電機(jī)控制電路的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及在電動(dòng)助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)中使用的電機(jī)控制電路的改進(jìn)，并且具體地涉及電動(dòng)助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)中的多相無(wú)刷電機(jī)的脈沖寬度調(diào)制(PWM)控制。
【背景技術(shù)】
[0002 ]用于典型的PWM控制的多相電機(jī)，特別是DC電機(jī)的電機(jī)控制電路包括開(kāi)關(guān)電路和控制器，其中開(kāi)關(guān)電路包括選擇性地將每相連接到電壓電源的一組開(kāi)關(guān)，控制器對(duì)開(kāi)關(guān)進(jìn)行調(diào)制以將PWM電壓施加到電機(jī)的相。通過(guò)電機(jī)的繞組或相的電流由用于每相的單獨(dú)的電流傳感器進(jìn)行測(cè)量，或者由放置在電路中的單個(gè)電流傳感器進(jìn)行測(cè)量，以便測(cè)量在DC電源與開(kāi)關(guān)電路和電機(jī)組合之間流動(dòng)的總瞬時(shí)電流。在單個(gè)電流傳感器系統(tǒng)中，通過(guò)對(duì)開(kāi)關(guān)的PWM模式進(jìn)行偏移并在適當(dāng)?shù)狞c(diǎn)處對(duì)電流傳感器進(jìn)行采樣來(lái)推導(dǎo)多個(gè)電機(jī)相電流，其中PWM模式將所要求的電壓施加到每相。
[0003]通常將測(cè)量的電流轉(zhuǎn)換到參照轉(zhuǎn)子位置的d_q坐標(biāo)系，并與也在d_q坐標(biāo)系中的電流要求信號(hào)進(jìn)行比較以產(chǎn)生誤差信號(hào)，電流要求信號(hào)指示從電機(jī)要求的電流。在控制器主要控制來(lái)自電機(jī)的轉(zhuǎn)矩輸出的情況下，常常根據(jù)轉(zhuǎn)矩信號(hào)和已知的電機(jī)屬性生成要求電流。例如，在電機(jī)用于電動(dòng)助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的情況下，轉(zhuǎn)矩要求信號(hào)主要是電機(jī)應(yīng)該施加到轉(zhuǎn)向以幫助駕駛員轉(zhuǎn)動(dòng)方向盤的輔助轉(zhuǎn)矩的量的測(cè)量。
[0004]因此，誤差信號(hào)表示所要求的電流與在電機(jī)中流動(dòng)的實(shí)際電流之間的差。誤差信號(hào)被饋送到電流控制器，電流控制器產(chǎn)生表示要施加到電機(jī)的每相的電壓的一組電壓要求信號(hào)，所述電壓會(huì)將誤差信號(hào)最好地驅(qū)動(dòng)到零，并且最好地確保所要求的電流在電機(jī)中流動(dòng)。電流控制器通常將d_q誤差信號(hào)轉(zhuǎn)換成d_q電壓要求信號(hào)，d_q電壓要求信號(hào)然后被進(jìn)一步轉(zhuǎn)換成三相電壓信號(hào)。然后依賴于哪個(gè)PWM策略被使用，將這三個(gè)電壓信號(hào)轉(zhuǎn)換成用于每個(gè)電機(jī)相的相應(yīng)的PWM信號(hào)。因此電流控制器用以改變PWM相電壓，以便試圖不斷地最小化誤差信號(hào)的幅度，從而確保電機(jī)電流盡可能地接近所要求的電流。
[0005]在實(shí)際的系統(tǒng)中，電流控制器將包括PI或PID或其它類型的反饋控制器。
[0006]使用反饋控制和PWM的電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路在本領(lǐng)域中是公知的。例如，W02006005927公開(kāi)了一種典型的系統(tǒng)，并且此文件的教導(dǎo)通過(guò)引用的方式被并入本文。
[0007]在電機(jī)具有恒定的轉(zhuǎn)矩和速度的穩(wěn)態(tài)操作期間，通常對(duì)施加到三相電機(jī)中每相的電壓進(jìn)行選擇，以使得每相中的電流在電機(jī)轉(zhuǎn)子的電旋轉(zhuǎn)中正弦地變化，因此信號(hào)的頻率依賴于電機(jī)轉(zhuǎn)子的旋轉(zhuǎn)速度，而信號(hào)的幅度依賴于所需要的轉(zhuǎn)矩。通過(guò)布置每個(gè)電流波形使其從其它電流波形偏移120度，如圖3所示，由電機(jī)所承載的總電流將是恒定的，并且因此，隨著電機(jī)旋轉(zhuǎn)電機(jī)轉(zhuǎn)矩也將是恒定的。以這種模式施加電流確保電機(jī)平穩(wěn)地旋轉(zhuǎn)而不具有轉(zhuǎn)矩峰值。這在本領(lǐng)域是公知的，并且因此這背后的理論在這里將不會(huì)被詳細(xì)地描述。
[0008]還已知的是，在電機(jī)的一相在開(kāi)路中故障的情況下提供針對(duì)電機(jī)的故障操作模式。當(dāng)發(fā)生這種故障時(shí)，電流可能僅僅在兩個(gè)剩余的電機(jī)相中流動(dòng)。如果控制器繼續(xù)處于正常操作模式以試圖施加在正常操作中使用的波形，如圖4所示，則電機(jī)的轉(zhuǎn)矩會(huì)隨電機(jī)旋轉(zhuǎn)而變化，這是因?yàn)榭傠娏鲿?huì)變化。在諸如電動(dòng)轉(zhuǎn)向之類的某些應(yīng)用中，通過(guò)方向盤會(huì)感受到作為轉(zhuǎn)矩波動(dòng)的這種變化，這可能會(huì)使駕駛員煩惱。在圖6中示出了這種情況。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0009]本發(fā)明的目的是提供一種用于三相星形連接的電機(jī)的電機(jī)控制電路，其可以在一相處于開(kāi)路故障狀況的情況下運(yùn)行。
[0010]根據(jù)第一方面，本發(fā)明提供了一種用于電動(dòng)助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)中的電機(jī)的電機(jī)控制電路，在這種類型的電動(dòng)助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)中，由轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的一部分運(yùn)送的轉(zhuǎn)矩的測(cè)量用于產(chǎn)生轉(zhuǎn)矩要求信號(hào)，所述轉(zhuǎn)矩要求信號(hào)表示要由電機(jī)施加到轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的轉(zhuǎn)矩，驅(qū)動(dòng)電路包括:[0011 ]開(kāi)關(guān)電路，其包括多個(gè)電氣開(kāi)關(guān)；
[0012]電流要求信號(hào)生成器，其將所述轉(zhuǎn)矩要求信號(hào)轉(zhuǎn)換成電流要求信號(hào)；
[0013]故障模式電機(jī)電流控制器，其對(duì)表示所述電流要求信號(hào)與電機(jī)中流動(dòng)的實(shí)際電流之間的差的誤差信號(hào)進(jìn)行響應(yīng)，并且在一相開(kāi)路的故障的情況下可操作，以通過(guò)生成單個(gè)電壓要求信號(hào)來(lái)驅(qū)動(dòng)剩余的兩相作為單個(gè)組合相，所述單個(gè)電壓要求信號(hào)表示要施加到組合相的電壓，所述電壓信號(hào)進(jìn)而被饋送到開(kāi)關(guān)的驅(qū)動(dòng)電路，所述開(kāi)關(guān)的驅(qū)動(dòng)電路生成在所述組合相上施加電壓所需要的、針對(duì)開(kāi)關(guān)電路的脈沖寬度調(diào)制開(kāi)關(guān)信號(hào)。
[0014]發(fā)明人理解到，當(dāng)三相星形點(diǎn)連接的電機(jī)在具有一個(gè)開(kāi)路相的情況下運(yùn)行時(shí)，兩個(gè)剩余的非故障相用作單個(gè)組合相，這是因?yàn)樵谌魏螘r(shí)刻，流入一相的電流會(huì)等于流出其他非故障相的電流。因此，提出了一種新穎的電機(jī)控制電路，其在開(kāi)路故障發(fā)生時(shí)驅(qū)動(dòng)電機(jī)作為單個(gè)相，從而僅僅需要產(chǎn)生單個(gè)電壓要求信號(hào)。此電壓表示要施加到組合相的總電壓，即在連接到開(kāi)關(guān)的相的端之間測(cè)量得到的電壓。
[0015]開(kāi)關(guān)的驅(qū)動(dòng)電路可以被布置為在單個(gè)組合相上施加電壓，使得每次電機(jī)旋轉(zhuǎn)180度時(shí)反轉(zhuǎn)電壓的極性。因此，電流控制器可以不顧電機(jī)的位置，產(chǎn)生具有相同值的電壓，并且PWM驅(qū)動(dòng)電路基于電機(jī)轉(zhuǎn)子的位置處理所需要的極性反轉(zhuǎn)。
[0016]180度旋轉(zhuǎn)的開(kāi)始和結(jié)束可以與故障相的位置對(duì)齊。因此，開(kāi)始和結(jié)束會(huì)依賴于哪相發(fā)生故障而發(fā)生變化。針對(duì)三相電機(jī)，故障相的位置可以是處于0度、120度和240度的三個(gè)不同位置中的一個(gè)。
[0017]每180度切換極性確保針對(duì)給定的電機(jī)要求電流，總是以相同的意義產(chǎn)生電機(jī)轉(zhuǎn)矩。
[0018]在一個(gè)優(yōu)選的布置中，在電機(jī)轉(zhuǎn)子的電旋轉(zhuǎn)的一半期間，可以通過(guò)將組合相的第一端鉗位固定到正電源并將PWM信號(hào)施加到組合相的第二端，在第一模式中驅(qū)動(dòng)開(kāi)關(guān)裝置以將控制器所要求的電壓施加到單個(gè)組合相，而在轉(zhuǎn)子的電旋轉(zhuǎn)的另一半期間，通過(guò)將第二端鉗位固定到地并將PWM信號(hào)施加到第一端，在第二模式中驅(qū)動(dòng)開(kāi)關(guān)裝置，兩種模式之間的轉(zhuǎn)換與故障的開(kāi)路相的位置相對(duì)應(yīng)。
[0019]在開(kāi)關(guān)電路包括橋的布置中，相的每端通過(guò)頂開(kāi)關(guān)連接到電源電壓并且通過(guò)底開(kāi)關(guān)連接到地電壓，可以通過(guò)在整個(gè)PWM周期期間接通頂開(kāi)關(guān)而斷開(kāi)底開(kāi)關(guān)、同時(shí)對(duì)連接到組合相的第一端的開(kāi)關(guān)進(jìn)行調(diào)制，將組合相的第一端鉗位固定到電源。
[0020]可以通過(guò)在整個(gè)PWM周期期間接通底開(kāi)關(guān)而斷開(kāi)頂開(kāi)關(guān)、同時(shí)對(duì)連接到組合相的第一端的開(kāi)關(guān)進(jìn)行調(diào)制，將組合相的第二端鉗位固定到地。
[0021]可替代地，電壓可以由故障模式電流控制器根據(jù)電機(jī)位置而生成，并且其本身可以隨著電機(jī)的旋轉(zhuǎn)而在極性上發(fā)生變化。因此，在電壓的生成期間執(zhí)行極性切換而不是通過(guò)驅(qū)動(dòng)階段執(zhí)行極性切換。
[0022]電機(jī)控制電路可以通過(guò)將電流要求信號(hào)與在兩個(gè)非故障相中的任何一相中流動(dòng)的實(shí)際電流進(jìn)行比較，生成被饋送到故障模式電流控制器的誤差信號(hào)。因此電流要求信號(hào)將表示在理想情況下應(yīng)該流經(jīng)組合相的電流。
[0023]電流控制電路還可以包括在不存在開(kāi)路故障相的電機(jī)的正常操作期間使用的至少一個(gè)正常模式電流控制器。當(dāng)不存在故障時(shí)，正常模式電流控制器可以被適配為產(chǎn)生針對(duì)三相的3個(gè)軸電壓，使得每相被獨(dú)立地驅(qū)動(dòng)。
[0024]在相作為開(kāi)路發(fā)生故障的情況下，電流控制電路可以在正常模式控制器和故障模式控制器之間切換。開(kāi)路故障可以是，例如，通過(guò)監(jiān)測(cè)各個(gè)相電流并且檢測(cè)到一相或多相返回零或與所要求的電機(jī)電流相比為低電流的測(cè)量結(jié)果(即，測(cè)量結(jié)果本應(yīng)顯示非零電流)。
[0025]電機(jī)控制電路可以被布置為向正常模式電流控制器供應(yīng)與饋送到故障模式電流控制器的電流誤差信號(hào)相比不同的電流誤差信號(hào)。饋送到正常模式電流控制器的誤差信號(hào)可以被表示在d_q軸坐標(biāo)系中，并且可以通過(guò)將轉(zhuǎn)矩要求信號(hào)與電機(jī)轉(zhuǎn)子位置的測(cè)量組合起來(lái)而產(chǎn)生。
[0026]因此，饋送到正常電流控制器的誤差信號(hào)將包括在參考坐標(biāo)系中定義的向量，參考坐標(biāo)系相對(duì)于轉(zhuǎn)子位置是固定的。這可以通過(guò)將d_q軸電流要求信號(hào)與d_q軸實(shí)際電流信號(hào)進(jìn)行比較而產(chǎn)生。
[0027]電機(jī)控制電路可以包括兩個(gè)正常模式電流控制器，一個(gè)控制電流的d軸分量，另一個(gè)控制電流的q軸分量。在相的開(kāi)路故障的情況下它們兩者均可以被禁用。
[0028]在檢測(cè)到相的開(kāi)路故障時(shí)，電機(jī)控制電路可以被適配為斷開(kāi)與故障相關(guān)聯(lián)的開(kāi)關(guān)。
[0029]d軸控制器和q軸控制器中的每一個(gè)可以被布置為對(duì)在相對(duì)于定子固定的參考坐標(biāo)系的d_q軸誤差電流信號(hào)進(jìn)行轉(zhuǎn)換，并且進(jìn)而轉(zhuǎn)換到具有針對(duì)電機(jī)每相的電壓的3軸坐標(biāo)系?？梢砸詢蓚€(gè)步驟產(chǎn)生這三個(gè)相電壓一第一步驟使用派克變換(park transform)或類似變換將相