專利名稱：用于自適應(yīng)補(bǔ)償解算器的位置誤差的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本申請(qǐng)涉及一種用于補(bǔ)償從解算器測(cè)量的位置信息中所包含的位置誤差的方法， 所述解算器是用于電動(dòng)機(jī)控制的位置傳感器。
背景技術(shù)：
當(dāng)通過(guò)矢量控制驅(qū)動(dòng)永磁同步電動(dòng)機(jī)時(shí)，需要該永磁同步電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)子的準(zhǔn)確位置信息。典型地，解算器(例如壓力傳感器)可以用于識(shí)別轉(zhuǎn)子的絕對(duì)位置。然而，由于解算器的變壓比的差異、不平衡的激勵(lì)信號(hào)、電感諧波成分的存在、以及信號(hào)處理電路上的失真，會(huì)發(fā)生信號(hào)的幅度不平衡，從而在位置信息中引起周期性的誤差成分。因此，由于電動(dòng)機(jī)控制性能的降低，解算器在高性能領(lǐng)域中的使用和有效性受到了限制。為了減小解算器中這樣的位置誤差，可以把預(yù)先由精確位置傳感器測(cè)量的誤差信息寫(xiě)入存儲(chǔ)器例如ROM(只讀存儲(chǔ)器)的表格中，并且位置誤差隨后可以基于所述誤差信息而得到補(bǔ)償(下文中的“第一相關(guān)技術(shù)”)?？蛇x地，解算器的輸出信號(hào)可以通過(guò)使用回歸方程來(lái)建模，并且隨后可以使用遞歸最小二乘法來(lái)估算模型參數(shù)，使得模型值和所測(cè)信號(hào)之間的誤差得以最小化，從而補(bǔ)償解算器的輸出信號(hào)(下文中的“第二相關(guān)技術(shù)”)。在第一相關(guān)技術(shù)中，需要進(jìn)行測(cè)量操作以獲取存儲(chǔ)在存儲(chǔ)器的表格中的誤差數(shù)據(jù)，并且對(duì)一個(gè)樣本產(chǎn)品獲取的這樣的誤差數(shù)據(jù)并不反映各產(chǎn)品之間的偏差。因此，根據(jù)第一相關(guān)技術(shù)，需要對(duì)每個(gè)產(chǎn)品執(zhí)行單獨(dú)的零點(diǎn)調(diào)整，因此需要附加的計(jì)算，這會(huì)放慢工序的效率和總體速度。在第二相關(guān)技術(shù)中，解算器的輸出信號(hào)通過(guò)估算的信號(hào)模型直接補(bǔ)償。然而，由于信號(hào)是高頻AC值并且對(duì)于該補(bǔ)償處理需要復(fù)雜的模擬電子電路或數(shù)字信號(hào)處理系統(tǒng)，因此不易于實(shí)現(xiàn)該方案。此外，僅當(dāng)測(cè)量的位置信息與計(jì)算的誤差信息同步時(shí)才能夠得到準(zhǔn)確的補(bǔ)償。因此，與第一相關(guān)技術(shù)相似，需要對(duì)每個(gè)產(chǎn)品執(zhí)行單獨(dú)的零點(diǎn)調(diào)整，因而同樣需要附加的計(jì)算，這會(huì)放慢工序的效率和總體速度。本背景技術(shù)部分中公開(kāi)的信息僅用于加強(qiáng)對(duì)本發(fā)明的一般背景的理解，并且不應(yīng)被看作是對(duì)該信息形成了本領(lǐng)域技術(shù)人員已知的現(xiàn)有技術(shù)的承認(rèn)或任何形式的暗示。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明致力于提供一種通過(guò)利用解算器數(shù)字轉(zhuǎn)換器的輸出信號(hào)來(lái)自適應(yīng)補(bǔ)償解算器的位置誤差的裝置，其不需要使用解算器的輸出信號(hào)。本發(fā)明的一示例性實(shí)施例提供了一種用于自適應(yīng)補(bǔ)償解算器的位置誤差的裝置， 該裝置包括位置誤差估算器，其被配置成從解算器數(shù)字轉(zhuǎn)換器接收由解算器檢測(cè)的與電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)子相關(guān)的位置信息。特別地，解算器數(shù)字轉(zhuǎn)換器被配置成將位置信息數(shù)字化并自適應(yīng)地估算位置信息中所包含的位置誤差。另外，位置誤差補(bǔ)償器從位置信息中減去所估算的位置誤差，并且計(jì)算經(jīng)補(bǔ)償?shù)奈恢眯畔ⅰ?br> 位置誤差估算器可以包括速度脈動(dòng)估算部，其被配置成從通過(guò)對(duì)位置信息求微分而獲得的值中減去理想速度來(lái)獲取速度脈動(dòng)。該理想速度可以從通過(guò)對(duì)位置信息求微分而獲得的值中去除位置誤差所引起的脈動(dòng)頻率成分而獲得。位置誤差估算器還包括參數(shù)估算部，其被配置成對(duì)包括速度脈動(dòng)、位置信息和理想速度的回歸方程應(yīng)用遞歸最小二乘法，并且估算回歸方程中所包含的未知參數(shù)。此外，位置誤差建模部通過(guò)利用所估算的未知參數(shù)和位置信息來(lái)產(chǎn)生位置誤差模型方程，并且根據(jù)位置誤差模型方程估算位置誤差。回歸方程可以通過(guò)以下表達(dá)式來(lái)表達(dá)OJnppk (/.) = MCOS Θ, ■ - ω sin 9t . ψ\ + 2ω cos 2Θ, . ψ] — 2&>sin 2Θ, · ，其中表示第i個(gè)位置信息θ i的速度脈動(dòng)，ω表示理想速度，并且 Ψ、(、ψ\、W和<表示已知參數(shù)。位置誤差模型方程可以用以下表達(dá)式表達(dá)θΕρ (/) = sin θ, . ψ\ρ + cos Oi ■ ψ\ρ + sin 26 , · ψ\ρ + cos W1 · ψ\ρ，其中θ Ep(i)表示第i個(gè)位置信息的估算位置誤差。本發(fā)明的另一示例性實(shí)施例提供了一種包括上述裝置、解算器和解算器數(shù)字轉(zhuǎn)換器的系統(tǒng)。本發(fā)明的又一示例性實(shí)施例提供了一種由上述裝置執(zhí)行的方法和記錄有用于執(zhí)行所述方法的計(jì)算機(jī)程序的計(jì)算機(jī)可讀記錄介質(zhì)。有利地，可以容易地實(shí)現(xiàn)解算器的位置誤差補(bǔ)償，從而自動(dòng)地使各產(chǎn)品之間的偏差得到適應(yīng)。因此，可以防止由位置誤差引起的電動(dòng)機(jī)控制性能的降低，并且可以展現(xiàn)出最大控制性能。例如，可以使電流和轉(zhuǎn)矩的脈動(dòng)最小化，可以減小速度測(cè)量脈動(dòng)以增強(qiáng)利用速度信息的控制功能，并且可以使電流脈動(dòng)最小化以提高可獲得的有效電壓，從而確保最大輸出區(qū)域。此外，由于本發(fā)明的示例性實(shí)施例可以通過(guò)由處理器、控制器等執(zhí)行的軟件方式實(shí)現(xiàn)，而不取決于外部獨(dú)立的物理單元，所以可以以較低的成本簡(jiǎn)單地補(bǔ)償解算器的位置誤差。此外，由于不需要使用昂貴的高精度位置傳感器來(lái)確保解算器的性能，所以可以以甚至更低的成本來(lái)實(shí)現(xiàn)高性能解算器系統(tǒng)。本發(fā)明的方法和裝置所具有的其它特征和優(yōu)點(diǎn)根據(jù)結(jié)合在本文中的附圖以及一起用于解釋本發(fā)明的某些原理的本發(fā)明的下列詳細(xì)說(shuō)明將是明顯的或者將在附圖以及下列詳細(xì)說(shuō)明中更詳細(xì)地闡述。


圖1是根據(jù)本發(fā)明的示例性實(shí)施例的裝置的配置圖；圖2是圖1的速度脈動(dòng)測(cè)量部的詳細(xì)配置圖；圖3是圖1的參數(shù)估算部的詳細(xì)配置圖；圖4是圖1的位置誤差建模部的詳細(xì)配置圖；圖5是示出根據(jù)本發(fā)明的示例性實(shí)施例的方法的流程圖；圖6A至6D是示出根據(jù)本發(fā)明的示例性實(shí)施例的實(shí)驗(yàn)結(jié)果的圖。應(yīng)該理解的是，附圖不一定要依比例，而是呈現(xiàn)出說(shuō)明本發(fā)明的基本原理的各種特征的稍微簡(jiǎn)化的表示。本文中公開(kāi)的本發(fā)明的特定設(shè)計(jì)特征，包括例如特定尺寸、方向、 位置和形狀，將部分地由期望的特定應(yīng)用和使用環(huán)境來(lái)確定。在附圖中，附圖標(biāo)記在附圖的幾幅圖中始終指代本發(fā)明的相同或等效部分。
具體實(shí)施例方式現(xiàn)在將詳細(xì)參考本發(fā)明的各種實(shí)施例，其實(shí)例在附圖中示出并在下面說(shuō)明。雖然將結(jié)合示例性實(shí)施例說(shuō)明本發(fā)明，但是應(yīng)理解的是，本說(shuō)明并非意在將本發(fā)明限于那些示例性實(shí)施例。相反，本發(fā)明意在不僅覆蓋示例性實(shí)施例，而且覆蓋可包括在如所附權(quán)利要求所限定的本發(fā)明的精神和范圍之內(nèi)的各種替代形式、改型、等效形式和其它實(shí)施例。應(yīng)該理解的是，本文中使用的術(shù)語(yǔ)“車(chē)輛”或“車(chē)輛的”或其它類似術(shù)語(yǔ)包括一般的具有電動(dòng)機(jī)的機(jī)動(dòng)車(chē)輛(諸如包括運(yùn)動(dòng)型多功能車(chē)(SUV)、公共汽車(chē)、卡車(chē)、各種商用車(chē)輛在內(nèi)的客車(chē))、包括各種艇和船在內(nèi)的水運(yùn)工具、飛行器等，并且包括混合動(dòng)力車(chē)、電動(dòng)車(chē)、 插電式混合電動(dòng)車(chē)、氫動(dòng)力車(chē)以及其它代用燃料車(chē)(例如從除石油以外的資源中取得的燃料)。如本文中所述，混合動(dòng)力車(chē)是具有兩個(gè)或更多個(gè)動(dòng)力源的車(chē)輛，例如既有汽油動(dòng)力又有電動(dòng)力的車(chē)輛。圖1示出根據(jù)本發(fā)明的示例性實(shí)施例的裝置10。用于自適應(yīng)補(bǔ)償解算器的位置誤差的裝置10包括位置誤差估算器12和位置誤差補(bǔ)償器16。位置誤差估算器12包括速度脈動(dòng)測(cè)量部13、參數(shù)估算部14和位置誤差建模部15。用于自適應(yīng)補(bǔ)償解算器的位置誤差的系統(tǒng)1還包括解算器20和解算器數(shù)字轉(zhuǎn)換器30。解算器20檢測(cè)電動(dòng)機(jī)(諸如永磁同步電動(dòng)機(jī))的轉(zhuǎn)子的絕對(duì)位置。為了該操作， 解算器20由通過(guò)激勵(lì)放大器22放大的激勵(lì)參考電壓操作。由解算器20檢測(cè)出的位置信息被作為正弦信號(hào)和余弦信號(hào)輸出到解算器數(shù)字轉(zhuǎn)換器30。解算器數(shù)字轉(zhuǎn)換器30將位置信息數(shù)字化并輸出位置信息。數(shù)字化的位置信息θ 被分別輸入到速度脈動(dòng)測(cè)量部13、參數(shù)估算部14、位置誤差建模部15和位置誤差補(bǔ)償部 16。位置誤差補(bǔ)償部16從所測(cè)量的位置誤差θ中減去由位置誤差建模部15估算的位置誤差θ Ερ，并且計(jì)算經(jīng)補(bǔ)償?shù)奈恢眯畔ⅵ?。。圖2示出圖1的速度脈動(dòng)測(cè)量部13的詳細(xì)配置。速度脈動(dòng)測(cè)量部13包括位置信息微分單元131、理想速度計(jì)算單元133和速度脈動(dòng)計(jì)算單元135。位置信息微分單元131 對(duì)速度信息θ求微分并且獲取速度信息ω ‘。理想速度計(jì)算單元133包括低通濾波器 (LPF)以計(jì)算理想速度ω。速度脈動(dòng)計(jì)算單元135從速度信息ω ‘中減去理想速度ω并且計(jì)算并輸出速度脈動(dòng)。位置信息微分單元131從自解算器數(shù)字轉(zhuǎn)換器30接收的位置信息θ中減去先前位置信息Ζ—1并且獲取位置增量χ。然后，位置信息微分單元131對(duì)位置增量χ執(zhí)行模運(yùn)算 (mod(X，2 π ))，并且獲取經(jīng)補(bǔ)償?shù)奈恢眯畔?。此外，位置信息微分單?31把經(jīng)補(bǔ)償?shù)奈恢眯畔⒊圆蓸又芷赥s并且獲取速度信息ω ’。這里，Ζ"1表示被稱為Z域的離散時(shí)間系統(tǒng)中的早先時(shí)間的一個(gè)采樣。因此，早先時(shí)間的兩個(gè)采樣可以用Ζ—2來(lái)表示。同時(shí)，由于從解算器數(shù)字轉(zhuǎn)換器30輸出的位置信息具有0至2 π的有限范圍，因此在間斷點(diǎn)0或附近， 可能會(huì)在差值中發(fā)生誤差。然而，由于如上所述對(duì)位置增量χ執(zhí)行模運(yùn)算，因此這樣的誤差可以得到補(bǔ)償。
以這樣的方式獲取的速度信息ω ‘反映了位置誤差的影響。因此，為了測(cè)量速度脈動(dòng)ωΗρρ1ε，需要采用排除了位置誤差的影響的理想速度ω。理想速度ω是從通過(guò)對(duì)位置信息求微分而獲得的速度信息中去除由位置誤差引起的脈動(dòng)的頻率成分而獲取的。理想速度計(jì)算單元133通過(guò)使用截止頻率被設(shè)置為去除位置誤差所引起的速度成分的LPF，來(lái)計(jì)算去除了由位置誤差引起的脈動(dòng)頻率成分的理想速度ω。速度脈動(dòng)計(jì)算單元135通過(guò)從速度信息ω'中減去理想速度ω來(lái)計(jì)算速度脈動(dòng)并輸出計(jì)算出的速度脈動(dòng)。圖3示出圖1的參數(shù)估算部14的詳細(xì)配置。參數(shù)估算部14包括回歸方程產(chǎn)生單元141和參數(shù)估算值計(jì)算單元143?；貧w方程產(chǎn)生單元141通過(guò)使用從速度脈動(dòng)估算部13 接收的理想速度ω和從解算器數(shù)字轉(zhuǎn)換器30接收的位置信息θ，根據(jù)下面的表達(dá)式產(chǎn)生回歸方程式。[表達(dá)式1]
權(quán)利要求
1.一種用于自適應(yīng)補(bǔ)償解算器的位置誤差的裝置，所述裝置包括位置誤差估算器，其被配置成從解算器數(shù)字轉(zhuǎn)換器接收由所述解算器檢測(cè)的電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)子的位置信息，其中所述解算器數(shù)字轉(zhuǎn)換器被配置成將所述位置信息數(shù)字化并自適應(yīng)地估算所述位置信息中所包含的位置誤差；以及位置誤差補(bǔ)償器，其被配置成從所述位置信息中減去所估算的位置誤差，并且計(jì)算經(jīng)補(bǔ)償?shù)奈恢眯畔ⅰ?br> 2.如權(quán)利要求1所述的裝置，其中所述位置誤差估算器包括速度脈動(dòng)估算部，其被配置成從通過(guò)對(duì)所述位置信息求微分而獲得的值中減去理想速度來(lái)獲取速度脈動(dòng)，其中所述理想速度是從通過(guò)對(duì)所述位置信息求微分而獲得的值中去除所述位置誤差所引起的脈動(dòng)的頻率成分而獲得的；參數(shù)估算部，其被配置成對(duì)包括所述速度脈動(dòng)、所述位置信息和所述理想速度的回歸方程應(yīng)用遞歸最小二乘法，并且估算所述回歸方程中所包含的未知參數(shù)；以及位置誤差建模部，其被配置成通過(guò)利用所估算的未知參數(shù)和所述位置信息來(lái)產(chǎn)生位置誤差模型方程，并且根據(jù)所述位置誤差模型方程估算所述位置誤差。
3.如權(quán)利要求2所述的裝置，其中所述回歸方程通過(guò)以下表達(dá)式表達(dá) ωηρρΙι人 P) = ω cos O1 . ψ^ - ω SmOl . ψ\ + 2ω CoslOl · - 2ω η2θ) ’ ψ 4其中表示第i個(gè)位置信息Qi的速度脈動(dòng)，ω表示所述理想速度，并且 ψ、[ ΨΙ、W和仏°表示已知參數(shù)。
4.如權(quán)利要求3所述的裝置，其中所述位置誤差模型方程通過(guò)以下表達(dá)式表達(dá) Olip (J) = sin θ, , ψ°ρ + cos θ, ■ ψ°2ρ + sin 2Θ, . ψ°3ρ + cos 2Θ, . ψ°4ρ，其中θ Ep(i)表示第i個(gè)位置信息的估算位置誤差。
5.一種系統(tǒng)，包括解算器，其被配置成檢測(cè)電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)子的位置信息；解算器數(shù)字轉(zhuǎn)換器，其被配置成接收由所述解算器檢測(cè)的所述位置信息并將所述位置信息數(shù)字化；位置誤差估算器，其被配置成從所述解算器數(shù)字轉(zhuǎn)換器接收位置信息并自適應(yīng)地估算所述位置信息中所包含的位置誤差；以及位置誤差補(bǔ)償器，其被配置成從所述位置信息中減去所估算的位置誤差，并且計(jì)算經(jīng)補(bǔ)償?shù)奈恢眯畔ⅰ?br> 6.一種包含由控制器執(zhí)行的可執(zhí)行程序指令的計(jì)算機(jī)可讀介質(zhì)，所述可執(zhí)行程序指令包括從解算器數(shù)字轉(zhuǎn)換器接收由解算器檢測(cè)的電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)子的位置信息的程序指令，所述解算器數(shù)字轉(zhuǎn)換器將所述位置信息數(shù)字化；從通過(guò)對(duì)所接收的位置信息求微分而獲得的值中減去理想速度來(lái)測(cè)量速度脈動(dòng)的程序指令，其中所述理想速度是從通過(guò)對(duì)所述位置信息求微分而獲得的值中去除由位置誤差引起的脈動(dòng)的頻率成分而獲得的；通過(guò)對(duì)包括所述速度脈動(dòng)、所述位置信息和所述理想速度的回歸方程應(yīng)用遞歸最小二乘法來(lái)估算所述回歸方程中所包含的未知參數(shù)的程序指令；通過(guò)利用所估算的未知參數(shù)和所述位置信息來(lái)產(chǎn)生位置誤差模型方程，并且根據(jù)所述位置誤差模型方程估算所述位置誤差的程序指令；以及通過(guò)從所述位置信息中減去所估算的位置誤差來(lái)計(jì)算經(jīng)補(bǔ)償?shù)奈恢眯畔⒌某绦蛑噶睢?br> 7.如權(quán)利要求6所述的計(jì)算機(jī)可讀介質(zhì)，其中所述回歸方程通過(guò)以下表達(dá)式表達(dá) COnpple (,■) = iycos O1 ■ ψ^ 一 ω sin O1 ■ ψ\ + 2< cos 20t . ψ\ - sin 26t ·其中表示第i個(gè)位置信息Qi的速度脈動(dòng)，ω表示所述理想速度，并且 ψ0、、ψ 、和<表示已知參數(shù)。
8.如權(quán)利要求7所述的計(jì)算機(jī)可讀介質(zhì)，其中所述位置誤差模型方程通過(guò)以下表達(dá)式表達(dá)θΕρ (0 = Sin θ, ■ ψ°ρ + cos θ, . ψ\ρ + sin 2Θ‘ . ψ\ρ + cos 2Θ, . ψ°4ρ ’其中θ Ep(i)表示第i個(gè)位置信息的估算位置誤差。
9.一種方法，包括由控制器從解算器數(shù)字轉(zhuǎn)換器接收由解算器檢測(cè)的電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)子的位置信息，所述解算器數(shù)字轉(zhuǎn)換器將所述位置信息數(shù)字化；由所述控制器從通過(guò)對(duì)所接收的位置信息求微分而獲得的值中減去理想速度來(lái)測(cè)量速度脈動(dòng)，其中所述理想速度是從通過(guò)對(duì)所述位置信息求微分而獲得的值中去除由位置誤差引起的脈動(dòng)的頻率成分而獲得的；由所述控制器通過(guò)對(duì)包括所述速度脈動(dòng)、所述位置信息和所述理想速度的回歸方程應(yīng)用遞歸最小二乘法來(lái)估算所述回歸方程中所包含的未知參數(shù)；由所述控制器通過(guò)利用所估算的未知參數(shù)和所述位置信息來(lái)產(chǎn)生位置誤差模型方程， 并且根據(jù)所述位置誤差模型方程估算所述位置誤差；以及由所述控制器通過(guò)從所述位置信息中減去所估算的位置誤差來(lái)計(jì)算經(jīng)補(bǔ)償?shù)奈恢眯畔ⅰ?br> 10.如權(quán)利要求9所述的方法，其中所述回歸方程通過(guò)以下表達(dá)式表達(dá) (X)nppk(/) = ωCosOl ■ ψ - ωSmOf ·ψ\ + 2ωCoslOl ■ - 2^8^26*, ·其中表示第i個(gè)位置信息Qi的速度脈動(dòng)，ω表示所述理想速度，并且 ψ"、ΨΙ、W和<表示已知參數(shù)。
11.如權(quán)利要求9所述的方法，其中所述位置誤差模型方程通過(guò)以下表達(dá)式表達(dá) θΗρ (0 = sin θ, ■ ψ\ρ + cos θ,. ψ\ρ + sin 2Θ, ■ ψ°3ρ + cos 26>( · ψ\ρ，其中θ Ep(i)表示第i個(gè)位置信息的估算位置誤差。
全文摘要
本發(fā)明提供了一種用于自適應(yīng)補(bǔ)償解算器的位置誤差的方法，包括從解算器數(shù)字轉(zhuǎn)換器接收由解算器檢測(cè)的電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)子的位置信息，所述解算器數(shù)字轉(zhuǎn)換器將位置信息數(shù)字化；從通過(guò)對(duì)所接收的位置信息求微分而獲得的值中減去理想速度來(lái)測(cè)量速度脈動(dòng)，其中理想速度是從通過(guò)對(duì)位置信息求微分而獲得的值中去除由位置誤差引起的脈動(dòng)的頻率成分而獲得的；通過(guò)對(duì)包括速度脈動(dòng)、位置信息和理想速度的回歸方程應(yīng)用遞歸最小二乘法來(lái)估算回歸方程中所包含的未知參數(shù)；通過(guò)利用所估算的未知參數(shù)和位置信息來(lái)產(chǎn)生位置誤差模型方程，并且根據(jù)位置誤差模型方程估算位置誤差；以及通過(guò)從位置信息中減去所估算的位置誤差來(lái)計(jì)算經(jīng)補(bǔ)償?shù)奈恢眯畔ⅰ?br> 文檔編號(hào)H02P21/05GK102487265SQ201110398938
公開(kāi)日2012年6月6日 申請(qǐng)日期2011年10月31日 優(yōu)先權(quán)日2010年12月1日
發(fā)明者丁泰榮, 任亨彬, 梁炳訓(xùn) 申請(qǐng)人:現(xiàn)代自動(dòng)車(chē)株式會(huì)社, 起亞自動(dòng)車(chē)株式會(huì)社