电动机控制器的改进制造技术

一种估计电力电动机转子的位置的方法，包括使用位置传感器产生指示电动机位置的输出信号，该位置传感器包括探测器和随电动机转子一起旋转并包括多个编码区域的至少一个编码器，该传感器的输出信号随着编码区域移动经过探测器而以阶梯方式变化，以及使传感器的输出经过平滑算法以产生估计的位置信号，该算法被配置为通过使得估计的位置信号滞后于在传感器输出中的阶梯变化之后的传感器输出来对传感器输出中的阶梯之间的转变进行平滑。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及估计电动机中转子的位置的方法，并涉及电动机控制装置。
技术介绍
已知电动机被用在广泛的多种应用中，其中一种具有独特挑战的应用是电力助动转向系统。这在附图的图2中示出。在典型的系统中，扭矩传感器10测量由驾驶员转动方向盘30而施加给转向轴20的扭矩。该扭矩测量结果被传递给电动机控制和驱动电路40，电动机控制和驱动电路40产生与要施加给转向系统的助动扭矩的量相等的助动需求信号。该需求信号被用来生成施加给电力电动机50的相的电流，其中电力电动机50通过齿轮箱(未示出)附接到转向轴20或者转向系统的某些其他部分。电动机将所需的扭矩施加给转向系统，使得驾驶员更容易转动方向盘。驾驶员与方向盘30身体接触，并且因此感受到由电动机施加给转向轴的扭矩的效果。随着方向盘被转动，驾驶员将能够感受到任何不期望的电动机扭矩输出的变化。在方向盘低速转动时尤其如此。如果电动机的扭矩输出随电动机转子的角度位置突然变化，则这可以被驾驶员感受到。为了确保电动机50准确运行，通常使用闭环控制，在闭环控制中将电动机扭矩需求与施加给电动机50的电流的实际测量结果进行比较。由电动机施加的扭矩取决于每一相中流过的电流。对于采用PWM来调制扭矩的许多电动机控制策略来说，对用于各相的电流的准确控制需要知道电动机的角度位置，这在使用脉冲宽度调制方案来设定扭矩的情况中尤其重要。使用附接到电动机转子或者附接到例如齿轮箱的随电动机转动而转动的系统的一部分的传感器60能够直接测量所述位置。即使不是全部的亦是大多数的位置传感器都产生具有数个离散状态的输出，该信号在各个阶段之间以“阶梯”形式突然变化。这些阶梯中的每一个将发生在由位置传感器编码器的布局和位置传感器探测器的配置所确定的电动机的不同角度位置处。在高速下，可在各状态之间使用插值来提高传感器的分辨率，但是申请人已经认识到不能在低速时使用插值，因为在低速情况下可能得到不准确的电动机转子速度信息。随后在位置状态之间发生突然的跳变，造成电动机的扭矩输出中的相应的阶梯变化。图3a和4a示出随电动机位置的扭矩变化，当在电动机控制中需要恒定扭矩但位置测量结果中的误差却被使用时出现该变化。深色线对应10度阶梯之间的分辨率，浅色线对应7.5度阶梯之间的分辨率。图3b和4b示出相对于实际位置的潜在位置误差的实际变化，所述变化出现在位置信号仅在阶梯间的中点处是准确的或者仅分别沿着阶梯是准确的时候。
技术实现思路
本专利技术的一个目的是改善由于包含值的突然阶梯变化的不准确的位置信号而出现的一些问题。根据第一方面，本专利技术提供一种估计电力电动机转子位置的方法，包括:使用位置传感器产生指示电动机位置的输出信号，所述位置传感器包括一个探测器和随电动机转子一起旋转并包含多个编码区域的至少一个编码器，所述传感器的输出信号随着编码区域移动经过探测器而以阶梯方式变化；以及使传感器的输出经过平滑算法以产生估计的位置信号，该算法被配置为通过使得估计的位置信号滞后于在传感器的输出中的阶梯变化之后的传感器输出来对传感器输出中的阶梯之间的转变进行平滑。通过允许输出滞后于传感器的实际输出而不是突然变化使输出信号带有阶梯变化，将使信号中的快速变化平滑掉。这去除了阶梯变化，如果该位置信号被用作电动机控制策略的一部分，这是尤其有利的。估计的信号将滞后直至其已经能够上升至阶梯变化的顶部的水平。该方法可包括通过使输出信号经过低通滤波器来对传感器的该输出信号进行平滑的步骤。替代地，该方法可包括通过对在探测器的输出中的变化之后的输出信号施加固定的转换速率来对输出信号进行平滑。实际上固定的转换速率将该输出能够追上实际位置信号的速率限定到固定的(可能为线性的)变化速率。该转换速率可以是固定的，意即允许固定的变化速率，或者可以是变化的，意即所允许的变化速率可以变化。它可以根据输出信号的阶梯变化之间的流逝时间而变化。因此该方法可包括测量阶梯变化之间的流逝时间，以及根据流逝时间设定转换速率。流逝时间可以包括最近的阶梯变化和先前的阶梯变化之间的时间。该方法优选包括优化滤波器常数或转换速率以确保在电动机的恒速期间，在位置信号的下一阶梯变化发生的时刻，估计的位置信号已经追上实际的位置信号。该方法可以进一步包括，当随着转子速度高于预定阈值而能获得速度估计值时，基于位置传感器的输出信号的插值生成替代的位置估计值。因此该方法可包括在一种在低速时使用滤波/转换速率的策略和另一种在高速时基于外推的策略之间切换。根据第二方面，本专利技术提供一种包括信号处理组件和电流控制电路的电动机控制装置，所述信号处理组件被配置为接收来自电动机位置传感器的输出信号，所述电流控制电路接收电动机扭矩需求信号作为输入并且产生d_q轴电动机电流需求信号作为输出并通过将d_q轴需求电流与电动机位置的估计值结合来将d_q轴需求电流转换为各个电动机相电流，其特征在于信号处理组件包括平滑算法，以及通过使来自电动机位置传感器的输出信号经过平滑算法来处理该输出信号以产生电动机位置的估计值。信号处理组件的平滑算法可包括低通滤波器。这可以是一阶滤波器。替代地，该算法可包括每当信号的实际变化速率超过阈值就对该信号施加固定转换速率的转换速率函数。位置传感器可产生随角度位置阶梯变化的输出信号，滤波器或转换速率滤波器使得位置的估计值滞后于阶梯变化之后的输出信号。位置传感器的编码器可相对于电动机转子固定。它可被固定至通过齿轮箱连接至电动机转子的部件。不论哪种情况，只要电动机转子转动，编码器就转动。它可包括旋转编码器。它可产生阶梯值作为输出信号，该输出信号在电动机的一个电气旋转内不重复。阶梯变化可在电动机的完整的360度电气旋转上的等间隔处发生。当它通过齿轮箱连接时，该输出信号可在多于一个的电动机电气旋转之后重复，或者可在一个电气旋转内重复数次。根据又一方面，本专利技术提供电动机、位置传感器和前述方面的电动机控制装置的组合。电动机可构成电力助动转向系统的一部分。【附图说明】仅作为示例，现在将参考【附图说明】根据本专利技术的估计电动机转子位置的若干示例性方法，其中:图1是示出典型电动机控制策略的方框图，该策略包括对电动机位置的估计；图2是包括可由图1的策略控制的电力电动机的电力助动转向系统的概览；图3 (a)是对于两种不同电动机的电动机扭矩相对于电动机位置的图，以及(b)是对于两种不同电动机的位置误差相对于电动机位置的图，在两个图中实际位置对准编码器元件的中心；图4(a)是对于两种不同电动机的电动机扭矩相对于电动机位置的图，以及(b)是对于两种不同电动机的位置误差相对于电动机位置的图，在两个图中实际位置对准编码器元件的一个边缘；图5是对于采用包括固定转角频率一阶滤波器的平滑算法的方法的位置传感器输出信号相对于时间的图，该图上覆盖有平滑后的估计的转子位置相对于时间的图；图6是对于采用包括固定转换速率的平滑算法的方法的位置传感器输出信号相对于时间的图，该图上覆盖有平滑后的估计的转子位置相对于时间的图；以及图7是对于采用包括可变转换速率的平滑算法的方法的位置传感器输出信号相对于时间的图，该图上覆盖有平滑后的估计的转子位置相对于时间的图。【具体实施方式】用于三相电动机的典型闭环电动机控制系统100通常具有图1中所示的结构。电动机110可被认本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种估计电力电动机转子的位置的方法，包括：使用位置传感器产生指示电动机位置的输出信号，所述位置传感器包括探测器和与所述电动机转子一起旋转并且包括多个编码区域的至少一个编码器，所述传感器的输出信号随着编码区域移动经过探测器而以阶梯方式变化；以及使所述传感器的输出经过平滑算法以产生估计的位置信号，所述算法被配置为通过使得所述估计的位置信号滞后于在所述传感器的输出的阶梯变化之后的所述传感器的输出来对所述传感器的输出中阶梯之间的转变进行平滑。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】...

【专利技术属性】
技术研发人员：C·D·狄克逊，R·J·胡克斯福特，
申请(专利权)人：TRW有限公司，
类型：发明
国别省市：英国;GB