電機控制的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及用于電動助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的電機控制電路的改進，特別是涉及對電動助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)中的多相無刷電機的脈沖寬度調(diào)制(PWM)控制。
【背景技術(shù)】
[0002]用于PffM受控電動機、特別是直流電機的控制系統(tǒng)通常需要測量通過電機的繞組或相的電流，并且這可以通過每相單獨的電流傳感器進行、或通過置于電路中的單一電流傳感器進行以便測量在直流電源與橋式電路和電機的組合之間流過的總的瞬時電流。在單一電流傳感器系統(tǒng)中，通過對將所需要的電壓施加到每相的開關(guān)的PWM模式偏置，并且在適合的點處對電流傳感器采樣，獲得多個電機相電流。
[0003]測量到的電流通常被轉(zhuǎn)換到靜止的d_q坐標(biāo)系中，并且然后與表示向電機要求的電流的、也在d_q坐標(biāo)系中的電流要求信號相結(jié)合，以產(chǎn)生誤差信號。在電動助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)中的要求電流被生成作為向電機要求的轉(zhuǎn)矩的函數(shù)。轉(zhuǎn)矩要求信號主要是對電機應(yīng)當(dāng)施加到轉(zhuǎn)向以幫助駕駛員轉(zhuǎn)動方向盤的轉(zhuǎn)矩的量的度量。
[0004]誤差信號表示被要求的電流與實際測量到的電流之間的差異。誤差信號被饋送到產(chǎn)生一組電壓要求信號的控制器，所述電壓要求信號通常也在d_q坐標(biāo)系中、表示要被施加到電機、會將誤差信號最好地驅(qū)動到零的電壓。然后依賴于使用哪種PWM策略，d_q電壓被轉(zhuǎn)換為電機的相的PWM信號。因此控制器運行來改變PWM相電壓以便嘗試不斷地使誤差信號的幅度最小化，從而確保電機電流盡可能地接近所要求的電流。
[0005]在實際系統(tǒng)中，電流控制器將包含PI或PID或其他類型的反饋控制器。電流控制的作用是修正施加到電機上的電壓，其目標(biāo)在于保持誤差信號值盡可能小?？刂破餍纬砷]合環(huán)路。圍繞電流控制器，由轉(zhuǎn)矩控制器產(chǎn)生轉(zhuǎn)矩要求信號，轉(zhuǎn)矩控制器形成另一個閉合環(huán)路，而對轉(zhuǎn)向中的轉(zhuǎn)矩的測量或估計作為它的一個輸入。
[0006]在本領(lǐng)域中使用反饋控制和PffM的電機驅(qū)動電路已經(jīng)被熟知。例如，W02006005927公開了一種典型的系統(tǒng)，此文件的教導(dǎo)在這里以引用的方式被包含。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0007]根據(jù)第一方面，本發(fā)明提供一種用于電動助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)類型的電動機的電機控制電路，其中由轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的一部分負載的轉(zhuǎn)矩的測量被用于產(chǎn)生表示要由電機施加到轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的轉(zhuǎn)矩的轉(zhuǎn)矩要求信號，驅(qū)動電路包括:
[0008]包括多個電氣開關(guān)的開關(guān)電路，
[0009]電機電流控制器，其生成要被傳遞到用于開關(guān)的驅(qū)動電路的電壓要求信號，驅(qū)動電路接著生成用于開關(guān)電路的脈沖寬度調(diào)制的開關(guān)信號，所述開關(guān)信號使得開關(guān)能夠選擇性地將相連接到電源，從而使得電流能夠流過電機的相，
[0010]其中電流控制器對表示電流要求信號和實際電流信號之間的差異的誤差信號做出響應(yīng)，以及
[0011]被適配以識別電機靜止或以非常低的速度旋轉(zhuǎn)的系統(tǒng)運行狀況的降噪電路，在所述運行狀況被識別的情況下，降噪電路被適配以降低控制器對誤差信號的變化的響應(yīng)。
[0012]通過降低控制器對諸如由電流傳感器的輸出中的量化誤差引起的高頻變化之類的誤差信號的變化的響應(yīng)，降噪電路可以使控制器對誤差信號的變化不敏感，或降低控制器響應(yīng)于誤差信號的相應(yīng)變化引起的輸出中的任何變化的幅度。在每種情況中，當(dāng)處于電機靜止或以非常低的速度旋轉(zhuǎn)的運行狀況時，控制器的增益被有效地降低。
[0013]申請人已經(jīng)認識到在通常從電流傳感器輸出的實際電流信號中，在高頻處可能存在顯著的噪聲。這可能是由電流信號的量化造成的，其中傳感器僅僅可以采用離散數(shù)目的輸出狀態(tài)，數(shù)值以取決于傳感器輸出多久更新一次的速率變化、或以在傳感器本身中的任何噪聲的頻率變化。如果實際電流處于量化狀態(tài)之間的某處，則在電流信號被產(chǎn)生時，實際電流可以在狀態(tài)之間快速地振蕩。這樣的噪聲將被傳遞到誤差信號，并且如果任其發(fā)展，將使得電流控制器做出反應(yīng)，因為電流控制器不能在噪聲和應(yīng)當(dāng)追蹤的誤差的真正變化之間進行辨別。這樣的噪聲可以引起不需要的聲學(xué)噪聲，特別是在電機靜止時。當(dāng)電機旋轉(zhuǎn)時，由于電機電流將正弦地變化，因此量化噪聲被掩蓋。
[0014]降噪電路可以被適配以通過禁用電流控制器來降低控制器的響應(yīng)，因此在特定運行狀況被滿足時控制器的輸出不響應(yīng)于誤差信號。當(dāng)控制器不響應(yīng)時，電流控制器可以在輸出上保持降噪電路禁用控制器之前被提供的值。控制器將不再追蹤誤差信號的變化。
[0015]可替代地，降噪電路可以包括衰減器，并且可以被適配以通過使在特定狀況被滿足時被饋送到控制器的誤差信號衰減來降低控制器對誤差信號變化的靈敏度。當(dāng)誤差信號被衰減時，噪聲的幅度被降低，因此電流控制器對噪聲的反應(yīng)也同樣被減小。然后電流控制器將響應(yīng)于被衰減的誤差信號而不是原始的、未修正的信號。
[0016]在另一個可替代方案中，降噪電路可以包括濾波器，并且可以被適配以通過經(jīng)由濾波器傳遞誤差信號來降低控制器對誤差信號變化的靈敏度。這可以包括低通濾波器。然后電流控制器將響應(yīng)于被濾波的誤差信號而不是原始的、未濾波的誤差信號。
[0017]降噪電路可以包括衰減器和濾波器，誤差信號經(jīng)由濾波器被傳遞并且被衰減。
[0018]在降噪電路包括衰減器的情況下，降噪電路可以被適配以使誤差信號以固定增益或可變增益衰減。
[0019]在施加可變增益的情況下，增益可以是誤差信號幅度的函數(shù)，針對第一誤差幅度的衰減幅度較大，針對第二較高誤差幅度的衰減幅度較小。衰減可以在圍繞零誤差直到預(yù)定義的最大誤差的誤差值范圍內(nèi)連續(xù)地變化，超過此最大誤差將不提供衰減。
[0020]降噪電路可以通過將誤差信號與增益項相乘、或?qū)⒄`差信號與衰減項相除來使誤差信號衰減，以提供電流控制器做出反應(yīng)的修正的誤差信號。
[0021]降噪電路可以確定在電機速度低于閾值電機速度的情況下特定的運行狀況被滿足。
[0022]降噪電路可以將遲滯應(yīng)用到表示電機速度的信號中，并且將具有遲滯的信號與閾值相比較以確定所述狀況是否被滿足，而不是使用絕對閾值。對遲滯的使用可以有利地阻止降噪被過于快速地開啟或關(guān)閉。
[0023]降噪電路還可以確定，如果轉(zhuǎn)向器被安裝到的車輛的速度低于閾值水平則所述狀況被滿足。通過使用對車輛速度而不是電機速度的度量、或通過使用這兩個度量的組合，可以確定所述狀況被滿足。
[0024]電流控制器可以接收在d_q軸坐標(biāo)系中表達的電流誤差信號，并且電流控制對誤差信號的靈敏度可以僅與q軸分量相關(guān)，或僅與d軸分量相關(guān)，或與兩者均相關(guān)。
[0025]裝置可以被適配以通過測量或估計電機的速度確定電機在緩慢地旋轉(zhuǎn)或靜止。因此它可以包括用于接收表示電機速度的信號的部件。
[0026]根據(jù)第二方面，本發(fā)明提供了一種使用電流控制器控制電動機的方法，此類電流控制器生成要被傳遞到用于電機的驅(qū)動電路的電壓要求信號，驅(qū)動電路接著生成用于開關(guān)電路的脈沖寬度調(diào)制的開關(guān)信號，所述開關(guān)信號使得開關(guān)能夠選擇性地將電機的相連接到電源從而使得電流能夠流過電機的相，其中電流控制器對表示電流要求信號和實際電流信號的差異的誤差信號做出響應(yīng)，所述方法包括以下步驟:識別電機靜止或以非常低的速度旋轉(zhuǎn)的系統(tǒng)運行狀況，以及在運行狀況被識別出的情況下，降低控制器對誤差信號變化的響應(yīng)。
[0027]該方法可以包括通過以下步驟中的至少一個降低控制器對誤差信號變化的響應(yīng):
[0028]禁用電流控制器；
[0029]使誤差信號衰減并且使得電流控制器能夠響應(yīng)于被衰減的誤差信號；以及
[0030]對誤差信號濾波。
[0031]該方法可以包括使誤差信號衰減固定的量或可變的量。
[0032]該方法可以包括使誤差信號衰減可變的量，所述可變的量為誤差信號的幅度的函數(shù)。當(dāng)誤差信號的幅度變得較接近于零時，可以使誤差信號衰減較高的量。
[0033]所述可變的量可以在離散數(shù)目的等級之間改變，例如兩個或三個等級，或可以連續(xù)地改變。例如，可變的量可以作為誤差幅度的函數(shù)線性地變化。
[0034]根據(jù)第三方面，本發(fā)明提供了一種電動助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)，其包括將方向盤連接到車輪的轉(zhuǎn)向機構(gòu)，產(chǎn)生表示由轉(zhuǎn)向機構(gòu)的一部分負載的轉(zhuǎn)矩的轉(zhuǎn)矩信號的轉(zhuǎn)矩傳感器，連接到轉(zhuǎn)向機構(gòu)從而使得由電機產(chǎn)生的轉(zhuǎn)矩被傳遞到轉(zhuǎn)向機構(gòu)的電動機，用于生成表示要由電機施加到轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的轉(zhuǎn)矩的、作為由轉(zhuǎn)矩傳感器測量的轉(zhuǎn)矩的函數(shù)的轉(zhuǎn)矩要求信號的裝置，以及對依賴于轉(zhuǎn)矩要求信號的信號做出響應(yīng)的電機控制電路，該電機控制電路根據(jù)本發(fā)明的第一方面被布置。
[0035]電機可以包括三相無刷直流電機。
【附圖說明】
[0036]現(xiàn)在將參考如下【附圖說明】，僅以示例的方式描述本發(fā)明的一個實施例。
[0037]圖1是示出本發(fā)明的電機控制電路的一個實施例的一部分的框圖；
[0038]圖2是對在開環(huán)模式中的電流反饋信號的噪聲的影響的說明；
[0039]圖3是對電流控制器的閉環(huán)控制模式中的相同噪聲的影響的說明；
[0040]圖4是示出當(dāng)三相電機中的電流正弦地變化時得到的電流測