用于校准偏移角的方法和设备与流程

1.本发明涉及一种用于校准电机的场定向调节器的偏移角的方法和设备。此外，本发明涉及一种具有对应设备的传动系和一种具有传动系的车辆以及一种计算机程序和一种计算机可读存储介质。


背景技术：

2.在电动车辆和混合动力车辆中，电机、优选同步电机通常用作牵引或驱动机器。为了能够以所要求的精度调节驱动力矩，驱动调节单元必须已知转子磁通的准确位置。由于转子磁通的位置与转子的位置密切相关，原则上可以由机械位置角来确定磁通方向。所述机械位置角的检测在此通常使用位置传感器进行，优选是旋转变压器或增量编码器或其他。除了机械角之外，在驱动调节单元中还必须已知所谓的偏移角，所述偏移角表示传感器的过零点与转子磁通方向之间的偏差，即偏移。从现有技术已知用于确定该偏移的不同方法。例如，文献de 10 2008 001 408 a1公开了一种用于确定电机偏移角的方法。该偏移角被确定为场角、所施加的定子磁场和所确定的传感器角之间的差的函数。需要用于校准所述偏移角的方法和设备。


技术实现要素：

3.提供了一种用于在电机的位置传感器的角度信号和转子磁通的方向之间校准电机的场定向调节器的偏移角的方法。该方法包括以下步骤：沿着恒定转矩线周期性地改变电流矢量，优选地在所述场定向调节器的d/q坐标系中；确定所述电机的转速信号；根据所确定的转速信号校准所述偏移角。
4.电机的场定向调节器是已知的。在此假定为主要为正弦形的交流参量（例如交流电压和交流电流）不是被直接调节其随时间变化的瞬时值，而是被调节在周期内消除了相位角的瞬时值。为此，将检测到的交流参量分别传输到以所述交流参量的频率旋转的坐标系。然后在旋转坐标系内，在电机的静态运行中从所述交流参量中产生直流参量，所有常用的调节技术方法都可以应用于这些直流参量。为了确定转子的位置使用位置传感器，其输出角度信号以相对于定子来确定转子。由于施加到定子中的多相、相移的交流电流，在电机运行时产生旋转磁场。该旋转磁场的方向对应于所导致的总磁通的方向，该总磁通由于由永磁体产生的转子磁通和由定子电流产生的定子磁通的叠加而产生。准确了解所述角度信号与实际转子磁通方向之间的偏差（即偏移角）对于所述调节很重要，因为针对电机的调节，即定子电流的预给定值，由所述角度信号和所述偏移角计算出转子磁通方向。在旋转坐标系、即d/q坐标系内——该坐标系与转子磁通同步旋转并且d轴指向转子磁通的方向，将定子电流表示为定子电流矢量is，该定子电流矢量通过其绝对值和其方向来表征。该电流矢量与电机的旋转定子磁通或转子磁通同步旋转。在d/q坐标系中，电流矢量可以分解为两个分量isd和isq，它们在静态情况下是直流参量。在该坐标系中可以显示特定于机器的线，电机沿着这些线输出恒定的转矩。电机的调节器可以借助于特性曲线族或可参数化的数据
访问这些线的参数。可以借助于用不同isd和isq分量改变定子电流矢量来设置这些线的不同运行点。在该方法的一个步骤中，借助于周期性地改变电流矢量，优选地改变其绝对值和/或方向，沿着这条恒定转矩线设置运行点。因此，可以连接到调节器的电机在这些运行点上运行。如果由所述调节器假定的偏移角是一致的，则在此由电机输出的转矩保持恒定，因此电机的转速也保持恒定。在假定的偏移角不正确的情况下，真实设置的运行点位于恒定转矩线旁边。产生周期性的转矩振荡，所述转矩振荡引起电机转速的周期性振荡。在进一步的步骤中，将导致的转速或转速变化过程确定为转速信号。优选地，从位置传感器的角度信号中确定所述转速信号。根据所述转速信号来校准所述偏移角。为此，优选地改变所述偏移角的大小，直到在电流矢量变化期间转速信号的幅度低于阈值为止。以这种方式获得的偏移角与真实值非常接近。因此，原则上可以在电机运行期间校准偏移角，优选在用电机驱动的车辆的正常行驶运行期间校准，只要预给定的转矩在足够长的时间段（例如1...2秒）内保持恒定即可。为此，优选地提供基本电流矢量，其产生控制器所期望的转矩。优选地将该基本电流矢量与振荡分量叠加，所述振荡分量优选地以定义的频率振荡并且优选地指向恒定转矩线的方向。根据假定的偏移角与真实值的偏差，所导致的转矩中出现不同强度的波动。一直调整假定的偏移角，直到优选地转子转速中测量的振荡最小或者振荡的幅度低于阈值。在这些最小振荡的情况下导致的偏移角很好地接近于真实偏移角并且用于电机调节器的进一步运行。
5.有利地提供了一种用于校准电机的场定向调节器的偏移角的方法。该方法是一种调节技术的解决方案，其最小化对部件或机械措施的需求。与已知解决方案相比，可以实现的精度非常高，并且优选地与调节器中使用的机器模型的品质及其校准无关。此外，可以在行驶运行中实现偏移角的校准，该校准在良好情况下，即在调节器内部偏移角没有失谐或很少失谐的情况下不会被驾驶员察觉。
6.在本发明的另一种设计中，根据所确定的转速信号校准偏移角包括以下步骤：朝着正方向或负方向改变所述偏移角；确定所述位置传感器的转速信号；将所确定的转速信号与先前确定的转速信号进行比较；当所确定的转速信号的振荡幅度小于在先前确定的转速信号的情况下，就朝着相同方向改变所述偏移角；当所确定的转速信号的振荡幅度大于在先前确定的转速信号的情况下，就朝着相反方向改变所述偏移角；当所确定的转速信号的振荡幅度小于可预给定的第一极限值时结束所述校准。
7.提供了用于根据所确定的转速信号来校准偏移角的方法步骤。为此，所述偏移角朝着正或负方向改变，优选递增的，优选以大约0.1度到1度的绝对值递增。根据所导致的转速信号与先前确定的转速信号的比较，确定改变所述偏移角的进一步方向，从而迭代地最小化转速信号的振荡。当所确定的转速信号的振荡幅度小于可预给定的第一极限值时，该方法结束。以特定于应用的方式校准该极限值，从而优选地防止错误设定的转矩和由此导致的电机运行风险或电机的不适运行。有利地提供了一种用于根据所确定的转速信号简单地校准偏移角的方法。
8.在本发明的另一设计中，根据第二极限值，即当可预给定的额定转矩低于第二极限值时执行所述方法。
9.优选地，所述第二极限值是非常低的转矩值，优选地接近于零，例如远小于1 nm。在d/q坐标系中产生具有恒定转矩的线，其中定子电流矢量的q分量等于0。
10.有利地提供了一种方法，对于该方法优选地不需要更精确地了解电机的特性，因为可以排除由于不准确的电机模型导致的可能错误。
11.在本发明的另一设计中，在所述电机或具有电机的传动系的固有频率范围内的频率时进行周期性改变。优选地，所述频率在所述电机或具有电机的传动系的第一固有频率的范围内。然后，转矩中导致的很小的振荡也导致所确定的较大的转速振荡。有利地提高了该方法的灵敏度。
12.在本发明的另一设计中，周期性改变根据所确定的转速信号的振荡幅度以不同大小的幅度进行。
13.优选地，当所确定的转速信号的振荡幅度低于可预给定的第三极限值时，周期性改变以大于先前改变的幅度进行。在所寻找的最佳值附近改变的电流矢量的幅度增加导致待确定的转速信号的振荡具有增大的激励，所述待确定的转速信号本身随着与最佳值的距离减小而减小。
14.有利地，所述方法的灵敏度在所寻找的最佳值附近进一步增加。
15.在本发明的另一种设计中，借助于梯度方法根据所述转速信号的振荡评估来校准所述偏移角。
16.为了确定转子转速的振荡最小值，考虑最小值附近的振荡幅度并通过梯度法集成到所述评估中。优选地，借助于在最小值附近的梯度方法不仅考虑最小值，而且还考虑最小值附近的振荡变化或振荡梯度。有利地更精确地确定所寻找的最小值。
17.在本发明的另一种设计中，根据所测量的相电流的d分量来校准所述偏移角。
18.在所述方法期间测量或确定所述相电流。优选地，借助于搜索算法来确定定子电流矢量的d分量。该算法计算补偿角，该补偿角与调节器内部采用的偏移角相加。在此，定子电流矢量的d分量中的经过调制的谐波分量与转子频率中导致的谐波分量之间的相移用于借助于调节器计算最佳补偿角。有利地提供了一种替代方法。
19.在本发明的另一种设计中，所述电机被设置为车辆的传动系并且该方法在车辆静止时进行。
20.该方法在车辆静止时执行，其中待调节的电机用作驱动器。为此，车辆的驱动轮优选地由机械制动器制动。根据机械传动系的性质，静止状态下的激活能对可达到的精度产生有益影响，因为位置传感器信号于是仅包含由振荡的电流矢量产生的振荡，而不是附加地叠加旋转运动，所述旋转运动例如由于交变的负载力矩而包含固有振荡。有利地提供了一种用于以特别高的精度校准偏移角的方法。
21.此外，本发明涉及一种包括指令的计算机程序，所述指令在由计算机执行时促使所述计算机执行迄今描述的方法的步骤。
22.此外，本发明涉及一种计算机可读存储介质，包括指令，当由计算机执行时，所述指令促使所述计算机执行迄今描述的方法的步骤。
23.此外，本发明涉及一种用于在电机的位置传感器的角度信号与电机的转子磁通的方向之间校准电机的场定向调节器的偏移角的设备。该设备被设置为沿着恒定转矩线周期性地改变电流矢量，并且优选地预给定该电流矢量is以用于操控所述电机，确定所述电机的转速信号以及根据所确定的转速信号校准所述偏移角。优选地，根据位置传感器的角度信号来确定所述转速信号。
24.有利地提供了一种用于校准电机的场定向调节器的偏移角的设备。与已知解决方案相比，可达到的精度非常高，并且优选地与调节器中使用的机器模型的品质及其数据输入无关。
25.此外，本发明涉及传动系和所描述的设备，特别是具有功率电子装置和/或电驱动器的设备。这种传动系例如用于驱动电动车辆。借助于所述方法和所述设备能够实现传动系的安全运行。
26.此外，本发明涉及一种具有所描述的传动系的车辆。因此，有利地提供了一种车辆，所述车辆包括设备，利用该设备可以校准电机的场定向调节器的偏移角。
27.可以理解，根据本发明的方法的特征、特性和优点对应地适用于或可应用于所述设备或所述传动系以及所述车辆，反之亦然。
28.本发明的实施方式的其他特征和优点由以下参照附图的描述得出。
附图说明
29.在下文中应当基于一些图更详细地解释本发明，为此：图1示出了用于校准电机的场定向调节器的偏移角的设备的示意图，图2示出了场定向调节器的d/q图，图3示出了带有传动系的示意性示出的车辆，图4示出了用于校准电机的场定向调节器的偏移角的方法的示意性示出的流程图。
具体实施方式
30.图1示出了设备200，优选地具有逻辑装置205，用于在电机210的位置传感器220的角度信号w和电机的转子磁通rf的方向之间校准电机的场定向调节器的偏移角phio。设备200被设置为沿着恒定转矩线周期性地改变电流矢量is，并且优选地预给定该电流矢量is以用于操控和运行所述电机。设备200还被设置为确定电机210的转速信号n_t，该转速信号优选地由位置传感器220的角度信号w导致，并且根据所确定的转速信号n_t来校准偏移角phio。
31.图2示出了场定向调节器的d/q图表。另外两个图表，即d'/q'表和d"/q"图表，叠加在该d/q图表上。这用于以图形方式显示真实偏移角和假定偏移角之间的偏差（ /-delta）的影响。在d/q图表中，假定很大程度正弦形的交流参量（例如，用于给电机通电的交流电压和交流电流）分别被传输到以交流参量的频率旋转的坐标系中。然后在该旋转坐标系内，在电机的静态运行中从所述交流参量中产生直流参量。在与转子磁通同步旋转且其d轴指向转子磁通方向的d/q坐标系中，将定子电流表示为定子电流矢量（statorstromzeiger）is，该定子电流矢量通过其绝对值和其方向表征。该电流矢量is与电机的旋转定子或转子磁通同步旋转。在该坐标系中可以显示出特定于电机的线t1、t2、t3、t4，电机沿着这些线输出恒定转矩。电机的调节器可以借助于特性曲线族或可参数化的数据访问这些线的参数。可以借助于用不同isd和isq分量来改变定子电流矢量来设置这些线的不同运行点。在该方法的一个步骤中，借助于周期性地改变电流矢量is，沿着这条恒定转矩线设置运行点。如果由调节器假定的偏移角是一致的，则在此输出的转矩保持恒定，并且因此电机的转速也保持恒
定。叠加的d'/q'图表和d"/q"图表示例性示出了电流矢量is的位置如何根据具有 /-delta偏差的错误偏移角变化为示出的电流矢量is''或is'。在电流矢量is''和is'相应改变的情况下，所设置的值不再位于恒定转矩线t1、t2、t3、t4上。在假定的偏移角错误的情况下，真实设置的运行点位于恒定转矩线旁边。产生周期性的转矩振荡，所述转矩振荡引起电机转速的周期性振荡。在进一步的步骤中，将导致的转速或转速变化过程确定为转速信号。根据所述转速信号来校准所述偏移角。为此，优选地改变所述偏移角的大小，直到在电流矢量is变化期间转速信号的幅度低于阈值为止。以这种方式获得的偏移角与真实值非常接近。为了改变电流矢量is，优选地提供基本电流矢量，其产生控制器所期望的转矩。优选地将该基本电流矢量与振荡分量叠加，所述振荡分量优选地以定义的频率振荡并且优选地指向恒定转矩线的方向。根据假定的偏移角与真实值的偏差，在所导致的转矩中出现不同强度的波动。一直调整假定的偏移角，直到优选地转子转速中测量的振荡变得最小或者振荡的幅度低于阈值。在这些最小振荡的情况下导致的偏移角很好地接近于真实偏移角并且用于电机调节器的进一步运行。
32.图3示出了具有传动系300的示意性示出的车辆400。该传动系包括用于校准电机（210）的场定向调节器的偏移角（phio）的设备。
33.图4示出了用于在电机的位置传感器220的角度信号w和电机的转子磁通rf的方向之间校准电机210的场定向调节器的偏移角phio的方法100的示意流程。该方法以步骤110开始。在步骤120中，电流矢量is沿恒定转矩线周期性变化。根据该预给定的电流矢量来操控或运行电机210。在步骤130中，确定电机210的位置传感器220的转速信号n_t。然后在步骤140中，根据所确定的转速信号n_t来校准偏移角phio。在步骤150中，优选地朝着正方向或负方向改变偏移角phio。并且在步骤160中，借助于位置传感器确定转速信号n_t0。然后在步骤170中将所确定的转速信号n_t0与先前确定的转速信号n_t-l进行比较和/或将所确定的转速信号n_t0与可预给定的第一极限值g1进行比较。在步骤180中，当所确定的转速信号n_t0的振荡幅度低于在先前确定的转速信号n_t-l的情况下，就朝着相同的方向改变偏移角phio；在步骤182中，当所确定的转速信号n_t0的振荡幅度大于在先前确定的转速信号n_t-l的情况下，就朝着相反方向改变偏移角phio。在步骤180或步骤182之后，该方法优选地分支到步骤160。当所确定的转速信号n_t0的振荡幅度小于可预给定的第一极限值g1时，在步骤184中结束校准。以步骤190结束该方法。