CN102870321A - 用于确定电驱动机的输出转矩的方法和装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种用于通过测量由电驱动机(20)消耗的电流(I)来确定所述电驱动机(20)的输出转矩(M_real)的方法和装置。依据本发明，根据所确定的干扰转矩

计算校正电流(I_korr)，其中根据所述所测量的电流(I)和所述校正电流(I_korr)确定并输出经校正的电流(I^*)，其表示所述电驱动机(20)的实际输出转矩(M_real)。

Description

用于确定电驱动机的输出转矩的方法和装置

技术领域

本发明涉及一种根据独立权利要求1所述类型的用于确定电驱动机的输出转矩的方法、一种根据独立据权利要求8所述类型的用于确定电驱动机的输出转矩的相应的装置和一种带有用于执行用于确定电驱动机的输出转矩的方法的程序代码的计算机程序产品。

背景技术

在电机的驱动技术中，在许多情况下都测量电机的电流消耗，以便得出该电机的输出转矩。该信息能够用作调节目的(FOR-Feldorientierte Regelung，面向现场的调节)或用于安全功能。能够根据电机的理想电机模型确定电流和理想的输出转矩之间的关系。然而电机还包括其他的转矩，诸如例如轴承摩擦、齿槽转矩等，其能够改变电机的输出转矩。因此，电机的实际输出转矩与电机的理想输出转矩不再一致，并且在所测得的电流和电机的实际输出转矩之间不再有直接的关系。

发明内容

相比之下，依据本发明的具有独立权利要求1所述特征的用于确定电驱动机的输出转矩的方法具有如下优点，即根据所确定的干扰转矩计算校正电流，其中根据所述所测量的电流和所述校正电流确定并输出经校正的电流，其表示所述电驱动机的实际输出转矩。

依据本发明的具有独立权利要求8所述特征的用于确定电驱动机的输出转矩的装置具有如下优点，即设置有计算单元，其根据所确定的干扰转矩计算校正电流，其中根据所述所测量的电流和所述校正电流能够确定并输出经校正的电流，其表示所述电驱动机的实际输出转矩。此外该装置还包括用于测量由所述电驱动机消耗的电流的装置。

本发明的实施方式以相应于干扰转矩的值校正所测量的电流值。调整后的电流测量使得借助理想的电机模型得出电驱动机的实际输出转矩成为可能，电驱动机例如被实施为同步电机、异步电机、直流电机等。因此，引入电流测量的结果以得出实际的输出转矩的后续的子系统能够有利地以较高的质量工作。借助于本发明的与各系统相适应的改善的电流测量的实施例，后续的子系统能够以标准方法进行值调整(wertbereinigt)。这一优点首先在对由“电机”和“电流测量”子系统组成的产品的责任结束并因此结束接口“电流测量”的责任时开始起作用。引入“电流测量”信息以得出实际的输出转矩的后续的子系统例如是电驱动机的转矩调节和/或转速调节或者行驶安全功能。

实际的电驱动机与理想的电驱动机的区别在于，理想的输出转矩与干扰转矩相叠加。根据电机方程得出理想的输出转矩。主要根据机械的条件(例如摩擦和齿槽转矩)得出干扰转矩。因为通常不期望这些影响量，因此将其归为干扰量。干扰转矩能够预先通过测量或仿真得出，并以相应的形式存储以用于信号处理。最终根据理想输出转矩和干扰转矩之和得出实际的输出转矩。

考虑理想的电驱动机，借助于相应的电机方程根据所测量的电流计算理想的输出转矩。在此，电机方程与电驱动机的应用类型相关。依据本发明的电流校正的目的在于，如此地确定校正电流，以便使得能够通过使用理想的电机模型来直接得出实际的输出转矩。为了这一目的，依据本发明基于所得出的干扰转矩确定校正电流。以最简单的形式，根据理想电机模型的逆电机方程得出校正电流。能够借助于测量得出各电驱动机或电机或各电机类型的干扰转矩，并能够将其以相应的形式存储在系统中以用于信号处理。因此为校正电流得出与干扰转矩有关的具体的转换方程。

本发明的实施形式基本上能够用作电机的电流测量的扩展。在此，例如电辅助转向系统能够是可能的应用。

通过在从属权利要求中给出的措施和改进方案能够有利地改进在独立权利要求1中给出的用于确定电驱动机的输出转矩的方法以及在独立权利要求8中给出的用于确定电驱动机的输出转矩的装置。

尤其有利的是，提供干扰转矩的影响因子作为至少一个干扰转矩特性曲线的输入量，所述干扰转矩特性曲线用于计算所述校正电流。干扰转矩例如包括摩擦转矩和/或齿槽转矩，其受转速和/或转动角影响。此外，能够通过相应的测量和/或仿真事先确定并存储所述至少一个干扰转矩特性曲线。由此，与摩擦有关的干扰转矩尤其与电驱动机的转速相关。与齿槽转矩有关的干扰转矩尤其与电驱动机的转动角相关。干扰转矩特性曲线的产生和存储以有利的方式使得快速并安全地确定校正电流并确定与此相关的经校正的电流成为可能，经校正的电流表示电驱动机的实际输出转矩。

在依据本发明的方法的有利的方案中，基于所述所测量的电流借助相应的理想的电机模型的电机方程计算所述电驱动机的理想的输出转矩。此外基于所述经校正的电流采用相应的理想的电机模型的电机方程计算所述电驱动机的实际的输出转矩。

在依据本发明的方法的另外的有利方案中，表示所述电驱动机的实际的输出转矩的所述经校正的电流被用作所述电驱动机的转矩调节和/或转速调节的和/或行驶安全功能的输入量。通过采用经校正的电流能够以有利的方式明显地改善采用经校正的电流作为输入量的后续子系统的质量。

在依据本发明的装置的有利的方案中，至少一个干扰转矩特性曲线被存储在特性曲线存储器中，其中，所述至少一个干扰转矩特性曲线具有干扰转矩的影响因子作为输入量，所述特性曲线存储器与所述计算单元耦接，其中所述计算单元根据所述电驱动机的当前的转速和/或当前的转动角确定相应的干扰转矩特性曲线以用于计算所述校正电流。

本发明的实施形式能够被实现为电路、装置、方法、具有程序代码的数据处理程序和/或计算机程序产品。相应地，能够将本发明的实施形式完全地实现为硬件和/或软件和/或实现为硬件和/或软件元件的组合。此外本发明能够在带有计算机可读程序代码的计算机可用的存储介质上被实施为计算机程序产品，其中能够使用不同的计算机可读存储介质，诸如硬盘、CD-ROM、光或磁存储元件等。

附图说明

在附图中示出并在下面的说明书中进一步阐述本发明的实施例。其中：

图1示出了实际的电驱动机的示意框图；

图2示出了具有依据本发明的装置的实施例的理想化的电驱动机的示意框图。

具体实施方式

如图1所示，实际的电驱动机20与理想的电驱动机10的区别在于，理想的电驱动机10的理想输出转矩M_ideal与干扰转矩

相叠加。根据存在的输入量U、Phi由相应的电机方程得出理想的电驱动机10的理想输出转矩M_ideal，电机方程与真实的电驱动机20的构造形式有关。主要根据机械的条件(例如摩擦和/或齿槽转矩)得出干扰转矩

因为通常不期望这些影响量，因此将其归为干扰量。最终根据方程(1)得出实际的电驱动机20的实际输出转矩M_real。

考虑理想的电驱动机10，借助于电机方程根据电流I依据方程(2)计算理想的输出转矩M_ideal。

M_ideal＝f_{Motor，ideal}(I)(2)

电机方程与电机类型相关。因此将电机方程一般地表示为“f_{Motor，ideal}”。根据在方程(2)中的关系，在电机的驱动技术中，在许多情况下都测量消耗的电流I，以便得出电机的输出转矩。该信息能够用作调节目的(FOR-面向现场的调节)或用于安全功能。能够根据理想的电机模型确定电流和理想的输出转矩之间的关系。然而，如在上面所述，实际的电机20还包括其他的转矩，其改变理想的电驱动机10的理想输出转矩M_ideal。因此，实际的电机20的实际输出转矩M_real与理想的电驱动机10的理想输出转矩M_ideal不再一致。在所测得的电流I和实际的输出转矩M_real之间不再有直接的关系。

因此依据本发明，如图2所示，根据所确定的干扰转矩

计算校正电流I_korr，其中根据所测量的电流I和校正电流I_korr确定并输出经校正的电流I^*，其表示实际的电驱动机20的实际输出转矩M_real。本发明的实施形式以相应于干扰转矩

的值校正所测量的电流值I。调整后的测量的电流I^*使得借助理想的电机模型得出实际的电驱动机20的实际输出转矩M_real成为可能，以便得出在图2中所示的理想化的电驱动机30，其提供实际的输出转矩M_real并输出经校正的电流I^*，其表示实际输出转矩M_real。因此，引入经校正的电流I^*以得出实际的输出转矩M_real的后续的子系统能够有利地以较高的质量工作。

如图2所示，理想化的电驱动机30包括用于确定实际电驱动机20的输出转矩M_real的装置32。依据本发明，装置32包括计算单元38，其根据所确定的干扰转矩

计算校正电流I_korr。在此，装置32根据所测得的电流I和所计算的校正电流I_korr确定经校正的电流I^*，其表示实际的电驱动机20的实际输出转矩M_real，并由装置32将其输出。

如图2所示，装置32包括特性曲线存储器36，其中存储有至少一个用于计算校正电流I_korr的干扰转矩特性曲线。至少一个干扰转矩特性曲线具有干扰转矩

的影响因子作为输入量。干扰转矩

例如包括摩擦转矩和/或齿槽转矩，其受实际的电驱动机20的转速和/或转动角影响。例如通过相应的测量和/或仿真预先确定至少一个干扰转矩特性曲线，并将其存储在特性曲线存储器36中。在所示出的实施例中，特性曲线存储器36与计算单元38耦接，计算单元38根据电驱动机20的当前的转速和/或当前的转动角确定相应的用于计算所述校正电流I_korr的干扰转矩特性曲线。计算单元38向加法器34提供经计算的校正电流I_korr，加法器34在求和点34.1将所测量的电流I和校正电流I_korr相加，以便产生经校正的电流I^*。在一个未示出的替代实施方式中，能够将加法器34的功能和用于测量电流I的被实施为求和点的装置34.1也集成在计算单元38中。

电流校正的目的在于，使经过调整的电流I^*取这样的值，即在使用理想的电机模型的情况下能够根据方程(3)直接确定实际的输出转矩M_real。

M_real＝f_{Motor，ideal}(I^*)  (3)

借助于方程(1)，根据方程(3)得出方程(3.1)-(3.3)：

如果函数f_{Motor，ideal}是线性的(这通常是满足的)，方程(3)的形式能够转化为方程(4.1)并进一步转换为方程(4.2)。

在非常少的情况下，仅存在近似解，见关系式(5.1)或(5.2)，其对于小的干扰转矩近似通常非常好。

根据方程(4.2)或(5.2)依据方程(6.1)得出所测量的电流I对于干扰转矩的校正电流I_korr。

由此根据方程(6.2)得出经校正的电流I^*。

I^*＝I+I_korr(6.2)

如果不采用实际测量的电流I而是使用经校正的电流I^*，则能够得出理想电机的方程，以确定实际的输出转矩M_real。根据理想电机方程的逆转矩方程(6.1)得出校正电流I_korr。借助于测量能够确定各电机或各电机类型的干扰转矩

并将其以并以相应的形式存储在系统中用于信号处理。

在进一步考虑中，在示例性的永磁同步电机上描述本方法。对于同步电机能够将相位电流表示为具有d和q方向上的分量的矢量量。方程(7)示出了同步电机的转矩方程。

$M_{\mathrm{ideal}}=\frac{3}{2}{Z}_p({\mathrm{\ψ}}_p{i}_q+i_d{i}_q(L_d-L_q))---\left(7\right)$

在该方程中，Z_p是极对数，Ψ_p是永磁体磁通，L_d和L_q是d和q方向上的电感系数，i_d和i_q是d和q方向上的电流。

为了简化描述，在下文中假设，能够忽略等式(7)的括号中的第二项，因为在很多应用情况下，例如在低转速情况下，电流I_d具有0值，即i_d＝0，或者，在对称的实施例中，两个电感系数L_d和L_q大小相等。由此方程(7)简化为(7.1)。

$M_{\mathrm{ideal}}=\frac{3}{2}{Z}_p{\mathrm{\ψ}}_p{i}_q=f_{\mathrm{Motor},\mathrm{ideal}}\left(i_q\right)---\left(7.1\right)$

这一假设仅仅用于简化进一步的实施。根据方程(7.1)能够构造由方程(7.2)表示的反函数。

$i_q=\frac{2}{3}\frac{1}{Z_p{\mathrm{\ψ}}_p}{M}_{\mathrm{ideal}}={f_{\mathrm{Motor},\mathrm{ideal}}}^{-1}\left(M_{\mathrm{ideal}}\right)---\left(7.2\right)$

在此使用与针对方程(3)描述的相同的方法，以得到方程(8)至(8.3)。

$i_q^{*}=\frac{2}{3}\frac{1}{Z_p{\mathrm{\ψ}}_p}\left(M_{\mathrm{real}}\right)---\left(8\right)$

通过代入方程(1)得出方程(8.1)至(8.5)。

$i_q^{*}=i_q+i_{q,\mathrm{korr}}---\left(8.5\right)$

如方程(8.4)所示，根据干扰转矩

得出校正电流i_q，korr的具体的转换形式。如已经提到的，得出前面的干扰转矩

并以相应的方式将其存储以用于信号处理。

本发明的实施形式能够被实现为电路、装置、方法、具有程序代码的数据处理程序和/或计算机程序产品。相应地，能够将本发明的实施形式完全地实现为硬件和/或软件和/或实现为硬件和/或软件元件的组合。此外本发明能够在带有计算机可读程序代码的计算机可用的存储介质上被实施为计算机程序产品，其中能够使用不同的计算机可读存储介质，诸如硬盘、CD-ROM、光或磁存储元件等。

计算机可用或计算机可读的介质例如能够包括电子、磁、光、电磁、红外或半导体系统、装置、设备或传播介质。此外，计算机可读介质能够包括与一个或多个电路的电连接、可移动的计算机磁盘、具有直接存储(RAM)的存储器、只读存储器(ROM)、可擦除可编程的只读存储器(EPROM)或闪存存储器、光导线和可移动CD-ROM。计算机可用或计算机可读的介质甚至能够是纸或其他的在其上写有程序的合适的介质，并且例如通过对纸或者其他介质的光采样过程能够电气地从该介质获取程序，并将其编译、演绎、或者必要时以其他的方式处理，并随后存储在计算机存储器中。

Claims (10)

1.一种用于通过测量由电驱动机(20)消耗的电流(I)来确定所述电驱动机(20)的输出转矩(M_real)的方法，其特征在于，根据所确定的干扰转矩

计算校正电流(I_korr)，

其中根据所述所测量的电流(I)和所述校正电流(I_korr)确定并输出经校正的电流(I^*)，其表示所述电驱动机(20)的实际输出转矩(M_real)。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，提供干扰转矩

的影响因子作为至少一个干扰转矩特性曲线的输入量，所述干扰转矩特性曲线用于计算所述校正电流(I_korr)。

3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述干扰转矩包括摩擦转矩和/或齿槽转矩，其受转速和/或转动角影响。

4.根据权利要求2或3所述的方法，其特征在于，通过相应的测量和/或仿真确定并存储所述至少一个干扰转矩特性曲线。

5.根据权利要求1-4中任一项所述的方法，其特征在于，基于所述所测量的电流(I)借助相应的理想的电机模型的电机方程计算所述电驱动机(20)的理想的输出转矩(M_ideal)。

6.根据权利要求1-5中任一项所述的方法，其特征在于，基于所述经校正的电流(I^*)采用相应的理想的电机模型的电机方程计算所述电驱动机(20)的实际的输出转矩(M_real)。

7.根据权利要求1-6中任一项所述的方法，其特征在于，表示所述电驱动机(20)的实际的输出转矩(M_real)的所述经校正的电流(I^*)被用作所述电驱动机(20)的转矩调节和/或转速调节的和/或行驶安全功能的输入量。

8.一种用于确定电驱动机(20)的输出转矩(M_real)的、尤其是用于执行根据权利要求1-7中任意一项所述的方法的装置，其中所述装置(32)包括用于测量由所述电驱动机(20)消耗的电流(I)的装置(34.1)，其特征在于，

计算单元(38)，其根据所确定的干扰转矩

计算校正电流(I_korr)，

其中根据所述所测量的电流(I)和所述校正电流(I_korr)能够确定并输出经校正的电流(I^*)，其表示所述电驱动机(20)的实际输出转矩(M_real)。

9.根据权利要求8所述的装置，其特征在于，至少一个干扰转矩特性曲线被存储在特性曲线存储器(36)中，其中，所述至少一个干扰转矩特性曲线具有干扰转矩

的影响因子作为输入量，所述特性曲线存储器(36)与所述计算单元(38)耦接，其中所述计算单元(38)根据所述电驱动机(20)的当前的转速和/或当前的转动角确定用于计算所述校正电流(I_korr)的相应的干扰转矩特性曲线。

10.一种带有程序代码的计算机程序产品，所述程序代码被存储在机器可读的载体上，其用于当通过计算装置(32)执行程序时执行根据权利要求1-7中任意一项所述的方法。

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