电机控制电路和监视电机的方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及电机控制电路特别是多相无刷电机的脉宽调制(PffM)控制的改进。本发明还涉及监视电机的操作的方法。
【背景技术】
[0002]用于PffM受控电动电机(尤其是DC电机)的控制系统通常需要测量通过电机的绕组或相(phase)的电流，这能够通过对于每个相的分离电流传感器的方式、或者通过置于电路中的以便测量在DC电源以及桥接电路和电机的组合之间流动的总瞬时电流的单个电流传感器的方式来完成。在单个电流传感器系统中，通过偏移将所需电压施加到各个相的开关的PWM模式并在适当的点处对电流传感器进行采样，得到多个电机相电流。
[0003]测量的电流通常被转换为静止的d_q帧，并且之后与也在d_q帧中的指示电机需要的电流的电流需求信号结合来产生误差信号。需求电流本身通常作为电机需要的转矩的函数被生成。误差信号代表需要的电流和实际的测量电流之间的差。该误差信号被馈送给产生通常也在d_q帧中的代表将被施加到电机的、将最佳地使误差信号趋向于零的电压的一组电压需求信号的控制器。然后，取决于使用哪一个PWM策略针对电机的相把d_q电压转换为PffM信号。因此，控制器行动来变化PffM相电压，以尝试不断地最小化误差信号的量值，从而确保电机电流尽可能地接近需求电流。
[0004]在实际系统中，控制器将包括PI或PID或其他类型的反馈控制器。反馈控制器的响应的频率或带宽确定控制器将尝试追踪的电机电流中的改变的最大频率。高于此的频率对于馈送环路的正常操作大体是无关紧要的。该正常带宽应该被设置为准许追踪电机中的电流的足够高但未高到追踪噪声和使电路变得不稳定的水平。为了确保需要的电机电流的最佳追踪，通常将把控制器响应调整为电机的时间常数。这通过控制器中的增益的适当选择来实现，确保既不过阻尼也不欠阻尼并且能够追踪在电流中的预期改变。
[0005]使用反馈控制和PffM的电机驱动电路在本领域中已知。例如，WO 2007/072033公开了一种典型的系统，并且通过引用在本文中并入该文档的教导。
【发明内容】
[0006]根据第一方面，本发明提供了一种监视电动电机电路的方法，所述电动电机电路包括:电动电机，所述电动电机具有按星形或三角形结构连接在一起的多个相；开关电路，所述开关电路包括布置在桥中的多个电开关，所述开关响应于来自控制器的信号操作以选择性地将相连接至电源以便使电流流经电机的相，电机控制器响应于取决于需要的电机电流值和指不在电机中流动的实际电流的实际电机电流值之间的差的电流误差?目号，其特征在于，所述方法包括如下步骤:处理在电动电机电路的使用中存在的至少一个信号，以识别该至少一个信号的满足预定准则的频率内容，并且在识别出频率内容且其确实满足准则的情况下，提供有故障的指示。
[0007]该方法处理的至少一个信号可以包括被馈入控制器的电流误差信号或取决于误差信号的值的某个其他信号。
[0008]或者，它可以包括在地线或电机的电源的DC线中流动并且监视测量的电流以识别成分的电流。
[0009]该至少一个信号可以包括在转动dq帧中表不的电流或电流误差信号。
[0010]该方法可以包括使该至少一个信号传递通过高通滤波器来处理所述信号，所述滤波器具有低于被识别的频率的截止频率。高通滤波器可以具有高于控制器的带宽的频率。该滤波器隔离将包含感兴趣的频率内容的那部分频谱，去除与电机驱动电路的正常功能相关联的其他频率成分。
[0011]该方法可以包括识别感兴趣的单个频率或识别位于感兴趣的频率范围内的频率的信号。该方法可以包括识别超过电机和电机控制器的正常带宽的频率成分。这意指识别高于当不存在故障时由控制器正常地施加到电机电流上的任何频率的频率成分。
[0012]该方法可以包括识别等于或基本等于信号环绕包含控制器的控制环路传播耗费的时间的二倍的倒数、或者等于或基本等于信号环绕控制环路传播耗费的时间的三倍的倒数、或者可能是环绕环路传递耗费的时间的四倍的倒数的频率。例如，在控制器具有5khz的采样频率且信号按该频率绕控制环路传递一整环路的情况下，该方法可以包括识别基本是5khz、或基本是2.5khz或基本是1.125khz的频率成分。控制器可以按每次通过控制环路生成一次针对该频率内容测试的信号(诸如误差信号)，从而频率将是采样周期的函数。例如如果控制器采样周期是Ts，则被检测的频率内容将可能是l/(2*Ts)、或l/(3*Ts)或I/(4*Ts)等。
[0013]控制环路频率通常通过控制器的采样频率来设置。该方法可以因此识别是控制器的采样频率的倍数(诸如采样频率的二倍或三倍)的频率成分。采样频率意指控制器从电流传感器接收新的输入信号(诸如更新的误差信号或更新的电流测量信号)的频率。
[0014]该方法可以包括处理至少一个信号或从其得到的信号，以及在该信号连续地存在或不连续地存在的持续时间满足或超过阈值持续时间的情况下，确定该信号满足预定准则中的至少一个。可以对从高通滤波器输出的信号执行此步骤。
[0015]作为确定感兴趣的频率成分超过阈值的步骤的一部分，该方法可以包括使所述至少一个信号或从所述至少一个信号得到的信号通过整流器，并且之后使整流的信号通过低通滤波器，所述低通滤波器去除频率成分的任何瞬态实例，从而去除感兴趣的频率中不满足准则的任何成分。
[0016]作为确定信号是否满足预定的准则的步骤的一部分，该方法还可以包括确定成分的量值是否满足或超过预定阈值量值。
[0017]该方法可以因此包括如果被识别的成分具有高于预定阈值的量值并且在超过预定的阈值的一段时间内仍然存在，则提供故障的指示。该方法可以包括识别具有基本等于能够由控制器创建的最大量值的量值的频率成分。这对应于控制器尽可能努力工作，以通过不断地把施加到电机的电压从一个极值切换到相反的极值而对大的误差进行响应。
[0018]该方法可以包括监视在电机中流动的电流，以仅当转向装置未移动时来识别频率成分。当它移动时，该方法可以包括不监视该成分。
[0019]根据第二方面，本发明提供了一种在控制具有多个相的电动电机中使用的电机控制电路，所述控制电路包括:
[0020]开关电路，所述开关电路包括布置在桥中的多个开关，
[0021]电机控制器电路，所述电机控制器电路生成将施加到开关电路的开关的相电压信号，以使开关选择性地将相连接到电机的电源轨以便使得电流根据电机需要的转矩流经电机相，
[0022]至少一个电流传感器，所述至少一个电流传感器感测在电机中流动的电流；
[0023]电机控制器响应于取决于需要的电机电流值和指示在电机中流动的由电流传感器感测的实际电流的实际电机电流值之间的差的电流误差信号，和
[0024]监视电路，所述监视电路在使用中处理在电机电路的使用中存在的至少一个信号，并且被布置为识别所述至少一个信号的满足特定的预定准则的频率成分，并在识别出成分且其确实满足准则的情况下，提供有故障的指示。
[0025]监视电路可以形成电机控制器的一部分。电机控制器和监视电路可以体现为硬件或软件，而且可以处理模拟或数字域中的信号。
[0026]该至少一个处理的信号可以包括电流误差信号。
[0027]监视电路可以包括至少一个信号被馈入的高通滤波器、高通滤波器的输出被馈入的整流器、整流器的输出被馈入的低通滤波器和低通滤波器的输出被馈入的阈值检测器。如果阈值检测器的输出指示已超过阈值，则监视电路可提供故障的指示。
[0028]高通滤波器可以具有高于控制器的带宽但低于将要识别的成分的频率的截止频率。低通滤波器可以具有低于控制器的带宽的截止频率。
[0029]监视电路可以被布置为识别超过电机控制器和电机的正常带宽的频率成分。监视电路可以被布置为识别等于或基本等于信号环绕包含控制器的控制环路传播耗费的时间的二倍的倒数、或者等于或基本等于信号环绕控制环路传播耗费的时间的三倍(或更高的整数倍)的倒数的频率。例如，在控制器具有5khz的采样频率并按该频率环绕控制环路传递的情况下，该方法可以识别基本是5khz、或基本是2