基于矢量的位置传感系统中基本谐波位置测量误差的消除技术方案

一种旋转系统包括转子、基于矢量的位置传感器以及执行消除基本谐波位置测量误差的方法的控制器。传感器测量转子的角位置，并输出表示角位置的原始正弦和余弦信号。原始信号在传感器信号的频率处具有基本谐波位置测量误差。控制器接收原始信号，适应性地向原始信号添加传感器信号偏移或从原始信号减去传感器信号偏移，以产生偏移的正弦和余弦信号，使用消除基本误差的偏移的正弦和余弦信号来计算转子的校正位置，并且使用校正位置控制旋转系统的动作或状态。转子可以是诸如在车辆中的电机的一部分。

【技术实现步骤摘要】
基于矢量的位置传感系统中基本谐波位置测量误差的消除引言使用形式为轮子、轮毂、齿轮元件和发动机或马达轴的旋转装置在各种系统中执行工作。精确掌握这种旋转装置的角位置对整个系统的控制和监测是有用的。旋转变压器是一种常见的“基于矢量”的位置传感器，专门配置为使用旋转变压器对测量角位置。来自变压器对的初级绕组的电压输出耦合到次级绕组，也称为正弦和余弦绕组，它们又相互偏移90度。变压器对的输出电压的振幅随着角度位置的变化而变化，并分别作为原始正弦和余弦信号被捕获。其他类型的基于矢量的位置传感器包括磁阻传感器、某些编码器和各种“无传感器”技术。理想情况下，来自基于矢量的位置传感器的原始正弦和余弦信号相互正交并具有相同的振幅。然而，传感和信号传输硬件的缺陷可能产生信号延迟、噪声和其他异常。另外，传感器的机械不对准经常产生周期性的位置测量误差，特别是在传感器的基频处。这种误差影响整体系统控制精度，当旋转装置被实施为电机的转子时，潜在地表现为不期望的电流脉动和转矩波动。
技术实现思路
本文公开了基于矢量的位置感测系统以及相关的位置误差校正方法。用于控制旋转装置/转子的系统和方法旨在帮助消除上述基本谐波位置测量误差的类型。通过在具有运动状态滤波器的积分控制回路内有意引入相同和相反位置测量误差，由控制器实现这种误差消除。引入的误差信号最终使基本谐振位置测量误差为零，从而允许控制器导出校正位置信号以用于控制系统。作为本方法的一部分，来自基于矢量的位置传感器(诸如旋转编码器或旋转变压器)的原始位置信号被用作控制回路中的相关输入，即传感器信号与经由运动状态过滤器确定的角度误差相关。控制器可以使用相关输入的速度/相位依赖性选择来改善收敛动态特性，或者换句话说，使得控制器能够以快速速率驱使误差为零，或者控制器可以使用运动状态滤波器的速度依赖性增益调度，以保持单相区，从而消除对这种选择的需要。在示例性实施例中，旋转系统包括具有旋转轴线的转子、基于矢量的位置传感器和控制器。传感器测量转子相对于旋转轴线的角位置，并将测量的角位置输出为原始正弦和余弦信号。信号具有基本谐波位置测量误差。控制器接收来自基于矢量的位置传感器的输出，其取决于传感器类型可能需要或不需要额外的信号处理来提取分别对应于转子角位置的正弦和余弦的原始正弦和余弦信号。控制器然后引入一组传感器信号偏移。从原始正弦和余弦信号中加上或减去偏移，以产生偏移的正弦和余弦信号。偏移的信号可以由控制器的积分控制回路和上述运动状态滤波器输出。控制器然后使用消除基本谐波位置测量误差的偏移的正弦和余弦信号来计算校正位置信号，并使用校正位置信号控制旋转系统的动作或状态，诸如通过调节输出轴的运动状态，调节来自转子的输出速度或输出转矩，或以其他方式改变或保持旋转系统的外部或内部状态。控制器可以被编程为确定转子的估计位置误差的相应相位区域，并且基于相应相位区域选择相关信号，从而产生偏移的正弦和余弦信号。在一些实施例中，控制器可以操纵相关信号或者根据转子的旋转速度调整运动状态滤波器。系统可以包括具有电机输出轴的电机，上述转子为电机输出轴。电机可以被包括作为具有驱动轮的机动车辆的传动系的一部分，电机输出轴被配置为将输出转矩传递到驱动轮。还公开了一种用于消除旋转系统中的基本谐波位置测量误差的方法，所述旋转系统具有带旋转轴线的转子。根据示例性实施例，该方法包括使用基于矢量的位置传感器来测量转子相对于旋转轴线的角位置，然后输出代表测量的角位置的原始正弦和余弦信号，原始正弦和余弦信号包括基本谐波位置测量误差。该方法还包括经由控制器接收来自位置传感器的原始正弦和余弦信号，然后分别适应性地向原始正弦和余弦信号添加传感器信号偏移，或从原始正弦和余弦信号减去传感器信号偏移，从而产生偏移的正弦和余弦信号。另外，该实施例中的方法包括使用产生的偏移的正弦和余弦信号来计算转子的校正位置，并使用校正位置经由控制器控制旋转系统的动作或状态。产生偏移的正弦和余弦信号可以包括使用控制器的积分控制回路和运动状态滤波器。测量角位置包括在一些实施例中使用旋转编码器。控制器可以被编程为确定转子的估计位置误差的相应相位区域。在这样的实施例中，该方法可以包括基于相应相位区域选择相关信号，然后使用相关信号产生偏移的正弦和余弦信号。旋转系统可以包括电机的马达输出轴。作为该方法的一部分，控制器可以调节电机的运动状态，例如，通过调节电动机的d轴线或q轴线电流来维持或改变马达输出轴的输出速度或输出转矩。结合附图，根据以下用于执行本专利技术的最佳模式的详细描述，本专利技术的上述及其他特征和优点将显而易见。附图说明图1是示例性旋转系统的示意图，该旋转系统具有转子、基于矢量的位置传感器和配置为消除来自这种传感器的原始位置信号中的基本谐波位置误差的控制器。图2是配备有形式为电机转子或输出轴的转子和图1的控制器的车辆的示意图。图3是来自原始传感器输出的位置误差和如本文所述通过向原始正弦和余弦信号添加偏移而引起的误差的曲线图，垂直轴线上绘制有以度为单位的位置误差以及水平轴线上绘制有以度为单位的原始位置。图4是可由图1和图2的控制器执行的积分控制逻辑的示例性实施例的示意性控制框图。图5是对应于图4中所示的运动状态滤波器的动态特性的输入位置信号上的位置误差信号的说明性振幅和相位图。图6是图4中所示的积分控制逻辑的可选实施例的示意性控制框图。图7是在某些实施例中可用于确定图6中所示的控制框图的基于相位的相关输入的查找表。图8和图9是图4中所示的积分控制逻辑的可选示意性控制框图。本专利技术易于进行各种修改和替换形式，并且已经通过附图中的示例示出了一些代表性实施例，并且将在本文中对其进行详细描述。本专利技术的新颖方面不限于附图中所示的特定形式。而是，本专利技术旨在覆盖落入由所附权利要求限定的本专利技术的精神和范围内的修改、等同物、组合或替代。具体实施方式参照附图，其中相同的附图标记贯穿几个视图指代相同或相似的部件，并且从图1开始，示出了示例系统10，其包括旋转装置或转子12、基于矢量的位置传感器14和控制器(C)16。控制器16诸如经由控制器区域网络或低压传输导体与基于矢量的位置传感器14通信，并且被配置为从传感器14接收原始正弦和余弦信号(箭头11)。为了清楚起见，信号(箭头11)也标记为图1中的SIN和COS。控制器16还被配置为消除原始正弦和余弦信号(箭头11)中的基本谐波位置测量误差，其可能是完美的或无误的。控制器16根据由控制逻辑100的集合体现的方法继续进行误差消除，下面参照图3-9详细描述其变化。在一些实施例中，控制器16向控制逻辑100引入相关信号(箭头COR)，然后经由传输一组基于校正位置确定的输出信号(箭头CCO)来执行相对于转子12和/或系统10的其他部件的控制动作。例如，控制器16可以控制电机的状态，诸如保持或改变来自转子12(例如图2的电机200的输出轴30)的转矩或速度，或者改变或保持电机200的d轴线电流或q轴线电流。由此，控制动作可以包括控制电机200的状态，以实现电机200的命令速度或输出转矩。理想地，由图1中的传感器14提供的原始正弦和余弦信号(箭头11)将具有相同的振幅、零偏移，并且将是正交的，即相对于彼此精确地相移90度。然而，传感器14的非对准和其他因素可能本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种用于消除旋转系统中的基本位置测量误差的方法，所述旋转系统具有带旋转轴线的转子，所述方法包括：使用基于矢量的位置传感器测量所述转子相对于所述旋转轴线的角位置；输出表示测量的所述角位置的原始正弦和余弦信号，其中所述原始正弦和余弦信号包括所述基本位置测量误差；经由控制器从所述位置传感器接收所述原始正弦和余弦信号；分别适应性地向所述原始正弦和余弦信号添加传感器信号偏移，或从所述原始正弦和余弦信号减去所述传感器信号偏移，从而生成偏移的正弦和余弦信号；使用生成的所述偏移的正弦和余弦信号来计算所述转子的校正位置；以及使用所述校正位置经由所述控制器来控制所述旋转系统的动作或状态。

【技术特征摘要】
2017.07.25 US 15/6592091.一种用于消除旋转系统中的基本位置测量误差的方法，所述旋转系统具有带旋转轴线的转子，所述方法包括：使用基于矢量的位置传感器测量所述转子相对于所述旋转轴线的角位置；输出表示测量的所述角位置的原始正弦和余弦信号，其中所述原始正弦和余弦信号包括所述基本位置测量误差；经由控制器从所述位置传感器接收所述原始正弦和余弦信号；分别适应性地向所述原始正弦和余弦信号添加传感器信号偏移，或从所述原始正弦和余弦信号减去所述传感器信号偏移，从而生成偏移的正弦和余弦信号；使用生成的所述偏移的正弦和余弦信号来计算所述转子的校正位置；以及使用所述校正位置经由所述控制器来控制所述旋转系统的动作或状态。2.根据权利要求1所述的方法，其中生成所述偏移的正弦和余弦信号包括使用所述控制器的积分控制回路和运动状态滤波器。3...

【专利技术属性】
技术研发人员：C·W·西克里斯特，D·S·奥克斯，
申请(专利权)人：通用汽车环球科技运作有限责任公司，
类型：发明
国别省市：美国,US