電動機的控制的制作方法
【技術領域】
[0001]本發明涉及電動機的控制，并且特別涉及多相無電刷電動機的脈沖寬度調制(PWM)控制。
【背景技術】
[0002]為了控制無電刷電動機，必須確定電動機的轉子的位置，從而可以控制流經電動機相繞組的電流以產生所期望的扭矩。可以利用專用的位置傳感器來測量所述位置，或者利用無位置傳感器的控制方案從其他參數估計所述位置。
[0003]通常利用圖1中所示出的種類的閉環電流控制器來實施PWM控制。通過響應于所請求的目標電流使用空間矢量調制(SVM)控制，對電動機的每一個相繞組施加電壓，從而導致生成所測量或估計的電流。隨后由控制器(通常是PI控制器)使用各個單獨的相電流來生成所需的經過脈沖寬度調制的相電壓，以獲得目標電流。電動機的估計位置被用來確保所述相電壓可以在正確的時間被施加到正確的相。
[0004]對于3相電動機，驅動器通常包括被設置成按照一定PWM模式向各個電動機相端子施加所期望的電壓的6FET電橋，以獲得所期望的相電流。利用六個開關，其中每一個開關可以被斷開或閉合，對于所述電橋的各個開關存在八個可能的狀態，兩個所謂的零電壓狀態和六個活躍狀態。通過按照已定義的PWM模式在每一個調制時段內將一個或多個活躍狀態與其中一個或多個零狀態組合，利用空間矢量調制來構造所述PWM模式。在文獻中還教導了其他非SVM技術。
[0005]在申請人早前的申請PCT/GB2003/0023639A1中提供了關于不同的電動機控制方案的廣泛討論。該文獻教導使用特定的PWM模式，其包括一個或多個測試時段，其中可以測量在電動機中流動的電流。利用兩個適當的測試時段，可以估計所有三相中的電流。該文獻還教導進行細化，其中可以從電流測量確定電動機的電感，這同樣要求提供適當的測試時段。已經知道電感隨著電動機位置改變，因此通過確定電感，可以估計電動機的位置。該文獻的教導被合并在此以作參考。
[0006]存在一定數目的適當“類型”的PWM模式，其中每一種類型的模式由施加到電動機的每一相的PWM波形的一項或多項特性特征定義。通常來說，PWM調制模式落到三種主要類型中:中心對準PWM，其中每一個脈沖的中心與調制時段的中心對準，并且前沿和后沿都被調制；后沿PWM，其中脈沖的前沿全部與所述時段的起始對準，并且后沿被調制；以及前沿PWM，其中后沿與所述時段的末尾對準，并且前沿被調制。
[0007]正如前面所提到的那樣，為了允許進行適當的電流測量，可以通過偏移脈沖的固定邊緣或中心來修改PWM策略的三種基本類型的PWM模式當中的每一種，以便確保在每一個PWM時段內存在適合于測試時間段的狀態。
[0008]圖2示出了后沿調制類型的六種不同PWM模式的適當集合。可以看到，前沿的位置是固定的，從而允許對后沿進行調制。每一個前沿在任何后沿之前發生，從而定義兩個測試時段，一個時段處于第一和第二前沿之間，另一個時段處于第二和第三前沿之間，并且可以在其中進行測量。前沿之間的間距被選擇成給出足夠的時間，以使得被用來進行測量的電流傳感器的輸出穩定化到穩定狀態。
[0009]由于需要允許有使得電流傳感器穩定化的時間，因此決定了在這種PWM類型中必須將固定前沿從簡單PWM類型偏移多遠，其中在所述簡單PWM類型中，所有前沿都與PWM時段的起始對準。這一偏移減小了在保持所述模式的同時所能實現的最大調制。在典型的控制方案中，將總是使用來自所述集合的其中一種模式，并且只有在無法使用該優選模式來組合SVM矢量的情況下才選擇不同的模式。這樣就簡化了被用來向所述模式分配矢量的算法。
[0010]根據第一方面，本發明提供一種用于多相電動機的控制系統，其包括被設置成監測電動機中的電流和電動機的旋轉位置并且從而確定將要施加到電動機的每一相的PWM電壓波形的占空比的處理裝置，所述PWM電壓波形PWM模式設置，其特征在于:
[0011]所述處理裝置指派不同的PWM模式以便針對電動機的不同位置或者一定范圍的不同轉子位置來使用，
[0012]并且其中在針對電動機的給定旋轉位置或旋轉位置范圍使用時，除非此時正在使用不同的PWM模式，否則所述處理裝置通常適于根據所指派的PWM模式來施加PWM波形，例外的情況是如果對于當前的PWM模式無法實現所需的電壓波形，則所述處理裝置適于強制PWM模式改變；并且
[0013]此外當轉子移動到與不同的所指派模式相關聯的其中一個不同位置或位置范圍時，所述處理裝置適于強制PWM模式改變到所指派的PWM模式。
[0014]所述處理裝置可以被設置成使用矢量控制策略來確定用于在PWM時段內的每一相中使用的多個矢量狀態，并且確定為該位置指派的PWM模式是否可以被用來組合所確定的矢量狀態，并且如果其確定可以使用所指派的PWM模式，除非當前使用的PWM模式不同，否則所述處理裝置可以分配被指派給轉子位置的PWM模式，而在當前使用的PWM模式不同的情況下，所述處理裝置將繼續使用該不同的模式，直到轉子到達不同的位置或位置范圍為止。
[0015]所述處理裝置可以被設置成使得當其正在使用其先前被強制切換到的不同PWM模式時，其不會切換回到所指派的PWM模式，除非其由于所需的電壓波形要求此類模式改變從而被強制切換到所指派的PWM模式。因此，只有當由于所需的電壓而受到強制或者當轉子移動到新的位置范圍時，模式改變才能發生。任何其他不必要的模式改變將受到限制。
[0016]本發明的控制系統分配根據轉子位置來指派的PWM模式，除非其無法這樣做并且必須選擇不同的模式，然而當電壓再次返回到可以分配所指派的PWM模式的電壓時，其并不強制模式改變，而是保持當前模式，直到轉子移動到已為之指派了不同模式的位置為止。通過這種方式，避免了 PWM模式的不必要的改變，而如果所述處理裝置每當可能時總是使用所指派的PWM模式，則將會發生所述不必要的改變。只有當受到強制時才將會發生改變，這或者是通過提高所需的電動機電流，或者是當轉子位置已發生改變時。
[0017]申請人已經認識到，對于任何給定的轉子位置，當只需要低電動機扭矩時，從一個模式集合當中選擇使用哪一種PWM模式是任意的。這是因為任何給定的PWM模式都可以被用來利用空間矢量調制(SVM)組合所需要的SVM狀態。
[0018]但是在更高的所需電動機扭矩下，可能無法使用所有的PWM模式來為每一相提供所需的波形。如果所述模式無法適應所需的脈沖寬度，則強制移動到不同的PWM。
[0019]申請人已經認識到，在某些應用中，比如其中使用電動機來向轉向設備施加輔助力矩的電力轉向，有益的做法是盡可能長時間的使用給定的PWM模式。這是因為改變到不同的PWM模式可能會產生多余的噪聲。此外，使用不同的模式有時可能會導致略微不同的電流和扭矩，其可能會被駕駛員通過方向盤感覺到。
[0020]因此，如果不需要允許大扭矩或者是由于位置改變，本發明不強制P麗模式的改變。
[0021]所述處理裝置可以被設置成當轉子位置處于絕對電動機旋轉位置角度的一定范圍內時，指派預定義的PWM模式以供使用。可以相對于電動機定子上的固定基準(datum)來對此進行測量。
[0022]所述模式集合當中的所指派的PWM模式可以與每一種模式被指派的相應位置或位置范圍一同被存儲在存