阻尼驱动系统中的扭转振荡技术方案

一种驱动系统(10)包括通过轴(18,20,22)互连的至少一个电机(12)和多个旋转构件(14)。一种用于阻尼驱动系统(10)中的扭转振荡的方法，包括：基于驱动系统(10)中的测量值确定至少一个轴(18)的角速度(θ

【技术实现步骤摘要】
阻尼驱动系统中的扭转振荡
本专利技术涉及一种用于阻尼(damp)驱动系统中的扭转振荡的方法及控制器。本专利技术还涉及一种驱动系统。
技术介绍
驱动系或更一般的驱动系统典型地包括许多机电系统，这些机电系统沿一个或多个柔性轴连接在一起。简单的实例包括通过齿轮箱连接到负载发动机的电机。然而，存在更为复杂的驱动系统，其中多个电机互连到多个旋转构件。例如，一些或所有电机和/或一些或所有旋转构件可经由公共轴彼此互连。作为另一实例，旋转构件和电机可经由一个或多个齿轮箱互连。在任何情况下，轴或轴的部分可像转矩联接元件那样工作，转矩联接元件可能在驱动系统中引起扭转振荡。通常，这些扭转振荡是不合需要的，并且必须加以阻尼。然而，对于复杂的驱动系统，通常必须基于驱动系统的设计来单独地确定扭转振荡的原因和如何阻尼扭转振荡的方法。WO2015130901A1描述了将卡尔曼滤波器用于电动牵引驱动器的扭转阻尼。EP2194290A2示出一种扭转振荡阻尼系统，该系统具有带有扭转阻尼器的控制器，该控制器配置为基于来自扭转传感器的扭转信号产生扭转校正信号。US2012/083953A1示出用于混合动力车辆的驱动系统，其具有多个轴。测量轴的速度并将其输入若干控制块。将车辆的电机的转速输入到用于确定阻尼转矩的控制器中，其中，取决于离合器的状态，通过对转速进行微分和滤波来确定阻尼转矩。WO2015/087132A1涉及一种用于通过阻尼混合动力车辆的电动机的扭转来抑制振动的系统。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种用于阻尼复杂的驱动系统中的振荡的简单且灵活的方法。该目的通过独立权利要求的主题实现。其它示例性实施例从从属权利要求和以下描述中清楚。本专利技术的一方面涉及一种用于阻尼驱动系统中的扭转振荡的方法。该驱动系统可包括至少一个电机和多个旋转构件，它们通过轴互连。电机可由电转换器供应电能。可控制供应给电转换器的功率量、频率和/或电流的大小，并且以此方式还可控制扭转振荡。扭转振荡可为机械振荡，其源于轴和与其相连的旋转构件的扭转柔性。每个旋转构件可具有特定的旋转惯性。根据本专利技术的实施例，该方法包括：基于驱动系统中的测量值来确定至少一些或所有轴的角速度。角速度可直接通过一个或多个对应传感器的速度测量来确定。还可基于驱动系统的模型，根据测得的角速度确定另外的角速度。根据本专利技术的实施例，该方法还包括：利用驱动系统模型根据角速度确定角速度差，该驱动系统模型将驱动系统建模为经由联接元件互连的数个惯性元件，并且每个角速度差表示联接元件端部处的角速度的差。例如，当联接元件对特定的轴建模时，可将轴的一端处的第一角速度与轴的另一端处的第二角速度的差用作对应的联接元件的角速度差。必须注意，惯性元件可看作是虚拟惯性元件，而联接元件可看作是虚拟弹簧和/或虚拟阻尼元件，因为它们代表和/或简化了驱动系统的实际构件。联接元件可对振荡和/或阻尼特性建模。驱动系统模型可对于每个电机和每个旋转构件包括机械旋转惯性。然而，驱动系统模型也可简化实际的驱动系统，并且，例如，某些旋转构件可聚合为一个惯性元件。根据本专利技术的实施例，该方法包括：利用对电机、旋转构件和轴中的至少一些建模的函数，根据角速度确定阻尼转矩。例如，可以阻尼矩阵的形式提供函数。根据本专利技术的实施例，该方法包括：根据角速度差确定至少一个电机的阻尼转矩。角速度差可被输入函数。驱动系统可包括不止一个电机，并且可为每个电机确定阻尼转矩。上述函数可确定每个电机的阻尼转矩。根据本专利技术的实施例，角速度差组成角速度差向量，不止一个电机的阻尼转矩组成阻尼转矩向量，并且阻尼转矩向量等于角速度差向量乘以常数阻尼矩阵。对所有电机的阻尼转矩的确定可精简为将角速度差向量与预定的常数阻尼矩阵相乘。阻尼矩阵利用了驱动系统的结构设计，并且是控制器的可能必须适应驱动系统的设计的唯一构件。换句话说，用于根据角速度和/或角速度差确定一个或多个阻尼转矩的函数可为线性函数。构造阻尼矩阵，使得驱动系统模型的联接元件的角速度差转换成用于电机的阻尼转矩，阻尼转矩将转矩施加到这些联接元件上。具体而言，联接元件的角速度差可映射为两个转矩，当相应的电机将这些转矩施加到驱动系统时，这两个转矩在与角速度差相反的方向上在由联接元件代表的构件上产生相关的力。阻尼矩阵可为对于每个电机具有M行并且对于每个联接元件和/或角速度差具有P列的矩阵。可选择阻尼矩阵的项，使得如上所述地将角速度差映射为阻尼转矩。根据本专利技术的实施例，该方法还包括：通过添加对应的阻尼转矩来调节每个电机的参考转矩，并利用经调节的参考转矩来控制电机。电机的参考转矩可由另外的控制器和/或外部控制回路提供。经调节的转矩可用于确定电机的转换器的开关状态，该开关状态可切换，使得产生期望的转矩。根据本专利技术的实施例，选择阻尼矩阵的项，使得将联接元件的角速度差映射为阻尼转矩向量，该阻尼转矩向量调整(如增加和/或减小)电机的角速度，根据模型，所述电机连接到联接元件。如上所提到，阻尼矩阵可具有常数项，并且可将多个电机的阻尼转矩的确定精简为与常数矩阵相乘。总之，该方法可依赖于驱动系统的大规模多惯性模型。多输入多输出控制器可调整驱动系统的一个或多个电机的转矩参考，以便阻尼整个驱动系统中的振荡。该方法是通用的，并且允许包括任意数量的惯性元件和联接元件。阻尼矩阵可为缩放矩阵、输入矩阵的转置阵和差矩阵的伪逆矩阵的乘积。缩放矩阵可为每个电机设置阻尼的高度。输入矩阵可对哪个转矩影响哪个角速度差进行建模。差矩阵可对哪个角速度基于驱动系统的设计确定哪个角速度差进行建模。必须注意，阻尼矩阵可根据这三个矩阵离线计算。根据本专利技术的实施例，阻尼矩阵包括输入矩阵的转置阵作为乘数因子。输入矩阵可对哪个电机将转矩施加到哪个惯性元件和/或分配给哪个惯性元件进行建模。例如，输入矩阵E对于每个电机可具有M列，并且对于每个惯性元件可具有N行。当电机m将其转矩的百分之Emn施加到惯性元件n时，输入矩阵可在位置(m,n)处包括具有介于0和1之间的值的项Emn。根据本专利技术的实施例，阻尼矩阵包括差矩阵的伪逆矩阵作为乘数因子。差矩阵对哪些角速度必须相减来确定联接元件的速度差进行建模。差矩阵的伪逆矩阵可为乘以差矩阵而得到对角矩阵的矩阵，该对角矩阵仅在对角线上具有1和0。差矩阵可为在驱动系统模型中的每个角速度具有P列且对于每个联接元件具有P行的矩阵。当角速度q和q'导致联接元件p的角速度差时，差矩阵可在位置(p,q)处包括1，并且在项(p,q')处包括-1。根据本专利技术的实施例，阻尼矩阵包括缩放矩阵作为乘数因子，其确定每个电机的阻尼量。对于每个电机，缩放矩阵可为具有M列和M行的方阵。缩放矩阵可为对角矩阵，并且缩放矩阵的每个对角项可为对应电机的阻尼因子。根据本专利技术的实施例，缩放矩阵是单位矩阵的倍数。在此情况下，所有电机的阻尼系数可相等。根据本专利技术的实施例，仅确定轴的角速度的子集。根据角速度的子集被本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种用于阻尼驱动系统(10)中的扭转振荡的方法，/n其中，所述驱动系统(10)包括通过轴(18,20,22)互连的至少一个电机(12)和多个旋转构件(14)；/n所述方法包括：/n基于所述驱动系统(10)中的测量值确定所述轴(18)中的至少一些的角速度(θ

【技术特征摘要】
20190115 EP 19151995.81.一种用于阻尼驱动系统(10)中的扭转振荡的方法，
其中，所述驱动系统(10)包括通过轴(18,20,22)互连的至少一个电机(12)和多个旋转构件(14)；
所述方法包括：
基于所述驱动系统(10)中的测量值确定所述轴(18)中的至少一些的角速度(θi)；
使用驱动系统模型(30)根据所述角速度(θi)确定角速度差所述驱动系统模型将所述驱动系统(10)建模为通过联接元件互连的数个惯性元件(Ji)，并且每个角速度差表示所述联接元件的端部处的角速度的差；
使用函数根据所述角速度差确定阻尼转矩(Tdamp)，所述函数对所述电机(12)、所述旋转构件(14)和所述轴(18,20,22)中的至少一些建模；
通过增加所述阻尼转矩来调节所述至少一个电机(12)的参考转矩(Tref)；
用经调节的参考转矩(T)控制所述至少一个电机(12)。


2.根据权利要求1所述的方法，
其中，所述角速度差组成角速度差向量不止一个电机的阻尼转矩组成阻尼转矩向量(Tdamp)，并且所述阻尼转矩向量(Tdamp)等于角速度差向量乘以阻尼矩阵(R)。


3.根据权利要求2所述的方法，
其中，选择所述阻尼矩阵(R)的项，使得联接元件的角速度差映射为阻尼转矩向量(Tdamp)，所述阻尼转矩向量调整所述至少一个电机(12)的角速度，根据所述模型(30)，所述至少一个电机(12)连接到所述联接元件。


4.根据权利要求2或权利要求3所述的方法，
其中，所述阻尼矩阵(R)包括输入矩阵(E)的转置矩阵作为乘数因子；
其中，所述输入矩阵(E)对哪个电机(12)将转矩施加到哪个惯性元件(Ji)进行建模。


5.根据权利要求2至权利要求4中的一项所述的方法，
其中，所述阻尼矩阵(R)包括差矩阵(L)的伪逆矩阵(L+)作为乘数因子；
其中，所述差矩阵(L)对哪些角速度(θi)必须相减来确定所述联接元件的速度差进行建模。

【专利技术属性】
技术研发人员：P阿尔霍卡耶姆，P约尔格，
申请(专利权)人：ABB瑞士股份有限公司，
类型：发明
国别省市：瑞士;CH