在角位置传感器中矫正误差的系统和方法
【专利说明】
[0001] 相关申请的夺叉引用
[0002] 本申请要求享有于2012年8月21日提交的申请号为61/691，482的美国临时专 利申请的优先权，其全部内容通过引用并入本文。
技术领域
[0003] 本发明大体上涉及旋转机械的监控和控制，并且更特别地涉及一种用于在从角位 置传感器、例如解角器接收的转子位置信号中实施误差校正的系统和方法。
【背景技术】
[0004] 许多车辆驱动系统（例如电动和混合动力车辆中的那些系统）使用旋转电机、例 如永磁（PM)机，以将能量传递到车辆变速器和轮子。为了精确和高效地实施旋转电机的 动态转矩控制，典型地使用角位置传感器来确定转子的角位置。位置传感器通常包括称作 解角器的旋转电变压器装置，其容易受到多种误差源的影响，后者会降低整体系统性能。例 如，当在装配期间使解角器的转子相对于解角器定子居中时，会引入机械误差。除了机械公 差，在处理位置传感器输出信号的期间，例如当模拟-数字转换器的有限的带宽改变了信 号的频谱行为时，也会引入误差。
[0005] 在特定的应用中，系统设计成接受这样的误差并且可接受所导致的性能降低。如 果不允许性能降低，那么可使用数字滤波技术来尝试过滤掉误差。但是，现有的滤波技术通 常还不充分并且会导致额外的不需要的相位移以及滞后效应。
[0006] 因此需要一种改进的技术用以修正位置传感器的输出中的误差，当该系统用于其 预期的用途时，其会动态地获知与位置传感器相关联的位置误差并且改正这样的误差。
【发明内容】
[0007] 根据本发明的一个方面，提出了一种系统，所述系统用于控制旋转电机以及用于 矫正与所述电机操作性相连并且与传感器数字转换器结合使用的角位置传感器所输出的 旋转位置信号。对于每个所关注的运行角速度，采用了一系列作为位置的函数的信号，从而 可确定与位置传感器相关的谐波（或次谐波），并将该谐波与相关的数字转换器所导致的 误差分离。由该信息可确定位置传感器谐波的幅值和相位。因此可确定并考虑传感器数字 转换器（或其他信号处理装置）的影响，允许控制系统将总位置误差信号应用于位置传感 器输出信号，来确定用于控制电机的矫正的位置传感器信号。
[0008] 根据本发明的另一个方面，提供了一种用于控制车辆动力传动系统的系统，该系 统包括：旋转电机，其与车辆动力传动系统操作性地相连；角位置传感器，其与旋转电机操 作性地相连并且产生传感器输出信号；传感器数字转换器，其与角位置传感器操作性地相 连，该传感器数字转换器接收所述传感器输出信号并且产生转换器输出信号；以及控制器， 其与传感器数字转换器操作性地相连。控制器使电机以第一角速度运行，补偿转换器输出 信号中的第一误差，所述第一误差由角位置传感器导致，并且还补偿转换器输出信号中的 第二误差，该第二误差由传感器数字转换器导致。
[0009] 根据另一个方面，提出了一种用于控制车辆动力传动系统的方法，该方法包括：使 电机旋转，该电机与角位置传感器操作性地相连；测量与电机操作性地相连的角位置传感 器所产生的第一信号，至少在一次电周期中存储表示该第一信号的数据；针对由角位置传 感器所导致的第一误差以及由与角位置传感器操作性地相连的传感器数字转换器的影响 所导致的第二误差两者的影响而补偿输出信号。
[0010] 从本文所提供的详细的说明书和附图中，可明白本发明的进一步的形式、目的、特 征、方面、益处、优点，以及实施方式。
【附图说明】
[0011] 图1是根据本发明的一个实施方式的混合动力驱动控制系统的示意图。
[0012] 图2是显示了根据本发明的一个实施方式的解角器到数字转换器的传递函数的 增益分量的示图。
[0013] 图3是显示了根据本发明的一个实施方式的解角器到数字转换器的传递函数的 相位移分量的示图。
[0014] 图4是显示了马达速度和速度的多种谐波的速度误差之间的关系的示图。
[0015] 图5是显示了在根据一个实施方式的图1的系统中矫正位置传感器的误差所涉及 的阶段的示图。
【具体实施方式】
[0016] 为了促进对本发明的原理的理解，现在将参照附图中所描述的实施方式，并且将 使用特定的语言来描述这些实施方式。然而应当理解的是，并不意在因此对本发明的范围 进行限制。所描述的实施方式的任何改变和进一步的修改以及对本文所描述的本发明的原 理的任何进一步的应用都应理解为本发明所涉及的领域的技术人员通常可以想到的。非常 详细地显示了本发明的一个实施方式，但是相关领域的技术人员清楚地知道，为了清晰起 见并未显示与本发明不相关的一些特征。
[0017] 图1显示了根据本发明的一个实施方式的车辆混合动力驱动控制系统100的示意 图。本文中所描述的控制方法可适用于任何类型的包括旋转电机（E-machine)的电动或混 合动力车辆驱动。如图所示，系统100包括逆变器110、能量存储系统（ESS) 112、电机120、 此处显示为解角器130的角位置传感器、此处显示为解角器-数字转换器（RDC) 140的传感 器数字转换器、误差矫正控制器150,以及马达控制器160。
[0018] 为了对电机120进行充分的控制，马达控制器160必须（通过RDC140)从解角器 130接收精确的角位置信号。RDC140需要产生激励解角器的信号并且需要解调解角器的 输出信号，以便可动态地追踪位置估计值并且将位置估计值转化成解角器130的未处理的 解角器格式的位置信号输出。解角器130和RDC140均向总误差贡献了独立的分量，然而每 一个分量的特性是不同的。大多数基于解角器的误差是谐波性质的，并且每一个位置分量 的幅值独立于速度，同时所导致的速度误差和速度成比例，这个是很重要的属性。在另一方 面，大多数RDC误差依赖于速度，但是并不随着速度成比例地变化。如果在各种速度中选取 了大量的位置信号的样本，那么可分析结果来确定随着速度成比例地变化的谐波以及不随 速度成比例地变化的谐波。可确定不随着速度变化的谐波或随着速度成比例地变化的谐波 与解角器相关，这允许确定与解角器相关的误差信号的方程。同样地，可确定RDC误差的独 立的方程并且将该方程和与解角器相关的误差的方程相组合来决定预期误差的总方程。随 后可使用这个信息来补偿马达控制器160所接收到的信号中的误差。
[0019] 在一般的操作中，马达控制器160从外置控制系统接收到所需的转矩指令162,例 如操作者的油门控制。基于各种输入，包括从误差矫正控制器150收到的信号，马达控制器 160将门信号163输出到逆变器110。逆变器110将来自ESS112的直流电（DC)转换成驱 动电机120的交流电（AC)信号114。
[0020] 逆变器110可包括将来自ESS112的直流电转换成用于驱动电机120的交流电的 直流-交流逆变器。电机120可包括电动马达、发电机、永磁电机，或用于推动、驱动或停止 车辆的任何其他类型的旋转电机。
[0021] 解角器130优选地包括旋转角位置传感器，例如具有定子绕组和可选的转子绕组 的旋转电变压器，并且所述旋转电变压器构造成：当对其供入激励信号时，其基于电磁定子 绕组和转子绕组的相对角位置来输出位置信号。RDC140包括将激励信号131供应给解角器 130的正弦波发生器，并且RDC140反过来接受包含位置信息的调制模拟信号132ADC140将 模拟信号132解调并且动态地产生位置信号142。应当理解的是，可将解角器130和RDC140 设置成单个单元或设置成单独的部件。在一些实施方式中，RDC140的功能也可包含在误差 矫正控制器150或马达控制器160内。
[0022] 马达控制器160与车辆动力总成中的各种传感器、致动器、变压器以及控制器操 作性相连，包括但不限于逆变器110和误差校正控制单元150。另外，马达控制器160可接 受附加的信号，例如电压、电流、相位、温度、位置和/或其它用于系统110的有效控制的变 量。
[0023] 误差矫正控制器150与RDC140和马达控制器160操作性相连，并且构造成确定并 补偿解角器位置和RDC输出信号中的误差。在一些实施方式中，误差矫正控制器150可包 括在马达控制器160内。
[0024] 在典型的实施方式中，误差矫正控制器150和马达控制器160可各自包括具有处 理器、存储器和输入/输出连接的计算机。应当理解的是，如特定的应用所需，马达控制器 160和误差矫正控制单元150中可包括附加的元件。应当进一步理解的是，误差矫正控制 器150可选择性地与马达控制器160共用处理器和存储器，和/或可设置在单独的实体壳 体中或集成为单个单元。
[0025] 解角器130可操作性地安装在电机120上，使得解