CN107787550A - 用于通过pwm信号控制旋转电机的方法和装置以及相应的机动车辆电机 - Google Patents
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Abstract
根据本发明的方法涉及通过PWM信号(C)控制电机(1)，其中，所述PWM信号以可变采样频率(Fpwm)采样。根据本发明，以预确定的固定计算频率(Fcal)计算所述PWM信号的步骤，将所述PWM信号写入寄存器(11)中的步骤，和以所述采样频率(Fpwm)在所述寄存器中重新读取所述PWM信号的步骤相继被执行。根据一个特定实施例，所述计算是确定矢量脉宽调制的控制矢量。
Description
技术领域
本发明涉及一种用于利用PWM信号控制电机的方法和装置。本发明还涉及具有这样的装置的机动车辆电机。
背景技术
本发明的大体背景是控制由逆变器供电的电机。
已知的是，逆变器将DC电压转换为具有设定幅度和频率的AC电压。其是包括MOSFET(“金属氧化物半导体场效应晶体管的首字母缩写”)或IGBT(“绝缘栅双极型晶体管”类型)的电子开关的电子装置。AC波形通过控制一连串切换操作而获得。DC源基于信号的脉冲宽度调制的原理被调制，以便获得期望的频率和幅度。
PWM信号是利用控制算法计算的离散AC信号。其离散周期取决于控制的采样频率。只要PWM信号是电压调制的基础，其采样频率就不可避免地存在于逆变器产生的AC电压的频谱中。多个问题——诸如电磁兼容性(EMC)或振动噪音与这些谐波有关。
在该背景下，本发明意图减小PWM信号的谐波中包含的功率。为了实现它，使PWM信号的基本周期可变。谐波的功率则在于该基本周期变化相应的频带上分布。
这样的方法已经从法雷奥电系统(Valeo Electrical Systems)已知，其在其在美国专利申请US20050069301中描述了用于DC电马达的所述方法，其速度通过具有可变占空比的供电电流控制，以便减小车辆的无线电接收器中的感应干扰。
该方法传统地应用于比DC电马达更复杂的电机的PWM信号控制，所述电机诸如多相同步旋转电机。
对于该类型的电机，逆变器必须为定子的相供电，以便产生驱动转子的旋转磁场。
称为SVM(“空间矢量调制”的首字母缩写)的方法使得可以产生PWM信号，其取决于所需的速度和扭矩为相供电。
这些PWM信号最通常地利用精细算法产生，所述算法通过微处理器或微控制器执行，诸如例如在Valeo Equipements Electriques Moteurs名下的法国专利申请FR2895597中描述的。
在已知方法中，为了获得以可变频率采样的PWM信号，关于空间矢量调制控制的计算以该可变频率执行，由此构成缺点，因为可能必须以该可变频率执行所有控制算法。
发明内容
本发明因此提出一种用于缓解该缺点的方法。
特别地，本发明的一个主题是用于利用PWM信号控制电机的方法，其中，这些信号以可变采样频率采样。
根据本发明的方法，相继执行以下内容：
-以预确定的固定计算频率计算PWM信号；
-将PWM信号写入寄存器；
-以采样频率在该寄存器中重新读取PWM信号。
在根据本发明的用于利用PWM信号控制电机的方法中，该计算有利地是确定用于空间矢量调制的控制矢量。
本发明还涉及一种用于利用PWM信号控制电机的装置，所述装置能够执行之前所述的方法。
所述装置包括电子控制单元，其以可变采样频率产生PWM信号。
根据本发明，该电子控制单元包括：
-具有预确定的固定计算频率的第一时钟；
-计算单元，以计算频率计算PWM信号；
-寄存器；
-用于将PWM信号写入寄存器的器件；
-具有可变采样频率的第二时钟；
-用于以采样频率在该寄存器中重新读取PWM信号的器件。
根据本发明的用于利用PWM信号控制电机的装置还有利地包括逆变器，逆变器通过电子控制单元驱动且能够链接至车载电网，该车载电网被电池供电且意图连接至电机的相绕组。
根据本发明，计算单元有利地以计算频率执行至少一个算法，用于确定用于空间矢量调制的控制矢量，所述控制矢量意图控制电机。
从包括前述控制装置的机动车辆电机获得益处。该电机将有利地是多相同步旋转电机。
本发明还目标在于一种计算机存储器，其能够在上述控制装置中实施，包括表示根据本发明的用于利用PWM信号控制电机的方法的计算机代码。
对于本领域技术人员，这些主要描述将阐释相比于现有技术的由本发明提供的优势。
本发明的详细说明在以下描述中给出，该描述与附图相关联。应注意到，这些图的目的仅用于示出说明的文字，它们并不以任何方式构成对本发明范围的限制。
附图说明
图1是根据本发明的利用PWM信号控制链接至逆变器的三相电机的简易电路图。
图2a和2b是图1所示的逆变器的输出电压的频谱，其分别具有和不具有根据本发明的控制方法的实施。
具体实施方式
机动车辆电机1通常为多相旋转电机，当其作为马达操作时，其由车载电网2被供有供电电压B+，或当其作为交流发电机操作时，其供应电力至该网络2。连接至定子4的可逆DC/AC转换器3使得可以执行这两个操作模式。
示意地如图1所示(为了简单，在三相电机的情况下)，可逆DC/AC转换器3包括半导体切换元件5、6，最通常为MOSFET技术功率晶体管，设置为桥5、6。
每个臂包括第一功率晶体管5，其在处于导通状态时将相绕组u、v、w链接至供电电压B+(称为“高侧”晶体管)；和第二功率晶体管6，其在处于导通状态时将该相绕组u、v、w链接至地线(称为“低侧”晶体管)。
这些切换元件5、6由电子控制单元7控制，从而转换器3形成用于起动器-交流发电机的交流发电机操作的同步整流器，且形成多相发电机或逆变器，其在定子4中产生旋转场，用于作为马达操作。
为了产生该旋转场，通过驱动逆变器3适当的电压施加到相u、v、w，从而其供应相应的脉宽调制信号C(空间矢量调制)。
根据现有技术的已知方法，这些PWM信号的产生基于微程序通过控制单元7的计算单元8的执行，该微程序存储在存储器9中，且主要包括将周期斜坡与参考信号水平比较，该参考信号水平通常为正弦的，对应于在定子4中产生旋转场所需的相电流的调制。
根据本发明的方法，逆变器3被控制为限制逆变器3的输出电压V1的谐波，而不改变计算周期1/Fcal。
为了实现这个，电子控制单元7包括具有固定的计算频率Fcal(优选地等于16KHz)的第一时钟，该频率确定计算单元8的计算循环。
被计算的PWM信号被写入到电子控制单元7的寄存器11中，之后在电子控制单元7的第二时钟12的控制下在寄存器11中以可变采样频率Fpwm被再次读取，以便驱动逆变器3。
图2a是当计算频率Fcal和采样频率Fpwm固定且等于16Khz时逆变器3的输出电压V1的第一频谱13，也就是说，在根据本发明的方法没有被实施的情况下。该第一频谱13清楚地示出具有16KHz的基本线14，和多个大幅度的谐波15。
图2b是当计算频率Fcal固定且等于16Khz、而采样频率Fpwm在13KHz至19KHz之间可变时逆变器3的输出电压V1的第一频谱16，也就是说，在根据本发明的方法被实施的情况下。该第二频谱16示出基本线14不易察觉，且所有其他谐波15衰减且散开。
该方法因此使得可以减小可听见的振动噪音，且改善电机1的电磁兼容性。
代表根据本发明的方法的指令存储在电子控制单元7的存储器9中。它们包括以计算频率Fcal计算用于空间矢量调制的控制矢量的指令，和为寄存器11上载由该计算获得的PWM值的指令。代表本方法的这些指令还包括以采样频率在寄存器11中读取PWM值的指令。
电子控制单元7有利地通过双时基微控制器10、12形成。
不用说，本发明不仅限于上述那些特定实施例。
在机动车辆领域，本发明将在电马达的控制中找到许多应用。例如，在风挡擦拭器装置的电马达或可逆旋转电机(诸如起动器-交流发电机)的控制中，当它们以马达模式操作时。根据本发明的方法可应用于具有比这里参考图1所述更多数量的相u、v、w的电机。
本发明可还应用于被供应有PWM电压的DC马达，以控制其速度。
电子部件的类型仅作为例子提出，且可按照需要被具有相同功能的其他部件替换，特别是电子计算单元7可由微处理器、ASIC(“应用型专用集成电路”的首字母缩写)形成，或甚至部分地通过有线逻辑单元形成。
计算频率Fcal和采样频率Fpwm的数字值也仅作为例子给出。其他数字值将取决于要被控制的电机1的机电特征使用。
本发明因此涵盖在后附权利要求所限定的范围内的所有可行变体实施例。
Claims (10)
1.一种利用PWM信号(C)控制电机(1)的方法，其中，所述信号(C)以可变采样频率(Fpwm)采样，其特征在于，相继执行以下内容：
-以预确定的固定计算频率(Fcal)计算所述PWM信号(C)；
-将所述PWM信号(C)写入寄存器(11)；
-以所述采样频率(Fpwm)在所述寄存器(11)中重新读取所述PWM信号(C)。
2.如前述权利要求1所述的利用PWM信号(C)控制电机的方法，其特征在于，所述计算是确定用于空间矢量调制的控制矢量。
3.如前述权利要求1或2所述的利用PWM信号(C)控制电机的方法，其特征在于，所述计算频率(Fcal)大体等于16KHz，并且，所述采样频率(Fpwm)在13KHz至19KHz的范围内。
4.一种利用PWM信号(C)控制电机(1)的装置(17)，所述装置能够执行如前述权利要求1至3中任一项所述的方法，所述装置包括电子控制单元(7)，所述电子控制单元(7)以可变采样频率(Fpwm)产生PWM信号，其特征在于，所述电子控制单元(7)包括：
-具有预确定的固定计算频率(Fcal)的第一时钟(10)；
-计算单元(8)，以所述计算频率(Fcal)计算所述PWM信号(C)；
-寄存器(11)；
-用于将所述PWM信号(C)写入所述寄存器(11)的器件；
-具有可变采样频率(Fpwm)的第二时钟(12)；
-用于以所述采样频率(Fpwm)在所述寄存器(11)中重新读取所述PWM信号(C)的器件。
5.如前述权利要求4所述的利用PWM信号(C)控制电机(1)的装置(17)，其特征在于，所述装置(17)还包括逆变器(3)，逆变器(3)通过所述电子控制单元(7)驱动且能够链接至车载电网(2)，该车载电网由电池(Batt+)供电且意图连接至所述电机(1)的相绕组(u、v、w)。
6.如前述权利要求5所述的利用PWM信号(C)控制电机(1)的装置(17)，其特征在于，所述计算单元(8)以所述计算频率(Fcal)执行至少一个算法，用于确定用于空间矢量调制的控制矢量，所述控制矢量意图控制所述电机(1)。
7.如前述权利要求4至6中的任一项所述的利用PWM信号(C)控制电机(1)的装置(17)，其特征在于，所述计算频率(Fcal)大体等于16KHz，并且，所述采样频率(Fpwm)在13KHz至19KHz的范围内。
8.一种机动车辆电机(1)，其特征在于，其包括根据权利要求4至7中的任一项所述的控制装置(17)。
9.如前述权利要求8所述的机动车辆电机(1)，其特征在于，其是多相同步旋转电机类型的。
10.一种计算机存储器(9)，其能够在如前述权利要求4至7中的任一项所述的用于利用PWM信号(C)控制电机的装置(17)中实施，其特征在于，所述计算机存储器包括表示如权利要求1至3中的任一项所述的方法的计算机代码。
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