专利名称：用于对机电系统中的机电振荡进行减振的方法及采用该方法的振荡减振系统的制作方法
技术领域：
本发明涉及用于对机电系统中的机电振荡进行减振的方法，具体地，涉及用于对自动化电动系统或混合动力驱动系统(诸如混合动力车辆)中的机电振荡进行减振的方法，以及采用这样的方法的振荡减振系统。
背景技术：
机电系统经常易于表现出可能导致扭转振荡的扭转共振。主要原因通常是应当减轻较高频扭矩变更以在整个系统中传播的机械弹簧减振器。然而，接合由连接到电气系统的电气设备所控制的电动装置，机械系统可能与电气系统及其控制发生干扰。这可能降低了机械系统的减振特性。为了减轻这样的振荡，通常通过利用电动装置的控制设备来施加减振控制。车辆的驱动系统中的振荡可能对车辆产生不利的影响。在例如包括内燃发动机和电动装置的混合动力车辆中，内燃发动机以及电动装置可以用作驱动源。当从纯电动驱动模式切换到利用内燃发动机的驱动模式时，发动机接合由于在发动机点火之前的发动机摩擦力以及发动机点火之后的颤动而引起严重的振荡。这些振荡通过传动系来传递，并且最终被车辆的乘客感受到。振荡控制系统用于对这样的或类似的振荡进行减振。例如，US 5537967公开了一种用于包括扭矩生成器和操作时序控制器的车辆的振荡减振系统，该扭矩生成器具有给定的操作时序以产生预先选择的频率的扭矩振荡。操作时序控制器初始地确定发动机回转与由合成矢量形成的车辆振荡的频率之间的相位差，该合成矢量由通过发动机的曲轴的运动而引起的第一振荡分量以及通过发动机的活塞运动而引起的第二振荡分量来定义。然后，控制器基于这两个振荡之间的并且被确定为补偿车辆振荡的相位差来修改扭矩生成器的操作时序，以相对于车辆振荡的相反的相位来提供扭矩振荡。GB 2346351公开了一种具有包括电动装置的内燃发动机的机动车辆，其用于主动地对由于内燃发动机和由于离合器的接合所导致的扭矩改变而引起的振荡进行减振。
发明内容
本发明的目的在于提供一种用于对机电系统中的机电振荡进行减振的改进的方法，特别是一种用于对电动或混合动力车辆中的机电振荡进行减振的改进的方法，该方法可以用于在饱和状态下操作的电动装置。本发明的另一目的在于提供一种用于对这样的机电系统中的机电振荡进行减振的改进的振荡减振系统。该目的由独立权利要求中的特征来实现。其他权利要求和描述公开了本发明的有利实施例。提出了一种用于对机电系统特别是自动化电动或混合动力驱动系统中的机电振荡进行减振的方法，该机电系统包括至少一个电动装置，该至少一个电动装置可利用角速度和所述角速度的相位来进行操作，并且被耦接到至少一个扭矩负载并且产生电动势，该方法包括下述步骤得到电动势的实际值；基于得到的电动势的实际值，在所述电动装置的振荡行为被减小的方向上调整角速度的相位。典型地，不期望的机电振荡对连接到电气驱动系统的机械系统具有主要影响。电动势是根据电动装置的电气角速度和磁通量得到的，并且是用于表征诸如电气生成器的电气设备的术语。对于给定设备，如果电荷通过该设备并获得能量，则该设备的净电动势是每单位电荷获得的能量。对于电动装置，电动势的来源是电磁感应。因为电气角速度是在电动装置的磁极数目和机械角速度之间的关系，所以在电动势中也可以观察到机械角速度中明显的任何振荡。电动势可以根据电气角速度和磁极数目来计算，或者可以经由系统中的状态观测器来测量或估算。本发明利用用于更改共振机电系统的电动装置电流控制的内部特性。有利地，可以对电动装置系统中的机电振荡进行减振。该系统可以包括至少一个可控制电动装置和至少一个扭矩负载，该至少一个扭矩负载通过可以具有减振特性的机械弹簧减振器系统来连接到电动装置。本发明特别有助于对以由于扭矩限制和/或电压限制而导致的饱和进行操作的电动装置的控制。更具体地，本发明涉及包括控制单元和机械系统的通常未经减振或较差减振的固有机电共振，该控制单元包括电动装置的扭矩控制和电流控制，该机械系统包括通过可以表现出减振特性的弹簧系统进行相互连接的至少两个惯性系统。在该情况下，电动装置包括描述电气特性的电气系统(特别是电气电路)以及描述机电的惯性的机械惯性系统。另一惯性系统可以包括发动机和/或其他种类的扭矩负载，诸如轮胎、传动装置等。在电动装置的控制系统(特别是电流控制系统)和机械系统(即惯性系统)之间的耦接以及在这些惯性系统之间的机械耦接产生共振系统。除了现有技术的解决方案，该现有技术的解决方案通常分别解决在机械连接的惯性系统之间的电气角速度和机械角速度中的偏差并且计算添加到基准扭矩用于改善减振特性的附加减振分量，根据本发明的方法以减轻共振系统的振荡行为的方式来改变惯性系统的固有耦接。根据有利的方法步骤，得到电动势的实际值的步骤可以包括下述步骤中的至少一个-根据所述电动装置的所计算的磁通量得到所述值；-根据所述电动装置的所计算的电气角速度得到所述值；以及-通过电动装置的状态的观测器所进行的估算来得到所述值。具体地，电气角速度可以根据所述电动装置的机械角速度和所述电动装置的磁极数目的值来计算。在包括电动装置的机电系统中容易存取这样的参数。根据有利的方法步骤，得到电动势的实际值的步骤可以并行于并且独立于下述另外的步骤中的一个来进行(i)控制电动装置的扭矩和(ii)控制任何扭矩请求。有利地， 对于该扭矩控制部件有效并且必须由该扭矩控制部件观测的例如电流或扭矩的限制对于根据本发明的方法的性能没有影响。根据有利的方法步骤，通过使用滤波器，特别是通过使用用于以前馈信号的形式处理得到电动势的实际值的步骤的滤波器来执行下述步骤中的至少一个(i)得到电动势的实际值的步骤和(ii)调整角速度的相位。具体地，可以根据电动装置和/或机电系统的行为的模拟来设置滤波器的参数。此外，还能够在电动装置的操作期间自适应地改变滤波器的参数。最后，还能够根据电动装置的行为的模拟来设置属于第一组参数的滤波器的一个或多个参数，并且在电动装置的操作期间自适应地改变属于第二组的滤波器的一个或多个参数。通常，“前馈”是描述将控制信号从控制系统的外部环境中的源传送到其外部环境中的负载的控制系统内的元件或路径的术语。基于前馈行为的控制系统以预定义的方式来对其控制信号做出响应，而不对负载如何反应做出响应；这不同于基于反馈的系统，该基于反馈的系统通过考虑到其如何影响负载以及负载本身可能如何非预期地改变来调整控制系统的输出；负载被认为是属于系统的外部环境。对于由纯前馈而无反馈的可靠的控制方案，系统的输出对负载的影响应当是已知的，通常指负载的行为被假定为没有以非预期或者不期望的方式而随时间改变。一旦控制信号被发送，就可以不再进行调整。为了正确的调整，必须发出新的控制信号。具体地，前馈信号可以旁通控制单元的扭矩控制部件，S卩，可以并行于并且独立于控制单元的扭矩控制部件中的任何扭矩请求的处理来在滤波器中处理所计算的电磁力的前馈信号。有利地，对于该扭矩控制部件有效并且必须由该扭矩控制部件观测的例如电流或扭矩的限制不限制所计算的电磁力的前馈信号，并且因此对根据本发明的方法的性能没有影响。控制单元的各个控制部件可以采用纯硬件或纯软件或者硬件和软件组合的形式。 以减轻共振系统的振荡行为的方式来改变惯性系统的固有耦接。根据有利的方法步骤，可以执行下述步骤，该步骤除了从(i)相应的扭矩请求得到的所请求的电流、(ii)至少一个电动装置的电气角速度、(iii)至少一个电动装置的实际电流中的至少一个之外，还进一步提供前馈信号作为电流控制部件的输入。除了所请求的参数(i)所请求的电流、(ii)至少一个电动装置的电气角速度和(iii)至少一个电动装置中的实际电流中的至少一个之外，还可以向电流控制部件提供前馈信号。可以如向控制单元的电流控制部件的正常输入信号一样来处理电动势的前馈信号，该电流控制部件向用于操作电极的逆变器发送输入信号，例如脉冲宽度调制(PWM)信号或脉冲幅度调制信号等。可以以适当的方式来处理经由作为系统中的振荡的主要原因之一的电气角速度的在电流控制和机电系统之间的耦接，以减少系统中的振荡。可以提供电动势作为对至少一个电动装置的控制单元的输入，作为电动势(特别是所计算的电动势)的前馈信号。在该情况下，通常不需要额外的反馈环路。除了考虑到这样的反馈环路对于振荡减振过程可能过慢的事实之外，反馈还可能引入其他稳定性或共振问题，这些问题可以通过(仅)使用前馈信号来避免。根据有利的方法步骤，可以执行步骤，该步骤进一步包括下述步骤将控制信号转发到耦接到至少一个电动装置的逆变器。因此，可以调整施加到电动装置的电流以减小或避免振荡行为。方便地，可以以相位超前的方式(即偏移到在电动势的相位值前面的相位值)或者以相位滞后的方式(即偏移到在电动势的相位值后面的相位值)来处理信号的相位。有利地，用于调整角速度的相位的滤波器根本上地影响了电动势信号的相位。偏移的相位可以被偏移到前面的相位值或者被偏移到后面的相位值，其中有利地基于系统特征值的分析结果来判定将相位偏移到前面的相位值还是偏移到后面的相位值。通过分析特征值，影响相位偏移的那些滤波器参数可以被设置为使得与振荡相对应的特征值具有负实数部分。根据有利的方法步骤，可以根据电动装置和/或机电系统的行为的模拟来设置属于第一组参数的滤波器的一个或多个参数，并且/或者可以在电动装置操作期间自适应地改变属于第二组参数的滤波器的一个或多个参数。有利地，在变化的周围环境中以及对于变化的操作条件，可以在操作期间优化系统的行为。滤波器可以被优化为电动装置的宽的操作范围。当可以根据电动装置和/或机电系统的行为的模拟来设置滤波器参数时，滤波器可以将信号的相位在预定方向上偏移预定值。该方法步骤是经济的，并且在电动装置操作期间仅需要最小努力。根据本发明的另一方面，提出了一种用于采用用于使对机电振荡进行减振的方法的振荡减振系统，该系统包括用于处理下述步骤中的至少一个的滤波器(i)得到电动势的实际值的步骤和(ii)在所述电动装置的振荡行为被减小的方向上基于所得到的电动势的实际值来调整角速度的相位。具体地，可以将滤波器连接到控制单元的电流控制部件的输入。根据有利的实施例，滤波器可以与提供电流控制部件的输入信号的扭矩控制部件并联连接。有利地，滤波器影响馈送到滤波器中的电气角速度的相位，该滤波器输出电动势作为控制电动装置的到控制单元的前馈信号。根据有利的实施例，滤波器可以被连接到控制单元的电流控制部件的输入。具体地，滤波器可以旁通控制单元的扭矩控制部件，该扭矩控制部件向提供与所请求的电流相对应的电流控制部件提供输入信号，需要该输入信号来生成所请求的电动装置扭矩。根据有利的实施例，滤波器可以与扭矩控制部件并联地布置。扭矩控制部件为电流控制部件提供输入信号。通过旁通扭矩控制部件，扭矩控制部件的扭矩和/或电流限制不会限制前馈信号。根据有利的实施例，电动装置可以经由弹簧减振器系统被耦接到以机械角速度为特征的一个或多个扭矩负载。根据本发明的另一方面，提出了一种包括计算机程序代码的计算机程序，当可编程微计算机上运行所述程序时，所述计算机程序适于执行根据上述方法特征中的至少一个的方法或用于在根据上述方法特征中的至少一个的方法中使用。具体地，滤波器可以以硬件和/或软件来实现。优选地，当在连接到因特网的计算机上运行计算机程序时，该计算机程序可以适应于被下载到控制单元或其部件中的一个。根据本发明的另一方面，提出了一种存储在计算机可读介质上的计算机程序产品，包含用于计算机上的根据本发明的方法的程序代码。
可以从以下实施例的详细描述中最好地理解本发明以及上述和其他目的和优点， 但并不限于实施例，其中示意性示出图1是根据本发明的机电驱动系统的示例；图2是经过和没有经过角速度滤波的角速度曲线；图3a、图北是由波德图表现的相位超前滤波器的幅度和相位的示例(图3a)以及作为指示相位超前滤波器的输入信号和输出信号之间的相位超前的时间的函数的两个信号(图3b)；图4是图示出滤波器参数估算问题的流程图；图5是用于应用采用预定义的滤波器参数设置的根据本发明的方法的第一实施例；图6是用于应用采用基于增益方案的滤波器参数设置的根据本发明的方法的第二实施例；图7是用于应用采用自适应参数设置的根据本发明的方法的第三实施例；以及图8是并入根据本发明的系统的混合动力车辆的驱动系统的简图。
具体实施例方式在附图中，相同或相似的元件用相同或相似的附图标记来表示。附图仅是示意性表现，并非意图描画本发明的特定参数。而且，附图意在仅描绘本发明的典型实施例，并且因此不应当被认为限制本发明的保护范围。图1示意性描绘了包括可控制电动装置20的机电系统50的示例性实施例。机电系统50可以是自动化混合动力车辆的机电传动系(在图8中示意性示出)。机电系统50 包括DC电压电路10，该DC电压电路10具有提供电池电压U_bat并且将电源电压U_dc供应到逆变器12的电池。逆变器12向电动装置20供应电流I。DC电压电路10向电动装置 20供应DC电压U_dc。控制信号/传感器信号线(以箭头形式指示)将控制单元100与DC 电压电路10、逆变器12和电动装置20进行连接。控制DC电压电路10的控制单元100为了控制的目的而感测DC电压U_dc。供应到盒体102和104的DC电压指示用于内部限制的内部电的测量电压，诸如饱和功能性、扭矩控制中削弱的磁场的计算，这在本领域中是公知的。在附图中，连接到电动装置20的机械负载被建模为弹簧减振器单元30和扭矩负载40 (例如内燃发动机)，作为任何机械负载的一般表现。根据用于描述这样的机电系统的模型，其他表现也是可能的。通过弹簧减振器单元30来将电动装置20机械地耦接到扭矩负载40(诸如内燃发动机(未示出))，其既表示机械和扭转特性，也表示在电动装置20和扭矩负载40之间的连接的最终减振特性。电动装置20包括由电动装置20的电感L和电阻r表示的电气部分22以及由电动装置20的旋转部分的惯性系统表示的机械部分M。逆变器12接收来自控制单元100的输入信号。电动装置20可以是例如同步机， 例如永磁(PM)电动装置。控制单元100包括可以被实现为控制单元100中的硬件和/或软件的若干部件。 具体地，控制单元100可以包括扭矩控制部件102、包含电流控制部件和调制部件(没有详细示出)的控制器104、滤波器110以及包含关于电动装置20的磁极对数目的信息的磁极对数目部件112。控制单元100的输出是根据逆变器设计的调制的电压信号，例如脉冲宽度调制的信号(PWM信号)、脉冲频率调制的信号(PFM信号)或者脉冲阶梯调制的信号(PSM信号)。扭矩控制部件102接收例如从加速器位置得到的扭矩请求M_req，并且向控制单
8元100的控制器输出电流信号I_req。加速器可以是混合动力车辆的加速器或油门。另外，扭矩控制部件102接收机械角速度co_mech和电气角速度作为输入信号。电气角速度《_el是与由磁极对数目部件112提供的电动装置20的磁极数目相结合的机械角速度"_mech的结果。扭矩控制部件102可以包括用于实现电动装置20的磁场削弱率的单元，并且包括与适用于电动装置20的电流和电压相关的限制。因此，所请求的扭矩M_req通过扭矩控制部件102被变换成输入到控制器104的请求的电流I_req。通过使用这样的控制对象作为 “磁场削弱率”，可以引入高速地削弱来自永久性磁通量的反向磁通量，这可以通过请求电动装置20的绕组中的电抗(reactive)电流来实现。如果不执行磁场削弱，则电动装置20 所生成的电动势可以产生用于逆变器12的电压，该电压在特定条件下可能对于逆变器12 来说过高而难以控制。除了电流输入I_req以外，控制器104还接收电动装置20的测量电流Ijneas以及由滤波器110供应的电动装置20的电气角速度co_el和电动势emf_ff的前馈信号作为输入。在代替闭环控制的开环控制中，在调整相位的意义上，电动势信号emf_ff被用作前馈信号。应当注意，控制器104可以用作诸如测量到的电流Ijiieas等的一个或多个输入参数的反馈控制器，而电动势信号emf_fT被用作输入到控制器104的前馈信号，使得信号的相位不经历反馈而仅被前馈。电动势信号emf_ff根据电动装置20的机械角速度《_mech和磁极对数目得到， 并且可以计算或者可以通过使用状态观测器来估算。用于电动势信号emf_ff的输入参数便利地是电动势信号emf_ff、磁极对数目和永久性磁通量φ—m。然而，能够根据所使用的模型来使用其他参数来估算电动势信号emf_ff，诸如电动装置20中的电流的机械角度的改变、电动装置20的几何形状和转子磁通量，以进行近似估算。状态观测器是一种系统，该状态观测器模拟真实系统，以便于提供其内部状态的估计、真实系统的输入和输出的给定测量。其典型地为计算机实现的数学模型。在电动装置20是PM电动装置的情况下，电动势emf_ff例如只是磁极数目和机械角速度co_mech、永久性磁通量φ—m和滤波器函数F的乘积。相位偏移的特性由待减振的特定共振频率以及相关联的本征值来确定。滤波器110通常使得馈送到滤波器110中的信号发生相位偏移。具体地，如果例如在机电系统的模型模拟中观测到机械角速度《_mech的振荡，则可以偏移系统的频率对相位的图中的相位。滤波器110可以是具有固定参数的滤波器，这些固定参数是根据电动装置20的共振行为预先设置的。滤波器110可以被视为“前馈滤波器”。在该情况下，当通过滤波器110 处理时，信号的相位被偏移(通过示例的方式)恒定的相位。滤波器参数可以在滤波器110 和/或控制单元100的设计阶段通过模型计算来生成。替代地，滤波器110可以是自适应性滤波器，该自适应性滤波器根据控制单元100和/或电动装置20以及相互连接的机械系统的操作条件来在操作期间改变其参数。图2描绘了作为时间的函数的角速度曲线并且图示了振荡减轻中的差异。机电系统经常易于表现出可能导致扭转振荡的扭转共振。这些振荡主要由应当减轻较高频率扭矩变更以在整个系统中传播的机械弹簧减振器所引起的。然而，结合由连接到电气系统的电气控制单元100所控制的电动装置20，机械系统可能与电气系统及其控制发生干扰。因为， 可能减少固有的机械系统减振特性。图2中的曲线A展现了该影响，示出了电动装置20的机械角速度《_mech的相当强的振荡行为。具体地，曲线A表示没有应用滤波器110(图1) 的情况。替代地，存在一些微小的固有减振，导致振荡幅度随时间增加而略微减小。如果电动装置20的机械角速度co_mech强烈振荡(如图2中曲线A所示)，与机械角速度《_mech、磁极对数目和永久性磁通量φ—m的乘积成比例的电动势emf_ff也将表现出这样的振荡。然而，根据本发明，通过使用滤波器110(图1)来调整机械角速度co_mech的相位，能够减轻这样的振荡。图2中的曲线B展现出该效应，示出了在较短的起始阶段之后的相当平滑的曲线，由此即使机械角速度《_mech中的轻微振荡在起始阶段之后也立刻几乎被消除。如图2中曲线B所示，在相当短的时间段之后，不期望的振荡非常迅速地减小，几乎接近为零。为了说明本发明，图3a和图北示出了滤波器110的效果(如图1中所示)。图 3a描绘了所谓的波德图。通常，波德图包括标示复杂传递函数的两个曲线图，一个曲线图以对数标度指示幅度增幅的绝对值(在图3a中上面的图中被称为“振幅”)，而另一个曲线图用于复杂传递函数的自变量(在图3a中下面的图中被称为“相位”)，两个曲线图都是用对频率绘制的、以对数频率轴绘制的，以示出线性时变系统的传递函数或频率响应，因此示出了系统的输出对输入该系统的谐波的稳态响应。图3a中，以dB为单位显示“振幅”，以度为单位显示“相位”并且以rad/sec为单位显示频率。图3a中的波德图示出，对于在特定频率值以上的频率，这些频率被放大(即信号的幅度增大)，而且这些频率也是相位超前。对于滤波器(图1中的110)，波德示了频率平面内的滤波器参数设置。对于图3a所描绘的滤波器，滤波的信号的振幅(幅度) 根据频率的函数而增大，同时滤波的信号的相位随着频率函数而增大，直至最大为止，并且然后，在较高频率处再次下降。因此，如图北中所示，表现出在滤波器的该典型频率区域内的可能由共振引起的特定频率分量的输入信号相位超前。图北通过示例的方式示出了作为时间t的函数的两个正弦信号Sl和S2的幅度 A。该附图示出了特定频率的信号Sl将如何受到具有相位超前特性的滤波器影响而产生相位超前的信号S2。然而，当这样的滤波器应用于根据图1的包括可控制电动装置20的机电系统50内时，对系统50(图1)的影响将是与滤波器的相位超前效果叠加的减振效果(如图2中曲线B所示)。更具体地，作为时间t的函数的图北中的两个正弦信号S1、S2的幅度AMP指示在具有相位超前特性的到滤波器的输入信号Sl和具有图3a中波德图所描述的滤波器特性的所述滤波器的输出信号S2之间的相位超前。该相位超前被视作在输入信号Sl和输入信号 Sl的滤波的输出信号S2之间的相应时间偏差，其与由图北中箭头所指示的输入信号Sl的相位位移相对应。图4示出了图示作为用于图1中示出的本发明的实施例的可能的基础的滤波器参数估算的流程图。滤波器参数估算是在建模阶段进行的，在该阶段中，在真实的机电系统中实现滤波器110之前校准滤波器参数。在步骤200中，在模拟中，从外部扰动或者通过信号注入来激励描述电动装置 20(图1)的系统。外部扰动可能例如从连接到电动装置20(图1)的机械系统引入。在步骤202中，检查在所模拟的系统中是否将要观测到任何没有减振或较差减振的共振。如果答案为否(步骤202中为“n”)，则在步骤204继续正常操作，直至观测到系统的任何扰动、任何不期望的激励或者操作的工作点的任何改变。然后，该过程直接跳回步骤 200。如果步骤202中的回答为是(步骤202中为“y”)，则该过程以步骤206继续，其中， 基于对系统共振的激励的效果的并行分析来估算或计算新的滤波器参数，以实现系统的减振特性。在该步骤之后，该程序以步骤200继续。图5至图7图示了可以如何采用本发明的三个不同的实施例，S卩(i)用预定义的滤波器参数、( )用增益方案和(iii)用自适应滤波器。具体地，图5描绘了采用设置实际滤波器110的预定义滤波器参数的根据本发明第一实施例的滤波器110的动作的框图。参考图1以及其中描述的部件及其附图标记，将电动装置20的机械角速度ω_ mech输入到扰动模型300，该扰动模型300模拟由电动装置20产生的电动势emf_ff。可以测量或估算机械角速度《_mech，后一种可能性允许减少必要数目的传感器。扰动模型300 包括磁极对数目部件112和滤波器110，该滤波器110的特性用电动装置20的滤波器函数 F和永久性磁通量φ—m来表征。扰动模型300的结果是包括电动装置20以及机械部分30和40的系统50 (如图1 描绘的)的输入，其中系统的输入参数是基准电压U_ref。控制器104将系统部分20、30、 40的输出信号(即系统部分20、30、40的测量的电流I_meas)反馈到所述系统部分20、30、 40的输入。如图2和图3所指示的，滤波器110根据在机电系统的建模阶段期间确定的预定的固定滤波器参数集合来偏移输入信号《_mech的相位。在该实施例中，滤波器110被设计为减轻在设计机电系统的开发过程中预先已知的电动装置20的特定共振。图6描绘了用于采用基于增益方案的滤波器参数设置的应用根据本发明的方法的第二实施例的框图。在增益方案的方法中，可以根据操作点来选取控制参数的不同设置。 例如，在车辆的情况下，对于每一次换挡和/或所应用的挡位，在该车辆操作期间，可以从查找表中读取参数集合，该查找表可以在机电系统的即时模拟期间产生。参考图1以及其中描述的部件及其附图标记，将电动装置20的机械角速度ω_ mech输入到扰动模型300，该扰动模型300对由电动装置20产生的电动势emf_ff进行模拟。可以测量或估算机械角速度《_mech，后一种可能性允许减少必要数目的传感器。扰动模型300包括磁极对数部件112和滤波器110，该滤波器110的特性用电动装置20的滤波器函数F和永久性磁通量φ—m来表征。扰动模型300的结果是包括电动装置20和机械部分30、40的系统50 (如图1所绘)的输入，其中系统的输入参数是基准电压U_ref。控制器104将系统20、30、40的输出信号，即系统20、30、40的测量电流Ijneas反馈到系统20、30、40的输入端。信号在滤波器110中经历可变相位偏移。相位偏移根据由增益方案块308所提供
11的针对操作的不同系统工作点的预定义参数设置而改变。增益方案块308接收例如来自查找表的电动装置20的操作的工作点W_op作为输入，该查找表包含用于预先已知的操作模式的参数。例如，对于每一次换挡，适当的参数设置可以被读取并且将其馈送到滤波器110， 因此根据机电系统(图1中的50)的实际操作模式来更改滤波器函数F。如果不同的操作模式改变了电动装置20的共振频率，则控制参数的不同设置可以用于强制减轻。应当选取哪一个控制参数集合取决于实际操作模式，在该情况下，所述实际操作模式是在设计机电系统的开发过程中预先已知并确定的。图7描绘了采用自适应滤波器参数设置的用于应用根据本发明的方法的第三实施例的框图。参考图1以及其中描述的部件及其附图标记，将电动装置20的机械角速度ω_ mech输入到扰动模型300，该扰动模型300对由电动装置20产生的电动势emf_ff进行模拟。可以测量或估算机械角速度《_mech，后一种可能性允许减少必要数目的传感器。扰动模型300包括磁极对数目112和滤波器110，该滤波器110的特性用电动装置20的滤波器函数F和永久性磁通量φ—m来表征。扰动模型300的结果是包括电动装置20和机械部分30、40的系统(如图1所绘) 的输入，其中系统的输入参数是基准电压U_ref。控制器104将系统部分20、30、40的输出信号(即系统部分20、30、40的测量电流Ijneas)反馈到系统部分20、30、40的输入。滤波器参数估算处理块310从系统部分20、30、40的输出接收输入。滤波器参数估算处理块310的输出与形成系统部分20、30、240的输入的控制器104和滤波器110的合成输出信号进行合成。滤波器参数估算处理块310计算特定操作模式的损失函数，并且计算参数以最小化这些损失。在该实施例中，测量和/或估算机电系统(图1中的50)中的输入参数和输出参数，并且自适应地调整滤波器110的滤波器函数F，其中最佳算法在线计算将要用于振荡减轻的控制参数，更具体地，滤波器110的滤波器部分的滤波器函数F。图8中示出了采用根据本发明的方法的车辆90的示意性表示。车辆90以公知的方式在车辆90的前部和后部包括车轮140和142。驱动轴132经由电动装置20被耦接到内部的内燃发动机130。驱动轴132被耦接到车轮140。车辆的车轮140、142和发动机130 是车辆传动系的机械系统(图1中用附图标记40来表示)中的主要部件。电动装置20由采用根据本发明的方法的控制单元100来控制。
权利要求
1.一种用于对机电系统(50)特别是自动化电动或混合动力驱动系统中的机电振荡进行减振的方法，所述机电系统(50)包括至少一个电动装置(20)，所述至少一个电动装置 (20)以角速度(o^ehcojiiecl·!)和所述角速度的相位来进行操作、并且被耦接到至少一个扭矩负载GO)并且产生电动势(emf_ff)，所述方法包括下述步骤-得到所述电动势(emf_ff)的实际值；-基于所得到的电动势(emf_ff)的实际值，沿所述电动装置00)的振荡行为被减小的方向调整所述角速度(ω_θ1、 _mech)的相位。
2.根据权利要求1所述的方法，其中，得到所述电动势(emf_ff)的实际值的步骤包括下述步骤中的至少一个(i)根据所述电动装置00)的所计算的磁通量(φ—m)得到所述值，( )根据所述电动装置00)的所计算的电气角速度(《_el)得到所述值，以及(iii)根据所述电动装置00)的状态的观测器所进行的估算得到所述值。
3.根据权利要求2所述的方法，其中，所述电气角速度(co_el)是根据所述电动装置 (20)的机械角速度(cojuect!)和所述电动装置00)的磁极对数的值来计算的。
4.根据任何一项前述权利要求所述的方法，其中，得到所述电动势(emf_ff)的实际值的步骤并行于并且独立于下述另外的步骤中的至少一个来进行(i)控制所述电动装置 (20)的扭矩，以及(ii)控制任何扭矩请求。
5.根据任何一项前述权利要求所述的方法，其中，通过使用滤波器(110)，特别是通过使用用于以前馈信号的形式处理得到所述电动势(emf_ff)的实际值的步骤的滤波器 (110)，来进行下述步骤中的至少一个(i)得到所述电动势(emf_ff)的实际值，以及(ii) 调整所述角速度(ω_θ1、 _mech)的相位。
6.根据权利要求5所述的方法，⑴其中根据所述电动装置00)和/或所述机电系统 (50)的行为的仿真来设置所述滤波器(110)的参数，或者(ii)其中在所述电动装置00) 的操作期间自适应地改变滤波器(110)的参数，或者(iii)其中根据所述电动装置00)的行为的仿真来设置属于第一组参数的所述滤波器(110)的一个或多个参数，并且其中在所述电动装置00)的操作期间自适应地改变属于第二组的所述滤波器(110)的一个或多个参数。
7.根据权利要求5和6中的任何一项所述的方法，进一步包括下述步骤除了从相应的扭矩请求(M_req)得到的所请求的电流(I_req)、至少一个电动装置Q0)的电气角速度 ( _el)、所述至少一个电动装置00)的实际电流(Ijiieas)中的至少一个之外，还提供所述前馈信号作为向电流控制部件的输入。
8.根据任何一项前述权利要求所述的方法，进一步包括下述步骤将控制信号转发到耦接至所述至少一个电动装置00)的逆变器(12)。
9.一种用于采用根据前述权利要求1至8中的任何一项所述的用于对机电振荡进行减振的方法的振荡减振系统，所述振荡减振系统包括滤波器(110)，所述滤波器(110)用于进行下述步骤中的至少一个⑴得到所述电动势(emf_ff)的实际值，以及(ii)基于所得到的电动势(emf_ff)的实际值沿所述电动装置00)的振荡行为被减小的方向调整所述角速度(ω_θ1、co_mec]i)的相位。
10.根据权利要求9所述的系统，其中，所述滤波器(110)被连接到控制单元(100)的电流控制部件的输入。
11.根据权利要求9或10所述的系统，其中，所述滤波器(110)与提供用于所述电流控制部件的输入信号(I_req)的扭矩控制部件(102)并联连接。
12.根据权利要求9至11中的任何一项所述的系统，其中，电动装置00)经由弹簧减振器系统(30)被耦接到以机械角速度(cojuect!)表征的一个或多个扭矩负载00)。
13.—种包括计算机程序代码的计算机程序，当在可编程微计算机上运行所述程序时， 所述计算机程序代码适于执行根据权利要求1至8中的至少一项所述的方法或者在所述方法中使用。
14.根据权利要求13所述的计算机程序，当在连接到因特网的计算机上运行所述计算机程序时，所述计算机程序适于可下载到控制单元或其部件之一。
15.一种存储在计算机可读介质上的计算机程序产品，包括用于在计算机上的根据权利要求1至8中的一项所述的方法中使用的程序代码。
全文摘要
本发明涉及一种用于对机电系统(50)特别是自动化电动或混合动力驱动系统中的机电振荡进行减振的方法，该机电系统(50)包括至少一个电动装置(20)，该至少一个电动装置(20)以角速度和所述角速度(ω_el、ω_mech)的相位来进行操作，并且被耦接到至少一个扭矩负载(40)，并且产生电动势(emf_ff)。该方法包括下述步骤(i)得到电动势(emf_ff)的实际值以及(ii)基于所得到的电动势(emf_ff)的实际值在所述电动装置(20)的振荡行为被减小的方向上调整角速度(ω_el、ω_mech)的相位。
文档编号B60W20/00GK102458954SQ200980160026
公开日2012年5月16日 申请日期2009年6月22日 优先权日2009年6月22日
发明者约翰·林德伯格 申请人:沃尔沃技术公司