CN106936345A - 用于补偿电机驱动动力转向的电机的干扰的系统 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种用于补偿电机驱动动力转向的电机的干扰的系统。用于补偿电机驱动动力转向的电机的干扰的系统利用基于闭环的输入值预测模型单元补偿干扰，由基于闭环的输入值预测模型单元从命令中单独预测输入值，以及当预测输入值与由反馈控制器误差补偿的输入值之间存在差值时，根据所需干扰频带补偿干扰。

Description

用于补偿电机驱动动力转向的电机的干扰的系统

技术领域

本发明涉及一种电机驱动动力转向，更具体地涉及补偿用于电机驱动动力转向的电机的干扰的系统，其通过利用基于闭环的输入值预测模型单元来补偿干扰。

背景技术

近来，一些车辆已配备有根据行驶速度改变方向盘的转向力的电机驱动动力转向(MDPS)系统。

永磁同步电机通常用作电机驱动动力转向系统中的电机，并且永磁同步电机通常用于三种用途，即通过使用电流控制的扭矩控制、速度控制、以及位置控制。

电机的扭矩控制是速度控制和位置控制的基本控制处理，并且由于电流与扭矩成正比，而通常被称为电流控制。

扭矩控制(即，电流控制)通常由PI控制器和线性反馈控制执行，但缺点在于由于干扰(诸如，反电动势(back-emf))的影响控制稳定性劣化。

当永磁体旋转时，在定子中感应的磁通量的改变和定子的电流相互作用，使得反电动势产生非线性，并且非线性可以改变电机模型或可以解释为干扰。

因此，可以基于电机电路的参数值并通过测量电机的转速和电流，来预测由干扰(诸如，反电动势)引起的非线性，但为了补偿(compensate for，补偿)非线性，必须设计附加控制器。

因此，为了补偿反电动势的影响，主要使用前馈和反馈控制方法，但该方法的问题在于，该方法对未预测的参数的改变敏感，并且需要精确测量电机转速。

当电机的转速频繁改变时，诸如，MDPS系统，反电动势改变从而影响输入到电机中的电压，并且电流并不根据需要地受控制，使得精确控制电机电流必须补偿反电动势。

然而，补偿干扰(诸如，反电动势)的现有方法在电机的转速没有改变时足以补偿干扰，但当电机的转速快速改变时不能补偿干扰(诸如，反电动势)。

在本背景技术部分中所公开的上述信息仅用于增强对本发明的背景技术的理解，并且因此背景技术部分可包含并不形成在此国家中为本领域的普通技术人员所已知的现有技术的信息。

发明内容

本发明的目的是提供一种用于补偿用于电机驱动动力转向的电机的干扰的系统，该系统通过基于闭环的输入值预测模型单元从命令(电流命令值)单独预测输入值(输入到电机中的电压值)，并且当预测输入值与由反馈控制器进行误差补偿的输入电压值之间存在差值时，根据所需干扰频带补偿干扰。

在一个方面中，本发明提供一种用于补偿电机驱动动力转向的电机的干扰的系统，系统包括：反馈控制器，被配置为输出通过补偿电流命令值与电流输出值之间的误差获得的电压值；基于闭环的输入预测模型单元，被配置为基于电流命令值与反馈控制器分离地单独预测电机的输入电压值；以及干扰补偿单元，被配置为当由基于闭环的输入预测模型单元预测的输入电压值与从反馈控制器输出的电压值之间存在差值时，确定存在干扰并执行干扰补偿控制。

通过上述技术方案，本发明提供以下效果。

根据本发明，可以通过使用能够根据干扰频率调谐β(干扰补偿单元函数)的干扰补偿单元抵消并补偿所需频带的干扰。

即，本发明可以根据高频带或低频带的干扰执行干扰补偿调谐，并且即使不使用低频滤波器、过滤特定频率的陷波滤波器等，也可以抵消所需带的干扰。

以下讨论了本发明的其他方面和优选实施方式。

附图说明

现在将参照附图中所示的本发明的某些示例性实施方式来详细描述本发明的上述及其他特征，在下文中，附图仅通过示意性的方式给出，并且因此并非限制本发明，并且其中：

图1是示出了用于补偿电机驱动动力转向的电机的干扰的现有系统的控制框图；

图2是示出了根据本发明的用于补偿电机驱动动力转向的电机的干扰的系统的控制框图；以及

图3是示出了根据本发明的用于补偿电机驱动动力转向的电机的干扰的系统中的实际干扰与干扰补偿值之间的关系的控制框图。

应理解，附图无需按比例地绘制，而是呈现说明本发明基本原理的各种优选特征的一定程度上简化的表示。如本文所公开的本发明的特定设计特征，包括，例如，特定尺寸、方位、位置和形状，将部分由特定的预期应用和使用环境来确定。

在附图中，贯穿附图的几个图，参考标号指的是本发明的相同或等同的部分。

具体实施方式

应当理解，本文中所使用的术语“车辆”或“用车辆运载的(vehicular)”或其他类似术语包括一般的机动车辆，诸如包括运动型多用途车辆(SUV)、公共汽车、卡车、各种商用车辆的载客车辆；包括各种船只和舰船的船舶；航天器等；并且包括混合动力车辆、电动车辆、插电混合动力车辆、氢动力车辆、和其他替代燃料车辆(例如，来源于除石油以外的资源的燃料)。如本文中提及，混合动力车辆是具有两种以上动力源的车辆，例如，汽油动力和电动车辆。

本文所用的术语仅是为了描述特定实施方式的目的，而并不旨在限制本发明。除非上下文另有明确说明，否则如本文所用的单数形式“一”、“一个”和“该”也旨在包括复数形式。将进一步理解，当在本说明书中使用术语“包括”和/或“包含”时，意指指定特征、整体、步骤、操作、元件和/或组件的存在，但并不排除一个或多个其他特征、整体、步骤、操作、元件、组件和/或其组合的存在或添加。如本文所用的，术语“和/或”包括一个或多个相关列出项的任何和所有的组合。贯穿本说明书，除非明确描述为相反地，否则词语“包括(comprise)”以及诸如“包含(comprises)”或者“含有(comprising)”的变形应当被理解为暗示包括所述元件，但并不排除还包括任何其他元件。此外，在说明书中描述的术语“单元(unit)”、“…器(-er)”、“…装置(-or)”或者“模块(module)”意指用于处理至少一个功能和操作的单元，并且可通过硬件组成部分或软件组成部分及其组合来实现。

此外，本发明的控制逻辑可体现为在计算机可读介质上的非易失性计算机可读介质，该计算机可读介质包含由处理器、控制器等执行的可执行程序指令。计算机可读介质的实例包括但不限于ROM、RAM、光盘(CD)-ROM、磁带、软盘、闪存驱动、智能卡、以及光学数据存储装置。计算机可读记录介质也可分布在网络耦接的计算机系统中，从而例如通过远程通信服务器(telematics server)或控制器局域网络(CAN)以分布式方式存储和执行该计算机可读介质。

现在将在下文中详细地参照本发明的各个实施方式，其实例在附图中示出并且描述如下。尽管将结合示例性实施方式描述本发明，然而将理解的是，本说明书并非旨在将本发明限于那些示例性实施方式。相反，本发明旨在不仅涵盖示例性实施方式，而且还涵盖可包括在由所附权利要求所限定的本发明的精神和范围内的各种替代、改变、等价物和其他实施方式。

以下，将参考附图更详细地描述本发明的示例性实施方式。

首先，为了帮助理解本发明，下嘛将描述用于补偿电机的干扰的现有系统。

图1示出了用于补偿电机驱动动力转向(MDPS)的电机的干扰的现有系统的配置。

在图1中，参考标号10表示反馈控制器，参考标号20表示电机，参考标号30表示电机标称反向模型单元，以及参考标号40表示干扰补偿单元(干扰观察器)。

从电机20输出的电流输出值y需要遵循电流命令值r，使得必须去除电流命令值r与电流输出值y之间的误差。

因此，反馈控制器10补偿电流命令值r与电流输出值y之间的误差，并且输出误差补偿电压值Ur作为电机的输入值。

根据本发明，如果误差补偿电压值Ur输入到电机20中，但由于干扰(反电动势、噪声等)，期望命令(即，误差补偿电压)未施加于电机，必须预测并补偿干扰。

因此，通过使用采用电机的反向模型的电机标称反向模型单元30和干扰补偿单元40预测并补偿干扰。

一种预测并补偿干扰的方法包括：由电机标称反向模型单元30输出用于预测干扰的输入预测值的过程，以及由干扰补偿单元40基于输入预测值输出干扰补偿值的过程。

因此，当输出由反馈控制器10进行误差补偿的电压值Ur和从干扰补偿单元40输出的干扰补偿值的总和作为总控制单元输出u，利用干扰补偿值补偿干扰d。

最后，将干扰补偿电机输入电压值v施加于电机。

然而，由于用于补偿干扰的现有系统使用电机标称反向模型，系统不能自由补偿低频干扰或高频干扰，从而劣化干扰补偿的自由度。

在此，下面将描述本发明的用于补偿电机的干扰的系统。

图2示出了根据本发明的用于补偿MDPS的电机的干扰的系统的配置。

在图2中，参考标号10表示反馈控制器，参考标号20表示电机，参考标号50表示基于闭环的输入预测模型单元，以及参考标号60表示干扰补偿单元(干扰观察器)。

基于闭环的输入预测模型单元50是基于命令(电流命令值r)单独预测电机的输入电压值的逻辑单元，并且是通过将电机性能指标(motor plant，电机标称模型)Pn和反馈控制C结合建立的一种控制逻辑单元，并且可以由等式表达。.

在这种情况下，当由基于闭环的输入预测模型单元50预测的输入电压值与电压值u_c之间存在差值时，电压值u_c是通过由反馈控制器10补偿电流命令值r与电流输出值y之间的误差获得的，确定存在干扰。

接下来，干扰补偿单元60确定存在干扰并执行一系列干扰补偿和如下所述的控制过程。

当没有应用干扰补偿单元60时，电流输出值y、电流命令值r、干扰d、以及噪声n之间的关系可以由下面的等式1表达，并且当应用干扰补偿单元60时，电流输出值y、电流命令值r、干扰d、以及噪声n之间的关系可以由下面的等式2表达。

[等式1]

[等式2]

在等式1和2中，y表示电流输出值，r表示电流命令值，d表示干扰，n表示噪声，p表示电机性能指标，C表示反馈控制，以及β表示干扰补偿单元函数。

在此，在等式2中可以看出，当与等式1相比，β增大时，第二项的分母增大，并且因此，干扰d的影响减小，与此相反，在噪声的情况下，分母和分子同时增大，使得噪声的影响逐渐增大。

在这种情况下，由下面的等式3计算从干扰补偿单元60输出的干扰补偿值

[等式3]

在等式3中，如果1是小数量并且因此被舍去，分母和分子的P_nC减小，因此，当β(干扰补偿单元函数)增大时，干扰补偿值变得接近实际干扰d。然而，当β无限大时实现完整的干扰补偿，使得这是不可能的。

同时，如在图3中可以看出，以遵循实际干扰的总和(即，干扰总和d_总和)的形式输出从干扰补偿单元60输出的干扰补偿值使得可使用值设置β，值是可根据干扰频率进行调整的，并且因此可以通过根据干扰频率调整β仅补偿期望特定频带的干扰。

为此，当干扰补偿单元60计算干扰补偿值时，假定用于补偿干扰的干扰目标频率函数是H时，H可由以下等式4表达，并且当等式4组织时，由以下等式5表达等式4。

[等式4]

[等式5]

在等式4和5中，d表示干扰，表示干扰补偿值，P_n表示电机标称模型，C表示反馈控制，以及β表示干扰补偿单元函数，以及电机标称模型P_n、反馈控制C等等是复数。

因此，可以根据干扰目标频率函数用等式5设置β。

当P_nC足够大时，等式5近似为以下等式6。

[等式6]

因此，可以基于等式6执行遵循目标频率函数的干扰补偿，使得可以根据高频带或低频带的干扰进行干扰补偿调谐。

即，当干扰补偿单元60计算干扰补偿值时，当假定干扰目标频率函数为H时，根据干扰目标频率函数H，用等式5设置β，当等式中5的P_nC足够大时，β近似由等式6中表示的H/1-H，使得干扰补偿单元60可以执行跟着目标频率函数H的干扰补偿。

如上所述，本发明通过使用基于闭环的输入预测模型单元50和干扰补偿单元60可以抵消并补偿所需频带的干扰，干扰补偿单元能够根据干扰的频率调谐β。

即，即使没有使用低频滤波器、过滤特定频率的陷波滤波器等，当定义干扰目标频率函数H时，可以计算β，使得可以抵消所需频带的干扰。

同时，为了消除电流命令值r与电流输出值y之间的误差，从反馈控制器10输出的误差补偿电压值u_c按它原样被输入到干扰补偿状态中的电机20中。

已经参考其优选实施方式详细描述了本发明。然而，本领域的技术人员应理解的是，在不背离本发明的原理和精神的情况下，可在这些实施方式中进行变化，在所附权利要求及其等同物内限定本发明的范围。

Claims (7)

1.一种用于补偿电机驱动动力转向的电机的干扰的系统，所述系统包括：

反馈控制器，被配置为输出通过补偿电流命令值与电流输出值之间的误差获得的电压值；

基于闭环的输入预测模型单元，被配置为基于所述电流命令值与所述反馈控制器分离地单独预测所述电机的输入电压值；以及

干扰补偿单元，被配置为当由所述基于闭环的输入预测模型单元预测的所述输入电压值与从所述反馈控制器输出的所述电压值之间存在差值时，确定存在干扰并执行干扰补偿控制。

2.根据权利要求1所述的系统，其中，所述基于闭环的输入预测模型单元是用于基于所述电流命令值单独预测所述电机的所述输入电压值的逻辑单元，并且是从式子获得的电机标称模型和所述反馈控制器的反馈控制的组合。

3.根据权利要求1所述的系统，其中，所述干扰补偿单元输出由等式计算的干扰补偿值，

其中，d表示干扰，表示干扰补偿值，P_n表示电机标称模型，C表示所述反馈控制器的反馈控制，以及β表示干扰补偿单元函数。

4.根据权利要求3所述的系统，其中，所述干扰补偿单元以遵循干扰总和的形式输出所述干扰补偿值，使得使用根据干扰频率能够调整的值设置所述β。

5.根据权利要求1所述的系统，其中，当所述干扰补偿单元计算干扰补偿值时，假定干扰目标频率函数是H，则根据所述干扰目标频率函数由等式设置β，

其中，d表示干扰，表示干扰补偿值，P_n表示电机标称模型，C表示所述反馈控制器的反馈控制，以及β表示干扰补偿单元函数。

6.根据权利要求5所述的系统，其中，当P_nC在等式中足够大时，等式近似为等式使得所述干扰补偿单元执行遵循所述目标频率函数的干扰补偿，

其中，d表示干扰，表示干扰补偿值，P_n表示电机标称模型，C表示所述反馈控制器的反馈控制，以及β表示干扰补偿单元函数。

7.根据权利要求1所述的系统，其中，从所述反馈控制器输出的误差补偿电压值通过所述干扰补偿单元进行干扰补偿控制之后输入到所述电机中。