DE102016205994A1

DE102016205994A1 - Verfahren zum Steuern eines Motors

Info

Publication number: DE102016205994A1
Application number: DE102016205994.7A
Authority: DE
Inventors: Dong Hun Lee; Chang Seok Ryu; Min Su Kang; Sung Do Kim
Original assignee: Hyundai Motor Co
Current assignee: Hyundai Motor Co
Priority date: 2015-08-28
Filing date: 2016-04-11
Publication date: 2017-03-02
Also published as: US10003289B2; KR20170026785A; KR101755831B1; CN106487285B; CN106487285A; US20170063263A1

Abstract

Ein Verfahren zum Steuern eines Motors ist geliefert. Das Motorsteuerverfahren enthält das Ableiten eines Motor-Drehzahlschätzwertes unter Verwendung eines Drehzahlschätzer-Modells und Ableiten eines Frequenzschätzwertes eines Hall-Sensors des Motors basierend auf dem abgeleiteten Drehzahlschätzwert. Zudem wird ein Filter zur Rauscherfassung basierend auf dem abgeleiteten Frequenzschätzwert des Hall-Sensors und dem abgeleiteten Drehzahlschätzwert eingestellt. Eine Frequenz des Hall-Sensors des Motors, die von dem Hall-Sensor abgeleitet wird, wird dann auf ein vorbestimmtes Filter angewandt, um eine Hall-Sensor-Rauschfrequenz zu erfassen.

Description

HINTERGRUND
1. Gebiet der Erfindung
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Steuern eines Motors, das zum effektiven Beseitigen eines Rauschens fähig ist, das an einem Hall-Sensor erzeugt wird, der eine Position eines Rotors in dem Motor misst.
2. Beschreibung der verwandten Technik
Zur Steuerung eines 3-phasigen bürstenlosen Motors zur motorbetriebenen Servolenkung ist es im Allgemeinen erforderlich, eine Position eines Rotors in einem Motor akkurat zu berechnen. Ein Stator in solch einem Motor nutzt ein Magnetfeld, das erzeugt wird, wenn Strom durch eine 3-phasige Spule fließt. Andererseits verwendet der Rotor des Motors Permanentmagneten, die angeordnet sind, um N- und S-Pole abzuwechseln. Zur fortlaufenden Drehung des Motors sollte ein fortlaufendes sich drehendes Magnetfeld in dem Motor erzeugt werden. Zur Erzeugung solch eines fortlaufenden sich drehenden Magnetfeldes ist es erforderlich, Strom, der durch eine Spule jeder Phase in einem Anker fließt, zu einem angemessenen Zeitpunkt zu wenden. Zur angemessenen Kommutierung bzw. Stromwendung sollte die Position des Rotors akkurat erkannt werden. Hier bezieht sich „Kommutierung” auf das Umkehren der Richtung des Stroms, der durch die Statorspule des Motors fließt, zur Drehung des Rotors.
Zur problemlosen Betätigung solch eines Motors sollte die Position des Rotors mit dem Zeitpunkt übereinstimmen, zu dem eine Richtung des Phasenstroms umgekehrt wird. Folglich wird eine Vorrichtung zum Erfassen einer Position des Rotors erfordert. Eine Erfassung der Position des Rotors kann im Allgemeinen unter Verwendung eines Hall-Sensors erzielt werden, der zum Erzeugen einer Potenzialdifferenz konfiguriert ist, die basierend auf einer Änderung des Magnetflusses variiert. In einem anderen Fall ist ein Stromwandler (CT; engl. current transformer) für jede Phase des Stators installiert.
Selbst wenn der oben erwähnte Hall-Sensor oder CT verwendet wird, wird jedoch ein Rauschen aufgrund einer Reibung zwischen Elementen des Motors erzeugt. Aufgrund solch eines Rauschens kann die Motorsteuergenauigkeit herabgesetzt werden. Folglich wurden verschiedene Steuerverfahren und Einrichtungen vorgeschlagen. Beispielsweise wurde eine Einrichtung, die zum Erzielen einer Verbesserung der Zuverlässigkeit von grundlegenden Informationen zur Ableitung einer Rotationsgeschwindigkeit bzw. Drehzahl und Rotationsmenge eines Motors durch Beseitigung des Rauschens fähig ist, offenbart. Wenn jedoch ein Rauschsignal vorübergehend in einen Hall-Sensor gelangt, der zum Übertragen und Empfangen von nur einem digitalen Signal konfiguriert ist, kann bei dem oben erwähnten herkömmlichen Fall der Hall-Sensor nicht bestimmen, ob das empfangene Signal ein Rauschsignal oder ein normales Signal ist, und an sich kann eine Drehzahl- und Positionsberechnung fehlerhaft ausgeführt werden. Infolgedessen kann eine Drehzahlinstabilität auftreten oder eine Motorstromsteuerung fehlerhaft ausgeführt werden und an sich ein Überstrom erzeugt werden.
Die obigen Inhalte, die in diesem Abschnitt offenbart sind, dienen lediglich zur Verbesserung des Verständnisses des allgemeinen Hintergrunds der Erfindung und sind nicht als Anerkenntnis oder jegliche Form von Vorschlag zu nehmen, dass die Inhalte die verwandte Technik bilden, die jemandem mit Fähigkeiten in der Technik bereits bekannt ist.
ZUSAMMENFASSUNG
Die vorliegende Erfindung liefert daher ein Verfahren zum Steuern eines Motors, das zum effektiven Beseitigen von Rauschen, das an einem in dem Motor enthaltenen Hall-Sensor erzeugt wird, unter Verwendung eines Drehzahlschätzer-Modells und eines Bandpassfilters fähig ist und dadurch eine Verbesserung der Effizienz einer Motorsteuerung erzielt.
Nach der vorliegenden Erfindung kann ein Verfahren zum Steuern eines Motors eine Drehzahlschätzwert-Ableitung zum Ableiten eines Motor-Drehzahlschätzwertes durch eine Steuerung unter Verwendung eines Drehzahlschätzer-Modells, eine Frequenzschätzwert-Ableitung zum Ableiten eines Frequenzschätzwertes des Hall-Sensors des Motors durch die Steuerung basierend auf dem abgeleiteten Drehzahlschätzwert, eine Filtereinstellung zum Einstellen eines Filters zur Rauscherfassung durch die Steuerung basierend auf dem abgeleiteten Frequenzschätzwert des Hall-Sensors und dem abgeleiteten Drehzahlschätzwert und eine Rauscherfassung zum Anwenden einer Frequenz des Hall-Sensors des Motors, die von einem Hall-Sensor abgeleitet wird, der an dem Motor vorgesehen ist, auf ein vorbestimmtes Filter enthalten, wobei dadurch eine Hall-Sensor-Rauschfrequenz durch die Steuerung erfasst wird.
Die Drehzahlschätzwert-Ableitung kann das Ableiten eines Motor-Drehzahlschätzwertes unter Verwendung einer q-Achsen-Spannungsgleichung bezüglich eines sich drehenden Magnetfeldes des Motors enthalten. Die q-Achsen-Spannungsgleichung kann dem folgenden Ausdruck entsprechen: V_q = R_s × I_q – L_q × (dI_q/dt) + ω_e × L_d × I_d + ω_e × Ψ_f, wobei V_q eine q-Achsen-Spannung eines sich drehenden Magnetfeldes ist, R_s ein Ankerspulenwiderstand ist, I_q ein q-Achsen-Strom des sich drehenden Magnetfeldes ist, L_q eine q-Achsen-Induktivität des sich drehenden Magnetfeldes ist, ω_e der Motor-Drehzahlschätzwert ist, I_d ein d-Achsen-Strom des sich drehenden Magnetfeldes ist und Ψ_f eine Anker-Magnetflussverkettung ist, die durch Permanentmagneten erzeugt wird.
Die Drehzahlschätzwert-Ableitung kann das Ableiten des Motor-Drehzahlschätzwertes unter Verwendung einer Gleichung bezüglich eines Verhältnisses zwischen Drehmoment und Last in dem Motor enthalten. Die Gleichung bezüglich eines Verhältnisses zwischen Drehmoment und Last in dem Motor kann dem folgenden Ausdruck entsprechen: T_q = J × θ'' + B × ω_e + K × ω_e ², wobei T_q ein Rotationsdrehmoment des Motors ist, J ein Rotationsträgheitsmoment des Motors ist, θ'' eine Rotationsbeschleunigung des Motors ist, B ein Rotationsreibungskoeffizient des Motors ist, ω_e der Motor-Drehzahlschätzwert ist und K ein Leitungswiderstandskoeffizient ist.
Die Frequenzschätzwert-Ableitung kann das Ableiten des Frequenzschätzwertes des Hall-Sensors des Motors unter Verwendung des folgenden Ausdrucks enthalten: f = ω_e/2π, wobei f der Frequenzschätzwert des Hall-Sensors ist und ω_e der Motor-Drehzahlschätzwert ist.
Die Filtereinstellung kann das Einstellen eines Bandpassfilters enthalten, das ermöglicht, dass der Frequenzschätzwert, der bei der Frequenzschätzwert-Ableitung abgeleitet wird, durch dasselbe geht. Das Bandpassfilter kann eine Bandbreite aufweisen, die durch Multiplizieren einer Änderung des Motor-Drehzahlschätzwertes mit einem Sicherheitsfaktor abgeleitet wird. Das Bandpassfilter kann eine Bandbreite aufweisen, die unter Verwendung des folgenden Ausdrucks abgeleitet wird: B = α × Δω_e/π, wobei B eine Bandbreite ist, α ein Sicherheitsfaktor ist und Δω_e eine Änderung des Motor-Drehzahlschätzwertes ist.
Das Bandpassfilter kann eine Bandbreite aufweisen, die durch Verwendung von Kennfelddaten abgeleitet wird, um die Bandbreite als Ausgang basierend auf dem Motor-Drehzahlschätzwert als Eingang bereitzustellen.
Das Verfahren kann ferner Folgendes enthalten: einen Frequenzvergleich zum Vergleichen der Frequenz des Hall-Sensors des Motors, die durch den an dem Motor angeordneten Hall-Sensor abgeleitet wird, mit einer Bandbreite des Filters, das bei der Filtereinstellung eingestellt wird, durch die Steuerung nach der Filtereinstellung, um zu bestimmen, ob die abgeleitete Frequenz des Hall-Sensors des Motors in der Bandbreite enthalten ist, eine Rauscherfassung zum Erfassen der Frequenz des Hall-Sensors des Motors als Rauschen durch die Steuerung, wenn die abgeleitete Frequenz des Hall-Sensors des Motors nicht in der Bandbreite enthalten ist, und eine Motorsteuerung zum Ableiten einer Position des Rotors in dem Motor und einer Drehzahl des Rotors durch die Steuerung während des Ausschließens der Frequenz des Hall-Sensors, die als Rauschen erfasst wird, und Betätigen des Motors durch die Steuerung basierend auf der abgeleiteten Position und Drehzahl.
Das Verfahren kann ferner Folgendes enthalten: eine Motorsteuerung zum Ableiten einer Position des Rotors und einer Drehzahl des Rotors unter Verwendung der Frequenz des Hall-Sensors des Motors, die durch den an dem Motor angeordneten Hall-Sensor abgeleitet wird, durch die Steuerung nach dem Frequenzvergleich, wenn die abgeleitete Frequenz des Hall-Sensors des Motors in der Bandbreite des Filters enthalten ist, und Betätigen des Motors durch die Steuerung basierend auf der abgeleiteten Position und Drehzahl.
Nach der vorliegenden Erfindung werden die folgenden Effekte geliefert.
Erstens, ein Rauschen eines Hall-Sensor-Signals kann in allen Antriebsdrehzahlbereichen effektiv beseitigt werden und an sich kann eine Motorsteuerungsstabilität verbessert werden.
Zweitens kann eine Zuverlässigkeit von Hall-Sensor-Rauschsignalen verbessert werden und an sich werden Fehler der Motordrehzahlmessung basierend auf Hall-Sensor-Signalen reduziert. Infolgedessen kann eine Instabilität einer Motordrehzahlsteuerung reduziert werden.
KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
Die oben erwähnten und andere Aufgaben, Merkmale und andere Vorteile der vorliegenden Erfindung werden anhand der folgenden detaillierten Beschreibung in Verbindung mit den beiliegenden Zeichnungen eindeutiger verständlich, in denen:
1 ein Ablaufplan ist, der ein Verfahren zum Steuern eines Motors nach einer beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung veranschaulicht; und
2 ein Schaltplan ist, der ein Motorsystem und ein Leistungsempfängermodell nach einer beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung veranschaulicht.
DETAILLIERTE BESCHREIBUNG
Es ist klar, dass der Ausdruck „Fahrzeug” oder „Fahrzeug-” oder ein anderer ähnlicher Ausdruck, der hierin verwendet wird, Kraftfahrzeuge im Allgemeinen enthält, wie beispielsweise Personenkraftwagen, die Geländefahrzeuge (SUV), Busse, Lastwagen, verschiedene Geschäftswagen enthalten, Wasserfahrzeuge, die eine Vielzahl von Booten und Schiffen enthalten, Luftfahrzeuge und Ähnliches, und Hybridfahrzeuge, Elektrofahrzeuge, Verbrennung, Plug-In-Hybridelektrofahrzeuge, Fahrzeuge mit Wasserstoffantrieb und Fahrzeuge mit anderen alternativen Brennstoffen enthält (z. B. Brennstoffe, die aus anderen Rohstoffen als Erdöl gewonnen werden).
Zwar wird eine beispielhafte Ausführungsform beschrieben, eine Vielzahl von Einheiten zum Durchführen des beispielhaften Prozesses zu verwenden, aber es ist klar, dass die beispielhaften Prozesse auch durch ein Modul oder eine Vielzahl von Modulen durchgeführt werden können. Zudem ist klar, dass sich der Ausdruck Steuerung/Steuereinheit auf eine Hardwarevorrichtung bezieht, die einen Speicher und einen Prozessor enthält. Der Speicher ist zum Speichern der Module vorgesehen und der Prozessor ist insbesondere zum Ausführen der Module zum Durchführen von einem oder mehreren Prozessen vorgesehen, die weiter unten beschrieben werden.
Die hierin verwendete Terminologie dient nur zum Zweck des Beschreibens bestimmter Ausführungsformen und soll die Erfindung nicht beschränken. Wie hierin verwendet, sollen die Singularformen „ein/eine” und „der/die/das” auch die Pluralformen enthalten, sofern der Kontext dies nicht anderweitig klar erkennen lässt. Es wird zudem klar sein, dass die Ausdrücke „weist auf” und/oder „aufweisend”, wenn in dieser Beschreibung verwendet, das Vorhandensein der genannten Merkmale, ganzen Zahlen, Schritte, Operationen, Elemente und/oder Bauteile spezifizieren, aber nicht das Vorhandensein oder den Zusatz von einem/einer oder mehreren anderen Merkmalen, ganzen Zahlen, Schritten, Operationen, Elementen, Bauteilen und/oder Gruppen derselben ausschließen. Wie hierin verwendet, enthält der Ausdruck „und/oder” jedes beliebige und alle Kombinationen von einem oder mehreren der assoziierten, aufgelisteten Elemente.
Sofern nicht speziell angegeben oder aus dem Kontext offensichtlich, ist der Ausdruck „ca.”, wie hierin verwendet, als innerhalb eines Bereiches einer normalen Toleranz in der Technik, beispielsweise innerhalb von 2 Standardabweichungen des Mittelwertes, zu verstehen. „Ca.” kann als innerhalb von 10%, 9%, 8%, 7%, 6%, 5%, 4%, 3%, 2%, 1%, 0,5%, 0,1%, 0,05% oder 0,01% des genannten Wertes verstanden werden. Wenn nicht anderweitig aus dem Kontext klar, sind alle hierin gelieferten numerischen Werte durch den Ausdruck „ca.” modifiziert.
Nun wird auf die beispielhaften Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung detailliert Bezug genommen werden, deren Beispiele in den beiliegenden Zeichnungen veranschaulicht sind. Nach Möglichkeit werden überall in den Zeichnungen die gleichen Bezugsnummern verwendet werden, um auf gleiche oder ähnliche Teile Bezug zu nehmen.
Im Allgemeinen kann es bei einem Motor schwierig sein, Rauschen zu bestimmen, weil ein Signal, das von einem an dem Motor angeordneten Hall-Sensor empfangen wird, ein digitales Signal von „0” oder „1” ist. Wenn der Motor aus einem abgestellten Zustand angelassen wird, kann es des Weiteren schwierig sein, ein Rauschen aus einem Abtastsignal von dem Hall-Sensor herauszufiltern, da Informationen bezüglich eines vorherigen Drehzahlwertes nicht bereitgestellt wurden. Wenn der Motor aus einem abgestellten Zustand, in dem kein Strom an eine 3-phasige Spule des Motors angelegt ist, angelassen wird, kann Strom an die 3-phasige Spule angelegt werden, da ein 3-phasiges Schaltelement abrupt eingeschaltet wird. Infolgedessen kann ein Rauschen abrupt erhöht werden und folglich ist eine erhebliche Menge des Rauschens in einem Abtastsignal von dem Hall-Sensor enthalten.
Wenn sich die Drehzahl des Motors auf ein Maximum erhöht, wird auch die Frequenz des Hall-Sensor-Signals erhöht und an sich kann es schwierig sein, ein Rauschen basierend auf nur der Frequenz zu bestimmen. Folglich schlägt die vorliegende Erfindung eine Technologie zum effektiven Beseitigen von Rauschen aus einem Hall-Sensor-Signal durch Schätzen einer Drehzahl des Motors unter Verwendung eines Modells zum Schätzen der Drehzahl des Motors und Schätzen einer Frequenz eines normalen Hall-Sensor-Signals basierend auf dem Drehzahlschätzwert während des Ausgestaltens eines Bandpassfilters (BPF) zum Ermöglichen basierend auf dem Frequenzschätzwert, dass nur die Frequenzkomponenten des Hall-Sensor-Signals, die Frequenzen nahe dem Frequenzschätzwert aufweisen, durch dasselbe gehen, vor.
In Bezug auf 1 ist ein Motorsteuerverfahren nach einer beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung veranschaulicht. Wie in 1 veranschaulicht, kann das Motorsteuerverfahren Folgendes enthalten: Ableiten eines Motor-Drehzahlschätzwertes unter Verwendung eines Drehzahlschätzer-Modells (S100), Ableiten eines Frequenzschätzwertes des Hall-Sensors des Motors basierend auf dem abgeleiteten Drehzahlschätzwert (S200) und Einstellen eines Filters zur Rauscherfassung basierend auf dem abgeleiteten Frequenzschätzwert des Hall-Sensors und dem abgeleiteten Drehzahlschätzwert (S300). Die Drehzahlschätzwert-Ableitung S100, Frequenzschätzwert-Ableitung S200 und Filtereinstellung S300 können durch eine Steuerung in dieser Reihenfolge ausgeführt werden.
Die Drehzahlschätzwert-Ableitung S100 ist eine erste Prozedur bzw. Verfahrensweise beim Beseitigen von Rauschen, das an einem in dem Motor enthaltenen Hall-Sensor erzeugt wird, wie oben beschrieben wurde. Zudem kann die Schätzung einer Drehzahl des Motors unter Verwendung verschiedener Verfahren erzielt werden. Die vorliegende Erfindung schlägt jedoch ein Verfahren zum Schätzen einer Drehzahl des Motors unter Verwendung des Drehzahlschätzer-Modells vor.
Ein erstes Verfahren der Drehzahlschätzwert-Ableitung ist ein Verfahren zum Ableiten eines Drehzahlschätzwertes des Motors unter Verwendung einer Gleichung bezüglich einer q-Achsen-Spannung eines sich drehenden Magnetfeldes, das in dem Motor erzeugt wird. Im Allgemeinen kann die Wellenform von Strom, der basierend auf der Drehung des Motors erzeugt wird, durch die q-Achsen-Gleichung nach dem Eingeben einer Reaktanz des Motors und eines Magnetflusses, der durch Permanentmagneten in dem Motor erzeugt wird, abgeleitet werden. Ähnlich schlägt die vorliegende Erfindung ein Verfahren zum Schätzen einer Drehzahl des Motors unter Verwendung der q-Achsen-Gleichung vor.
Eine Spannungsgleichung, die eine Gleichung bezüglich einer Magnetflussverkettung ist, die basierend auf einer Drehung von Permanentmagneten erzeugt wird, kann in erster Linie in eine q-Achsen-Spannungsgleichung und eine d-Achsen-Spannungsgleichung unterteilt werden. Die q-Achsen-Spannungsgleichung kann durch den folgenden Ausdruck zum Ausdruck gebracht werden: V_q = R_s × I_q – L_q ×(dI_q/dt) + ω_e × L_d × I_d + ω_e × Ψ_f, wobei V_q eine q-Achsen-Spannung eines sich drehenden Magnetfeldes ist, R_s ein Ankerspulenwiderstand ist, I_q ein q-Achsen-Strom des sich drehenden Magnetfeldes ist, L_q eine q-Achsen-Induktivität des sich drehenden Magnetfeldes ist, ω_e ein Motor-Drehzahlschätzwert ist, I_d ein d-Achsen-Strom des sich drehenden Magnetfeldes ist und Ψ_f eine Magnetflussverkettung des Ankers ist, die durch die Permanentmagneten erzeugt wird.
Die d-Achsen-Induktivität L_d und q-Achsen-Induktivität L_q, der Ankerspulenwiderstand R_s und die Anker-Magnetflussverkettung Ψ_f, die durch die Permanentmagneten erzeugt wird, sind Motor-Entwurfsparameterwerte und können als Konstanten betrachtet werden, auch wenn dieselben basierend auf einer Temperatur und Betriebszuständen variiert werden. Als diese Werte können Entwurfs- bzw. Konstruktionswerte oder Werte, die nach der Herstellung des Motors gemessen werden, verwendet werden. Der Differentialterm des q-Achsen-Stroms zur Zeit kann ausgelassen oder vernachlässigt werden, wenn, verglichen mit anderen Werten, die q-Achsen-Induktivität minimal ist oder der Differentialwert des q-Achsen-Stroms zur Zeit ausreichend minimal ist.
Zudem kann bei einem Oberflächenpermanentmagnet-Synchronmotor (SPMSM; engl. surface permanent magnet synchronous motor) ein d-Achsen-Strom vernachlässigt werden, da Strom nur an die q-Achse eines rotierenden Koordinatensystems angelegt wird, ohne an die d-Achse des rotierenden Koordinatensystems während des Betriebs mit einem maximalen Wirkungsgrad angelegt zu werden, und an sich der d-Achsen-Strom „0” wird (I_d = 0). Die q-Achsen-Spannung des rotierenden Koordinatensystems kann basierend auf einer Pulsweitenmodulation (PWM) geschätzt werden, die Betriebszeiten bzw. Einschaltdauern schaltet, die auf drei Phasen angewandt werden. Ferner kann der q-Achsen-Strom des rotierenden Koordinatensystems basierend auf einem Stromwert berechnet werden, der durch einen Stromsensor abgetastet wird, der an einem Ausgang eines 3-phasigen Wechselrichters montiert ist. Alternativ kann als q-Achsen-Strom des rotierenden Koordinatensystems ein Ausgangswert von einer Drehzahlsteuerung bzw. einem Drehzahlregler, d. h. ein q-Achsen-Strombefehlwert, verwendet werden, wie derselbe ist. Insbesondere können verschiedene Typen von Steuerungen bzw. Reglern für den Drehzahlregler verwendet werden, wie beispielsweise ein Proportional-Integral-Regler (PI-Regler) oder eine Proportional-Integral-Differential-Regler (PID-Regler).
Wenn das oben beschriebene erste Verfahren als ein Motor-Drehzahlschätzungs-Ableitungsverfahren unter Verwendung einer q-Achsen-Spannungsgleichung angenommen wird, ist ein zweites Verfahren zur Drehzahlschätzwert-Ableitung ein Verfahren zum Ableiten eines Motor-Drehzahlschätzwertes unter Verwendung einer Gleichung basierend auf einem Verhältnis zwischen einem Drehmoment und einer Last in dem Motor. Wenn ein Motor an einem Leistungsempfängersystem oder einem Leistungsversorgungssystem montiert ist, kann im Allgemeinen eine Drehzahl des Motors unter Verwendung der folgenden Drehmoment-Gleichung abgeleitet werden: T_q = J × θ'' + B × ω_e + K × ω_e ², wobei T_q ein Rotationsdrehmoment des Motors ist, J ein Rotationsträgheitsmoment des Motors ist, θ'' eine Rotationsbeschleunigung des Motors ist, B ein Rotationsreibungskoeffizient des Motors ist, ω_e ein Drehzahlschätzwert des Motors ist und K ein Leitungswiderstandskoeffizient ist.
Im Allgemeinen ist ein in dem Motor erzeugtes Drehmoment gleich der Summe einer Beschleunigungskraft in einem sich drehenden System, einer Reibungskraft in dem sich drehenden System und einer Last, die aufgrund einer Strömungsrate und eines Drucks in dem sich drehenden System erzeugt wird. Wenn ein Motorsystem und ein Leistungsempfängermodell, die in 2 veranschaulicht sind, basierend auf den oben beschriebenen Bedingungen verwendet werden, kann es folglich möglich sein, einen Drehzahlschätzwert eines Motors basierend auf einem q-Achsen-Strombefehlwert leicht abzuleiten, der an den Motor angelegt ist.
In 2 gibt „IqCmd” einen q-Achsen-Strombefehlwert an. Der Strombefehlwert wird basierend auf einer Drehzahl erzeugt, die basierend auf dem Antreiben bzw. Ansteuern des Motors erhalten wird. Wenn der Motor angesteuert wird, um einen durch den Benutzer erwünschten Soll-Ausgang zu erhalten, kann ein Drehzahlbefehlwert für den Motor in einen Strombefehlwert unter Verwendung eines Drehzahlreglers umgewandelt werden. Insbesondere bezieht sich „Drehzahlbefehlwert” auf einen Drehzahlwert des Motors, der durch den Benutzer willkürlich eingestellt wird, um einen erwünschten Motorausgang zu erhalten. Folglich kann der Drehzahlbefehlwert basierend auf einer Benutzeranforderung oder Benutzerabsicht und der Art und dem Zustand des Motors variiert werden. Folglich kann der Strombefehlwert variiert werden. „K1” bezieht sich auf eine Umwandlungskonstante zur Umwandlung eines Strombefehlwertes in einen Drehmomentwert, „B” auf einen Rotationsreibungskoeffizienten des Motors, wie oben beschrieben wurde, und „K” auf einen Leitungswiderstandskoeffizienten. Folglich kann es bei der vorliegenden Erfindung möglich sein, eine Drehzahl des Motors gemäß einem Konfigurationsdiagramm des Motorsystems und Leistungsempfängermodells in 2 zu schätzen.
Nach der Motor-Drehzahlschätzung gemäß dem oben beschriebenen Verfahren kann die Frequenzschätzwert-Ableitung S200 ausgeführt werden, wie in 1 veranschaulicht. Die Frequenzschätzwert-Ableitung kann zusätzlich zu der Drehzahlschätzwert-Ableitung ausgeführt werden, da die vorliegende Erfindung ein Verfahren zum Entfernen eines Rauschens eines Hall-Sensors unter Verwendung eines Filters vorschlägt, um die Aufgabe der vorliegenden Erfindung zu bewältigen. Da das Filter fungiert, um bestimmten Frequenzkomponenten zu ermöglichen, durch dasselbe zu gehen, kann eine Umwandlung eines Drehzahlschätzwertes in einen Frequenzschätzwert bei der vorliegenden Erfindung zur Anwendung des Filters auch ausgeführt werden.
Des Weiteren kann eine Umwandlung eines Drehzahlschätzwertes in einen Frequenzschätzwert unter Verwendung des folgenden Ausdrucks gemäß der vorliegenden Erfindung erzielt werden. f = ω_e/2π, wobei f ein Frequenzschätzwert des Hall-Sensors ist und ω_e ein Motor-Drehzahlschätzwert ist.
Da eine Gleichung einer Frequenz gemäß einer Drehzahl im Allgemeinen durch „ω = 2π × f” (ω: Rotationswinkelgeschwindigkeit und f: Frequenz) zum Ausdruck gebracht wird, kann der obige Ausdruck durch Umwandlung der Gleichung abgeleitet werden. Unter der Bedingung, dass ein Frequenzschätzwert des Hall-Sensors abgeleitet wurde, kann ein Filter zur Erfassung von Rauschen eingestellt sein. Beispielsweise können ein Tiefpassfilter, ein Hochpassfilter und ein Bandpassfilter verwendet werden. Folglich kann ein Rauschen nach einer Auswahl eines Filters der oben beschriebenen Filter erfasst werden.
Bei der vorliegenden Erfindung kann ein Rauscherfassungsverfahren verwendet werden, das einen Bandpassfilter, der aus den verschiedenen Filtertypen ausgewählt wurde, verwendet. Das Bandpassfilter, das ermöglicht, dass Frequenzen eines bestimmten Frequenzbands durch dasselbe gehen, ist eine Kombination aus einem Tiefpassfilter und einem Hochpassfilter. Im Allgemeinen kann die Frequenz eines normalen Signals (z. B. ohne Rauschen) eine minimale Differenz von einem Frequenzschätzwert aufweisen, der durch ein Drehzahlschätzer-Modell oder dergleichen abgeleitet wird. Die Frequenz eines Signals, das Rauschen enthält, kann jedoch eine erhebliche Differenz von dem Frequenzschätzwert aufgrund des Rauschens aufweisen.
Diesbezüglich können Frequenzen von Signalen nahe dem Frequenzschätzwert der Frequenz eines normalen Signals entsprechen und Signalfrequenzen anderer Frequenzbänder denen von rauschhaltigen Signalen entsprechen. Bei der vorliegenden Erfindung kann das Bandpassfilter verwendet werden, um den Frequenzen nahe dem Frequenzschätzwert zu ermöglichen, durch dasselbe zu gehen. Als Bandpassfilter kann ein Filter vom Hardware-Typ unter Verwendung eines Kondenstors und eines Widerstands konfiguriert werden. Insbesondere bestehen jedoch Nachteile hinsichtlich der Effizienz und Kosten. Folglich wurde ein Filter, das in einer Software-Weise konfiguriert ist, vor kurzem vorgeschlagen, um die oben beschriebenen Nachteile zu bewältigen. Diesbezüglich kann ein Software-Filter bei der vorliegenden Erfindung verwendet werden.
Beim Einstellen des Bandpassfilters sollte das Frequenzband, dem ermöglicht wird, durch das Filter zu gehen, berücksichtigt werden. Wenn Signale, die kein Rauschen enthalten, eine konstante Frequenz aufweisen, kann das Filter insbesondere konfiguriert sein, um nur der Frequenz zu ermöglichen, durch dasselbe zu gehen. Normale Signale, die ein minimales Rauschen enthalten, weisen jedoch unweigerlich Frequenzdifferenzen eines bestimmten Bereiches aufgrund verschiedener Parameter, beispielsweise Reibung, auf. Folglich sollte eine erwünschte Bandbreite unter Berücksichtigung der oben beschriebenen Frequenzdifferenzen bestimmt werden. Die Bandbreite entspricht einem Wert, der durch Bestimmen einer minimalen Durchlassfrequenz von einer maximalen Durchlassfrequenz erhalten wird. Frequenzen der Bandbreite werden entlang einer Frequenzachse an gegenüberliegenden Seiten einer mittleren Durchlassfrequenz verteilt. Wenn das Bandpassfilter eine schmale Bandbreite aufweist, ist der Gütefaktor desselben hoch und an sich die Filterleistung des Bandpassfilters hoch. Wenn das Bandpassfilter andererseits eine breite Bandbreite aufweist, ist der Gütefaktor desselben gering und an sich die Filterleitung des Bandpassfilters gering.
Um eine erwünschte Bandbreite des Bandpassfilters zu bestimmen, schlägt die vorliegende Erfindung ein Verfahren zum Ableiten einer Bandbreite durch Multiplizieren einer Änderung des Motor-Drehzahlschätzwertes mit einem Sicherheitsfaktor vor. Die Bandbreite kann unter Verwendung des folgenden Ausdrucks abgeleitet werden: B = α × Δω_e/π, wobei B eine Bandbreite ist, α ein Sicherheitsfaktor ist und Δω_e eine Änderung des Motor-Drehzahlschätzwertes ist.
Mit anderen Worten kann eine Änderung des Motor-Drehzahlschätzwertes, wenn ± maximales Drehmoment (z. B. Drehmomente gemäß q-Achsen-Strombefehlwerten) erzeugt wird, in Bezug auf den Motor-Drehmomentschätzwert abgeleitet werden, der zuvor unter Verwendung des Drehzahlschätzer-Modells abgeleitet wurde. Danach können maximale und minimale Durchlassfrequenzen des Bandpassfilters basierend auf einem Änderungswert bestimmt werden, der durch Multiplizieren der abgeleiteten Änderung des Motor-Drehzahlschätzwertes mit dem Sicherheitsfaktor erhalten wird, um zu verhindern, dass Frequenzen normaler Hall-Sensor-Signale, die Differenzen eines bestimmten Bereiches aufweisen, wie oben beschrieben wurde, gefiltert werden. Zudem kann „α” verschiedene Werte basierend auf einer Anforderung des Designers bzw. Konstrukteurs aufweisen und „α” wird eng mit dem oben beschriebenen Gütefaktor assoziiert.
Wenn „α” erhöht wird, wird mit anderen Worten der Gütefaktor verringert, wobei folglich eine Herabsetzung der Filterleistung verursacht wird. Wenn „α” jedoch äußerst gering ist, besteht keine erhebliche Verbesserung der Filterleistung. Vielmehr kann es Fälle geben, dass Frequenzen normaler Hall-Sensor-Signale gefiltert werden können. Daher kann ein angemessener Wert von „α” unter Berücksichtigung der oben beschriebenen Inhalte eingestellt werden. Wenn allgemeine Ansteuersituationen des Motors berücksichtigt werden, kann „α” auf ca. 1,5 bis 2 eingestellt werden. Die maximalen und minimalen Durchlassfrequenzen, die abgeleitet werden, wie oben beschrieben wurde, können durch die folgenden Ausdrücke zum Ausdruck gebracht werden: f_min = (ω_e – αΔω_e)/(2π), f_max – (ω_e + αΔω_e)/(2π), wobei f_min eine minimale Durchlassfrequenz ist, ω_e ein Motor-Drehzahlschätzwert ist, α ein Sicherheitsfaktor ist, Δω_e eine Änderung des Motor-Drehzahlschätzwertes ist und f_max eine maximale Durchlassfrequenz ist.
Da die Bandbreite einem Wert entspricht, der durch Abziehen der minimalen Durchlassfrequenz von der maximalen Durchlassfrequenz erhalten wird, wird der oben beschriebene Ausdruck „B = α × Δω_e/π” durch Abziehen von „f_min” von „f_max” in den oben beschriebenen Ausdrücken erhalten.
Zwar kann eine erwünschte Bandbreite des Bandpassfilters durch das oben beschriebene Verfahren abgeleitet werden, aber eine Bandbreiten-Ableitung kann auch durch ein Verfahren zum experimentellen Ableiten einer maximalen Drehzahländerung, Ableiten einer maximalen Bandbreite basierend auf der abgeleiteten maximalen Drehzahl und Ableiten einer erwünschten Bandbreite basierend auf der abgeleiteten maximalen Bandbreite oder ein Verfahren unter Verwendung von Kennfelddaten erzielt werden, die zum Ableiten von Bandbreiten fähig sind, die verschiedenen Motordrehzahlen (oder verschiedenen Hall-Sensor-Frequenzen) entsprechen. In Verbindung hiermit schlägt die vorliegende Erfindung ein Verfahren zum Ableiten einer erwünschten Bandbreite eines Bandpassfilters unter Verwendung von Kennfelddaten vor, das eine Bandbreite als einen Ausgang basierend auf einem Motor-Drehzahlschätzwert als einen Eingang liefert. Insbesondere können die Kennfelddaten experimentell definiert werden.
Nachdem die Bandbreite des Bandpassfilters basierend auf der Filtereinstellung S300 eingestellt wird, kann ein Frequenzvergleich S400 ausgeführt werden, um die Frequenz des Hall-Sensors des Motors, die durch den an dem Motor angeordneten Hall-Sensor abgeleitet wird, wie in 1 veranschaulicht, mit der Bandbreite des Filters, das bei der Filtereinstellung S300 eingestellt wird, zu vergleichen, um zu bestimmen, ob sich die abgeleitete Frequenz des Hall-Sensors des Motors innerhalb der Bandbreite befindet. Wenn die Frequenz jedes Hall-Sensor-Signals in dem Motor aufgrund einer Änderung der Drehzahl des Motors geändert wird, gibt die durch den Hall-Sensor abgeleitete Frequenz die geänderte Hall-Sensor-Signalfrequenz an.
Das durch den Hall-Sensor abgetastete Signal weist selbst keinen Frequenzwert auf, da das Signal ein digitales Signal ist. Bei der vorliegenden Erfindung gibt folglich die durch den Hall-Sensor abgeleitete Frequenz des Hall-Sensors des Motors die Frequenz eines Impulssignals an, das basierend auf einer Wiederholung von Signalen von „0” oder „1”, die durch den Hall-Sensor übertragen werden, generiert wird. Wenn sich der Motor mit einer im Wesentlichen konstanten Drehzahl gemäß der Synchronisation des Stators und Rotors desselben dreht, kann der Hall-Sensor desselben zum periodischen Erzeugen eines im Wesentlichen konstanten Signals von „0” oder „1” konfiguriert sein. Insbesondere weist das generierte Signal eine Wellenform auf, die einer Wellenform eines Impulssignals mit einer bestimmten Dauer entspricht, und an sich kann eine bestimmte Frequenz abgeleitet werden.
Wenn die auf die oben beschriebene Weise abgeleitete Frequenz des Hall-Sensors des Motors aufgrund einer Änderung der Drehzahl oder dergleichen geändert wird, kann die geänderte Frequenz des Hall-Sensors des Motors mit der Bandbreite des Bandpassfilters bei dem Frequenzvergleich S400, um zu bestimmen, ob sich die geänderte Frequenz des Hall-Sensors des Motors innerhalb der eingestellten Bandbreite befindet, zur Anwendung des Bandpassfilters verglichen werden, das bei der Filtereinstellung S300 eingestellt wird, um ein Rauschen zu beseitigen, das aufgrund der Änderung der Drehzahl oder dergleichen erzeugt wird.
In Erwiderung auf das Bestimmen durch den Vergleich, dass sich die Frequenz des Hall-Sensors des Motors nicht innerhalb der Bandbreite befindet, kann die Steuerung zum Ausführen einer Rauscherfassung S450 zum Erfassen der Frequenz des Hall-Sensors des Motors als Rauschen und Motorsteuerung S500 zum Ableiten einer Position und Drehzahl des Rotors in dem Motor während des Ausschließens der als Rauschen erfassten Frequenz des Hall-Sensors und Betätigen des Motors basierend auf der abgeleiteten Position und Drehzahl konfiguriert sein.
Die Frequenzkomponente, bei der die Frequenz des Hall-Sensors des Motors nicht in der Bandbreite enthalten ist, ist eine Frequenzkomponente, die Rauschen enthält, oder eine Frequenzkomponente, die Rauschen entspricht. Folglich kann solch eine Frequenzkomponente als Rauschen bei der Rauscherfassung S450 erfasst werden. Nach der Erfassung der oben beschriebenen Frequenzkomponente kann eine Motorbetätigung unter Verwendung einer Frequenzkomponente des Hall-Sensors des Motors, die als ein Signal mit einer normalen Frequenz bestimmt wird, unter der Bedingung ausgeführt werden, dass das Hall-Sensor-Frequenzsignal, das als Rauschen erfasst wird, ausgeschlossen wird. Zwar kann eine Motorsteuerung unter Verwendung verschiedener Verfahren erzielt werden, aber eine Drehzahlrückkopplungssteuerung bzw. Drehzahlrückkopplungsregelung kann im Allgemeinen verwendet werden.
In Erwiderung auf das Bestimmen durch den Vergleich, dass die Frequenz des Hall-Sensors des Motors innerhalb der Bandbreite ist, kann die Steuerung zum Ausführen einer Motorsteuerung S500 durch Ableiten einer Position und Drehzahl des Rotors in dem Motor unter Verwendung der Frequenz des Hall-Sensors des Motors konfiguriert sein, um den Motor zu betätigen, da die Frequenz des Hall-Sensors des Motors eine normale Frequenz ist. Eine Motorbetätigung bei der Motorsteuerung S500 kann unter Verwendung einer allgemeinen Drehzahlrückkopplungsregelung ausgeführt werden, wie oben beschrieben wurde.
Wie anhand der obigen Beschreibung offensichtlich ist, kann nach der vorliegenden Erfindung ein von dem Motor-Hall-Sensor erzeugtes Rauschssignal erfasst werden und an sich eine Motorsteuerung unter Verwendung eines normalen Signals unter der Bedingung, dass das erfasste Rauschssignal ausgeschlossen wird, ausgeführt werden. Folglich kann es möglich sein, eine stabilere Motorsteuerung zu erzielen. Zudem kann es möglich sein, eine Instabilität der Drehzahlregelung, die durch Drehzahlmessfehler verursacht wird, die durch ein Hall-Sensor-Rauschsignal verursacht werden, gemäß dem Drehzahlschätzer-Modell der vorliegenden Erfindung zu beseitigen. Da die vorliegende Erfindung durch Anwendung eines Software-Filters implementiert werden kann, muss es beim Implementieren der vorliegenden Erfindung keine Erhöhung der Kosten geben.
Zwar wurden die beispielhaften Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung zu veranschaulichenden Zwecken offenbart, aber jemand mit Fähigkeiten in der Technik wird einsehen, dass verschiedene Modifikationen, Ergänzungen und Ersetzungen möglich sein, ohne von dem Bereich und Wesen der Erfindung abzuweichen, die in den beiliegenden Ansprüchen offenbart sind.

Claims

Verfahren zum Steuern eines Motors, aufweisend: Ableiten eines Motor-Drehzahlschätzwertes durch eine Steuerung unter Verwendung eines Drehzahlschätzer-Modells; Ableiten eines Frequenzschätzwertes des Hall-Sensors des Motors durch die Steuerung basierend auf dem abgeleiteten Drehzahlschätzwert; Einstellen eines Filters zur Rauscherfassung durch die Steuerung basierend auf dem abgeleiteten Frequenzschätzwert des Hall-Sensors und dem abgeleiteten Drehzahlschätzwert; und Anwenden einer Frequenz des Hall-Sensors des Motors, die von einem Hall-Sensor abgeleitet wird, der an dem Motor angeordnet ist, auf ein vorbestimmtes Filter durch die Steuerung, um eine Hall-Sensor-Rauschfrequenz zu erfassen.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei die Ableitung eines Motor-Drehzahlschätzwertes das Ableiten des Motor-Drehzahlschätzwertes unter Verwendung einer q-Achsen-Spannungsgleichung bezüglich eines sich drehenden Magnetfeldes des Motors durch die Steuerung enthält.
Verfahren nach Anspruch 2, wobei die q-Achsen-Spannungsgleichung dem folgenden Ausdruck entspricht: V_q = R_s × I_q – L_q × (dI_q/dt) + ω_e × L_d × I_d + ω_e × Ψ_f, wobei V_q eine q-Achsen-Spannung eines sich drehenden Magnetfeldes ist, R_s ein Ankerspulenwiderstand ist, I_q ein q-Achsen-Strom des sich drehenden Magnetfeldes ist, L_q eine q-Achsen-Induktivität des sich drehenden Magnetfeldes ist, ω_e der Motor-Drehzahlschätzwert ist, I_d ein d-Achsen-Strom des sich drehenden Magnetfeldes ist und Ψ_f eine Anker-Magnetflussverkettung ist, die durch Permanentmagneten erzeugt wird.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei die Ableitung des Motor-Drehzahlschätzwertes das Ableiten des Motor-Drehzahlschätzwertes unter Verwendung einer Gleichung basierend auf einem Verhältnis zwischen Drehmoment und Last in dem Motor durch die Steuerung enthält.
Verfahren nach Anspruch 4, wobei die Gleichung basierend auf dem Verhältnis zwischen Drehmoment und Last in dem Motor dem folgenden Ausdruck entspricht: T_q = J × θ'' + B × ω_e + K × ω_e ², wobei T_q ein Rotationsdrehmoment des Motors ist, J ein Rotationsträgheitsmoment des Motors ist, θ'' eine Rotationsbeschleunigung des Motors ist, B ein Rotationsreibungskoeffizient des Motors ist, ω_e der Motor-Drehzahlschätzwert ist und K ein Leitungswiderstandskoeffizient ist.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei die Ableitung des Frequenzschätzwertes des Hall-Sensors des Motors das Ableiten des Frequenzschätzwertes des Hall-Sensors des Motors durch die Steuerung unter Verwendung des folgenden Ausdrucks enthält: f = ω_e/2π, wobei f der Frequenzschätzwert des Hall-Sensors ist und ω_e der Motor-Drehzahlschätzwert ist.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei die Filtereinstellung das Einstellen eines Bandpassfilters durch die Steuerung enthält, das ermöglicht, dass der Frequenzschätzwert, der bei der Ableitung des Frequenzschätzwertes des Hall-Sensors des Motors abgeleitet wird, durch dasselbe geht.
Verfahren nach Anspruch 7, wobei das Bandpassfilter eine Bandbreite aufweist, die durch Multiplizieren einer Änderung des Motor-Drehzahlschätzwertes mit einem Sicherheitsfaktor abgeleitet wird.
Verfahren nach Anspruch 7, wobei das Bandpassfilter eine Bandbreite aufweist, die unter Verwendung des folgenden Ausdrucks abgeleitet wird: B = α × Δω_e/π, wobei B eine Bandbreite ist, α ein Sicherheitsfaktor ist und Δω_e eine Änderung des Motor-Drehzahlschätzwertes ist.
Verfahren nach Anspruch 7, wobei das Bandpassfilter eine Bandbreite aufweist, die unter Verwendung von Kennfelddaten abgeleitet wird, um die Bandbreite als Ausgang basierend auf dem Motor-Drehzahlschätzwert als Eingang zu liefern.
Verfahren nach Anspruch 7, ferner aufweisend: nach der Filtereinstellung Vergleichen der Frequenz des Hall-Sensors des Motors, die durch den Hall-Sensor abgeleitet wird, der an dem Motor angeordnet ist, mit einer Bandbreite des eingestellten Filters durch die Steuerung, um zu bestimmen, ob sich die abgeleitete Frequenz des Hall-Sensors des Motors innerhalb der Bandbreite befindet; Erfassen der Frequenz des Hall-Sensors des Motors als Rauschen durch die Steuerung, wenn sich die abgeleitete Frequenz des Hall-Sensors des Motors außerhalb der Bandbreite befindet; und Ableiten einer Position des Rotors in dem Motor und einer Drehzahl des Rotors durch die Steuerung während des Ausschließens der Frequenz des Hall-Sensors, die als Rauschen erfasst wird, und Betätigen des Motors basierend auf der abgeleiteten Position und Drehzahl.
Verfahren nach Anspruch 11, ferner aufweisend: nach dem Frequenzvergleich Ableiten der Position des Rotors und der Drehzahl des Rotors durch die Steuerung unter Verwendung der Frequenz des Hall-Sensors des Motors, die durch den an dem Motor angeordneten Hall-Sensor abgeleitet wird, wenn sich die abgeleitete Frequenz des Hall-Sensors des Motors innerhalb der Bandbreite des Filters befindet, und Betätigen des Motors basierend auf der abgeleiteten Position und Drehzahl.