CN110497959B - 用于运动控制系统的补偿器防卷绕的系统和方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种用于运动控制系统的补偿器防卷绕的系统和方法，该系统包括调节器，其接收输入命令以调整包括马达的机械系统的运动控制变量，调节器被配置为基于输入命令和来自马达的输出转矩产生第一转矩命令。所述系统还包括马达控制模块，其接收第一转矩命令以产生发送到马达的输入转矩命令。所述系统还包括防卷绕模块，防卷绕模块被配置为基于第一转矩命令和输出转矩产生防卷绕命令，防卷绕命令被添加到被发送到调节器的输入命令。

Description

用于运动控制系统的补偿器防卷绕的系统和方法

技术领域

本申请一般性地涉及运动控制系统，尤其涉及防止运动控制系统的卷绕，并且更具体地涉及在使用闭环补偿器用于电力驱动系统的运动控制的系统(如电动助力转向(EPS)系统)中使用的那些运动控制系统。

背景技术

通常，运动控制系统采用电致动器，该运动控制系统通过数字信号处理器利用电机和互补电力电子模块，以确定补偿逻辑并驱动硬件电路。这种控制系统中的硬件具有物理限制，在控制系统设计中考虑这些限制以获得最佳性能。

利用电致动器的运动控制系统通常通过双级联控制结构实现，其中内环用于控制电流，外环用于控制电磁转矩。转矩命令用于取决于所考虑的机器和应用考虑多个约束来计算电流命令。

各种运动控制系统使用诸如积分器的跟踪补偿器来进行精确的闭环跟踪。这种系统的示例包括用于维持机器速度的伺服机构、电动助力转向(EPS)系统中的闭环手持式方向盘转矩、以及高级驾驶员辅助系统(ADAS)中的手持式方向盘位置调节方案。由于转矩命令和实际转矩的限制，积分器请求的控制信号(转矩)可能不会应用于系统。这种矛盾导致控制器卷绕，这会降低系统性能并导致不稳定。

发明内容

描述了用于防止运动控制系统中的控制器卷绕的一个或多个实施例。示例系统包括调节器，其接收输入命令以调整包括马达的机械系统的运动控制变量，调节器被配置为基于输入命令和发送到马达的输出转矩产生第一转矩命令。所述系统还包括马达控制模块，马达控制模块接收第一转矩命令以产生转矩命令，转矩命令被发送到马达以产生输出转矩。所述系统还包括防卷绕模块，防卷绕模块被配置为基于第一转矩命令和输出转矩产生防卷绕命令，防卷绕命令被添加到被发送到调节器的输入命令。

根据一个或多个实施例，一种用于防止电动马达中的控制器卷绕的方法包括：通过调节器生成用于发送到马达的第一转矩命令，第一转矩命令基于所接收的输入命令生成以调节运动控制变量。所述方法还包括通过马达控制系统限制发送到马达的第一转矩，该第一转矩产生输出转矩。所述方法还包括通过防卷绕块基于第一转矩命令和输出转矩确定防卷绕命令。所述方法还包括通过防卷绕块使用防卷绕命令调整所接收的调节器的输入命令。

根据一个或多个实施例，一种用于防止使用马达的运动控制系统中的控制器卷绕的系统，包括调节器，调节器基于所接收的输入命令来计算第一转矩命令(T_b ^*)以调节运动控制变量，调节器被配置为基于扰动前馈、参考前馈、状态反馈和积分器输出来计算第一转矩命令。所述系统还包括限制模块，其基于第一转矩命令(T_b ^*)确定限制转矩命令，该限制转矩命令用于从马达产生输出转矩。所述系统还包括防卷绕模块，其接收第一转矩命令和输出转矩的值，防卷绕模块产生防卷绕命令，用于调整提供给调节器的接收到的输入命令。

从以下结合附图的描述，这些和其他优点和特征将变得更加明显。

附图说明

在说明书结论的权利要求中特别指出并清楚地要求保护被视为本发明的主题。通过以下结合附图的详细描述，本发明的前述和其他特征以及优点将变得清楚，其中：

图1是根据一个或多个实施例的电动转向系统的示例性实施例；

图2是根据一个或多个实施例的运动控制系统的框图的示例性示意图。

图3描绘了根据一个或多个实施例的调节器；

图4A是根据一个或多个实施例的具有防卷绕补偿器的运动控制系统的框图的示例性示意图；

图4B描绘了根据一个或多个实施例的防卷绕方案的框图；

图5描绘了根据一个或多个实施例的运动控制系统的框图；以及

图6描绘了使用本文描述的一个或多个实施例的示例结果。

具体实施方式

如本文所使用的，术语模块和子模块指的是一个或多个处理电路，诸如专用集成电路(ASIC)、电子电路、执行一个或多个软件或固件程序的处理器(共享、专用或群组)和存储器、组合逻辑电路和/或提供所述功能的其他合适组件。可以理解，下面描述的子模块可以组合和/或进一步划分。

应该注意，本文描述的各种技术特征有助于改进马达控制系统。本文的描述使用电动助力转向系统作为使用马达控制系统的示例，该马达控制系统使用和/或实现本文描述的各种技术特征而得到改进。然而，本文描述的技术方案不限于电动助力转向，而是适用于任何其他系统中使用的马达控制系统，例如工业马达、生物力学设备、自动驾驶辅助系统或使用马达控制系统任何其他电机。

期望使用防卷绕技术来改善马达控制系统的性能，并且进而改善使用马达控制系统的系统的性能，以防止由卷绕引起的劣化。

现在参考附图，其中将参考特定实施例描述技术方案，而不是对其进行限制，图1是适合于实施所公开实施例的电动转向系统(EPS)40的示例性实施例。转向机构36是齿条齿轮式系统，并且包括位于壳体50内的齿条(未示出)和位于齿轮壳体52下方的小齿轮(也未示出)。作为操作者输入，下文称为方向盘26(例如手持式方向盘等)被转动，上转向轴29转动，并且通过万向接头34连接到上转向轴29的下转向轴51转动小齿轮。小齿轮的旋转移动齿条，齿条移动拉杆38(仅示出一个)，继而移动转向节39(仅示出一个)，转向节39进而转动可转向轮44(仅示出一个)。

电动助力转向辅助通过总体用附图标记24表示的控制装置提供，并且包括控制器16和电机19，电机19可以是永磁同步马达，并且在下文中表示为马达19。控制器16通过线路12由车辆电源10供电。控制器16从车速传感器17接收表示车辆速率的车速信号14。通过位置传感器32测量转向角，位置传感器32可以是光学编码型传感器、可变电阻型传感器、或任何其他合适类型的位置传感器，并向控制器16提供位置信号20。马达速率可以用转速计或任何其他设备测量，并作为马达速率信号21传输到控制器16。表示为ω_m的马达速率可以被测量、计算或其组合。例如，马达速率ω_m可以被计算为由位置传感器32在规定的时间间隔内测量的马达位置θ的变化。例如，可以根据等式ω_m＝Δθ/Δt将马达速率ω_m确定为马达位置θ的导数，其中Δt是采样时间，并且Δθ是采样间隔期间的位置变化。或者，可以从马达位置导出马达速率作为位置的时间变化率。应当理解，存在许多用于执行导数功能的众所周知的方法。

当方向盘26转动时，转矩传感器28感测由车辆操作者施加到方向盘26的转矩。转矩传感器28可包括扭杆(未示出)和可变电阻型传感器(也未示出)，其相对于扭杆上的扭转量向控制器16输出可变转矩信号18。虽然这是一种转矩传感器，但是与已知信号处理技术一起使用的任何其他合适的转矩感测设备都是足够的。响应于各种输入，控制器向电动马达19发送命令22，马达19通过蜗杆47和蜗轮48向转向系统提供转矩辅助，从而为车辆转向提供转矩辅助。

应当注意，尽管通过参考用于电动转向应用的马达控制来描述所公开的实施例，但是应当理解，这些参考仅是说明性的，并且所公开的实施例可以应用于采用电动马达控制应用的任何马达控制应用，例如转向、阀控制等。此外，本文的参考和描述可适用于许多形式的参数传感器，包括但不限于转矩、位置、速度等。还应注意，此处参考包括但不限于马达的马达，以下为了简洁和简单起见，将仅对马达进行参考而没有限制。

在如图所示的控制系统24中，控制器16利用转矩、位置和速度等来计算输出所需输出功率的命令。控制器16设置成与马达控制系统的各种系统和传感器通信。控制器16接收来自每个系统传感器的信号、量化所接收的信息、并响应于此提供输出命令信号，在本例子中，例如，提供给马达19。控制器16被配置为从逆变器(未示出)产生相应的电压，逆变器可以可选地与控制器16结合并且在本文中称为控制器16，使得当施加于马达19时，产生期望的转矩或位置。在一个或多个示例中，控制器24在反馈控制模式下操作，作为电流调节器，以产生命令22。或者，在一个或多个示例中，控制器24在前馈控制模式下操作以产生命令22。因为这些电压与马达19的位置和速度以及期望的转矩相关，所以可确定转子的位置和/或速度以及由操作者施加的转矩。位置编码器连接到转向轴51以检测角位置θ。编码器可以基于光学检测、磁场变化或其他方法来感测旋转位置。典型的位置传感器包括电位计、旋转变压器、同步器、编码器等，以及包括前述中的至少一个的组合。位置编码器输出表示转向轴51的角位置的位置信号20，从而输出马达19的角位置。

期望的转矩可以由一个或多个转矩传感器28确定，转矩传感器28发送指示施加的转矩的转矩信号18。一个或多个示例性实施例包括这样的转矩传感器28和来自其的转矩信号18，其可以响应于柔性扭杆、T形杆、弹簧或类似装置(未示出)，并被配置为提供指示施加的转矩的响应。

在一个或多个示例中，温度传感器23位于电机19处。优选地，温度传感器23被配置为直接测量马达19的感测部分的温度。温度传感器23发送温度信号25到控制器16，以便于本文规定的处理和补偿。典型的温度传感器包括热电偶、热敏电阻、恒温器等，以及包括至少一个前述传感器的组合，其在适当放置时提供与特定温度成比例的可校准信号。

其中，位置信号20、速率信号21和转矩信号18等被施加到控制器16。控制器16处理所有输入信号以产生对应于每个信号的值，得到可用于本文所述算法中的处理的转子位置值、马达速度值和转矩值。诸如上述的测量信号也根据需要被共同线性化、补偿和滤波，以增强所获取信号的特性或消除所获取信号的不期望特性。例如，信号可以被线性化以提高处理速度，或者解决信号的大动态范围。另外，可以采用基于频率或时间的补偿和滤波来消除噪声或避免不期望的光谱特性。

为了执行规定的功能和期望的处理，以及因此的计算(例如，马达参数的识别，控制算法等)，控制器16可以包括但不限于处理器、计算机、DSP、存储器、存储装置、寄存器、定时、中断、通信接口和输入/输出信号接口等，以及包含这些中的至少一种的组合。例如，控制器16可以包括输入信号处理和滤波，以实现从通信接口的这种信号的精确采样和转换或获取。控制器16的附加特征和其中的某些过程在本文稍后详细讨论。

图2描绘了根据一个或多个实施例的运动控制系统的框图。运动控制系统100可以是转向系统40的一部分，或者是使用马达引起位移、产生转矩等的任何其他机器。运动控制系统100调节机械系统的状态变量X，例如位置、速度、手持式方向盘转矩等。应当注意，在一个或多个示例中，运动控制系统包括马达控制(电驱动)系统。如本文所用，“运动控制”表示具有任何机械动力学的一般系统中的机械变量的控制，并且“马达控制”表示对马达的电动力学的控制，但不表示马达的机械动力学，除非另有明确说明。因此，本文描述的技术方案不仅仅涉及马达控制系统的防卷绕，其通常提供电流控制防卷绕；相反，本文描述的技术方案有助于运动控制系统的防卷绕(马达控制系统连同其他部件是这种运动控制系统的一部分)。

运动控制系统100包括调节器110，其是确保测量的状态变量X_m变为等于命令值X^*的补偿器(静态或动态)。可以从命令发生器102接收命令值，命令发生器102可以是ADAS、人或从机械系统，特别是马达26请求特定运动的任何其他控制器。

虽然调节器设计可以有很大差异，但跟踪控制通常使用积分器来执行。调节器110的输出是(预限制的)马达转矩命令

然后将其发送到可以实现一个或多个限制算法的保护转矩限制模块120。算法可包括用于保护机器免于过热的那些算法，例如热负荷循环、行程终点热限制等，或EPS系统中的终止停止算法，被组合在一起并示出在保护转矩限制模块120中。一旦转矩已经受这些算法的限制，保护限制转矩命令

被进一步发送到能力转矩限制模块130。

能力转矩限制模块130进一步限制转矩命令以便满足包括逆变器和马达19的电动致动器的基本能力。能力转矩限制模块130的输出是能力限制转矩命令

逆变器限制由各个开关可以承载而不会损坏的最大电流来定义，并且机器限制基本上是在给定操作速度下电机的最大转矩能力和基于机器阻抗的供电电压。

然后将能力限制转矩命令

转发到电流命令生成模块140，其使用诸如每安培最大转矩(MTPA)和每个电压最大转矩(MTPV)的算法将

转换为等效电流命令I^*。然后将电流命令I^*发送到电流控制器150，该电流控制器150可以是诸如PI型的反馈补偿器，或者是利用机器的逆模型(具有估计的参数)计算控制信号(电压)的前馈控制器。

电流控制器150产生电压命令V^*，然后经由功率转换器160将其提供给马达19。由于电压施加中的时间延迟以及功率转换器的非线性，施加到机器19的实际电压V可以与电压命令V^*不同。注意，该描述适用于具有AC机器(例如，PMSM)以及DC机器(例如，PMDC)的电驱动系统。然后马达19产生电磁转矩T_e，该电磁转矩T_e施加在产生所需运动的机械系统170上。

在一个或多个示例中，运动命令生成块102确定被调节的状态变量(X)的命令值。例如，这可以是电动水泵应用中的马达19的速度命令。因此，即使未在图中明确示出，应当理解，运动命令生成块102可以从机械或电气系统170接收其他(感测的)输入，并且可以基于这些确定命令值(X^*)。

调节器结构可以变化很大，但是通常，调节器110使用积分器确保稳态命令跟踪。诸如比例、微分控制器或状态反馈补偿器的附加控制元件也可用于整体运动控制动态性能增强。然而，当用作调节器110时，积分器最容易出现控制器卷绕现象，这可能导致性能下降甚至闭环系统的不稳定性。由于不同的限制块，包括

和实际电磁转矩T_e之间的块的整个转矩路径用作有效饱和块。每当调节器输出被该饱和块钳位或限制时，调节器(积分器)110的状态被不正确地更新，并且如果不采取反作用，则状态变量(X)开始卷绕。取决于卷绕的持续时间和卷绕后的状态，控制器26可能需要长时间不饱和并返回到无差错操作。

请注意，卷绕状况可能由多种原因引起，包括命令设定点改变或系统负载变化。此外，命令饱和可以以瞬态或稳态方式发生。瞬态饱和状况意味着补偿器输出表现出动态，其导致控制信号输出超过限制以短持续时间，而稳态饱和意味着控制信号在控制系统稳定到其稳定状态时饱和。

图3描绘了根据一个或多个实施例的调节器110。在图3中，描绘了机械系统170以及饱和块210，其结合了来自本文图2的一个或多个限制块。调节器110产生控制信号

作为多个块的总和，即扰动前馈D 220，参考前馈R 230，误差补偿器C 240和状态反馈H 250。因此，控制信号可以表示如下。

信号Y表示估计或计算扰动项所需的任何信号。尽管可以选择每个不同的调节器块，但通常在误差补偿器240中使用积分器。诸如比例的任何其他补偿器类型通常不具有任何动态项，并且因此可以包括在其他调节器块内。可以如下重写控制信号。

在该表示中，等效参考前馈和状态反馈补偿器分别是R+C₀和H-C₀。控制信号饱和可以在数学上表示如下。

应当注意，本文描述的技术方案的实施例之一是针对其中调节器仅具有带动态元件的积分器补偿器的情况的防卷绕而示出的，而所有其他元件仅具有静态项。然而，应该理解，在其他示例中，可以使用具有其他动态元件的补偿器。

图4A描绘了根据一个或多个实施例的具有补偿器防卷绕的运动控制系统的框图。运动控制系统(图2)与防卷绕补偿器410耦合，该防卷绕补偿器410使用来自马达19的输出转矩来修改运动控制系统100的输入，以通过确保调节器输出不饱和来实现防卷绕。在一个或多个示例中，马达19的输出转矩(T_e)由转矩传感器(未示出)测量，并且测量值输入到防卷绕补偿器410。可替代地或另外地，由防卷绕补偿器410使用的马达19的输出转矩是估计的输出转矩

其由马达转矩估计模块420使用来自一个或多个电流传感器425的马达19的测量输出电流计算。估计马达输出转矩

可以使用任何已知技术执行。

因此，在一个或多个示例中，防卷绕补偿器410使用输入转矩命令和实际电磁转矩，即马达输出转矩(T_e)来产生防卷绕命令。或者，如果无法测量实际马达输出转矩(T_e)，则在其位置使用马达输出转矩的估计值

例如，在包括以反馈电流控制模式操作并因此具有马达电流传感器425的马达控制系统100的运动控制系统的情况下，马达输出转矩(与图2中的

不相同)可以从测量的电流估计。然后，防卷绕命令基于该马达输出转矩估计

和输入转矩命令。

此外，在电流传感器425可能不可用于输出转矩估计的另一示例中，防卷绕模块410使用最终转矩命令(图2中的

)(而不是实际/估计的输出转矩)来计算防卷绕命令。

图4B描绘了根据一个或多个实施例的防卷绕方案的框图。运动控制系统100包括防卷绕补偿器G_a 410。为了描述防卷绕操作，考虑名为可实现的命令

的新信号。这个可实现的命令是确保调节器输出不饱和的命令。因此，利用该命令，有效地消除了饱和块，并且控制信号可以写成如下。

因此，每个图4的调节器110的预限制控制信号可以写成如下。

减去上述两个方程，得到以下简化关系。

对于一般的多输入多输出系统，上述等式中的'1'可以用单位矩阵(I)代替。对于单输入单输出系统，该等式使用标量'1'，如本文所述。

传递函数G_x表示当调节器110退出饱和状况时控制系统100的动态。因此，如果防卷绕补偿器410使用传递函数G_a使得G_x变为静态项，则可以防止卷绕。应当注意，静态G_x意味着当饱和状况消失时，控制系统100立即返回到线性操作。这里，饱和期间可实现的命令

是单输入单输出系统的固定值。可以通过移除限制器并假设控制信号固定在饱和极限值来根据工厂输出和控制信号计算。一旦线性补偿器被设计成实现一定的性能，则补偿项R和C_I就已经固定。因此，选择G_a以确保G_x变为静态增益，虽然是理想的，但实际上是不可能的。通过使用抗卷绕补偿器G_a使得对于控制系统100的预期操作频率，传递函数G_x有效地(基本上)为静态，通过本文描述的技术方案解决了这种技术挑战。例如，考虑纯积分补偿器的情况。因此，在这种情况下R为零，并且传递函数G_x可以写成如下。

如果系统的最大操作频率是f_m Hz，则设置G_a的值使得

这种G_a的选择确保G_x在控制系统的操作频率范围内基本上是静态的。

如前所述，可以进一步扩展这种防卷绕补偿器选择和调谐到具有其他动态补偿项(例如导数等)的系统的方法。还应该理解，防卷绕模块410的传递函数G_a不需要是静态项，并且可以选择其自身具有动态元素。

此外，应当注意，在一个或多个示例中，电磁转矩输出(T_e)的直接测量在马达控制系统中不可用。在这种情况下，本文描述的技术方案通过使用马达电流测量值以及估计的机器参数估计电磁转矩T_e来解决这些技术挑战。从一个或多个电流传感器接收电流测量值。例如，PMDC机器的电磁转矩可以根据估计的反电动势常数

和测量的马达电流I_m来写成如下。

类似地，PMSM机器的电磁转矩输出可以根据估计的马达反电动势常数

机器d/q轴电感

和

极数N_p以及测量电流I_dm和I_qm来写出如下。

请注意，此转矩估计仅适用于测量电流可用的系统。然而，如果当前测量不可用，则存在技术挑战，例如由于缺少硬件布局或者电流传感器的故障条件等。在这种情况下，运动控制系统100可以包括使用前馈控制技术进行电流控制的马达控制系统。为了解决该技术挑战，本文描述的技术方案使用最终能力限制转矩命令

而不是使用估计转矩作为最终限制输出。如果电流控制系统100(电气系统)的动力学比机械控制系统170的动力学快得多，并且如果前馈控制器的稳态转矩跟踪性能基本上是理想的，则本文描述的技术方案可以使用能力限制转矩命令

大多数电驱动运动控制系统满足这些条件。

应当注意，虽然这里详细描述了一种特定类型的防卷绕技术，但是也可以使用其他用于单输入单输出系统的防卷绕技术，例如条件积分、增量算法等。因此，本文描述的技术方案通过包括防卷绕块(可以通过多个实施例实现)来为运动控制系统中的马达控制系统提供防卷绕，以确保在转矩命令饱和期间，涉及基于电机的驱动系统的运动控制系统100中的马达控制系统的性能不会因为卷绕引起的饱和而下降

图5描绘了根据一个或多个实施例的运动控制系统的框图。为了说明所提出技术的有效性，考虑使用利用PI补偿器完成速度调节而没有任何干扰前馈的PMSM的速度控制系统；即，这里被控制的机械参数X是马达速度ω_m。根据本文描述的技术方案，传递函数G_x表示如下。

这里，防卷绕补偿器410被选择为

并且得到

在选择不同的控制器而不是PI的情况下，可以通过遵循本文描述的过程来选择防卷绕补偿器增益。

在图6的图表中示出了说明图5的速度控制系统100中的防卷绕410的有效性的模拟结果。在模拟中，在速度控制系统分别是速度命令和负载转矩(图表610中所示的负载转矩的变化)的情况下，通过改变设定点以及改变干扰来实现饱和。在结果中，如图表620所示，当负载转矩突然改变时，实际速度不再能够跟随该命令。当实际速度稳定在稳定状态的最终值时，积分器由于原始方案中的非零误差值而保持卷绕(参见图表630)。在防卷绕块410就位的情况下，积分器输出根据需要受到限制(图表630)。此外，当负载转矩变回原始(未饱和)值时，返回到线性操作是逐渐的，具有预定义的响应形状(如图表640所示)。应当注意，本文描述的结果是针对特定情况的，并且在其他情况下，结果可以变化。

因此，本文描述的技术方案有助于运动控制系统提供防卷绕方案以避免由于马达控制系统中的转矩命令饱和而导致的性能下降，防卷绕在所有饱和状况下(饱和/不饱和)提供一致的期望性能。

应当注意，尽管上面的实施例描述了使用控制机械系统的速度的马达控制系统的运动控制系统的示例，但是本文描述的技术方案不仅限于这样的系统；相反，本文描述的技术方案可用于任何其他运动控制系统，例如用于EPS手持式方向盘转矩中的手持式方向盘转矩调节，线控手持式方向盘致动器的转向，其用于在线控道路车轮致动器或四轮系统等中的位置伺服，等等。

如本文所述，本文的技术方案解决了这种运动控制系统中的技术挑战，在这种运动控制系统中利用积分器限制外环路补偿器的(转矩)命令导致了控制器卷绕状况。外环补偿器的转矩限制可以包括通常使用的技术，例如系统保护限制算法和/或机器、致动器和系统能力限制。这种控制器卷绕状况导致运动控制系统中的性能下降和(可能)不稳定。通常，为了避免这种控制器卷绕，需要针对具有各种电驱动和环路结构的不同应用的单独的防卷绕算法和相应的调谐技术，这是困难的。

本文描述的技术方案为不同的运动控制系统提供了普遍适用的防卷绕方案。本文描述的技术方案通过使用分析设计和调谐技术来促进普遍适用的防卷绕，该分析设计和调谐技术基于饱和状况期间的运动控制系统的动态提供饱和传递矩阵。此外，本文的技术方案使用控制信号估计，其可以被提供用于不同的马达设计，例如PMSM、PMDC等，并且还可以用于故障模式操作。

因此，技术方案使用饱和动态，该饱和动态在控制器卷绕情况下提供基本上瞬时的响应。此外，防卷绕传递矩阵与马达控制动态无关，使得防卷绕能够是通用的。此外，通过能够使用适当的转矩命令作为输入，即使在传感器错误甚至故障的情况下也可以使用该技术方案。

本文描述的技术方案通过考虑机器的多个部件和操作条件提供防卷绕控制方案实现方式，提供对马达控制系统的改进，从而提供对使用马达控制系统的运动控制系统的改进。由本文描述的技术方案独立于马达设计变化、容错操作模式和补偿器结构(即使没有积分器也可以工作)，本文中的技术方案提供的防卷绕方案是普遍适用的。

虽然仅结合有限数量的实施例详细描述了本发明的一个或多个实施例，但应容易理解，本发明不限于这些公开的实施例。相反，可以修改本发明以结合此前未描述但与本发明的精神和范围相当的任何数量的变化、改变、替换或等同布置。另外，虽然已经描述了本发明的各种实施例，但是应该理解，本发明的各方面可以仅包括所描述的实施例中的一些。因此，本发明不应被视为受前述描述的限制。

Claims (14)

1.一种用于防止运动控制系统中的控制器卷绕的系统，所述系统包括：

调节器，接收输入命令以调整包括马达的机械系统的运动控制变量，所述调节器被配置为基于所述输入命令和由所述马达产生的输出转矩产生第一转矩命令；以及

防卷绕模块，被配置为基于所述第一转矩命令和所述输出转矩产生防卷绕命令，所述防卷绕命令被添加到发送到所述调节器的所述输入命令，

其中，所述输出转矩是估计的输出转矩，所述估计基于一个或多个电流传感器。

2.根据权利要求1所述的系统，其中所述输出转矩是发送到所述马达的输入转矩命令。

3.根据权利要求1所述的系统，其中所述马达是永磁DC(PMDC)马达。

4.根据权利要求1所述的系统，其中所述马达是永磁同步马达(PMSM)。

5.根据权利要求1所述的系统，其中所述运动控制变量是转向系统的手持式方向盘位置。

6.根据权利要求1所述的系统，其中所述运动控制系统操作转向系统的道路车轮致动器，并且所述运动控制变量是道路车轮致动器位置。

7.根据权利要求1所述的系统，还包括：

限制模块，基于第一转矩命令(Tb*)确定限制转矩命令，所述限制转矩命令用于从所述马达产生输出转矩。

8.根据权利要求1所述的系统，其中所述运动控制系统操作转向系统的手持式方向盘致动器，并且所述运动控制变量是手持式方向盘转矩。

9.一种用于防止电动马达中的控制器卷绕的方法，所述方法包括：

通过调节器产生用于发送到所述电动马达的第一转矩命令，所述第一转矩命令基于接收的输入命令产生以调节运动控制变量；

通过马达控制系统限制所述第一转矩命令；

通过防卷绕块基于所述第一转矩命令和来自所述电动马达的输出转矩确定防卷绕命令；以及

通过所述防卷绕块，使用所述防卷绕命令调整所接收的所述调节器的输入命令，

其中，所述输出转矩是估计的输出转矩，所述估计基于一个或多个电流传感器。

10.根据权利要求9所述的方法，其中所述输出转矩是发送到所述电动马达的输入转矩命令。

11.根据权利要求9所述的方法，其中所述电动马达是永磁DC(PMDC)马达。

12.根据权利要求11所述的方法，其中所述输出转矩是估计的转矩，其估计为

其中

是反EMF常数，并且I_m是测量的电动马达电流。

13.根据权利要求9所述的方法，其中所述电动马达是永磁同步马达(PMSM)。

14.根据权利要求13所述的方法，其中所述输出转矩是估计的转矩，其估计为：

其中

是反电动势常数，并且I_dm和I_qm分别是在d轴和q轴上测量的电动马达电流，

和

分别是d轴和q轴的电感，并且Np是极数。

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