用于反馈控制的方法和系统与流程

本发明涉及用于反馈控制的方法和系统。

背景技术：

为了提高系统的效率等目的，需要进行控制以在短期内接通/关断输出的情况成为本发明的背景。

特别地，为了提高电动机的转速，例如在电动机中，为了在高速运转区域内获得足够的电压裕度而减小电动机电感，并且由于电动机电感的减小使三相纹波电流增大，因此电动机和对其提供驱动电流的逆变器的效率降低。

特别地，在响应于小的输出的需求而以低速运转电动机的情况下，三相电流较小并且纹波电流增大，因此效率降低的效果显着出现。此外，存在发生逆变器中的igbt的开关损耗且因此效率降低的问题。

为了解决这些问题，开发了一种在电动机以低速运转期间，在短周期内重复接通/关断从逆变器施加于电动机的驱动电流，因此节省功耗的技术。接通/关断的周期和接通/关断的占空比可设定为可以最小的功耗确保运转稳定性的值，因此具有提高效率和运转稳定性的效果。

然而，在控制逆变器的控制器中的驱动电流的反馈控制中包括用于反馈控制的积分处理的情况下，发生驱动电流关断期间所测量的驱动电流的值变为0，因此测量值与目标值之间的误差迅速增加，由于过度增加的误差积分值，使控制值被大幅输出，并且同样由于上述原因，从逆变器输出的驱动电流大幅振荡的问题。

前述内容仅旨在帮助理解本发明的背景，而不旨在表示本发明落入本领域技术人员已知的现有技术的范围内。

技术实现要素：

本发明涉及用于反馈控制的方法和系统。具体实施例涉及一种用于在短周期内重复接通/关断输出的控制下，为了输出的施加和阻断发生的过渡期间的稳定控制进行反馈控制的方法和系统。

本发明的实施例解决了上述问题，并且提供了一种用于在短周期内重复接通/关断输出的控制下，为了施加和阻断输出的过渡期间的稳定控制进行反馈控制的方法和系统。

根据一个实施例的用于反馈控制的方法包括以下步骤：在控制器中对电流提供单元进行控制，使得以预定的周期和占空比重复接通/关断从电流提供单元施加于驱动单元的输出；以及从控制器对施加于电流提供单元的控制器的输出值进行反馈控制，使得电流提供单元的输出跟随目标值。进行反馈控制的步骤包括积分控制处理，并且在关断电流提供单元的输出期间停止积分控制处理。

进行反馈控制的步骤可计算并控制测量电流提供单元的输出得到的测量值与目标值之间的误差。

重复接通/关断输出的步骤可确定是否有必要接通/关断电流提供单元的输出。仅在确定有必要接通/关断输出的情况下，可重复接通/关断电流提供单元的输出。

设置能够阻断从电流提供单元施加于驱动单元的输出的开关元件，并且重复接通/关断输出的步骤可在控制器中控制开关元件的接通/关断。

在进行反馈控制的步骤中，在关断电流提供单元的输出期间停止积分控制处理的情况下，可将即将关断电流提供单元的输出之前的接通状态的积分值保持为积分值。

在进行反馈控制的步骤中，将前馈补偿因子添加至控制器的输出值，并且对电流提供单元进行控制的步骤对关断电流提供单元的输出期间的输出进行补偿。

进行反馈控制的步骤可将控制器的输出值与预定的基准值进行比较，并且在控制器的输出值超过基准值的情况下，将控制器的输出值定义为基准值，并限制电流提供单元的输出。

驱动单元是指电动机，电流提供单元是指连接至电动机的逆变器，并且从控制器接收控制器的输出值的逆变器可将驱动电流作为输出提供给电动机。

在进行反馈控制的步骤中，控制器可将控制器的输出值施加于逆变器，使得从逆变器提供给电动机的驱动电流的测量值跟随目标值。

重复接通/关断输出的步骤中的周期和占空比可被预设为使运转电动机的功耗最小化的值。

进行反馈控制的步骤可将对关断逆变器的输出期间的输出进行补偿的前馈补偿因子添加至控制器的输出值，并对逆变器进行控制。

从控制器施加于逆变器的控制器的输出值是指d轴电压和q轴电压的输出值，并且在进行反馈控制的步骤中，前馈补偿因子可将通过以下等式计算的值分别添加至d轴电压和q轴电压的输出值：

vq_ff＝ld×ωe×ids+ψ×ωe

vd_ff＝-lq×ωe×iqs。

电动机配备有霍尔传感器，并且用于反馈控制的方法还可包括在对施加于电流提供单元的控制器的输出值进行反馈控制的步骤之前，进行反馈控制以设定目标值，使得由霍尔传感器测量的电动机的转速跟随速度指令。

用于实现上述目的的根据本发明的用于反馈控制的系统可包括：电流提供单元，其输出被以预定的周期和占空比重复接通/关断，并施加于驱动单元；以及控制器，对电流提供单元进行控制，使得所述输出以预定的周期和占空比重复接通/关断，并且对施加于电流提供单元的控制器的输出值进行反馈控制，使得电流提供单元的输出跟随目标值，控制器可在反馈控制中包括积分控制处理，并且在关断电流提供单元的输出期间停止积分控制处理。

驱动单元是指电动机，电流提供单元是指逆变器，并且从控制器接收控制器的输出值的逆变器可将驱动电流作为输出提供给电动机。

根据本发明的用于反馈控制的方法和系统，即使在短期内重复接通/关断输出的控制下，也能够确保控制的稳定性。特别地，在接通/关断的过渡期间，控制器的输出值能够迅速跟随目标值，从而执行期望的控制功能。因此，还能够提高控制的性能和可靠性，并最终提高控制系统的效率。

附图说明

从以下结合附图进行的详细说明中，将更清楚地理解本发明的上述和其它目的、特征和优点，在附图中：

图1是示出根据本发明的一个实施例的用于反馈控制的系统的框图；

图2是示出根据本发明的一个实施例的用于反馈控制的方法的流程图；并且

图3是示出根据本发明的一个实施例的电动机控制中的用于反馈控制的系统的框图。

具体实施方式

在本说明书或本申请中公开的本发明的示例性实施例中的具体结构和功能的说明，是为了说明本发明的示例性实施例而示出的，因此，本发明的示例性实施例可以各种形式实施，而不应解释为受限于本说明书或本申请中公开的本发明的示例性实施例。

本发明的示例性实施例可进行各种修改并可具有各种形式，因此将在附图中示出并在本说明书或本申请中详细说明具体的示例性实施例。然而，应该理解的是，本发明不限于具体的示例性实施例，而是包括包含在本发明的思想和范围内的所有改型、等同形式和替换形式。

诸如“第一”和/或“第二”等的词语可用于说明各种组件，但是这些组件不应解释为受限于这些术语。这些词语仅用于区分一个组件和另一个组件。例如，在不脱离本发明的范围的情况下，“第一”组件可被命名为“第二”组件，而“第二”组件也可被类似地命名为“第一”组件。

应该理解的是，当一个元件被称为“连接”或“结合”至另一元件时，其可直接连接或直接结合至另一元件，或者连接或结合至另一元件而其它元件介于两者间。另一方面，应该理解的是，当一个元件被称为“直接连接至”或“直接结合至”另一元件时，其可连接或结合至另一元件而其它元件不介于两者间。说明组件之间的关系的其他表述，即“在……之间”，“直接在……之间”，“与……相邻”，“与……直接相邻”等应类似地解释。

本文所使用的专业术语仅是为了说明特定实施例的目的，而非意在限制本发明。如本文所使用的，单数形式意在也包括复数形式，除非上下文另外明确地表明。还将理解的是，当在本说明书中使用时，词语“包括”和/或“包含”规定所述特征、数字、步骤、操作、元件和/或组件的存在，但不排除一个或多个其它特征、数字、步骤、操作、元件、成组件和/或其群组的存在或添加。如本文所使用的，词语“和/或”包括一个或多个相关列出项目的任何或所有组合。

除非另外指明，否则应当理解，包括技术或科学术语在内的说明书中使用的所有术语具有与本领域技术人员通常理解的含义相同的含义。必须理解的是，由词典定义的术语与相关技术的上下文中的含义相同，除非上下文另有明确规定，否则不应被理想地或过度正式地定义。

在下文中，将参照附图详细说明本发明的优选实施例。在各附图中提出的相同的附图标记表示相同的组件。

图1是示出根据本发明的一个实施例的用于反馈控制的系统的框图。

参照图1和图2，根据本发明的一个实施例的用于反馈控制的方法的特征在于包括以下步骤：在控制器10中对电流提供单元20进行控制，使得以预定的周期和占空比重复接通/关断从电流提供单元20施加于驱动单元30的输出；以及从控制器10对施加于电流提供单元20的控制器的输出值进行反馈控制，使得电流提供单元20的输出跟随目标值。进行反馈控制的步骤包括积分控制处理，并且在关断电流提供单元20的输出期间停止积分控制处理。

这里，周期表示在重复接通/关断输出的情况下直到重复接通/关断的时间，并且占空比表示在一个周期中接通输出的时间。

控制器10可接收目标值并将控制器的输出值传送至电流提供单元20。从控制器10接收控制器的输出值的电流提供单元20可将其输出施加于驱动单元30。这里，控制器10可对电流提供单元20进行控制，使得从电流提供单元20施加于驱动单元30的输出以预定的周期和占空比重复地接通/关断。

为了驱动单元30的功耗节省或驱动效率等目的，电流提供单元20可重复接通/关断驱动单元30。在这种情况下，周期和占空比可实验计算并预设为使电流提供单元20或驱动单元30的功耗最小化的接通/关断的周期和占空比。

电流提供单元20的内部可配备有能够阻断或施加从电流提供单元20施加于驱动单元30的输出的开关元件。控制器10可控制电流提供单元20的开关元件的接通/关断，并且重复地控制施加于驱动单元30的输出的接通/关断。

控制器10可对施加于电流提供单元20的控制器的输出值进行反馈控制，使得电流提供单元20的输出跟随输入的目标值。具体地，进行反馈控制的步骤可计算并控制测量电流提供单元20的输出得到的测量值与目标值之间的误差。可执行例如将误差乘以系数(比例控制)或将误差积分(积分控制)的各种反馈控制。本发明作为示例公开了pi控制方法，但除此之外，还可应用例如pid、ip、pi和ip混合控制等的各种控制方法。

进行反馈控制的步骤包括积分控制处理，并且在关断电流提供单元20的输出期间停止积分控制处理。即，进行反馈控制的步骤在电流提供单元20的输出接通期间执行积分控制，而在输出关断期间停止积分控制。

以上是在重复接通/关断电流提供单元20的输出的情况下，如果在输出关断期间输出的测量值变为0并且继续执行积分控制，则测量电流提供单元20的输出得到的测量值与目标值之间的误差大幅地发生的原因。即，可停止积分控制处理，从而执行稳定的控制。

在进行反馈控制的步骤中，在关断电流提供单元20的输出期间停止积分控制处理的情况下，可将即将关断电流提供单元20的输出之前的接通状态的积分值保持为积分值。即，在停止积分控制处理的情况下，可保持积分控制即将停止前的积分值，由此进行反馈控制。

图2是示出根据本发明的一个实施例的用于反馈控制的方法的流程图。

进一步参照图2，根据本发明的一个实施例的用于反馈控制的方法可包括测量从电流提供单元20施加于驱动单元30的输出的步骤(s100)。该方法可在测量输出的步骤(s100)之后确定输出是接通状态还是关断状态(s200)。确定输出是接通状态还是关断状态的步骤(s200)可使用在测量输出的步骤(s100)中测量的输出的大小来确定接通/关断状态，并且还可使用控制器10的接通/关断信号或者预定的接通/关断周期和占空比来确定接通/关断状态。

在电流提供单元20的输出为断开状态的情况下，控制器10可停止对反馈控制中的误差进行积分的处理(s300)。这里，控制器10可将输出即将关断之前的接通状态的积分值存储并保持为积分值。在电流提供单元20的输出为接通状态的情况下，控制器10可执行积分控制处理(s400)。

即，控制器10可在反馈控制中包括积分控制处理，并且在电流提供单元20的输出为接通状态的情况下，控制器10可执行积分控制处理(s400)，而在输出为关断状态的情况下，控制器10可停止积分控制处理，并将紧接此前的接通状态的积分值保持为积分值(s300)。

重复接通/关断输出的步骤可确定是否有必要接通/关断电流提供单元20的输出，仅在确定有必要接通/关断其输出的情况下，可重复接通/关断电流提供单元20的输出。当确定是否有必要对电流提供单元20的输出执行接通/关断控制时，在通过计算输入至控制器10的目标值的大小、从控制器10传送至电流提供单元20的控制器的输出值的大小、从电流提供单元20传送至驱动单元30的输出的大小或者驱动单元的驱动值的大小等，确定驱动单元30在预定值以下操作的情况下，可确定有必要重复接通/关断电流提供单元20的输出。

在进行反馈控制的步骤中，将前馈补偿因子添加至控制器的输出值，并且对电流提供单元20进行控制的步骤可对关断电流提供单元20的输出期间的输出进行补偿。在电流提供单元20重复接通/关断输出的情况下，在电流提供单元20的输出接通期间，驱动单元30由于电流提供单元20的输出而操作，但在电流提供单元20的输出关断期间，驱动单元30不操作。

因此，可以指定添加至控制器的输出值的前馈补偿因子，以便补偿在输出关断期间驱动单元30未被电流提供单元20操作的程度。

进行反馈控制的步骤可将控制器的输出值与预定的基准值进行比较，并且在控制器的输出值超过基准值的情况下，将控制器的输出值指定为基准值，并限制电流提供单元20的输出。即，可将控制器的输出值限制为不超过预定的基准值，由此限制电流提供单元20的输出。

以上是在反馈控制中，如同目标值与测量电流提供单元20的输出得到的测量值之间的误差大幅增加的情况，在控制器的输出值大幅增加的情况下，因为控制可能变得不稳定，所以控制器10可限制控制器的输出值，并因此限制电流提供单元20的输出和驱动单元30的操作。结果，能够更加确保控制的稳定性。

图3是示出根据本发明的一个实施例的电动机控制中的用于反馈控制的系统的框图。

参照图3，本发明的用于反馈控制的方法可以是用于控制电动机控制中的用于反馈控制的系统的方法，在该系统中，驱动单元是指电动机300，电流提供单元是指连接至电动机300的逆变器200，并且从控制器100接收控制器的输出值的逆变器200将驱动电流作为输出提供给电动机300。

具体地，控制器100可接收来自上位控制器500的电流目标值(id*、iq*)，并将电压目标值(vd*、vq*)传送至逆变器200，并且逆变器200可接收电压目标值(vd*、vq*)并将驱动电流提供给电动机300。

还可在控制器100与逆变器200之间设置坐标转换器400。控制器100可从上位控制器500接收同步坐标系的电流目标值(id*、iq*)，并将同步坐标系的电压目标值(vd*、vq*)传送至坐标转换器400，并且坐标转换器可将同步坐标系的电压目标值转换成三相电压目标值(a相、b相、c相)并提供给逆变器200。逆变器200可基于接收到的三相电压目标值(a相、b相、c相)，通过三相开关电路中的pwm的输出占空比，将三相驱动电流提供给电动机300。

特别地，在表面安装型永磁同步电动机的情况下，从逆变器200提供给电动机300的驱动电流是三相电流，并且这些电流可与同步坐标系的q轴电流成比例。这里，可将同步坐标系的d轴电流计算为0a。

在进行反馈控制的步骤中，控制器100可将控制器的输出值施加于逆变器200，使得从逆变器200提供给电动机300的驱动电流的测量值跟随目标值。可在逆变器200与电动机300之间设置测量从逆变器200提供给电动机300的驱动电流的传感器(未示出)。传感器可测量三相驱动电流中的两个以上电流，并再次经由坐标转换器400反馈至控制器100。控制器100可进行反馈控制，使得驱动电流的实际测量值(id、iq)跟随从上位控制器500接收的电流目标值(id*、iq*)。

重复接通/关断输出的步骤中的周期和占空比可被预设为使运转电动机300的功耗最小化的值。即，在对从逆变器200提供给电动机300的驱动电流进行重复接通/关断控制的情况下，可将重复接通/关断控制中的周期和占空比指定为使包括逆变器200的开关损耗和由于三相电流纹波引起的损耗等的电动机300的每一驱动速度的功耗最小化的值。该值可通过实验等来计算，并且电动机300的每一驱动速度的功耗可被预设为图并保存。

在进行反馈控制的步骤中，可将对逆变器200的输出关断期间的输出进行补偿的前馈补偿因子添加至控制器100的控制器的输出值，从而对逆变器200进行控制。

由于在逆变器200的输出关断期间，电动机的转速稍微降低并且电动机的三相电流处于阻断状态，因此在再次接通的时刻需要对此进行补偿。具体地，在输出关断期间需要对由互感和通过电动机的旋转产生的反电动势引起的电压进行补偿。

由控制器100输出的控制器的输出值可以是基于同步坐标系的d轴电压和q轴电压的输出值(vd*、vq*)。在进行反馈控制的步骤中，前馈补偿因子可将通过以下等式计算的值分别添加至d轴电压和q轴电压的输出值。

[等式1]

vq_ff＝ld×ωe×ids+ψ×ωe

vd_ff＝-lq×ωe×iqs，

ld：同步坐标系的d轴电感，

lq：同步坐标系的q轴电感，

ωe：电动机的电转速，

ψ：电动机的反电动势常数，

ids：同步坐标系的d轴电流，

iqs：同步坐标系的q轴电流。

计算前馈补偿控制值所需的同步坐标系的d轴和q轴电感以及反电动势常数作为电动机的设计参数是可识别的因子，并且同步坐标系的d轴和q轴电流以及电动机的电转速是通过传感器可测量的因子。例如，可通过电动机中设置的霍尔传感器来测量电动机的电转速。因此，可代入在驱动电流被阻断(关断期间)然后被再次供给(接通期间)的时刻改变的速度值和电流值，从而计算由电动机中的永磁体的旋转产生的电压。

作为参考，在永磁同步电动机中，三相同步坐标系中的d轴和q轴电流—电压的关系式可如下表示。

[等式2]

vd：同步坐标系的d轴电压，

vq：同步坐标系的q轴电压，

id：同步坐标系的d轴电流，

iq：同步坐标系的q轴电流，

rs：电动机的相电阻，

ld：同步坐标系的d轴电感，

lq：同步坐标系的q轴电感，

ωe：电动机的电转速，

ψ：电动机的反电动势常数。

在等式2中，以下等式3的线性部分表示由控制器计算的值。因此，等式2的非线性部分由等式1中计算的前馈补偿因子进行补偿。

[等式3]

电动机300可配备有霍尔传感器310。霍尔传感器310可测量电动机300的电转速，因此可导出实际的电动机300的转速。

本发明还可包括在进行反馈控制的步骤之前，进行反馈控制以设定目标值，使得由霍尔传感器310测量的电动机300的转速跟随速度指令的步骤。即，上位控制器500可以是速度控制器，并可接收速度指令且进行反馈控制，使得由霍尔传感器310测量的电动机300的转速跟随速度指令。

在上位控制器500中进行反馈控制使得电动机300的转速跟随速度指令的情况下，即使在逆变器200的输出关断期间也可不停止积分控制。以上是即使逆变器200的输出被关断，然而在非常短的周期内接通/关断，因此关于电动机300的转速的实际测量值几乎没有误差的原因。

根据本发明的一个实施例的用于反馈控制的系统可包括：电流提供单元，其输出被以预定的周期和占空比重复接通/关断，并施加于驱动单元；以及控制器，对电流提供单元进行控制，使得所述输出以预定的周期和占空比重复接通/关断，并且对施加于电流提供单元的控制器的输出值进行反馈控制，使得电流提供单元的输出跟随目标值，控制器在反馈控制中包括积分控制处理，并且在关断电流提供单元的输出期间停止积分控制处理。

驱动单元是指电动机，电流提供单元是指逆变器，并且从控制器接收控制器的输出值的逆变器可将驱动电流作为输出提供给电动机。

用于反馈控制的系统的说明因为重复用于反馈控制的方法的说明，所以在下文中将被省略。

虽然为了例示的目的已说明了本发明的具体实施例，但是本领域技术人员将会理解，在不脱离如所附权利要求中公开的本发明的范围和思想的情况下，可进行各种修改、添加和替换。