用于时间离散地控制电子换向的电动机的方法与流程

本发明涉及一种借助于时间离散的调制方法以时间离散方式控制电子换向的(elektronisch kommutiert)电动机、尤其机动车辆的电驱动马达的方法。

背景技术：

从DE 10 2011 086 583 A1中已知一种用于检验电子换向的电动机的换向品质的方法，该电动机是机动车辆的驱动系统中的、尤其摩擦离合器的液压操作系统中的电动机，该电动机具有多个相，该电动机具有转子，该转子的旋转角通过用于绝对测量的转子位置传感器来监控，其中电动机与通过转子位置传感器所检测到的旋转角无关地被控制，其中转子实际所经过的旋转角通过转子位置传感器来确定，并且接着将实际所经过的旋转角与张开了预设旋转角的旋转角范围比较，其中当实际所经过的旋转角在旋转角范围中时，电动机提供足够的换向品质。

技术实现要素：

本发明基于如下目的：改进开始所述的方法。

所述目的通过如下方法来实现，所述方法借助于时间离散的调制方法来时间离散地控制电子换向的电动机、尤其机动车辆的电驱动马达，其特征在于，控制频率和调制频率彼此分开地设定。

所述方法可以用于控制电动机的换向。电动机可以是同步马达。电动机可以用于驱动机动车辆。机动车辆可以是电动车辆。机动车辆可以是混合动力车辆。电动机可以是无刷直流马达。电动机可以用于驱动静液压离合器致动器。离合器致动器可以用于操纵摩擦离合器。摩擦离合器可以用于设置在机动车辆的动力传动系中。电动机可以用于驱动机电的侧倾稳定装置的致动器。电动机可以用于驱动变速器致动器。电动机可以具有转子。转子可以具有至少一个永磁体。电动机可以具有定子。定子可以具有线圈。线圈能够以电子的方式在时间上错开地控制，以便形成旋转场，所述旋转场在永久励磁的转子上引起转矩。电动机可以在运行时与交变电压同步地旋转。电动机可以具有极对。电动机的转速可以经由极对数与交变电压的频率关联。变流器可以用于使电动机换向。电动机可以借助于磁场定向控制来换向。电动机可以借助于空间矢量调制来换向。空间矢量调制可以借助于微控制器或者数字信号处理器来实现。空间矢量调制可以基于软件和/或基于硬件来实现。空间矢量调制可以用于确定脉冲波形。

为了控制，可以执行至少一个控制过程。所述至少一个控制过程可以具有一个或多个测量和/或控制步骤。控制过程的多个测量和/或控制步骤或者所有测量和/或控制步骤的顺序可以称为测量或控制任务。所述至少一个控制过程可以全部或者部分以周期重复的方式执行。时间离散的控制可以是借助于依次跟随的时间步长来进行的控制。时间步长可以分别具有预定的持续时间。时间步长可以分别具有相同的持续时间。对控制过程的执行可以在一个时间步长之内结束。对控制过程的执行可以持续多个时间步长。控制频率说明：多快地执行依次跟随的控制过程。

为了控制，可以检测至少一个控制量。控制量可以借助于测量元件来检测。控制量也可以称为实际值。控制量可以是相电流。控制量可以是转子位置。控制量可以与至少一个参考量比较。参考量也可以称为期望值。至少一个控制差可以被确定。控制差可以是控制量和参考量之间的差。控制差可以被输送给至少一个控制器。控制器可以形成至少一个调节量。调节量可以被输送给至少一个控制段。至少一个干扰量会对控制段起作用。控制可以用于将控制差最小化。

调制方法可以用于使电动机换向。调制方法可以是脉宽调制法或者基于脉宽调制法。时间离散的调制方法可以是借助于依次跟随的时间步长的调制方法。时间步长可以分别具有预定的持续时间。时间步长可以分别具有相同的持续时间。调制频率说明：以何种时钟频率执行调制方法。在调制频率中可以调制占空比。在调制频率中可以调制矩形脉冲的占空比。调制可以产生脉冲波形。

调制方法可以是空间矢量调制方法。电压空间矢量可以用于电动机中的通量密度分布的预定的定向。空间矢量可以具有两个变量，即角度和幅值或者实部和虚部。电压空间矢量可以是零电压空间矢量。电压空间矢量可以依次跟随地以周期性重复的方式施加。

调制频率可以任意可变地设定。控制频率可以任意可变地设定。调制频率可以可变地设定成控制频率的任意倍数和/或分数。

调制频率可以相对于控制频率提高。控制频率可以保持不变。调制频率可以设置为控制频率的两倍。调制频率例如可以从10kHz起提高到20kHz。控制频率例如可以保持为10kHz。

电流可以借助于调制频率来测量。转子位置可以借助于调制频率来测量。电流可以在零矢量中测量。转子位置可以在零矢量中测量。

电流控制任务可以借助于控制频率来执行。空间矢量调制可以借助于控制频率来执行。由此确保遵守运行时间。

空间矢量调制可以在一个时间步长之内执行两次。由此不仅针对下一时间步长而且针对紧随其后的时间步长可以确定脉冲波形。由此可以减小电流和/或转矩波动。电频率可以被提高。根据执行两次的空间矢量调制，可以计算两个随后的脉冲波形。第二空间矢量调制的转子位置可以根据以后用于计算的马达模型来确定。

调制频率可以相对于控制频率减小。调制频率例如可以在起动、坡道起动、坡道停车(Berg-Halt)或者拥堵减速(Stau-Kriechen)时减小。控制频率可以保持不变。

在控制任务中可以确定脉冲波形。可以针对至少一个随后的时间步长确定脉冲波形。脉冲波形可以被调整。在时间点t₀施加的脉冲波形可以在时间点t₁根据在控制任务中更新的数据来改变。

为了确定脉冲波形，可以使用控制技术的观察器。在控制任务中，脉冲波形针对至少一个随后的时间步长被确定。脉冲波形可以针对多个随后的时间步长被确定。脉冲波形的确定可以暂停。脉冲波形的确定可以持续多个时间步长。

调制频率和/或控制频率可以离线地改变。调制频率和/或控制频率可以在运行进行时改变。调制频率和/或控制频率可以改变，以便优化效率。调制频率和/或控制频率可以改变，以便降低损耗，尤其降低由电子装置和/或马达引起的损耗。调制频率和/或控制频率可以改变，以便提高转速和/或提高控制动态范围。

总的来说并且换而言之，由此通过本发明尤其得出针对在控制动态范围和控制品质保持不变的情况下借助于可变的PWM频率进行的马达控制的设计方案。

最大的电频率可以在转矩波动小的情况下被提高(高的PWM频率)。PWM时钟频率可以提高到20kHz或者更高(加倍)。同样地，能够以20kHz或者更大频率在零矢量中测量电流和转子位置。电流控制任务以及空间矢量调制此外可以在10kHz的任务中工作。空间矢量调制可以被调用两次，以便不仅针对下一PWM中断而且针对紧随其后的中断确定脉冲波形。由此可以通过较高的频率减小电流/转矩波动并且从而所述系统也能够控制具有大于1kHz的电频率的系统。

在转速小时的损耗功率可以在维持控制器动态范围的情况下被减小(较低的PWM频率)。为了减小电子装置的开关损耗，在特定的运行点中有利的会是，减小PWM频率。例如：起动、坡道起动、坡道停车、拥堵减速。在控制任务中，可以针对下一周期确定脉冲波形，在随后的控制周期中可以根据新的信息情况调整脉冲波形。在此也可以有意义地使用关于观察模型的预测，以针对接下来的间隔已经设定PWM波形。也就是说，控制器任务已经计算出用于接下来x个步骤的PWM波形，以便随后能够暂停。控制器任务的运行时间可以持续多个周期。

控制和时钟频率可以在运行进行时自适应地设定。时序安排可以设置为，使得针对控制器任务和PWM任务的调用和频率可以独立地在运行进行时改变。在上文中所阐述的这些改进由此可以根据需要被调用。在一个行驶循环上因此总是能够以效率最佳的参数行驶。损耗明显减小，尤其是由电子装置和马达引起的损耗。转速和控制动态范围被提高。

PWM频率可以可变地设定。控制频率能够可变地设定。PWM频率可以可变地设定为控制频率的任意倍数/分数。电运行频率可以扩宽到大于1kHz的范围中。各个任务可以独立地调用并且彼此间无约束。调用的频率可以关于运行时间改变。开关损耗可以被减小。

用“可以”尤其表示本发明的可选择的特征。因此，总存在本发明的如下实施例，所述实施例具有一个相应的特征或者多个相应的特征。

通过本发明提高可变性。实现电动机的最大运行转速的提高。即使在转速高的情况下也能够提供足够的时间来形成调节量。变流器的开关损耗减小。电动机的转矩波动的上升被减小。控制动态范围得以改善。损耗功率、最大转速和控制动态范围之间的目标冲突得以缓和。

附图说明

接下来参考附图详细描述本发明的实施例。从该描述中得出其它的特征和优点。这些实施例的具体特征一般而言可以作为本发明的特征。这些实施例的与其它特征相关联的特征也可以作为本发明的单独特征。

附图示意性且示例性地示出：

图1示出以调制频率对电子换向的电动机进行的磁场定向控制，其中所述调制频率相对于控制频率提高，所述电动机借助于空间矢量调制来运行，以及

图2示出以调制频率对电子换向的电动机进行的磁场定向控制，其中所述调制频率相对于控制频率降低，所述电动机借助于空间矢量调制来运行。

具体实施方式

图1示出以调制频率对电子换向的电动机进行的磁场定向控制，其中所述调制频率相对于控制频率提高，所述电动机借助于空间矢量调制来运行。

在图1中以曲线图100示出了具有时间步长102的时序。时间步长102分别具有相同的持续时间并且周期地以一个接着一个的方式开始。第一时间步长102在时间点t₀开始，后续的时间步长分别以相对于时间点t_0+n在前的时间步长的结束而开始。控制过程104包括多个控制步骤106、108、110、112、114、116、118、120、122。控制步骤106、108、110形成测量任务124。测量任务124基本上基于硬件来执行。控制步骤112、114、116、118、120、122形成控制任务126。控制任务126基本上基于软件来执行。

控制借助于脉宽调制来进行。在图1中，128表示脉宽信号。脉宽信号128以调制频率在两个值之间矩形地变换。在此产生脉冲波形或占空比。对于脉宽信号128的脉冲的周期序列，占空比说明脉冲持续时间与周期持续时间之比。占空比被调制。在此，调制频率为20kHz。在测量任务126中，也确定用于一个或多个跟随的时间步长的脉冲波形。脉宽信号128的高值在此首先存在35μs并且随后在控制任务126中缩短到30μs并且随后缩短到25μs。

控制过程104周期性重复地以控制频率执行。在此，控制频率为10kHz。在时间点t₀，控制过程104在触发点130被触发。随着测量任务124的结束而触发控制任务126。在控制步骤120中，确定触发点132用于随后执行控制过程104。在控制步骤122中确定脉冲波形。在控制步骤120、122中也进行空间矢量调制。具有空间矢量调制的控制步骤120、122在此被调用两次。在此，控制过程104的执行持续四个时间步长102，控制步骤104的后续执行在时间点t₄开始。在控制过程随后重新执行之前，控制过程104的执行结束。

图2示出以调制频率对电子换向的电动机进行的磁场定向控制，其中所述调制频率相对于控制频率降低，所述电动机借助于空间矢量调制来运行。

在图2中以曲线图200示出具有时间步长202的时序。控制过程204包括多个时间步长206、208、210、212、214、216、218。控制步骤206、208、210形成测量任务220。控制步骤212、214、216、218形成控制任务222。在控制步骤218中也确定用于一个或多个后续的时间步长的脉冲波形。在此，在第一次执行控制过程204时设置30μs的脉冲波形，在随后执行控制过程204时设置40μs的脉冲波形，在随后执行控制过程204时设置15μs的脉冲波形，在随后执行控制过程204时设置30μs的脉冲波形。在此，控制过程204在时间步长202内执行。其余部分补充性地尤其参照图1和相关的描述。

附图标记列表

100 曲线图

102 时间步长

104 控制过程

106 控制步骤

108 控制步骤

110 控制步骤

112 控制步骤

114 控制步骤

116 控制步骤

118 控制步骤

120 控制步骤

122 控制步骤

124 测量任务

126 控制任务

128 脉宽信号

130 触发点

132 触发点

200 曲线图

202 时间步长

204 控制过程

206 控制步骤

208 控制步骤

210 控制步骤

212 控制步骤

214 控制步骤

216 控制步骤

218 控制步骤

220 测量任务

222 控制任务