[發明專利]用于電動機電路的控制系統

有效

• 申請號: 201780072407.7
• 申請日: 2017-10-13
• 公開（公告）號: CN110073590B
• 公開（公告）日: 2023-03-24
• 發明（設計）人: R·宮斯考雷克
• 申請（專利權）人: TRW汽車股份有限公司
• 主分類號: H02P21/13
• 分類號: H02P21/13;H02P21/00;B62D5/04
• 代理公司: 中國貿促會專利商標事務所有限公司 11038
• 代理人: 曹瑾

一種用于電動機電路的控制系統包括電流控制器、觀察器以及前饋控制器，所述電流控制器為電機電路產生理想化的電壓需求的集合，所述觀察器觀察電機電路的輸入和電機電路的輸出，并且根據該觀察生成電機電路內的電壓擾動的估計值，所述觀察器被布置用于輸出指示電機電路中的電壓擾動的第一校正信號，所述前饋控制器接收在電機電路中流動的電流的測量值或估計值作為輸入，并根據輸入計算第二校正信號。從觀察器輸出的第一校正信號和從前饋控制器輸出的第二校正信號與從控制器輸出的理想化的電壓需求結合，以提供饋送到電機的修改的電壓需求的集合。

本發明涉及用于電機電路的控制系統，其被布置成減小電動機電路中不想要的電壓擾動的影響。本發明特別地但非排他地涉及用于控制作為電動助力轉向裝置的一部分的內置式永磁體的控制系統。

用于諸如電機電路或其它電動致動器之類的設備(plant)的閉環電流控制系統通常采用圖1中示出的形式，其中，使用向量控制，需求電壓VDQ被施加到電機10的每個相繞組，以及由電流測量電路來測量結果生成的電流iMotor。然后，測量的電流由電流控制器20(通常是PI控制器)用于將電機電流控制到所請求的目標電流。PI控制器的輸入是目標需求電流iDQ與實際測量的電流之間的差。控制器的輸出通常是電機需求電壓VDQ的集合，其用于確定施加到電機驅動電路的驅動橋開關的PWM波形。還需要給出電機的電氣位置的信號，以便可以在正確的時間在正確的相位施加電壓。在圖1的系統中，示出了位置傳感器30，但是本發明同樣適用于無位置傳感器的系統，其中位置信號是從其它傳感器測量值估計的。

眾所周知，當電機正在旋轉或被供應驅動電流時，某些電機類型會引入電噪聲，作為電壓擾動。噪聲的一些關鍵來源是交叉耦合和反EMF，它們是諸如內置式永磁同步電機(IPMSM)之類的電機的固有特性。這些作為電機控制內的電壓擾動。如果未充分補償，這些電壓擾動會嚴重降低控制的靜態和動態性能。

根據第一方面，本發明提供了一種用于電動機電路的控制系統，該系統包括：

電流控制器，該電流控制器為電機電路產生理想化的電壓需求的集合，

觀察器，該觀察器觀察電機電路的輸入和電機電路的輸出，并且根據觀察生成電機電路內的電壓擾動的估計值，該觀察器被布置用于輸出指示電機電路中的電壓擾動的第一校正信號，

前饋控制器，該前饋控制器接收電機中流動的電流的測量值或估計值作為輸入，并根據輸入計算第二校正信號，

以及補償裝置，該補償裝置將從觀察器輸出的第一校正信號和從前饋控制器輸出的第二校正信號二者與從控制器輸出的理想化的電壓需求進行結合，以提供饋送到電機的修改的電壓需求的集合。

理想化的電壓需求指的是電壓需求的集合，其中在完美的電機電路的情況下，所述電壓需求的集合將使電機產生預確定的水平的轉矩和速度。可以基于電機的理想物理參數來選擇這些電壓需求。

第一校正信號和第二校正信號可以包括電壓，允許它們通過加法或減法簡單地與理想電壓需求結合。

本發明的控制系統提供了源于交叉耦合、反EMF、電氣參數變化或不確定性以及其它未知來源等的電機電路(電機和電機驅動級以及可選地相關聯的電機電流測量電路)中的電壓擾動的補償。根據本發明的控制系統因此可以被配置為在寬帶寬上實現優異的擾動抑制并且提供對未知系統擾動的魯棒性，從而為電機的精確和高度動態的控制提供重要貢獻。

前饋控制器的輸入可以包括由觀察器產生的電機電流的估計值，其可以被表述為d軸電流估計值和q軸電流估計值。這與使用從電流傳感器輸出的電流的實際測量值相比是優選的，因為觀察器估計值沒有滯后，直接來自被饋送到觀察器中的瞬時輸入。

前饋控制器可以采用以以下方式限定的控制定律：基于以過程的數學模型的形式的關于過程的知識以及關于過程擾動的知識或者過程擾動的測量值，抵消電機和電機驅動器中的與交叉耦合和反EMF電壓對應的擾動項。

前饋控制器可以額外地接收電機的角速度(或者機械角速度或者電角速度)的測量值作為輸入。