DE112010000768T5

DE112010000768T5 - Ventilsteuervorr!chtung

Info

Publication number: DE112010000768T5
Application number: DE112010000768T
Authority: DE
Inventors: Naoki Imamura; Masahiro Iezawa; Satoshi Kawamura; Yoshitaka Onishi
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 2009-01-28
Filing date: 2010-01-12
Publication date: 2012-11-08
Also published as: CN102301582B; US20110273127A1; US8395345B2; WO2010087224A1; KR20110120922A; CN102301582A; JP5258906B2; JPWO2010087224A1; KR101203250B1

Abstract

In einer Öffnungs-/Schließsteuerung für den Ventilmechanismus, welchem das Rückkehr-Drehmoment in eine Öffnungsrichtung oder eine Schließrichtung des Ventils angelegt ist, sind ein Positions-Steuersystem zum Ausgeben eines q-Achse-Strom-Befehls basierend auf einer Positionsabweichung zwischen einem Ziel-Position-Befehl, welcher an den bürstenlosen Gleichstrommotor gerichtet ist, und der ungenauen derzeitigen Position des Motors, welche unter Verwendung des Positionserfassungssensors von einem Impuls-Ausgabetyp erlangt ist, und ein Strom-Steuersystem, in welchem eine virtuelle Strom-Rückführung eingebaut ist, um einen Phasen-Spannungs-Befehl ohne einen Strom-Sensor basierend auf dem q-Achse-Strom-Befehl und der ungenauen derzeitigen Position des Motors, welche unter Verwendung des Positionserfassungssensors des Impuls-Ausgabetyps erlangt ist, auszugeben, bereitgestellt.

Description

Technisches Gebiet
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Ventilsteuervorrichtung für ein Ventil, welches beispielsweise zur elektronischen Drosselung und Abgasrückführung verwendet wird, und durch einen bürstenlosen Gleichstrommotor angetrieben wird.
Stand der Technik
Zur Geschwindigkeitssteuerung und Positionssteuerung eines Systems, welches durch einen Motor angetrieben wird, gibt es ein „Spannungs-Steuerverfahren” zum Erzeugen eines Spannungsbefehls, welcher an den Motor gerichtet wird, basierend auf einer Abweichung zwischen einem Befehl und einem aktuellen Wert, und ein „Strom-Steuerverfahren” zur Rückführung eines aktuellen Stroms, welcher durch eine Wicklung des Motors fließt, um den aktuellen Strom derart zu steuern, dass er mit einem Strom-Befehl übereinstimmt.
Das zuletzt genannte Strom-Steuerverfahren legt die Steuerung gezwungenermaßen an, wobei die Induktivitäts-Komponente von den Motorwicklungen überwunden wird, und somit eine Stromverzögerung aufgrund der Induktivitäts-Komponente in einer Steuer-Bandbreite eines Strom-Steuersystems vernachlässigt werden kann, wodurch eine stabile Drehmoment-Steuerung von einem niedrigen Geschwindigkeitsbereich zu einem hohen Geschwindigkeitsbereich des Motors bereitgestellt wird. Andererseits kann bei dem Spannungs-Steuerverfahren der Einfluss der Stromverzögerung aufgrund von der Induktivitäts-Komponente der Motorwicklungen mit Bezug auf den Spannungs-Befehl nicht vernachlässigt werden, und wird die Drehmoment-Nachführung-Charakteristik, verglichen mit dem Strom-Steuerverfahren, verschlechtert, welches zu einem Makel hinsichtlich der Darstellung eines Oszillations-Ansprechens führt.
Im Stand der Technik gibt es im Übrigen eine Technologie, bei welcher, wenn eine ausgegebene BETRIEBSART (engl. output DUTY) gemäß einer erforderlichen BETRIEBSART basierend auf einem erforderlichen Strom für einen Drehmoment-Motor zum Steuern eines Betriebszustandes in einer Stellglied-Steuervorrichtung für einen Verbrennungsmotor eingestellt wird, um einen Fall zu vermeiden, bei welchem die ausgegebene BETRIEBSART entsprechend der erforderlichen BETRIEBSART aufgrund einer Beschränkung bei einer Schaltung und dergleichen nicht eingestellt werden kann, die erforderliche BETRIEBSART und die ausgegebene BETRIEBSART zueinander übereinstimmend erstellt werden, indem die ausgegebene BETRIEBSART in einen ausgegebenen Strom gemäß einer Leistungsversorgungsspannung und einem Widerstand in einen Strompfad umgewandelt wird, ferner eine gegenelektromotorische Kraft unter Verwendung eines abgeschätzten Stroms abgeschätzt wird, welcher gemäß der Spuleninduktivitäts-Komponente des Drehmoment-Motors geglättet wird, und die gegenelektromotorische Kraft der erforderlichen BETRIEBSART hinzugefügt wird (siehe beispielsweise Patentliteratur 1).
Darüber hinaus, gibt es für ein Ventil eines Drehmoment-Ausgleich-Antriebstyps, welcher das Ventil in einem Drehmoment-Ausgleich zwischen einer Rückstellfeder durch ein Erregerelement und einem Motor-Drehmoment eines Gleichstrommotors öffnet bzw. schließt, eine Technologie, bei welcher der Gleichstrommotor durch eine Kombination eines Vorwärtskopplungs-Steuersystems und einer Rückführ-Steuerung gesteuert wird, und werden Betriebsgrößen des Vorwärtskopplungs-Steuersystems und der Rückführ-Steuerung ferner gemäß einer Stationär-Abweichung in der Position korrigiert (siehe beispielsweise Patentliteratur 2).
Gemäß der in Patentliteratur 1 beschriebenen Erfindung wird angenommen, dass die Verzögerung des Stellgliedes beseitigt wird, welches zu einer Erhöhung der Stabilität der Nachführ-Charakteristik führt.
Darüber hinaus wird gemäß der in Patentliteratur 2 beschriebenen Erfindung angenommen, dass das Vorwärtskopplungs-Steuersystem stets die Antriebsspannung zum Erzeugen eines Motor-Drehmoments entsprechend des Rückkehr-Drehmoments gemäß den Öffnungs-/Schließ-Richtungen des Ventils anlegt, und das Rückführ-Steuersystem (PID-Steuerung, beschrieben in Patentliteratur 2) derart wirkt, um die somit zwischen der vorliegenden Position und der Ziel-Position erzeugte Positions-Abweichungsgröße zu kompensieren, und somit das Auftreten von einer Vibration verhindert wird, indem die Rückführ-Steuergröße unabhängig von den Öffnungs-/Schließ-Richtungen des Ventils reduziert wird.
Ferner wird gemäß der in Patentliteratur 2 beschriebenen Erfindung angenommen, dass eine optimale Steuerung gemäß den Betriebs-Charakteristiken des Ventils bereitgestellt wird, welche durch Faktoren geändert werden, wie beispielsweise die Umgebungstemperatur, indem beispielsweise eine Antriebs-Betriebsart korrigiert wird, welche gemäß der Positionsabweichung durch das Vorwärtskopplungs-Steuersystem und eines Koeffizienten in einer arithmetischen Betriebseinheit des Rückführ-Steuersystems berechnet wird.
Zitierliste
Patentfiteratur

Patentliteratur 1: JP 2000-130229 A
Patentliteratur 2: JP 2000-234564 A

Umriss der Erfindung
Technische Probleme
Bei der in Patentliteratur 1 beschriebenen Stellglied-Steuervorrichtung gibt es jedoch ein Problem dahin gehend, dass, wenn das Ansprechverhalten beschleunigt wird, der Einfluss der Abtastperiode in der Steuerberechnung wesentlich wird, welches zu einer Verzögerung in der derzeitigen Erfassungsposition führt, und die Ströme in den Wicklungen des Drehmoment-Motors somit nicht genau abgeschätzt werden können, welches zu einem Oszillations-Ansprechverhalten bei dem Hochgeschwindigkeitsantrieb führt. Wenn darüber hinaus die Auflösung von einem Drosselöffnungssensor ungenau ist, wird die Winkelinformation, welche zur Verarbeitung einer Berechnung einer gegenelektromotorischen Spannung erforderlich ist, schwankend, und kann somit die gegenelektromotorische Spannung nicht genau abgeschätzt werden, mit dem Ergebnis, dass die erforderliche BETRIEBSART und die ausgegebene BETRIEBSART nicht miteinander übereinstimmen. Ferner ist das in Patentliteratur 1 beschriebene Stellglied ein Bürsten-Gleichstrommotor, und tritt somit ein Problem einer Wartbarkeit von Bürsten auf.
Darüber hinaus verwendet die in Patentliteratur 2 beschriebene Ventilsteuervorrichtung das Spannungs-Steuerverfahren zum Erzeugen der Antriebs-Betriebsart für den Motor gemäß der Abweichung zwischen dem Zielwert und dem derzeitigen Wert mittels der PID-Steuerung. Wenn das Ventil durch dieses Verfahren in eine Richtung gesteuert wird, in welche das Rückkehr-Drehmoment wirkt, kann das Ansprechverhalten von einem Positions-Steuersystem, wenn die Motordrehgeschwindigkeit zunimmt, eine Änderung im Motor-Drehmoment aufgrund einer Beschleunigungswirkung des Rückkehr-Drehmoments nicht nachführen. Daraus resultierend gibt es ein Problem dahin gehend, dass, wenn die Richtung, in welche das Rückkehr-Drehmoment wirkt, gleich der Ventil-Schließrichtung ist, beispielsweise das Ansprechverhalten des Ventils während des Ventil-Schließbetriebes schwankend wird oder das Ventil mit einem mechanischen Ende zusammenstößt, aufgrund einer Verzögerung in der Nachführung des Drehmoments.
Die vorliegende Erfindung wurde gemacht, um die zuvor genannten Probleme zu lösen, und es ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Ventilsteuervorrichtung bereitzustellen, bei welcher ein Stellglied ein bürstenloser Gleichstrommotor ist, und ein Sensor eines Impuls-Ausgabe-Typs dem bürstenlosen Gleichstrommotor bereitgestellt wird, wobei die Ventilsteuervorrichtung ein Strom-Steuersystem enthält, welches Phasen-Strom-Befehle und Induktionsspannungen basierend auf einer Sensor-Ausgabe berechnet, welche eine ungenaue elektrische Winkelauflösung hat und ferner den Einfluss von der Abtastperiode durch Durchführen einer Phasenkorrektur für eine Position, welche zur Strom-Steuerung zu verwenden ist, unterdrückt, um eine virtuelle Strom-Rückführung bereitzustellen, welche es ermöglicht, dass Phasen-Ströme genau abgeschätzt werden. Das Steuersystem steuert direkt das Motor-Drehmoment, und somit wird ein Strom, welcher dem Drehmoment entspricht, welches zu dem Drehmoment beiträgt, wirksam erzeugt, um die Ventil-Ansprechgeschwindigkeit zu erhöhen, und ermöglicht ein sanftes Anlegen ohne Kollision des Ventils mit einem mechanischen Ende.
Lösung der Probleme
Die vorliegende Erfindung stellt eine Ventilsteuervorrichtung für einen Ventilmechanismus bereit, an welchem ein Rückkehr-Drehmoment in einer Öffnungsrichtung oder in einer Schließrichtung eines Ventils angelegt wird, wobei die Ventilsteuervorrichtung das Öffnen und Schließen des Ventils bei einem Ausgleich zwischen dem Rückkehr-Drehmoment und einem Motor-Drehmoment, welches durch Steuerung eines Motors zum Anlegen eines Drehmoments in eine Richtung entgegengesetzt zu einer Richtung des Rückkehr-Drehmoments bereitgestellt wird, steuert, wobei die Ventilsteuervorrichtung enthält: einen Erfassungspositions-Umwandler zum Umwandeln von einer elektrischen Winkelerfassungsposition, welche eine derzeitige Position des Motors ist, welche durch einen Positionserfassungssensor erfasst wird, in eine mechanische Winkelerfassungsposition; ein Positions-Steuersystem zum Ausgeben eines q-Achse-Strombefehls, basierend auf einer Abweichung zwischen einem Zielpositions-Befehl und der mechanischen Winkelerfassungsposition des Motors; und ein Strom-Steuersystem zum Verbreiten des q-Achsen-Strombefehls zu einem Phasen-Strom-Befehl von jeder von Phasen des Motors basierend auf der elektrischen Winkelerfassungsposition, Erzeugen eines Phasen-Spannungs-Befehls von jeder der Phasen basierend auf einer Stromabweichung zwischen dem Phasen-Strom-Befehl und einem Rückführ-Abschätz-Strom von jeder der Phasen, Erlangen einer abgeschätzten Induktionsspannung von jeder der Phasen, basierend auf der elektrischen Winkelerfassungsposition und einer Induktionsspannung, welche aktuell zuvor gemessen ist, Erlangen eines abgeschätzten Stroms von jeder von den Phasen, basierend auf der abgeschätzten Induktionsspannung und dem Phasen-Spannungs-Befehl, und Ausgeben eines Phasen-Spannungs-Befehls, an welchem schließlich eine Sättigungsverarbeitung in einem aktuell verwendeten Spannungsbereich angelegt wird.
Vorteilhafte Wirkungen der Erfindung
Gemäß der Ventilsteuervorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung kann das Strom-Steuersystem dazu konfiguriert sein, die virtuelle Strom-Rückführung unter Verwendung eines Sensors zu haben, welcher eine ungenaue elektrische Winkelauflösung hat. Das Drehmoment wird dann direkt durch das Strom-Steuersystem gesteuert, und das Ansprechverhalten des Motors kann somit beschleunigt werden. Darüber hinaus kann eine Breitband-Drehmoment-Steuerung durch dieses Strom-Steuersystem dazu verwendet werden, um wirksam ein Motor-Drehmoment zu erzeugen, welches einem Rückkehr-Drehmoment entgegengesetzt ist, insbesondere bei einer Motorumdrehung bei geringer Geschwindigkeit, wodurch die Geschwindigkeit durch das Motor-Drehmoment sogar dann verringert wird, wenn das Rückkehr-Drehmoment in der Beschleunigungsrichtung erzeugt wird, woraus resultiert, dass eine Kollision des Ventils mit dem mechanischen Ende verhindert wird. Ferner erfordert der Aufbau keinen Strom-Sensor, und können die Kosten des Steuersystems somit reduziert werden.
Kurze Beschreibung der Zeichnung
1 ist ein Blockdiagramm, welches einen Gesamtaufbau eines Steuersystems darstellt, welches eine Ventilsteuervorrichtung gemäß einer ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung enthält.
2 ist ein Blockdiagramm, welches einen Aufbau der Ventilsteuervorrichtung gemäß der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung darstellt,
3 ist ein Blockdiagramm, welches einen Aufbau von einem Positions-Steuersystem der Ventilsteuervorrichtung als eine Übertragungsfunktion von einem kontinuierlichen System gemäß der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung darstellt.
4 ist ein Blockdiagramm, welches einen Aufbau von einem Strom-Steuersystem der Ventilsteuervorrichtung gemäß der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung darstellt.
5 stellt einen U-Phase-Strom-Befehl und einen V-Phase-Strom-Befehl für die Vorwärtsumdrehung eines Motors für die Ventilsteuervorrichtung gemäß der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung dar.
6 stellt den U-Phase-Strom-Befehl und den V-Phase-Strom-Befehl für die Rückwärtsumdrehung des Motors für die Ventilsteuervorrichtung gemäß der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung dar.
7 stellt ein spezifisches Wellenform-Formierungsverfahren zur Durchführung einer Wellenform-Formierung von einem Sinuswelle-Phase-Strom-Befehl in einen Rechteckwelle-Phase-Strom-Befehl für die Ventilsteuervorrichtung gemäß der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung dar.
8 stellt dar, wie eine Rechteckwellen-Induktionsspannung basierend auf einer Grund-Oberschwingung von einer Induktionsspannung der Ventilsteuervorrichtung gemäß der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung erzeugt wird.
9 stellt dar, wie eine normalisierte Induktionsspannung der Ventilsteuervorrichtung basierend auf der Grund-Oberschwingung gemäß der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung angenähert wird.
10 stellt ein spezifisches Wellenform-Formierungsverfahren zum Abschätzen einer Induktionsspannung für jede der Phasen durch die Ventilsteuervorrichtung gemäß der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung dar.
11 stellt eine Phasenkorrektur für einen Motor-Elektrowinkel von der Ventilsteuervorrichtung gemäß der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung dar.
12A–12B stellen Simulationsergebnisse für Verhalten von abgeschätzten Induktionsspannungen und aktuellen Induktionsspannungen jeweils bei Umgebungstemperaturen von 30°C und 120°C während der Ventilschließsteuerung von der Ventilsteuervorrichtung gemäß der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung dar.
13A–13B stellen Simulationsergebnisse für Verhalten von abgeschätzten Phasen-Strömen und aktuellen Phasen-Strömen jeweils bei Umgebungstemperaturen von 30°C und 120°C während der Ventilschließsteuerung von der Ventilsteuervorrichtung gemäß der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung dar.
14A–14B stellen Simulationsergebnisse für Verhalten von einem Ventil-Positions-Befehl, einer aktuellen Ventil-Position, einer Motorwinkelgeschwindigkeit und einem q-Achse-Strom-Befehl jeweils bei Umgebungstemperaturen von 30°C und 120°C während der Ventilschließsteuerung der Ventilsteuervorrichtung gemäß der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung dar.
15 ist ein Blockdiagramm, welches einen Aufbau von einem Strom-Steuersystem einer Ventilsteuervorrichtung gemäß einer zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung darstellt.
16 ist ein Blockdiagramm, welches einen Aufbau von einem Strom-Steuersystem einer Ventilsteuervorrichtung gemäß einer dritten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung darstellt.
Beschreibung von Ausführungsformen
Es wird eine Beschreibung von bevorzugten Ausführungsformen von einer Ventilsteuervorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung unter Bezugnahme auf die Zeichnung gegeben.
[1. Ausführungsform]
Es wird eine Beschreibung der Ventilsteuervorrichtung gemäß einer ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung unter Bezugnahme auf 1 bis 14 gegeben. 1 ist ein Blockdiagramm, welches einen Gesamtaufbau von einem Steuersystem darstellt, welches die Ventilsteuervorrichtung gemäß der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung enthält. Es ist zu erwähnen, dass im Folgenden, über die Zeichnung hinweg, gleiche Bezugszeichen gleiche oder entsprechende Bauteile kennzeichnen.
In 1 enthält das Steuersystem eine Ventilsteuervorrichtung 1, einen Positionserfassungssensor 100, eine Antriebsschaltung 110, einen bürstenlosen Gleichstrommotor 120 und ein Ventil 130.
In 1 ist ein Stellglied zum Antreiben des Ventils 130 gleich der bürstenlose Gleichstrommotor 120. Darüber hinaus ist der Positionserfassungssensor 100 des Impuls-Ausgabe-Typs, wie beispielsweise ein Hall IC, dem bürstenlosen Gleichstrommotor 120 bereitgestellt. Die Auflösung des Positionserfassungssensors 100 entspricht sechs Schritten pro Periode des elektrischen Winkels, die elektrische Winkelauflösung beträgt nämlich 60 deg.
Eine Feder (nicht gezeigt) ist als Erregerelement an das Ventil 130 gekoppelt, und es wird zuvor eine Vorlast an die Feder angelegt, so dass ein Rückkehr-Drehmoment durch die Feder beispielsweise in die Ventil-Schließrichtung wirkt. Andererseits ist der bürstenlose Gleichstrommotor 120 über einen Leistungsübertragungsmechanismus (nicht gezeigt) an eine Feder gekoppelt, welche betriebsmäßig mit einer Motordrehwelle in Zusammenhang steht, und erreicht das Ventil somit einen Zustand, bei welchem das Ventil durch ein Drehmoment (Rückkehr-Drehmoment), welches durch die Vorlast hervorgerufen wird, wenn das Ventil in einem Ventilschließbetrieb ist, gegen ein mechanisches Ende gedrückt wird.
Die Ventilsteuervorrichtung 1 stellt der Antriebsschaltung 110 einen Phasen-Spannungs-Befehl basierend auf einem Ziel-Positions-Befehl θm_com, welcher an das Ventil 130 gerichtet ist, und einer elektrischen Winkelerfassungsposition θe (vorliegende Position), welche von dem Positionserfassungssensor 100 erlangt wird, bereit. Es werden dann Leistungselemente (nicht gezeigt) basierend auf dem Phasen-Spannungs-Befehl, welcher die Ausgabe von der Ventilsteuervorrichtung 1 ist, in der Antriebsschaltung 110 umgeschaltet.
2 ist ein Blockdiagramm, welches einen Aufbau der Ventilsteuervorrichtung gemäß der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung darstellt.
In 2 ist die Ventilsteuervorrichtung 1 eine Ventilsteuervorrichtung 1 für den Ventilmechanismus, welchem das Rückkehr-Drehmoment in der Schließrichtung des Ventils 130 angelegt wird, wobei die Ventilsteuervorrichtung 1 ein Öffnen/Schließen des Ventils in einem Ausgleich zwischen dem Rückkehr-Drehmoment und einem Motor-Drehmoment, welches durch die Steuerung des bürstenlosen Gleichstrommotors 120 bereitgestellt wird, um das Drehmoment in eine zum Rückkehr-Drehmoment entgegengesetzte Richtung anzulegen, steuert. Die Ventilsteuervorrichtung 1 enthält ein Positions-Steuersystem 80, ein Strom-Steuersystem 10 und einen Erfassungspositions-Umwandler 95.
3 ist ein Blockdiagramm, welches einen Aufbau des Positions-Steuersystems der Ventilsteuervorrichtung als eine Übertragungsfunktion von einem kontinuierlichen System gemäß der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung darstellt.
In 3 enthält das Positions-Steuersystem 80 Ki 81, Kp × s 82, s² 83, ein Filter 84, kd 85, (1/s) 86 und einen Sättigungsprozessor 87.
4 ist ein Blockdiagramm, welches einen Aufbau des Strom-Steuersystems der Ventilsteuervorrichtung gemäß der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung darstellt.
In 4 enthält das Strom-Steuersystem 10 einen Strom-Befehl-Verteiler 20, zwei Strom-Steuerungen 30, einen Sättigungsprozessor 40, einen Filter 50, einen Induktionsspannungs-Abschätzer 60, zwei Strom-Abschätzer 70 und einen Phasen-Korrigierer 90.
Es wird nun eine Beschreibung hinsichtlich eines Betriebes der Ventilsteuervorrichtung gemäß der ersten Ausführungsform unter Bezugnahme auf die Zeichnung gegeben.
Wie in 1, 2 und 3 dargestellt, erzeugt das Positions-Steuersystem 80 einen q-Achse-Strom-Befehl iq_com basierend auf dem Ziel-Position-(Ziel-Öffnung-)Befehl θm_com, welcher an das Ventil 130 von einem Computer stromaufwärts der Ventilsteuervorrichtung 1 gerichtet ist, und einer mechanischen Winkelerfassungsposition θm, welche durch ein Umwandeln durch den Erfassungspositions-Umwandler 95 von einer elektrischen Winkelerfassungsposition θe, welche durch den Positionserfassungssensor 100 erfasst wird, welcher dem bürstenlosen Gleichstrommotor 120 bereitgestellt wird, erlangt wird. Der Erfassungspositions-Umwandler 95 führt die Umwandlungsverarbeitung des elektrischen Winkels in den mechanischen Winkel durch. Genauer gesagt wird, wenn die Anzahl von Motor-Pol-Paaren gleich p beträgt, die mechanische Winkelerfassungsposition θm durch eine Umwandlung θe/p erlangt.
In diesem Zusammenhang ist ein spezifischer Aufbau des Positions-Steuersystems 80 zum Erzeugen des q-Achse-Strom-Befehls iq_com die PI-D-Steuerung des Geschwindigkeits-Typs-Algorithmus, wie beispielsweise in 3 dargestellt. Es ist zu erwähnen, dass der Aufbau des Positions-Steuersystems 80 ein unterschiedlicher Aufbau sein kann, so wie sich die I-PD-Steuerung von der PI-D-Steuerung unterscheidet. Auf diese Art und Weise wird der q-Achse-Strom-Befehl iq_com durch Erlangen einer Differenz zwischen einem Wert, welcher durch Anlegen von PI-Betrieben (81, 82) zu einer Abweichung zwischen der mechanischen Winkelerfassungsposition θm und dem Ziel-Position-Befehl θm_com erlangt wird, und einem Wert, welcher durch Anlegen einer Differenziation (83) auf die mechanische Winkelerfassungsposition θm und dann Anlegen einer Filterung (84) zum Glätten der Ableitung erlangt wird, und dann durch Multiplizieren (85) der Differenz mit einem Geschwindigkeitsbetrag Kd erlangt wird.
Es ist zu erwähnen, dass ein Ausgabe-Limit durch den Sättigungs-Prozessor 87 an den q-Achse-Strom-Befehl iq_com angelegt wird, und dass eine Gegensättigungs-Verarbeitung (engl.: anti-windup processing) durch Beenden des Integral-Betriebes (81) durch die Wirkung des Integrations-Betrages Ki ferner an den q-Achse-Strom-Befehl iq_com angelegt wird, wenn der q-Achse-Strom-Befehl iq_com ein Ausgabe-Limit übersteigt. Auf diese Weise wird ein Überschwingen in eine Positions-Antwort, hervorgerufen durch eine Sättigung einer manipulierten Variablen durch den Integral-Betrieb, unterdrückt.
Bezug nehmend auf 4 wird nun eine Beschreibung eines Betriebes des Strom-Steuersystems 10 zum Ausgeben des Phase-Spannungs-Befehls an die Antriebsschaltung 110 basierend auf den q-Achse-Strom-Befehl iq_com, welcher die Ausgabe aus dem Positions-Steuersystem 80 ist, und der elektrischen Winkelerfassungsposition θe, welche durch den Positionserfassungssensor 100 erlangt wird, gegeben.
Wie zuvor beschrieben, enthält das Strom-Steuersystem 10 den Strom-Befehl-Verteiler 20, die Strom-Steuerungen 30, den Sättigungsprozessor 40, den Filter 50, den Induktionsspannungs-Abschätzer 60, die Strom-Abschätzer 70 und den Phasen-Korrigierer 90.
Der Strom-Befehl-Verteiler 20 führt zuerst eine Verarbeitung zum Verteilen des q-Achse-Strom-Befehls iq_com auf einen U-Phase-Strom-Befehl iu_com und einen V-Phase-Strom-Befehl iv_com durch. Die elektrische Winkelauflösung ist jedoch mit 60 deg ungenau, und somit werden Berechnungen, welche trigonometrische Funktionen einbeziehen, wie dies bei der Strom-Steuerung für den Drei-Phasen-Motor üblich ist, bei dieser Strom-Verteilungs-Verarbeitung nicht angewendet, unter Betrachtung einer Reduktion von einer Belastung, welche durch die Berechnungen auferlegt wird.
In dieser Ausführungsform, wie in 5 und 6 dargestellt, wird eine Verarbeitung zum Abschätzen des U-Phase-Strom-Befehls und des V-Phase-Strom-Befehls, welche idealerweise als Sinuswellen durch die Berechnungsverarbeitung unter Verwendung der trigonometrischen Funktionen erlangt werden, in Rechteckwellen für jedes der Erfassungsintervalle von der elektrischen Winkelerfassungsposition θe durchgeführt. 5 stellt den U-Phase-Strom-Befehl und den V-Phase-Strom-Befehl für die Vorwärtsumdrehung des Motors dar, und 6 stellt den U-Phase-Strom-Befehl und den V-Phase-Strom-Befehl für die Rückwärtsumdrehung des Motors dar. Es ist zu erwähnen, dass jeweils in 5 und 6 durchgängige Linien die Rechteckwellen-Phase-Strom-Befehle, welche auf Rechteckwellen angenähert sind, darstellen, und dass gestrichelte Linien die idealen Sinuswellen-Phase-Strom-Befehle, welche durch die Berechnung unter Verwendung der trigonometrischen Funktionen erlangt werden, darstellen.
Ein spezifisches Wellenform-Formierungsverfahren zur Durchführung einer Wellenform-Formierung des Sinuswellen-Phase-Strom-Befehls in den Rechteckwellen-Phase-Strom-Befehl wird wie in 7 dargestellt unter Bezugnahme auf 5 und 6 zusammengefasst. Die Drehrichtung des Motors kann basierend auf dem Vorzeichen des q-Achse-Strom-Befehls iq_com, dem Vorzeichen der elektrischen Winkelgeschwindigkeit θe_dot, welche durch Anwenden einer Berechnung auf die elektrische Winkelerfassungsposition θe durch den Filter 50, welcher in dem Strom-Steuersystem 10 enthalten ist, erlangt wird, oder sowohl dem Vorzeichen des q-Achse-Strom-Befehls iq_com als auch der elektrischen Winkelgeschwindigkeit θe_dot bestimmt werden. Darüber hinaus wird eine Halb-Amplitude i_max des Phase-Strom-Befehls basierend auf der folgenden Gleichung (1) berechnet.
[Gleichung 1]
Das Verfahren der Wellenform-Formierung des Sinuswellen-Phase-Strom-Befehls in den Rechteckwelle-Phase-Strom-Befehl wurde zuvor beschrieben. Auf diese Art und Weise können, sogar wenn die elektrische Winkelauflösung des Positionserfassungssensors 100 so gering ist wie 60 deg, die Phase-Strom-Befehle durch die Wellenform-Formierung in die Rechteck-Wellen erzeugt werden, ohne dass die trigonometrischen Funktionen angewendet werden, und zwar in jedem der Erfassungs-Intervalle des elektrischen Winkels (das Erfassungsintervall entspricht der elektrischen Winkelauflösung) in dem Strom-Steuersystem 10, welches dazu konfiguriert ist, eine Änderung im Drehmoment nachzuführen.
Es wird nun eine Beschreibung der Strom-Steuerungen 30 gegeben. Die Strom-Steuerungen 30 erzeugen einen U-Phase-Spannungs-Befehl und einen V-Phase-Spannungs-Befehl jeweils aus iu_com-iu_est, iv_com-iv_est, welche Stromabweichungen sind, welche jeweils durch einen Differenz-Betrieb zwischen dem U-Phase-Strom-Befehl iu_com und dem V-Phase-Strom-Befehl iv_com, welche Ausgaben aus dem Strom-Befehl-Verteiler 20 sind, und einem abgeschätzten U-Phase-Strom iu_est und einem abgeschätzten V-Phase-Strom iv_est, welche später beschrieben werden, erlangt werden. Die Strom-Steuerungen 30 sind lediglich durch Proportional-Beträge konfiguriert, so dass die Steuerungs-Ausgaben jeweils proportional zu den Strom-Abweichungen sind, welche beispielsweise einer bekannten Technologie entsprechen.
Darüber hinaus dient der Sättigungsprozess 40 zum Unterdrücken der Halb-Amplituden des U-Phase-Spannungs-Befehls, des V-Phase-Spannungs-Befehls und des W-Phase-Spannungs-Befehls, basierend auf Spannungspegeln auf der Antriebsschaltung-110-Seite. Es ist zu erwähnen, dass ein W-Phase-Spannungs-Befehl vw_b basierend auf der folgenden Gleichung (2) berechnet wird, wobei vu_b und vv_b jeweils den U-Phase-Spannungs-Befehl und den V-Phase-Spannungs-Befehl kennzeichnen, welche als Ausgaben der Strom-Steuerungen 30 erlangt sind.
[Gleichung 2] vw_b = –vu_b – vv_b (2)
Es wird nun eine Beschreibung des Induktionsspannungs-Abschätzers 60 unter Bezugnahme auf 8 bis 10 gegeben. Der Induktionsspannungs-Abschätzer 60 berechnet eine abgeschätzte U-Phase-Induktionsspannung eu_est und eine abgeschätzte V-Phase-Induktionsspannung ev_est unter Verwendung der elektrischen Winkelerfassungsposition θe, der elektrischen Winkelgeschwindigkeit θe_dot und gemessener Werte der Induktionsspannungen des bürstenlosen Gleichstrommotors 120.
Die elektrische Winkelgeschwindigkeit θe_dot wird als eine Ausgabe von dem Filter 50 erlangt, welcher die elektrische Winkelerfassungsposition θe, welche für jede elektrische Winkelauflösung erfasst ist, differenziert und ferner die Ableitung glättet, und wobei die elektrische Winkelgeschwindigkeit θe_dot, welche eine kleine Oszillation darstellt, aufgrund der Wirkung des Filters 50 erlangt werden kann.
Der gemessene Wert der Induktionsspannung des bürstenlosen Gleichstrommotors 120 wird wie durch beispielsweise eine gestrichelte Linie in 9 dargestellt erlangt. Es ist zu erwähnen, dass die vertikale Achse eine normalisierte Induktionsspannung darstellt, welche durch Teilen der Induktionsspannung durch die Motordrehgeschwindigkeit während der Messung erlangt wird. Wie in 9 dargestellt, enthält die normalisierte Induktionsspannung höhere Oberwellen-Komponenten, wie beispielsweise eine Komponente dritter Ordnung eines elektrischen Winkels, zusätzlich zu der Komponente erster Ordnung des elektrischen Winkels (Grund-Oberwelle).
Der Induktionsspannungs-Abschätzer 60 verwendet lediglich die Induktionsspannung der Komponente erster Ordnung des elektrischen Winkels als Information. Genauer gesagt wird die normalisierte Induktionsspannung, welche durch die gestrichelte Linie in 9 dargestellt ist, durch das Verfahren der kleinsten Quadrate bis hin zu der Komponente erster Ordnung des elektrischen Winkels abgeschätzt, und wird eine erlangte Halb-Amplitude v_norm für die Berechnung zur Abschätzung verwendet. Es ist zu erwähnen, dass v_norm eine positive reelle Zahl ist.
Es wird nun eine Beschreibung hinsichtlich eines Verfahrens zur Formierung in die Rechteckwelle durch Einbeziehung eines Induktionsspannungs-Modells der Komponente erster Ordnung des elektrischen Winkels in den Induktionsspannungs-Abschätzer 60 gegeben. Dieses ist wie in 10 dargestellt zusammengefasst. Die Drehrichtung des Motors kann durch das Vorzeichen der elektrischen Winkelgeschwindigkeit bestimmt werden, welche durch Berechnen der elektrischen Winkelerfassungsposition θe durch den Filter 50, welcher in dem Strom-Steuersystem 10 enthalten ist, erlangt wird. Darüber hinaus wird eine Halb-Amplitude v_max der Induktionsspannung basierend auf der folgenden Gleichung (3) berechnet.
[Gleichung 3] v_max = v_norm × |θe_dot| (3)
Wie in 8 dargestellt, berechnet der Induktionsspannungs-Abschätzer 60 somit die Rechteckwellen durch die Wellenform-Formierung für jedes aus dem Erfassungs-Intervall des elektrischen Winkels (das Erfassungs-Intervall entspricht der elektrischen Winkelauflösung) als abgeschätzte U-Phase-Induktionsspannung eu_est und abgeschätzte V-Phase-Induktionsspannung ev_est unter Verwendung von der elektrischen Winkelerfassungsposition θe, der elektrischen Winkelgeschwindigkeit θe_dot und der Halb-Amplitude v_norm von der normalisierten Induktionsspannung, welche durch Annäherung der Sinuswelle von lediglich der Komponente erster Ordnung des elektrischen Winkels von dem gemessenen Wert der Induktionsspannung des bürstenlosen Gleichstrommotors 120 erlangt wird.
Es wird nun eine Beschreibung der Strom-Abschätzer 70 gegeben. Wie in 4 dargestellt, dienen die Strom-Abschätzer 70 zum Abschätzen der Phase-Ströme, welche jeweils in die U-Phase und die V-Phase fließen, basierend auf einem U-Phase-Spannungsbefehl vu_com und einem V-Phase-Spannungsbefehl vv_com, welche als Ausgaben des Sättigungs-Prozessors 40 erlangt sind, und der abgeschätzten U-Phase-Induktionsspannung eu_est und der abgeschätzten V-Phase-Induktionsspannung ev_est, welche als Ausgaben des Induktionsspannungs-Abschätzers 60 erlangt sind.
Beispielsweise wird bei einer allgemeinen Strom-Steuerung zur individuellen Rückführung der Phase-Ströme für den Drei-Phase-Motor der Betrag des Strom-Steuersystems 10 (proportionaler Betrag der Strom-Steuerungen 30) auf einen hohen Pegel eingestellt, welcher keine Oszillation des Strom-Ansprechverhaltens darstellt, das Ansprechverhalten wird nämlich durch Erhöhen der Bandbreite von der Strom-Steuerung beschleunigt.
Andererseits, sogar dann, wenn kein Strom-Sensor verfügbar ist, die Strom-Rückführung somit nicht erreicht werden kann, wenn jedoch die Abschätz-Genauigkeit von der Induktionsspannung und die Genauigkeit der Modellierung der Strom-Abschätzer 70 hoch sind, und der Betrag des Strom-Steuersystems 10 (proportionaler Betrag der Strom-Steuerungen 30) auf einen hohen Pegel eingestellt ist, welcher keine Oszillation des Strom-Ansprechverhaltens darstellt, stimmen der aktuelle Phase-Strom und der abgeschätzte Phase-Strom miteinander überein, welches zu einer Zunahme des Strom-Ansprechverhaltens führt. Es wird dann in Betracht gezogen, dass die Phase-Spannung-Befehle mit den aktuellen Phase-Spannungen des Drei-Phase-Motors in diesem Zustand übereinstimmen.
Beispielsweise ist der Strom-Abschätzer 70 lediglich durch ein Verzögerungselement erster Ordnung modelliert, wobei R der Wicklungswiderstand für eine Phase ist und L die Wicklungsinduktivität für eine Phase ist, um den abgeschätzten U-Phase-Strom iu_est und den abgeschätzten V-Phase-Strom iv_est zu berechnen. Dann wird die spezifische Berechnung durch die Strom-Abschätzer 70 durch die folgenden Gleichungen (4) und (5) gegeben, wobei ΔTc die Abtastperiode des Strom-Steuersystems 10 darstellt. In diesem Zusammenhang ist n die Abtastzahl, welche eine positive Ganzzahl ist. [Gleichung 4]
Es wurde zuvor beschrieben, wie der abgeschätzte U-Phase-Strom iu_est und der abgeschätzte V-Phase-Strom iv_est berechnet werden, wenn die Strom-Abschätzer 70 als Verzögerungselemente erster Ordnung modelliert sind.
Auf diese Art und Weise ist es möglich, die virtuelle Strom-Rückführung ohne die Notwendigkeit eines Strom-Sensors durch Ausbilden der Konfiguration der Rückführung auf die Phase-Strom-Befehle, die abgeschätzten Ströme der Phasen, welche basierend auf den Gleichungen (4) und (5) berechnet sind, unter Verwendung der abgeschätzten Induktionsspannungen für die U-Phase und die V-Phase, welche durch den Induktionsspannungs-Abschätzer 60 erlangt sind, der Phase-Spannungs-Befehle für die U-Phase und die V-Phase, und der Strom-Abschätzer (70), welche durch Modellieren der Beziehung zwischen der Spannung und dem Strom für eine Phase des Drei-Phase-Motors als das Verzögerungselement erster Ordnung innerhalb der Öffnungs-/Schließ-Steuerung für das Ventil 130 konfiguriert sind, aufzubauen.
Im Übrigen, da die Motorwinkelgeschwindigkeit bei der Öffnungs-/Schließ-Steuerung für das Ventil 130 zunimmt, verzögert sich die Erlangung der elektrischer Winkelerfassungsposition aufgrund des Einflusses von der Abtastperiode des Strom-Steuersystems 10, und werden sich die Phase-Strom-Befehle resultierend hieraus, welche Ausgaben des Strom-Befehl-Verteilers 20 sind, und die abgeschätzten Induktionsspannungen, welche Ausgaben des Induktionsspannungs-Abschätzers 60 sind, wobei beide in dem Strom-Steuersystem 10 berechnet sind, mit Bezug auf das Ansprechen der aktuellen Phase-Ströme und der aktuellen Induktionsspannungen verzögern, welches zu einer. Abnahme des Ansprechverhaltens des Ventils 130 führen kann. In diesem Zusammenhang, wie später beschrieben, wird die Abnahme im Ansprechverhalten vermieden, indem eine Größe der Phasen-Verzögerung von der elektrischen Winkelerfassungsposition aufgrund des Einflusses von der Abtastperiode des Strom-Steuersystems 10 zu einer neuen derzeitigen Motorposition hinzuaddiert wird, welche zur Steuerberechnung im Strom-Steuersystem 10 zu verwenden ist.
Diese Phase-Verzögerung-Größe dθe wird durch die folgende Gleichung (6) berechnet, wobei ΔTc die Abtastperiode des Strom-Steuersystems 10 darstellt und T θe eine Periode des elektrischen Winkels während des Motorantriebs darstellt.
[Gleichung 5] dθe = 360 × ΔTc/(2 × T_θe) (6)
Dann wird die Phase-Verzögerung-Größe dθe, welche durch den Phase-Korrigierer 90 eingestellt ist, zu den Phase-Strom-Befehlen, welche die Ausgaben des Strom-Befehl-Verteilers 20 sind, und zu den abgeschätzten Induktionsspannungen hinzuaddiert, welche die Ausgaben des Induktionsspannungs-Abschätzers 60 sind. Eine neue derzeitige Motorposition, welche der Phasen-Korrektur durch die Größe dθe unterworfen ist, welche durch gestrichelte Linien in 11 dargestellt ist, wird zur Berechnung jeweils im Strom-Befehl-Verteiler 20 und Induktionsspannungs-Abschätzer 60 verwendet, und es werden jeweilige Ausgaben, welche sich auf die neue derzeitige Motorposition beziehen, angewendet. Ein fixierter Wert, welcher basierend auf der maximalen Winkelgeschwindigkeit des Motors bestimmt ist, wird beispielsweise auf die Phase-Verzögerung-Größe dθe gemäß der ersten Ausführungsform eingestellt. Diese Einstellung ermöglicht eine Unterdrückung der Verzögerung in der Berechnung des Strom-Befehls und der Verzögerung in der Berechnung der Induktionsspannung für jede der Phasen aufgrund der Abtastperiode des Strom-Steuersystems 10.
Gemäß der ersten Ausführungsform können die Induktionsspannungen und die Phase-Ströme des bürstenlosen Gleichstrommotors 120, welcher angetrieben wird, unter Verwendung des Positionserfassungssensors 100, welcher eine ungenaue elektrische Winkelauflösung hat, genau abgeschätzt werden. Darüber hinaus ist die virtuelle Strom-Rückführung in dem Strom-Steuersystem 10 unter Verwendung der abgeschätzten Werte eingebaut, und ist somit kein Strom-Sensor erforderlich, welches zu einer Reduktion der Kosten des Steuersystems führt.
Der grundlegende Betrieb der Ventilsteuervorrichtung 1 gemäß der ersten Ausführungsform wurde beschrieben. Es wird nun eine spezifische Beschreibung eines Beispiels der Berechnung zur Darstellung von Wirkungen der Ventilsteuervorrichtung 1 gegeben.
12A–12B, 13A–13B und 14A–14B stellen jeweils verschiedene Ansprechzeiten dar, wenn Schritteingaben des Ziel-Position-Befehls von einer vollständigen Öffnung von 230 Schritten (ein Schritt entspricht 60 deg im elektrischen Winkel) zu einem vollständigen Schließen von 0 Schritten entsprechend des mechanischen Endes von dem Ventil 130 eingegeben werden.
Das Ventil 130 ist derart aufgebaut, dass das Rückkehr-Drehmoment in Ventilschließrichtung wirkt, und die Eingaben von der vollständigen Öffnung von 230 Schritten zum vollständigen Schließen von 0 Schritten werden somit eingegeben, um eine Wirkung eines effektiven Erzeugens des Motor-Drehmoments entgegen dem Rückkehr-Drehmoment zum Verringern einer Änderung in der Motor-Winkelgeschwindigkeit unmittelbar vor dem vollständigen Schließen des Ventils 130 zu zeigen. Darüber hinaus werden zwei Fälle angenommen, bei welchen die Umgebungstemperatur 30°C und 120°C beträgt, um eine Wirkung des Erlangens des stabilen Ventil-Position-Ansprechverhaltens mit Bezug auf die Umgebungstemperatur zu zeigen. Als eine Reibungslast und als Wicklungswiderstände und Wicklungsinduktivitäten des Motors, welche sich gemäß der Umgebungstemperatur ändern können, werden Werte entsprechend der Umgebungstemperatur zugeführt. Darüber hinaus, obwohl sich die elektrische Winkelerfassungsposition, welche im Strom-Steuersystem 10 verwendet wird, aufgrund des Einflusses der Steuerperiode verzögert, wenn die Motor-Winkelgeschwindigkeit zunimmt, wird die Korrekturgröße der elektrischen Winkel-Phase-Verzögerung in diesem Zusammenhang auf einen festgelegten Wert von 45 deg im Phasen-Korrigierer 90 eingestellt, und wird sie für die jeweiligen Berechnungen im Strom-Befehl-Verteiler 20 und im Induktionsspannungs-Abschätzer 60 in Betracht gezogen.
12A, 13A und 14A und 12B, 13B und 14B stellen jeweils Verhalten für Umgebungstemperaturen von 30°C und 120°C dar. Darüber hinaus stellen 12A–12B und 13A–13B verschiedene zeitliche Wellenformen der Phasen-Induktionsspannungen und der Phasen-Strome während eines aktuellen Betriebes des Ventils, dargestellt in 14A, 14B, dar, und sind die Zeitskalen der horizontalen Achsen in 12A–12B bis 14A–14B alle identisch.
12A–12B stellen Verhalten der aktuellen Induktionsspannung als gestrichelte Linien und Verhalten der abgeschätzten Induktionsspannung als durchgängige Linien für jede der Phasen dar. Es treten Bereiche auf, bei welchen die aktuelle Induktionsspannung, welche durch die gestrichelte Linie dargestellt Ist, und die abgeschätzte Induktionsspannung, welche durch die durchgängige Linie dargestellt ist, in ihrer Spannungsamplitude unterschiedlich sind. Diese Bereiche werden erzeugt, da die elektrische Winkelerfassungsposition θe, welche in jeder Abtastperiode des Strom-Steuersystems 10 erlangt wird, sich nicht auf einen regelmäßigen Ablauf ändern kann, nämlich durch sechs Schritte in einer Periode des elektrischen Winkels, wenn die Ventilschließgeschwindigkeit des Ventils 130 zunimmt. Jedoch kann dieses Phänomen unterdrückt werden, indem beispielsweise die Abtastperiode des Strom-Steuersystems 10 verringert wird.
13A–13B stellen Verhalten des aktuellen Phasen-Stroms als gestrichelte Linien für jede der Phasen, und Verhalten des abgeschätzten Stroms als durchgängige Linien für jede der Phasen dar. Obwohl es einen Einfluss der abgeschätzten Genauigkeit der abgeschätzten Induktionsspannung, wie zuvor beschrieben, gibt, stimmen der aktuelle Phasen-Strom und der abgeschätzte Phasen-Strom gut miteinander überein, und, wie in 4 dargestellt, zeigt dieses Ergebnis klar an, dass die virtuelle Strom-Rückführung sogar mit den einfachen Verzögerungselementen erster Ordnung realisiert werden kann, welche die elektrischen Eigenschaften des Motors durch die serielle Verbindung der Wicklungswiderstands-Komponente und der Wicklungsinduktivitäts-Komponente für eine Phase modellieren.
14A und 14B stellen jeweils verschiedene Ansprechzeiten bei Umgebungstemperaturen von 30°C und 120°C dar. In den Kurvenverläufen von 14A stellt beispielsweise eine erste Zeile den Ventil-Positions-Befehl und die aktuelle Ventil-Position jeweils in gestrichelten und durchgängigen Linien dar, stellt eine zweite Zeile die Motorwinkelgeschwindigkeit in einer durchgängigen Linie dar, und stellt eine dritte Zeile den q-Achse-Strom-Befehl in einer durchgängigen Linie dar. 14B stellt die gleichen Elemente wie in 14A dar. Bei beiden Umgebungstemperaturen von 30°C und 120°C wird der q-Achse-Strom-Befehl wirksam in die Richtung erzeugt, welche entgegengesetzt zur Wirkungsrichtung des Rückkehr-Drehmoments in einem niedrigen Drehgeschwindigkeitsbereich vor dem vollständigen Schließen ist, und stellt die aktuelle Ventil-Position einen sanften Anschlag ohne Kollision mit dem mechanischen Ende dar (0 Schritte).
Darüber hinaus, obwohl sich mechanische Eigenschaften des Ventils 130, wie beispielsweise die Reiblast, und elektrischen Eigenschaften des Motors 120, wie beispielsweise der Wicklungswiderstand, gemäß der Umgebungstemperatur ändern können, betragen die Ansprechzeiten von der vollständigen Öffnung von 230 Schritten bis zu einer 10-Prozent-Öffnung (23 Schritte) jeweils 162 ms und 151 ms bei den Umgebungstemperaturen von 30°C und 120°C, und ist somit eine Differenz in der Ansprechzeit lediglich 11 ms groß, sogar bei der Änderung der Umgebungstemperatur, welches zu einem stabilen Ventil-Verhalten führt, welches eine geringe Schwankung in der Ansprechzeit hat.
Wie zuvor beschrieben, gemäß der ersten Ausführungsform, in einer Ventilsteuervorrichtung 1, bei welcher das Stellglied der bürstenlose Gleichstrommotor 120 ist, und der Positionserfassungssensor 100 von einem Impuls-Ausgabe-Typ dem bürstenlosen Gleichstrommotor 120 bereitgestellt ist, enthält die Ventilsteuervorrichtung 1 das Strom-Steuersystem 10, welches Phasen-Strom-Befehle und Induktionsspannungen basierend auf einer Sensor-Ausgabe berechnet, welche eine ungenaue elektrische Winkelauflösung hat und ferner den Einfluss von der Abtastperiode durch Ausführen einer Phasenkorrektur für eine Position, welche zur Strom-Steuerung zu verwenden ist, unterdrückt, um eine virtuelle Strom-Rückführung bereitzustellen, welche es erlaubt, dass Phasen-Ströme genau abgeschätzt werden. Das Strom-Steuersystem 10 steuert direkt das Motor-Drehmoment, und somit wird ein Strom, welcher dem Drehmoment entspricht, welches zum Drehmoment beiträgt, wirksam erzeugt, um die Ansprechgeschwindigkeit des Ventils 130 zu erhöhen, und wodurch ein sanftes Anlegen ohne Kollision des Ventils 130 mit dem mechanischen Ende ermöglicht wird.
[2. Ausführungsform]
Es wird nun eine Beschreibung einer Ventilsteuervorrichtung gemäß einer zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung unter Bezugnahme auf 15 gegeben. 15 ist ein Blockdiagramm, welches einen Aufbau von einem Strom-Steuersystem von der Ventilsteuervorrichtung gemäß der zweiten Ausführungsform von der vorliegenden Erfindung darstellt.
In 15A enthält ein Strom-Steuersystem 10A von der Ventilsteuervorrichtung 1 gemäß der zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung einen Phasen-Korrigierer 90A zum Bereitstellen einer optimalen Phasen-Korrekturgröße gemäß der Motor-Winkelgeschwindigkeit. Das Strom-Steuersystem 10A unterscheidet sich von dem Strom-Steuersystem 10 der Ventilsteuervorrichtung 1 gemäß der ersten Ausführungsform, bei welchem der Basis-Korrigierer 90 die Phasen-Verzögerungsgröße dθe als den festgelegten Wert einstellt, welcher durch die maximale Motor-Winkelgeschwindigkeit bestimmt ist. Somit, während die Phasen-Korrekturgröße (gleich dθe) gemäß der ersten Ausführungsform konstant ist, ändert sich die Phasen-Korrekturgröße gemäß der Motor-Winkelgeschwindigkeit gemäß der zweiten Ausführungsform.
Die Ventilsteuervorrichtung 1 gemäß der zweiten Ausführungsform hat die folgende Aufgabe. Bei dem in der ersten Ausführungsform beschriebenen Strom-Steuersystem 10 wird die Phasen-Verzögerung bei der Erlangung der elektrischen Winkelerfassungsposition aufgrund des Einflusses von der Abtastperiode des Strom-Steuersystems 10A, wenn die Motor-Winkelgeschwindigkeit bei der Öffnungs-/Schließ-Steuerung für das Ventil 130 zunimmt, automatisch eingestellt, indem der Phasen-Korrigierer 90A bereitgestellt wird, um eine optimale Phasen-Korrekturgröße basierend auf der Motor-Winkelgeschwindigkeit bereitzustellen, wodurch das Ansprechverhalten des Wertes erhöht wird, insbesondere Eigenschaften beim Starten des Motors und beim Stoppen des Motors.
In 15 wird die Phasen-Korrektur durch den Phasen-Korrigierer 90A anstelle des Phasen-Korrigierers 90 gemäß der ersten Ausführungsform durchgeführt. Der Phasen-Korrigierer 90A korrigiert die Phase entsprechend der Phasen-Verzögerung bei der Erlangung von der elektrischen Winkelerfassungsposition aufgrund des Einflusses der Abtastperiode des Strom-Steuersystems 10A, wie zuvor beschrieben.
Die spezifische Phasen-Korrekturgröße dθe wird durch die folgende Gleichung (7) berechnet, wobei ΔTc die Abtastperiode des Strom-Steuersystems 10A darstellt. Dann berechnet der Strom-Befehl-Verteiler 20 den Phasen-Strom-Befehl für jede der Phasen, und berechnet der Induktionsspannungs-Abschätzer 60 die abgeschätzte Induktionsspannung für jede der Phasen unter Bezugnahme auf die neue derzeitige Motorposition, welcher die Phasen-Korrekturgröße dθe hinzuaddiert ist.
[Gleichung 6] dθe = 360 × ΔTc/2 × θe_dot/(2 × π) (7)
Diese Gleichung (7) ist eine Funktion der elektrischen Winkelgeschwindigkeit θe_dot, und die optimale Phasen-Korrekturgröße wird somit automatisch für die beliebige Motorwinkelgeschwindigkeit eingestellt.
Daraus resultierend wird die Einstellung derart vorgenommen, dass die Phase den Phasen-Strom-Befehlen nacheilt, und die abgeschätzten Induktionsspannungen, welche durch das Strom-Steuersystem 10A berechnet sind, jeweils mit Bezug auf die Phasen der aktuellen Phasen-Ströme und der aktuellen Induktionsspannungen klein sind, wodurch das Ansprechverhalten des Ventils 130 erhöht wird.
[3. Ausführungsform]
Es wird nun eine Beschreibung von einer Ventilsteuervorrichtung gemäß einer dritten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung unter Bezugnahme auf 16 gegeben. 16 ist ein Blockdiagramm, welches einen Aufbau von einem Strom-Steuersystem der Ventilsteuervorrichtung gemäß der dritten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung darstellt.
Die Ventilsteuervorrichtung 1 gemäß der dritten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung hat den folgenden Aufbau. In dem Strom-Steuersystem 10 der Ventilsteuervorrichtung 1 gemäß der zuvor erwähnten ersten Ausführungsform wird der abgeschätzte Strom für jede der Phasen unter Verwendung der aktuellen Phasen-Spannung anstelle des Phasen-Spannungsbefehls berechnet.
Wenn die aktuelle Phasen-Spannung verwendet wird, werden eine aktuelle U-Phase-Spannung und eine aktuelle V-Phase-Spannung jeweils durch Filter 91 und 92 geglättet, um Rauschen in Synchronisation mit einer PWM-Trägerfregenz zu dämpfen, wodurch die aktuelle U-Phase-Spannung und die aktuelle V-Phase-Spannung für die Strom-Abschätzung verwendet werden. Es ist zu erwähnen, dass die Phasen-Korrektur-Berechnung den Filtern 91 und 92 zur Korrektur der Phasen-Verzögerung aufgrund der Abtastperiode von einem Strom-Steuersystem 10B hinzuaddiert werden kann. Dieser Aufbau kann eine Wirkung bereitstellen, welche ähnlich jener der ersten und zweiten Ausführungsform ist.
Für die Wicklungs-Induktivität L und den Wicklungs-Widerstand R des Strom-Abschätzers 70, wie beispielsweise in der ersten bis dritten Ausführungsform beschrieben, können arithmetische Mittel eines Wertes an dem oberen Grenzwert von der Umgebungstemperatur und eines Wertes an dem unteren Grenzwert von der Umgebungstemperatur als festgelegte Werte verwendet werden. Alternativ können, wenn eine obere Steuerung (nicht gezeigt), welche stromaufwärts der Ventilsteuervorrichtung 1 positioniert ist, eine Temperaturinformation bereitstellt, die Werte unter Verwendung von Kennfeldern für die Temperatur und den Wicklungs-Widerstand und für die Temperatur und die Wicklungs-Induktivität, welche zuvor gemessen worden sind, aktualisiert werden.
Ferner können bei der ersten bis dritten Ausführungsform der q-Achse-Strom-Befehl, welcher eine Ausgabe des Positions-Steuersystems 80 ist, unter Bezugnahme von einer Motor-Leistungsversorgungsspannung korrigiert werden, um eine Schwankung in der Motor-Leistungsversorgungsspannung während des Ventil-Antriebes anzusprechen.
Darüber hinaus werden, sogar wenn die elektrische Winkelauflösung des Positionserfassungssensors 100, welcher dem bürstenlosen Gleichstrommotor 120 bereitgestellt ist, um den Ventilmechanismus anzutreiben, gleich 30 deg beträgt, die Berechnungen für die Annäherung des Phasen-Strom-Befehls und der abgeschätzten Induktionsspannung durch Rechteckwellen durch das gleiche Verfahren wie in der ersten Ausführungsform beschrieben durchgeführt.
[Bezugszeichenliste]
1 Ventilsteuervorrichtung; 10, 10A, 10B Strom-Steuersystem; 20 Strom-Befehl-Verteiler; 30 Strom-Steuerung; 40 Sättigungsprozessor; 50 Filter; 60 Induktionsspannungs-Abschtzer; 70 Strom-Abschätzer; 80 Positions-Steuersystem; 87 Sättigungsprozessor; 90, 90A Phasen-Korrigierer; 91, 92 Filter; 95 Erfassungspositions-Umwandler; 100 Positionserfassungssensor; 110 Antriebsschaltung; 120 bürstenloser Gleichstrommotor; 130 Ventil.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

JP 2000-130229 A [0008]
JP 2000-234564 A [0008]

Claims

Ventilsteuervorrichtung für einen Ventilmechanismus, welchem ein Rückkehr-Drehmoment in eine Öffnungsrichtung oder eine Schließrichtung eines Ventils angelegt wird, wobei die Ventilsteuervorrichtung ein Öffnen und Schließen des Ventils in einem Ausgleich zwischen dem Rückkehr-Drehmoment und einem Motor-Drehmoment, welches durch Steuerung eines Motors zum Anlegen eines Drehmoments in eine Richtung, welche einer Richtung des Rückkehr-Drehmoments entgegengesetzt ist, bereitgestellt ist, steuert, wobei die Ventilsteuervorrichtung enthält: einen Erfassungspositions-Umwandler zum Umwandeln einer elektrischen Winkelerfassungsposition, welche eine derzeitige Position des Motors ist, welche durch einen Positionserfassungssensor erfasst ist, in eine mechanische Winkelerfassungsposition; ein Positions-Steuersystem zum Ausgeben eines q-Achse-Strom-Befehls, basierend auf einer Abweichung zwischen einem Ziel-Position-Befehl und der mechanischen Winkelerfassungsposition des Motors; und ein Strom-Steuersystem zum Verteilen des q-Achse-Strom-Befehls zu einem Phase-Strom-Befehl von jeder der Phasen des Motors, basierend auf der elektrischen Winkelerfassungsposition, Erzeugen eines Phase-Spannungs-Befehls von jeder der Phasen, basierend auf einer Strom-Abweichung zwischen dem Phase-Strom-Befehl und einem Rückführ-Abschätz-Strom von jeder der Phasen, Erlangen einer abgeschätzten Induktionsspannung von jeder der Phasen, basierend auf der elektrischen Winkelerfassungsposition und einer Induktionsspannung, welche zuvor aktuell gemessen ist, Erlangen eines abgeschätzten Stroms von jeder der Phasen, basierend auf der abgeschätzten Induktionsspannung und dem Phasen-Spannungs-Befehl, und Ausgeben eines Phase-Spannungs-Befehls, bei welchem schliesslich eine Sättigungsverarbeitung in einem aktuell verwendeten Spannungsbereich angewendet ist.
Ventilsteuervorrichtung nach Anspruch 1, bei welcher das Strom-Steuersystem enthält: einen Phasen-Korrigierer zum Ausgeben einer Phase-Korrekturgröße, zur Korrektur der Phase der derzeitigen Position des Motors, welche aufgrund einer Abtastperiode des Strom-Steuersystems nacheilt; einen Strom-Befehl-Verteiler zum Verteilen des q-Achse-Strom-Befehls in den Phase-Strom-Befehl von jeder der Phasen des Motors, basierend auf der Phasen-Korrekturgröße und der elektrischen Winkelerfassungsposition; eine Strom-Steuerung zum Erzeugen des Phase-Spannungs-Befehls, basierend auf der Strom-Abweichung, welche durch einen Differenzbetrieb zwischen dem Phase-Strom-Befehl und dem Rückführ-Abschätz-Strom von jeder der Phasen erlangt ist; einen Sättigungsprozessor zum Anwenden der Sättigungsverarbeitung auf den Phase-Spannungs-Befehl in dem aktuell verwendeten Spannungsbereich, um den Phase-Spannungs-Befehl auszugeben; ein Filter zum Glätten der elektrischen Winkelerfassungsposition, welche die derzeitige Position des Motors ist, um eine elektrische Winkelgeschwindigkeit zu erlangen, welche eine derzeitige Geschwindigkeit des Motors ist; einen Induktionsspannungs-Abschätzer zum Erlangen der abgeschätzten Induktionsspannung von jeder der Phasen, basierend auf der Phasen-Korrekturgröße, der elektrischen Winkelerfassungsposition, der elektrischen Winkelgeschwindigkeit und der Induktionsspannung, welche aktuell zuvor gemessen ist; und einen Strom-Abschätzer, welcher als ein Verzögerungselement erster Ordnung konfiguriert ist, zum Erlangen von dem abgeschätzten Strom von jeder der Phasen, basierend auf der abgeschätzten Induktionsspannung, welche eine Ausgabe von dem Induktionsspannungs-Abschätzer ist, und dem Phase-Spannungs-Befehl, welcher eine Ausgabe von dem Sättigungs-Prozessor ist, und zum Rückführen des abgeschätzten Stroms an die Strom-Steuerung.
Ventilsteuervorrichtung nach Anspruch 2, bei welcher der Strom-Befehl-Verteiler den Phase-Strom-Befehl von jeder von den Phasen von einer Rechteckwelle, welche durch eine Wellenform-Formierung für jedes von Erfassungsintervallen von einer elektrischen Winkelerfassungsposition erlangt ist, welche eine neue derzeitige Position des Motors ist, welche durch eine Korrektur-Berechnung basierend auf der Phasen-Korrekturgröße erlangt ist, welche von dem Phasen-Korrigierer erlangt ist, basierend auf der elektrischen Winkelerfassungsposition und dem q-Achse-Strom-Befehl erzeugt.
Ventilsteuervorrichtung nach Anspruch 2, bei welcher der Induktionsspannungs-Abschätzer die abgeschätzte Induktionsspannung von jeder von den Phasen von einer Rechteckwelle, welche durch eine Wellenform-Formierung für jedes von Erfassungsintervallen von einer elektrischen Winkelerfassungsposition erlangt ist, welche eine neue derzeitige Position des Motors ist, welche durch eine Korrektur-Berechnung basierend auf der Phasen-Korrekturgröße erlangt ist, welche von dem Phasen-Korrigierer erlangt ist, basierend auf der elektrischen Winkelerfassungsposition, der elektrischen Winkelgeschwindigkeit, und der Induktionsspannung, welche aktuell zuvor gemessen ist, erzeugt.