CN104520130B - 用于控制动力传动系的方法以及相应的控制系统 - Google Patents

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Abstract

用于控制动力传动系的方法以及相应的控制系统一种用于控制动力传动系的方法，该动力传动系用于装备一台机动车辆并包括一个电动机，该电动机配备有一个转子和一个定子，所述方法包括对该转子和该定子的电流进行调节从而将多个控制信号传送给该电动机，所述有待调节的电流以及所述控制信号被表示在包括多个轴的一个旋转参照系之中。该方法包括：对该定子和该转子的电流值进行测量(E00)、将所述测量结果转换(E12)到所述旋转参照系之中、基于所述控制信号对这些电流中的每一个来确定(E11)最小和最大边界、并且将这些测量的信号与所述最小和最大边界进行比较(E30)。

Description

用于控制动力传动系的方法以及相应的控制系统
技术领域
本发明涉及电动机的控制，并且特别是绕线转子同步型电动机的控制。
背景技术
绕线转子同步型电动机包括一个称作定子的固定部件和一个称作转子的运动部件。定子包括三个线圈，这些线圈偏离120并且被供以交流电流。转子包括被供以直流电流的一个线圈。定子的这些相电流取决于该转子的和该定子的电阻和电感以及该转子与该定子之间的互感。
常规地，使用多个控制信号来控制该定子和该转子的电流。以这种方式，根据这些电流的测量值来实施调节。
如果提供这些测量值的这些传感器之一是有故障的，例如一直显示为零的电流值，则这种调节将增大这些控制信号的值以便增大该电流的值。出于此原因，这些控制信号的值可以发散直至达到最大值，这导致出现特别高的、或者甚至具破坏性的电流。举例而言，这些控制信号值能够高达400伏，这导致出现高达40 000安的电流。当然，此类电流对于用于控制的晶体管来说是具破坏性的，例如绝缘栅双极型晶体管(IGBT)。
注意，日本专利申请JP 200 1 268980和文件US 5047699已经提出借助于一个电机模型来调节这些直流电流。
读者还可参考文件US 2002 0008492，该文件描述了一种用于检测传感器故障的方法。
发明内容
本发明的一个目的是改进电动机的调节，尤其是在出现传感器故障的情况下。
根据一种实施方式，提出了一种用于控制动力传动系的方法，该动力传动系用于装备一台机动车辆并包括一个电动机，该电动机配备有一个转子和一个定子，所述方法包括对该转子和该定子的电流进行调节从而将多个控制信号传送给该电动机，所述有待调节的电流以及所述控制信号被表示在包括多个轴的一个旋转参照系之中。
根据一般性特征，该方法包括：对该定子和该转子的电流值进行测量，例如是由一组传感器供应的；将这些测量结果转换到所述旋转参照系之中；根据所述控制信号对这些电流中的每一个来确定最小和最大边界；并且将这些测量的信号与所述最小和最大边界进行比较。
因此最小和最大边界是独立于在传感器故障情况下可能出错的测量值进行确定的。这些边界具体指示了在应用这些控制信号时电流必须位于的范围。如果在比较过程中这些测量信号在这些边界之外，则可以认为一个或更多个传感器是有故障的并且优选的是限制该电动机的使用。因此获得更安全的操作和经改进的调节。
该最小和最大边界的确定可以借助于该电动机的一个模型来完成。该模型可包括将这些控制信号与这些电流相联系的一组方程式。这些方程式适用于控制信号并且适用于被投影到派克参照系中的电流，并且它们可以取决于一些参数，例如派克参照系中的电阻和电感的值、互感值或是正弦电信号的频率。
该方法可以包括：在确定这些最小和最大边界的步骤之前，在稳态下解算该电动机模型的多个方程式，该解算包括一个校准步骤。
在多个校准步骤之后，能够确定这些方程式的所有参数，具体是其最小和最大值，以获得每一电流的所述最小和最大边界(它们仅取决于这些控制信号)。
在一个变体中，该方法可以包括：在确定这些最小和最大边界的步骤之前，确定为每个控制信号设定电流值的传递函数，并且根据多个参数来确定包络所述传递函数的多个函数，所述参数是通过校准来确定的。
包络这些传递函数的所述函数使得有可能对这些电流值提供最小和最大边界，这些边界具体取决于电频率。因此，与在稳态下进行的前一变体相比，获得了更好的确定。
根据一个实施例，提出了一种用于控制动力传动系的系统，该动力传动系用于装备一台机动车辆并包括：一个电动机，该电动机配备有一个转子和一个定子；用于调节该转子和该定子的电流的装置，从而将多个控制信号传送给该电动机，所述有待调节的电流以及所述控制信号被表示在包括多个轴的一个旋转参照系之中。
根据一般性特征，该系统包括：用于测量该定子和该转子的电流值的装置、用于将这些测量结果转换到所述旋转参照系之中的装置、用于根据所述控制信号来对这些电流中的每一个确定最小和最大边界的装置、以及用于将这些测量的信号与所述最小和最大边界进行比较的装置。
该用于确定这些最小和最大边界的装置可以包括该电动机的一个模型。
该系统可以包括用于在稳态下解算该模型的一组方程式的装置。
在一个变体中，该系统可以包括：用于确定为每个控制信号设定电流值的传递函数的装置、以及用于根据多个参数来确定包络所述传递函数的多个函数的装置。
附图说明
通过阅读仅借助非限制性实例并且参照附图所给出的以下说明，本发明的其他目的、特征以及优点将会变得清楚，在这些附图中：
-图1展示了根据本发明的一种用于控制动力传动系的方法的步骤，
-图2展示了根据本发明的一种实施方法和实施例的第一变体的结果，
-图3至图5展示了根据本发明的一种实施方法和实施例的第二变体的结果。
具体实施方式
图1示意性示出了一种用于控制动力传动系的方法的实施步骤，该动力传动系用于装备一台机动车辆并包括一个电动机。该方法包括测量在该转子和该定子中流动的电流的第一步骤(步骤E00)，该第一步骤使得有可能一方面获得这些电流的值并且另一方面获得这些控制信号，即被施加以获得这些电流的电压。能够通过这些控制信号来用公式表示电流值的最小和最大边界(步骤E11)，例如借助于该电动机的或该电机的一个模型。此外还能够对这些测量电流应用派克转换(步骤E12)。最后，在比较步骤E30中，执行检查以确保这些测量的且经转换的值是在这些边界之内。如果是(步骤E40)，则能够判断这些传感器没有故障且调节可以继续，否则可以按保护该电动机和增加安全性的方式来限制这种调节。
现在将描述如何获得这些边界，具体是借助于该电动机的一个模型。
在包括用d、q和f表示的三个轴的派克参照系中，包括一个同步电动机的一个动力传动系受以下方程式控制：
其中：
Vd：电动机沿d轴的控制信号
Vq：电动机沿q轴的控制信号
Vf：电动机沿f轴的控制信号
Ld：沿d轴的等效电枢电感。
Lq：沿q轴的等效电枢电感。
Lf：转子的电感。
Rs：定子绕组的等效电阻。
Rf：转子的电阻。
Mf：定子与转子之间的互感。
Id：沿d轴的电流。
Iq：沿q轴的电流。
If：沿f轴的电流。
a：派克变换中的功率守恒常数，例如等于1或1.5。
ωr：电机的磁场的旋转速度(单位rad/s)(对于同步电机而言，这等于转子的旋转速度乘以电机的磁极对的数目)
为了简化这些方程式的求解以提供最小和最大电流值边界，可在稳态下改写这些方程式，考虑在方程式Eq.1中导数项为零。因此，每一电流可以表示为这些控制信号和速度的函数：
这些方程式可以通过将某些项分组来改写：
此外，通过实施多个校准步骤或测试可以获知一个电动机或机器的各个参数，这使得有可能获得这些参数的最小和最大值(具体可以取决于温度)。然后对于表示为G x/x的每个参数获得最小和最大值(其中x选自d、q和f之中)。因此，对于所有控制信号值来说并且在任何时刻，这些值可以提供最小和最大电流边界。因此，可以实施比较步骤E30。
图2表示了被电流最小和最大边界Iqmin和Iqmax所包围的电流Iq的演变的一个实例。注意，至少在稳定期间(例如在这些控制信号不变化的时间段内)，信号Iq确实位于两个边界之间。例如，测量到位于这些边界之外的一个值表明了传感器中的故障。
现在将描述非常适合于非稳态的本发明的另一个变体，具体地参考图3至图5。
图3表示了每一控制信号与电流Iq(即旨在提供扭矩的主电流)之间的标准化的传递函数。更准确而言，该图表示了控制信号Vd与电流Iq之间的传递函数(表示为TFdq)、控制信号Vq与电流ld之间的传递函数(表示为TFqq)、以及控制信号Vf与电流Iq之间的传递函数(表示为TFfq)。这些传递函数是通过方程式Eq.1获得的。
为了获得电流的最小和最大边界，基于图3可以选择能够包络这些曲线的两个函数(或过滤器)。例如，可以选择二阶函数。此外，可以选择所谓的慢速过滤器，即具有的增益在所有频率下低于这些传递函数，以及所谓的快速过滤器，即具有的增益在所有频率下高于这些传递函数。
通过非限制性的实例，可以选择表示为Fl(慢速过滤器)和Fr(快速过滤器)的以下过滤器：
其中：
a、k：待确定的参数
z：离散元素
通过实施这些校准步骤，对于主电流Iq来说能够获得给出如图4所示频率响应的a和k参数值。该图表示了图3中已经表示出的传递函数TFdq、TFqq和TFfq，还以及慢速过滤器的传递函数(表示为Flq)和快速过滤器的传递函数(表示为Frq)。确实针对所有频率获得了一个较小和一个较大的包络。
尽管此处使用了两个不同的参数，但完全有可能仅使用单一参数以便简化这些校准步骤并限制信息存储。
注意，优选的是针对这些电流之一确定每个电压的a和k。例如，对于电流Iq而言，可以提供六个表格，其中的三个包含a的值(每个控制信号一个)并且三个包含k的值(每个控制信号一个)。可以针对不同速度来确定每个表中的各种数值。
应当注意，为了促进这些校准步骤，可以使用下文所示的拉普拉斯变换(具有表示为s的变量)来写出这些传递函数：
其中：
于是能够通过计算方程式Eq.5的这些传递函数的增益来确定参数K的一个正确值，特别是在图3和图4中获得峰值时的频率ω下，该频率能够通过校准来确定。此外，可以通过确定ω为零时的增益来为获得参数a的一个正确值。
因此，针对所有可能频率获得了形成包络的慢速和快速过滤器。还可以使用这些过滤器来追踪电流的变化。例如，如果电流的希望值高于测量值，则建议使用所谓的快速过滤器，以便提供始终高于测量的水平的一个边界。如果相反地，电流的希望值低于测量值，则有必要防止该边界比电流下降更快，并且然后使用慢速过滤器，从而该边界比电流降低更慢。
举例而言，因此可以如下地应用该过滤器(是数字过滤器)：
在方程式Eq.6中，e代表输入数据，s代表过滤器输出数据。
因此获得了如图5所示那些的边界，其中电流Iq被按照与电流相同方式变化的包络线Iqmin和Iqmax所包围。注意到，电流Iq始终没有穿过边界，这与传感器的正确运行相对应。
注意到以上所描述的这两个变体特别适用于被嵌入动力传动系控制系统。其实，这些控制系统一般地包括微处理器类型的计算装置，具有有限的计算和记忆能力。

Claims (8)

1.一种用于控制动力传动系的方法，该动力传动系用于装备一台机动车辆并包括一个电动机，该电动机配备有一个转子和一个定子，所述方法包括对该转子和该定子的电流(Ia，Iq，If)进行调节从而将多个控制信号(Va，Vq，Vf)传送给该电动机，所述有待调节的电流以及所述控制信号被表示在包括多个轴(d，q，f)的一个旋转参照系之中，
其特征在于，该方法包括：对该定子和该转子的电流值进行测量(E00)、将这些测量结果转换(E12)到所述旋转参照系之中、根据所述控制信号对这些电流中的每一个来确定(E11)最小和最大边界、并且将这些测量的信号与所述最小和最大边界进行比较(E30)。
2.如权利要求1所述的方法，其中，确定这些最小和最大边界是借助该电动机的一个模型来实现的。
3.如权利要求1或2所述的方法，进一步包括：在确定这些最小和最大边界的步骤之前，在稳态下解算该电动机模型的多个方程式，该解算包括一个校准步骤。
4.如权利要求1或2所述的方法，进一步包括：在确定这些最小和最大边界的步骤之前，确定为每个控制信号(Va，Vq，Vf)设定电流值(Ia，Iq，If)的传递函数，并且根据参数(a，k)确定包络所述传递函数的多个函数，所述参数是通过校准来确定的。
5.一种用于控制动力传动系的系统，该动力传动系用于装备一台机动车辆并包括：一个电动机，该电动机配备有一个转子和一个定子；用于调节该转子和该定子的电流(Ia，Iq，If)的装置，从而将多个控制信号(Va，Vq，Vf)传送给该电动机，所述有待调节的电流以及所述控制信号被表示在包括多个轴(d，q，f)的一个旋转参照系之中，
其特征在于，该系统包括：用于测量该定子和该转子的电流值的装置、用于将这些测量结果转换到所述旋转参照系之中的装置、用于根据所述控制信号来对这些电流中的每一个确定最小和最大边界的装置、以及用于将这些测量的信号与所述最小和最大边界进行比较的装置。
6.如权利要求5所述的系统，其中，该用于确定这些最小和最大边界的装置包括该电动机的一个模型。
7.如权利要求5或6所述的系统，包括：用于在稳态下解算该电动机模型的一组方程式的装置。
8.如权利要求5或6所述的系统，进一步包括：用于确定为每个控制信号(Va，Vq，Vf)设定电流值(Ia，Iq，If)的传递函数的装置、以及用于根据多个参数(a，k)来确定包络所述传递函数的多个函数的装置。
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