本發(fā)明涉及一種馬達(dá)驅(qū)動器的控制系統(tǒng)及其控制方法，尤其涉及一種結(jié)合弱磁控制模塊與每安培電流最大轉(zhuǎn)矩控制器而運(yùn)算出d軸電流命令與q軸電流命令的馬達(dá)驅(qū)動器的控制系統(tǒng)。

背景技術(shù)：

一般而言，現(xiàn)有的馬達(dá)驅(qū)動器是依據(jù)q軸座標(biāo)的定子電流所產(chǎn)生的磁通與d軸座標(biāo)上的轉(zhuǎn)子磁通交互作用，藉以對馬達(dá)的向量進(jìn)行控制，其中，馬達(dá)在運(yùn)轉(zhuǎn)時所產(chǎn)生的反電動勢與轉(zhuǎn)速成正比，當(dāng)轉(zhuǎn)速上升而電壓不足以克服三相交流馬達(dá)所產(chǎn)生的反電動勢時，會造成馬達(dá)在高速運(yùn)轉(zhuǎn)的范圍上有所限制，因而現(xiàn)有的馬達(dá)驅(qū)動器會通過弱磁控制的方式來調(diào)整d軸電流，以降低轉(zhuǎn)子磁通而克服高速下所產(chǎn)生的反電動勢，藉以提升運(yùn)轉(zhuǎn)速度的范圍。

請參閱圖1，圖1顯示本發(fā)明先前技術(shù)的并轉(zhuǎn)矩區(qū)與定功率區(qū)的波形示意圖，如圖1所示，除了上述弱磁控制方式外，現(xiàn)有技術(shù)還會采用每安培電流最大轉(zhuǎn)矩(Maximum Torque Per Ampere；MTPA)的控制方式，而以現(xiàn)有的馬達(dá)驅(qū)動器的控制方式來說，主要分為定轉(zhuǎn)矩區(qū)與定功率區(qū)的控制，其中定轉(zhuǎn)矩區(qū)是采用上述的每安培電流最大轉(zhuǎn)矩的控制方式，定功率區(qū)則是采用弱磁控制的方式，然而，現(xiàn)有技術(shù)受限于電路架構(gòu)的設(shè)計，因此一般僅能采用其中一種控制方式，但在電動車的馬達(dá)控制中，馬達(dá)必須操作在定轉(zhuǎn)矩區(qū)與定功率區(qū)兩個區(qū)域，但以現(xiàn)有技術(shù)來說，兩個控制方式如何平穩(wěn)的轉(zhuǎn)換，尚未進(jìn)行探討，因此現(xiàn)有技術(shù)仍具備改善的空間。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

有鑒于現(xiàn)有技術(shù)的馬達(dá)驅(qū)動控制器采用每安培電流最大轉(zhuǎn)矩控制與弱磁控制，因而普遍具有在電動車領(lǐng)域無法確實使用的問題。緣此，本發(fā)明的目的在于提供一種馬達(dá)驅(qū)動器的控制系統(tǒng)，主要是設(shè)有每安培電流最大轉(zhuǎn)矩 (Maximum Torque Per Ampere；MTPA)控制模塊與弱磁控制模塊，以達(dá)到可采用兩種控制方式而解決上述的問題。

基于上述目的，本發(fā)明所采用的主要技術(shù)手段是提供一種馬達(dá)驅(qū)動器的控制系統(tǒng)，包含一交流電源供應(yīng)模塊、一馬達(dá)、一驅(qū)動運(yùn)算器、一弱磁控制模塊、一每安培電流最大轉(zhuǎn)矩(Maximum Torque Per Ampere；MTPA)控制器以及一電流運(yùn)算模塊。交流電源供應(yīng)模塊用以產(chǎn)生一三相輸入電源，馬達(dá)電性連接于交流電源供應(yīng)模塊，并接收三相輸入電源處于一運(yùn)作狀態(tài)，且馬達(dá)在運(yùn)作狀態(tài)時具有一運(yùn)轉(zhuǎn)速度。驅(qū)動運(yùn)算器系電性連接于馬達(dá)，用以依據(jù)運(yùn)轉(zhuǎn)速度與一速度命令運(yùn)算出一限制電流，弱磁控制模塊用以提供一d軸弱磁電流值，每安培電流最大轉(zhuǎn)矩控制器電性連接于驅(qū)動運(yùn)算器，用以依據(jù)限制電流運(yùn)算出一d軸電流額定值。電流運(yùn)算模塊電性連接于弱磁控制模塊與每安培電流最大轉(zhuǎn)矩控制器，用以依據(jù)d軸電流額定值與d軸弱磁電流值運(yùn)算出一d軸電流命令，并將d軸電流命令傳送至每安培電流最大轉(zhuǎn)矩控制器。其中，在每安培電流最大轉(zhuǎn)矩控制器接收到d軸電流命令后，依據(jù)d軸電流命令與限制電流運(yùn)算出一q軸電流命令。

其中，上述馬達(dá)驅(qū)動器的控制系統(tǒng)的附屬技術(shù)手段的較佳實施例中，電流命令運(yùn)算模塊為一第一加法器，第一加法器電性連接于每安培電流最大轉(zhuǎn)矩控制器，用以加總d軸電流額定值與d軸弱磁電流值而運(yùn)算出d軸電流命令。此外，更包含一相量控制模塊，電性連接于電流命令運(yùn)算模塊與每安培電流最大轉(zhuǎn)矩控制器，藉以依據(jù)d軸電流命令運(yùn)算出一d軸電壓命令，并依據(jù)q軸電流命令運(yùn)算出一q軸電壓命令。另外，更包含一空間向量調(diào)變模塊，電性連接于相量控制模塊與交流電源供應(yīng)模塊，藉以依據(jù)d軸電壓命令與q軸電壓命令控制交流電源供應(yīng)模塊。

上述馬達(dá)驅(qū)動器的控制系統(tǒng)的附屬技術(shù)手段的較佳實施例中，相量控制模塊電性連接于馬達(dá)與交流電源供應(yīng)模塊，并包含包含一第一減法器、一d軸電流控制器、一第二減法器、一q軸電流控制器、一電壓解耦補(bǔ)償器、一第二加法器以及一第三加法器，第一減法器電性連接于電流命令運(yùn)算模塊，用以依據(jù)d軸電流命令與交流電源供應(yīng)模塊所反饋的一d軸反饋電流運(yùn)算出一d軸運(yùn)算電流，d軸電流控制器電性連接于第一減法器，用以依據(jù)d軸運(yùn)算電流運(yùn)算出一d軸運(yùn)算電壓，第二減法器電性連接于每安培電流最大轉(zhuǎn)矩控制器，用以依 據(jù)q軸電流命令與交流電源供應(yīng)模塊所反饋的一q軸反饋電流運(yùn)算出一q軸運(yùn)算電流，q軸電流控制器電性連接于第二減法器，用以依據(jù)q軸運(yùn)算電流運(yùn)算出一q軸運(yùn)算電壓。電壓解耦補(bǔ)償器提供一電壓補(bǔ)償值，第二加法器電性連接于d軸電流控制器與電壓解耦補(bǔ)償器，用以依據(jù)d軸運(yùn)算電壓與電壓補(bǔ)償值運(yùn)算出d軸電壓命令，第三加法器電性連接于q軸電流控制器與電壓解耦補(bǔ)償器，用以依據(jù)q軸運(yùn)算電壓與電壓補(bǔ)償值運(yùn)算出q軸電壓命令。

藉由本發(fā)明所采用的馬達(dá)驅(qū)動器的控制系統(tǒng)及其控制方法的主要技術(shù)手段后，由于在系統(tǒng)中設(shè)有每安培電流最大轉(zhuǎn)矩(Maximum Torque Per Ampere；MTPA)控制模塊與弱磁控制模塊，因此在電動車領(lǐng)域可確實對馬達(dá)在定功率區(qū)與定轉(zhuǎn)矩區(qū)進(jìn)行控制，因而可有效地應(yīng)用電動車領(lǐng)域而解決現(xiàn)有的問題。

以下結(jié)合附圖和具體實施例對本發(fā)明進(jìn)行詳細(xì)描述，但不作為對本發(fā)明的限定。

附圖說明

圖1顯示本發(fā)明先前技術(shù)的并轉(zhuǎn)矩區(qū)與定功率區(qū)的波形示意圖；以及

圖2顯示本發(fā)明較佳實施例的馬達(dá)驅(qū)動器的控制統(tǒng)的方框示意圖。

其中，附圖標(biāo)記

1 馬達(dá)驅(qū)動器的控制系統(tǒng)

11 交流電源供應(yīng)模塊

12 馬達(dá)

121 編碼器

13 驅(qū)動運(yùn)算器

14 弱磁控制模塊

15 每安培電流最大轉(zhuǎn)矩控制器

16 電流命令運(yùn)算模塊

17 相量控制模塊

171 第二減法器

172 d軸電流控制器

173 第三減法器

174 q軸電流控制器

175 電壓解耦補(bǔ)償器

176 第二加法器

177 第三加法器

178 座標(biāo)轉(zhuǎn)換器

18 空間向量調(diào)變模塊

ω_m^* 速度命令

ω_m 運(yùn)轉(zhuǎn)速度

限制電流

d軸電流額定值

i_dfw d軸弱磁電流值

d軸電流命令

d軸反饋電流

d軸電壓命令

q軸電流命令

q軸反饋電流

q軸電壓命令

i_as 第一相電流

i_bs 第二相電流

具體實施方式

下面結(jié)合附圖對本發(fā)明的結(jié)構(gòu)原理和工作原理作具體的描述：

由于本發(fā)明所提供的馬達(dá)驅(qū)動器的控制系統(tǒng)中，其組合實施方式不勝枚舉，故在此不再一一贅述，僅列舉一較佳實施例加以具體說明。

請參閱圖2，圖2顯示本發(fā)明較佳實施例的馬達(dá)驅(qū)動器的控制系統(tǒng)的方框示意圖。如圖所示，本發(fā)明較佳實施例的馬達(dá)驅(qū)動器的控制系統(tǒng)1包含一交流電源供應(yīng)模塊11、一馬達(dá)12、一驅(qū)動運(yùn)算器13、一弱磁控制模塊14、一每安培電流最大轉(zhuǎn)矩(Maximum Torque Per Ampere；MTPA)控制器15、一電流運(yùn)算模塊16、一相量控制模塊17以及一空間向量調(diào)變模塊18。交流電源供應(yīng)模塊11用以產(chǎn)生一三相輸入電源，其中，交流電源供應(yīng)模塊11可為交流電源、整流模塊、直流鏈電容與變頻模塊的組合，但其他實施例中不限于此，三相輸 入電源即是經(jīng)上述電路處理過的電源(例如圖3中所示的第一相電流i_as與第二相電流i_bs，其中第三相電流并未示出)。

馬達(dá)12為現(xiàn)有的馬達(dá)，電性連接于交流電源供應(yīng)模塊11，并接收三相輸入電源而處于一運(yùn)作狀態(tài)，且馬達(dá)12在運(yùn)作狀態(tài)時具有一運(yùn)轉(zhuǎn)速度，在此需要一提的是，此運(yùn)作狀態(tài)可為停止運(yùn)轉(zhuǎn)或是實際運(yùn)轉(zhuǎn)的狀態(tài)，以實際運(yùn)轉(zhuǎn)狀態(tài)來說，運(yùn)作狀態(tài)可為圖1所示的定轉(zhuǎn)矩區(qū)的運(yùn)作狀態(tài)與定功率區(qū)的運(yùn)作狀態(tài)。另外，馬達(dá)12還可設(shè)置有編碼器121，其用于傳送出馬達(dá)12內(nèi)的轉(zhuǎn)子的速度信息。

驅(qū)動運(yùn)算器13電性連接于馬達(dá)12，其可為減法器、速度控制器與電流限制器依序組合而成，但其為現(xiàn)有技術(shù)，因此不再贅述。弱磁控制模塊14例如可由加法器、低通濾波器與減法器所組合而成，但不限于此。每安培電流最大轉(zhuǎn)矩控制器15電性連接于驅(qū)動運(yùn)算器13，其例如可由電流運(yùn)算器所組成，而前述的電流運(yùn)算器一般依據(jù)運(yùn)算式來進(jìn)行運(yùn)算，以下將對此進(jìn)行詳述。電流運(yùn)算模塊16電性連接于弱磁控制模塊14與每安培電流最大轉(zhuǎn)矩控制器15，并為一第一加法器。

相量控制模塊17電性連接于馬達(dá)11、交流電源供應(yīng)模塊12、電流命令運(yùn)算模塊16與每安培電流最大轉(zhuǎn)矩控制器15，具體來說，相量控制模塊17包含一第一減法器171、一d軸電流控制器172、一第二減法器173、一q軸電流控制器174、一電壓解耦補(bǔ)償器175、一第二加法器176以及一第三加法器177，第一減法器171電性連接于電流運(yùn)算模塊16，d軸電流控制器172電性連接于第一減法器171，第二減法器173電性連接于每安培電流最大轉(zhuǎn)矩控制器15，q軸電流控制器174電性連接于第二減法器173，電壓解耦補(bǔ)償器175電性連接于d軸電流控制器172與q軸電流控制器174，第二加法器176電性連接于d軸電流控制器172與電壓解耦補(bǔ)償器175，第三加法器177電性連接于q軸電流控制器174與電壓解耦補(bǔ)償器175。另外，一般來說，相量控制模塊17還可再包含一座標(biāo)轉(zhuǎn)換器178，座標(biāo)轉(zhuǎn)換器178電性連接于交流電源供應(yīng)模塊11與第二減法器173，而此座標(biāo)轉(zhuǎn)換器178可為三轉(zhuǎn)二的轉(zhuǎn)換器，以將三相輸入電源的三相電流轉(zhuǎn)換為d軸反饋電流與q軸反饋電流。

空間向量調(diào)變模塊18電性連接于相量控制模塊17與交流電源供應(yīng)模塊12，而空間向量調(diào)變模塊18例如為一支持向量機(jī)(Support Vector Machine； SVM)，另外，其他實施例中，空間向量調(diào)變模塊18還電性連接于弱磁控制模塊14。

其中，實務(wù)上在運(yùn)作時，馬達(dá)12所設(shè)有的編碼器121將運(yùn)轉(zhuǎn)速度(以下定義為ω_m)傳送至驅(qū)動運(yùn)算器13，驅(qū)動運(yùn)算器13依據(jù)運(yùn)轉(zhuǎn)速度ω_m以及一速度命令(以下定義為ω_m^*)運(yùn)算出一限制電流(以下定義為)，上述運(yùn)算的方法例如是依序通過減法器、控制器與電流限制器運(yùn)算而得，其中，上述控制器的運(yùn)算式可為k_p1+(k_i1/s)，并運(yùn)算出電流后經(jīng)電流限制器的限制運(yùn)算(為現(xiàn)有技術(shù)，不再贅述)而產(chǎn)生上述的限制電流

每安培電流最大轉(zhuǎn)矩控制器15是對限制電流運(yùn)算出一d軸電流額定值(以下定義為運(yùn)算方法可采用多種方式，不再贅述)，另外，相量控制模塊17的座標(biāo)轉(zhuǎn)換器178在轉(zhuǎn)換出d軸反饋電流(以下定義為)與q軸反饋電流(以下定義為)后，第一減法器171會將d軸反饋電流與d軸電流命令進(jìn)行相減而得一d軸運(yùn)算電流，并將此相減的d軸運(yùn)算電流傳送至d軸電流控制器172(運(yùn)算式可為k_p3+(k_i3/s))進(jìn)行運(yùn)算而得一d軸運(yùn)算電壓，并將此d軸運(yùn)算電壓傳送至第二加法器176，使得第二加法器176可依據(jù)此運(yùn)算結(jié)果及電壓解耦補(bǔ)償器175所提供的電壓補(bǔ)償值而加總出一d軸電壓命令(以下定義為)。

同樣地，第二減法器173依據(jù)q軸反饋電流與一q軸電流命令進(jìn)行相減而得一q軸運(yùn)算電流，并將此相減的q軸運(yùn)算電流傳送至q軸電流控制器174(運(yùn)算式可為k_p2+(k_i2/s))進(jìn)行運(yùn)算而得一q軸運(yùn)算電壓，并將此q軸運(yùn)算電壓傳送至第三加法器177，使得第三加法器177可依據(jù)此運(yùn)算結(jié)果及電壓解耦補(bǔ)償器175所提供的電壓補(bǔ)償值而加總出一q軸電壓命令(以下定義為)。而d軸電壓命令與q軸電壓命令會傳送至空間向量調(diào)變模塊18，使得空間向量調(diào)變模塊18依據(jù)d軸電壓命令與q軸電壓命令控制交流電源供應(yīng)模塊11，其控制方法為限有技術(shù)，不再贅述。

弱磁控制模塊14提供一d軸弱磁電流值(以下定義為i_dfw，運(yùn)算方式為現(xiàn)有技術(shù)，不再贅述)，d軸弱磁電流值i_dfw可由加法器、低通濾波器與減法器運(yùn)算而得，且d軸弱磁電流值i_dfw是傳送至電流運(yùn)算模塊16，其中，電流運(yùn)算模塊16是依據(jù)每安培電流最大轉(zhuǎn)矩控制器15所提供的d軸電流額定值與弱磁控制模塊14所提供的d軸弱磁電流值i_dfw運(yùn)算出一d軸電流命令 并將d軸電流命令傳送至每安培電流最大轉(zhuǎn)矩控制器15，具體來說，電流運(yùn)算模塊16加總d軸電流額定值與d軸弱磁電流值i_dfw而獲得d軸電流命令(亦即)，并在每安培電流最大轉(zhuǎn)矩控制器15接收到d軸電流命令后，依據(jù)d軸電流命令與限制電流運(yùn)算出一q軸電流命令而q軸電流命令由每安培電流最大轉(zhuǎn)矩控制器15所提供的的函數(shù)式獲得。

綜合以上所述，本發(fā)明的主要目的是在命令d軸電流命令等于d軸電流額定值加總d軸弱磁電流值i_dfw(亦即)，且q軸電流命令是由每安培電流最大轉(zhuǎn)矩控制器15所提供的的函數(shù)式獲得。

因此，藉由本發(fā)明所采用的馬達(dá)驅(qū)動器的控制系統(tǒng)及其控制方法的主要技術(shù)手段，由于在系統(tǒng)中設(shè)有每安培電流最大轉(zhuǎn)矩(Maximum Torque Per Ampere；MTPA)控制模塊與弱磁控制模塊，因此在電動車領(lǐng)域可確實對馬達(dá)在定功率區(qū)與定轉(zhuǎn)矩區(qū)進(jìn)行控制，因而可有效地應(yīng)用電動車領(lǐng)域而解決現(xiàn)有的問題。

當(dāng)然，本發(fā)明還可有其它多種實施例，在不背離本發(fā)明精神及其實質(zhì)的情況下，熟悉本領(lǐng)域的技術(shù)人員當(dāng)可根據(jù)本發(fā)明作出各種相應(yīng)的改變和變形，但這些相應(yīng)的改變和變形都應(yīng)屬于本發(fā)明所附的權(quán)利要求的保護(hù)范圍。