电压饱和的马达电流控制下的供应电流管理制造技术

提供了一种用于改进的抗饱和的系统和方法，该改进的抗饱和最小化在同步马达驱动器的电压饱和的电流控制操作下的供应电流消耗。该系统和方法使用电压限制模块和抗饱和模块，该电压限制模块被配置为在马达控制系统达到配置的阈值时接收限制前电压命令并生成限制后电压命令，该抗饱和模块被配置为确定限制前电压命令和限制后电压命令之间的电压差，并使用电压差和选定为最小化供应电流的补偿增益来计算抗饱和反馈电流。补偿增益包括被选择为将马达电流轨迹朝向零马达电流向量移动的值的增益矩阵，并且抗饱和模块将增益矩阵值乘以电压差。然后抗饱和反馈电流和输入电流命令相加并作为输入提供给控制器。

【技术实现步骤摘要】
电压饱和的马达电流控制下的供应电流管理
本申请大体上涉及马达控制系统，尤其涉及在电压饱和状态下管理马达控制系统中的供应电流，并且更具体地涉及在诸如电动助力转向(EPS)系统等电机中使用的马达控制系统。
技术介绍
EPS系统通常使用电动马达驱动器来向驾驶员提供转向辅助转矩。通常，通过调节马达电流来间接地执行使用永磁同步电机(PMSM)的电动马达驱动系统的转矩控制。一般而言，使用反馈控制体系架构来执行电机电流的电流控制，该反馈控制体系架构使用磁场定向控制(FOC)技术，具有同步旋转参考系中的测量的电流。反馈控制通常表现出良好的稳态跟踪性能、快速的动态响应、高带宽和令人满意的干扰抑制。因此，反馈电流控制通常用于控制多相交流电机(例如，PMSM)。
技术实现思路
根据一个或多个说明性实施例，提供了一种马达控制系统，该马达控制系统用于防止控制器饱和(windup)并在电压饱和状态下管理供应电流。马达控制系统包括：电压限制模块，其被配置为在马达控制系统达到与配置的阈值相对应的选定的电压限制时接收限制前电压命令并生成限制后电压命令，该配置的阈值用于限制施加到由马达控制系统控制的马达的电压；以及抗饱和模块，其被配置为通过从限制前电压命令减去限制后电压命令来确定电压差，并使用电压差和选定为最小化供应电流的补偿增益来计算抗饱和反馈电流。根据一个或多个说明性实施例，还提供了一种用于防止控制器饱和并在电动马达中的电压饱和状态下管理供应电流的方法。例如，该方法包括：在马达控制系统达到与配置的阈值相对应的选定的电压限制时，由马达控制系统中的电压限制模块接收限制前电压命令，并生成限制后电压命令，该配置的阈值用于限制施加到由马达控制系统控制的马达的电压；以及由马达控制系统中的抗饱和模块通过从限制前电压命令减去限制后电压命令来确定电压差，并使用电压差和选定为最小化供应电流的补偿增益来计算抗饱和反馈电流。根据系统和方法的其他说明性方面，补偿增益包括被选择为将马达的马达电流轨迹朝向零马达电流向量移动的值的增益矩阵，并且抗饱和模块将增益矩阵值乘以电压差。根据系统和方法的另一个说明性方面，抗饱和模块使用包括使用以下增益矩阵来缩放差的计算来计算抗饱和反馈电流：其中，KAdd、KAdq、KAqd和KAqq是抗饱和参数。根据系统和方法的另一个说明性方面，抗饱和反馈电流被提供为对马达控制系统的输入电流命令的反馈，以将电压差的反馈交叉耦合引入电流误差。根据系统和方法的另一个说明性方面，抗饱和反馈电流和输入电流命令相加并被提供为积分控制器的输入以生成电压命令。根据系统和方法的另一个说明性方面，通过与基于电动马达的测量的电流的第二反馈电流相加进一步修改输入电流命令。根据系统和方法的说明性方面，基于反电动势补偿和基于电动马达的测量的电流的反馈来计算限制前电压命令。提供了一种示例性的转向系统，该转向系统具有电动马达和控制器，该电动马达生成与限制后电压命令相对应的转矩量，该控制器接收输入电流命令并生成用于马达的电压命令。该控制器包括：电压限制模块，其被配置为在马达控制系统达到与配置的阈值相对应的选定的电压限制时，接收与限制前电压命令相对应的电压命令并生成限制后电压命令，该配置的阈值用于限制施加到马达的电压；以及抗饱和模块，其被配置为通过从限制前电压命令减去限制后电压命令来确定电压差，并使用电压差和选定为最小化供应电流的补偿增益来计算抗饱和反馈电流。抗饱和反馈电流修改控制器的输入电流命令，以防止马达控制系统中的控制器饱和，并最小化在电压饱和的电流控制下的供应电流消耗。根据转向系统的说明性方面，通过缩放限制后电压命令和限制前电压命令之间的差来计算抗饱和反馈电流。例如，使用以下增益矩阵来缩放差：其中，KAdd、KAdq、KAqd和KAqq是抗饱和参数。根据转向系统的另一个说明性方面，通过基于电动马达的测量的电流的第二反馈电流进一步修改输入电流命令。从结合附图的以下描述，这些和其他优点和特征将变得更加清楚。附图说明在说明书结尾处的权利要求书中特别指出并清楚地声明了被视为本专利技术的主题。通过以下结合附图的详细描述，本专利技术的前述和其他特征及优点将变得显而易见，其中：图1描绘了根据一个或多个说明性实施例的示例电动助力转向系统；图2是根据说明性实施例的马达控制系统的示例示意图；图3是根据说明性实施例的马达的相量图；图4是根据说明性实施例的包括抗饱和补偿器模块的马达控制系统的示例框图；图5是根据说明性实施例的抗饱和模块的示例框图；以及图6是根据说明性实施例的马达控制系统的示例框图，该马达控制系统具有改进的抗饱和补偿器模块，该改进的抗饱和补偿器模块最小化在电压饱和状态下的供应电流。具体实施方式如本文所使用的术语模块和子模块指的是一个或多个处理电路，诸如专用集成电路(ASIC)、电子电路、执行一个或多个软件或固件程序的处理器(共享的、专用或群组)和存储器、组合逻辑电路和/或提供所述功能的其他合适组件。可以理解的是，下文描述的子模块可以被组合和/或进一步细分。现参考附图，其中将参照具体实施例描述技术方案，而不是对其进行限制，图1是适于实现所公开实施例的电动助力转向系统(EPS)40的说明性实施例。转向机构36是齿条齿轮式系统，并且包括位于壳体50内的齿条(未示出)和位于齿轮壳体52下方的小齿轮(也未示出)。当转动在下文中表示为方向盘26(例如，手持式方向盘等)的操作者输入时，上转向轴29转动，并且通过万向接头34连接到上转向轴29的下转向轴51转动小齿轮。小齿轮的转动移动齿条，齿条移动拉杆38(仅示出一个)，进而移动转向节39(仅示出一个)，其转动可转向轮44(仅示出一个)。电动助力转向辅助通过通常以标号24表示的控制装置提供，并且包括控制器16和电机19，该电机可以是永磁体同步马达(PMSM)，在下文中表示为马达19。控制器16由车辆电源10通过线路12供电。控制器16从车辆速度传感器17接收表示车辆速度的车速信号14。通过位置传感器32测量转向角，该位置传感器可以是光学编码型传感器、可变电阻型传感器或任何其他合适类型的位置传感器，并且向控制器16供应位置信号20。可以使用转速计或任意其他装置测量马达速度，并将其作为马达速度信号21传输到控制器16。可以测量或计算表示为ωm的马达速度，或者可以测量并计算表示为ωm的马达速度。例如，马达速度ωm可以被计算为由位置传感器32在规定的时间间隔内测量的马达位置θ的变化。例如，可以根据等式ωm＝Δθ/Δt将马达速度ωm确定为马达位置θ的导数，其中Δt是采样时间，Δθ是采样间隔期间的位置变化。可替代地，可以从马达位置导出马达速度作为位置相对于时间的变化率。应当理解，存在许多用于执行导数功能的众所周知的方法。当转动方向盘26时，转矩传感器28感测由车辆操作者施加到方向盘26的转矩。转矩传感器28可包括扭力杆(未示出)和可变电阻型传感器(也未示出)，该可变电阻型传感器本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种马达控制系统，用于防止控制器饱和并在电压饱和状态下管理供应电流，所述马达控制系统包括：/n电压限制模块，被配置为在所述马达控制系统达到与配置的阈值相对应的选定的电压限制时，接收限制前电压命令并生成限制后电压命令，所述配置的阈值用于限制施加到由所述马达控制系统控制的马达的电压；以及/n抗饱和模块，被配置为通过从所述限制前电压命令减去所述限制后电压命令来确定电压差，并使用所述电压差和选定为最小化供应电流的补偿增益来计算抗饱和反馈电流。/n

【技术特征摘要】
20191126 US 16/695,9101.一种马达控制系统，用于防止控制器饱和并在电压饱和状态下管理供应电流，所述马达控制系统包括：
电压限制模块，被配置为在所述马达控制系统达到与配置的阈值相对应的选定的电压限制时，接收限制前电压命令并生成限制后电压命令，所述配置的阈值用于限制施加到由所述马达控制系统控制的马达的电压；以及
抗饱和模块，被配置为通过从所述限制前电压命令减去所述限制后电压命令来确定电压差，并使用所述电压差和选定为最小化供应电流的补偿增益来计算抗饱和反馈电流。


2.根据权利要求1所述的马达控制系统，其中，所述补偿增益包括被选择为将马达的马达电流轨迹朝向零马达电流向量移动的值的增益矩阵，并且所述抗饱和模块将增益矩阵值乘以所述电压差。


3.根据权利要求1所述的马达控制系统，其中，所述抗饱和模块使用包括使用如下定义的增益矩阵缩放所述电压差的计算来计算所述抗饱和反馈电流：



其中，KAdd、KAdq、KAqd和KAqq是抗饱和参数。


4.根据权利要求1所述的马达控制系统，其中，所述抗饱和反馈电流被提供为对所述马达控制系统的输入电流命令的反馈，以将所述电压差的反馈交叉耦合引入到电流误差。


5.根据权利要求4所述的马达控制系统，其中，所述抗饱和反馈电流和输入电流命令相加并且被提供为积分控制器的输入以生成电压命令。


6.根据权利要求5所述的马达控制系统，其中，通过与基于电动马达的测量的电流的第二反馈电流相加进一步修改所述输入电流命令。


7.根据权利要求1所述的马达控制系统，其中，基于反电动势(BEMF)补偿、以及基于电动马达的测量的电流的反馈，来计算所述限制前电压命令。


8.一种用于防止电动马达中控制器饱和并在电压饱和状态下管理供应电流的方法，所述方法包括：
在马达控制系统达到与配置的阈值相对应的选定的电压限制时，由所述马达控制系统中的电压限制模块接收限制前电压命令并生成限制后电压命令，所述配置的阈值用于限制施加到由所述马达控制系统控制的马达的电压；以及
由所述马达控制系统中的抗饱和模块通过从所述限制前电压命令减去所述限制后电压命令来确定电压差，并使用所述电压差和选定为最小化供应电流的补偿增益来计算抗饱和反馈电流。


9.根据权利要求8所述的方法，其中，所述补偿增益包括被选择为将马达的马达电流轨迹朝向零马达电流向量移动的值的增益矩阵，并且还包括由所述抗饱和模块将增益矩阵值乘以所述电压差。


10.根...

【专利技术属性】
技术研发人员：P·普拉莫德，张喆，K·纳姆布利，
申请(专利权)人：操纵技术IP控股公司，
类型：发明
国别省市：美国;US