用于运行电子换向的伺服马达的方法和装置以及具有伺服马达的定位器系统的制作方法

文档序号:9529421阅读:497来源:国知局
用于运行电子换向的伺服马达的方法和装置以及具有伺服马达的定位器系统的制作方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及电子换向的电机,其尤其用于定位器应用,例如用于节流活门定位器。本发明还涉及用于在这样控制的电机中限制电流的措施。
【背景技术】
[0002]在定位器应用中,也可使用电子换向的直流电动机、所谓的无刷直流电动机作为电刷换向的直流电动机的替代。电子换向的直流电动机通常在可比较的特别功率数据情况下具有较好的效率以及较小的结构大小。然而,与电刷换向的直流电动机相比,电子换向的直流电动机必须被电子地控制或者说换向,其中,为了选择控制电压,需要相对准确地了解转子位置,并且需要相对准确地了解马达电流用于基于转矩的调节。转子位置感测和/或电流测量中的不准确性导致效率和提供的驱动转矩的显著降低。
[0003]对于节流活门定位器设置,通过电子换向的驱动马达取代伺服马达,并且,取代在马达轴上直接感测转子位置而基于在节流活门上已存在的节流活门角度发送器间接地感测转子位置,所述节流活门通过减速的传动装置与马达轴连接。所述布置允许具有大于10°的机械转子位置的典型不确定性的、仅不准确的转子位置感测。
[0004]此外,由于成本原因,也应该放弃设置一用于感测马达电流的电流传感器装置。在这类大角度不确定性以及其他的参数波动的情况下,通过根据所感测的转子位置施加的换向模式来控制导致违反电流限制,所述违反可导致马达被功率电子器件紧急关断。

【发明内容】

[0005]因此,本发明的任务是,为电子换向的定位器马达提供稳健的控制以供使用,在该控制的情况下,尽管在确定转子位置时出现不准确性和/或其他的参数不准确性,但排除了超过电流限制,并且该控制由此能够实现可靠的运行。
[0006]所述任务通过根据权利要求1的、用于运行电子换向的定位器马达的方法以及通过根据并列权利要求的装置、定位器系统和计算机程序解决。
[0007]在从属权利要求中给出本发明的其他有利构型。
[0008]根据第一方面,设置用于运行电子换向的伺服马达的方法,其中,按照优化目标根据伺服马达的转子的转子位置和预给定的转矩通过按照换向模式生成的电压空间矢量来控制所述伺服马达,其中,预给定一控制范围,所述控制范围给出允许的电压空间矢量的范围,其中,以如下方式实施所述伺服马达的控制,使得仅使用所述控制范围之内的电压空间矢量。
[0009]此外,可基于预给定的特性曲线族来实施所述伺服马达的控制,所述特性曲线族按照优化目标根据伺服马达的转子的转子位置和预给定的转矩来预给定电压空间矢量。
[0010]根据一种实施方式,所述特性曲线族还可预给定不满足所述优化目标的电压空间矢量,尤其是所述控制范围的边缘上的电压空间矢量。
[0011]所述电子换向的伺服马达具有相位接头,可在所述相位接头上分别调节相位电压。伺服马达的借助相位电压的控制被称为换向并给出如何在每个时间点将相位电压施加到伺服马达上,以调节产生当前要求的转矩的马达电流。所述换向的输入变量是额定转矩和马达轴的转子位置角度。
[0012]在没有设置电流感测的、电子换向的伺服马达情况下,在马达电流方面不调节地运行所述伺服马达。在这种情况下,除额定转矩和马达轴的转子位置角度之外,也需要转速作为用于所述换向的输入变量。理想的伺服马达会在确定的所施加的控制电压情况下提供期望的转矩并且会产生相应的马达电流。
[0013]然而,所述伺服马达的马达参数可能由于批量生产(Serienstreuung)和温度影响决定而有偏差和/或转子位置感测可能由于间接感测而包含错误的。这导致错误换向,在错误换向的情况下,马达电流和由此产生的转矩与额定值有偏差。如果所述偏差导致不允许的高马达电流,则功率电子装置就必须中断伺服马达的运行,以避免伺服马达或者电子装置的过热或者毁坏。尤其在安全临界的使用范围内,例如在内燃机中的节流活门定位器中,必须在任何情形下都避免这种情况。因此,必须这样实施所述伺服马达的控制,使得即使在不准确的转子位置感测以及在马达参数方面有波动或者不确定性的情况下,马达电流的数值不超过马达电流阈值。
[0014]在大部分的运行点上,可关于所述优化目标运行所述伺服马达。按照上述运行方法,设置,在边界范围中运行时有利于稳健性地偏离优化目标。
[0015]上述方法设置,首先将额定转矩配属给转子固定的dq坐标系中的一个电压矢量,例如借助于以合适的方法参数化的特性曲线族。根据所述额定转矩、转速和预给定的优化目标由相应的特性曲线族得出待调节的电压矢量,所述特性曲线族可以离线方式算出并提供用于实施所述方法。如果由所述特性曲线族已求取转子固定的dq坐标系中的待调节的电压矢量,那么可实施坐标变换,以根据转子位置确定用于控制多相的、电子换向的伺服马达的相位电压。
[0016]因为通过多个待调节的相位电压仅应当调节一个目标变量、即额定转矩,所以存在多种控制可能性,以实现预给定的额定转矩。在此,在三个相位电压的情况下,有效地存在开启优化潜能的自由度以供使用。针对每个转速和每个待实现的额定转矩,可分开地和不同地利用所述自由度。按照上述方法利用所述自由度,以便在标称情况下按照优化目标实现控制。为此,必须针对每个转速和每个额定转矩分开地确定所述控制、即换向模式,通过所述控制可最佳地实现优化目标。
[0017]此外,作为所述优化的附加条件可确定,针对所述优化仅考虑这类解决方案,所述解决方案在不准确的转子位置感测的情况下和在参数偏差或者说参数不准确性的情况下即使在最不利的情况下也不会导致高于最大允许的马达电流。为了建立特性曲线族,必须在确定转子位置时将最大可能的要容忍的误差具体化。替代地或附加地,要定量所述参数与它们的标称值的可能偏差。由此,在所述优化中根据额定转矩和转速针对每个可能的控制求取一个不利的组合,所述组合对于是否允许所述可能的控制起决定作用。由所有允许的控制则可选择鉴于优化目标的最佳可能性。
[0018]可以离线方式实施特性曲线族的建立,并且,在伺服马达的控制中提供这样获得的特性曲线族。
[0019]用于运行伺服马达的方法具有如下优点,即使在与标称变量值的变量偏差的情况下和/或在转子位置的不准确的感测或提供的情况下阻止高于允许的马达电流。
[0020]尤其,所述特性曲线族还可沿着所述控制范围的边缘从通过其满足优化目标的电压空间矢量直到通过其提供最大能实现的转矩的电压空间矢量限定电压空间矢量。
[0021]可设置,所述特性曲线族的电压空间矢量限于由控制范围允许的电压空间矢量。
[0022]根据一种实施方式,对于一转子位置在所述控制范围之内不存在满足所述优化目标的电压空间矢量,可以针对一预给定的转矩和该转子位置,在相对于满足所述优化目标的电压空间矢量具有最小间距的控制范围之内选择一电压空间矢量,通过该电压空间矢量提供所述预给定的转矩。
[0023]此外,还可根据伺服马达的当前转速通过按照换向模式生成的电压空间矢量来控制伺服马达。
[0024]所述控制范围可以给出允许的电压空间矢量的一个范围,在所述允许的电压空间矢量的情况下,马达电流的数值不高于预给定的马达电流阈值和/或马达电压的数值不高于预给定的马达电压阈值。
[0025]此外,可以如下方式限定允许的电压空间矢量的控制范围,使得即使在所给出的转子位置(L)相对于实际的转子位置偏差一个预给定的不准确性的情况下和/或在所述伺服马达(2)的一个或多个马达参数相对于相应的额定值偏差一个预给定的不确定性的情况下,也不高于所述预给定的马达电流阈值和/或所述预给定的马达电压阈值。
[0026]可设置,以如下方式确定用于所述特性曲线族的优化目标,使得为预给定的额定转矩配属一个电压空间矢量,在该电压空间矢量的情况下达到所述伺服马达的最大效率。
[0027]根据另一方面,提出用于运行电子换向的伺服马达的装置,其中,所述装置构造为:
[0028]-按照优化目标根据预给定的转矩和所述伺服马达的转子的转子位置(L)通过按照换向模式生成的电压空间矢量来控制该伺服马达;
[0029]-预给定一个控制范围,所述控制范围给出允许的电压空间矢量;
[0030]-以如下方式实施所述伺服马达的控制,使得仅使用所述控制范围之内的电压空间矢量。
[0031]根据另一方面,设置定位器系统,其包括:
[0032]-用于驱动调节单元的、电子换向的伺服马达和
[0033]-上述装置。
[0034]根据另一方面,提出计算机程序产品,所述计算机程序产品包含程序代码,当在运算单元上实施所述程序代码时,所述程序代码实施上述方法。
【附图说明】
[0035]在下面参考附图详细解释本发明的优选实施方式。附图示出:
[0036]图1具有电子换向的伺服马达的定位器系统;
[0037]图2用于在伺服马达的转速预给定的情况下在转子固定的dq坐标系中示出稳健可靠的控制范围和示例性的换向策略的曲线图;
[0038]图3用于求取用于运行电子换向的伺服马达的相位电压的方法的功能图示。
【具体实施方式】
[0039]图1示出具有伺服马达2的定位器系统1,所述伺服马达构造为电子换向的电马达。伺服马达2通过马达轴3通过机械装置或传动装置5驱动调节单元4。例如,定位器系统1可以相应于节流活门定位器,其中,通过伺服马达2的相应控制来调节作为内燃机空气供入系统中的调节单元的节流活门的位置。
[0040]伺服马达2通过多个相位接头6被电控制。在该情况下,伺服马达2构造为三相的电马达。在伺服马达2上施加相位电压Ua,Ub,U。(相位电势),所述相位电压导致伺服马达2的相应电流消耗,由所述电流消耗产生由伺服马达2通过马达轴3提供的转矩。
[0041]通过控制单元10进行伺服马达2的控制,所述控制单元获得作为预给定值的额定转矩Μ额定并借助合适的传感器装置来获得转速说明η和关于转子位置L的说明。控制单元10生成用于控制伺服马达2的相位电压Ua,Ub,U。。
[0042]作为预给定变量的额定转矩MS£用于根据换向模式执行对相位电压Ua,Ub,U。的换向。所述换向表明如何在每个时间点将相位电压Ua,Ub,U。施加在伺服马达2的相位接头6上以产生当前需要的额定转矩MS£的方式和方法。在三个或更多个待调节
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