电动机的控制的制作方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及电动机的控制，并且特别涉及多相无电刷电动机的脉冲宽度调制(PWM)控制。
【背景技术】
[0002]为了控制无电刷电动机，必须确定电动机的转子的位置，从而可以控制流经电动机相绕组的电流以产生所期望的扭矩。可以利用专用的位置传感器来测量所述位置，或者利用无位置传感器的控制方案从其他参数估计所述位置。
[0003]通常利用图1中所示出的种类的闭环电流控制器来实施PWM控制。通过响应于所请求的目标电流使用空间矢量调制(SVM)控制，对电动机的每一个相绕组施加电压，从而导致生成所测量或估计的电流。随后由控制器(通常是PI控制器)使用各个单独的相电流来生成所需的经过脉冲宽度调制的相电压，以获得目标电流。电动机的估计位置被用来确保所述相电压可以在正确的时间被施加到正确的相。
[0004]对于3相电动机，驱动器通常包括被设置成按照一定PWM模式向各个电动机相端子施加所期望的电压的6FET电桥，以获得所期望的相电流。利用六个开关，其中每一个开关可以被断开或闭合，对于所述电桥的各个开关存在八个可能的状态，两个所谓的零电压状态和六个活跃状态。通过按照已定义的PWM模式在每一个调制时段内将一个或多个活跃状态与其中一个或多个零状态组合，利用空间矢量调制来构造所述PWM模式。在文献中还教导了其他非SVM技术。
[0005]在申请人早前的申请PCT/GB2003/0023639A1中提供了关于不同的电动机控制方案的广泛讨论。该文献教导使用特定的PWM模式，其包括一个或多个测试时段，其中可以测量在电动机中流动的电流。利用两个适当的测试时段，可以估计所有三相中的电流。该文献还教导进行细化，其中可以从电流测量确定电动机的电感，这同样要求提供适当的测试时段。已经知道电感随着电动机位置改变，因此通过确定电感，可以估计电动机的位置。该文献的教导被合并在此以作参考。
[0006]存在一定数目的适当“类型”的PWM模式，其中每一种类型的模式由施加到电动机的每一相的PWM波形的一项或多项特性特征定义。通常来说，PWM调制模式落到三种主要类型中:中心对准PWM，其中每一个脉冲的中心与调制时段的中心对准，并且前沿和后沿都被调制；后沿PWM，其中脉冲的前沿全部与所述时段的起始对准，并且后沿被调制；以及前沿PWM，其中后沿与所述时段的末尾对准，并且前沿被调制。
[0007]正如前面所提到的那样，为了允许进行适当的电流测量，可以通过偏移脉冲的固定边缘或中心来修改PWM策略的三种基本类型的PWM模式当中的每一种，以便确保在每一个PWM时段内存在适合于测试时间段的状态。
[0008]图2示出了后沿调制类型的六种不同PWM模式的适当集合。可以看到，前沿的位置是固定的，从而允许对后沿进行调制。每一个前沿在任何后沿之前发生，从而定义两个测试时段，一个时段处于第一和第二前沿之间，另一个时段处于第二和第三前沿之间，并且可以在其中进行测量。前沿之间的间距被选择成给出足够的时间，以使得被用来进行测量的电流传感器的输出稳定化到稳定状态。
[0009]由于需要允许有使得电流传感器稳定化的时间，因此决定了在这种PWM类型中必须将固定前沿从简单PWM类型偏移多远，其中在所述简单PWM类型中，所有前沿都与PWM时段的起始对准。这一偏移减小了在保持所述模式的同时所能实现的最大调制。在典型的控制方案中，将总是使用来自所述集合的其中一种模式，并且只有在无法使用该优选模式来组合SVM矢量的情况下才选择不同的模式。这样就简化了被用来向所述模式分配矢量的算法。
[0010]根据第一方面，本发明提供一种用于多相电动机的控制系统，其包括被设置成监测电动机中的电流和电动机的旋转位置并且从而确定将要施加到电动机的每一相的PWM电压波形的占空比的处理装置，所述PWM电压波形PWM模式设置，其特征在于:
[0011]所述处理装置指派不同的PWM模式以便针对电动机的不同位置或者一定范围的不同转子位置来使用，
[0012]并且其中在针对电动机的给定旋转位置或旋转位置范围使用时，除非此时正在使用不同的PWM模式，否则所述处理装置通常适于根据所指派的PWM模式来施加PWM波形，例外的情况是如果对于当前的PWM模式无法实现所需的电压波形，则所述处理装置适于强制PWM模式改变；并且
[0013]此外当转子移动到与不同的所指派模式相关联的其中一个不同位置或位置范围时，所述处理装置适于强制PWM模式改变到所指派的PWM模式。
[0014]所述处理装置可以被设置成使用矢量控制策略来确定用于在PWM时段内的每一相中使用的多个矢量状态，并且确定为该位置指派的PWM模式是否可以被用来组合所确定的矢量状态，并且如果其确定可以使用所指派的PWM模式，除非当前使用的PWM模式不同，否则所述处理装置可以分配被指派给转子位置的PWM模式，而在当前使用的PWM模式不同的情况下，所述处理装置将继续使用该不同的模式，直到转子到达不同的位置或位置范围为止。
[0015]所述处理装置可以被设置成使得当其正在使用其先前被强制切换到的不同PWM模式时，其不会切换回到所指派的PWM模式，除非其由于所需的电压波形要求此类模式改变从而被强制切换到所指派的PWM模式。因此，只有当由于所需的电压而受到强制或者当转子移动到新的位置范围时，模式改变才能发生。任何其他不必要的模式改变将受到限制。
[0016]本发明的控制系统分配根据转子位置来指派的PWM模式，除非其无法这样做并且必须选择不同的模式，然而当电压再次返回到可以分配所指派的PWM模式的电压时，其并不强制模式改变，而是保持当前模式，直到转子移动到已为之指派了不同模式的位置为止。通过这种方式，避免了 PWM模式的不必要的改变，而如果所述处理装置每当可能时总是使用所指派的PWM模式，则将会发生所述不必要的改变。只有当受到强制时才将会发生改变，这或者是通过提高所需的电动机电流，或者是当转子位置已发生改变时。
[0017]申请人已经认识到，对于任何给定的转子位置，当只需要低电动机扭矩时，从一个模式集合当中选择使用哪一种PWM模式是任意的。这是因为任何给定的PWM模式都可以被用来利用空间矢量调制(SVM)组合所需要的SVM状态。
[0018]但是在更高的所需电动机扭矩下，可能无法使用所有的PWM模式来为每一相提供所需的波形。如果所述模式无法适应所需的脉冲宽度，则强制移动到不同的PWM。
[0019]申请人已经认识到，在某些应用中，比如其中使用电动机来向转向设备施加辅助力矩的电力转向，有益的做法是尽可能长时间的使用给定的PWM模式。这是因为改变到不同的PWM模式可能会产生多余的噪声。此外，使用不同的模式有时可能会导致略微不同的电流和扭矩，其可能会被驾驶员通过方向盘感觉到。
[0020]因此，如果不需要允许大扭矩或者是由于位置改变，本发明不强制P丽模式的改变。
[0021]所述处理装置可以被设置成当转子位置处于绝对电动机旋转位置角度的一定范围内时，指派预定义的PWM模式以供使用。可以相对于电动机定子上的固定基准(datum)来对此进行测量。
[0022]所述模式集合当中的所指派的PWM模式可以与每一种模式被指派的相应位置或位置范围一同被存储在存