用于估计有刷电动助力转向系统的马达速度的观测器设计技术方案

本申请公开了用于估计有刷电动助力转向系统的马达速度的观测器设计。提供了一种马达的马达控制系统。该系统包括状态估计观测器，该状态估计观测器基于对马达轴的动力学的惯性阻尼响应、转矩命令信号和经补偿的命令信号来计算估计的速度。该经补偿的信号来自比例积分微分(PID)控制器，该控制器确定感测的位置和估计的位置之间的差异。估计的位置由估计的速度和积分器来确定。该控制系统还可以包括基于马达速度的低通滤波器，这将滤波器应用于估计的速度。

【技术实现步骤摘要】
用于估计有刷电动助力转向系统的马达速度的观测器设计相关申请的交叉引用无关于联邦资助的研究或开发的声明无
与示例实施例一致的装置和方法涉及电动助力转向(EPS)系统，并且更具体地，涉及EPS系统中的马达速度的估计。
技术介绍
在诸如EPS等控制系统中，状态观测器是基于系统的输入和输出的测量值来提供对控制系统内部状态的估计的系统或模块。知道内部系统状态有助于解决与真实系统相关的技术问题，例如，通过使用状态反馈来使真实系统稳定。通常，由于财务考虑和传感器安装的不可行性，EPS的物理内部系统状态无法通过直接测量来确定。而是，借助于更容易测得的系统输出来观测内部状态的间接影响。在这样的情况下，状态观测器模块基于输出测量值来促进内部系统状态的至少一部分的重建。例如，EPS系统包括马达，该马达有助于在EPS系统的运行期间提供驾驶员辅助，因为该马达有助于EPS系统发挥作用，从而实现更好的转向感。马达速度是控制EPS系统的关键信号。可以使用传感器和/或转速表来直接测量马达速度。然而，这种直接测量需要额外的硬件，这导致额外的成本以及工程设计，特别是对于针对低端客户的具有有刷马达的EPS的设计的工程设计。因此，除了EPS系统工作的其他方面之外，还期望在不会显著降低精度的情况下使用状态观测器模块来估计马达速度信号。在特定情况下，如果位置信号的差分被用于生成马达速度，则将导致不需要的噪声和延迟。在其他情况下，可以使用马达的电学行为来对马达系统建模，以使用以下等式来获得马达速度的估计值：<br>其中，L和R分别是马达系统的电感和电阻；i是有刷马达的电枢电流，di/dt＝0；ke是马达反电动势(BEMF)常数；ω是马达速度；并且Vb和Vp是电刷压降和PWM电桥之后的电压。在大多数情况下，很难获得合适的Vb值，并且进而使得马达速度的估计不准确，从而导致EPS系统的转向控制感觉不佳。当驾驶盘保持在固定位置时，这是一个特别需要关注的问题。在这种情况下，使用上述等式估计的马达速度将具有相对于零的偏移，这是一个问题。因此，期望获得马达速度的准确估计。
技术实现思路
从以下结合附图的描述，这些和/或其他优点和特征将变得更加明显。示例实施例可以至少解决以上问题和/或缺点以及以上未描述的其他缺点。而且，不需要示例实施例克服上述缺点，并且示例实施例可以不克服上述任何问题。根据示例实施例的一方面，提供了一种马达的马达控制系统，该马达控制系统包括状态观测器模块。状态观测器模块包括：状态估计观测器/模型系统，该系统基于马达转矩来模拟马达轴动力学；以及补偿器。该补偿器可以计算跟踪命令信号，其被用来使估计的位置信号收敛于测得的位置信号。补偿器可以包括比例积分微分(PID)控制器电路，并且可以被配置为：接收误差e(t)，该误差e(t)是感测的位置与估计的位置之间的差；以及基于PID控制器电路的调节参数和误差e(t)来输出经补偿的命令信号。PID控制器还可以包括：用于导数项的低通滤波器模块，其用于防止高频信号的影响；以及用于对积分项进行抗饱和(anti-windup)的饱和模块。状态观测器模块还包括状态估计观测器/模型系统，该状态估计观测器/模型系统基于其减小的惯性阻尼系统来模拟马达轴动力学。该状态估计观测器/模型系统被配置为：接收马达命令信号，从补偿器接收经补偿的命令信号，基于来自补偿器电路的经补偿的命令信号和马达命令信号来将估计的速度计算为马达控制系统的被控对象模型(plantmodel)的测得的状态，以及输出要由积分器转换成估计的位置的估计的速度。马达控制系统还可以包括基于马达速度的低通滤波器模块。状态估计观测器/模型系统被配置为将估计的速度输出到基于马达速度的低通滤波器模块，其中，低通滤波器模块的截止频率可以取决于先前估计的马达速度。状态估计观测器/模型系统可以通过将经补偿的命令信号添加到马达命令信号来计算估计的速度。在此，马达命令信号用作马达控制系统的前馈命令。马达可以是有刷马达。根据另一示例实施例的一方面，提供了一种电动助力转向(EPS)系统，其包括马达和状态观测器模块。根据另一示例实施例的一方面，提供了一种用于确定马达的估计的马达速度的方法，该方法由马达控制系统的控制模块来实施。该方法包括：接收感测的位置和估计的位置，确定感测的位置与估计的位置之间的误差e(t)，基于该误差e(t)和补偿器电路的调节参数来生成经补偿的命令信号，以及基于马达命令信号、误差e(t)和经补偿的命令信号来将估计的速度计算为马达控制系统的被控对象模型的测得的状态。可以使用状态估计观测器/模型系统、包括PID控制器的补偿器和积分器来计算估计的位置。该方法还可以包括基于感测的位置来确定估计的马达速度。估计的速度可以通过基于马达速度的低通滤波器来传输。马达可以是有刷马达。附图说明在说明书结尾处的权利要求中特别指出并清楚地声明了被视为本专利技术的一个或多个方面的主题。从以下结合附图的详细描述，示例实施例的前述和/或其他特征及优点将变得显而易见，其中：图1示出了根据示例实施例的包括转向系统的车辆；图2示出了根据示例实施例的包括状态观测器模块和低通滤波器模块的马达控制系统；图3示出了根据示例实施例的使用惯性阻尼简化的转向系统的马达的被控对象模型；图4是示出了相对于零的马达速度偏移的说明性示图。图5示出了根据示例实施例的状态观测器模块的数据流；以及图6示出了根据示例实施例的基于马达速度的低通滤波器500。具体实施方式现在将详细参考在附图中示出的示例实施例，其中，相似的附图标记始终表示相似的元件。就这一点而言，示例实施例可以具有不同的形式，并且可以不被解释为限于在此阐述的描述。将理解的是，当在本说明书中使用术语“包括”和/或“包含”时，该术语指定存在所述特征、整数、步骤、操作、元件和/或组件，但不排除存在或增加一个或多个其他特征、整数、步骤、操作、元件、组件和/或其组。将进一步理解的是，尽管术语“第一”、“第二”、“第三”等在本文中可用于描述各种元件、组件、区域、层和/或部分，但是这些元件、组件、区域、层和/或部分可能不受这些术语的限制。这些术语仅用于区分一个元件、组件、区域、层或部分与另一元件、组件、区域、层或部分。如本文所使用的，术语“和/或”包括一个或多个相关联的所列项的任何和所有组合。当诸如“…中的至少一个”等表述被放在元件列表之后时，该表述会修改元件的整个列表但不会修改列表的各个元件。另外，说明书中描述的诸如“单元”、“-器”和“模块”之类的术语指代用于执行至少一个功能或操作的元件，并且可以以硬件、软件、或硬件和软件的组合来实现。各种术语用于指代特定的系统组件。不同的公司可能使用不同的名称来指代组件–本文献无意区分名称不同但功能相同的组件。对于这些示例实施例所属的
的普通技术人员来说显而易见的示例实施例的内容在此不进行详细描本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种马达的控制系统，所述控制系统包括：/n状态观测器模块，其包括：/n马达的马达轴的动力学的模型，所述模型接收转矩命令信号和经补偿的命令信号，并基于对马达轴的动力学的惯性阻尼响应来计算估计的马达速度；/n补偿器电路，其包括比例积分微分PID控制器，所述补偿器电路接收指示马达的感测的位置与马达的估计的位置之间的误差的误差信号，并输出基于误差信号和PID控制器的调节参数而计算的经补偿的命令信号。/n

【技术特征摘要】
20200110 US 16/740,1641.一种马达的控制系统，所述控制系统包括：
状态观测器模块，其包括：
马达的马达轴的动力学的模型，所述模型接收转矩命令信号和经补偿的命令信号，并基于对马达轴的动力学的惯性阻尼响应来计算估计的马达速度；
补偿器电路，其包括比例积分微分PID控制器，所述补偿器电路接收指示马达的感测的位置与马达的估计的位置之间的误差的误差信号，并输出基于误差信号和PID控制器的调节参数而计算的经补偿的命令信号。


2.根据权利要求1所述的控制系统，还包括：
基于马达速度的低通滤波器，其中，所述模型被配置为将估计的马达速度输出到基于马达速度的低通滤波器。


3.根据权利要求1所述的控制系统，还包括：
积分器，所述积分器从所述模型接收估计的马达速度并输出马达的估计的位置；以及
加法器，所述加法器接收马达的感测的位置和马达的估计的位置，并将误差信号输出到补偿器电路。


4.根据权利要求1所述的控制系统，其中，所述PID控制器包括：
比例控制器、微分控制器和积分控制器；
低通滤波器，当误差信号被传输到微分控制器时所述低通滤波器对该误差信号进行滤波；以及
饱和模块，所述饱和模块使积分控制器的输出饱和。


5.根据权利要求1所述的控制系统，其中，所述马达是有刷马达。


6.一种电动助力转向EPS系统，包括：
马达；以及
状态观测器模块，其包括：
马达的马达轴的动力学的模型，所述模型接收转矩命令信号和经补偿的命令信号，并基于对马达轴的动力学的惯性阻尼响应来计算估计的马达速度；
补偿器电路，其包括比例积分微分PID控制器，所述补偿器电路接收指示马达的感测的位置与马达的估计...

【专利技术属性】
技术研发人员：李坤，
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