具有电压谐波整形的电机控制制造技术

一种用于电动机的控制系统，包括电流感测装置，所述电流感测装置被布置为产生指示所述电机中的电流的电流感测输出；电流控制装置，所述电流控制装置被布置为接收电流感测输出并输出指示要施加到所述电机的电压的电压需求；以及电压需求校正装置，所述电压需求校正装置被布置为产生校正信号并使用所述校正信号和电压需求以产生用于电压谐波整形的校正后的电压需求。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及电动机控制，确切地说涉及对施加到电动机绕组的电压中谐波的控制。它能够用于例如校正由电机驱动器输出的电压中的谐波误差，并且把谐波添加到输入到电机的电压以校正该电机转矩输出的谐波变化。
技术介绍
电动执行器的闭环电流控制器典型情况下采用图1所示的形式。响应于所请求的目标电流使用矢量控制，对电机的每个相绕组都施加了电压并测量了最终产生的电流。然后控制器，典型情况下是PI控制器，使用测出的电流控制所请求的电压以实现目标电流。给出电机电气位置的信号也是必需的，以便能够在正确的时间以正确的相位施加电压。在图1的系统中显示了位置传感器，但是本专利技术同样适用于无位置传感器的系统，其中位置信号从其他传感器测量结果估算。典型情况下对于3相电机，驱动器包括6FET电桥，被布置为以PWM模式对电机端子施加已知的电压以实现所期望的闭环电流。由于被施加到电机以产生所期望电压的PWM切换模式，所以可能引入附加的有害谐波频率形式的驱动级非线性，如图2所示。
技术实现思路
本专利技术提供了用于电动机的控制系统，所述系统包括电流感测装置，被布置为产生电流感测输出，电流感测 输出可以指示所述电机中的电流；以及电流控制装置，其可以被布置为接收所述电流感测输出并输出可以指示要施加到所述电机的电压的电压需求。所述系统可以进一步包括电压需求校正装置。所述电压需求校正装置可以被布置为产生校正信号。它可以被布置为产生校正后的电压需求，在某些情况下通过使用所述校正信号和所述电压需求。所述电压需求校正装置可以被布置为监视所述电流感测输出，从而测量所述电压需求中的失真，并且可以被布置为产生所述校正信号以便至少部分地校正所述失真。所述校正装置可以被布置为识别失真频率。它可以被布置为产生所述校正信号以便在所述失真频率处改变所述电压需求的分量。例如，它可以被布置为识别出所述电流感测输出的具有等于所述失真频率的频率的分量，以及测量该分量的幅度以测量所述失真。在这种情况下，它可以被布置为变换所述电流感测输出以使得所述识别出的分量或者所述识别出的频率分量的至少一部分或分量变成DC分量，并且测量所述DC分量的幅度。它可以被布置为将所述识别出的分量变换成两个DC分量。这两个分量可以例如对应于所述识别出的频率分量的两个不同的相位分量。比如D和Q轴的分量，或α和β分量。所述校正装置可以被布置为产生所述校正信号，以便减小所述识别出的分量，或者它也可以被布置为增大所述识别出的分量。所述减小或增大可以按照可变的量以便校正测出的失真，或者它也可以按照固定的量，例如校正所述系统的已知失真。例如，它可以被布置为按固定幅度产生所述校正信号以便校正所述电机的转矩谐波。所述校正装置可以被布置为把所述校正信号与所述电压需求结合以产生所述校正后的电压需求。所述电机可以具有固定的绕组和相对于所述绕组旋转的转子。所述电流感测装置可以包括电流传感器，电流传感器被布置为测量在所述电机绕组中的电流，并且可以包括变换装置，变换装置被布置为将所述测出的电流变换到所述转子的参考系中。所述电流感测输出可以定义正在旋转的参考系(例如具有D和Q分量的转子参考系)中的电流，也可以定义在固定的、具有α和β分量的参考系中的电流。所述 电流控制装置可以被布置为输出所述电压需求，以便定义正在旋转的参考系(例如具有D和Q分量的转子参考系)中的需求的电压，或者定义在固定的、具有α和β分量的参考系中的需求的电压。所述系统可以被布置为校正失真的多个分量。所述失真的分量可以是具有不同频率和/或不同符号的谐波。附图说明现在将参考附图仅仅以举例方式介绍本专利技术的优选实施例。图1是用于电机的公知闭环电流控制系统的图示；图2是显示了电机驱动器中产生的谐波误差如何影响图1的系统的图示；图3是根据本专利技术实施例的用于电机的闭环电流控制系统的图示；图4是形成图4中系统的一部分的谐波补偿系统的图示；图5是形成图3中系统的一部分的同步滤波器的图示；图6是类似于图5的但是具有进一步的滤波器组件的滤波器布置的图示；图7是图3中系统的校正部分的图示；图8是根据本专利技术进一步实施例的控制系统的图示。具体实施例方式参考图3，电机10由根据本专利技术实施例的闭环电机电流控制系统控制，它包括电流感测系统12和电流控制器20。电流感测系统12包括被布置为测量电机三相中的电流iu、iv、iw的电流传感器14，电机包括固定绕组，并且输出指明在具有α和β分量的固定坐标中的电流向量的信号。电流感测系统进一步包括坐标变换块16，坐标变换块16被布置为把来自固定参考系中α和β分量的电流向量转换为在转子参考系中定义电流向量的D分量iD和Q分量iQ，转子参考系相对于固定绕组旋转，其中Q轴电流为转矩产生分量而D轴电流为非转矩产生分量。比较器18从电流感测系统12接收测出的D和Q电流，并且将其与要求的D和Q电流分量进行比较以产生电流误差。电流控制器20接收电流误差并输出所要求的电压向量，形式为计算为减小电流误差使得所测出的电流向量Idq接近所要求的电流向量iDQ *的D和Q轴电压需求VDQ。进一步的变换块22接收来自电流控制器的电压需求并将其转换为α和β分量Vae，它们被输入到PWM驱动器24，PWM驱动器24包括6FET电桥并被布置为控制该FET的开关，以便以PWM模式向电动机的相绕组施加电压，PWM模式在这些绕组中产生的净电压具有与电压需求向量所对应的幅度和方向。在这个系统中的电机驱动器24产生了以上介绍的谐波干扰。谐波误差在由电流控制器20输出的电压需求中观察不到。不过，从电流感测系统12输出的电流传感器信号上可观察到它。所以，控制系统进一步包括被布置为提供谐波补偿功能的谐波补偿控制器26。为了实现这个目的，谐波补偿控制器26被布置为监视所测出的电流，在这种情况下通过监视Idq，从而测量谐波干扰，并且使用加法器21对电流控制器20输出的电压需求施加校正，使得去除所述谐波误差。谐波补偿控制器26还被布置为接收电机位置输入信号Θ，以便使其能够检测电机的位置。参考图4，谐波补偿过程能够被分解为三个步骤，这些步骤被显示为谐波补偿控制器26的功能块。1.隔离-隔离块40被布置为监视电机中测出的电流并隔离有害的频率。2.控制-控制块44被布置为使用闭环电流控制系统以产生控制(消除)信号，该信号指明所需要的谐波校正的水平以便使得有害的谐波被降低至零，或者使得以要求的水平注入其他谐波，正如由隔离频率需求信号ikDQ*所定义的。3.校正-校正块46被布置为根据控制(消除)信号，对施加到电机的电压应用校正。隔离尽管许多技术可以用于隔离有害的谐波，比如运行时快速傅氏变换(FFT)或陷波滤波器，但是在这个实施例使用的方法是使用被布置为将测出的电流变换到隔离频率参考系的同步滤波器。这就允许有害的谐波(在这种情况下假设其为已知频率的单次谐波)简单地被隔离。图5显示了同步滤波器50的一种实现方式，它接收电流传感器输出Idq、电机的电气位置Θ和要被隔离的谐波k (相对于电机的电频率)作为输入。注意，k可正可负，取决于目标谐波是正的还是负的序列分量(即它以与转子相同的方向还是相反的方向行进)。 由滤波器50执行的变换Zθ被定义为本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2010.04.16 GB 1006404.61.一种用于电动机的控制系统，所述系统包括电流感测装置，所述电流感测装置被布置为产生指示所述电机中的电流的电流感测输出；电流控制装置，所述电流控制装置被布置为接收所述电流感测输出并输出指示要施加到所述电机的电压的电压需求；以及电压需求校正装置，所述电压需求校正装置被布置为产生校正信号并使用所述校正信号和所述电压需求以产生校正后的电压需求。2.根据权利要求1的控制系统，其中，所述电压需求校正装置被布置为监视所述电流感测输出从而测量所述电压需求中的失真，以及产生所述校正信号以便至少部分地校正所述失真。3.根据权利要求2的控制系统，其中，所述校正装置被布置为识别失真频率并识别所述电流感测输出的具有等于所述失真频率的频率的分量，以及测量该分量的幅度以测量所述失真。4.根据权利要求3的控制系统，其中，所述校正装置被布置为变换所述电流感测输出以使得所识别的分量变为DC分量，以及测量所述DC分量的幅度。5.根据权利要求...

【专利技术属性】
技术研发人员：C·B·威廉姆斯，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：
国别省市：