CN111200384A - 电流感测故障下永磁同步马达驱动的前馈控制 - Google Patents

电流感测故障下永磁同步马达驱动的前馈控制 Download PDF

Info

Publication number
CN111200384A
CN111200384A CN201911052740.9A CN201911052740A CN111200384A CN 111200384 A CN111200384 A CN 111200384A CN 201911052740 A CN201911052740 A CN 201911052740A CN 111200384 A CN111200384 A CN 111200384A
Authority
CN
China
Prior art keywords
motor
current
current measurement
phase
fault
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Granted
Application number
CN201911052740.9A
Other languages
English (en)
Other versions
CN111200384B (zh
Inventor
P·普拉莫德
V·戈文杜
张喆
K·M·P·K·南博里
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Steering Solutions IP Holding Corp
Original Assignee
Steering Solutions IP Holding Corp
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Steering Solutions IP Holding Corp filed Critical Steering Solutions IP Holding Corp
Publication of CN111200384A publication Critical patent/CN111200384A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN111200384B publication Critical patent/CN111200384B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Classifications

    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B62—LAND VEHICLES FOR TRAVELLING OTHERWISE THAN ON RAILS
    • B62D—MOTOR VEHICLES; TRAILERS
    • B62D5/00—Power-assisted or power-driven steering
    • B62D5/04—Power-assisted or power-driven steering electrical, e.g. using an electric servo-motor connected to, or forming part of, the steering gear
    • B62D5/0457—Power-assisted or power-driven steering electrical, e.g. using an electric servo-motor connected to, or forming part of, the steering gear characterised by control features of the drive means as such
    • B62D5/0481—Power-assisted or power-driven steering electrical, e.g. using an electric servo-motor connected to, or forming part of, the steering gear characterised by control features of the drive means as such monitoring the steering system, e.g. failures
    • B62D5/049—Power-assisted or power-driven steering electrical, e.g. using an electric servo-motor connected to, or forming part of, the steering gear characterised by control features of the drive means as such monitoring the steering system, e.g. failures detecting sensor failures
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02P—CONTROL OR REGULATION OF ELECTRIC MOTORS, ELECTRIC GENERATORS OR DYNAMO-ELECTRIC CONVERTERS; CONTROLLING TRANSFORMERS, REACTORS OR CHOKE COILS
    • H02P21/00—Arrangements or methods for the control of electric machines by vector control, e.g. by control of field orientation
    • H02P21/14—Estimation or adaptation of machine parameters, e.g. flux, current or voltage
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60—VEHICLES IN GENERAL
    • B60L—PROPULSION OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; SUPPLYING ELECTRIC POWER FOR AUXILIARY EQUIPMENT OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRODYNAMIC BRAKE SYSTEMS FOR VEHICLES IN GENERAL; MAGNETIC SUSPENSION OR LEVITATION FOR VEHICLES; MONITORING OPERATING VARIABLES OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRIC SAFETY DEVICES FOR ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES
    • B60L15/00—Methods, circuits, or devices for controlling the traction-motor speed of electrically-propelled vehicles
    • B60L15/02—Methods, circuits, or devices for controlling the traction-motor speed of electrically-propelled vehicles characterised by the form of the current used in the control circuit
    • B60L15/025—Methods, circuits, or devices for controlling the traction-motor speed of electrically-propelled vehicles characterised by the form of the current used in the control circuit using field orientation; Vector control; Direct Torque Control [DTC]
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B62—LAND VEHICLES FOR TRAVELLING OTHERWISE THAN ON RAILS
    • B62D—MOTOR VEHICLES; TRAILERS
    • B62D5/00—Power-assisted or power-driven steering
    • B62D5/04—Power-assisted or power-driven steering electrical, e.g. using an electric servo-motor connected to, or forming part of, the steering gear
    • B62D5/0457—Power-assisted or power-driven steering electrical, e.g. using an electric servo-motor connected to, or forming part of, the steering gear characterised by control features of the drive means as such
    • B62D5/046—Controlling the motor
    • B62D5/0463—Controlling the motor calculating assisting torque from the motor based on driver input
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B62—LAND VEHICLES FOR TRAVELLING OTHERWISE THAN ON RAILS
    • B62D—MOTOR VEHICLES; TRAILERS
    • B62D5/00—Power-assisted or power-driven steering
    • B62D5/04—Power-assisted or power-driven steering electrical, e.g. using an electric servo-motor connected to, or forming part of, the steering gear
    • B62D5/0457—Power-assisted or power-driven steering electrical, e.g. using an electric servo-motor connected to, or forming part of, the steering gear characterised by control features of the drive means as such
    • B62D5/0481—Power-assisted or power-driven steering electrical, e.g. using an electric servo-motor connected to, or forming part of, the steering gear characterised by control features of the drive means as such monitoring the steering system, e.g. failures
    • B62D5/0484—Power-assisted or power-driven steering electrical, e.g. using an electric servo-motor connected to, or forming part of, the steering gear characterised by control features of the drive means as such monitoring the steering system, e.g. failures for reaction to failures, e.g. limp home
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01R—MEASURING ELECTRIC VARIABLES; MEASURING MAGNETIC VARIABLES
    • G01R19/00—Arrangements for measuring currents or voltages or for indicating presence or sign thereof
    • G01R19/0092—Arrangements for measuring currents or voltages or for indicating presence or sign thereof measuring current only
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02P—CONTROL OR REGULATION OF ELECTRIC MOTORS, ELECTRIC GENERATORS OR DYNAMO-ELECTRIC CONVERTERS; CONTROLLING TRANSFORMERS, REACTORS OR CHOKE COILS
    • H02P21/00—Arrangements or methods for the control of electric machines by vector control, e.g. by control of field orientation
    • H02P21/0003—Control strategies in general, e.g. linear type, e.g. P, PI, PID, using robust control
    • H02P21/0017—Model reference adaptation, e.g. MRAS or MRAC, useful for control or parameter estimation
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02P—CONTROL OR REGULATION OF ELECTRIC MOTORS, ELECTRIC GENERATORS OR DYNAMO-ELECTRIC CONVERTERS; CONTROLLING TRANSFORMERS, REACTORS OR CHOKE COILS
    • H02P21/00—Arrangements or methods for the control of electric machines by vector control, e.g. by control of field orientation
    • H02P21/22—Current control, e.g. using a current control loop
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02P—CONTROL OR REGULATION OF ELECTRIC MOTORS, ELECTRIC GENERATORS OR DYNAMO-ELECTRIC CONVERTERS; CONTROLLING TRANSFORMERS, REACTORS OR CHOKE COILS
    • H02P23/00—Arrangements or methods for the control of AC motors characterised by a control method other than vector control
    • H02P23/14—Estimation or adaptation of motor parameters, e.g. rotor time constant, flux, speed, current or voltage
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02P—CONTROL OR REGULATION OF ELECTRIC MOTORS, ELECTRIC GENERATORS OR DYNAMO-ELECTRIC CONVERTERS; CONTROLLING TRANSFORMERS, REACTORS OR CHOKE COILS
    • H02P29/00—Arrangements for regulating or controlling electric motors, appropriate for both AC and DC motors
    • H02P29/02—Providing protection against overload without automatic interruption of supply
    • H02P29/024—Detecting a fault condition, e.g. short circuit, locked rotor, open circuit or loss of load
    • H02P29/027—Detecting a fault condition, e.g. short circuit, locked rotor, open circuit or loss of load the fault being an over-current
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02P—CONTROL OR REGULATION OF ELECTRIC MOTORS, ELECTRIC GENERATORS OR DYNAMO-ELECTRIC CONVERTERS; CONTROLLING TRANSFORMERS, REACTORS OR CHOKE COILS
    • H02P6/00—Arrangements for controlling synchronous motors or other dynamo-electric motors using electronic commutation dependent on the rotor position; Electronic commutators therefor
    • H02P6/28—Arrangements for controlling current
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02P—CONTROL OR REGULATION OF ELECTRIC MOTORS, ELECTRIC GENERATORS OR DYNAMO-ELECTRIC CONVERTERS; CONTROLLING TRANSFORMERS, REACTORS OR CHOKE COILS
    • H02P2205/00—Indexing scheme relating to controlling arrangements characterised by the control loops
    • H02P2205/01—Current loop, i.e. comparison of the motor current with a current reference
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02P—CONTROL OR REGULATION OF ELECTRIC MOTORS, ELECTRIC GENERATORS OR DYNAMO-ELECTRIC CONVERTERS; CONTROLLING TRANSFORMERS, REACTORS OR CHOKE COILS
    • H02P2207/00—Indexing scheme relating to controlling arrangements characterised by the type of motor
    • H02P2207/05—Synchronous machines, e.g. with permanent magnets or DC excitation

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Transportation (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Combustion & Propulsion (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Control Of Ac Motors In General (AREA)
  • Control Of Electric Motors In General (AREA)

Abstract

根据一个或更多个实施例，示例系统包括马达以及包括低侧电流测量子系统的马达控制系统。该系统还包括处理器，该处理器响应于在低侧电流测量子系统中检测到电流测量故障，将马达控制系统切换为使用前馈电流控制。处理器还识别具有故障电流测量的第一相。处理器还计算具有电流测量故障的第一相的电流测量。处理器还使用计算出的电流测量来计算参数估计。

Description

电流感测故障下永磁同步马达驱动的前馈控制
技术领域
本发明总体涉及转向系统，具体地涉及电流感测故障下永磁同步马达驱动的前馈控制。
背景技术
通常，例如电动助力转向(EPS)系统中的马达控制系统通过向电动马达施加电压来控制电动马达。例如，EPS系统使用电动马达来为使用转矩控制方法的车辆的方向盘的操作者提供转向辅助。在使用永磁同步马达(PMSM)时，利用磁场定向控制(FOC)将交流(AC)三相马达电压和电流信号转换到通常称为d/q轴参考坐标系的同步旋转坐标系中。在d/q轴参考坐标系中，马达电压和电流成为直流(DC)量。通常，FOC转矩控制技术使用前馈控制方法或闭环电流反馈控制来实现。
在通过闭环电流控制实现FOC转矩控制时，这种实现采用高性能电流控制器，该控制器最小化指令电流和测量电流之间的误差，以实现完美的电流跟踪。因此，电流控制需要测量马达电流，这通常是通过测量电机的相电流来实现的，相电流接下来通过派克变换(Park Transform)转换到同步坐标系中，以在同步参考坐标系中进行控制。
因此，期望的是具有马达控制系统，以在一个或更多个电流测量传感器或用于测量电流值的其他设备发生故障/丢失的情况下具有容错电流测量策略。然而，前馈电流控制是具有电流感测故障的马达控制系统的操作模式，特别是由于其对马达控制参数估计的敏感性，因而它不如反馈电流控制的一致性和准确性高。因此，在前馈控制操作下，期望的是实现这样的控制技术：提供准确性和一致性更高的前馈控制行为。
发明内容
根据一个或更多个实施例，示例系统包括马达以及包括低侧电流测量子系统的马达控制系统。该系统还包括处理器，该处理器响应于在低侧电流测量子系统中检测到电流测量故障，将马达控制系统切换为使用前馈电流控制。处理器还识别具有故障电流测量的第一相。处理器还计算具有电流测量故障的第一相的电流测量。处理器还使用计算出的电流测量来计算参数估计。
根据一个或更多个实施例，示例计算机实现方法包括：响应于在马达控制系统的低侧电流测量子系统中检测到电流测量故障，将电流控制器切换为使用前馈电流控制。该方法还包括识别具有电流测量故障的第一相。该方法还包括计算具有电流测量故障的第一相的电流测量。该方法还包括使用计算出的电流测量来计算马达控制系统的参数估计。
根据一个或更多个实施例，示例转向系统包括马达控制系统，马达控制系统包括低侧电流测量子系统。该转向系统还包括处理器，该处理器响应于在低侧电流测量子系统中检测到电流测量故障，将马达控制系统切换为使用前馈电流控制。处理器还识别具有故障电流测量的第一相。处理器还计算具有电流测量故障的第一相的电流测量。处理器还使用计算出的电流测量来计算参数估计。
从以下结合附图的描述中，这些和其他优点与特征将变得更加明显。
附图说明
在说明书结尾处的权利要求中特别指出并清楚地声明了本发明的主题。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晰，其中：
图1是根据一个或更多个实施例的EPS系统的示例性实施例。
图2示出了马达控制的在线电流测量(inline current measurement)的示例。
图3示出了根据一个或更多个实施例的马达控制系统的低侧电流测量(low sidecurrent measurement)的示例。
图4示出了根据一些实施例的马达控制系统的框图，马达控制系统用于控制使用多相永磁同步电机(PMSM)产生的转矩。
图5示出了根据一个或更多个实施例的以下示例的框图：在具有低侧电流测量的马达控制系统中在电流传感器故障检测和传感器故障识别之后如何实现参数学习。
图6示出了根据一个或更多个实施例的鉴于电流传感器故障的马达控制系统的操作方法的流程图，马达控制系统使用低侧电流测量传感器。
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更多个处理电路，例如专用集成电路(ASIC)、电子电路、执行一个或更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被组合和/或被进一步划分。
应当注意，这里参照特定实施例并参照一幅或更多幅附图描述了技术方案，但并非对其限制，应当理解，所公开的实施例仅是技术方案的说明，这些技术方案可以各种替代形式体现。附图未必是按比例的；一些特征被放大或缩小以显示具体部件的细节。因此，本文公开的具体结构和功能细节不应解释为限制性的，而仅仅是教导本领域技术人员灵活应用本发明的代表性基础。
现在参考附图，在此参考具体实施例来描述技术方案，但不对其施加限制。图1是适合于实现所公开实施例的电动助力转向系统(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下的齿轮(也未示出)。随着操作者输入，在下文中表示为转动方向盘26(例如手持式方向盘等)，上转向轴29转动，而通过万向接头34连接到上转向轴29的下转向轴51转动齿轮。齿轮的旋转带动齿条，齿条移动连接杆38(仅示出一个)，连接杆38进而移动转向节39(仅示出一个)，转向节39转动可转向轮44(仅示出一个)。
电动助力转向辅助由通常表示为附图标记24的控制装置提供，并且包括控制器16和电机46，电机46可以是永磁同步马达(PMSM)、永磁直流马达、开关磁阻马达或任何其他类型的马达，其在下文中称为马达46。控制器16通过线路12由车辆电源10供电。控制器16从车辆速度传感器17接收表示车辆速度的车辆速度信号14。转向角由位置传感器32来测量，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它合适类型的位置传感器，并向控制器16提供位置信号20。马达速度可以用转速计或任何其他设备测量，并作为马达速度信号21发送到控制器16。可以测量、计算(或其组合)表示为ωm的马达速度。例如，可以将马达速度ωm计算为：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，马达速度ωm可以由等式ωm＝Δθ/Δt确定为马达位置θ的导数，其中Δt是采样时间，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度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。
在方向盘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可以包括扭杆(未示出)和可变电阻型传感器(也未示出)，可变电阻型传感器向控制器16输出与扭杆上的扭转量有关的可变转矩信号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堪用的。响应于各种输入，控制器向电动马达46发送命令22，马达46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，尽管引用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，这些引用仅是说明性的，并且所公开的实施例可以应用于采用电动马达的任何马达控制应用，例如转向、阀控制等。此外，本文的引用和描述可以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，本文对于电机的引用形式包括但不限于马达，以下为了简洁和简单起见，在没有限制的情况下将仅引用马达。
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用于传递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进行通信。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，在这种情况下，例如，给马达46提供输出命令信号。控制器16配置为使逆变器(未示出)产生所需的电压，可选地，逆变器可以与控制器16结合起来并在本文中称为控制器16，使得当电压施加于马达46时，产生期望的转矩或位置。因为这些电压与马达46的位置和速度以及期望的转矩有关，所以确定了转子的位置和/或速度以及操作者施加的转矩。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。位置编码器输出位置信号20，该位置信号20指示转向轴51的角位置，并由此指示马达46的角位置。
期望的转矩可以由一个或更多个转矩传感器28确定，转矩传感器28发送指示所施加的转矩的转矩信号18。一个或更多个示例性实施例包括这样的转矩传感器28和从中获得的转矩信号18，如它们可以响应柔性扭杆(compliant torsion bar)、T形杆、弹簧或类似装置(未示出)，柔性扭杆、T形杆、弹簧或类似装置配置为提供指示出施加的转矩的响应。
在一个或多个示例中，温度传感器23位于电机46处。优选地，温度传感器23配置为直接测量马达46的感测部的温度。温度传感器23将温度信号25发送给控制器16，以便于本文所描述的处理和补偿。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。
位置信号20、速度信号21和转矩信号18等施加到控制器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，从而得到转子位置值、马达速度值和转矩值，这些值可用于在本文所述的算法中进行处理。通常，根据需要将诸如上述之类的测量信号线性化、进行补偿和滤波，以增强特性或消除所获取信号的不期望特性。例如，可以将这些信号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。
为了执行所述功能和期望的处理以及由此所需的计算(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，以及包含前述至少一种的组合。例如，控制器16可以包括输入信号处理和滤波，以便通过通信接口准确地采样、转换或获取这些信号。控制器16的附加特征及其中的某些处理稍后在本文详细讨论。
图2示出了马达控制系统的在线电流测量(inline current measurement)的示例。这里，马达控制系统100包括逆变器模块或电源10、开关102、电流测量模块108和三相马达19。如图2所示，在在线电流测量过程中，电流测量模块108直接测量马达19的相电流。要注意，为了测量Y型连接或平衡马达的三相电流，可以使用两个在线电流测量，并且可以计算出第三相电流。
图3示出了根据一个或更多个实施例的马达控制系统的低侧电流测量(low sidecurrent measure)的示例。这里，与图2的在线测量系统相比，电流测量模块108在包括开关102的开关电路的低侧，测量逆变器的每个相脚的电流值。
图4示出了根据一些实施例的马达控制系统100的框图，马达控制系统100用于使用前馈电流控制来控制使用多相永磁同步电机(PMSM)产生的转矩。如图所示，马达控制系统100包括参考电流产生器402、前馈电流控制器404和逆变器110。图4还示出了马达19、测量来自马达19的电流的电流测量模块108以及电流诊断和计算模块406。
参考电流产生器402基于输入信号产生电流命令122。输入信号可以包括马达转矩命令114、马达速度116、源电压信号118和电机参数112。马达转矩命令114表示所指令的转矩值(Tc)，并且可以从诸如EPS、自主转向或半自主转向控制单元等的另一转矩控制模块(未示出)得出，或者可以对应于由操作者所产生的转矩值。马达速度(ωm)116是由速度传感器(未示出)测量的马达19的角速度。速度传感器可以包括例如编码器和速度计算电路，该速度计算电路用于基于由编码器接收的信号来计算马达19的转子的角速度。在一些实施例中，可以根据马达位置估计马达速度。源电压信号(VDC)118表示来自诸如电源10之类的DC电源(未示出)的电桥电压。
电机参数112是马达19和逆变器110的参数的估计值，这些值包括例如马达常数Ke(伏特/弧度/s)、马达电路电阻R(欧姆)、直轴电感Ld(亨利)和交轴电感Lq(亨利)。马达电路电阻是指马达和逆变器的组合的总电阻(例如，每相)。应当注意，在本文，这些估计值用符号“～”表示。在一个或更多个示例中，马达控制系统100包括估计电机参数112的电机参数学习模块408。如本文所述，将估计的电机参数112馈送到马达参考电流产生器402中，以连续操作。在一个或更多个示例中，电机参数学习模块408是控制器16的一部分。
在一些实施例中，由马达参考电流产生器402产生的电流命令122包括参考d轴电流命令(Id)和参考q轴电流命令(Iq)，参考d轴电流命令(Id)和参考q轴电流命令(Iq)是基于马达转矩命令114、源电压信号118和角速度产生的。电流命令122满足马达转矩命令114和源电压信号118。
电流控制器404基于前馈电压命令、电流命令122和测量的马达电流124确定最终电压命令(V*)126。在一些实施例中，所测量的马达电流124包括测量的d轴电流和测量的q轴电流，d轴电流和q轴电流是从定子参考系中的电流测量信号转换而来的。
电流控制器404发送最终电压命令126来控制马达19。在一些实施例中，极性转换控制器(未示出)接收d轴电压命令和q轴电压命令作为输入。极性转换控制器基于这些输入确定电压命令和相位超前角。然后，脉冲宽度调制(PWM)生成模块(未示出)从极性转换控制器接收电压命令和相位超前角作为输入信号。PWM生成模块还接收由马达位置传感器(未示出)测量的马达19的马达位置或转子角度值，并生成多相占空比值。在一些实施例中，PWM生成模块可以包括分别生成三个占空比值的空间矢量调制PWM单元。这些占空比值用于驱动开关驱动单元(gate drive unit)，该开关驱动单元操作逆变器110的开关，以为马达19的相通电。
电流测量模块108测量实际马达电流128，并将测量的马达电流124的值发送到电流测量计算和诊断模块406。在一些实施例中，电流测量模块108包括电流测量传感器，电流测量传感器根据马达19的实际电流128产生测量的马达电流124。因此，测量的马达电流124表示由电流测量模块108测量的相电流(Iphm)(例如，两相、三相)的值。
在一个或更多个示例中，电流测量计算和诊断模块406基于幅值和相位值识别特定的故障电流测量模块108，并且向控制器16输出合适的通知标记，以调整或控制如何响应于检测到故障电流测量模块108来确定测量的马达流124。应当注意，故障电流测量模块108可以包括处于相a、相b或相c的任何一种电流测量模块108。电流控制器404基于来自电流测量和诊断模块406的输入，确定是使用前馈控制还是反馈控制来生成马达19的电压命令。
通常，在三相电流测量系统中，电流传感器故障导致转变到失去辅助缓解模式(loss of assist mitigation mode)或停机。例如，在相电流测量过程中出现较大的偏移误差时，在同步参考坐标系中运行的闭环电流控制调节马达电压，以使马达电流的测量与命令匹配，但是因为测量不正确，所以实际的马达电流也不正确。故障模式导致与马达位置有关的马达转矩和电流误差，其可能会看作为马达轴上的较大的转矩波动，并且可能大于额定马达电流(对于硬件设计而言)。在由相电流测量偏移误差引起的转矩波动足够大(超过阈值)时，它可能沿与马达转矩命令相反的方向产生马达转矩。在EPS系统12中使用时，故障在与期望的马达转矩命令相反的方向上产生转矩，可能违反系统安全目标或故障管理要求。技术方案旨在通过将马达电压命令转换回到定子参考坐标系来检测偏移误差。另外，还存在使检测方案对于电机参数估计中的误差的敏感性变弱且同时改善检测时间的技术方案。
如果马达控制系统100中的电流测量子系统是直接测量马达相电流的在线型(图2)，那么一旦在电流测量子系统中检测到单点或多点故障，现有的技术方案就有助于将马达控制系统100保持处于反馈电流控制中以继续进行操作。这在使用在线电流测量的马达控制系统(图2)中是可行的，因为可以使用两个正常(healthy)测量来重构第三相电流(假设没有中性线的星型马达的电流之和为零)，然后这两个正常测量在所有工作条件下进行d/q转换。
然而，在使用低侧电流测量的马达控制系统100(图3)中，因为在所有条件下都无法基于两个正常值重构第三电流，所以向着反馈电流控制转变是不太可能的。在导致逆变器相脚中的顶部开关的导通时间较长而底部开关的导通时间较短的高占空比(电压命令)，采样低侧测量所需的时间不足。在高占空比在高调制指数下产生。在这种情况下，单点故障和传感器识别故障后的两次测量不能用于在反馈电流控制模式下运行系统。因此，在这些情况下，包括马达控制系统100的系统12必须关闭或转变为失去辅助缓解模式，这在这种情况下为前馈电流控制(不直接利用电流测量)。因为前馈电流控制是一种使用马达(被控对象)数学模型的逆模型的开环控制方案，所以它对于在估计马达控制系统参数的过程中产生的误差很敏感。请注意，设备除马达之外还包括逆变器。
本文所述的技术方案通过在使用低侧电流测量的马达控制系统100中进行电流传感器故障检测之后使用正常的电流测量来应对这些技术挑战，以通过反馈机器参数学习来增强前馈控制操作的性能。除了使用电流测量来学习参数(408)之外，本文所述的技术方案还通过为有效电流测量提供一个或更多个条件以学习电机参数，从而有助于在故障之后识别和利用正常的电流传感器。从而，本文所述的技术方案提高了前馈电流控制的控制性能(动态和稳态)。在马达控制系统100中的电流测量模块108故障之后，从控制性能的角度来看，本文所述的技术方案导致相对明显地转变到失去辅助缓解模式。因此，本文描述的技术方案改善了马达控制系统100的性能，进而改善了诸如EPS12等使用马达控制系统的电机的性能。
在本文的实施例的描述过程中，提出了一种在电流传感器故障发生之后增强前馈电流控制的技术。因此，假设一旦检测到电流传感器故障，马达电流控制系统便转换为前馈控制模式。虽然在三相在线电流测量系统(图2)中，可以在特定故障识别后切换回反馈控制模式，但是在使用低侧电流测量的系统(图3)中这是不可能的。这是因为，在仅有两个正常的低侧电流测量的情况下，无法在所有工作条件下都重新构建相电流。本文所述的技术方案应对了在低侧电流测量中的这类技术挑战，并且通过使用剩余的电流测量来学习电机参数，促进了前馈电流控制系统的整体(动态以及稳态)性能的提高(408)，因此增强了电机参数估计(408)。然而，请注意，本文所述的一个或更多个实施例适用于具有在线电流测量的系统，其中系统在第一次电流测量故障之后在前馈电流控制模式下进行操作。前馈控制利用具有估计参数的马达19的(动态)模型的逆模型，来计算施加到马达19的电压命令，从而产生期望电流，并进而产生马达19的期望转矩。
使用电流测量的电机参数学习408(反馈参数估计技术)获得电流测量，并将电流值转换为同步(d/q)坐标系。电机参数学习408还包括最小化指令电流和测量电流之间的误差，以确定参数误差，然后这些误差用于校正基本参数估计(利用所谓的前馈参数估计技术获得的)。然而，因为使用低侧电流测量的马达控制系统100(图3)的电流测量仅在特定的工作区域内有效，所以在执行机器参数学习时，如本文所述，还执行确定电流测量的有效性的额外检查。
应当注意，可以使用任何已知或尚未知的技术来执行电流测量模块故障检测和识别。
图5示出了根据一个或更多个实施例的以下示例的框图：在具有低侧电流测量的马达控制系统中在电流传感器故障检测和故障传感器识别之后如何实现参数学习。在示出的框图中，Iam和Ibm分别是a相和b相电流测量，m是调制指数，其为最终马达电压命令的幅值与DC链电压(DC link voltage)的比值，Fv是电流测量和计算有效性标志，Iqm和
Figure BDA0002255729880000101
分别是测量q轴电流和命令q轴电流，
Figure BDA0002255729880000102
是命令d轴电流，ωm是马达速度，
Figure BDA0002255729880000103
是反馈电阻估计，Rf是前馈(基于模型)的电阻估计，
Figure BDA0002255729880000104
是最终电阻估计。在一个或更多个示例中，调制指数是0-1之间的数字，以表示相对于DC链电压的电压命令大小。在这些情况下，前馈电压一旦转换为幅值和相位，那么总的(前馈)电压幅值与电桥电压的比值就由调制指数表示。
参数估计包括在510处的同步坐标系q轴电流测量计算Iqm。此计算举例说明了在c相的电流测量故障，其可以按以下公式执行：
Figure BDA0002255729880000105
应当注意，尽管本文的描述以c相的电流传感器故障为例，但是本文所述的技术方案可以用于马达控制系统的a相或b相的电流故障。
因为，对于低侧电流测量而言，上述假设Icm＝-Iam-Ibm仅对某些操作区域有效，所以还要计算电流测量和计算有效性标志Fv。如何执行计算有效性标志Fv的示例如下。
Figure BDA0002255729880000106
其中，mt是调制指数的阈值，低于该阈值的电流计算才是有效的。该阈值是可以配置的预定值。
条件积分根据有效性标志表示的有效性被执行，用于估计诸如电阻
Figure BDA0002255729880000107
等电机参数。这里，从命令q轴电流
Figure BDA0002255729880000108
减去计算Iqm值，以计算出计算值中的误差(在520)。对误差进行积分(530)以计算反馈参数估计，例如，反馈电阻估计
Figure BDA0002255729880000109
将计算的反馈参数估计与前馈参数估计(例如前馈电阻Rf)相加(540)。所计算的总和用作用于进一步迭代的最终电机参数估计，例如，最终电阻估计
Figure BDA00022557298800001010
应当注意，可以利用相似的方式计算其他电机参数，其中基于指示执行这些计算的有效条件的有效性标志，将反馈参数估计与前馈参数估计相加。
在有效性标志为有效时，使用a相和b相的低侧电流测量来计算c相的电流，如Icm＝-Iam-Ibm。然后，所计算的电流为电机参数学习模块408所使用。在有效性标志为无效时，电机参数模块停止学习过程，因为计算出的电流是无效的。
在有效性标志为无效时，不以这种方式学习参数，并且保留旧的学习值。“条件”积分530相应地执行“学习”，并且基于自身计算出的误差在何时是无效的，这是因为如果所测量的电流是无效的，那么学习(或在这种情况下是积分)将是无效的，并且在这种情况下，参数值不进行更新。
因此，即使电流测量系统基于有效性标志计算不能有效执行反馈控制，而被迫进行前馈电流控制时，电流测量系统仍可以用于执行其他操作，其中一个操作就是参数学习，因为它增强了前馈电流控制的性能。可以用各种方式执行参数估计，其中一个方式在图5中示出。在图5的示例性技术中，首先确定使用“正常测量”来计算q轴电流(其在同步坐标系中)在何时是适当/有效的。此后，q轴指令电流和q轴测量电流(在给定条件下有效)仅在参数不正确时不相等。接下来，确定使q轴电流产生误差的原因，例如，哪参数造成了误差。例如，在q轴电流高但速度低时，则认为q轴电流的差异或误差是由于电阻估计误差引起的。在一个或更多个示例中，条件积分530负责这些计算和确定。在一个或更多个示例中，条件积分使用许多不同的技术/逻辑/控制器之一来执行这种“学习”。例如，条件积分530可以使用PI控制器，PI控制器的输入是电流误差，它的输出是参数估计。
上述技术提高了前馈电流控制系统的性能，因此有助于在单点电流传感器故障的情况下更趋近于首次故障透明性，尤其是在使用低侧电流测量的马达控制系统中。
图6示出了根据一个或更多个实施例的鉴于电流传感器故障的马达控制系统的操作方法的流程图，马达控制系统使用低侧电流测量传感器。该方法包括使用反馈控制模式来操作马达控制系统100，如601所示。马达控制系统100的操作继续进行，直到电流测量计算和诊断模块406检测到电流测量误差为止，如605所示。基于测量的电流值124来检测电流测量误差。如果检测到电流测量误差，那么将马达控制系统100切换到前馈操作模式，如610所示。在一个或更多个示例中，电流测量计算和诊断模块406使用诊断标志或任何其他这样的指示向电流控制器404指示进行切换，从而切换操作模式。该方法还包括当在前馈模式下操作时确定故障部件，以确定哪个相(a相、b相、c相或任何其他相)具有故障部件。在一个或更多个示例中，该方法包括设置仲裁，以仅使用正常信号来进行电机参数学习408，而不使用来自故障部件的电流测量。
该方法还包括：在610，使用来自正常相的电流测量(无故障)来计算同步坐标系q轴电流测量(Iqm)。在本文描述该计算。另外，在612，确定有效性标志(Fv)。如果有效性标志设置为无效，那么不执行使用反馈参数估计的电机参数学习408，在615。在这种情况下，使用前馈参数估计来计算马达参数估计，在630。估计的马达参数包括马达和逆变器参数。例如，电阻估计是逆变器和马达的总电阻。参考流程图，如果有效性标志设置为有效，那么电机参数学习408继续使用同步坐标系q轴电流测量来计算反馈参数估计，在620。另外，将反馈参数估计与对应的前馈参数估计混合，以计算最终的电机参数估计，在625。
因此，在马达控制系统100由于电流传感器故障而在前馈控制模式下操作时，尤其是在马达控制系统100使用低侧电流测量时，本文描述的技术方案有助于使用反馈参数估计来计算电机参数估计。因此，这些技术方案改善了前馈电流控制系统的性能，从而有助于在单点电流传感器故障时更趋近于首次故障透明性。
虽然仅结合有限数量的实施例详细描述了本发明，但应容易理解，本发明不限于这些公开的实施例。相反，可以修改本发明以包含此前未描述但与本发明的范围相当的任何数量的变型、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部分所描述的实施例或者各种实施例的组合。因此，本发明不应视为受前述描述的限制。

Claims (20)

1.一种系统，包括：
马达；以及
马达控制系统，包括低侧电流测量子系统和处理器，所述处理器配置为：
响应于在所述低侧电流测量子系统中检测到电流测量故障，将所述马达控制系统切换为使用前馈电流控制；
识别具有故障电流测量的第一相；
计算具有所述故障电流测量的所述第一相的电流测量；以及
使用计算出的电流测量来计算参数估计。
2.根据权利要求1所述的系统，其中，所述处理器使用所述前馈电流控制来生成所述马达的输入电压命令。
3.根据权利要求1所述的系统，其中，使用所述马达控制系统中的其余相来计算所述第一相的所述电流测量。
4.根据权利要求1所述的系统，其中，将所述参数估计与前馈电机参数估计相加，以计算电机参数估计。
5.根据权利要求1所述的系统，其中，响应于有效性标志设置为有效来计算所述参数估计。
6.根据权利要求5所述的系统，其中，基于调制指数来设置所述有效性标志。
7.根据权利要求6所述的系统，其中，基于所述调制指数与预定阈值的比较将所述有效性标志设置为：
Figure FDA0002255729870000011
其中，Fv为所述有效性标志，m为所述调制指数，mt为所述预定阈值。
8.一种计算机实现的方法，包括：
响应于在马达控制系统的低侧电流测量子系统中检测到电流测量故障，将电流控制器切换为使用前馈电流控制；
识别具有所述电流测量故障的第一相；
计算具有所述电流测量故障的所述第一相的电流测量；以及
使用计算出的电流测量来计算所述马达控制系统的参数估计。
9.根据权利要求8所述的方法，其中，使用所述前馈电流控制来生成马达的输入电压命令。
10.根据权利要求8所述的方法，其中，使用所述马达控制系统中的其余相来计算所述第一相的所述电流测量。
11.根据权利要求8所述的方法，还包括：
通过将所述参数估计与前馈电机参数估计相加，来计算电机参数估计。
12.根据权利要求8所述的方法，其中，响应于有效性标志设置为有效来计算所述参数估计。
13.根据权利要求12所述的方法，其中，基于调制指数来设置所述有效性标志。
14.根据权利要求13所述的方法，其中，基于所述调制指数与预定阈值的比较将所述有效性标志设置为：
Figure FDA0002255729870000021
其中，Fv为所述有效性标志，m为所述调制指数，mt为所述预定阈值。
15.一种转向系统，包括：
马达控制系统，包括低侧电流测量子系统和处理器，所述处理器配置为：
响应于在所述低侧电流测量子系统中检测到电流测量故障，将所述马达控制系统切换为使用前馈电流控制；
识别具有故障电流测量的第一相；
计算具有所述故障电流测量的所述第一相的电流测量；以及
使用计算出的电流测量来计算参数估计。
16.根据权利要求15所述的转向系统，其中，使用所述马达控制系统中的其余相来计算所述第一相的所述电流测量。
17.根据权利要求15所述的转向系统，其中，将所述参数估计与前馈电机参数估计相加，以计算电机参数估计。
18.根据权利要求15所述的转向系统，其中，响应于有效性标志设置为有效来计算所述参数估计。
19.根据权利要求18所述的转向系统，其中，基于调制指数来设置所述有效性标志。
20.根据权利要求19所述的转向系统，其中，基于所述调制指数与预定阈值的比较将所述有效性标志设置为：
Figure FDA0002255729870000031
其中，Fv为所述有效性标志，m为所述调制指数，mt为所述预定阈值。
CN201911052740.9A 2018-10-31 2019-10-31 电流感测故障下永磁同步马达驱动的前馈控制方法及系统 Active CN111200384B (zh)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
US16/177,265 US10717463B2 (en) 2018-10-31 2018-10-31 Feedforward control of permanent magnet synchronous motor drive under current sensing failure
US16/177,265 2018-10-31

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN111200384A true CN111200384A (zh) 2020-05-26
CN111200384B CN111200384B (zh) 2023-06-16

Family

ID=70327784

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201911052740.9A Active CN111200384B (zh) 2018-10-31 2019-10-31 电流感测故障下永磁同步马达驱动的前馈控制方法及系统

Country Status (3)

Country Link
US (1) US10717463B2 (zh)
CN (1) CN111200384B (zh)
DE (1) DE102019129404A1 (zh)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN113922709A (zh) * 2020-07-10 2022-01-11 丁金龙 一种开关磁阻电机控制方法及装置

Families Citing this family (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US11101764B2 (en) * 2019-11-14 2021-08-24 Steering Solutions Ip Holding Corporation Dynamic control of source current in electric motor drive systems
EP3829053B1 (en) * 2019-11-26 2023-07-19 ABB Schweiz AG Electrical drive system with independent diagnostics

Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5927430A (en) * 1997-08-01 1999-07-27 Honda Giken Kogyo Kabushiki Kaisha Electric power steering apparatus
US7091684B2 (en) * 2004-08-02 2006-08-15 Nsk Ltd. Electric power steering apparatus
US20070296375A1 (en) * 2006-06-09 2007-12-27 Nsk Ltd. Control method for motor and controller for motor
JP2008184060A (ja) * 2007-01-30 2008-08-14 Nsk Ltd 電動パワーステアリング装置
CN101686035A (zh) * 2008-09-26 2010-03-31 欧姆龙株式会社 多相电机驱动装置
CN104205617A (zh) * 2012-04-04 2014-12-10 日本精工株式会社 电动机控制装置及搭载其的电动助力转向装置
US9806656B1 (en) * 2016-11-30 2017-10-31 Steering Solutions Ip Holding Corporation Fault tolerant phase current measurement for motor control systems

Family Cites Families (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6900607B2 (en) 2001-08-17 2005-05-31 Delphi Technologies, Inc. Combined feedforward and feedback parameter estimation for electric machines
US7199549B2 (en) 2001-08-17 2007-04-03 Delphi Technologies, Inc Feedback parameter estimation for electric machines
US7576506B2 (en) 2001-12-11 2009-08-18 Delphi Technologies, Inc. Feedforward parameter estimation for electric machines
JP2009081930A (ja) * 2007-09-26 2009-04-16 Jtekt Corp モータ制御装置および電動パワーステアリング装置
JP2012224298A (ja) * 2011-04-22 2012-11-15 Honda Motor Co Ltd 電動パワーステアリング装置
JP5942337B2 (ja) * 2011-04-28 2016-06-29 株式会社ジェイテクト 車両用操舵装置

Patent Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5927430A (en) * 1997-08-01 1999-07-27 Honda Giken Kogyo Kabushiki Kaisha Electric power steering apparatus
US7091684B2 (en) * 2004-08-02 2006-08-15 Nsk Ltd. Electric power steering apparatus
US20070296375A1 (en) * 2006-06-09 2007-12-27 Nsk Ltd. Control method for motor and controller for motor
JP2008184060A (ja) * 2007-01-30 2008-08-14 Nsk Ltd 電動パワーステアリング装置
CN101686035A (zh) * 2008-09-26 2010-03-31 欧姆龙株式会社 多相电机驱动装置
CN104205617A (zh) * 2012-04-04 2014-12-10 日本精工株式会社 电动机控制装置及搭载其的电动助力转向装置
US9806656B1 (en) * 2016-11-30 2017-10-31 Steering Solutions Ip Holding Corporation Fault tolerant phase current measurement for motor control systems

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN113922709A (zh) * 2020-07-10 2022-01-11 丁金龙 一种开关磁阻电机控制方法及装置

Also Published As

Publication number Publication date
US10717463B2 (en) 2020-07-21
DE102019129404A1 (de) 2020-04-30
CN111200384B (zh) 2023-06-16
US20200130732A1 (en) 2020-04-30

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US10340827B2 (en) Fault tolerant current measurement in motor control systems
EP2518894B1 (en) Motor control unit and vehicle steering system
CN111200384B (zh) 电流感测故障下永磁同步马达驱动的前馈控制方法及系统
US10960922B2 (en) Fault tolerant field oriented control for electric power steering
US10822024B2 (en) Current sensor fault mitigation for steering systems with permanent magnet DC drives
US11404984B2 (en) Parameter learning for permanent magnet synchronous motor drives
EP3243728B1 (en) Motor control device, electric power steering device, and vehicle
US20130049652A1 (en) Motor control unit and electric power steering system
JP5267843B2 (ja) 電動パワーステアリング装置
US10906580B2 (en) Method for detecting a torque control defect of an electric motor of a power-steering system of a motor vehicle
JP2009171726A (ja) モータ制御装置および電動パワーステアリング装置
JP5062010B2 (ja) 電動パワーステアリング装置
EP2530829B1 (en) Motor control unit and vehicle steering system
CN114389504A (zh) 具有开路状况的多相同步马达的最佳扭矩控制
US11591009B2 (en) Power management of permanent magnet synchronous motor (PMSM) drive using machine current limiting
JP2016096608A (ja) モータ制御装置、これを使用した電動パワーステアリング装置および車両
CN111010057A (zh) 用于五相同步马达驱动装置的逆变器换向技术
CN110855206B (zh) 永磁同步电机的电机电流限制
JP5434216B2 (ja) モータ制御装置および電動パワーステアリング装置
JP5975143B2 (ja) 車両用操舵装置
US11190126B2 (en) Space vector pulse width modulation for multi-phase machines
JP5327503B2 (ja) モータ制御装置
KR101849903B1 (ko) 전동식 조향 장치의 전류위상 검출 방법

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
GR01 Patent grant
GR01 Patent grant