CN106471731A - 用于控制电动马达的操作的方法和装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及用于控制电动马达（1）的操作的方法，其中基于电动马达（1）的转子位置、基于用速度控制器（5）在控制回路中针对电动马达（1）的速度执行的设定点/实际比较，以及基于在从属于速度控制器（5）的电流调节器（6）中针对在电动马达（1）的电动力供应单元上测得的总电流（I_{DC_actual}）执行的设定点/实际比较，在调制中以受控的方式生成和输出被应用于电动马达（1）的电相位的电压，其中通过用于调制的当前占空因数（T）乘以被应用于速度控制器（5）的输出的第一操纵变量（I_AC）来形成电流调节器的输入处的设定点值（I_DC），其中借助于乘以当前占空因数（T），速度控制器（5）的第一操纵变量（I_AC）在从属的电流调节器（6）中成为电动马达（1）的等效相电流RMS值。本发明还涉及用于控制电动马达（1）的操作的设备。

Description

用于控制电动马达的操作的方法和装置

技术领域

本发明涉及用于控制电动马达的操作的方法和装置，具体地在车辆传动装置的领域或应用中。

背景技术

机电操作或液压操作的车辆传动装置包括用于泵操作的或者直接驱动系统的一个或多个电动马达，其中选择器或者切换装置与联接和制动装置一起借助于所述至少一个电动马达被控制。

从现有技术中已知用于控制车辆传动装置中的这种电动马达的各种方法。根据成本，借助于“块整流换向（block commutation）”和“B6桥电路”控制对电动马达的各个马达绕组的动力供应。通过这种设置，在整流换向步骤中，致动桥电路的半桥中的“高侧开关”和半桥的“低侧开关”。参考电动马达的转子位置控制整流换向步骤，其中例如在电动马达中提供霍尔传感器以便检测转子位置。霍尔传感器被设置成使得借助于高-低逻辑电平，能够实现60°的电角分辨率。

为了增加该角分辨率，已知采用高分辨率角传感器。这容许电动马达的电相位上的电压输出优异地适应相应的转子位置。因此实现的“正弦整流换向”容许更有效地利用电动马达的效率，并且同时安静地运转。通过这种设置，借助于空间矢量调制，参考关于转子角度的信息生成电压，使得所得的电压是正弦的。

为了进一步用正弦整流换向提高电动马达的效率，公知的是马达绕组中的最大电流能够与转子磁体的位置同步，使得实现90°的固定偏移。为此，采用“磁场定向控制”，其中电动马达的相电流与关于转子位置的信息结合被用于控制输出相电压。

发明内容

本发明的目标是公开关于现有技术的用于操作电动马达的改进的方法和改进的装置，具体地在车辆传动装置的领域或应用中。

根据本发明，关于方法的目标由权利要求1中限定的特性满足，并且关于装置的目标由权利要求8中限定的特性满足。

本发明的有利构造在从属权利要求中描述。

在根据本发明的用于控制电动马达的（具体地在车辆传动装置的领域中或应用中）的方法中，基于电动马达的转子位置、基于由速度控制器在控制回路中执行的电动马达速度的设定点/实际比较，以及基于由电流调节器（其从属于速度控制器）在电动马达的电动力供应单元上测量的总电流的设定点/实际比较，在调制中以受控方式生成和输出应用于电动马达的电相位的电压，其中通过用于调制的当前占空因数乘以被应用于速度控制器输出的第一操纵变量形成在电流调节器输入处的设定点值，其中借助于乘以当前占空因数，速度控制器的第一操纵变量成为在从属电流调节器中的电动马达的等效相电流值。等效相电流值是相电流的RMS值。

根据本发明的技术方案容许在用于控制电动马达的控制装置的DC极限下、在电动马达或电子控制单元的相电流极限下或者在其中设置有电动马达的电力系统（特别地车载车辆系统）的电流极限下的电动马达的操作。因此，在不需要特别考虑工作点的情况下，能够从更高的水平在电动马达上设定任意速度需求。该方法容许根据可用的电流简单地控制电动马达的最大可能速度，并且借助于简单的总电流测量容许独立的马达相电流和/或DC限制。而且，以特定方式，通过使用总电流作为电流调节器的输入处的设定值，可能采用通过对动力供应单元的特别简单且可靠的测量所确定的总电流作为控制变量。利用因此获得的相电流信息，在不需要高成本的相电流反馈测量的情况下，能够实现针对电动马达的效率的优化的依赖于工作点的预控制角度的最佳调节。

在本发明的进一步发展中，由电流调节器控制回路的输出处的第二操纵变量除以动力供应单元上的最大可用中间电路电压形成占空因数。这种确定能够以特别直接的方式实现，并且其特征在于电压供应变化的补偿从而具有高度的可靠性。

在本方法的另一潜在构造中，电动马达上的等效电压幅值由电流调节器生成为第二操纵变量，并且因此以简单的方式通过等效马达电压除以中间电路电压来生成占空因数。

根据另一发展，在与用于调制的占空因数相乘之前限制第一操纵变量。因此能够以简单的方式限制马达相电流的等效RMS值。

在另一潜在的进一步发展中，限制总电流。具体地，通过将总电流极限除以用于调制的当前占空因数将其转换成等效相电流极限，实现了在使用于调制的当前占空因数乘以存在于速度控制器输出上的第一操纵变量之前对总电流设定点值的限制。因此，能够以简单的方式限制电动马达的电动力供应单元接收的总电流。

在该方法的可能构造中，为了实现非常高的角分辨率并且因此以高的马达效率利用因数格外安静的运行，在空间矢量调制中参考转子位置角度确定电压，该转子位置角度表征电动马达的转子位置。

根据本发明的用于控制电动马达的操作的装置包括用于电动马达的电相位上的电压的受控输出的动力供应单元，其中动力供应单元被联接到用于检测电动马达转子位置的至少一个检测单元，以及被设置在控制回路中以便执行电动马达速度的设定点/实际比较的至少一个速度控制器。电流调节器从属于用于执行在供应单元上测得的总电流的设定点/实际比较的速度控制器，其中乘法器被设置在速度控制器输出上，借助于该乘法器，通过使用于调制的当前占空因数与速度控制器输出上的第一操纵变量相乘来获得电流调节器的设定点输入值，使得借助于与从属的电流调节器中的当前占空因数相乘，速度控制器的第一操纵变量成为等效RMS相电流值。

借助于根据本发明的装置，能够参考可用电流简单地设定最大可能电动马达速度。因此，装置容许在动力供应单元中（例如在构造成B6桥的输出级）借助于简单的总电流测量实现独立的马达相电流和/或DC限制，并且该装置的特征在于格外简单且成本有效的结构，以及格外低的计算能力需求。相比于从现有技术已知的磁场定向控制装置，也能够在没有耗费空间且成本密集的反馈电流测量部件的情况下简单地且成本有效地构造该装置。而且，以特定方式，通过使用总电流作为电流调节器上的设定点输入值，可能采用通过对动力供应单元的格外简单且可靠的测量所确定的总电流作为控制变量。利用因此获得的相电流信息，能够在不需要成本密集的相电流反馈测量的情况下实现针对电动马达的效率的优化对依赖于工作点的预控制角度的最佳调节。

在本发明的潜在的进一步发展中，除法器被设置在电流调节器的输出上，借助于该除法器，通过在电流调节器输出上存在的第二操纵变量除以动力供应单元上可用的最大中间电路电压来获得占空因数。除法器容许能够格外容易地实现占空因数的生成，并且其特征在于高度的可靠性，其中在电动马达的调节期间能够补偿电压供应的变化。

在潜在构造中，第二操纵变量是电动马达的等效电压幅值。因此，能够借助于等效马达电压除以中间电路电压来容易地生成占空因数。

在该装置的另一潜在构造中，供应单元含有桥电路，例如B6桥电路，借助于该桥电路，能够以非常简单且可靠的方式实现电动马达的块整流换向。

附图说明

参考附图在下文中更详细地描述了本发明的示例性实施例。

附图中:

图1示出用于控制电动马达的控制回路的第一示例性实施例的示意性框图，

图2示出用于控制电动马达的控制回路的第二示例性实施例的示意性框图，

图3示出根据本发明的方法的示意性流程图，并且其详细地呈现了在根据图1或图2的控制回路的速度控制器上的第一操纵变量的限制，

图4示出根据本发明的方法的示意性流程图，并且其详细地呈现了在根据图1或图2的控制回路的速度控制器上的第一操纵变量的限制和控制回路上的总电流设定点值的限制，以及

图5示出根据本发明的方法的示意性流程图，并且其详细地呈现了用于调制的占空因数的生成。

在所有附图中，用相同的附图标记标示出相互对应的元件。

具体实施方式

图1示出用于控制电动马达1的控制回路的潜在的第一示例性实施例的电路框图。

通过块或正弦整流换向，因此通过用于控制B6桥3的控制单元2来控制对电动马达1的各个马达绕组的动力供应，其中以未更详细示出的方式，在脉宽调制整流换向步骤期间致动B6桥3的半桥中的至少一个高侧开关和该半桥的至少一个低侧开关。相对于电动马达1的转子位置控制整流换向步骤。

而且，电动马达1的实际速度n_ist由检测单元4确定并且被反馈，其中，通过相对于电动马达1的设定点速度n_soll进行乘法运算，电动马达1的等效相电流RMS值被限定为第一操纵变量I_AC。

而且，借助于检测单元4，检测表征电动马达1的转子位置的转子位置角度φ并将其传送至控制单元2以便空间矢量调制，其中该控制单元2从电压指示器的幅值和转子位置角度生成B6桥3的控制信号，其中从从属于速度控制器5的电流调节器6的第二操纵变量形成该电压指示器的幅值。

因此，为了控制电动马达1的操作，通过相对于电动马达1的转子位置、相对于由速度控制器5执行的电动马达1的实际速度n_ist和设定点速度n_soll的比较，和相对于由从属的电流调节器6执行的在电动马达1的动力供应单元上测量的总电流I_{DC_ist}的实际/设定点比较进行调制，以受控方式生成并输出电动马达1的电相位上的电压。

借助于设置在速度控制器5的输出上的乘法器7，通过将用于调制的当前占空因数T与速度控制器5的输出上的第一操纵变量I_AC相乘来形成在电流调节器6的输入处的设定点值I_DC，如下：

I_DC≈ I_AC . T (0 … 1) (1)

其中，占空因数T由信号处理单元8被传送到乘法器7。

在通过占空因数T转换之前，这传递了电动马达1上的等效相电流，并且在转换后，这传递了在电流调节器6的输入处的总电流的设定点值I_DC。能够通过与能够调节的最大极限相比来限制这两个变量。

将因此生成的设定点总电流值I_DC与实际总电流值I_{DC_ist}相比较，其中通过参考该比较，电流调节器6生成电动马达1上的等效电压幅值作为第二操纵变量U_out。

因此，所呈示的实施例构成了用于控制电动马达1的带有从属的电流调节器6的简单控制回路的扩充，具体地在传动领域或在车辆传动应用中，其容许限制总电流I_{DC_ist}和生成电动马达1的等效相电流RMS值，其中所采用的唯一控制变量是在B6桥3上的能够容易地测得的总电流I_{DC_ist}。

图2示出用于控制电动马达1的控制回路的潜在的第二示例性实施例的电路框图。

不同于图1中所示的第一示例性实施例，通过电流调节器6的输出上的第二操纵变量U_out除以B6桥3上可用的最大中间电路电压U_ZK形成占空因数T。为了实现高的测量准确性，直接在B6桥3上测量该中间电路电压U_ZK，因为常规的导体系统和电气部件在高电流下易于形成显著电压下降。在输出级（其例如被构造成B6桥3）上的总流I_{DC_ist}也关于B6桥3上的电阻R1来确定。

通过在速度控制器5的输出处的乘法这样计算的用于调制的当前占空因数T的反馈，B6桥3上的总电流I_{DC_ist}的值和作为第一操纵变量I_AC的等效相电流RMS值可用于单独的控制和限制功能。在呈示的示例性实施例中，采用总电流I_{DC_ist}作为从属的电流调节器6的设定点值I_DC。

图3示出根据本发明的方法的潜在的示例性实施例的流程图，并且其详细呈现了在速度控制器5上的第一操纵变量I_AC的限制和设定点值I_DC的限制，其中总电流极限I_{DC_grenz}被转换成第一操纵变量I的电流极限I_{AC_grenz}。

因此为第一操纵变量I_AC和设定点值I_DC限定极限值I_{DC_lim}、I_{AC_lim}，其中设定点值I_DC的极限值I_{DC_lim}与当前占空因数T按路线发送至除法器9。根据该除法的结果以及第一操纵变量I_AC的极限值I_{AC_lim}通过最小值计算Min来限定电流极限I_{AC_grenz}。

将第一操纵变量I_AC与该电流极限I_{AC_grenz}相比较，使得根据该比较的结果选择由附图标记J和N所指示的流程图中的不同路径。如果第一操纵变量I_AC超过电流极限I_{AC_grenz}，则将第一操纵变量I_AC调节成电流极限I_{AC_grenz}。

在与用于调制的占空因数T相乘之前，这样限制第一操纵变量I_AC使得其最大值不超过电流极限I_{AC_grenz}，其中根据所应用的限制，借助于控制单元2和B6桥3执行整流换向K。

图4示出根据本发明的方法的潜在的示例性实施例的流程图。不同于图3中所示的示例性实施例，速度控制器5上的第一操纵变量I_AC的限制和总电流I_{DC_ist}的设定点值I_DC的限制独立于彼此执行。

因此，在检查设定点值I_DC是否小于根据极限值I_{DC_lim}生成的总电流极限I_{DC_grenz}之前，首先将第一操纵变量I_AC限制于电流极限I_{AC_grenz}。如果不是这种情况，则将设定点值I_DC调节成总电流极限I_{DC_grenz}的值。

因此限制在与用于调制的占空因数T相乘之前的第一操纵变量I_AC和在被中间电路电压U_ZK除之前的总电流I_{DC_ist}的设定点值I_DC，使得第一操纵变量I_AC呈现电流极限I_{AC_grenz}的最大值，并且设定点值I_DC呈现总电流极限I_{DC_grenz}的最大值，其中参考所应用的限制，借助于控制单元2和B6桥3执行整流换向K。

图5示出根据本发明的方法的潜在的示例性实施例的流程图，其中，除了图4中所呈示的之外，还呈示了通过第二操纵变量U_out除以中间电路电压U_ZK所产生的占空因数T的生成。

附图标记列表

1 电动马达

2 控制单元

3 B6桥

4 检测单元

5 速度控制器

6 电流调节器

7 乘法器

8 信号处理单元

9 除法器

I_AC第一操纵变量

I_{AC_grenz} 电流极限

I_{AC_lim} 极限值

I_DC 设定点值

I_{DC_grenz} 总电流极限

I_{DC_ist} 总电流

I_{DC_lim} 极限值

J 是

K 整流换向

Min 最小值计算

N 否

n_ist 实际速度

n_soll 设定点速度

R1 电阻

T 占空因数

U_out 第二操纵变量

U_ZK 中间电路电压

转子位置角度

Claims (12)

1.用于控制电动马达（1）的操作的方法，其中，基于以下特征在调制中以受控方式生成和输出应用于所述电动马达（1）的电相位的电压：

-基于所述电动马达（1）的转子位置，

-基于由速度控制器（5）在控制回路中执行的所述电动马达（1）的速度的设定点/实际比较，

-基于由从属于所述速度控制器（5）的电流调节器（6）在所述电动马达（1）的电动力供应单元上测得的总电流（I_{DC_ist}）的设定点/实际比较，

-其中，通过用于调制的当前占空因数（T）乘以被应用于所述速度控制器（5）的输出的第一操纵变量（I_AC）形成所述电流调节器（6）的输入处的设定点值（I_DC），

-其中，借助于乘以所述当前占空因数（T），所述速度控制器（5）的所述第一操纵变量（I_AC）在从属的所述电流调节器（6）中变成所述电动马达（1）的等效相电流RMS值。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，通过所述电流调节器（6）的输出处的第二操纵变量（U_out）除以所述动力供应单元上的最大可用中间电路电压（U_ZK）来构成所述占空因数（T）。

3.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，所述电动马达（1）上的等效电压幅值由所述电流调节器（6）生成为第二操纵变量（U_out）。

4.根据前述权利要求中的一项所述的方法，其特征在于，在与用于调制的所述占空因数（T）相乘之前限制所述第一操纵变量（I_AC）。

5.根据前述权利要求中的一项所述的方法，其特征在于，限制所述设定点值（I_DC）。

6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，在使用于调制的所述当前占空因数（T）与所述速度控制器（5）的输出上的所述第一操纵变量（I_AC）相乘之前，通过总电流极限（I_{DC_grenz}）除以所述当前占空因数（T）将其转换成等效电流极限（I_{AC_grenz}），执行所述设定点值（I_DC）的限制。

7.根据前述权利要求中的一项所述的方法，其特征在于，在空间矢量调制中，参考表征所述电动马达（1）的转子位置的转子位置角度（）确定电压。

8.用于控制电动马达（1）的操作的装置，

-包括用于所述电动马达（1）的电相位上的电压的受控的输出的动力供应单元，

-其中，所述供应单元被联接至用于检测电动马达（1）的转子位置的至少一个检测单元（4），以及

-至被设置在控制回路中以便执行所述电动马达（1）的速度的设定点/实际比较的至少一个速度控制器（5），

-其中，电流调节器（6）从属于用于执行在所述供应单元上测得的总电流（I_{DC_ist}）的设定点/实际比较的所述速度控制器（5），

-其中，乘法器（7）被设置在所述速度控制器（5）的输出上，借助于所述乘法器，通过使用于调制的当前占空因数（T）与所述速度控制器（5）的输出上的第一操纵变量（I_AC）相乘来获得所述电流调节器（6）的输入上的设定点值（I_DC），使得借助于在从属的所述电流调节器（6）中与所述当前占空因数（T）相乘，所述速度控制器（5）的所述第一操纵变量（I_AC）成为所述电动马达（1）的等效相电流RMS值。

9.根据权利要求8所述的装置，其特征在于，除法器（9）被设置在所述电流调节器（6）的输出上，借助于所述除法器，通过所述电流调节器（6）的输出上存在的第二操纵变量（U_out）除以所述动力供应单元上可用的最大中间电路电压（U_ZK）获得所述占空因数（T）。

10.根据权利要求8或9所述的装置，其特征在于，所述第二操纵变量（U_out）是所述电动马达（1）的等效电压幅值。

11.根据权利要求8-10中的任一项权利要求所述的装置，其特征在于，所述供应单元包含桥电路。

12.根据权利要求11所述的装置，其特征在于，所述桥电路是B6桥电路。