CN1866725A - 无刷电动机的驱动方法及其驱动控制装置 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种在无刷电动机的低速旋转区域并且高负载区域中上能使效率提高、而且电流消耗减少的无刷电动机驱动方法及驱动控制装置。根据目标电动机电流值和实际电动机电流值之偏差，用电动机电流控制手段74算出控制参数，根据该算出的控制参数，相位控制手段76计算操作量，按照该算出的操作量，根据预先设计生成的操作量和提前角量间的关系，计算提前角量，利用这一算出的提前角量信息，对根据电动机电流信号所设计的驱动电路72的通电相位角的值进行修正。

Description

无刷电动机的驱动方法及其驱动控制装置
技术领域
本发明关于无刷电动机的驱动方法及其驱动控制装置，尤其是关于适用于采用无刷电动机的液压动力转向控制装置的无刷电动机的驱动方法及其驱动控制装置。
背景技术
近年来，为了提高驾车者的操纵性安全性，大多采用在操纵方向盘时辅助驾驶员的动力转向控制装置。该动力转向控制装置有电动式及液压式两种。与液压式相比，电动式具有在设计时能自由设定帮助驾驶员的辅助特性、控制装置的自由度高、减少车辆的燃油消耗等优点，但另一方面，在对于包含温度或包括噪声在内的耐环境性或操纵性上均还存在问题。
因此，尤其在大型车辆上多采用液压式动力转向控制装置。虽在该液压式动力转向控制装置上采用无刷电动机，但在该采用无刷电动机的液压动力转向控制装置上，是靠无刷电动机驱动液压泵，按照车速或转向角速度等车辆行驶条件，利用相应控制的液压，能实现原设计的规定辅助力。
通常采用该无刷电动机的液压动力转向控制装置，预先将车速或转向角速度与原设计的无刷电动机转速间的关系存于控制装置的微型计算机(以后称存储器)中。然后用无刷电动机的电动机旋转位置检测传感器检测无刷电动机的转速，求检测出的实际转速和存储器所存的目标转速间的偏差，控制无刷电动机的转速，使该偏差的值小于等于所设计的规定值，让驾驶者获得所需的辅助力。作为这样的一项控制技术，例如在专利文献1中揭示了其部分内容。
另外，专利文献2也记述了一种根据无刷电动机的转速及电流、来控制电动机驱动电路的通电相位角的方法。
专利文献1，特开平10-70894号公报
专利文献2，特开平7-337067号公报
但是用上述专利文献1揭示的现有的控制技术，由于以固定角度决定驱动无刷电动机的驱动电路的脉宽调制(以后称PWM)信号的驱动时间(以后称通电相位角)，对于以一定速度转动状态下的无刷电动机，没有什么特别问题发生，但在要求可变速的情况下，存在效率降低、消耗电流增加等诸多问题。
另外，在上述专利文献2中揭示：根据无刷电动机的转速及电流，来控制无刷电动机驱动电路的通电相位角，通过这样，在规定转速的正常运转状态下，可以承认有提高效率、减少电流消耗等效果。但存在的问题是：为了在较宽的范围对转速进行控制，要提高PWM的通电相位角的响应特性。
本发明为解决上述现有控制技术的问题而提出，其目的在于提供一种无刷电动机的驱动方法及其驱动控制装置，它们能使无刷电动机特别是在低速旋转区域并且高负载区域中，以高效率工作，减少电流消耗。
本发明之又一目的在于：提供一种无刷电动机的驱动方法及其驱动控制装置，它们能适用于采用驱动电动泵的无刷电动机的液压动力转向控制装置。
发明内容
本申请的无刷电动机的驱动方法，是根据目标电动机电流值和实际电动机电流值间的偏差，算出控制参数，根据该算出的控制参数，利用实施PWM驱动的驱动电路，控制无刷电动机的电动机电流值，同时，根据检测上述无刷电动机的电动机电流值的电动机电流检测传感器的电动机电流信号，控制上述驱动电路的通电相位角，在这种无刷电动机的驱动方法中，根据上述算出的控制参数，计算操作量，按照这一算出的操作量，根据预先设计生成的操作量和提前角量间的对应关系，计算提前角量，根据这一算出的提前角量信息，对按照上述电动机电流信号所设定的上述驱动电路的通电相位角的值进行修正。
另外，本申请的驱动控制装置，是根据目标电动机电流值和实际电动机电流值间的偏差，利用电动机电流控制手段算出控制参数，按照这一算出的控制参数，利用PWM控制手段控制驱动电路，控制无刷电动机的电动机电流值，同时按照检测上述无刷电动机的电动机电流值的电动机电流检测传感器的电动机电流信号，控制上述驱动电路的通电相位角，在这种无刷电动机的驱动控制装置中，包括相位控制手段，该相位控制手段按照利用上述电动机电流控制手段算出的控制参数，计算提前角量，同时，将该算出的提前角信息附加于上述PWM控制手段，上述PWM控制手段按照来自上述相位控制手段的信息，对根据上述电动机电流信号所设定的上述驱动电路的通电相位角进行修正。
利用本发明能获得一种无刷电动机的驱动方法及其驱动控制装置，它能使无刷电动机特别在低速旋转区域并且高负载区域中，高效工作，降低电流消耗。
利用本发明能获得一种无刷电动机的驱动方法及其驱动控制装置，它能适用于采用无刷电动机的液压动力转向控制装置。
附图说明
图1为应用本发明的电动泵液压动力转向控制装置的构成图。
图2为本发明实施方式1的无刷电动机驱动控制装置的控制方框图。
图3为说明本发明实施方式1的相位控制手段及PWM控制手段的动作用的控制流程图。
图4为说明本发明实施方式1的动作原理用的、表示提前角和电流间的关系的图。
图5为表示本发明实施方式1的效果用的示意图。
具体实施方式
实施方式1
通常，电动机的控制是对驱动晶体管进行PWM驱动，使设定好的目标电动机转速和实际转速的偏差为零。通常根据该偏差进行PID控制(P为比例控制、I为积分控制、D为微分控制)。但，因为仅仅这样，则电动机驱动电路的通电相位角为一定，所以为了解决上述现有问题，还要采用某些手段来控制通电相位角。
本发明中，通过利用目标电动机电流值和实际电动机电流值间的偏差求得的控制参数、即P项(比例项)、I项(积分项)、D项(微分项)，控制通电相位角，特别在低速旋转区域并且高负载区域中，以图提高电动机效率，
以下，利用图1～图5说明本发明实施方式1的无刷电动机的驱动方法及其驱动控制装置。还有，图中，同一标号表示同一或相当的部分。
图1为表示应用本发明的、采用驱动电动泵用的无刷电动机的液压动力转向控制装置的构成图。
在图1中，1为转向装置，2为转向横拉杆，3为驾驶盘，4为转向轴，5为液压泵，6为DC无刷电动机，7为控制器，8为油箱，9为液压配管、10为液压泵部。
图2为对无刷电动机6进行驱动控制用的控制器7的控制方框图。在图2中，71为电动机电流检测传感器，72为驱动电路，73为目标电动机电流运算手段，74为电动机电流控制手段，75为PWM控制手段，76为相位控制手段。
图3为说明PWM控制手段75及相位控制手段76的动作用的控制流程图。图3中，S101至S107表示控制流程的各步骤。
图4为说明本发明实施方式1的动作原理的、表示提前角和电流间关系的图。
图5为表示本发明实施方式1的效果用的示意图。
如图1所示，转向装置1设置与图中未示出的汽车等车辆的左右转向轮通过转向臂连接的转向横拉杆2。该转向装置1如人们所知的那样，包括：通过利用转向轴4传递驾驶盘3上的驾驶操作来切换液压流路的流路切换阀；将驾驶操作传递给转向横拉杆2一侧的传递部；通过将液压引入左、右室中任一个而产生与驾驶操作对应的辅助力的动力缸。
另外，液压泵部10是利用电动机驱动的通过液压配管9向转向装置1送液压油的装置，由液压泵5、驱动该泵的电动机即DC无刷电动机6、由包围在液压泵5周围的壳体组成的油箱8、以及对该电动机进行最佳控制的控制器7所构成。
如图2所示，该DC无刷电动机6是三相电动机，由利用图中未示出的6个功率晶体管组成的驱动电路72进行PWM驱动。
目标电动机电流运算手段73计算预存于存储器的作为目标的DC无刷电动机6的目标电动机电流值。
另一方面，利用电动机电流检测传感器71检测DC无刷电动机6的实际电动机电流值。将该检测出的来自电动机电流检测传感器71的电动机电流信号和目标电动机电流运算手段73算出的目标电动机电流值进行比较，其偏差输入电动机电流控制手段74。
该电动机电流控制手段74及PWM控制手段75将实际电动机电流值进行反馈根据和目标电动机电流值间的偏差，由电动机电流控制手段74计算比例项及积分项等控制参数，根据这一计算结果，用PWM控制手段75进行PWM驱动占空比的运算。
另外，根据取决于电动机电流控制手段74求出的偏差的比例项、积分项及微分项等的控制参数，用相位控制手段76求驱动电路72的最佳的通电相位角，将该结果反映在PWM控制手段75上。
图4表示无刷电动机的通电相位角(PWM驱动时间)及电动机电流间的关系，将PWM驱动占空比固定为100％进行驱动，在改变通电相位角时，电动机电流如图4所示，若提前角增大，则电动机电流值也增大。
另一方面，在负载转矩为超过电动机输出的高负载区域中，为了使电动机电流值不超过其额定值，虽需要进行电流反馈控制，但通过不改变PWM驱动占空比，而改变通电相位角，从而能控制电动机电流。这里所谓驱动占空比为将取决于电动机电流控制的目标电流值和实际电流值间的偏差的比例项、积分项、及微分项等控制参数变换成电动机驱动电路的通电比率。
以下，参照图3，对相位控制手段76及PWM控制手段75的动作进行说明，如图3所示，
(1)PWM控制手段75在步骤S101，读入由电动机电流控制手段74计算的控制参数(比例项：P、积分项：I)。
(2)在步骤S102，根据步骤S101读入的控制参数，计算PWM驱动占空比。
(3)另一方面，相位控制手段76在步骤S103，和步骤S101一样，读入控制参数。
(4)在步骤S104，根据该控制参数，计算操作量。在本实施方式1中，操作量为比例项(P)和积分项(I)之和。
(5)在步骤S105，根据预先生成的控制器7的存于图中未示出的存储器的提前角图，根据操作量，求出提前角量。
(6)在PWM控制手段75的步骤S106，读入步骤S105求得的提前角量。
(7)在步骤S107，根据上述提前角量，计算通电相位角。
还有，在上述步骤S104，是将操作量作为控制参数的比例项(P项)和积分项(I项)之和，但此外还可加上微分项(D项)。
另外，当然也可以不取各项之和，而根据对各项乘以系数或各项之积进行运算。
图5为表示本发明效果的示意图，从在低速旋转区域超过规定的高负载、并提前角保持一定值的阶段开始，设定成减小提前角，抑制电动机电流值上升。
如上所述，本发明实施方式1的无刷电动机驱动方法及驱动控制装置，是根据以往的旋转位置检测传感器的旋转位置信号，再加上驱动电路的通电相位角控制，利用根据目标电动机电流值和实际电动机电流值之偏差求得的控制参数即比例项(P项)、积分项(I项)、微分项(D项)，计算操作量，按照这一算出的操作量，根据预先设计生成的操作量和提前角量间的关系，计算提前角量，决定通电相位角，根据计算的提前角量、即通电相位角的信息，对按照上述旋转位置信号设定的通电相位角进行修正。
因此，在无刷电动机的、特别是低速旋转区域并且高负载区域中，能控制驱动电路的通电相位角即PWM驱动时间，通过使提前角滞后，控制电动机电流，从而能使电动机高效工作，降低电流消耗。
再有，由于根据算出的控制参数来计算驱动电路的驱动占空比，在该算出的驱动占空比大于等于原设计的规定值的情况下，进行控制来修正驱动电路的通电相位角的值，所以，特别在低速旋转区域并且高负载区域中，通过使提前角滞后，就能控制电动机电流，而且，通过扩大能将PWM驱动占空比设定成规定值及其以上(100％)的区域，从而能减少开关损耗，高效工作，降低电流消耗。
还由于能将上述本发明的无刷电动机驱动方法及驱动控制装置组装在采用无刷电动机驱动电动泵的液压动力转向控制装置上，所以能以低油耗实现在操纵方向盘时更适于帮助驾驶员的液压动力转向控制装置。

Claims (9)

1.一种无刷电动机的驱动方法，根据目标电动机电流值和实际电动机电流值间的偏差，算出控制参数，根据该算出的控制参数，利用实施PWM驱动的驱动电路72，控制无刷电动机6的电动机电流值，同时，根据检测所述无刷电动机的电动机电流值的电动机电流检测传感器71的电动机电流信号，控制所述驱动电路的通电相位角，其特征在于，
根据所述算出的控制参数，计算操作量，按照这一算出的操作量，根据预先设计生成的操作量和提前角量间的对应关系，计算提前角量，根据这一算出的提前角量信息，对按照所述电动机电流信号所设定的上述驱动电路的通电相位角的值进行修正。
2.如权利要求1所述的无刷电动机的驱动方法，其特征在于，
利用控制参数即进行比例控制的比例项、进行积分控制的积分项、及进行微分控制的微分项中的至少一项，计算所述操作量。
3.如权利要求1所述的无刷电动机的驱动方法，其特征在于，
利用控制参数即进行比例控制的比例项、进行积分控制的积分项、及进行微分控制的微分项，计算所述操作量。
4.如权利要求1至3中的任一项所述的无刷电动机的驱动方法，其特征在于，
根据所述控制参数，计算驱动电路72的驱动占空比，在该算出的驱动占空比大于等于原设计的规定值的情况下，修正驱动电路的通电相位角的值。
5.一种无刷电动机的驱动控制装置，根据目标电动机电流值和实际电动机电流值间的偏差，利用电动机电流控制手段74算出控制参数，按照这一算出的控制参数，利用PWM控制手段75控制驱动电路72，控制无刷电动机6的电动机电流值，同时按照检测所述无刷电动机的电动机电流的电动机电流检测传感器71的电动机电流信号，控制所述驱动电路的通电相位角，其特征在于，
包括相位控制手段76，该相位控制手段76按照利用所述电动机电流控制手段74算出的控制参数，计算提前角量，同时，将该算出的提前角信息附加于所述PWM控制手段75，所述PWM控制手段按照来自所述相位控制手段的信息，对根据所述电动机电流信号所设定的所述驱动电路的通电相位角进行修正。
6.如权利要求5所述的无刷电动机的驱动控制装置，其特征在于，
所述相位控制手段76，利用控制参数即进行比例控制的比例项、进行积分控制的积分项、及进行微分控制的微分项中的至少一项，计算提前角量。
7.如权利要求5所述的无刷电动机的驱动控制装置，其特征在于，
所述相位控制手段76，利用控制参数即进行比例控制的比例项、进行积分控制的积分项、及进行微分控制的微分项，计算提前角量。
8.如权利要求5至7中的任一项所述的无刷电动机的驱动控制装置，其特征在于，
所述PWM控制手段75，根据所述控制参数，计算驱动电路72的驱动占空比，在该算出的驱动占空比大于等于原设计的规定值的情况下，修正驱动电路的通电相位角的值。
9.一种液压动力转向控制装置，其特征在于，
该液压动力转向控制装置具有驱动液压泵的无刷电动机6用的权利要求5所述的驱动控制装置。
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