电动机驱动控制制造技术

一种用于三相无电刷电动机的驱动系统，采用用于位置感测的一种算法，其测量电动机各相的电感并从测到的电感确定位置。为了减小噪声，在测试周期Ｔ↓［ｓｄ］期间测量电感，这些测试周期Ｔ↓［ｓｄ］是对每个ＰＷＭ周期里的ＰＷＭ模式添加的导通状态。这些测试周期具有为零的净电压从而不影响电动机的输出，但是它们足够长以便测量电感并且能使用单个电流传感器用于电流感测。（*该技术在2023年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】
电动机驱动控制
本专利技术涉及电动机控制，尤其涉及多相无电刷电动机的脉宽调制(PWM)控制。
技术介绍
为了控制电动机，必须确定转子转动时相对定子的位置，从而可以控制通过电动机绕组的电流以产生期望的转矩。这可以利用专用位置传感器实现，或者利用无传感器位置控制方式从其它参数估计位置。通过用控制器中的位置估计器算法替代测量转子位置的位置传感器，无传感器位置控制方式减少系统成本。该算法利用施加的相或线—线电压、测出的相电压以及电动机驱动系统模型的知识来确定转子的位置。存在许多已知的实现无传感器控制的技术，但是它们分为二大类。最既定的类型是反电动势检测算法，其适用于从电动机的低速到最大速来检测电动机位置。反电动势检测算法利用电动机的用已知外加电压以及已测到的电压馈电的模型，这使得能用这些电压坚固地确定转子的反电动势并且从而确定转子的位置。但是这样的算法不能检测降到零速度的位置，因为在零速度下不存在供检测的反电动势。第二类是电压注入(voltage injection)技术，它是近年来出现的能在低速和静止状态下确定转子位置的技术。在电压注入算法中，在常规施加的相电压上叠加已知电压信号。然后测量由该电压信号感应的电流变化率，从而能确定该相绕组的瞬时电感。通过计算所有三相的瞬时电感，能根据电感随位置的改变的简单模型来检测转子的位置。这些电感改变趋予是由转子凸出、转子磁场引起的静子齿尖的局部饱和，或者二者的组合造成的。由于该注入电压信号不产生有用的动力-->转矩，它减小绕组上的最大“有用”电压。为了避免损害电动机的功率输出，电压注入技术趋予和反电动势检测技术组合使用。电压注入技术提供从零到低速(其中低速典型地为基本速度的10-20％)，而反电动势技术提供低速到高速的位置，如图1中所示。电压注入技术的原理如下。对电动机的一个相施加正电压并测量造成的电流改变率。接着施加负电压并且再次测量电流改变率。从这些施加的电压以及测到的电流改变率，能消除未知的反电动势并且确定该相的瞬时电感。通过测量所有三相的瞬时电感，可以确定转子的位置。在图2中示出一个已知波形的例子。该波形用于确定单相的电感。在该测试模式中对相电流三次采样以确定电流改变的上升率和下降率。每次施加该测试模式时测量不同的相电感，从而典型地在几毫秒的周期后知道所有三相的电感，从而可以确定位置。利用该技术很明显不能同时测量所有三个电感。但是，每次测量一个新电感时，计算一个新位置。该计算基于每相的最新电感值，从而尽管一个相会具有非常新的电感测量，另二个相的值会是有些旧的。该技术可以相当好地工作并且具有一些优点，例如能在不具有电动机参数的先有知识的情况下确定位置并且计算要求相当低。但是，存在着一些明显的缺点。一个问题是由于不同时采样电感，在位置测量中引入一些误差。如果d轴和q轴电感都相对运行条件迅速改变，该误差会恶化，而某些理置磁铁型电动机会是这种情况。测量之间的延迟还在系统的位置响应中引入进一步的时间延迟。这降低驱动的动态能力，这会是一个问题，尤其在伺服驱动系统中。该方法的最大问题是产生噪声。每1-2毫秒中断PWM模式产生250-500赫范围的强声调。这种系统的实际演示提醒，按其实际噪声情况而言它不能由大多数汽车应用接受。EP 0 856 937公开一种电动机位置检测系统，其中在常规PWM周期期间测量有源定子线圈中的电流改变率，并使用其确定转子位置。-->
技术实现思路
本专利技术提供一种用于包括多个相的多相无电刷电动机的驱动系统，该系统包括一个驱动电路，该驱动电路包括开关装置和控制装置，开关装置设置成改变施加在每个相上的相电压，而控制装置设置成控制该开关装置，从而对相电压提供PWM控制以便控制电动机的机械输出，并且控制PWM电压模式从而包含测试周期，在该测试周期期间测量至少一个相中的电流改变率并且由此确定至少一个相的电感，以确定该电动机的转动位置。该控制装置最好设置成定义至少一对测试周期，从而该对测试周期之一中的相电压和另一测试周期中的相电压相反，并且该控制装置设置成从该对测试周期中测到的电流确定一个相的电感。这意味着测试电压具有为零的净效应，并且不必明显修改用来确定输出产生电压的算法。通常，在任何一个PWM周期期间，不存在其中电压被反相的阶段，因为它们不增加驱动转矩。从而，通常需要在当其中电压产生所需的输出转矩时的输出产生周期之外于PWM周期内添加测试周期以作为附加的周期。从而这些测试周期通常会出现在输出产生周期之间。最好在同一个PWM周期中一起提供这对测试周期。该控制装置可设置成在单个PWM周期中测量所有相的电感。在此情况下该控制装置最好设置成在PWM周期中的若干输出产生周期期间把开关装置切换到若干次导通状态，从而产生所需的电动机输出，以及在所述测试周期期间切换到若干次导通状态，其中测试周期足够长从而这些输出产生周期和这些测试周期占据整个PWM周期。替代地，可以把该控制装置设置在单个PWM周期中只测量一些相的电感，例如在三相电动机中，可把该控制装置设置成在单个PWM周期中只测量二个相的电感。在此情况下，对于任何电动机位置可以从三相中选择出二对以供测量电感，从而PWM周期包括一个不导通状态，并且最好把该控制装置设置成在一个PWM周期中测量一对电感并且在随后的PWM周期中测量另一对电感。该控制装置最好设置-->成在相继的PWM周期中交替地测量所述相对的电感。在进一步的替代中，可把该控制装置设置成在任何一个PWM周期中只测一个相的电感。该控制装置最好设置成改变要对其测量电感的相，从而在若干PWM周期上测量所有相的电感。该控制装置最好设置成在第一PWM周期中提供第一PWM模式以能测量至少一个相的电感，和在第二PWM周期中提供不同的第二PWM模式以能测量至少一个的未在第一PWM周期中测量的相的电感，并且在第一和第二周期之间的一个PWM周期中产生至少一个中间PWM模式，该中间模式形状上处于第一和第二模式的中间。这可以帮助减少噪声。该控制装置可以不必设置为要在中间PWM周期中测量各相的电感。最好把该控制装置设置成在每个PWM周期中确定电动机的位置。可常规地把该控制装置设置成根据各相的最新电感测量值确定电动机的位置。在一些情况下，最好把该控制装置设置成确定当其在电动机的转动期间振荡的一个相的电感的均值和峰值、测量该相的瞬时电感，并且从电感的均值、峰值和瞬时值确定电动机的位置。在此情况下，最好对所有能从相同的主电压对产生的要求电压测量相同二相的电感，并且当要求电压改变而需要不同的主电压对并测量不同的电感对时，利用所有相的最新电感测量值确定电感的均值和峰值。该系统最好还包括单个电流传感器，其设置成在测试周期期间测量各相中的电流。在此情况下，最好把该控制装置设置成在每个PWM周期期间利用该电流传感器测量二个相中的电流幅值，从而确定所有相中的电流。此外，测试周期最好足够长以便能由该电流传感器测量一个相中的电流幅值。替代地，该系统可包括多个电流传感器，每个测量一个相的电流。对于其中每个PWM周期中只测量一个相的电感的系统，最好把该控制装置设置成定义一组可以通过在二个导通状态间切换该开关装-->置来产生的要求电压，并且至少一个导通状态下所需的时间不足以测量电流幅值，并且对这些要求电压添加净电本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于包括多个相的多相无电刷电动机的驱动系统，该系统包括一个驱动电路，该驱动电路包括开关装置和控制装置，该开关装置设置成改变施加在每个相上的相电压，该控制装置设置成控制该开关装置从而对相电压提供ＰＷＭ控制以控制电动机的机械输出，其特征在于，该控制装置还设置成控制ＰＷＭ电压模式从而包含测试周期、在该测试周期期间测量至少一个相中的电流改变率并且由此确定至少一个相的电感，从而确定该电动机的转动位置。

【技术特征摘要】
GB 2002-9-3 0220401.41.一种用于包括多个相的多相无电刷电动机的驱动系统，该系统包括一个驱动电路，该驱动电路包括开关装置和控制装置，该开关装置设置成改变施加在每个相上的相电压，该控制装置设置成控制该开关装置从而对相电压提供PWM控制以控制电动机的机械输出，其特征在于，该控制装置还设置成控制PWM电压模式从而包含测试周期、在该测试周期期间测量至少一个相中的电流改变率并且由此确定至少一个相的电感，从而确定该电动机的转动位置。2.依据权利要求1的系统，其中，该控制装置设置成定义至少一对测试周期，从而该对测试周期之一中的相电压和该对测试周期中另一测试周期中的相电压相反，并且该控制装置设置成从该测试周期对中测到的电流确定一个相的电感。3.依据权利要求2的系统，其中，在同一个PWM周期内提供这对测试周期。4.依据上述任一权利要求的系统，其中，该控制装置设置成在单个PWM周期内测量所有相的电感。5.依据权利要求4的系统，其中，该控制装置设置成在一个PWM周期中的若干输出产生周期期间把该开关装置切换到若干次导通状态，从而产生所需的电动机输出，以及，在所述测试周期期间切换到若干次导通状态，其中，测试周期足够长从而所述输出产生周期和所述测试周期占据整个PWM周期。6.依据权利要求1至3中任一权利要求的系统，其中，该控制装置设置成在单个PWM周期中只测量一些相的电感。7.依据权利要求6的系统，其中，该控制装置设置成在单个PWM周期中只测量二个相的电感。8.依据权利要求7的系统，其中，对于电动机的任何位置，可以从三个相选择二对要测量其的电感的相，从而PWM周期包括零电压状态，并且该控制装置设置成在一个PWM周期中测量一对相的电感和在下一个PWM周期中测量另一对相的电感。9.依据权利要求8的系统，其中，该控制装置设置成在相继的PWM周期中在所述二对相之间交替地执行电感测量。10.依据权利要求1至3中任一权利要求的系统，其中，该控制装置设置成在任何一个PWM周期中只测量一个相的电感。11.依据权利要求5至10中任一权利要求的系统，其中，该控制装置设置成改变要对其测量电感的相，从而在若干PWM周期上测量所有相的电感。12.依据权利要求8至10中任一权利要求的系统，其中，该控制装置设置成在第一PWM周期中提供第一PWM模式以能测量至少一个相的电感，以及在第二PWM周期中提供不同的第二PWM模式以能测量至少一个未在第一PWM周期中测量的相的电感，并且在该第一和第二周期之间的一个PWM周期中产生至少一个中间PWM模式，该中间模式在形状上处于该第一和第二模式的中间。13.依据权利要求12的系统，其中，该控制装置设置成不在中间PWM周期中测量相的电感。14.依据上述任一权利要求的系统，其中，该控制装置设置...

【专利技术属性】
技术研发人员：杰弗里R科尔斯，康奈尔威廉斯，
申请(专利权)人：TRW有限公司，
类型：发明
国别省市：GB[英国]