CN109412485A - 用于补偿解角器的位置误差的装置和方法 - Google Patents

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Abstract

一种用于补偿解角器的位置误差的装置，具有控制器，控制器配置为：接收由解角器检测的电动机的转子的位置信息以测量第一位置误差，将第一位置误差转换成电角速度为0时的第二位置误差，并且存储第二位置误差；接收当前电角速度和第二位置误差，将第二位置误差转换成当前电角速度时的第三位置误差，并且补偿第三位置误差；以及当已补偿第三位置误差之后测量的电角速度的脉动的幅度等于或大于参考幅度时执行错误位置误差补偿的确定。

Description

用于补偿解角器的位置误差的装置和方法
技术领域
本公开涉及用于补偿解角器(resolver)的位置误差的装置和方法，并且更具体地，涉及用于补偿解角器的位置误差的装置和方法，其可基于在特定速度时测量的位置误差补偿全速范围内的位置误差并且通过在执行补偿之后对位置误差分量的诊断确定当前位置误差的错误补偿的可能性，从而提高可靠性和稳定性。
背景技术
当通过矢量控制驱动永磁同步电动机时，需要永磁同步电动机的转子的精确位置信息。解角器可以用于识别转子的绝对位置。然而，由于解角器的变压比的差异、不平衡的激励信号、非均匀电感分量、以及信号处理电路上的失真，可能会发生信号的幅度(magnitude)不平衡，因此可能在位置信息中引起周期性的误差分量。因此，电动机控制性能劣化，并且因此在需要高性能的领域中限制电动机的使用。
由于可能周期性地出现这种误差分量，其可以表示为具有如下任意幅度和相位的正弦或余弦函数。
第N位置误差＝幅度*Cos(Nwt-相位)
在此，在基于电角度排序的标准中，将0至2pi的电角度计算为一个周期。
传统地，提供使用RLS自适应滤波器补偿解角器的位置误差的方法，但是在整个全速范围提供位置误差的补偿的能力上有限。
此外，用于补偿位置误差的常规方法不能诊断与由于间歇信号异常、车辆振动等学习了解角器的错误位置误差的情况对应的位置误差。因此，不能保证位置误差补偿装置的可靠性。
因此，需要能够诊断当前位置误差的错误补偿的可能性以便改善位置误差补偿装置的可靠性和稳定性的解决方案。
在该背景部分的上述描述仅用于改善对本公开背景的理解，但不应当理解为示出信息形成本领域技术人员已知的现有技术。
发明内容
提出本公开以便解决现有技术中的上述问题，并且本公开的一方面是提供一种用于补偿解角器的位置误差的装置和方法，其可基于在特定速度下测量的位置误差补偿全速度范围的位置误差并且通过执行补偿之后对位置误差分量的诊断确定当前位置误差的错误补偿的可能性，从而提高可靠性和稳定性。
根据本公开的用于补偿解角器的位置误差的装置包括控制器，控制器配置为：接收由解角器检测的电动机的转子的位置信息以测量第一位置误差，将第一位置误差转换成电角速度为0时的第二位置误差，并且存储所转换的位置误差；接收当前电角速度和位置误差，转换成当前电角速度下的第三位置误差，并且补偿第三位置误差；以及当已补偿第三位置误差之后测量的电角速度时的脉动(ripple)的幅度等于或大于参考幅度时执行第三位置误差的错误补偿的确定。
控制器进一步配置为：接收由解角器检测的电动机的转子的位置信息以测量位置误差；确定位置误差的电角速度；基于通过将电角速度配置为先前准备并且存储的映射数据输入而得出的信息以及位置误差而将位置误差转换成电角速度为0时的位置误差；并且存储该位置误差。
控制器进一步确定当前电角速度；并且接收当前电角速度和位置误差，并且执行到当前电角速度下的位置误差的转换。
控制器进一步在执行位置误差补偿之后测量电角速度；根据所测量的电角速度计算滤波器系数；提取该电角速度下的脉动；并且当所提取的脉动的幅度等于或大于参考幅度时执行错误位置误差补偿的确定。
当确定错误位置误差补偿时，控制器初始化位置误差或者重新执行将位置误差转换成电角速度为0下的位置误差并且存储所转换的位置误差的过程。
根据本公开的一种用于补偿解角器的位置误差的装置，包括控制器，该控制器配置为：接收由解角器检测的电动机的转子的位置信息以测量位置误差，将所测量的位置误差转换成电角速度为0时的位置误差，并且存储所转换的位置误差；接收当前电角速度和位置误差，执行到当前电角速度下的位置误差的转换，并且补偿所转换的位置误差；并且当已补偿位置误差之后测量的电角速度下的脉动的均方根(rms)值等于或大于预定参考值时执行错误位置误差补偿的确定。
当确定错误位置误差补偿时，控制器初始化位置误差或者重新执行将位置误差转换成电角速度为0时的位置误差并且存储所转换的位置误差的过程。
装置进一步包括解角器数字转换器，解角器数字转换器将由解角器测量的电动机的转子的位置信息进行数字转换，并且输出数字转换的位置信息。
根据本公开的一种补偿解角器的位置误差的方法，包括：测量电动机的转子的位置信息，接收所测量的电动机的转子的位置信息以测量位置误差，将所测量的位置误差转换成电角速度为0时的位置误差，并且存储所转换的位置误差；接收当前电角速度和所存储的位置误差，执行到当前电角速度下的位置误差的转换，并且补偿所转换的位置误差；以及当已补偿位置误差之后测量的电角速度下的脉动的幅度等于或大于参考幅度时执行错误位置误差补偿的确定。
根据本公开的一种补偿解角器的位置误差的方法，包括：测量电动机的转子的位置信息，接收所测量的电动机的转子的位置信息以测量位置误差，将所测量的位置误差转换成电角速度为0时的位置误差，并且存储所转换的位置误差；接收当前电角速度和所存储的位置误差，执行到当前电角速度下的位置误差的转换，并且补偿所转换的位置误差；以及当已补偿位置误差之后测量的电角速度时的脉动的均方根值等于或大于参考值时，确定错误位置误差补偿。
确定错误位置误差补偿进一步包括，当确定错误位置误差补偿时，初始化所存储的位置误差或者重新执行将位置误差转换成电角速度为0时的位置误差并且存储所转换的位置误差的过程。
根据本公开的用于补偿解角器的位置误差的装置和方法，可以基于在特定速度时测量的位置误差补偿全速范围内的位置误差并且通过在执行补偿之后对位置误差分量的诊断确定当前位置误差的错误补偿的可能性，从而提高可靠性和稳定性。
附图说明
通过下文结合附图进行的详细描述，将使本公开的上述以及其他方面、特征以及优点变得更加显而易见，在附图中：
图1是根据本公开的实施方式的解角器数字转换器中包括的角度跟踪观察器(ATO)的框图；
图2是根据本公开的实施方式的解角器位置误差补偿装置的配置图；
图3是用于说明根据本公开的实施方式的解角器位置误差补偿装置的位置误差学习单元的配置图；
图4是用于说明根据本公开的实施方式的解角器位置误差补偿装置的位置误差补偿单元的配置图；以及
图5是用于说明根据本公开的实施方式的解角器位置误差补偿装置的错误位置误差补偿诊断单元的配置图。
具体实施方式
在下文中，将参照所附示意图描述根据本公开的各种实施方式的用于补偿解角器的位置误差的装置和方法。
图1是根据本公开的实施方式的解角器数字转换器中包括的角度跟踪观察器(ATO)的框图，图2是根据本公开的实施方式的解角器位置误差补偿装置的配置图，以及图3是用于说明根据本公开的实施方式的解角器位置误差补偿装置的位置误差学习单元的配置图。
图4是用于说明根据本公开的实施方式的解角器位置误差补偿装置的位置误差补偿单元的配置图，以及图5是用于说明根据本公开的实施方式的解角器位置误差补偿装置的错误位置误差补偿诊断单元的配置图。
首先，图1示出了接收为电动机的转子的位置信息(其由解角器检测)的正弦和余弦信号并且计算每条信息的角度跟踪观察器(在下文中，称为ATO)。ATO可以用各种方法进行设计，并且ATO的各种频率响应特性可以根据设计法和增益实现。根据内部ATO特性，诸如，在硬件中实现的解角器数字转换器(RDC)的功能或者在软件中实现的解角器数字转换器的功能，针对各个速度不同地识别由微计算机识别的实际解角器位置误差。因此，在特定速度时测量的位置误差分量不能用于在另一速度下的补偿。因此，本公开的目的是通过基于在特定速度时测量的位置误差补偿全速范围的位置误差，并且通过在执行补偿之后对位置误差分量的诊断确定当前位置误差的错误补偿的可能性，来提高可靠性和稳定性。
参考图2，根据本公开实施方式的用于补偿解角器的位置误差的装置可以包括：位置误差学习单元100，接收由解角器10检测的电动机的转子的位置信息，以测量位置误差，将所测量的位置误差转换成电角速度为0时的位置误差，并且存储所转换的位置误差；位置误差补偿单元300，接收当前电角速度和存储在位置误差学习单元100中的位置误差，将所接收的当前电角速度和位置误差转换成当前电角速度时的位置误差，并且补偿所转换的位置误差；以及错误位置误差补偿诊断单元500，当在已由位置误差补偿单元300补偿位置误差之后测量的电角速度时的脉动的幅度等于或大于预定参考幅度时确定位置误差补偿。
在下文中，参考图3至图5，将描述位置误差学习单元100、位置误差补偿单元300、以及错误位置误差补偿诊断单元500中的每一个。
参考图3，位置误差学习单元100可以包括：位置误差测量单元120，接收由解角器10检测的电动机的转子的位置信息以测量位置误差；速度确定单元140，确定由位置误差测量单元120测量的位置误差的电角速度；位置误差转换计算单元160，基于通过将由速度确定单元140确定的电角速度配置为先前准备并存储的映射数据输入而得出的信息以及由位置误差测量单元120测量的位置误差将位置误差转换成电角速度为0时的位置误差；以及存储单元180，存储由位置误差转换计算单元160转换的位置误差。
这里，位置误差测量单元120从数字转换由解角器10测量的电动机的转子的位置信息的解角器数字转换器接收，并且输出数字转换的位置信息、电动机的转子的数字转换位置信息，并且测量位置误差。位置误差可以包括各种分量，并且各种测量方法均是可能的。在本公开中，可以根据电角频率的周期通过以下形式代替不考虑位置误差测量方法测量的位置误差。
这里，MN是第N个位置误差分量的振幅的幅度，并且φN是第N个位置误差分量的相位。ω是电角速度并且是通过根据电角度周期来进行排序而获得的，因此N的值可以不是整数。例如，当第4个机械角度的位置误差存在并且使用六极对解角器时，ω变成4/6。
MN和φN是根据解角器数字转换器30芯片或者软件实现的解角器数字转换器30内部的ATO设计，基于电角频率(或者电角速度)变化的分量。即，本公开旨在通过基于通过补偿根据电角频率(或者电角速度)变化的MN和φN而在特定速度时测量的位置误差来补偿全速范围内的位置误差，并且通过执行补偿之后对位置误差分量的诊断来确定当前位置误差的错误补偿的可能性从而提高可靠性和稳定性，来提高可靠性和稳定性。
根据速度变化的位置误差的振幅和相位(MN和φN)可以用于基于ATO的结构以及对其施加的增益计算Bode图表，并且可以用于通过将振幅和相位(MN和φN)提前配置为映射数据并基于映射接收电角速度ω的输入来输出ATO振幅比和ATO相位差。这里，ATO振幅比和ATO相位差是参照为0的电角速度是在相应第N电角速度中改变的振幅比和相位差。
特定电角速度下的第N位置误差分量ωtarget可以由位置误差测量单元120如下测量。
是特定电角速度下的第N位置误差分量的振幅和相位。
速度确定单元140确定由位置误差测量单元120测量的位置误差的电角速度。
位置误差转换计算单元160基于位置误差测量单元120测量的位置误差以及ATO振幅比和ATO相位差将位置误差转换成电角速度为0时的位置误差，ATO振幅比和ATO相位差是通过将速度确定单元140确定的电角速度配置成先前准备和存储的映射数据输入得出的信息。数学式如下。
相位差@Nωtarget
这里，转换电角速度为0时的第N位置误差分量值的物理意义是在通过ATO之前解角器和各种电路的位置误差分量。
存储单元180存储由位置误差转换计算单元160转换的电角速度为0时的位置误差。基于存储数据，随后将描述的位置误差补偿单元300执行误差补偿。
参考图4，位置误差补偿单元300可以包括：速度确定单元320，确定当前电角速度；以及位置误差转换单元340，接收由速度确定单元320确定的当前电角速度和存储在位置误差学习单元100中的位置误差并且将所接收的当前电角速度和位置误差转换成当前电角速度时的位置误差。
这里，速度确定单元320确定当前电角速度。
位置误差转换单元340接收速度确定单元320确定的当前电角速度和存储在位置误差学习单元100的存储单元170中的位置误差并且将所接收的当前电角速度和位置误差转换成当前电角速度时的位置误差。具体地，执行转换到当前电角速度下的第N位置误差的方法如下。
MN@Nω＝存储的MN@电角速度为0*ATO振幅比@Nω
因此，第N位置误差计算如下。
电角速度为w时的第N位置误差＝存储的MN@电角速度为0*ATO振幅
比@Nωcos(Nωt-(存储的相位差@Nω))
当补偿了以上述方式计算的位置误差时，可以补偿整个全速范围的位置误差。
参考图5，错误位置误差补偿诊断单元500可以包括：速度观察单元520，在由位置误差补偿单元300执行位置误差补偿之后测量电角速度；滤波器系数计算单元540，根据速度观察单元520测量的电角速度计算滤波器系数；滤波器单元560，提取电角速度时的脉动；以及错误位置误差补偿确定单元580，当所提取脉动的幅度等于或大于参考幅度时确定错误位置误差补偿。
这里，错误位置误差补偿诊断单元500被配置为诊断由位置误差补偿单元300学习的位置误差是否正常应用。当正常学习位置误差时，应当减少在执行位置误差补偿之后的速度下存在的主要分量和次要分量。然而，当在位置误差补偿学习期间向电路立即施加异常信号时，结果就学习了错误值，出于诸如由于硬件问题或温度影响在学习时位置误差补偿值已从位置误差补偿值发生变化的情况的原因，主要分量和次要分量不能减少。本公开可以基于在特定速度下测量的位置误差补偿整个全速范围的位置误差，并且通过执行补偿之后对位置误差分量的诊断来进一步确定错误补偿当前位置误差的可能性，从而提高可靠性和稳定性。
错误位置误差补偿诊断单元500可以包括速度观察单元520、滤波器系数计算单元540、滤波器单元560、以及错误位置误差补偿确定单元580。
这里，速度观察单元520可以是微分器，速度观察单元被配置为在由位置误差补偿单元300执行位置误差补偿之后测量电角速度。
滤波器系数计算单元540根据速度观察单元520测量的电角速度计算滤波器单元560的滤波系数。下面将描述的滤波器单元560可以包括初级滤波器和二级滤波器，并且滤波器系数计算单元540计算待施加到初级滤波器和二级滤波器进行速度滤波的滤波器系数。
滤波器单元560可以是用于提取电角速度的纹波分量的带通滤波器。此外，滤波器单元560可以包括初级滤波器和二级滤波器，并且初级滤波器和二级滤波器可以分别提取电角度的初级速度纹波分量和电角度的二级速度纹波分量。
错误位置误差补偿确定单元580接收在当前速度下提取的电角度频率的初级速度纹波分量和电角度频率的二级速度纹波分量，并且当相应速度脉动的每个幅度等于或大于预定参考幅度时确定错误位置误差补偿。这里，参考幅度是可以不同地设置的值。
作为本公开的实施方式，确定错误位置误差补偿的方法可以包括将在已经补偿位置误差之后测量的电角速度下的脉动的均方根(RMS)值与预定参考值进行比较的方法以及将脉动幅度与参考幅度进行比较的上述方法。
具体地，在电角速度下的脉动的测量的RMS值等于或大于预定参考值时，确定错误位置误差补偿。这里，参考值是可以不同地设置的值。
当确定错误位置误差补偿时，错误位置误差补偿诊断单元500可以初始化存储在位置误差学习单元100中的位置误差，或者可以重新执行将由位置误差学习单元100测量的位置误差转换成电角速度为0时的位置误差并存储所转换的位置误差的过程。
在此，在这种情况下，即，由于确定为错误位置误差补偿而重新执行将由位置误差学习单元100测量的位置误差转换成电角速度为0时的位置误差并存储所转换的位置误差的过程，可以重新执行该过程而不用补偿位置误差补偿单元得出的位置误差。根据本公开，在错误位置误差补偿确定单元580进行错误补偿确定之后，除了上述的初始化和操作的重新执行之外可以进行各种操作。
根据本公开的实施方式的补偿解角器的位置误差的方法可以包括：测量电动机的转子的位置信息，接收所测量的电动机的转子的位置信息以测量位置误差，将测量的位置误差转换成电角速度为0时的位置误差，并且存储转换的位置误差；接收当前电角速度和所存储的位置误差，将所接收的当前电角速度和位置误差转换成当前电角速度时的位置误差，并且补偿转换的位置误差；当电角速度下的脉动的幅度(在已补偿位置误差之后测量的)等于或大于预定参考幅度时确定错误位置误差补偿。
根据本公开的补偿解角器的位置误差的方法可以包括：测量电动机的转子的位置信息，接收所测量的电动机的转子的位置信息以测量位置误差，将测量的位置误差转换成电角速度为0时的位置误差，并且存储转换位置误差；接收当前电角速度和所存储的位置误差，将所接收的当前电角速度和位置误差转换成当前电角速度下的位置误差，并且补偿转换的位置误差；当在已补偿位置误差之后测量的电角速度下的脉动的均方根值等于或大于预定参考值时，确定错误位置误差补偿。
确定错误位置误差补偿进一步包括：当确定错误位置误差补偿时，初始化所存储的位置误差或者重新执行将由位置误差学习单元测量的位置误差转换成电角速度为0时的位置误差并且存储所转换的位置误差的过程。
补偿解角器的位置误差的方法包括如由位置误差学习单元100、位置误差补偿单元300、以及错误位置误差补偿诊断单元500中的每一个执行的相同的操作，并且因此将省去每个步骤的描述，位置误差学习单元、位置误差补偿单元、以及错误位置误差补偿诊断单元是上述解角器位置误差补偿装置的元件。
在各种实施方式中，用于补偿解角器的位置误差的装置包括控制器，诸如，包括上述设备的电子控制单元(ECU)，上述设备包括位置误差学习单元、位置误差补偿单元等，或者它们配备在控制器中。
已示出并描述本公开的具体实施方式，但对本领域普通技术人员显然的是可以在不偏离所附权利要求提供的本公开的技术构思的情况下进行各种改变和修改。

Claims (13)

1.一种用于补偿解角器的位置误差的装置，所述装置包括控制器，所述控制器配置为：
接收由所述解角器检测的电动机的转子的位置信息以测量第一位置误差，将所述第一位置误差转换成电角速度为0时的第二位置误差，并且存储所述第二位置误差；
接收当前电角速度和所述第二位置误差，将所述第二位置误差转换成所述当前电角速度下的第三位置误差，并且补偿所述第三位置误差；以及
当在已补偿所述第三位置误差之后测量的电角速度下的脉动的幅度等于或大于参考幅度时执行错误位置误差补偿的确定。
2.根据权利要求1所述的装置，其中，所述控制器进一步配置为：
接收由所述解角器检测的所述电动机的转子的位置信息以测量第四位置误差；
确定所述第四位置误差的电角速度；以及
基于通过将所述电角速度配置为先前准备并且存储的映射数据输入而得出的信息以及所述第四位置误差将所述第四位置误差转换成电角速度为0时的第五位置误差；并且
存储所述第五位置误差。
3.根据权利要求1所述的装置，其中，所述控制器进一步被配置为：
确定当前电角速度；并且
接收所述当前电角速度和所述第二位置误差，并且转换所述当前电角速度下的所述第二位置误差。
4.根据权利要求1所述的装置，其中，所述控制器包括：
速度传感器，在补偿所述第三位置误差之后测量电角速度，
其中，所述控制器进一步配置为：
根据所述速度观察传感器测量的电角速度计算滤波器系数；
提取所述电角速度时的脉动；并且
当所提取的脉动的幅度等于或大于所述参考幅度时执行错误位置误差补偿的确定。
5.根据权利要求4所述的装置，其中，当确定所述错误位置误差补偿时，所述控制器初始化所述第三位置误差或者重新执行将所述第三位置误差转换成电角速度为0时的第六位置误差并且存储所述第六位置误差的过程。
6.根据权利要求1所述的装置，进一步包括解角器数字转换器，所述解角器数字转换器将由所述解角器测量的所述电动机的转子的位置信息进行数字转换，并且输出所转换的位置信息。
7.一种用于补偿解角器的位置误差的装置，所述装置包括控制器，所述控制器配置为：
接收由所述解角器检测的电动机的转子的位置信息以测量第一位置误差，将所测量的第一位置误差转换成电角速度为0时的第二位置误差，并且存储所述第二位置误差；
接收当前电角速度和所述第二位置误差，转换成所述当前电角速度下的第三位置误差，并且补偿所述第三位置误差；并且
当已补偿所述第三位置误差之后测量的电角速度下的脉动的均方根(rms)值等于或大于参考值时，执行错误位置误差补偿的确定。
8.根据权利要求7所述的装置，其中，当确定所述错误位置误差补偿时，所述控制器初始化所述第二位置误差或者重新执行将所述第一位置误差转换成电角速度为0时的第四位置误差并且存储所述第四位置误差的过程。
9.根据权利要求7所述的装置，进一步包括解角器数字转换器，所述解角器数字转换器将由所述解角器测量的所述电动机的转子的位置信息进行数字转换，并且输出所转换的位置信息。
10.一种补偿解角器的位置误差的方法，所述方法包括以下步骤：
由所述解角器测量电动机的转子的位置信息，由控制器接收所测量的所述电动机的转子的位置信息以测量第一位置误差，由所述控制器将所述第一位置误差转换成电角速度为0时的第二位置误差，并且由所述控制器存储所述第二位置误差；
由所述控制器接收当前电角速度和所述第二位置误差，由所述控制器进行到所述当前电角速度下的第三位置误差的转换，并且由所述控制器补偿所述第三位置误差；以及
当已补偿所述第三位置误差之后测量的电角速度时的脉动的幅度等于或大于参考幅度时，由所述控制器执行错误位置误差补偿的确定。
11.根据权利要求10所述的方法，其中，当确定所述错误位置误差补偿时，执行确定的步骤包括初始化所述第二位置误差或者重新执行将所述第一位置误差转换成电角速度为0时的第四位置误差并且存储所述第四位置误差的过程。
12.一种补偿解角器的位置误差的方法，所述方法包括以下步骤：
由所述解角器测量电动机的转子的位置信息，由控制器接收所测量的所述电动机的转子的位置信息以测量第一位置误差，由所述控制器将所述第一位置误差转换成电角速度为0时的第二位置误差，并且由所述控制器存储所述第二位置误差；
由所述控制器接收当前电角速度和所述第二位置误差，由所述控制器进行到所述当前电角速度下的第三位置误差的转换，并且由所述控制器补偿所述第三位置误差；以及
当已补偿所述第三位置误差之后测量的电角速度下的脉动的均方根值等于或大于参考值时，由所述控制器执行错误位置误差补偿的确定。
13.根据权利要求12所述的方法，其中，当确定所述错误位置误差补偿时，执行确定的步骤包括初始化所述第二位置误差或者重新执行将所述第一位置误差转换成电角速度为0时的第四位置误差并且存储所述第四位置误差的过程。
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