[发明专利]用于电动机电路的控制系统

说明书

一种用于电动机电路的控制系统包括电流控制器、观察器以及前馈控制器，所述电流控制器为电机电路产生理想化的电压需求的集合，所述观察器观察电机电路的输入和电机电路的输出，并且根据该观察生成电机电路内的电压扰动的估计值，所述观察器被布置用于输出指示电机电路中的电压扰动的第一校正信号，所述前馈控制器接收在电机电路中流动的电流的测量值或估计值作为输入，并根据输入计算第二校正信号。从观察器输出的第一校正信号和从前馈控制器输出的第二校正信号与从控制器输出的理想化的电压需求结合，以提供馈送到电机的修改的电压需求的集合。

本发明涉及用于电机电路的控制系统，其被布置成减小电动机电路中不想要的电压扰动的影响。本发明特别地但非排他地涉及用于控制作为电动助力转向装置的一部分的内置式永磁体的控制系统。

用于诸如电机电路或其它电动致动器之类的设备(plant)的闭环电流控制系统通常采用图1中示出的形式，其中，使用向量控制，需求电压VDQ被施加到电机10的每个相绕组，以及由电流测量电路来测量结果生成的电流iMotor。然后，测量的电流由电流控制器20(通常是PI控制器)用于将电机电流控制到所请求的目标电流。PI控制器的输入是目标需求电流iDQ与实际测量的电流之间的差。控制器的输出通常是电机需求电压VDQ的集合，其用于确定施加到电机驱动电路的驱动桥开关的PWM波形。还需要给出电机的电气位置的信号，以便可以在正确的时间在正确的相位施加电压。在图1的系统中，示出了位置传感器30，但是本发明同样适用于无位置传感器的系统，其中位置信号是从其它传感器测量值估计的。

众所周知，当电机正在旋转或被供应驱动电流时，某些电机类型会引入电噪声，作为电压扰动。噪声的一些关键来源是交叉耦合和反EMF，它们是诸如内置式永磁同步电机(IPMSM)之类的电机的固有特性。这些作为电机控制内的电压扰动。如果未充分补偿，这些电压扰动会严重降低控制的静态和动态性能。

根据第一方面，本发明提供了一种用于电动机电路的控制系统，该系统包括：

电流控制器，该电流控制器为电机电路产生理想化的电压需求的集合，

观察器，该观察器观察电机电路的输入和电机电路的输出，并且根据观察生成电机电路内的电压扰动的估计值，该观察器被布置用于输出指示电机电路中的电压扰动的第一校正信号，

前馈控制器，该前馈控制器接收电机中流动的电流的测量值或估计值作为输入，并根据输入计算第二校正信号，

以及补偿装置，该补偿装置将从观察器输出的第一校正信号和从前馈控制器输出的第二校正信号二者与从控制器输出的理想化的电压需求进行结合，以提供馈送到电机的修改的电压需求的集合。

理想化的电压需求指的是电压需求的集合，其中在完美的电机电路的情况下，所述电压需求的集合将使电机产生预确定的水平的转矩和速度。可以基于电机的理想物理参数来选择这些电压需求。

第一校正信号和第二校正信号可以包括电压，允许它们通过加法或减法简单地与理想电压需求结合。

本发明的控制系统提供了源于交叉耦合、反EMF、电气参数变化或不确定性以及其它未知来源等的电机电路(电机和电机驱动级以及可选地相关联的电机电流测量电路)中的电压扰动的补偿。根据本发明的控制系统因此可以被配置为在宽带宽上实现优异的扰动抑制并且提供对未知系统扰动的鲁棒性，从而为电机的精确和高度动态的控制提供重要贡献。

前馈控制器的输入可以包括由观察器产生的电机电流的估计值，其可以被表述为d轴电流估计值和q轴电流估计值。这与使用从电流传感器输出的电流的实际测量值相比是优选的，因为观察器估计值没有滞后，直接来自被馈送到观察器中的瞬时输入。

前馈控制器可以采用以以下方式限定的控制定律：基于以过程的数学模型的形式的关于过程的知识以及关于过程扰动的知识或者过程扰动的测量值，抵消电机和电机驱动器中的与交叉耦合和反EMF电压对应的扰动项。

前馈控制器可以额外地接收电机的角速度(或者机械角速度或者电角速度)的测量值作为输入。