉式表達(dá)式不是必須的，因此允許大范圍的電動(dòng)馬達(dá)在再生制動(dòng)期間達(dá)到最大充電電流。

根據(jù)這些實(shí)施例，在MCU 220中提供如圖2中所示的再生制動(dòng)查找表(RB LUT)24r作為存儲(chǔ)器資源，該存儲(chǔ)器資源儲(chǔ)存用于若干轉(zhuǎn)子速度中的每個(gè)轉(zhuǎn)子速度的預(yù)計(jì)算的或以其他方式預(yù)確定的制動(dòng)轉(zhuǎn)矩水平。在圖3的功能架構(gòu)中，對(duì)于其中所接收的期望的馬達(dá)速度信號(hào)ω_d[n]指示馬達(dá)210將減慢或停止的情況，再生制動(dòng)控制器240能夠訪問(wèn)RB LUT 24r，以獲得用于在再生制動(dòng)期間能夠確保充電電流或使充電電流最大化的那個(gè)速度的制動(dòng)轉(zhuǎn)矩水平。根據(jù)這些實(shí)施例，針對(duì)各種馬達(dá)速度預(yù)確定這些制動(dòng)轉(zhuǎn)矩水平，并且這些轉(zhuǎn)矩水平被儲(chǔ)存在RB LUT 24r中，用于在操作期間進(jìn)行后續(xù)訪問(wèn)。通過(guò)允許使用數(shù)值技術(shù)獲得這些制動(dòng)轉(zhuǎn)矩，該布置允許大范圍馬達(dá)的能量恢復(fù)的優(yōu)化，包括馬達(dá)諸如對(duì)于其不能容易地導(dǎo)出再生制動(dòng)邊界和最大再生制動(dòng)電流曲線的閉式表達(dá)式的IPM。

想到可以通過(guò)許多方法計(jì)算儲(chǔ)存在RB LUT 24r中的制動(dòng)轉(zhuǎn)矩。例如，可以針對(duì)各種轉(zhuǎn)子速度，例如通過(guò)表征馬達(dá)210的具體制作和模型和在變化的轉(zhuǎn)子速度內(nèi)測(cè)量能量恢復(fù)性能，實(shí)驗(yàn)性地確定這些制動(dòng)轉(zhuǎn)矩。供選擇地，可以通過(guò)導(dǎo)出如在上面所并入的申請(qǐng)S.N.14/837,810中所描述的閉式表達(dá)式，并且然后將變化的轉(zhuǎn)子速度施加到這些表達(dá)式，以達(dá)到對(duì)應(yīng)于用于這些轉(zhuǎn)子速度中的每個(gè)轉(zhuǎn)子速度的再生制動(dòng)邊界和最大再生制動(dòng)電流曲線的制動(dòng)轉(zhuǎn)矩，確定這些制動(dòng)轉(zhuǎn)矩。

現(xiàn)在將參考圖4描述根據(jù)實(shí)施例用于數(shù)值上確定儲(chǔ)存在RB LUT 24r中的制動(dòng)轉(zhuǎn)矩的技術(shù)。該過(guò)程將使用與具體的馬達(dá)制作和模型以及動(dòng)力系統(tǒng)和相關(guān)聯(lián)的電路的性能相關(guān)聯(lián)的參數(shù)值，確定這些制動(dòng)轉(zhuǎn)矩。可以預(yù)期通常將在各個(gè)馬達(dá)和控制系統(tǒng)的制造或裝配之前，實(shí)行在該數(shù)值方法中涉及的各種過(guò)程，例如以計(jì)算機(jī)執(zhí)行對(duì)應(yīng)的程序指令以確定儲(chǔ)存在用于具體馬達(dá)模型或類型的控制系統(tǒng)中的RB LUT 24r的實(shí)例中的制動(dòng)轉(zhuǎn)矩的方式。

根據(jù)該實(shí)施例，針對(duì)諸如圖3的馬達(dá)210的給定的永磁同步電機(jī)確定再生制動(dòng)轉(zhuǎn)矩水平開(kāi)始于過(guò)程20，在過(guò)程20中，建立系統(tǒng)方程式，其表示系統(tǒng)的行為。這些系統(tǒng)方程式是基于用于系統(tǒng)的構(gòu)成的等效穩(wěn)態(tài)電路模型，其被認(rèn)為如圖5a的高級(jí)框圖中所示的DC儲(chǔ)存/動(dòng)力塊30、DC-到-AC轉(zhuǎn)換器塊32和AC電機(jī)35。

圖5b中示出基于蓄電池(例如，圖3的ESS 265)用于系統(tǒng)的DC儲(chǔ)存/動(dòng)力塊30的等效電路模型。在該模型中，電壓E_s是電源(電池)輸出電壓，并且R_s是源電阻，獲得輸出電壓v_s和輸出電流i_s。在該示例中，DC-到-AC轉(zhuǎn)換器塊32將被假設(shè)為無(wú)損的，在這個(gè)意義上，沒(méi)有傳導(dǎo)或切換損耗，并且因此該功能件不需要等效電路模型。圖5c和圖5d分別示出d維和q維(軸)中的交流電機(jī)塊35的等效電路模型。在d軸和q軸中的每個(gè)中，R_p表示每相定子電阻，R_c表示每相鐵耗電阻，并且N是AC電機(jī)塊35(例如，馬達(dá)210)的極對(duì)數(shù)。在圖5c中，i_d是d軸電流，i_dm是d軸磁化電流，L_d是d軸電感，并且v_d是d軸電壓。類似地，在圖5d中，i_q是q軸電流，i_qm是q軸磁化電流，L_q是q軸電感，并且v_q是q軸電壓?；谶@些模型，過(guò)程20建立包含聯(lián)立方程式的系統(tǒng)方程式：

并且還包含用于電磁轉(zhuǎn)矩τ_em的方程式：

τ_em＝N(Λ+(L_d-L_q)i_dm)i_qm (2)

其中Λ是AC電機(jī)中的永磁體通量的量值。在這些系統(tǒng)方程式中的控制變量分別是d軸和q軸上的占空比矢量u_d和占空比矢量u_q。如本領(lǐng)域中已知的，對(duì)于固定的DC母線電壓，占空比矢量u_d和占空比矢量u_q的最大長(zhǎng)度取決于脈寬調(diào)制(PWM)策略的類型和定子電機(jī)繞組的類型。例如，用于使用不具有三次諧波注入的PWM的星形連接(wye-connected)電機(jī)的占空比矢量的最大長(zhǎng)度[max(U_dq)]是：

并且對(duì)于使用不具有三次諧波注入的PWM的δ形連接(delta-connected)電機(jī)是：

在根據(jù)該實(shí)施例的過(guò)程22中，識(shí)別具體馬達(dá)和動(dòng)力系統(tǒng)參數(shù)值并將它們施加到在過(guò)程20中建立的系統(tǒng)方程式。這些參數(shù)值包含與確定可應(yīng)用那個(gè)具體的馬達(dá)和動(dòng)力系統(tǒng)類型的制動(dòng)轉(zhuǎn)矩中涉及的計(jì)算相關(guān)或必須的那些參數(shù)，可以包含以下中的一些或所有參數(shù)：

根據(jù)用于確定制動(dòng)轉(zhuǎn)矩的數(shù)值方法和優(yōu)化方程式，可以添加或替換附加的或不同的參數(shù)，或可以省略這些參數(shù)中的一些參數(shù)。例如，在一些實(shí)施方案中，如在上面的表中所指示的，可以包含馬達(dá)的鐵耗電阻R_c，而在其它實(shí)施方案中，可以省略鐵耗電阻R_c，而在結(jié)果中沒(méi)有顯著的準(zhǔn)確度損失?？梢酝ㄟ^(guò)特性、通過(guò)參考用于馬達(dá)和動(dòng)力系統(tǒng)的所陳述的規(guī)范或通過(guò)其它常規(guī)技術(shù)，確定施加于給定的馬達(dá)和動(dòng)力系統(tǒng)的具體的值?？梢灶A(yù)期這些參數(shù)值通常將需要的精度將通常允許(或在組件到組件基礎(chǔ)上或用于整個(gè)系統(tǒng))使用馬達(dá)的給定的模型和動(dòng)力系統(tǒng)的給定的模型的一組參數(shù)值，而不需要為馬達(dá)或動(dòng)力系統(tǒng)的每個(gè)具體的實(shí)例輸入不同的參數(shù)值。當(dāng)然，如果預(yù)期具體精度的裝配，則表征和測(cè)量具體的馬達(dá)實(shí)例和動(dòng)力系統(tǒng)實(shí)例可以是有利的，使得能夠調(diào)整制動(dòng)轉(zhuǎn)矩和能量恢復(fù)，以獲得最佳可用的優(yōu)化。

根據(jù)該實(shí)施例，然后，實(shí)行優(yōu)化過(guò)程24，以為期望的操作范圍內(nèi)的每個(gè)轉(zhuǎn)子速度ω，確定發(fā)生再生能量恢復(fù)時(shí)的最小和最大制動(dòng)轉(zhuǎn)矩。暗示地，再生制動(dòng)將發(fā)生在每個(gè)轉(zhuǎn)子速度下的這兩個(gè)限制之間的這些制動(dòng)轉(zhuǎn)矩處。如上面所提及的，很多馬達(dá)類型不能很好地適合于通過(guò)對(duì)閉式表達(dá)式求解來(lái)確定這些制動(dòng)轉(zhuǎn)矩限制；此外，甚至對(duì)于產(chǎn)生閉式表達(dá)式的這些馬達(dá)類型，可以發(fā)現(xiàn)這些表達(dá)式為基礎(chǔ)的假設(shè)中的一個(gè)或更多個(gè)假設(shè)對(duì)于具體的馬達(dá)或系統(tǒng)類型不精確。因而，根據(jù)該實(shí)施例，提前用公式表示一個(gè)或更多個(gè)優(yōu)化問(wèn)題，并且針對(duì)在過(guò)程22中施加的參數(shù)值，由在過(guò)程20中建立的系統(tǒng)方程式對(duì)一個(gè)或更多個(gè)優(yōu)化問(wèn)題進(jìn)行數(shù)值求解，以確定轉(zhuǎn)子速度范圍內(nèi)的再生制動(dòng)轉(zhuǎn)矩水平。

在過(guò)程24中，根據(jù)相應(yīng)的優(yōu)化問(wèn)題確定在所選擇的轉(zhuǎn)子速度下的最小和最大制動(dòng)轉(zhuǎn)矩。在該實(shí)施例中，這些優(yōu)化問(wèn)題被構(gòu)造為：

問(wèn)題1：使電磁轉(zhuǎn)矩τ_em最小化，其中：

||u_dq||≤max(U_dq)，||i_dq||≤I_max，τ_em≤0，i_s≤0

問(wèn)題2：使電磁轉(zhuǎn)矩τ_em最大化，其中：

||u_dq||≤max(U_dq)，||i_dq||≤I_max，τ_em≤0，i_s≤0

由上面所描述的系統(tǒng)方程式(1)和系統(tǒng)方程式(2)約束這兩個(gè)優(yōu)化問(wèn)題。在過(guò)程24中，在操作速度的范圍內(nèi)的每個(gè)轉(zhuǎn)子速度ω處，對(duì)這些優(yōu)化問(wèn)題進(jìn)行求解，以生成在圖1的轉(zhuǎn)矩速度平面的正向制動(dòng)象限IV中的再生制動(dòng)的界限。通常，馬達(dá)和動(dòng)力系統(tǒng)的行為在轉(zhuǎn)矩速度平面中是對(duì)稱的，并且同樣地，相同的界限將應(yīng)用在反向制動(dòng)象限II中。

在優(yōu)化過(guò)程26中，通過(guò)對(duì)在操作速度的范圍內(nèi)的另一個(gè)優(yōu)化問(wèn)題求解，確定在其處再生制動(dòng)提供最大能量恢復(fù)的制動(dòng)轉(zhuǎn)矩：

問(wèn)題3：使動(dòng)力系統(tǒng)的輸出電流i_s最小化，其中：

||u_dq||≤max(U_dq)，||i_dq||≤I_max，τ_em≤0，i_s≤0

還由上面所描述的系統(tǒng)方程式(1)和系統(tǒng)方程式(2)約束該優(yōu)化問(wèn)題。在該實(shí)施例中，優(yōu)化過(guò)程26針對(duì)操作范圍內(nèi)的每個(gè)轉(zhuǎn)子速度ω確定由電池輸出的電流處于其最小值時(shí)的制動(dòng)轉(zhuǎn)矩，制動(dòng)轉(zhuǎn)矩相反地對(duì)應(yīng)于在再生制動(dòng)期間以其充電電流處于最大值的轉(zhuǎn)矩。

可以預(yù)期具體的優(yōu)化問(wèn)題，并且事實(shí)上所導(dǎo)出的優(yōu)化問(wèn)題和制動(dòng)轉(zhuǎn)矩可以與圖4中所示的不同。具體地說(shuō)，實(shí)行優(yōu)化過(guò)程24、優(yōu)化過(guò)程26的具體的次序可以與圖4中所示的不同，并且事實(shí)上不需要確定所有的最小的、最大的和優(yōu)化的制動(dòng)轉(zhuǎn)矩，例如，可以期望省略優(yōu)化過(guò)程24，并且代替僅實(shí)行優(yōu)化過(guò)程26，以確定速度內(nèi)的優(yōu)化制動(dòng)轉(zhuǎn)矩，或就此而言反之亦然。此外，經(jīng)歷優(yōu)化過(guò)程24、優(yōu)化過(guò)程26表征的范圍內(nèi)的馬達(dá)速度(即，粒度)的數(shù)量可以在各種制動(dòng)轉(zhuǎn)矩之中變化。

圖6例示在由用于內(nèi)置式永磁馬達(dá)(IPM)的示例的過(guò)程20至過(guò)程26的實(shí)例確定的制動(dòng)轉(zhuǎn)矩限制的轉(zhuǎn)矩速度平面中的象限IV(即，正向制動(dòng)象限)中的曲線圖。圖6中的曲線40min例示對(duì)于從0到1000弧度/秒(/rad/sec)范圍的每個(gè)轉(zhuǎn)子速度下發(fā)生再生制動(dòng)時(shí)的最小制動(dòng)轉(zhuǎn)矩。曲線400max指示在0到1000rad/sec的相同的范圍內(nèi)發(fā)生再生制動(dòng)時(shí)的最大制動(dòng)轉(zhuǎn)矩。這兩個(gè)曲線40min、曲線40max對(duì)應(yīng)于如施加到該具體的馬達(dá)和動(dòng)力系統(tǒng)的上面所描述的優(yōu)化過(guò)程24的結(jié)果。如圖6所示，在這兩個(gè)曲線40min和曲線40max之間的轉(zhuǎn)矩速度平面中的區(qū)域是其中發(fā)生一定水平的再生制動(dòng)的區(qū)域。圖6的曲線40opt例示在該示例中的優(yōu)化過(guò)程26的結(jié)果，并且同樣地指示對(duì)于從0到1000rad/sec范圍的轉(zhuǎn)子速度下充電電流將被最大化時(shí)的制動(dòng)轉(zhuǎn)矩。圖6中的這些曲線40min、曲線40max的形狀例示閉式表達(dá)式無(wú)法指定這些制動(dòng)轉(zhuǎn)矩限制和優(yōu)化。已經(jīng)觀察到，關(guān)于這些實(shí)施例，圖6中的制動(dòng)轉(zhuǎn)矩曲線一般以形狀(在不是以數(shù)值的條件下)代表其它IPM和對(duì)應(yīng)的動(dòng)力系統(tǒng)。

再參考圖4，根據(jù)該實(shí)施例，然后實(shí)行過(guò)程28，以將優(yōu)化過(guò)程24、優(yōu)化過(guò)程26的結(jié)果，具體地以將被包括在用于該馬達(dá)類型和對(duì)應(yīng)的動(dòng)力系統(tǒng)的控制系統(tǒng)的每個(gè)實(shí)例中的查找表的形式，儲(chǔ)存在存儲(chǔ)器資源中。如上面所提及的，可以預(yù)期一般將“離線”(在制造流程的外面)實(shí)行圖4的過(guò)程。在圖2的物理布置中，例如，在每個(gè)MCU 220的制造時(shí)或在制造整個(gè)馬達(dá)和控制系統(tǒng)時(shí)，每個(gè)MCU 220的構(gòu)造或配置將包含將在過(guò)程24、過(guò)程26中確定的結(jié)果加載到MCU 220的RB LUT 24r中。供選擇地，如果MCU 220的非易失性存儲(chǔ)器容量允許，則可能將制動(dòng)轉(zhuǎn)矩LUT的多個(gè)實(shí)例加載到每個(gè)MCU 220的存儲(chǔ)器空間中；然后當(dāng)裝配時(shí)MCU 220的編程或其它配置可以選擇適當(dāng)?shù)腞B LUT 24r，以在其最終的應(yīng)用中使用。另外，在供選擇的方案中，可以預(yù)期MCU 220可以被制造具有空的RB LUT 24r，在該情況下，當(dāng)裝配時(shí)，系統(tǒng)匯編器或用戶將例如以與固件更新類似的方式加載RB LUT 24r的內(nèi)容?？梢灶A(yù)期配置或加載RB LUT 24r的方式的這些和其它變化(諸如對(duì)于已經(jīng)參考本說(shuō)明書的本領(lǐng)域中的技術(shù)人員來(lái)說(shuō)明顯的變化)在如下面所要求保護(hù)的本發(fā)明的范圍內(nèi)。

現(xiàn)在參考圖7，現(xiàn)在將詳細(xì)描述根據(jù)實(shí)施例控制馬達(dá)210的制動(dòng)中系統(tǒng)250(圖3)的再生制動(dòng)(RB)控制器240的操作。在該操作中，參考示例物理架構(gòu)，據(jù)推測(cè)，在過(guò)程28(圖4)的實(shí)例中，RB LUT 24r是預(yù)加載的，具有如由用于馬達(dá)210類型和ESS 265的動(dòng)力系統(tǒng)、電池管理電路260和逆變器232的數(shù)值優(yōu)化過(guò)程24、數(shù)值優(yōu)化過(guò)程26所確定的適當(dāng)?shù)闹苿?dòng)轉(zhuǎn)矩限制和水平。此外，如將從該描述明顯的，可選的外部制動(dòng)器控制器245和外部制動(dòng)器259被裝配在系統(tǒng)250中；然而，也將變得明顯的，在缺乏此類外部制動(dòng)器功能件的情況下，RB控制器240也能夠容易進(jìn)行操作。

如在上面所并入的專利申請(qǐng)S.N.14/337,576、S.N.14/337,595和S.N.14/675,196中所描述的，系統(tǒng)250的控制回路周期性地操作，以在一個(gè)采樣周期n處確定的轉(zhuǎn)子速度和位置以用于確定將在下一個(gè)采樣周期n+1被應(yīng)用到馬達(dá)的適當(dāng)?shù)目刂菩盘?hào)?？梢灶A(yù)期已經(jīng)參考本說(shuō)明書的本領(lǐng)域中的技術(shù)人員將能夠與其它基于時(shí)間的方法結(jié)合實(shí)現(xiàn)這些實(shí)施例，以反饋適于具體的應(yīng)用的馬達(dá)的控制，而不用過(guò)度的實(shí)驗(yàn)。

在確定馬達(dá)210的適當(dāng)?shù)闹苿?dòng)轉(zhuǎn)矩中的RB控制器240的操作通過(guò)從估計(jì)器功能件215接收當(dāng)前轉(zhuǎn)子速度估計(jì)開(kāi)始于處理42。雖然本描述將指代其中基于所感測(cè)的電流和電壓(它們通過(guò)克拉克變換241和Park變換246被變換成d軸和q軸表示)估計(jì)轉(zhuǎn)子速度的圖3的功能架構(gòu)，諸如來(lái)自馬達(dá)210處的速度傳感器的轉(zhuǎn)子速度的直接測(cè)量可以供選擇地(或附加地)被用于取代這個(gè)當(dāng)前轉(zhuǎn)子速度估計(jì)。此外，雖然該描述將是用于通過(guò)反向轉(zhuǎn)矩的施加使正向運(yùn)動(dòng)制動(dòng)的情況，但是本領(lǐng)域中的技術(shù)人員將認(rèn)識(shí)到，將以非常相同的方式但具有符號(hào)相反的值進(jìn)行反向制動(dòng)(象限II)。在過(guò)程44中，RB控制器240從速度控制器251接收轉(zhuǎn)矩信號(hào)τ_期望。通?；诋?dāng)前轉(zhuǎn)子速度估計(jì)和從系統(tǒng)250外部接收的期望的轉(zhuǎn)子速度信號(hào)ω_d[n]之間的差值，由速度控制器251通過(guò)適當(dāng)?shù)目刂坪瘮?shù)(例如，比較積分)的應(yīng)用確定轉(zhuǎn)矩信號(hào)τ_期望。實(shí)際上，轉(zhuǎn)矩信號(hào)τ_期望表示原始制動(dòng)轉(zhuǎn)矩，施加該原始制動(dòng)轉(zhuǎn)矩以將馬達(dá)210從馬達(dá)210的當(dāng)前轉(zhuǎn)子速度減慢到期望的轉(zhuǎn)子速度ω_d[n]。再者，在過(guò)程44中，RB控制器240將轉(zhuǎn)矩值τ₁設(shè)定為這個(gè)轉(zhuǎn)矩信號(hào)τ_期望。

在決策45中，RB控制器240確定來(lái)自速度控制器251的轉(zhuǎn)矩信號(hào)τ_期望是否指示制動(dòng)轉(zhuǎn)矩，對(duì)于正向運(yùn)動(dòng)的情況，制動(dòng)轉(zhuǎn)矩是負(fù)值。如果轉(zhuǎn)矩信號(hào)τ_期望是正向轉(zhuǎn)矩(決策45返回“否”結(jié)果)，則RB控制器240不實(shí)行激活功能，并且正向轉(zhuǎn)矩值τ₁(在這個(gè)點(diǎn)處是來(lái)自速度控制器251的轉(zhuǎn)矩信號(hào)τ_期望)作為到參考電流發(fā)生器256的轉(zhuǎn)矩信號(hào)τ_ref。RB控制器240將用于轉(zhuǎn)矩τ_ext的零值傳送到外部制動(dòng)器控制器245，使得不將外部制動(dòng)259施加到馬達(dá)210。然后，以常規(guī)方式進(jìn)行在正向方向上馬達(dá)210繼續(xù)其旋轉(zhuǎn)的控制，如上面所描述的。

如果決策45確定轉(zhuǎn)矩信號(hào)τ_期望是制動(dòng)轉(zhuǎn)矩(決策45返回“是”)，則RB控制器240訪問(wèn)RB LUT 24r，以在過(guò)程46中獲得期望的制動(dòng)轉(zhuǎn)矩值τ₂。在這個(gè)實(shí)施例中，其中RB LUT 24r儲(chǔ)存用于操作范圍內(nèi)的每個(gè)馬達(dá)速度的制動(dòng)轉(zhuǎn)矩，過(guò)程46涉及當(dāng)前采樣周期n內(nèi)由來(lái)自估計(jì)器功能件215的轉(zhuǎn)子速度估計(jì)指示的RB LUT 24r的一個(gè)或更多個(gè)存儲(chǔ)器位置的訪問(wèn)。其中訪問(wèn)RB LUT24r的具體的方式將取決于那個(gè)存儲(chǔ)器資源的架構(gòu)，并且可以涉及將當(dāng)前轉(zhuǎn)子速度估計(jì)轉(zhuǎn)化為存儲(chǔ)器地址，或如果RB LUT 24r被實(shí)現(xiàn)為內(nèi)容可尋址存儲(chǔ)器，則可以將估計(jì)的所有或部分應(yīng)用到RB LUT 24r。

在過(guò)程46中從RB LUT 24r檢索的制動(dòng)轉(zhuǎn)矩?cái)?shù)據(jù)可以包含用于當(dāng)前轉(zhuǎn)子速度的最小和最大制動(dòng)轉(zhuǎn)矩(即，在圖6的曲線40min、曲線40max上的點(diǎn))中的一個(gè)或兩個(gè)、用于當(dāng)前轉(zhuǎn)子速度的優(yōu)化制動(dòng)轉(zhuǎn)矩(即，在圖6的曲線40opt上的點(diǎn))，或兩者。如果從RB LUT 24r所檢索的制動(dòng)轉(zhuǎn)矩是在當(dāng)前轉(zhuǎn)子速度下的優(yōu)化制動(dòng)轉(zhuǎn)矩，則這個(gè)優(yōu)化制動(dòng)轉(zhuǎn)矩值自身可以被用作轉(zhuǎn)矩值τ₂。供選擇地，如果在過(guò)程46從RB LUT 24r檢索到最小和最大制動(dòng)轉(zhuǎn)矩限制中的一個(gè)或兩個(gè)，則設(shè)定轉(zhuǎn)矩值τ₂可以涉及由RB控制器240執(zhí)行的附加決策，包含基于期望的制動(dòng)轉(zhuǎn)矩值τ₁是高于由所檢索的限制指示的再生制動(dòng)范圍還是低于由所檢索的限制指示的再生制動(dòng)范圍，選擇應(yīng)該使用這些限制中的哪些限制?？梢灶A(yù)期已經(jīng)參考本說(shuō)明書的本領(lǐng)域中的技術(shù)人員將能夠容易地實(shí)施適于執(zhí)行這些確定的適當(dāng)?shù)倪壿嫼统绦蛑噶?，而不用過(guò)度實(shí)驗(yàn)。

根據(jù)該實(shí)施例，可以預(yù)期在操作范圍內(nèi)的離散轉(zhuǎn)子速度處建立儲(chǔ)存在RB LUT 24r中的制動(dòng)轉(zhuǎn)矩值。如此，來(lái)自估計(jì)器功能件215的當(dāng)前轉(zhuǎn)子速度估計(jì)可以不精確匹配對(duì)于其制動(dòng)轉(zhuǎn)矩被儲(chǔ)存在RB LUT 24r中的轉(zhuǎn)子速度中的一個(gè)轉(zhuǎn)子速度，所以過(guò)程46的結(jié)果可以是基于一個(gè)或更多個(gè)所檢索的制動(dòng)轉(zhuǎn)矩值的制動(dòng)轉(zhuǎn)矩的估計(jì)(例如，最接近當(dāng)前轉(zhuǎn)子速度估計(jì)的轉(zhuǎn)子速度的制動(dòng)轉(zhuǎn)矩值)。供選擇地，過(guò)程46可以為相對(duì)于轉(zhuǎn)子速度估計(jì)的下一個(gè)較高的轉(zhuǎn)子速度和下一個(gè)較低的轉(zhuǎn)子速度檢索制動(dòng)轉(zhuǎn)矩，并且在兩個(gè)對(duì)應(yīng)的所檢索的制動(dòng)轉(zhuǎn)矩之間實(shí)行線性插值，以達(dá)到用于當(dāng)前轉(zhuǎn)子速度的適當(dāng)?shù)南拗??？梢灶A(yù)期能夠由已經(jīng)參考本說(shuō)明書的本領(lǐng)域中的技術(shù)人員容易地實(shí)施訪問(wèn)RB LUT 24r以獲得再生制動(dòng)轉(zhuǎn)矩限制和優(yōu)化操作點(diǎn)的方式的這些和其它變化。

在決策47中，RB控制器240確定期望的制動(dòng)轉(zhuǎn)矩(τ₁)的絕對(duì)值是否大于對(duì)應(yīng)于由在過(guò)程46中RB LUT 24r的訪問(wèn)確定的最大充電電流的再生制動(dòng)轉(zhuǎn)矩(τ₂)的絕對(duì)值。如果是(決策47是“是”)，則再生制動(dòng)算法前進(jìn)到?jīng)Q策49，其中RB控制器240確定當(dāng)前轉(zhuǎn)子速度估計(jì)是否高于再生制動(dòng)將被施加于的一些最小轉(zhuǎn)子速度ω_rb，min。當(dāng)在多個(gè)采樣周期內(nèi)進(jìn)行制動(dòng)操作時(shí)，通過(guò)再生制動(dòng)獲得能量恢復(fù)所選擇的制動(dòng)轉(zhuǎn)矩的應(yīng)用將漸近地朝向其期望的值減小轉(zhuǎn)子速度，但是因?yàn)橥ǔＷ畲笸Ｖ罐D(zhuǎn)矩將永遠(yuǎn)不會(huì)作為較小的轉(zhuǎn)矩(即使是最小的能量恢復(fù)，較小的轉(zhuǎn)矩也將提供一些能量恢復(fù))的替代而被施加，所以永遠(yuǎn)不會(huì)精確地達(dá)到該期望的速度。于是，當(dāng)轉(zhuǎn)子速度變得非常慢時(shí)，有效地禁用再生制動(dòng)是有效的，特別地考慮即使啟用，以這些速度也將恢復(fù)極少的能量。因此，決策49確保如果當(dāng)前轉(zhuǎn)子速度估計(jì)高于一些最小轉(zhuǎn)子速度ω_rb，min(如可以由系統(tǒng)設(shè)計(jì)師或整合者選擇)，則考慮再生制動(dòng)。

如果當(dāng)前轉(zhuǎn)子速度估計(jì)指示啟用再生制動(dòng)(決策49是“是”)，則然后由RB控制器240實(shí)行決策51，以確定外部制動(dòng)器是否是可用的。如果外部制動(dòng)器259沒(méi)有裝配在系統(tǒng)250中，則該確定可以簡(jiǎn)單地是硬連線；供選擇地，決策51可以確定是否已經(jīng)為操作馬達(dá)210的當(dāng)前模式選擇性地啟用這種裝配的外部制動(dòng)器259。如果外部制動(dòng)器259是可用的并且啟用外部制動(dòng)器259(決策51是“是”)，則RB控制器240能夠?qū)С鐾獠哭D(zhuǎn)矩τ_ext，以確?；騼?yōu)化再生制動(dòng)，并且使用外部制動(dòng)器259以施加期望的制動(dòng)力中的其余的制動(dòng)力。在過(guò)程50中，由RB控制器240通過(guò)將對(duì)應(yīng)于轉(zhuǎn)矩值τ₂的轉(zhuǎn)矩信號(hào)τ_ref的值轉(zhuǎn)發(fā)到參考電流發(fā)生器256，實(shí)行該操作，根據(jù)此，控制回路將生成對(duì)應(yīng)的多相控制信號(hào)，以影響馬達(dá)210處的電磁制動(dòng)。在過(guò)程52中，RB控制器240將外部轉(zhuǎn)矩信號(hào)τ_ext的值轉(zhuǎn)發(fā)到對(duì)應(yīng)于期望的制動(dòng)轉(zhuǎn)矩τ_期望和施加的電磁轉(zhuǎn)矩τ_em之間的差值(τ₁-τ₂)的外部制動(dòng)控制器245。響應(yīng)于外部轉(zhuǎn)矩信號(hào)τ_ext，外部制動(dòng)器控制器245將控制外部制動(dòng)器259，以施加剩余的制動(dòng)力。

圖6例示在施加電磁和外部制動(dòng)的組合中RB控制器240的操作的示例。對(duì)于該示例，馬達(dá)210以大約150rad/sec的當(dāng)前轉(zhuǎn)子速度估計(jì)進(jìn)行操作，并且制動(dòng)旨在使馬達(dá)從那個(gè)速度減慢到較低的速度(例如，零)或停止馬達(dá)。在過(guò)程44中，RB控制器240將其轉(zhuǎn)矩信號(hào)τ₁設(shè)定為來(lái)自速度控制器251的期望的制動(dòng)轉(zhuǎn)矩τ_期望的值，在該示例中，期望的制動(dòng)轉(zhuǎn)矩τ_期望的值是大約-250Nm。如從圖6明顯的，以150rad/sec的轉(zhuǎn)子速度對(duì)應(yīng)于期望的制動(dòng)轉(zhuǎn)矩τ₁＝τ_期望＝-250Nm的轉(zhuǎn)矩速度平面中的點(diǎn)下降到低于在過(guò)程46中從RB LUT24r獲得的最大充電電流再生制動(dòng)轉(zhuǎn)矩，在該示例中，最大充電電流再生制動(dòng)轉(zhuǎn)矩是以150rad/sec的轉(zhuǎn)子速度的-223.5Nm的制動(dòng)轉(zhuǎn)矩值τ₂。對(duì)于其中外部制動(dòng)器259是可用的且啟用外部制動(dòng)器259(決策51是“是”)的情況，在過(guò)程50中，RB控制器240將把對(duì)應(yīng)于轉(zhuǎn)矩值τ₂＝-223.5Nm的轉(zhuǎn)矩信號(hào)τ_ref的值發(fā)給參考電流發(fā)生器256，并且在過(guò)程52中，將把對(duì)應(yīng)于轉(zhuǎn)矩值(τ₁-τ₂)＝(-250-(-223.5))＝-26.5Nm的轉(zhuǎn)矩信號(hào)τ_ext的值發(fā)給外部制動(dòng)控制器245。

如上面所提及的，根據(jù)該實(shí)施例的RB控制器240可以在缺乏外部制動(dòng)器系統(tǒng)的情況下進(jìn)行操作(即，決策51返回“否”結(jié)果)。在該情況下，RB控制器240執(zhí)行決策53，以確定對(duì)制動(dòng)距離進(jìn)行折中是否是可接受的，以便使再生制動(dòng)最大化?？梢灶A(yù)期通常將響應(yīng)于外部信號(hào)(例如，如可以由處理器單元22內(nèi)的邏輯響應(yīng)于馬達(dá)環(huán)境、其它用戶輸入、已經(jīng)施加制動(dòng)的快速性(諸如在緊急停止等的情況下)而生成)，實(shí)行這個(gè)確定。如果是這樣的話(決策53是“是”)，則RB控制器240將執(zhí)行過(guò)程50，以將對(duì)應(yīng)于轉(zhuǎn)矩值τ₂的轉(zhuǎn)矩信號(hào)τ_ref的值轉(zhuǎn)發(fā)到參考電流發(fā)生器256，響應(yīng)于此，控制回路將在下一個(gè)采樣周期n+1內(nèi)給馬達(dá)210生成對(duì)應(yīng)的多相控制信號(hào)，以影響該電磁制動(dòng)。當(dāng)然，由于在該情況下沒(méi)有外部制動(dòng)器259是可用的，所以根據(jù)該實(shí)施例將經(jīng)歷已經(jīng)發(fā)生而沒(méi)有再生制動(dòng)的較長(zhǎng)的停止時(shí)間，但是具有附加的恢復(fù)能量的益處。

如果當(dāng)前情形使得不能有利于能量恢復(fù)地對(duì)制動(dòng)進(jìn)行折中(決策53是“否”)，則RB控制器240將進(jìn)行過(guò)程48，以應(yīng)用對(duì)應(yīng)于如在過(guò)程44中從速度控制器251接收到的轉(zhuǎn)矩值τ₁＝τ_desired的轉(zhuǎn)矩信號(hào)τ_ref。因?yàn)橥獠恐苿?dòng)器259是不可用的，所以在過(guò)程48的該實(shí)例中將不生成轉(zhuǎn)矩信號(hào)τ_ref。

如果期望的制動(dòng)轉(zhuǎn)矩(τ₁)的絕對(duì)值不大于對(duì)應(yīng)于最大充電電流的再生制動(dòng)轉(zhuǎn)矩(τ₂)的絕對(duì)值(如通過(guò)決策47返回“否”結(jié)果所指示的)，則將有效地禁用再生制動(dòng)算法，并且在過(guò)程48中，參考轉(zhuǎn)矩τ_ref被設(shè)定為轉(zhuǎn)矩τ₁，并且用于包括外部制動(dòng)器控制器245的系統(tǒng)的外部制動(dòng)轉(zhuǎn)矩τ_ext被設(shè)定為零。類似地，如果當(dāng)前轉(zhuǎn)子速度估計(jì)是低于最小轉(zhuǎn)子速度ω_{rb，min}(如由決策49返回“否”結(jié)果所指示的)，則由RB控制器執(zhí)行過(guò)程48，以將對(duì)應(yīng)于轉(zhuǎn)矩值τ₁＝τ_desired的轉(zhuǎn)矩信號(hào)τ_ref并且還可能將轉(zhuǎn)矩信號(hào)τ_ext施加到外部制動(dòng)器控制器245，以控制如由系統(tǒng)250中的常規(guī)制動(dòng)算法所指示的外部制動(dòng)259的施加。

多相制動(dòng)控制信號(hào)生成中制動(dòng)操作的實(shí)例之后，并且如果需要外部制動(dòng)，則圖7的該過(guò)程將再次重復(fù)用于在下一個(gè)采樣周期n+1之后的每個(gè)連續(xù)的采樣周期，作為典型的FOC馬達(dá)控制。如上面所提及的，如果僅施加電磁再生制動(dòng)(即，不具有來(lái)自機(jī)械制動(dòng)的幫助)，則馬達(dá)210將朝向期望的轉(zhuǎn)子速度漸近地減慢。如果該期望的轉(zhuǎn)子速度是零，則一旦轉(zhuǎn)子速度接近零，則通過(guò)根據(jù)該實(shí)施例的決策49的操作將發(fā)生完全制動(dòng)。

根據(jù)這些實(shí)施例，可以為大范圍的同步電機(jī)類型進(jìn)行再生制動(dòng)，大范圍的同步電機(jī)類型包括諸如如IPM的電機(jī)，對(duì)于IPM用于再生制動(dòng)的操作狀態(tài)不能被減少為閉式表達(dá)式。因此，這些實(shí)施例允許使用所涉及的馬達(dá)和動(dòng)力系統(tǒng)的極其準(zhǔn)確的模型，具體地說(shuō)，以便能考慮可以具體于具體的馬達(dá)的制作和模型的參數(shù)。此外，能夠在有或沒(méi)有外部機(jī)械制動(dòng)的情況下操作這些實(shí)施例，同時(shí)在再生制動(dòng)期間仍然使充電電流最大化。此外，可以預(yù)期如結(jié)合這些實(shí)施例使用的，在查找表中儲(chǔ)存和訪問(wèn)制動(dòng)轉(zhuǎn)矩將減少再生制動(dòng)控制器的計(jì)算負(fù)荷，并且因此能夠使馬達(dá)控制系統(tǒng)的性能最大化，促進(jìn)控制回路以其操作的頻率對(duì)應(yīng)的增加。

雖然在本說(shuō)明書中已經(jīng)描述了一個(gè)或更多個(gè)實(shí)施例，但是當(dāng)然可以預(yù)期這些實(shí)施例的修改和供選擇的方案，對(duì)于已經(jīng)參考本說(shuō)明書及其附圖的本領(lǐng)域中的普通技術(shù)人員來(lái)說(shuō)，能夠獲得本發(fā)明的一個(gè)或更多個(gè)優(yōu)點(diǎn)和益處的此類修改和供選擇的方案將是明顯的?？梢灶A(yù)期此類修改和供選擇的方案在如本文中隨后所要求保護(hù)的本發(fā)明的范圍內(nèi)。