способ управления синхронным двигателем в электромеханическом усилителе руля автомобиля

Формула изобретения

Способ управления синхронным электродвигателем в электромеханическом усилителе руля автомобиля, заключающийся в том, что измеряют угловое положение ротора, формируют гармонические функции угла положения ротора и формируют в фазных обмотках m-фазную систему токов, отличающийся тем, что сигнал датчика момента интегрируют, получают сигнал задания на момент, измеряют ток на входе преобразователя частоты, сглаживают его и умножают на функцию знака датчика момента, непрерывно вычитают из сигнала задания на момент, полученную разницу интегрируют, ограничивают и умножают на гармонические функции углового положения ротора, преобразуют в трехфазную последовательность напряжений, у которых результирующий вектор направлен по поперечной оси электродвигателя в неподвижной системе координат, а амплитуда его пропорциональна сигналу задания на амплитуду фазных напряжений, полученные сигналы усиливают и формируют в фазных обмотках указанную m-фазную систему токов.

Описание изобретения к патенту

Предлагаемое изобретение относится к средствам управления автомобилем и может быть использовано в электромеханическом усилителе руля с электроприводом переменного тока.

Известен способ управления синхронным двигателем (Системы подчиненного регулирования электроприводов переменного тока с вентильными преобразователями. /О. С. Слеженовский, Л. X. Дацковский, И.С. Кузнецов и др. - М.: Энергоатомиздат, 1983. - 256 с., ил.), состоящий в том, что определяют угловое положение ротора и осуществляют преобразование m-фазных токов двигателей в ортогональную систему координат, вращающуюся синхронно с ротором, и формируют две ортогональные составляющие задания на напряжения статорных обмоток в виде интегралов от сигналов ошибок между измеренными и преобразованными статорными токами и двумя сигналами задания на величины ортогональных составляющих тока, которые получаются в результате нелинейных преобразований сигнала задания на величину вращающего момента. Далее задания на напряжения преобразуют в m-фазную неподвижную систему координат и с их помощью формируют в статорных обмотках m-фазную систему токов, в которой амплитуда результирующего вектора тока пропорциональна заданному значению вращающего момента.

Существенным недостатком данного способа является необходимость установки двух датчиков тока в фазных проводах синхронного двигателя, что приводит к увеличению массы и габаритов системы управления синхронным двигателем, а необходимость координатных преобразований и дополнительного нелинейного преобразования сигнала задания на величину вращающего момента усложняет его применение при микропроцессорной реализации, приводит к значительным затратам вычислительных ресурсов и снижению точности управления.

Кроме того, известен способ управления синхронным двигателем (авторское свидетельство СССР 1495973, кл. Н 02 Р 7/42, 1989), являющийся прототипом предлагаемого изобретения, при котором также измеряют угловое положение ротора и формируют в фазных обмотках m-фазную систему токов, каждый из которых пропорционален заданному значению вращающего момента и гармонической функции угла положения ротора.

Существенным недостатком данного способа является отсутствие обратной связи по току, что приводит к снижению точности регулирования, увеличению отбора мощности от бортовой сети транспортного средства.

Задачей изобретения является создание способа управления синхронным электродвигателем в составе электромеханического усилителя руля автомобиля, обеспечивающего более высокую точность управления электродвигателем.

Поставленная задача достигается тем, что в известном способе управления синхронным двигателем, заключающемся в том, что измеряют угловое положение ротора и вычисляют гармонические функции этого сигнала, сигнал датчика момента интегрируют, получают сигнал задания на момент, измеряют ток на входе преобразователя частоты, сглаживают его и умножают на функцию знака датчика момента, непрерывно вычитают из сигнала задания на момент, полученную разницу интегрируют, ограничивают и умножают на гармонические функции углового положения ротора, преобразуют их в трехфазную последовательность напряжений, у которых результирующий вектор направлен по поперечной оси электродвигателя в неподвижной системе координат, а амплитуда его пропорциональна сигналу задания на амплитуду фазных напряжений, полученные сигналы усиливают и формируют фазные токи синхронного двигателя.

На чертеже приведена одна из возможных функциональных схем устройства, реализующего предлагаемый способ для случая m=3.

Устройство содержит датчики положения ротора 1 синхронного двигателя 2, служащие для формирования непрерывных сигналов, пропорциональных угловому положению ротора. Выходы датчиков положения ротора 1 соединены с входами вычислителя 3, выходы которого соединены с первыми входами второго умножителя 4. Датчик момента 5 подключен к входам первого интегратора 6 и функционального преобразователя 7. Выход датчика тока 8 соединен с входом сглаживающего фильтра 9, выход которого подключен к первому входу первого умножителя 10, выход последнего подается на инвертирующий вход сумматора 11. На второй вход первого умножителя подключен выход функционального преобразователя 7. На неинвертирующий вход сумматора 11 подается выходной сигнал первого интегратора 6. Выход сумматора 11 подключается к входу второго интегратора 12, выход которого подключен к входу ограничителя 13. Выход ограничителя соединен со вторым входом второго умножителя 4. Выходные сигналы второго умножителя подаются на входы преобразователя частоты 15, выходы которого подключены к статорным обмоткам синхронного двигателя 2.

Способ управления синхронным двигателем в составе электромеханического усилителя руля осуществляется следующим образом.

При изменении угла поворота рулевого колеса 16 датчик момента 5 вырабатывает сигнал, пропорциональный углу скручивания торсиона (данный элемент на схеме не указан). Этот сигнал поступает на первый интегратор 6, где интегрируется. В преобразователе частоты 15 измеряют датчиком тока 8 входной ток и фильтруют сглаживающим фильтром 9, функциональный преобразователь 7 определяет знак выходного сигнала датчика момента и первый умножитель изменяет полярность выходного сигнала сглаживающего фильтра в функции знака выходного сигнала датчика момента 5. Из выходного сигнала первого интегратора, являющегося заданием на величину гладкой составляющей входного тока преобразователя частоты, вычитают сигнал первого умножителя. Таким образом, происходит замыкание отрицательной обратной связи по модулю результирующего тока статорных обмоток. В результате чего модуль этого тока пропорционален величине крутящего момента.

Сигнал ошибки по току с выхода сумматора 11 интегрируют с добавлением сигнала ошибки интегратором 12 и подают через ограничитель на вход второго умножителя 4, где формируют с помощью гармонических функций угла поворота ротора три гармонических сигнала, образующих прямую трехфазную последовательность, у которых результирующий вектор направлен по поперечной оси в неподвижной системе координат, а амплитуда его пропорциональна сигналу задания на амплитуду фазных напряжений. Гармонические сигналы усиливают преобразователем частоты 15, под действием усиленных сигналов в статорных обмотках синхронного двигателя формируют токи, величина которых пропорциональна крутящему моменту датчика 5. Синхронный двигатель 2 выполняет функцию усиления крутящего момента, сводя к нулю угол скручивания торсиона.

Таким образом, использование отрицательной обратной связи по модулю результирующего тока статора позволяет исключить необходимость координатных преобразований и дополнительного нелинейного преобразования сигнала задания на величину вращающего момента, тем самым повысить точность процессов регулирования.

Применение предлагаемого способа управления позволит упростить вычислительную процедуру при микропроцессорной реализации, снизить величину потребляемого от бортовой сети автомобиля тока, тем самым уменьшить массогабаритные показатели электромеханического усилителя руля автомобиля.