電機控制電路和監(jiān)視電機的方法
【技術領域】
[0001]本發(fā)明涉及電機控制電路特別是多相無刷電機的脈寬調(diào)制(PffM)控制的改進。本發(fā)明還涉及監(jiān)視電機的操作的方法。
【背景技術】
[0002]用于PffM受控電動電機(尤其是DC電機)的控制系統(tǒng)通常需要測量通過電機的繞組或相(phase)的電流，這能夠通過對于每個相的分離電流傳感器的方式、或者通過置于電路中的以便測量在DC電源以及橋接電路和電機的組合之間流動的總瞬時電流的單個電流傳感器的方式來完成。在單個電流傳感器系統(tǒng)中，通過偏移將所需電壓施加到各個相的開關的PWM模式并在適當?shù)狞c處對電流傳感器進行采樣，得到多個電機相電流。
[0003]測量的電流通常被轉(zhuǎn)換為靜止的d_q幀，并且之后與也在d_q幀中的指示電機需要的電流的電流需求信號結(jié)合來產(chǎn)生誤差信號。需求電流本身通常作為電機需要的轉(zhuǎn)矩的函數(shù)被生成。誤差信號代表需要的電流和實際的測量電流之間的差。該誤差信號被饋送給產(chǎn)生通常也在d_q幀中的代表將被施加到電機的、將最佳地使誤差信號趨向于零的電壓的一組電壓需求信號的控制器。然后，取決于使用哪一個PWM策略針對電機的相把d_q電壓轉(zhuǎn)換為PffM信號。因此，控制器行動來變化PffM相電壓，以嘗試不斷地最小化誤差信號的量值，從而確保電機電流盡可能地接近需求電流。
[0004]在實際系統(tǒng)中，控制器將包括PI或PID或其他類型的反饋控制器。反饋控制器的響應的頻率或帶寬確定控制器將嘗試追蹤的電機電流中的改變的最大頻率。高于此的頻率對于饋送環(huán)路的正常操作大體是無關緊要的。該正常帶寬應該被設置為準許追蹤電機中的電流的足夠高但未高到追蹤噪聲和使電路變得不穩(wěn)定的水平。為了確保需要的電機電流的最佳追蹤，通常將把控制器響應調(diào)整為電機的時間常數(shù)。這通過控制器中的增益的適當選擇來實現(xiàn)，確保既不過阻尼也不欠阻尼并且能夠追蹤在電流中的預期改變。
[0005]使用反饋控制和PffM的電機驅(qū)動電路在本領域中已知。例如，WO 2007/072033公開了一種典型的系統(tǒng)，并且通過引用在本文中并入該文檔的教導。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]根據(jù)第一方面，本發(fā)明提供了一種監(jiān)視電動電機電路的方法，所述電動電機電路包括:電動電機，所述電動電機具有按星形或三角形結(jié)構(gòu)連接在一起的多個相；開關電路，所述開關電路包括布置在橋中的多個電開關，所述開關響應于來自控制器的信號操作以選擇性地將相連接至電源以便使電流流經(jīng)電機的相，電機控制器響應于取決于需要的電機電流值和指不在電機中流動的實際電流的實際電機電流值之間的差的電流誤差?目號，其特征在于，所述方法包括如下步驟:處理在電動電機電路的使用中存在的至少一個信號，以識別該至少一個信號的滿足預定準則的頻率內(nèi)容，并且在識別出頻率內(nèi)容且其確實滿足準則的情況下，提供有故障的指示。
[0007]該方法處理的至少一個信號可以包括被饋入控制器的電流誤差信號或取決于誤差信號的值的某個其他信號。
[0008]或者，它可以包括在地線或電機的電源的DC線中流動并且監(jiān)視測量的電流以識別成分的電流。
[0009]該至少一個信號可以包括在轉(zhuǎn)動dq幀中表不的電流或電流誤差信號。
[0010]該方法可以包括使該至少一個信號傳遞通過高通濾波器來處理所述信號，所述濾波器具有低于被識別的頻率的截止頻率。高通濾波器可以具有高于控制器的帶寬的頻率。該濾波器隔離將包含感興趣的頻率內(nèi)容的那部分頻譜，去除與電機驅(qū)動電路的正常功能相關聯(lián)的其他頻率成分。
[0011]該方法可以包括識別感興趣的單個頻率或識別位于感興趣的頻率范圍內(nèi)的頻率的信號。該方法可以包括識別超過電機和電機控制器的正常帶寬的頻率成分。這意指識別高于當不存在故障時由控制器正常地施加到電機電流上的任何頻率的頻率成分。
[0012]該方法可以包括識別等于或基本等于信號環(huán)繞包含控制器的控制環(huán)路傳播耗費的時間的二倍的倒數(shù)、或者等于或基本等于信號環(huán)繞控制環(huán)路傳播耗費的時間的三倍的倒數(shù)、或者可能是環(huán)繞環(huán)路傳遞耗費的時間的四倍的倒數(shù)的頻率。例如，在控制器具有5khz的采樣頻率且信號按該頻率繞控制環(huán)路傳遞一整環(huán)路的情況下，該方法可以包括識別基本是5khz、或基本是2.5khz或基本是1.125khz的頻率成分?？刂破骺梢园疵看瓮ㄟ^控制環(huán)路生成一次針對該頻率內(nèi)容測試的信號(諸如誤差信號)，從而頻率將是采樣周期的函數(shù)。例如如果控制器采樣周期是Ts，則被檢測的頻率內(nèi)容將可能是l/(2*Ts)、或l/(3*Ts)或I/(4*Ts)等。
[0013]控制環(huán)路頻率通常通過控制器的采樣頻率來設置。該方法可以因此識別是控制器的采樣頻率的倍數(shù)(諸如采樣頻率的二倍或三倍)的頻率成分。采樣頻率意指控制器從電流傳感器接收新的輸入信號(諸如更新的誤差信號或更新的電流測量信號)的頻率。
[0014]該方法可以包括處理至少一個信號或從其得到的信號，以及在該信號連續(xù)地存在或不連續(xù)地存在的持續(xù)時間滿足或超過閾值持續(xù)時間的情況下，確定該信號滿足預定準則中的至少一個?？梢詫母咄V波器輸出的信號執(zhí)行此步驟。
[0015]作為確定感興趣的頻率成分超過閾值的步驟的一部分，該方法可以包括使所述至少一個信號或從所述至少一個信號得到的信號通過整流器，并且之后使整流的信號通過低通濾波器，所述低通濾波器去除頻率成分的任何瞬態(tài)實例，從而去除感興趣的頻率中不滿足準則的任何成分。
[0016]作為確定信號是否滿足預定的準則的步驟的一部分，該方法還可以包括確定成分的量值是否滿足或超過預定閾值量值。
[0017]該方法可以因此包括如果被識別的成分具有高于預定閾值的量值并且在超過預定的閾值的一段時間內(nèi)仍然存在，則提供故障的指示。該方法可以包括識別具有基本等于能夠由控制器創(chuàng)建的最大量值的量值的頻率成分。這對應于控制器盡可能努力工作，以通過不斷地把施加到電機的電壓從一個極值切換到相反的極值而對大的誤差進行響應。
[0018]該方法可以包括監(jiān)視在電機中流動的電流，以僅當轉(zhuǎn)向裝置未移動時來識別頻率成分。當它移動時，該方法可以包括不監(jiān)視該成分。
[0019]根據(jù)第二方面，本發(fā)明提供了一種在控制具有多個相的電動電機中使用的電機控制電路，所述控制電路包括:
[0020]開關電路，所述開關電路包括布置在橋中的多個開關，
[0021]電機控制器電路，所述電機控制器電路生成將施加到開關電路的開關的相電壓信號，以使開關選擇性地將相連接到電機的電源軌以便使得電流根據(jù)電機需要的轉(zhuǎn)矩流經(jīng)電機相，
[0022]至少一個電流傳感器，所述至少一個電流傳感器感測在電機中流動的電流；
[0023]電機控制器響應于取決于需要的電機電流值和指示在電機中流動的由電流傳感器感測的實際電流的實際電機電流值之間的差的電流誤差信號，和
[0024]監(jiān)視電路，所述監(jiān)視電路在使用中處理在電機電路的使用中存在的至少一個信號，并且被布置為識別所述至少一個信號的滿足特定的預定準則的頻率成分，并在識別出成分且其確實滿足準則的情況下，提供有故障的指示。
[0025]監(jiān)視電路可以形成電機控制器的一部分。電機控制器和監(jiān)視電路可以體現(xiàn)為硬件或軟件，而且可以處理模擬或數(shù)字域中的信號。
[0026]該至少一個處理的信號可以包括電流誤差信號。
[0027]監(jiān)視電路可以包括至少一個信號被饋入的高通濾波器、高通濾波器的輸出被饋入的整流器、整流器的輸出被饋入的低通濾波器和低通濾波器的輸出被饋入的閾值檢測器。如果閾值檢測器的輸出指示已超過閾值，則監(jiān)視電路可提供故障的指示。
[0028]高通濾波器可以具有高于控制器的帶寬但低于將要識別的成分的頻率的截止頻率。低通濾波器可以具有低于控制器的帶寬的截止頻率。
[0029]監(jiān)視電路可以被布置為識別超過電機控制器和電機的正常帶寬的頻率成分。監(jiān)視電路可以被布置為識別等于或基本等于信號環(huán)繞包含控制器的控制環(huán)路傳播耗費的時間的二倍的倒數(shù)、或者等于或基本等于信號環(huán)繞控制環(huán)路傳播耗費的時間的三倍(或更高的整數(shù)倍)的倒數(shù)的頻率。例如，在控制器具有5khz的采樣頻率并按該頻率環(huán)繞控制環(huán)路傳遞的情況下，該方法可以識別基本是5khz、或基本是2