專(zhuān)利名稱：電流傳感器誤差補(bǔ)償?shù)闹谱鞣椒?br> 技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及電動(dòng)機(jī)的控制，特別是涉及電動(dòng)機(jī)中的電流的測(cè)量和基于電流測(cè)量的電動(dòng)機(jī)的控制。
背景技術(shù)：
用于電氣致動(dòng)器的閉環(huán)電流控制器一般采取圖I所示的形式，在該形式中，通過(guò)使用矢量控制，向電動(dòng)機(jī)的各相位繞組施加電壓并且測(cè)量得到產(chǎn)生的電流。測(cè)量的電流然后被一般為PI的控制器使用，以控制為請(qǐng)求的目標(biāo)電流。也需要給予電動(dòng)機(jī)的電氣位置的信號(hào)，使得可在正確的時(shí)間在正確的相位上施加電壓。在圖I的系統(tǒng)中，示出位置傳感器，但是，本發(fā)明同樣適用于從其它的傳感器測(cè)量估計(jì)位置信號(hào)的沒(méi)有位置傳感器的系統(tǒng)。由于電流傳感器的不準(zhǔn)確和限制，測(cè)量過(guò)程可將不存在于被測(cè)量的電流中的諧波引入電流傳感器的輸出信號(hào)中。電流控制器然后對(duì)于傳感器輸出中的這些諧波起反應(yīng)以嘗試去除它們，但是，通過(guò)從電流傳感器給予平滑的輸出的電流控制器去除它們導(dǎo)致實(shí)際的電流包含這些諧波。根據(jù)這些不希望的諧波的頻率和振幅，由電動(dòng)機(jī)產(chǎn)生的扭矩可劣化，使得諧波可能導(dǎo)致扭矩波紋和/或聲學(xué)噪聲。電流測(cè)量一般使用兩種相位電流測(cè)量方法。I.相位電流傳感器，其中，在相位中的每一個(gè)中放置電流測(cè)量裝置。(對(duì)于三相位系統(tǒng)，由于可從2個(gè)測(cè)量的相位計(jì)算第3相位，因此，可以只測(cè)量2個(gè)相位)2.單個(gè)電流傳感器，其中，在PWM占空循環(huán)中的特定點(diǎn)上測(cè)量在DC鏈接中流動(dòng)的電流，以允許計(jì)算3個(gè)相位中的電流。根據(jù)使用的相位電流測(cè)量方法，引入的諧波將是不同的。本發(fā)明適用于由測(cè)量不準(zhǔn)確引入的任何諧波。電流測(cè)量誤差的影響從標(biāo)準(zhǔn)控制理論，畸變對(duì)于任何閉環(huán)系統(tǒng)中的反饋測(cè)量信號(hào)的影響是公知的。以下對(duì)于電動(dòng)機(jī)電流控制器的情況明確描述該影響。如圖2所示，電流測(cè)量上的畸變表現(xiàn)為電流反饋路徑上的未知的擾動(dòng)。擾動(dòng)將對(duì)于來(lái)自傳感器的‘測(cè)量電流’信號(hào)添加諧波。如果這些擾動(dòng)諧波落入電流控制器的帶寬內(nèi)，那么，為了消除它們，電流控制器將用于通過(guò)調(diào)制控制(電壓要求)拒絕它們。即使在測(cè)量的相位電流信號(hào)中不再存在諧波，該調(diào)制也將導(dǎo)致諧波出現(xiàn)于實(shí)際的相位電流上。這將在電動(dòng)機(jī)輸出軸上導(dǎo)致不希望的扭矩波紋。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明提供一種用于電動(dòng)機(jī)的控制系統(tǒng)，該系統(tǒng)包括被配置為產(chǎn)生指示電動(dòng)機(jī)中的電流的電流感測(cè)輸出的電流感測(cè)裝置；被配置為接收電流感測(cè)輸出并輸出指示向電動(dòng)機(jī)施加的電壓的電壓要求的電流控制裝置；和電流感測(cè)校正裝置。校正裝置可被配置為監(jiān)視電壓要求。校正裝置可被配置為通過(guò)任何適當(dāng)?shù)难b置測(cè)量電流感測(cè)輸出中的畸變，并例如通過(guò)產(chǎn)生校正信號(hào)校正畸變。校正信號(hào)可被配置為校正電流感測(cè)輸出?；兛梢允强梢允请妱?dòng)機(jī)速度的一個(gè)或更多個(gè)諧波并因此可隨電動(dòng)機(jī)速度改變的一個(gè)或更多個(gè)特定的頻率，或者可以是與電動(dòng)機(jī)速度無(wú)關(guān)的固定頻率。電動(dòng)機(jī)可具有靜止繞組和關(guān)于繞組旋轉(zhuǎn)的轉(zhuǎn)子的電動(dòng)機(jī)。電流感測(cè)裝置可包含被配置為測(cè)量電動(dòng)機(jī)繞組中的電流的電流傳感器。電流可被測(cè)量為繞組的參照系中的兩個(gè)分量。電流感測(cè)裝置可包含被配置為將測(cè)量的電流變換成例如作為扭矩產(chǎn)生和非扭矩產(chǎn)生分量的轉(zhuǎn)子的參照系的變換裝置。電流控制裝置可被配置為輸出電壓要求，以限定可以是繞組的參照系并被定義為例如a和0分量的靜止的參照系中或可以為轉(zhuǎn)子的參照系并被定義為例如D和Q軸分量的旋轉(zhuǎn)參照系中的要求電壓。校正裝置可被配置為識(shí)別具有等于可以是諧波畸變的畸變的頻率的要求的電壓的分量，并測(cè)量該分量的大小和相位以測(cè)量諧波畸變。校正裝置可被配置為例如通過(guò)使用頻率變換，變換要求的電壓使得識(shí)別的分量變?yōu)镈C分量，并測(cè)量DC分量的大小。校正裝置可被配置為產(chǎn)生校正信號(hào)，以減少識(shí)別的分量。校正裝置可被配置為組合校正信號(hào)與電流感測(cè)輸出，以產(chǎn)生校正的電流感測(cè)輸出。作為替代方案，電流感測(cè)裝置可包含電流傳感器，并且，校正裝置可被配置為向電流傳感器輸入校正信號(hào)以調(diào)整電流傳感器的參數(shù)?？刂葡到y(tǒng)可被配置為校正畸變的多個(gè)分量。例如，畸變的分量可以是具有不同的頻率和/或不同的符號(hào)的諧波。


現(xiàn)在參照附圖僅作為例子描述本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例。圖I是用于電動(dòng)機(jī)的已知的閉環(huán)電流控制系統(tǒng)的框圖；圖2是表示電流測(cè)量誤差如何影響圖I的系統(tǒng)的示圖；圖3是根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例的用于電動(dòng)機(jī)的閉環(huán)電流控制系統(tǒng)的示圖；圖4是圖3的系統(tǒng)的同步濾波器形成部分的示圖；圖5是與圖4類(lèi)似但具有另一濾波器部件的濾波器配置的示圖；圖6是被配置為校正D和Q軸電流測(cè)量的圖3的系統(tǒng)的一部分的示圖；圖7是被配置為直接校正電流傳感器的操作的另一實(shí)施例的系統(tǒng)的一部分的示圖。圖8是根據(jù)本發(fā)明的另一實(shí)施例的控制系統(tǒng)的示圖。
具體實(shí)施例方式參照?qǐng)D3，由根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例的包含電流感測(cè)系統(tǒng)12和電流控制器20的閉環(huán)電動(dòng)機(jī)電流控制系統(tǒng)控制電動(dòng)機(jī)10。電流感測(cè)系統(tǒng)12包含被配置為測(cè)量電動(dòng)機(jī)中的三個(gè)相位中的電流iu、iv、iw的電流傳感器14,該電動(dòng)機(jī)包含三個(gè)繞組,并且輸出指示具有a分量和P分量的靜止坐標(biāo)中的電流矢量的信號(hào)。電流感測(cè)系統(tǒng)還包含坐標(biāo)變換塊16，該坐標(biāo)變換塊16被配置為將電流矢量從靜止基準(zhǔn)形式中的a分量和3分量轉(zhuǎn)換成限定相對(duì)于固定繞組旋轉(zhuǎn)的轉(zhuǎn)子參照系中的電流矢量的D分量iD和Q分量iQ，使得Q軸電流為扭矩產(chǎn)生分量并且D軸電流不產(chǎn)生扭矩。比較器18從電流感測(cè)系統(tǒng)12接收D電流和Q電流，并且將它們與要求的D電流分量和Q電流分量比較，以產(chǎn)生誤差。電流控制器20接收電流誤差，并且輸出要求的電壓矢量，該電壓矢量為被計(jì)算為減小電流誤差使得測(cè)量的電流矢量接近要求的電流矢量的D軸和Q軸電壓要求Vdq的形式。另一變換塊22從電流控制器接收電壓要求，將其轉(zhuǎn)換成被輸入到PWM驅(qū)動(dòng)器24中的a和0分量Va e，該P(yáng)WM驅(qū)動(dòng)器24被配置為控制大量的開(kāi)關(guān)，以以在具有與電壓要求矢量對(duì)應(yīng)的大小和方向的繞組中產(chǎn)生凈電壓的PWM模式向電動(dòng)機(jī)的相位繞組施加電壓。本系統(tǒng)中的電流傳感器14如上面描述的那樣產(chǎn)生諧波干涉。在輸入到控制器20的電流誤差信號(hào)中觀察不到電流測(cè)量誤差。但是，如果擾動(dòng)諧波落入電流控制器20的帶寬內(nèi)，那么將可在從電流控制器20輸出的控制器(電壓要求)信號(hào)上觀察到它?？刂葡到y(tǒng)因此被配置為提供諧波補(bǔ)償功能。為了實(shí)現(xiàn)這一點(diǎn)，它被配置為監(jiān)視電 壓要求，在這種情況下，通過(guò)監(jiān)視VDQ，以測(cè)量諧波干涉，并且向從電流傳感器14輸出的電流測(cè)量信號(hào)施加校正，使得測(cè)量誤差被去除?？刂葡到y(tǒng)被配置為執(zhí)行的補(bǔ)償過(guò)程可分成三個(gè)步驟I.隔離一監(jiān)視由電流控制器20要求的電壓并且隔離不希望的頻率。2.控制一產(chǎn)生被配置為將不希望的諧波減小到零的控制(消除)信號(hào)。3.校正一向閉環(huán)中的電流測(cè)量系統(tǒng)施加控制(取消)信號(hào)。隔離雖然可以使用諸如運(yùn)行時(shí)間快速傅立葉變換或陷波濾波器的大量的技術(shù)以隔離不希望的諧波，但是，在本實(shí)施例中使用的方法要使用被配置為將控制電壓要求變換成隔離頻率參照系的同步濾波器。這允許簡(jiǎn)單地隔離在這種情況下被假定為已知頻率的單個(gè)諧波的不希望的諧波。圖4表不作為輸入接收電流控制器輸出電壓要求Vdq、電動(dòng)機(jī)電氣位置0和要被隔離的諧波k (相對(duì)于電動(dòng)機(jī)電氣頻率)的同步濾波器40的一個(gè)實(shí)現(xiàn)。注意，根據(jù)目標(biāo)諧波是正次序分量還是負(fù)次序分量(即，它是沿與轉(zhuǎn)子相同的方向行進(jìn)還是沿相反的方向行進(jìn))，k可以為正或負(fù)。由濾波器40執(zhí)行的變換6#被定義為養(yǎng)r'vV(f)=, lla,dj)
J cast^B)這里，u (t)是對(duì)于濾波器40的輸入，y (t)是輸出，0是電動(dòng)機(jī)的電氣位置。由同步濾波器40輸出的變換的信號(hào)將包含DC分量和AC分量。DC分量是目標(biāo)諧波的正交分量。AC分量由原信號(hào)中的所有其它諧波導(dǎo)致。如果DC分量為零，那么在電流控制器輸出電壓中不存在隔離頻率。如圖5所示，如果必要的話，可在同步濾波器40的輸出上的控制路徑上添加濾波器50，以幫助衰減不希望的AC分量，使得可很容易隔離DC分量。雖然關(guān)于與電動(dòng)機(jī)電氣頻率相關(guān)的諧波的去除描述了本技術(shù)，但是，它可被用于去除固定頻率畸變。在這種情況下，在固定頻率上產(chǎn)生并且不從電動(dòng)機(jī)電氣位置導(dǎo)出角度輸入。
控制如參照?qǐng)D4和圖5描述的那樣，同步濾波器40產(chǎn)生DC分量是不希望的諧波的大小的信號(hào)。如果DC分量為零，那么不存在諧波。因此，該過(guò)程的控制步驟的目的是，產(chǎn)生可反饋到電流感測(cè)系統(tǒng)中的校正信號(hào)，以將同步濾波器輸出的DC分量減小到零?？梢允褂么罅康目刂破饕詧?zhí)行該步驟，但是，優(yōu)選的方案是標(biāo)準(zhǔn)PID形式的控制器。校正重新參照?qǐng)D3，一旦計(jì)算了要求的控制作用，就必須向電流感測(cè)系統(tǒng)施加校正作用?？梢砸源罅康姆绞綄?shí)現(xiàn)這一點(diǎn)，這些方式包括I.以不希望的諧波的反相位向電流測(cè)量即向電流傳感器輸出施加正弦校正，以消除諧波。2.直接修改電流測(cè)量(例如，補(bǔ)償增益或偏移測(cè)量誤差)。方案I適于大多數(shù)或者所有的情況，并且具有固地為呈現(xiàn)線性的優(yōu)點(diǎn)。當(dāng)在隔離的諧波信號(hào)與被修改的參數(shù)(例如，信號(hào)的增益或偏移)之間存在單調(diào)(并優(yōu)選線性)關(guān)系時(shí)，方案2是最合適的。但是，存在許多不是這種情況的情況，在這種情況，可優(yōu)選方案I。諧波消除在許多情況下，優(yōu)選的方案是通過(guò)以不希望的諧波的反相位向電流測(cè)量信號(hào)添加校正信號(hào)消除諧波。圖6表示實(shí)現(xiàn)這一點(diǎn)的方案。這包括與圖5類(lèi)似的具有濾波其輸出的濾波器61的同步濾波器60?？刂破?2在通過(guò)濾波器61濾波之后從同步濾波器60接收輸出，并且計(jì)算將同步濾波器輸出的DC分量減小為零所需要的DC校正i_。變換塊63執(zhí)行由同步濾波器執(zhí)行的變換的逆變換，以將該DC校正變換成等于不希望的諧波的正弦校正信號(hào)ieOT。加法器66將正弦校正信號(hào)加到由包括與圖3類(lèi)似的電流傳感器64和坐標(biāo)變換塊65的電流感測(cè)系統(tǒng)輸出的DQ軸電流測(cè)量上。因此，該校正信號(hào)具有校正振幅和相位以消除測(cè)量誤差。直接補(bǔ)償參照?qǐng)D7，在根據(jù)本發(fā)明的另一實(shí)施例的系統(tǒng)中，具有輸出濾波器71的同步濾波器70與圖6對(duì)應(yīng)。但是，接收來(lái)自同步濾波器70的濾波輸出的控制器72被配置為從目標(biāo)諧波的測(cè)量的大小計(jì)算直接輸入到電流傳感器74的控制輸出i_，以控制電流傳感器74的參數(shù)(諸如增益或偏移)，使得通過(guò)坐標(biāo)變換塊75變換成DQ軸電流的電流傳感器的輸出將去除不希望的諧波。校正算法的調(diào)度以上描述的技術(shù)的限制在于，不能在低的電動(dòng)機(jī)速度下很容易地隔離DC分量(并且，在零速度上不可能隔離)。作為結(jié)果，應(yīng)限制算法可操作的最小電氣頻率。類(lèi)似地，如果算法的采樣率不夠高，那么算法可能必須具有上限操作速度，以避免混淆問(wèn)題。為了使得算法的啟用和禁用中的扭矩?cái)_動(dòng)最小化，可以在操作速度限制上使用滯后，并且/或者，可以在某時(shí)間周期(或大量的電氣循環(huán))上線性斜坡開(kāi)關(guān)控制操作。當(dāng)算法被禁用時(shí)，大量的選項(xiàng)是可用的，并且，控制系統(tǒng)可被配置為完成以下過(guò)程中的任一個(gè)或更多個(gè)I.在最后的計(jì)算值上固定控制操作(對(duì)于諧波補(bǔ)償算法，位置的變化仍將繼續(xù)，以在需要的諧波頻率上產(chǎn)生校正操作)。2.切換到替代性的諧波補(bǔ)償算法。3.完全禁用諧波補(bǔ)償。同時(shí)補(bǔ)償多于一個(gè)的諧波電流測(cè)量誤差一般導(dǎo)致幾個(gè)諧波頻率上的畸變。該算法可通過(guò)并行組合多個(gè)諧波補(bǔ)償算法同時(shí)消除幾個(gè)頻率。這是由于諧波補(bǔ)償控制器在不同的頻率上完全獨(dú)立地操作。參照?qǐng)D8，根據(jù)本發(fā)明的另一實(shí)施例的電動(dòng)機(jī)控制系統(tǒng)包含與圖3相同的部件，使得由相同的附圖標(biāo)記表示的相應(yīng)的部件加100。在本實(shí)施例中，完整的諧波補(bǔ)償算法包含均并行操作的三個(gè)子算法130、132、134。這些子算法中的每一個(gè)可與圖6或圖7對(duì)應(yīng)，并且，每個(gè)被配置為隔離并校正不同的諧波頻率?？梢岳斫猓a(bǔ)償子算法被配置為校正的諧波的數(shù)量、次數(shù)和符號(hào)依賴于電流感測(cè)系統(tǒng)的性質(zhì)和它產(chǎn)生的諧波畸變。例如，在一些情況下，可存在被配置為校正兩個(gè)諧波的兩個(gè)子算法。它們可具有相同的次數(shù)和不同的符號(hào)、具有不同的次數(shù)和相同的符號(hào)或者具有不同的次序和不同的符號(hào)。在一些情況下，可存在圖8所示的三個(gè)子算法。在這種情況下，三個(gè)諧波可由兩個(gè)相同次數(shù)和相反符號(hào)和一個(gè)不同次數(shù)(和符號(hào))或三個(gè)不同次數(shù)和全正、全負(fù)、兩負(fù)一正或兩正一負(fù)構(gòu)成。雖然在以上描述的實(shí)施例中在D、Q軸參照系中監(jiān)視電壓要求并且在D和Q軸電流測(cè)量信號(hào)上實(shí)施校正的諧波補(bǔ)償版本，但是，在靜止a和P參照系中即在變換塊22的輸出上實(shí)施電壓要求監(jiān)視，并且對(duì)于a和P參照系中即被傳感器14輸出時(shí)且被輸入到變換塊16之前的電流傳感器輸出施加諧波補(bǔ)償是同樣可能的。
權(quán)利要求
1.一種用于電動(dòng)機(jī)的控制系統(tǒng)，該系統(tǒng)包括被配置為產(chǎn)生指示電動(dòng)機(jī)中的電流的電流感測(cè)輸出的電流感測(cè)裝置；被配置為接收電流感測(cè)輸出并輸出指示向電動(dòng)機(jī)施加的電壓的電壓要求的電流控制裝置；和被配置為監(jiān)視電壓要求以測(cè)量電流感測(cè)輸出中的畸變并產(chǎn)生被配置為校正畸變的校正信號(hào)的電流感測(cè)校正裝置。
2.根據(jù)權(quán)利要求I的控制系統(tǒng)，用于具有靜止繞組和關(guān)于繞組旋轉(zhuǎn)的轉(zhuǎn)子的電動(dòng)機(jī)，其中，電流感測(cè)裝置包含被配置為測(cè)量電動(dòng)機(jī)繞組中的電流的電流傳感器和被配置為將測(cè)量的電流變換成轉(zhuǎn)子的參照系的變換裝置。
3.根據(jù)權(quán)利要求I或2的控制系統(tǒng)，其中，電流控制裝置被配置為輸出電壓要求以限定旋轉(zhuǎn)的參照系中的要求的電壓。
4.根據(jù)任何前面的權(quán)利要求的控制系統(tǒng)，其中，校正裝置被配置為識(shí)別具有等于畸變的頻率的要求電壓的分量，并測(cè)量該分量的大小以測(cè)量諧波畸變。
5.根據(jù)權(quán)利要求4的控制系統(tǒng)，其中，校正裝置被配置為變換要求電壓使得識(shí)別的分量變?yōu)镈C分量,并測(cè)量DC分量的大小。
6.根據(jù)權(quán)利要求4或5的控制系統(tǒng)，其中，校正裝置被配置為產(chǎn)生校正信號(hào)，以減少識(shí)別的分量。
7.根據(jù)任何前面的權(quán)利要求的控制系統(tǒng)，其中，校正裝置被配置為組合校正信號(hào)與電流感測(cè)輸出，以產(chǎn)生校正的電流感測(cè)輸出。
8.根據(jù)權(quán)利要求I 6中的任一項(xiàng)的控制系統(tǒng)，其中，電流感測(cè)裝置包含電流傳感器，并且，校正裝置被配置為向電流傳感器輸入校正信號(hào)以調(diào)整電流傳感器的參數(shù)。
9.根據(jù)任何前面的權(quán)利要求的控制系統(tǒng)，該控制系統(tǒng)被配置為校正畸變的多個(gè)分量。
10.根據(jù)權(quán)利要求9的控制系統(tǒng)，其中，畸變的分量是具有不同的頻率和/或不同的符號(hào)的諧波。
11.一種基本上在這里參照附圖中的任一個(gè)或更多個(gè)描述的控制系統(tǒng)。
全文摘要
一種用于電動(dòng)機(jī)的控制系統(tǒng)包括被配置為產(chǎn)生指示電動(dòng)機(jī)中的電流的電流感測(cè)輸出的電流感測(cè)裝置；被配置為接收電流感測(cè)輸出并輸出指示向電動(dòng)機(jī)施加的電壓的電壓要求的電流控制裝置；和被配置為監(jiān)視電壓要求以測(cè)量電流感測(cè)輸出中的畸變并產(chǎn)生被配置為校正畸變的校正信號(hào)的電流感測(cè)校正裝置。
文檔編號(hào)H02P21/00GK102986132SQ201180019255
公開(kāi)日2013年3月20日 申請(qǐng)日期2011年2月16日 優(yōu)先權(quán)日2010年3月2日
發(fā)明者C·B·威廉姆斯, C·D·狄克遜, R·J·胡克斯福特 申請(qǐng)人:Trw有限公司