CN105227027B - 用于补偿旋转变压器的位置误差的装置和方法 - Google Patents

用于补偿旋转变压器的位置误差的装置和方法 Download PDF

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Abstract

本发明提供一种用于补偿旋转变压器的位置误差的装置和方法，其中该装置包括：存储器，被配置成存储程序指令；以及处理器，被配置成执行程序指令，并且程序指令在被执行时被配置成：将由旋转变压器检测的电动机转子的位置信息数字化；接收被数字化的位置信息以测量位置误差；确定位置误差的电角速度；计算并存储在电角速度为0时的位置误差；以及以当前电角速度为基准，利用所存储的位置误差，换算并补偿当前电角速度的位置误差。

Description

用于补偿旋转变压器的位置误差的装置和方法
技术领域
本发明涉及一种用于补偿旋转变压器的位置误差的装置和方法，更具体涉及一种利用在特定速度时测量的旋转变压器的位置误差的技术。
背景技术
为了利用矢量控制来驱动永磁体同步电动机，需要精确的转子位置信息。具体地，可利用旋转变压器(resolver)来检测转子的绝对位置。然而，由于旋转变压器的转换率的差异、励磁信号的失衡、电感分量的不均匀、信号处理电路的失真等原因，可能会出现信号幅度的失衡，因此在位置信息中会周期性地出现误差分量。因此，电动机控制性能劣化，从而使电动机受限地使用在高性能领域。
作为用于减少旋转变压器中的位置误差的现有方法，已开发出以下这种方法：由精确的位置传感器事先测量出误差信息，并将误差信息以表格形式记录在基于诸如只读存储器等存储器中，基于此来补偿位置误差。此外，还开发出以下这种方法：利用回归方程式将旋转变压器的输出信号进行建模之后，利用递归最小二乘法来估计模型参数，使得模型值与测量值之间的误差最小，从而补偿旋转变压器的输出信号的误差。
然而，根据现有技术的用于补偿旋转变压器的位置误差的方法，是当速度恒定时测量位置误差的方法，因而在补偿整个速度范围内的位置误差方面存在一定的限制。
发明内容
本发明一方面提供一种用于补偿旋转变压器的位置误差的装置和方法，作为基于在特定速度时测量的位置误差，在所有速度区域补偿位置误差的技术，提供在旋转变压器-数字转换器内部设置的用于角度信息计算的角度跟踪观测器(ATO)，并检测ATO的特性，通过在特定速度时测量的旋转变压器的位置误差来补偿所有速度区域中的位置。
根据本发明的一个示例性实施例，一种用于补偿旋转变压器的位置误差的装置，可包括：位置误差学习部(learner)，其被配置成将由旋转变压器检测的电动机转子的位置信息数字化，接收被数字化的位置信息以测量位置误差，确定位置误差的电角速度，计算并存储在电角速度为0时的位置误差；以及位置误差补偿部，其被配置成以当前电角速度为基准，利用存储在位置误差学习部中的位置误差，换算并补偿当前电角速度的位置误差。
位置误差学习部可包括：位置误差测量部，其被配置成接收被数字化的位置信息以测量位置误差；速度确定部，其被配置成确定位置误差的电角速度；位置误差计算部，其被配置成计算在电角速度为0时的位置误差；以及存储位置，其被配置成存储计算出的位置误差。此外，位置误差补偿部可包括：速度确定部，其被配置成确定当前电角速度；存储单元，其被配置成包括由位置误差学习部计算出的位置误差；以及位置误差换算部，其被配置成利用当前电角速度和存储在存储单元中的位置误差，换算当前电角速度的位置误差。
该装置还可包括：旋转变压器-数字转换器，其被配置成将电动机转子有关的位置信息数字化，其中旋转变压器-数字转换器的内部设有角度跟踪观测器(ATO)。
根据本发明另一个示例性实施方式，提供一种用于补偿旋转变压器的位置误差的方法，其可包括以下步骤：检测电动机转子的位置信息；将位置信息数字化并输出；利用被数字化的位置信息测量位置误差；确定位置误差的电角速度；计算在电角速度为0时的位置误差；存储计算出的位置误差；以及利用以当前电角速度为基准计算出的位置误差，转换并补偿当前电角速度的位置误差。
附图说明
通过下面的详细描述，并结合附图，本发明的上述及其它目的、特征和优点将会更加显而易见，其中：
图1是用于描述根据本发明示例性实施例的位置误差学习部的示例性配置图；以及
图2是用于描述根据本发明示例性实施例的位置误差补偿部的示例性配置图。
图中部件的附图标记：
20：旋转变压器
30：RDC
110：位置误差测量部
120：速度确定部
130：位置误差计算部
140：存储单元
210：速度确定部
220：存储单元
230：位置误差换算部。
具体实施方式
可以理解的是，本文中所使用的术语“车辆”或“车辆的”或其它类似的术语包括一般而言的机动车辆，比如包含运动型多用途车辆(SUV)、公共汽车、货车，各种商用车辆的客车、包含各种轮船和舰船的船只、飞行器等等，并且包括混合动力车辆、电动汽车、混合动力电动汽车、氢动力汽车和其它替代燃料汽车(例如，从除了石油以外的资源中取得的燃料)。如在本文中所引用的，混合动力车辆是具有两种或多种动力来源的车辆，例如汽油动力车辆和电动动力车辆二者。
尽管示例性实施例被描述为使用多个单元来执行示例性过程，然而可以理解的是，该示例性过程还可以由一个或多个模块来执行。另外，可以理解的是，术语控制器/控制单元指的是包括存储器和处理器的硬件设备。存储器被配置成存储模块，处理器被专门配置成执行上述模块，从而执行一个或多个过程，下面进一步详述。
此外，本发明的控制逻辑可被实施为包含由处理器、控制器等执行的可执行程序指令的计算机可读介质上的非短暂计算机可读介质。计算机可读介质的例子包括，但不局限于，ROM、RAM、光盘(CD)-ROM、磁带、闪存盘、智能卡和光数据存储装置。计算机可读记录介质也可以分布在连接计算机系统的网络中，以使计算机可读介质可以以分布式方式，例如，通过电信息通信服务器或控制器区域网(CAN)，被存储和执行。
本文所用的术语仅用于描述特定实施例的目的，而并非旨在限制本发明。除非上下文明确指出，否则如本文中所使用的单数形式“一”、“一个”和“该”等意图也包括复数形式。还应该理解的是，在本说明书中使用“包括”和/或“包含”等术语时，是意图说明存在该特征、整数、步骤、操作、元素和/或组件，而不排除一个或多个其它特征、整数、步骤、操作、元素、组件、和/或其组合的存在或增加。如本文中所使用的，术语“和/或”包括一个或多个相关列出项目的任何和所有组合。
通过对本发明示例性实施例(下文将详述)的详细描述，并结合附图，本发明的上述目标、特征和优点将会更加显而易见。因此，对于在本领域中具有普通知识的技术人员，本发明将适于容易地体现本发明的技术理念或精神。此外，在本发明中，为了避免现有技术中已知的技术结构对本发明造成混淆，省略了对这些现有技术的详细描述。在下文中，将参考附图详细描述本发明的示例性实施方式。
根据本发明示例性实施例的用于补偿旋转变压器的位置误差的装置，可包括位置误差学习部和位置误差补偿部。旋转变压器的位置误差是因旋转变压器转换率的差异、励磁信号的失衡、电感分量的不均匀、信号处理电路的失真等产生的SIN信号和COS信号的失衡，而出现的位置分量的周期性误差分量。
图1是用于描述根据本发明示例性实施例的位置误差学习部的示例性配置图。参考图1，位置误差学习部100可包括位置误差测量部110、速度确定部120、位置误差计算部130、以及存储单元140。具体地，处理器可被配置成操作位置误差学习部及其组件。用于补偿旋转变压器的位置误差的系统1，还可包括旋转变压器20和旋转变压器-数字转换器30。
旋转变压器20可由处理器来执行，以检测诸如永磁体同步电动机等电动机的转子的绝对位置。因此，旋转变压器20可利用由放大器放大的励磁用参考电压而工作。由旋转变压器20检测到的位置信息，可作为正弦信号和余弦信号通过处理器输出部输出到旋转变压器-数字转换器30。旋转变压器-数字转换器30可被配置成将位置信息数字化并输出。被数字化的位置信息可被输入到位置误差测量部110。位置误差测量部110可被配置成接收被数字化的位置信息，以测量位置误差。速度确定部120可被配置成，确定所测量的位置误差的电角速度。
例如，在特定电角速度ω目标时的N阶位置误差分量可通过以下公式来测量：
在以上公式中，MN表示N阶位置误差的幅值，φN表示N阶位置误差的相位，并且ω表示电角速度且可通过阶数除以(divide)电角周期而获得，因此N值可以不是整数。
此外，根据在旋转变压器-数字转换器内部的角度跟踪观测器(ATO)的设计，MN和φN均具有随着电角速度变化而变化的值。换言之，本技术可基于在特定速度时测量的位置误差，补偿随着电角速度变化的MN和φN，从而补偿在整个速度范围内的位置误差。
此外，和是在特定电角速度时的N阶位置误差的幅值和相位。
位置误差计算部130可被配置成计算在电角速度为0时的位置误差。具体地，可以以如下方法来计算在电角速度为0时的位置误差：
存储单元140可被配置成存储在计算出的电角速度0时的位置误差。例如，位置误差学习部100可被配置成测量在电角度频率200Hz时的旋转变压器的位置误差，然后基于测量值来补偿在整个速度范围内的位置误差。
图2是用于描述根据本发明示例性实施例的位置误差补偿部的示例性配置图。参考图2，位置误差补偿部200可包括速度确定部210、存储单元220、以及位置误差换算部230。处理器可被配置成操作位置误差补偿部200及其组件。用于补偿旋转变压器的位置误差的系统2还可包括旋转变压器20和旋转变压器-数字转换器30。
速度确定部210可被配置成确定当前的电角速度。存储单元220可表示存储在位置误差学习部100中的位置误差，即，在计算出的电角速度为0时的N阶位置误差。位置误差换算部230可利用由速度确定部210确定的当前电角速度以及存储在存储单元220中的位置误差，来换算当前电角速度的位置误差。可利用下列公式来换算当前电角速度的位置误差：
MN@Nω＝存储的MN@电角速度为0×ATO幅值比@Nω
ΦN@Nω＝存储的ΦN@电角速度为0+ATO相位差@Nω
通过以上公式获得的N阶位置误差可通过以下公式来计算：
在电角速度ω时的N阶位置误差分量＝存储的MN@电角速度为0×
ATO幅值比@NωCOS(NωT-(存储的ΦN@电角速度为0+ATO相位差ΦNω))
当利用以上公式计算出的位置误差被补偿时，可以在整个速度范围内进行补偿。
如上所述，根据本发明的示例性实施例，能够更容易地补偿旋转变压器的位置误差，并能够自动地适应产品之间的偏差。具体地，可以基于在特定速度时测量的位置误差，在整个速度范围内减少速度波动(纹波)。
尽管上面已基于有限的结构和附图，公开了本发明的示例性实施方式，然而，本发明的技术精神并不限于此。本领域技术人员应该理解的是，在不偏离本发明的原理和精神的情况下，还可以对这些实施方式进行修改，本发明的范围限定在所附的权利要求及其等价形式中。

Claims (4)

1.一种用于补偿旋转变压器的位置误差的装置，包括：
存储器，被配置成存储程序指令；
处理器，被配置成执行所述程序指令，并且所述程序指令在被执行时被配置成：
使用旋转变压器-数字转换器将由所述旋转变压器检测的电动机转子的位置信息数字化；
接收被数字化的位置信息以测量第一位置误差；
确定所述第一位置误差的第一电角速度；基于所述第一位置误差，计算并存储在电角速度为0时的参考位置误差；以及
当电动机的转子以第二电角速度工作时，利用所存储的参考位置误差，换算并补偿所述第二电角速度的第二位置误差；以及位置误差补偿部，被配置成根据所述旋转变压器-数字转换器的内部的角度跟踪观测器，对随着所述第二电角速度而变化的位置误差的幅值和相位进行补偿，并输出可用于所述旋转变压器的整个速度范围的补偿后的值。
2.如权利要求1所述的装置，其中所述程序指令在被执行时还被配置成：
接收所述被数字化的位置信息以测量位置误差；
确定所述位置误差的电角速度；
计算在电角速度为0时的位置误差；以及
存储计算出的位置误差。
3.如权利要求1所述的装置，其中所述程序指令在被执行时还被配置成：
确定当前电角速度；
存储计算出的位置误差；以及
利用所述当前电角速度和所存储的位置误差，换算所述当前电角速度的位置误差。
4.一种用于补偿旋转变压器的位置误差的方法，包括以下步骤：
通过处理器，检测电动机的转子的位置信息；
通过所述处理器，使用旋转变压器-数字转换器将所述位置信息数字化并输出；
通过所述处理器，利用被数字化的位置信息测量第一位置误差；
通过所述处理器，确定所述第一位置误差的第一电角速度；
通过所述处理器，基于所述第一位置误差，计算在电角速度为0时的参考位置误差；
通过所述处理器，存储计算出的参考位置误差；
通过处理器，当电动机的转子以第二电角速度工作时，利用所存储的参考位置误差，转换并补偿所述第二电角速度的第二位置误差；
通过位置误差补偿部，根据所述旋转变压器-数字转换器的内部的角度跟踪观测器，对随着所述第二电角速度而变化的位置误差的幅值和相位进行补偿；以及
通过所述位置误差补偿部，输出可用于所述旋转变压器的整个速度范围的补偿后的值。
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