CN103427750B - 用于电动致动器的电流控制 - Google Patents

Abstract

用于电动致动器的控制器包括参考模型，该参考模型响应位置命令信号而生成位置和速度参考信号，并且采用考虑电动致动器的动态负荷的前馈模型。前馈模型接收由参考模型所提供的位置和速度参考信号，以及作为响应而生成考虑电动致动器的机械特性的前馈信号。

Description

用于电动致动器的电流控制

技术领域

本发明涉及电动致动器，以及具体来说，涉及用于电动致动器的控制器。

背景技术

致动器在多种应用中用于使阀门的开启和闭合自动化。电动致动器依靠将电能转换成机械能的电动机来开启/闭合致动器。例如，永磁电动机常常用于诸如燃料阀致动器之类的应用的线性和旋转致动器中。控制器接收表示致动器的预期位置的输入，并且生成控制信号以调节电动机的操作以及因此实现预期结果。

例如，在一种现有技术方法中，控制器可利用位置环路、速度环路和转矩环路来控制电动致动器的操作。位置环路监测预期位置与被监测位置之间的差异，并且作为响应而生成提供给速度环路的速度命令。作为响应，速度环路生成转矩命令，转矩命令被提供给转矩环路，转矩环路生成用于控制电动致动器的操作的命令指令。但是，这些控制系统没有考虑诸如由电动致动器的机械方面所造成的那些变化之类的大负荷参数变化，例如由与电动致动器关联的阀门的弹簧辅助闭合所引起的那些变化。

发明内容

用于电动致动器的控制器包括abc-dq变换块、参考模型块、位置速度控制块、前馈块、同步电流调节器块、dq-abc变换块以及脉宽调制(PWM)控制块。该控制器接收表示提供给电动致动器的被监测电流的多个输入、表示电动致动器的被监测位置的位置反馈信号以及表示电动致动器的被监测速度的速度反馈信号。abc-dq变换块将被监测电流从abc静止参考系转换成dq旋转参考系，以便生成q轴和d轴电流反馈信号。参考模型接收指示电动致动器的预期位置的位置命令信号，并且作为响应而生成位置参考信号和速度参考信号。位置速度控制块将位置参考信号与位置反馈信号进行比较以及将速度参考信号与速度反馈信号进行比较，以便生成q轴电流参考信号。前馈块基于由参考模型所提供的速度参考信号和位置参考信号来生成q轴电流前馈信号。同步电流调节器将q轴电流反馈信号与位置速度控制块所提供的q轴参考信号进行比较，以便生成通过q轴电流前馈信号来修改的q轴电流误差信号。同步电流调节器还将d轴电流反馈信号与d轴参考信号进行比较，以便生成d轴电流误差信号。同步电流调节器基于经修改的q轴电流误差信号来生成q轴电压参考信号以及基于d轴电流误差信号来生成d轴电压参考。dq-abc变换块把来自dq参考系的q轴电压参考信号和d轴电压参考信号转换成abc参考系中的电压参考信号。脉宽调制(PWM)控制块基于由dq-abc变换块所提供的电压参考信号来生成PWM信号，以提供给逆变器，逆变器将电流提供给电动致动器。

在另一个实施例中，电流调节器采用自适应增益块来防止当被保持在特定位置时的电机中的振荡。电流调节器包括多个输入端、q轴电流调节器环路、d轴电流调节器环路、条件监测块、q轴自适应增益块和d轴自适应增益块。多个输入端包括用于接收q轴和d轴参考电流信号以及q轴和d轴反馈电流信号的输入端。q轴电流调节器环路将q轴参考电流信号与q轴反馈电流信号进行比较以生成q轴误差信号，并且响应q轴误差信号而采用比例-积分控制器来生成q轴电压命令信号。d轴电流调节器环路将d轴参考电流信号与d轴反馈电流信号进行比较以生成d轴误差信号，并且响应q轴误差信号而采用比例-积分控制器来生成d轴电压命令信号。条件监测块在电机保持在特定位置时生成使能信号，以及在电机没有保持在特定位置时生成重置信号。q轴自适应增益块响应使能信号而激活，以便基于q轴反馈信号中的所检测振荡来生成q轴自适应增益值，其中将q轴自适应增益值与提供给PI控制器的q轴误差信号相结合，以便生成q轴电压命令信号。d轴自适应增益块响应使能信号而激活，以便基于d轴反馈信号中的所检测振荡来生成d轴自适应增益值，其中将d轴自适应增益值与提供给PI控制器的d轴误差信号相结合，以便生成d轴电压命令信号。

附图说明

图1是按照本发明的一个实施例的致动器的控制系统的框图。

图2是按照本发明的一个实施例、由分解器处理块所执行的功能的框图。

图3是按照本发明的一个实施例、由模型参考和前馈块所执行的功能的框图。

图4是按照本发明的一个实施例、由位置/速度控制块所执行的功能的框图。

图5是按照本发明的一个实施例、具有自适应增益的同步电流调节器的框图。

图6是示出按照本发明的一个实施例的积分器控制信号的生成的流程图。

具体实施方式

图1是按照本发明的一个实施例的电动致动器12的控制系统10的框图。控制系统10包括逆变器14、永磁电动机16、分解器18、齿轮传动20、阀门21和控制器22。在图1所示的实施例中，控制器22包括分解器处理块24、ABC-dq变换块26、参考模型28、位置速度控制块30、前馈块32、场减弱块34、同步电流调节器36、dq-ABC变换块38、正弦三角PWM控制器块40、过电流保护块42和栅极驱动块44。

逆变器14将直流(DC)电压转换成交流(AC)电压以提供给PM电动机16。逆变器14包括多个固态开关Q1-Q6，固态开关Q1-Q6由栅极驱动块44所提供的栅极驱动信号有选择地来控制，以便生成具有预期频率和相位的AC电流。在这个实施例中，控制器22监测提供给PM电动机16的电流，但是在其它实施例中，可监测和调节电压而不是电流。响应所提供的AC电流，PM电动机16生成经由齿轮传动20提供给致动器12的机械动力。在图1所示的实施例中，阀门21在开启位置(即，90度)与闭合位置(即，0度)之间平移，并且包括回位弹簧，回位弹簧提供在将阀门21平移到开启位置中必须克服的力以及提供帮助将阀门21平移到闭合位置的力。

控制器22响应外部命令信号pos_cmd而控制致动器12的位置。具体来说，控制器22起作用以调节提供给PM电动机16的电流，以便控制致动器12开启/闭合到所命令位置。控制器22可由微处理器、数字信号处理器和/或多个分立装置来实现，以便实现针对图1所示的功能性。控制器22还包括用于监测提供给PM电动机16的电流(例如ia、ib和ic)的多个输入以及与致动器12的位置和速度相关的分解器信号。

具体来说，控制器22配置成改进致动器12的动态响应，以及在将致动器12保持在预期位置时改进致动器12的操作。在图1所示的实施例中，控制器22采用前馈块32结合参考模型28所提供的输入来改进致动器12的动态响应。另外，在将致动器12保持在稳定位置时，同步电流调节器36采用基于d和q轴反馈信号中的所检测振荡的自适应增益来使致动器12中的机械振荡为最小。

在图1所示的实施例中，分解器处理器块24监测由分解器18所提供的正弦和余弦信号。作为响应，分解器处理块24生成电角位值θ、位置反馈信号pos_fdbk和速度反馈信号spd_fdbk。在针对图3更详细描述的一个实施例中，分解器处理块24利用锁相环和同步取样算法来生成预期反馈信号。在其它实施例中，可利用检测PM电动机16的位置和速度的其它众所周知的部件。

控制器22利用场定向控制(FOC)算法，FOC算法将被监测电流ia、ib和ic从abc参考系转换成dq参考系。在图1所示的实施例中，abc-dq变换块26部分基于由分解器处理块24所提供的被监测电角位θ分别将被监测电流ia、ib和ic转换成直轴和正交轴分量id_fdbk和iq_fdbk。由abc-dq变换块26所提供的输出信号id_fdbk和iq_fdbk表示提供给PM电动机16的电流。如下面更详细描述，将反馈信号id_fdbk和iq_fdbk与所命令信号(即，参考信号id_ref和iq_ref)进行比较，作为控制逆变器14的操作的反馈环路的一部分。

参考模型28基于从外部源所接收的位置命令信号pos_cmd来生成位置参考信号pos_ref和速度参考信号spd_ref。参考模型28通过设置在位置参考信号pos_ref和速度参考信号spd_ref中反映的速率和加速度极限，来定义与可多快开启或闭合阀门21有关的限制。位置速度控制块30将位置参考信号pos_ref和速度参考信号spd_ref(它们表示电动机的预期位置和速度)分别与位置反馈信号pos_fdbk和速度反馈信号spd_fdbk进行比较，以便生成q轴参考电流命令iq_ref。位置控制器30计算位置误差信号(未示出)，并且将该误差提供给比例-积分(PI)控制器。另外，位置控制器30包括具有非线性增益的速度控制器，该速度控制器用于特别是在弹簧辅助模式期间提供对电动机转矩扰动的近似最佳瞬态响应。场减弱块34基于被监测速度反馈信号spd_fdbk来生成d轴参考电流命令id_ref。在一些实施例中，可以不需要场减弱，并且可省略场减弱块34。

前馈块32基于位置参考信号pos_ref和速度参考信号spd_ref来生成q轴前馈电流信号iq_feed和q轴前馈电压信号vq_feed。前馈信号iq_feed和vq_feed补偿致动器的机械特性，包括由弹簧(未示出)所提供的机械贡献/减损、阀门的特性以及永磁电动机的电压常数。这样，前馈信号iq_feed和vq_feed改进运动控制系统10的动态性能。

q轴和d轴参考信号iq_ref和id_ref连同q轴和d轴前馈信号iq_feed和id_feed一起提供给同步电流调节器36以供与q轴和d轴反馈信号iq_fdbk和id_fdbk进行比较。响应所提供输入，同步电流调节器36生成q轴电压参考vq_ref和d轴电压参考vd_ref。dq_abc变换块38将q轴和d轴电压参考vq_ref和vd_ref从dq参考系转换成abc参考系(例如va_ref、vb_ref和vc_ref)。正弦三角PWM控制击穿保护块40将abc参考电压va_ref、vb_ref和vc_ref转换成脉宽调制(PWM)信号。栅极驱动块44生成提供给逆变器14中包含的多个固态装置Q1-Q6的每个的栅极驱动信号，以便将DC输入转换成预期AC输出。在图1所示的实施例中，过电流保护块42监测电流ia、ib和ic，以及作为响应而生成提供给栅极驱动块44的过电流信号。

图2是按照本发明的一个实施例、由分解器处理块24所执行的功能的框图。分解器处理块24从分解器18(图1所示)接收余弦信号res_cos和正弦信号res_sin，以及作为响应而生成位置反馈信号pos_fdbk、速度反馈信号spd_fdbk和电角位θ。图2所示的功能实现锁相环算法，其中由相位/频率处理器16所提供的相位θ采用被监测输入的各样本来更新。分解器处理块24可在控制器22中实现，或者可作为分解器18的一部分独立于控制器22来实现。在后一个实施例中，分解器18将在内部处理正弦和余弦信号，并且为控制器22提供电角位信号θ、速度反馈信号spd_fdbk和位置反馈信号pos_fdbk。

在图2所示的实施例中，由分解器18(图1所示)所提供的被监测正弦和余弦信号分别由同步取样块50和52在激励信号的峰值来取样。这些取样值被解释为αβ参考系，表示为电压信号valpha和vbeta。乘法器块54将信号valpha与表示最近相位估计的锁相环角PLL_angle的正弦相乘。同样，乘法器块56将信号vbeta与锁相环角PLL_angle的余弦相乘。乘法器块54和56的输出由差值块58来比较，以便计算信号之间的差或误差pll_error，这表示当前相位估计与分解器18所指示的相位之间的差。在图2所示的实施例中，计算当前相位估计与分解器反馈的相位之间的误差中执行的功能能够通过下式以数学方式来表示：

sin(x-y)＝sin(x)*cos(y)-cos(x)*sin(y) 等式1

其中，x＝分解器相位估计；以及

y＝当前相位估计。

等式1基于如下假设：取样率足够大，使得当前相位估计与被监测分解器信号的相位之间的相位超前比较小(即，x≈y)。

将分解器反馈与当前相位估计之间的所计算误差pll_error提供给比例-积分(PI)控制器60，以便生成表示分解器18所监测的速度的输出。PI控制器60的操作经由比例函数62和积分函数64来调谐。将误差信号pll_error提供给比例函数62以及提供给带有积分器66的积分器函数64，其中比例函数62和积分器66的输出由求和器块68来求和以实现PI控制。求和器块68的输出表示与分解器18关联的频率，其由Gr函数块70转换成速度反馈信号。积分器66的输出同样提供给积分器72，积分器72对频率信号求积分，以便生成称作锁相环角pll_angle的位置估计。

在图2所示的实施例中，锁相环角pll_angle经由余弦块74和正弦块76在反馈中提供，以供与从分解器18所接收的正弦和余弦输入进行比较。另外，将锁相环角pll_angle转换成电角位θ和位置反馈信号pos_fdbk。乘法器块66、函数块80和求和器块82将锁相环角pll_angle转换成电角位θ。乘法器块66考虑与所控制的永磁电动机关联的极性数量，以及函数块68在新位置估计超过预期范围时提供它的回绕(在必要时)(即，在例如0至2π的预期范围之内周围回绕估计)。求和器块70将位置估计与调整电动机值72相结合，以便生成电角位θ。函数块84和求和器块86将锁相环角pll_angle转换成位置反馈信号，该位置反馈信号与关联PM电动机16的极性数量不相关，而是与致动器12的位置相关。

分解器处理块24的有益效果在于，由同步取样块50和52所定义的取样率能够比通常用于监测位置和速度的正弦和余弦波形的过零频率大得多。这样，电角位θ、速度反馈信号spd_fdbk和位置反馈信号pos_fdbk比依靠过零检测的系统要更频繁地更新。因此，更高的取样率降低位置估计中的误差，并且由此改进控制器22准确控制致动器12的性能。

图3是按照本发明的一个实施例、由模型参考块28和前馈块32所执行的功能的框图。模型参考块28根据输入位置命令pos_cmd来生成位置和速率参考spd_ref和pos_ref，以便得到时间最佳轨迹。例如，为了开启致动器阀，位置命令信号pos_cmd可从0度值突然改变成90度值。但是，致动器阀21的机械性质指示它无法立即开启或闭合。模型参考28计算最佳位置和速度参考信号以开启/闭合致动器阀。这样，模型参考28用于实现与致动器阀开启/闭合关联的加速度和速率极限，并且确定与致动器阀关联的动态响应和阻尼。前馈块通过生成前馈信号来补充由模型参考块28所提供的位置和速度参考值，以便考虑致动器12的特定性质，例如致动器12的粘性和弹簧辅助闭合机构。

在图3所示的实施例中，模型参考块28接收位置命令信号pos_cmd，并且在比较器块100将其与位置参考信号pos_ref进行比较。将位置命令信号pos_cmd与位置参考信号pos_ref之间的所产生误差或差与阻尼块103所提供的阻尼值进行比较，阻尼块103响应作为模型参考块28的输出来提供的速度参考信号spd_ref而生成阻尼值。将比较器102所提供的误差或差提供给Kp函数块104，Kp函数块104定义系统的频率响应。例如，在一个实施例中，函数块104定义成提供八赫兹的频率响应(例如，Kp＝ω²，ω＝54rad/s)。在其它实施例中，频率响应可根据应用而改变。由Kp函数块104所定义的频率响应表示应当加速PM电动机的速率。因此，Kp函数块104的输出表示加速度命令。

加速度极限块106将加速度极限(正或负)应用于与永磁电动机16关联的Kp函数块104所提供的加速度命令。积分器110对加速度极限块106所提供的加速度命令求积分，以便定义作为输出提供给位置速度控制块30的速度参考信号spd_ref。另外，将速度参考信号spd_ref提供给前馈块32，以便生成q轴场前馈信号vq_feed，并且在反馈中提供给阻尼块103和速度极限块105。

阻尼块103包括乘法器块112、绝对值块114、Ks函数块116、Kv函数块118和求和器块120。速度参考信号spd_ref的绝对值与速度参考信号spd_ref相乘，以便在没有丢失速度参考信号spd_ref的符号(负或正)的情况下提供速度参考信号的平方。乘法器块112的输出与Ks函数块116相乘。在一个实施例中，Ks函数定义为其中项accel_limit由加速度极限块106来定义。速度参考信号spd_ref还与Kv函数块118相乘。在一个实施例中，Kv函数定义为其中ζ设置成等于常数值(例如0.7)，以及Kp函数等于ω²。求和器块120对Ks函数块116和Kv函数块118的输出求和，以便生成提供给差值块102的阻尼值。

类似地，速度极限块105监测速度参考信号spd_ref，并且经由绝对函数块121向差值块122提供速度参考信号spd_ref的绝对值，以供与速度极限值spd_limit进行比较。如果速度参考信号spd_ref比速度极限值spd_limit明显要大，则开关108将积分器110与加速度极限块106的输出断开，并且将积分器110连接到零值(即，地)。这样，防止由积分器110所提供的速度参考信号spd_ref增加到超过所确定速度极限值。当速度参考信号接近所确定速度极限值时，滞后块124防止开关108的切换。另外，将速度参考信号spd_ref提供给积分器128，积分器128对速度参考信号求积分，以便生成位置参考信号pos_ref。位置参考信号pos_ref和速度参考信号spd_ref表示提供给前馈块32和位置速度控制块30的命令向量。

前馈块32响应由模型参考28所提供的输出向量(速度参考spd_ref和位置参考pos_ref)而生成前馈信号(iq_feed和vq_feed)，以便考虑与致动器12关联的偏置弹簧和计量阀的机械方面。在图3所示的实施例中，前馈块32基于速度参考信号spd_ref和位置参考信号pos_ref。具体来说，Ke函数块130响应速度参考信号spd_ref而生成q轴电压前馈信号vq_feed。

前馈块还基于速度参考信号spd_ref和位置参考信号pos_ref来生成q轴前馈电流信号iq_feed。具体来说，将速度参考信号spd_ref提供给Kv函数块132，Kv函数块132考虑致动器的粘性系数。将位置参考信号pos_ref提供给Ks函数块134，Ks函数块134考虑致动器的弹簧系数。Kv函数块132和Ks函数块134的输出由求和器块136来求和，这提供q轴电流前馈信号iq_feed。

前馈块32的有益效果在于，前馈信号基于由模型参考块28所提供的参考信号(例如spd_ref和pos_ref)而不是反馈信号，并且因此更好地适合预测与致动器12关联的动态响应。

图4是按照本发明的一个实施例、由位置/速度控制块30所执行的功能的框图。如针对图2和图3所述，参考模型块28响应位置命令信号pos_cmd而生成表示致动器12的预期位置和速度的位置参考信号pos_ref和速度参考信号spd_ref。分解器处理块24响应由分解器18所提供的余弦和正弦波形而生成表示致动器12的实际位置和速度的位置反馈信号pos_fdbk和速度反馈信号spd_fdbk。位置速度控制块30将预期速度和位置信号与被监测速度和位置信号进行比较，以便生成用于控制逆变器14的操作(即，最终降低预期位置和速度值与被监测位置和速度值之间的误差或差)的命令。

一般来说，位置速度控制器30包括：内反馈环路，该内反馈环路设法使速度参考信号spd_ref与速度反馈信号spd_fdbk之间的差为最小；以及外反馈环路，该外反馈环路设法使位置参考信号pos_ref与位置反馈信号pos_fdbk之间的差为最小，同时考虑速度反馈环路的输出。

差值块141将速度参考信号spd_ref与速度反馈信号spd_fdbk进行比较，以便生成速度误差信号。乘法器块146将速度误差信号与绝对值块147所提供的速度误差信号的绝对值进行相乘，以便生成保留误差信号的符号(正或负)的速度误差信号的平方值。将乘法器块146的输出应用于Ks函数块148。在一个实施例中，Ks函数定义为其中项accel_limit由针对图3所述的加速度极限块106来定义。速度误差信号还与Kv函数块149相乘。在一个实施例中，Kv函数定义为其中ζ设置成等于常数值(例如0.7)，以及Kp函数等于ω²。求和器块150对Ks函数块148和Kv函数块149的输出求和。另外，求和器块150对Kp函数块144的输出求和，这指示与差值块140所生成的误差信号关联的频率响应。求和器块150的输出表示内速度反馈环路。

同样，差值块140将位置参考信号pos_ref与位置反馈信号pos_fdbk进行比较，以便生成位置误差信号。将差值块140的输出提供给Ki函数块142、Kp函数块144和积分器143，以便提供相对位置反馈的比例积分控制。如上所述，在一个实施例中，Kp函数块144实现函数Kp＝ω²，其中ω＝54rad/s，以及输出由求和器块150来求和。将求和器块150的输出与积分器块143的输出相加，以便生成表示使相应参考信号与反馈信号之间的误差为最小所需的命令信号的q轴参考信号。将q轴参考信号应用于限制器块152，以便将q轴电流参考信号iq_ref限制在可接受范围之内。

图5是按照本发明的一个实施例、具有自适应增益的同步电流调节器36的框图。同步电流调节器36包括dq调节块153、q轴自适应增益块154和d轴自适应增益块155。在图3所示的实施例中，dq调节块153将dq参考信号iq_ref和id_ref分别与反馈信号id_fdbk和iq_fdbk进行比较，并且作为响应而生成dq参考信号vq_ref和vd_ref，以提供给dq-abc变换块38(图1所示)。参考信号vq_ref和vd_ref起作用以使参考信号与反馈信号之间的差为最小。

具体来说，在差值块160将q轴参考信号iq_ref与q轴反馈信号iq_fdbk进行比较，以便生成误差信号iq_err。在图4所示的实施例中，q轴前馈信号iq_feed由差值块160加入误差信号iq_err。在差值块162将q轴误差信号iq_err与q轴自适应增益输出进行比较。将差值块162的输出提供给PI控制器164。通过从PI控制器164的输出中减去由分离块156所提供的分离输出，从d轴分量中分离PI控制器164的输出。另外，q轴前馈信号vq_feed由求和器块166加入PI控制器164的输出。通过在除法器块168将输出信号除以dc母线电压vdc，来对求和器块166的输出归一化。函数块170施加与d轴参考信号vd_ref相关的函数，以便将q轴参考电压vq_ref保持在定子电压极限之内。在图4所示的实施例中，该函数定义为

将类似算法应用于d轴分量。由差值块172将d轴参考信号id_ref与d轴反馈信号id_fdbk进行比较，以便生成d轴误差信号id_err。在差值块174将d轴误差信号id_err与d轴自适应增益输出进行比较。将差值块174的输出提供给PI控制器176，以便生成输出，该输出起作用以将提供给PI控制器块176的输入驱使为零。在求和器块178从q轴分量中分离PI控制器176的输出。另外，求和器块178将d轴前馈信号vd_feed加入PI控制器块176的输出。在图4所示的实施例中，d轴前馈信号vd_feed设置成等于零。由除法器块180将求和器块178的输出除以DC母线电压vdc，以便生成d轴参考信号vd_ref。

自适应增益块154和155起作用以使当命令致动器保持在重叠电动机止动位置的特定位置时所造成的电流环路不稳定性为最小。具体来说，自适应增益块154和155分别监测反馈信号iq-fdbk和id_fdbk的振荡，并且响应所检测振荡而生成被加入相应误差信号iq_err和id_err的自适应增益信号。

具体来说，在图5所示的实施例中，将q轴反馈信号iq_fdbk提供给带通滤波器188，并且将输出提供给静区检测器190，以便选择反馈信号中的特定频率电流纹波。积分器192通过对所检测电流纹波求积分来生成自适应增益信号，但是有选择地被激活以便仅当致动器处于保持位置时才提供自适应增益信号。当致动器不是处于保持位置时，积分器192则有选择地重置，并且因此不提供待加入误差信号iq_err的输出。在使能时，由乘法器块194将积分器块192的输出与误差信号iq_err相乘，其中由差值块162从q轴误差信号iq_err中减去相乘的输出。

同样，将d轴反馈信号id_fdbk提供给带通滤波器196，并且将输出提供给静区检测器198，以便选择反馈信号中的特定频率电流纹波。积分器200通过对所检测电流纹波求积分来生成自适应增益信号，但是再次有选择地被激活以便仅当致动器处于保持位置时才提供自适应增益信号。在图4所示的实施例中，条件块198监测位置误差信号pos_err和速度反馈信号spd_fdbk，以便确定是应当使能还是重置积分器200。在使能时，将积分器200所提供的非零输出与d轴误差信号id_err相乘，其中从d轴误差信号id_err中减去相乘的输出。

图6是示出由条件块193和198在确定是使能还是重置积分器块192和200中执行的步骤的流程图。条件块193和198实现相同过程，以及在一个实施例中由单个功能块来实现，其中所产生的使能和重置信号提供给积分器192和积分器200。为了便于本论述，虽然针对条件块193来论述操作，但是相同的操作会针对条件块200来执行。

该方法开始于步骤212。在步骤214，位置误差信号pos_err和速度反馈信号spd_fdbk由相应条件块193和198作为输入来接收。在步骤216，将位置误差信号pos_err与第一阈值ε₁进行比较，以及将速度反馈信号spd_fdbk与第二阈值ε₁进行比较。如果位置误差信号pos_err和速度反馈信号spd_fdbk均小于阈值，则这指示致动器保持在特定位置(即，不再从第一位置移动到第二位置)，以及在步骤218使能积分器192。如果位置误差信号pos_err或速度反馈信号spd_fdbk不小于相应阈值，则积分器192在步骤220重置。在步骤222，该方法结束。

虽然参照示范实施例描述了本发明，但本领域的技术人员将会理解，可进行各种变更，并且等效方案可代替其中的元件，而没有背离本发明的范围。另外，可对本发明的教导进行许多修改以适合具体情况或材料，而没有背离其本质范围。因此，本发明意在不局限于所公开的具体实施例，相反，本发明将包括落入所附权利要求书的范围内的所有实施例。

Claims (12)

1.一种用于电动致动器的控制器，所述控制器包括：

多个输入端，用于接收表示提供给所述电动致动器的监测电流的信号，用于接收表示所述电动致动器的被监测位置的位置反馈信号，以及用于接收表示所述电动致动器的被监测速度的速度反馈信号；

abc-dq变换块，将被监测电流从abc参考系转换成dq参考系，以便生成q轴和d轴电流反馈信号的每个；

参考模型，用于接收指示所述电动致动器的预期位置的位置命令信号，并且响应所述位置命令信号的接收而生成位置参考信号和速度参考信号；

位置速度控制块，将所述位置参考信号与所述位置反馈信号进行比较，以及将所述速度参考信号与所述速度反馈信号进行比较，以便生成q轴电流参考信号；

前馈块，基于所述速度参考信号和所述位置参考信号来生成q轴电流前馈信号；

同步电流调节器，将所述q轴电流反馈信号与所述q轴参考信号进行比较，以便生成q轴电流误差信号，其中所述q轴电流误差信号通过所述q轴电流前馈信号来修改，以及响应所述q轴误差信号而生成q轴电压参考信号和d轴电压参考信号；

dq-abc变换块，把来自所述dq参考系的所述q轴电压参考信号和所述d轴电压参考信号转换成所述abc参考系中的电压参考信号；以及

脉宽调制(PWM)控制块，基于由所述dq-abc变换块所提供的所述电压参考信号来生成PWM信号，以提供给逆变器，所述逆变器将电流提供给所述电动致动器。

2.如权利要求1所述的控制器，其中，所述前馈块包括应用于所述速度参考信号以考虑所述电动致动器的机械粘性的粘性函数以及应用于所述位置参考以考虑所述电动致动器的机械弹簧力的弹簧函数，其中将所述粘性函数的输出与所述弹簧函数的输出相加，以便生成所述q轴电流前馈信号。

3.如权利要求1所述的控制器，其中，所述前馈块包括反电磁力(BEMF)函数，所述反电磁力函数应用于所述速度参考信号以考虑所述电动致动器所生成的BEMF力的影响，其中所述BEMF函数的输出是q轴电压前馈信号。

4.如权利要求3所述的控制器，其中，所述同步电流调节器包括比例-积分(PI)控制器，所述比例-积分控制器响应于与在生成所述q轴电压参考信号中所述前馈块所提供的所述q轴电压前馈信号相结合的所述q轴电流误差信号而生成输出。

5.如权利要求1所述的控制器，其中，所述同步电流调节器包括q轴自适应增益块，所述q轴自适应增益块监测所述位置误差信号和所述速度反馈信号，以便确定所述电动致动器保持 到位的时间，以及响应所述电动致动器保持到位而使能对所监测的q轴反馈信号中检测到的振荡求积分的积分器，其中所述积分器的输出与所述q轴电流误差信号相结合。

6.如权利要求1所述的控制器，其中，所述同步电流调节器将d轴电流反馈信号与所述位置速度控制块所提供的d轴参考信号进行比较，以便生成d轴电流误差信号，并且包括PI控制器，所述控制器响应所述d轴电流误差信号而生成d轴电压参考信号。

7.如权利要求6所述的控制器，其中，所述同步电流调节器包括d轴自适应增益块，所述d轴自适应增益块监测所述位置误差信号和所述速度反馈信号，以便确定所述电动致动器保持到位的时间，以及响应所述电动致动器保持到位而使能对所监测的d轴反馈信号中检测到的振荡求积分的积分器，其中所述积分器的输出与所述d轴电流误差信号相结合。

8.一种调节电动致动器的位置和速度的方法，所述方法包括：

监测提供给所述电动致动器的电流；

监测所述电动致动器的位置和速度；

将所监测的电流从abc参考系转换成dq参考系，以便生成q轴和d轴电流反馈信号；

基于从外部源所接收的位置命令而生成位置参考信号和速度参考信号；

将所述位置参考信号与所述位置反馈信号进行比较，并且将所述速度参考信号与所述速度反馈信号进行比较，以便生成q轴电流参考信号；

基于所述速度参考信号和所述位置参考信号来生成q轴电流前馈信号；

将所述q轴电流反馈信号与所述q轴参考信号进行比较，以便生成q轴电流误差信号，并且将所述q轴电流前馈信号加入所述q轴电流误差信号；

将所述d轴电流反馈信号与所述d轴电流参考信号进行比较，以便生成d轴电流误差信号；基于所述q轴电流误差信号来生成将使所述q轴电流误差信号为最小的q轴电压参考信号，并且基于所述d轴电流误差信号来生成使所述d轴电流误差信号为最小的d轴电压参考信号；

把来自所述dq参考系的所述q轴电压参考信号和所述d轴电压参考信号转换成所述abc参考系中的电压参考信号；以及

基于由所述dq-abc变换块所提供的所述电压参考信号来生成脉宽调制(PWM)信号，以提供给逆变器，所述逆变器将电流提供给所述电动致动器。

9.如权利要求8所述的方法，其中，生成所述q轴电流前馈信号包括：

将粘性函数应用于所述速度参考信号，以便考虑所述电动致动器的机械粘性；

将弹簧函数应用于所述位置参考，以便考虑所述电动致动器的机械弹簧力；以及

将所述粘性函数的输出与所述弹簧函数的输出相结合，以便生成所述q轴电流前馈信号。

10.如权利要求8所述的方法，还包括：

通过将反电磁力(BEMF)函数应用于所述速度参考信号以考虑所述电动致动器所生成的BEMF力的影响，来生成q轴电压前馈信号。

11.如权利要求8所述的方法，还包括：

检测所述电动致动器到达保持位置的时间；

检测所监测的q轴反馈信号中的振荡；

响应所述电动致动器到达所述保持位置而基于所监测的q轴反馈信号中检测到的振荡来生成q轴自适应增益信号；以及

将所述q轴自适应增益信号应用于所述q轴误差信号。

12.如权利要求11所述的方法，还包括：

检测所监测的d轴反馈信号中的振荡；

响应所述电动致动器到达所述保持位置而基于所监测的q轴反馈信号中检测到的振荡来生成d轴自适应增益信号；以及

将所述d轴自适应增益信号应用于所述d轴误差信号。