CN117356029A - 用于获知角度差的方法和装置 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种用于获知电机(220)的转子位置传感器(210)的零位置与电机(220)的永磁体的取向之间的角度差(PhiOffs_opt)的方法(100)和装置，其中电机(220)借助磁场定向的调节机构来调节，并且电机的转子旋转。该方法包括以下步骤：预定(150)不等于0安培的第一d‑额定电流值(Id_soll_1)并且预定第一q‑额定电流值(Iq_soll_1)；获知(155)第一d‑额定电压(Ud_soll_1)和第一q‑额定电压(Uq_soll_1)；预定(160)第二d‑额定电流值(Id_soll_2)，其中第二d‑额定电流值(Id_soll_2)对应于具有互补符号的第一d‑额定电流值(Id_soll_1)的值，并且预定第二q‑额定电流值(Iq_soll_2)，其中第二q‑额定电流值(Iq_soll_2)对应于具有互补符号的第一q‑额定电流值(Iq_soll_1)的值；获知(170)第二d‑额定电压(Ud_soll_2)和第二q‑额定电压(Uq_soll_2)；根据所获知的第一d‑额定电压(Ud_soll_1)、第一q‑额定电压(Uq_soll_1)、第二d‑额定电压(Ud_soll_2)和第二q‑额定电压(Uq_soll_2)来获知(175)角度误差(PhiErr_opt)；根据角度误差(PhiErr_opt)来获知(180)角度差(PhiOffset_opt)。

Description

用于获知角度差的方法和装置
技术领域
本发明涉及一种用于获知电机的转子位置传感器的零位置与电机的永磁体的取向之间的角度差的方法和装置。此外，本发明涉及一种具有相应的装置的驱动系和一种具有驱动系的车辆以及一种计算机程序和一种计算机可读的介质。
背景技术
在电动车和混动车中，电机、优选同步电机通常用作牵引或驱动机器。为了有效调节电机、尤其是其驱动力矩，电机的转子位置传感器的零位置与转子的永磁体的取向之间的角度差或偏置角度必须是已知的。该值越精确地已知，那么可以越精确地调节机器。因此优选地，为了调节电机，转子的永磁体的取向可以与磁场定向的调节机构的旋转的坐标系的d轴比较。作为用于确定转子位置的位置传感器，优选使用分解器或增量编码器或其他的位置编码器。
从现有技术已知用于获知该偏置角度的不同的方法。
已知的方法是零电流调节。在这些方法中，在机器转动时，电流被调节为零安培电流强度。为了将电流调节为0安培，电流调节器必须补偿转动的电机或转子的在此感应的电压。根据引导参量(额定电流)和反馈(实际电流)的调节偏差，在静止状态下，作为电流调节器的输出参量(作为调节参量)产生额定电压，其相位置对应于感应的电压，并且因此也对应于转子的永磁体的取向或永磁体的正流动方向的方向。在借助零电流调节获知偏置角度时，干扰参量会使结果失真。最相关的干扰参量之一是由电流调节器获知的额定电压(Udq_Soll)与在电机绕组上实际存在的实际电压(Udq_Ist)之间的差异。所获知的额定电压(Udq_Soll)和实际存在的实际电压(Udq_Ist)之间的差也被称为误差电压(Uq_error)。
Udq_Ist≠Udq_Solll；
Udq_Ist-Udq_Soll＝Udq_error
在零电流调节的方法中，在运行点中(其中，电流被调节为0安培的电流强度)，误差电压是不充分已知的。在该运行点中，误差电压因此不能被补偿。
文献DE 10 2008 001 408 Al公开了一种备选的方法。偏置角度被获知为场角、创建的定子磁场和获知的传感器角度之间的差的函数。
存在用于校准偏置角度的方法和装置的需求。
发明内容
提供一种用于获知电机的转子位置传感器的零位置与电机的永磁体的取向之间的角度差的方法，其中电机借助磁场定向的调节机构来调节，并且电机的转子旋转。该方法包括以下步骤：预定不等于0安培的第一d-额定电流值并且预定第一q-额定电流值；获知产生的第一d-额定电压和第一q-额定电压；预定第二d-额定电流值，其中第二d-额定电流值对应于具有互补符号的第一d-额定电流值的值，并且预定第二q-额定电流数值，其中第二q-额定电流值对应于具有互补标号的第一q-额定电流值；获知产生的第二d-额定电压和第二q-额定电压；根据所获知的第一d-额定电压、第一q-额定电压、第二d-额定电压和第二q-额定电压来获知角度误差；根据角度误差来获知角度差。
因此，提供一种用于获知电机的转子位置传感器的零位置与电机的永磁体的取向之间的角度差的方法。电机借助磁场定向的调节机构来调节。电机的磁场定向的调节机构是已知的。在此，假设为尽可能正弦的交流参量(例如交流电压和交流电流)不直接在其时间上的瞬时值中加以调节，而是以相位角在该周期内被调试的瞬时值中加以调节。针对该目的，检测到的交流参量、例如电机的实际相电流分别被传递到以交流参量的频率旋转的坐标系。在旋转的坐标系内，在电机的静止运行中，由交流参量产生直流参量，调节技术的所有常见的方法可以应用于直流参量。为了确定转子的位置，使用位置编码器或转子位置传感器，其输出用于确定转子相对于定子的角度信号。由于多相的、相移的、创建到定子中的交流电流，在电机运行时产生旋转磁场。该旋转磁场的方向对应于产生的总流的方向，该总流通过由永磁体产生的转子流和由定子电流产生的定子流的叠加而产生。对于调节来说，转子位置传感器的角度信号与实际的转子流方向或电机的永磁体的取向之间的偏差(即偏置角度或角度差)的精确的认知是重要的，因为对于电机的调节来说，从角度信号和偏置角度中计算转子流方向。在旋转的坐标系、d/q坐标系(其与转子流同步转动，并且其d轴沿转子流的方向指向)内，定子电流表示为定子电流指针Is，定子电流指针通过其量值和其方向来表征。该电流指针与电机的旋转的定子或转子流同步地转动。在d/q坐标系中，电流指针可以被分解为两个分量Isd和Isq，其在静止情况下是相同参量。因此，在磁场定向的调节机构中，例如借助电流传感器检测实际相电流lu、Iv、Iw。借助d/q变换或park变换，三相参量被转换为具有d和q轴的双轴坐标系。作为用于调节的引导参量，通常根据转矩期望来获知和预定额定电流。在d/q系统中，从额定电流和d/q-实际电流的差中来获知调节偏差，并将其作为输入参量提供给电流调节器。调节器输出d/q-额定电压作为调节参量。d/q-额定电压被反向变换至三相系统。这些三相的额定电压借助逆变器被提供以向电机供电，并且施加到电机的各个相。电机的转子在用于获知角度差的方法期间旋转。为此，转子优选在外部被驱动，优选例如在车辆的驱动轴的无负载的惯性运动(Auslauf)中被驱动，或在测试台上优选无负载地、优选与驱动系分离地被驱动。
该方法包括以下步骤：预定第一额定电流值作为引导参量，其中在d/q系统中，预定不等于0安培的第一d-额定电流值，并且预定第一q-额定电流值。获知设定的或产生的第一d/q-额定电压作为电流调节器的调节参量，其中在d/q系统中获知第一d-额定电压和第一q-额定电压。预定第二额定电流值作为引导参量，其中在d/q系统中预定第二d-额定电流值和第二q-额定电流值。在此，第二d-额定电流值对应于具有互补符号的第一d-额定电流值，并且同样地，第二q-额定电流值对应于具有互补符号的第一q-额定电流值。设定的或产生的第二d/q-额定电压被获知为电流调节器的调节参量，其中在d/q系统中获知第二d-额定电压和第二q-额定电压。优选地，借助恒定的额定电流值预定额定电流。优选地，额定电流也可预定为交流参量，其平均值对应于预定的额定电流值。优选地，然后也可以将交流参量设定为额定电压，其平均值被获知为额定电压。此外，根据所获知的第一d-额定电压、第一q-额定电压、第二d-额定电压和第二q-额定电压来获知角度误差。最后，根据角度误差来获知角度差。优选地，为了电机的另外的调节，所获知的角度差被输送给电流调节器。
有利地提供一种用于获知电机的转子位置传感器的零位置与电机的永磁体的取向之间的角度差的方法。这是一种调节技术解决方案，其能够实现精确确定角度差，而不用测量相电压。与已知的方法相比更高的质量由以下产生，即误差电压和额定电流在小的电流的情况下相对于原点点对称。借助预定具有相反符号的两个额定电流((Id_soll_l,Iq_soll_l)、(-Id_soll_l,-Iq_soll_l))同样产生具有相反符号的误差电压(Udq_error(Id_soll_l,Iq_soll_l)、Udq_error(-Id_soll_l,-Iq_soll_l))：
Udq_error(Id_soll_l,Iq_soll_l)＝-Udq_error(-Id_soll_l,-Iq_soll_l)。
针对误差电压，以数学表述地产生：
Ud_error(Id,Iq)＝-Ud_error(-Id,-Iq)和
Uq_error(Id,Iq)＝-Uq_error(-Id,-Iq)
针对实际存在的实际电压产生：
Ud_Istl＝Ud_soll_l+Ud_error；Ud_lst2＝Ud_soll_2-Ud_error；
Uq_Istl＝Uq_soll_l+Uq_error；Uq_lst2＝Uq_soll_2-Uq_error；
在两个实际电压求和时，对称的误差电压近似消除。产生：
Ud_soll_l+Ud_soll_2＝Ud_Ist_l+Ud_Ist_2
Uq_soll_l+Uq_soll_2＝Uq_Ist_l+Uq_Ist_2
因此，在获知角度差时考虑这些关系的情况下，使误差电压的误差影响最小化。
在本发明的另一设计方案中，预定等于0安培的第一q-额定电流值。
在预定第一额定电流值作为引导参量时，在d/q系统中预定不等于0安培的第一d-额定电流值，并且预定等于0安培的第一q-额定电流值。
有利地提供一种备选的方法，该方法在执行期间不产生力矩或仅产生小的力矩。
在本发明的另一设计方案中，根据第一d-额定电压和第二d-额定电压的第一总和与第一q-额定电压和第二q-额定电压的第二总和的商的反正切来获知角度误差。
为了获知角度误差，形成商的反正切。商的分子是第一d-额定电压和第二d-额定电压的第一总和。商的分母是第一q-额定电压和第二q-额定电压的第二总和。
以数学方式产生：
PhiErr_opt＝atan((Ud_soll_l+Ud_soll_2)/(Uq_soll_l+Uq_soll_2))
有利地提供用于根据电流调节器的参量获知角度误差的计算规则。
在本发明的另一设计方案中，该方法包括另外的步骤：根据预定的角度差来获知角度差。
对于在系统中已经已知预定的角度差、尤其是稍微不精确的预定的角度差的情况，根据预定的角度差来计算角度差。
有利地提供一种用于更精确地确定角度差的方法。
在本发明的另一设计方案中，根据预定的角度误差获知预定的角度差。尤其地，根据传感器角度差与预定的角度误差的差来获知预定的角度差。传感器角度差例如是描述转子位置传感器相对于电机的永磁体的取向或转子的零位置的安装位置的值，或者是转子位置传感器特有的值，其描述了相对于电机的永磁体的取向或转子的零位置的传感器信号偏差。
有利地提供一种用于获知预定的角度差的方法。
在本发明的另一设计方案中，根据零电流调节或测试脉冲方法来获知预定的角度误差。
零电流调节在开篇示例性地被描述，测试脉冲方法示例性从文献DE 10 2008 042360Al已知。
有利地提供一种用于获知预定的角度误差的方法。
在本发明的另一设计方案中，根据预定的角度差与角度误差的差来获知角度差。
此外，本发明涉及一种用于获知电机的转子位置传感器的零位置与电机的永磁体的取向之间的角度差的装置，其中电机借助磁场定向的调节机构来调节，并且电机的转子旋转，装置具有逻辑器件，其设立用于执行上述的方法。
用于获知电机的转子位置传感器的零位置与电机的永磁体的取向之间的角度差的装置包括逻辑器件，该逻辑器件设立用于，不仅给电流调节器预定引导参量、优选额定电流值，而且获知或读入电流调节器的额定参量、优选额定电压，并且实施所描述的用于获知角度差的计算。
有利地提供一种用于获知电机的转子位置传感器的零位置与电机的永磁体的取向之间的角度差的装置。与已知的解决方案相比，可实现的精度是非常高的，并且不需要测量电机上的相电压。
此外，本发明涉及一种具有所描述的装置的驱动系。尤其驱动系包括电力电子装置、电驱动器和/或用于向电驱动器供应电能的电池。这样的驱动系例如用于驱动电动车。借助该方法和装置能够实现驱动系的安全运行。
此外，本发明涉及一种具有所描述的驱动系的车辆。因此，有利地提供一种车辆，该车辆包括装置，利用该装置获知电机的转子位置传感器的零位置与电机的永磁体的取向之间的角度差。
此外，本发明涉及一种计算机程序，该计算机程序包括指令，这些指令促使所描述的装置实施所描述的方法步骤。或者计算机程序包括指令，指令在由计算机实施时促使计算机实施迄今描述的方法的步骤。
此外，本发明涉及一种计算机可读的介质，计算机程序存储在该计算机可读的介质上。或者计算机可读的存储介质包括指令，指令在由计算机实施时促使计算机实施迄今描述的方法的步骤。
要理解的是，根据本发明的方法的特征、特性和优点相应适用于或可应用于装置或驱动系和车辆，反之亦然。
本发明的实施方式的另外的特征和优点由以下参考附图的描述得到。
附图说明
随后会借助一些附图详细阐述本发明。
图1示出了用于获知电机的转子位置传感器的零位置与电机的永磁体的取向之间的角度差的装置的示意图，
图2示出了用于获知电机的转子位置传感器的零位置与电机的永磁体的取向之间的角度差的方法的示意性示出的流程图，
图3示出了带有驱动系的示意性示出的车辆。
具体实施方式
图1示出了用于获知电机220的转子位置传感器210的零位置与电机220的永磁体的取向之间的角度差PhiOffs_opt的装置200。转子位置传感器210输出信号Phi_Sens。优选地，从信号Phi_Sens和所获知的角度差PhiOffs_opt中获知角度信号Phi，该角度信号用于调节电机。电机220借助磁场定向的调节机构来调节。磁场定向的调节机构尤其包括d/q变换245、电流调节器250和d/q逆变换255(也被称为反向变换)。优选地，在借助d/q变换245的磁场定向的调节机构中，预定的引导参量、例如额定电流I_soll被变换到d/q系统中，或者额定电流直接作为d/q参量、即Id_soll和Iq_soll被预定给磁场定向的调节机构。优选根据角度信号Phi来进行d/q变换。在d/q系统中，从额定电流Id_soll、Iq_soll和d/q-实际电流Id_ist、Iq_ist的差中获知调节偏差，并将其作为输入参量提供给电流调节器250。调节器输出d/q系统中的额定电压Ud_soll和Uq_soll作为调节参量。这些d/q-额定电压借助d/q逆变换255被反向变换到三相系统中。优选地，根据角度信号Phi来进行反向变换。三相的额定电压Uu、Uv、Uw借助逆变器230被提供以向电机供电并施加到电机的各个相。在电机220的绕组处产生实际电流lu、Iv、Iw，其例如借助电流传感器被检测，并且被输送至磁场定向的调节机构。借助d/q变换245，实际电流被转移到d/q系统中。在那里，如上所述，为了获知调节偏差，实际电流被输送至由额定电流和d/q-实际电流形成的差。装置200包括逻辑单元225、尤其是计算单元。逻辑单元225设立用于，借助读入/输出单元222输出并且预定不等于0安培的第一d-额定电流值Id_soll_l。尤其地，第一d-额定电流值Id_soll_l优选在d/q系统中被预定为磁场定向的调节机构的d-额定电流。同样地，输出并预定第一q-额定电流值Iq_soll_l。尤其地，第一q-额定电流值Iq_soll_l优选在d/q系统中被预定为磁场定向的调节机构的q-额定电流。逻辑单元225此外设立用于，借助读入/输出单元222读入或获知第一d-额定电压Ud_soll_1和第一q-额定电压Uq_soll_1。第一d-额定电压Ud_soll_1和第一q-额定电压Uq_soll_1是电流调节器250的输出参量，尤其是当预定的d-和q-额定电流值被调设时。逻辑单元225此外设立用于，借助读入/输出单元222输出并且预定不等于0安培的第二d-额定电流值Id_soll_2。尤其地，第二d-额定电流值Id_soll_2优选在d/q系统中被预定为磁场定向的调节机构的d-额定电流。同样地，输出并且预定第二q-额定电流值Iq_soll_2。尤其地，第二q-额定电流值Iq_soll_2优选在d/q系统中被预定为磁场定向的调节机构的q-额定电流。逻辑单元225此外设立用于，借助读入/输出单元222读入或获知第二d-额定电压Ud_soll_2和第二q-额定电压q_soll_2。第二d-额定电压Ud_soll_2和第二q-额定电压Uq_soll_2是电流调节器250的输出参量，尤其是当预定的d-和q-额定电流值被调设时。逻辑单元225此外设立用于，借助读入/输出单元222，根据所获知的第一d-额定电压Ud_soll_l、第一q-额定电压Uq_soll_l、第二d-额定电压Ud_soll_2和第二q-额定电压Uq_soll_2来获知角度误差PhiErr_opt。逻辑单元225此外设立用于，借助获知单元224，根据角度误差PhiErr_opt获知并且输出角度差PhiOffs_opt。优选地，利用所获知的角度差PhiOffs_opt修正角度位置传感器的信号Phi_Sens。优选地，由此产生角度信号Phi，其用于调节电机。优选地，读入/输出单元222输出并且预定等于0安培的第一q-额定电流值Iq_soll_1。优选地，读入/输出单元222根据第一d-额定电压Ud_soll_1和第二d-额定电压Ud_soll_2的总和与第一q-额定电压Uq_soll_1和第二q-额定电压Uq_soll_2的总和的商的反正切来获知角度误差PhiErr_opt。优选地，获知单元224根据预定的角度差PhiOffs_vor获知角度差PhiOffs_opt。逻辑单元225优选此外设立用于，借助预定单元226，根据预定的角度误差PhiErr_vor或根据传感器角度差PhiOffs_Sens与预定的角度误差PhiErr_vor的差来获知预定的角度差PhiOffs_vor。
图2示出了用于获知电机220的转子位置传感器210的零位置与电机220的永磁体的取向之间的角度差PhiOffs_opt的方法100的示意性示出的流程图。电机220借助磁场定向的调节机构来调节，并且电机220的转子旋转。方法100以步骤105开始。在步骤150中预定不等于0安培的第一d-额定电流值Id_soll_l，并且预定第一q-额定电流值Iq_soll_l。在步骤155中获知第一d-额定电压Ud_soll_l和第一q-额定电压Uq_soll_l。在步骤160中预定第二d-额定电流值Id_soll_2，其中第二d-额定电流值Id_soll_2对应于具有互补符号的第一d-额定电流值Id_soll_l的值，并且预定第二q-额定电流值Iq_soll_2，其中第二q-额定电流值Iq_soll_2对应于具有互补符号的第一q-额定电流值Iq_soll_l的值。在步骤170中获知第二d-额定电压Ud_soll_2和第二q-额定电压Uq_soll_2。在步骤175中，根据所获知的第一d-额定电压Ud_soll_l、第一q-额定电压Uq_soll_l、第二d-额定电压Ud_soll_2和第二q-额定电压Uq_soll_2来获知角度误差PhiErr_opt。在步骤180中，根据角度误差PhiErr_opt来获知角度差PhiOffs_opt。优选地，在步骤182中，根据预定的角度差PhiOffs_vor获知角度差PhiOffs_opt。方法以步骤195结束。
图3示出了带有驱动系300的示意性示出的车辆400。驱动系包括用于获知电机220的转子位置传感器210的零位置与电机220的永磁体的取向之间的角度差PhiOffs_opt的装置200。优选地，驱动系300包括电机220、逆变器230和/或用于向电驱动系300供应电能的电池232。

Claims (12)

1.一种用于获知电机(220)的转子位置传感器(210)的零位置与所述电机(220)的永磁体的取向之间的角度差(PhiOffs_opt)的方法(100)，
其中，所述电机(220)借助磁场定向的调节机构来调节，并且所述电机(220)的转子旋转，
所述方法包括以下步骤：
预定(150)不等于0安培的第一d-额定电流值(Id_soll_1)并且预定第一q-额定电流值(Iq_soll_1)；
获知(155)第一d-额定电压(Ud_soll_1)和第一q-额定电压(Uq_soll_1)；
预定(160)第二d-额定电流值(Id_soll_2)，其中，所述第二d-额定电流值(Id_soll_2)对应于具有互补符号的所述第一d-额定电流值(Id_soll_1)的值，并且预定第二q-额定电流值(Iq_soll_2)，其中，所述第二q-额定电流值(Iq_soll_2)对应于具有互补符号的所述第一q-额定电流值(Iq_soll_1)的值；
获知(170)第二d-额定电压(Ud_soll_2)和第二q-额定电压(Uq_soll_2)；
根据所获知的所述第一d-额定电压(Ud_soll_1)、所述第一q-额定电压(Uq_soll_1)、所述第二d-额定电压(Ud_soll_2)和所述第二q-额定电压(Uq_soll_2)来获知(175)角度误差(PhiErr_opt)；
根据所述角度误差(PhiErr_opt)来获知(180)所述角度差(PhiOffset_opt)。
2.根据权利要求1所述的用于获知角度差(PhiOffs_opt)的方法(100)，
其中，所述第一q-额定电流值(Iq_soll_l)被预定为等于0安培。
3.根据前述权利要求中任一项所述的用于获知角度差(PhiOffs_opt)的方法(100)，
其中，根据所述第一d-额定电压(Ud_soll_1)和所述第二d-额定电压(Ud_soll_2)的第一总和与所述第一q-额定电压(Uq_soll_1)和所述第二q-额定电压(Uq_soll_2)的第二总和的商的反正切来获知(175)所述角度误差(PhiErr_opt)。
4.根据前述权利要求中任一项所述的用于获知角度差(PhiOffs_opt)的方法(100)，
所述方法具有另外的步骤：
根据预定的角度差(PhiOffs_vor)来获知(182)所述角度差(PhiOffs_opt)。
5.根据权利要求4所述的用于获知角度差(PhiOffs_opt)的方法(100)，
其中，根据预定的角度误差(PhiErr_vor)，尤其是根据传感器角度差(PhiOffs_Sens)和预定的角度误差(PhiErr_vor)的差来获知所述预定的角度差(PhiOffs_opt)。
6.根据权利要求5所述的用于获知角度差(PhiOffs_opt)的方法(100)，
其中，根据零电流调节或测试脉冲方法来获知所述预定的角度误差(PhiErr_vor)。
7.根据权利要求4至6中任一项所述的用于获知角度差(PhiOffs_opt)的方法(100)，
其中，根据所述预定的角度差(PhiOffs_vor)和所述角度误差(PhiErr_opt)的差来获知所述角度差(PhiOffs_opt)。
8.一种用于获知电机(220)的转子位置传感器(210)的零位置与所述电机(220)的永磁体的取向之间的角度差(PhiOffs_opt)的装置(200)，
其中，所述电机(220)借助磁场定向的调节机构来调节，并且所述电机(200)的转子旋转，所述装置具有逻辑器件(225)，所述逻辑器件设立用于执行根据权利要求1至7中任一项所述的方法(100)。
9.一种驱动系(300)，所述驱动系具有根据权利要求8所述的装置(200)。
10.一种车辆(400)，所述车辆具有根据权利要求9所述的驱动系(300)。
11.一种计算机程序，所述计算机程序包括指令，所述指令促使根据权利要求8所述的装置(200)实施根据权利要求1至7所述的方法步骤。
12.一种计算机可读的介质，根据权利要求11所述的计算机程序存储在所述计算机可读的介质上。
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