CN203251267U - 控制装置和车辆驱动系统 - Google Patents
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Abstract
本实用新型公开了一种控制装置和车辆驱动系统,控制装置包括:电流传感器,用于测量电机的三相端中任意两相的电流值,得到电流测量信号;旋变器,用于测量电机的转子的偏转角度,得到角度测量信号;解码器,用于将角度测量信号解码,得到角度测量值;校准器,用于将解码器的角度测量值与校准器中预先设定的零位偏差值相加,得到表示电机的转子转动的实际偏转角度的修正角度值;控制器,用于基于来自电流传感器的所述电流测量信号以及来自校准器的修正角度值进行空间矢量控制,得到电机的矢量信号;驱动电路,用于根据矢量信号,得到用于在下一时刻驱动电机的转子转动的驱动信号。本实用新型能够提高电机的控制精度,从而提高电机电源的利用效率。
Description
技术领域
本实用新型涉及自动控制领域,具体涉及一种直流无刷电机的控制装置。
背景技术
目前,节能竞技大赛的用车大多采用直流无刷电机,并且通常采用如下方式来将直流无刷电机进行控制:在直流无刷电机的定子上布置3个霍尔传感器,以采集电机的转子的偏转角度信息;当电机的转子进入120电角度时,改变空间磁场的方向,以驱动电机的转子转动。
上述直流无刷电机控制方式实现简单,但是精度比较差,特别是在转子进入120电角度而空间磁场方向不变的情况下,将使得转子受到的驱动力有一定损耗,从而使得电机发热大、效率低。
实用新型内容
技术问题
有鉴于此,本实用新型需要解决的问题是,如何实现对电机的精确控制。
技术方案
为了解决上述技术问题,根据本实用新型的一实施例,提供了一种控制装置,包括:
电流传感器130,与所述电机110的三相端连接,用于测量所述电机110的三相端中任意两相的电流值,得到电流测量信号;
旋变器120,其安装在所述电机110的转子的转轴上,用于测量所述电机110的转子转动的偏转角度,得到角度测量信号;
解码器140,与所述旋变器120连接,用于将所述角度测量信号解码,得到角度测量值;
校准器150,与所述解码器140连接,用于根据所述解码器140的角度测量值与所述校准器150中预先设定的零位偏差值,得到表示所述电机110的转子的实际偏转角度的修正角度值;
控制器160,与所述电流传感器130、所述解码器140以及所述校准器150连接,用于基于所述校准器150的修正角度值以及所述电流测量信号,进行空间矢量控制,得到所述电机110的矢量信号;以及
驱动电路170,与所述控制器160以及所述电机110的三相端连接,用于根据所述矢量信号,得到用于在下一时刻驱动所述电机110的转子转动的驱动信号。
对于上述控制装置,在一种可能的实现方式中,还包括:输入装置210,与所述控制器160连接,用于将目标转速信号发送给所述控制器160。
对于上述控制装置,在一种可能的实现方式中,所述控制器包括:第一控制模块220,与所述输入装置210和所述解码器140连接,用于将所述目标转速信号和来自所述校准器150的转速测量值进行比例积分控制,得到电枢电流目标值;
第一变换模块230,与所述校准器150和所述电流传感器130连接,用于基于所述修正角度值将所述电流测量信号进行克拉克变换与帕克变换,得到励磁电流值和电枢电流值;
第二控制模块240,与第一控制模块220和所述第一变换模块230连接,用于将所述电枢电流值和所述电枢电流目标值进行比例积分控制得到电枢电压值,将所述励磁电流值和所述励磁电流目标值进行比例积分控制得到励磁电压值;
第二变换模块250,与所述第二控制模块240连接,用于基于所述修正角 度值将所述励磁电压值和所述电枢电压值进行帕克逆变换,得到电压驱动值;以及
矢量控制模块260,与所述第二变换模块250和所述驱动电路170连接,用于将所述电压驱动值进行空间矢量控制,得到所述矢量信号。
为了解决上述技术问题,根据本实用新型的一实施例,提供了一种车辆驱动系统,包括:本实用新型实施例中任意一种结构的控制装置;所述控制装置与所述车辆的电机连接,用于控制所述电机的转子的转动。
有益效果
本实用新型的控制装置,在电机存在零位偏差的时候可以先测得电机的零位偏差值,然后采用零位偏差值对电机的角度测量值进行修正,得到更为精确的修正角度值,根据电机的修正角度值和电流测量信号,可以对电机转子下一时刻的偏转角度进行矢量控制,这样能够提高电机的控制精度,从而提高电机电源的利用效率。
根据下面参考附图对示例性实施例的详细说明,本实用新型的其他特征及方面将变得清楚。
附图说明
包含在说明书中并且构成说明书的一部分的附图与说明书一起示出了本实用新型的示例性实施例、特征和方面,并且用于解释本实用新型的原理。
图1a示出根据本实用新型一实施例的控制装置的组成结构图;
图1b示出根据本实用新型一实施例的控制装置的控制原理图;
图2a示出根据本实用新型又一实施例的控制装置的组成结构图;
图2b示出根据本实用新型又一实施例的控制装置的系统构成图;
图3示出根据本实用新型再一实施例的车辆驱动系统的示意图。
具体实施方式
以下将参考附图详细说明本实用新型的各种示例性实施例、特征和方面。附图中相同的附图标记表示功能相同或相似的元件。尽管在附图中示出了实施例的各种方面,但是除非特别指出,不必按比例绘制附图。
在这里专用的词“示例性”意为“用作例子、实施例或说明性”。这里作为“示例性”所说明的任何实施例不必解释为优于或好于其它实施例。
另外,为了更好的说明本实用新型,在下文的具体实施方式中给出了众多的具体细节。本领域技术人员应当理解,没有这些具体细节,本实用新型同样可以实施。在另外一些实例中,对于大家熟知的方法、手段、元件和电路未作详细描述,以便于凸显本实用新型的主旨。
实施例一
图1a示出根据本实用新型一实施例的控制装置的组成结构图。图1b示出根据本实施例的控制装置的控制原理图。图1b中标号与图1a相同的组件具有相同的功能。如图1a和图1b所示,该控制装置可以包括:
电流传感器130,与所述电机110的三相端连接,用于测量所述电机110的三相端中任意两相的电流值,得到电流测量信号;
旋变器120,其安装在所述电机110的转子的转轴上,用于测量所述电机110的转子转动的偏转角度,得到角度测量信号;
解码器140,与所述旋变器120连接,用于将所述角度测量信号解码,得到角度测量值;
校准器150,与所述解码器140连接,用于根据所述解码器140的角度测量值与所述校准器150中预先设定的零位偏差值,得到表示所述电机110的转子的实际偏转角度的修正角度值;
控制器160,与所述电流传感器130、所述解码器140以及所述校准器150连接,用于基于所述校准器150的修正角度值以及所述电流测量信号,进行 空间矢量控制,得到所述电机110的矢量信号;以及
驱动电路170,与所述控制器160以及所述电机110的三相端连接,用于将所述矢量信号进行处理,例如:将矢量信号进行放大等处理,得到用于在下一时刻驱动所述电机110的转子的驱动信号。
下面参照图1b详述本实施例的控制装置的工作原理。
具体地,解码器140对旋变器120测量到的电机110的角度测量信号进行解码,得到角度测量值θ0并发送给校准器150;校准器150根据角度测量值θ0与校准器150中预先设定的零位偏差值Δ,得到表示电机110的转子的实际偏转角度的修正角度值θ,例如:将角度测量值θ0与零位偏差值Δ相加或相减得到修正角度值θ,也可能有其他的运算方式,在此不进行具体限制。然后根据该修正角度值θ计算得到表示电机110的转子的实际转速的转速测量值ωm,并将修正角度值θ和转速测量值ωm反馈给控制器160;控制器160将从目标转速信号中获取的目标转速值ωref与转速测量值ωm作PI(proportional integral controller,比例积分控制)得到电枢电流目标值Iqref;
电流传感器130将检测到的当前电机110中任意两相的电流测量信号发送给控制器160;控制器160从电流测量信号中可以获取任意两相的电流测量值Ib和Ic,然后对电流测量值Ib和Ic进行克拉克(Clarke)变换得到两相静止坐标系下的电流值Isα和Isβ;基于修正角度值θ将该两相静止坐标系下的电流值Isα和Isβ进行帕克(Park)变换,得到电枢电流值Iq和励磁电流值Id;
控制器160将励磁电流值Id和励磁电流目标值Idref进行比例积分控制(PI)得到励磁电压值Vd,将电枢电流值Iq和电枢电流目标值Iqref进行比例积分控制(PI)得到电枢电压值Vq,其中,由于电机110为永磁电机,因此控制器160将电枢电流目标值Idref设定为恒为0;基于所述修正角度值θ将励磁电压值Vd和电枢电压值Vq进行帕克逆(Park-1)变换,得到两相静止坐标系下的电压驱动值Vα和Vβ;将所述电压驱动值进行空间矢量控制,得到表示电机110在 下一时刻的U、V、W三相端相互之间的电流输入输出关系的矢量信号,并将该矢量信号传送给驱动电路170;
驱动电路170将该矢量信号进行放大处理,得到对应的用于在下一时刻驱动所述电机110的转子转动的驱动信号,并将该驱动信号发送给电机110;
电机110的定子在该驱动信号的驱动下,生成与电机110的转子实时正交的空间磁场,导致电机110的转子在该空间磁场的作用下发生偏转。
如此往复,经过连续的控制,可以实时生成与电机110的转子实时正交的空间磁场,从而实现直流无刷电机的高精度、高效率控制。
如图1b所示,上述实施例中的解码器140和校准器150可以由RDC(Resolver-to-Digital Converter,旋变数字转换器)模块190实现;控制器160可以由中央处理单元100实现,中央处理单元100可以由CPU(Central Processing Unit,中央处理器)或MCU(Micro Control Unit,微控制单元)等实现;旋变器120安装在电机110的转子的转轴上,旋变器120测量电机110的转子的偏转角度,将得到的角度测量信号通过旋变器接口输出到解码器140上;电流传感器130布置在电机110的U、V、W三相端的接线柱上;驱动电路170的U、V、W三相输出信号可以通过电缆分别连接到电机110的U、V、W三相端的接线柱上。
本实施例的控制装置,在电机存在零位偏差的时候可以先测得电机的零位偏差值,然后可以采用零位偏差值对电机的角度测量值进行修正得到更为精确的修正角度值,根据电机的修正角度值和电流测量信号,可以对电机转子下一时刻的偏转角度进行矢量控制,这样能够提高电机的控制精度,从而提高电机电源的利用效率。
实施例二
图2a示出根据本实用新型另一实施例的控制装置的组成结构图。图2b示出根据本实用新型又一实施例的控制装置的系统构成图。图2a、2b中标号与 图1a、图1b中相同的组件具有相同的功能。如图2a所示,本实施例的控制装置,与图1a、图1b所示的控制装置相比,主要区别在于,还可以包括:输入装置210,与所述控制器160连接,用于将目标转速信号发送给所述控制器160。控制器160可以从目标转速信号中解析得到目标转速值ωref,从而与转速测量值ωm作PI得到电枢电流目标值Iqref,再进行后续处理。
进一步地,如图2b所示,该控制器160可以包括:
第一控制模块220,与所述输入装置210和所述解码器140连接,用于将从所述目标转速信号中获取的目标转速值和来自所述校准器150的转速测量值进行比例积分控制,得到电枢电流目标值;
第一变换模块230,与所述校准器150和所述电流传感器130连接,用于基于所述修正角度值将从所述电流测量信号中获取的电流测量值进行克拉克变换与帕克变换,得到励磁电流值和电枢电流值;
第二控制模块240,与所述第一控制模块220和所述第一变换模块230连接,用于将所述电枢电流值和所述电枢电流目标值进行比例积分控制得到电枢电压值,将所述励磁电流值和所述励磁电流目标值进行比例积分控制得到励磁电压值;
第二变换模块250,与所述第二控制模块240连接,用于基于所述修正角度值将所述励磁电压值和所述电枢电压值进行帕克逆变换,得到电压驱动值;以及
矢量控制模块260,与所述第二变换模块250和所述驱动电路170连接,用于将所述电压驱动值进行空间矢量控制,得到所述矢量信号。
如图2b所示,上述实施例中的控制装置中的解码器140、校准器150和控制器160可以由控制板270实现,控制板270可以由带有RDC模块和CPU的控制系统实现;驱动电路170可以由驱动板280实现;旋变器120安装在电机110的转子的转轴上,旋变器120测量电机110的转子的偏转角度,将得到的角度 测量信号通过旋变器接口输出到解码器140上;电流传感器130可以布置在电机110的U、V、W三相端的端子上;驱动电路170的U、V、W三相输出信号可以通过电缆分别连接到电机110的U、V、W三相端输入接口上;输入装置210可以由油门把手实现。
本实施例的控制装置,可以在电机存在零位偏差的时候可以先测得电机的零位偏差值,然后采用零位偏差值对电机的角度测量值进行修正得到更为精确的修正角度值,根据电机的修正角度值和电流测量信号,可以对电机转子下一时刻的偏转角度进行矢量控制,这样能够提高电机的控制精度,减少电机的发热量,从而提高电机电源的利用效率。此外,可以通过输入装置将目标转速信号发送给控制器,使得用户对车辆速度的控制操作更简单方便,易于实现。
实施例三
图3示出根据本实用新型再一实施例的车辆驱动系统的示意图。如图3所示,本实施例的车辆驱动系统可以包括:本实用新型实施例中任意一种结构的控制装置;所述控制装置与所述车辆驱动系统的电机110连接,用于控制所述电机110的转子转动。
如图3所示,输入装置210可以由油门把手实现,油门把手(图中未示)连接到控制装置320上,控制装置320紧固到车辆的车身360上,电机110(旋变器120与电机110连接)与车轮340之间通过链条350传动,电池330用于为车辆提供电源。其中,用户通过操纵油门把手可以给定电机110的目标速度,这样,用户可以通过操纵油门把手的方式来控制车辆的速度的快慢。
本实施例的车辆驱动系统,可以在电机存在零位偏差的时候可以先测得电机的零位偏差值,然后采用根据本实用新型的上述实施例的控制装置,能够提高电机的控制精度,减少电机的发热量,从而提高电机电源的利用效率。此外,还可以降低电机的抖动,使得安装有该电机的车辆运行更加平稳,提 高该车辆的电源的利用效率,使该车辆的续航时间更长,从而使得该车辆更加环保节能。此外,可以通过输入装置将目标转速信号发送给控制器,使用户对车辆速度的控制操作更简单方便,易于实现。
以上所述,仅为本实用新型的具体实施方式,但本实用新型的保护范围并不局限于此。任何熟悉本技术领域的技术人员在本实用新型揭露的技术范围内,可轻易想到变化或替换,都应涵盖在本实用新型的保护范围之内。因此,本实用新型的保护范围应所述以权利要求的保护范围为准。
Claims (4)
1.一种控制装置,用于对电机进行控制,其特征在于,包括:
电流传感器(130),与所述电机(110)的三相端连接,用于测量所述电机(110)的三相端中任意两相的电流值,得到电流测量信号;
旋变器(120),其安装在所述电机(110)的转子的转轴上,用于测量所述电机(110)的转子转动的偏转角度,得到角度测量信号;
解码器(140),与所述旋变器(120)连接,用于将所述角度测量信号解码,得到角度测量值;
校准器(150),与所述解码器(140)连接,用于根据所述解码器(140)的角度测量值与所述校准器(150)中预先设定的零位偏差值,得到表示所述电机(110)的转子转动的实际偏转角度的修正角度值;
控制器(160),与所述电流传感器(130)、所述解码器(140)以及所述校准器(150)连接,用于基于所述校准器(150)的修正角度值以及所述电流测量信号,进行空间矢量控制,得到所述电机(110)的矢量信号;以及
驱动电路(170),与所述控制器(160)以及所述电机(110)的三相端连接,用于根据所述矢量信号,得到用于在下一时刻驱动所述电机(110)的转子转动的驱动信号。
2.根据权利要求1所述的控制装置,其特征在于,还包括:
输入装置(210),与所述控制器(160)连接,用于将目标转速信号发送给所述控制器(160)。
3.根据权利要求2所述的控制装置,其特征在于,所述控制器包括:
第一控制模块(220),与所述输入装置(210)和所述解码器(140)连接,用于将从所述目标转速信号中获取的目标转速值和来自所述校准器(150)的转速测量值进行比例积分控制,得到电枢电流目标值;
第一变换模块(230),与所述校准器(150)和所述电流传感器(130)连接,用于基于所述修正角度值将从所述电流测量信号中获取的电流测量值进行克拉克变换与帕克变换,得到励磁电流值和电枢电流值;
第二控制模块(240),与所述第一控制模块(220)和所述第一变换模块(230)连接,用于将所述电枢电流值和所述电枢电流目标值进行比例积分控制得到电枢电压值,将所述励磁电流值和所述励磁电流目标值进行比例积分控制得到励磁电压值;
第二变换模块(250),与所述第二控制模块(240)连接,用于基于所述修正角度值将所述励磁电压值和所述电枢电压值进行帕克逆变换,得到电压驱动值;以及
矢量控制模块(260),与所述第二变换模块(250)和所述驱动电路(170)连接,用于将所述电压驱动值进行空间矢量控制,得到所述矢量信号。
4.一种车辆驱动系统,包括:权利要求1-3中任一项所述的控制装置;
所述控制装置与所述车辆的电机连接,用于控制所述电机的转子转动。
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Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
C14 | Grant of patent or utility model | ||
GR01 | Patent grant | ||
CP03 | Change of name, title or address |
Address after: No. 451, Zixing Road, Zizhu Science Park, Minhang District, Shanghai 200241 Patentee after: Hitachi astemo automotive electronics (Shanghai) Co.,Ltd. Address before: No. 451, Zixing Road, Zizhu Science Park, Minhang District, Shanghai 200241 Patentee before: KEIHIN R&D CHINA Co.,Ltd. |
|
CP03 | Change of name, title or address | ||
CX01 | Expiry of patent term |
Granted publication date: 20131023 |
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CX01 | Expiry of patent term |