同步电机控制方法及同步电机控制装置与流程

1.本发明关于一种电机控制方法及电机控制装置，尤指一种可控制电机的振动及噪音的电机控制方法及电机控制装置。


背景技术：

2.电动汽车的技术日益成熟，目前电动汽车在动力系统中为了追求优异的续航里程，大多使用永磁同步电机为动力输出源。然而永磁同步电机会因为周期性的扭矩脉动而产生振动和噪音，会直接影响电机运作的稳定度，降低电机的性能。针对扭矩脉动所产生的振动和噪音，现有的技术主要为谐波电流注入方法，注入同步频率倍数阶次的电流，从而抑制或增强指定阶次的噪音。针对电机六阶扭矩脉动的抑制或增强，通常会选择五阶或七阶的电流。但是由于永磁同步电机的特殊构造，对特定阶次的扭矩脉动，很难通过电流谐波注入来抑制或增强振动和噪音。例如，三阶扭矩脉动，需要通过软件控制注入二阶及四阶电流谐波，但是由于软件的对称性，二阶及四阶电流谐波很难存在。相同地，三相空间向量脉波宽度调变器(space vector pulse-width modulation，svpwm)控制的永磁同步电机也不存在三阶谐波。永磁同步电机主要存在五阶及七阶谐波造成的扭矩脉动，而产生的噪音问题则为六阶噪音，此频率的噪音较尖锐，很容易造成乘客不适，因此虽然可以通过谐波注入达到减小噪音的效果，但是要注入次阶的扭矩脉动，就需要别的方法。因此如何实现任意频率扭矩脉动的控制以调校电机发出的振动及噪音，便成为业界关注的课题之一。


技术实现要素：

3.因此，本发明的主要目的之一即在于提供一种可控制电机的振动噪音的电机控制方法及电机控制装置，以解决上述问题。
4.本发明提供一种电机控制方法，包括有量测一电机的一三相电流、一电机角度以及一偏置角度；根据该电机角度、该偏置角度以及一主动注入误差角度信号产生一角度信号；根据该三相电流及该角度信号产生一d轴电流及一q轴电流；根据该d轴电流及该q轴电流产生一d轴电压及一q轴电压；以及根据该d轴电压及该q轴电压产生一三相电压以控制该电机。
5.本发明提供一种一种电机控制装置，包括有：一位置传感器，用于量测一电机的一电机角度；一角度信号产生装置，用于根据该电机角度、与该位置传感器及该电机有关的一偏置角度以及一主动注入误差角度信号产生一角度信号；一电流传感器，用于感测一电机的一三相电流；一第一控制器，用于根据该角度信号以及该三相电流产生一d轴电压及一q轴电压；一第二控制器，用于将该d轴电压及该q轴电压转换为该占空比指令；以及一逆变器，用于根据该占空比指令产生一三相电压以控制该电机。
附图说明
6.图1为本发明实施例的一电机系统的示意图。
7.图2为本发明实施例的一电机控制流程的示意图。
8.附图标记：
9.1:电机系统
10.10:电机控制装置
11.102:角度信号产生装置
12.1022:位置传感器
13.1024:偏置角度计算装置
14.1026:加法装置
15.104:电流传感器
16.106:第一控制器
17.1062:坐标转换装置
18.1064:电流环控制器
19.108:第二控制器
20.110:逆变器
21.2:流程
22.20:电机
23.s200,s202,s204,s206,s208,s210,s212:步骤
具体实施方式
24.在说明书及后续的申请专利范围当中使用了某些词汇来指称特定的组件。所属领域中具有通常知识者应可理解，硬件制造商可能会用不同的名词来称呼同一个组件。本说明书及后续的申请专利范围并不以名称的差异来做为区分组件的方式，而是以组件在功能上的差异来做为区分的准则。在通篇说明书及后续的申请专利范围当中所提及的「包括」是为一开放式的用语，故应解释成「包括但不限定于」。以外，「耦接」一词在此是包括任何直接及间接的电气连接手段。因此，若文中描述一第一装置耦接于一第二装置，则代表该第一装置可直接电气连接于该第二装置，或透过其他装置或连接手段间接地电气连接至该第二装置。
25.请参考图1，图1为本发明实施例一电机系统1的示意图。电机系统1包括有一电机控制装置10以及一电机20。电机控制装置10用于控制电机20，进而可以控制电机的振动噪音。电机控制装置10可产生带有与注入频率相关的控制信号来控制电机20运作。电机控制装置10包括有一角度信号产生装置102、一电流传感器104、一第一控制器106、一第二控制器108以及一逆变器110。角度信号产生装置102用于输出一角度信号。电流传感器104用于感测电机20的一三相电流。第一控制器106用于根据角度信号以及三相电流产生一d轴电压及一q轴电压。第二控制器108用于将所述d轴电压及所述q轴电压转换为一占空比指令。逆变器110用于根据占空比指令产生一三相电压以控制电机20。
26.请参考图2，关于电机系统1的运作方法，可归纳为一流程2，请参考图2，图2为本发明实施例的流程2的示意图。流程2包括以下步骤：
27.步骤s200：开始。
28.步骤s202：量测电机20的三相电流、电机角度以及偏置角度。
29.步骤s204：根据电机角度、偏置角度以及主动注入误差角度信号产生角度信号。
30.步骤s206：根据三相电流及角度信号产生d轴电流及q轴电流。
31.步骤s208：根据d轴电流及q轴电流产生d轴电压及q轴电压。
32.步骤s210：根据d轴电压及q轴电压产生三相电压以控制电机20。
33.步骤s212：结束。
34.根据流程2，在步骤s202中，电流传感器104可感测电机20的一三相电流，角度信号产生装置102包括一位置传感器1022以及一偏置角度计算装置1024。位置传感器1022可量测电机20的一电机角度。偏置角度计算装置1024可量测计算位置传感器1022与电机20的一d轴之间的偏置角度。例如，当偏置角度准确时，也就是偏置角度为零时，电机20实际输出的扭矩会和期望输出的扭矩一致。若偏置角度不为零，电机20就会带有扭矩脉动而产生振动及噪音。
35.在步骤s204中，角度信号产生装置102根据步骤s202中所感测到的电机角度、与位置传感器1022及电机20有关的偏置角度以及一主动注入误差角度信号产生一角度信号。例如，所述主动注入误差角度信号可为一正弦波信号。角度信号产生装置102还包括一加法装置1026。加法装置1026用于将电机角度、偏置角度及主动注入误差角度信号相加以产生所述角度信号。例如，当偏置角度不为零，电机20将会带有扭矩脉动而产生振动及噪音。本发明实施例在所感测到的偏置角度的基础上注入一正弦波信号的主动注入误差角度信号。调整主动注入误差角度信号，就可以改变电机20产生的扭矩脉动，使得电机20产生的振动及噪音可以受到控制。在步骤s204中，当角度信号产生装置102将主动注入误差角度信号(例如为一正弦波信号)注入而产生角度信号后，并根据角度信号产生相应三相电压控制电机20运作。
36.另一方面，所述主动注入误差角度信号的振幅是有关于电机20的扭矩脉动振幅。例如，所述主动注入误差角度信号的振幅可等于电机20的当前扭矩脉动振幅或是一预设扭矩脉动振幅。例如，角度信号产生装置102可根据电机20的一扭矩脉动振幅调整主动注入误差角度信号的振幅，进而改变电机20产生的扭矩脉动的振幅，使得电机20产生的振动及噪音的振幅可以受到控制。所述主动注入误差角度信号的振幅影响电机20的扭矩脉动振幅，进而电机所产生声音的响度。所述主动注入误差角度信号的频率是有关于电机20的扭矩脉动频率或电机转速。例如，所述主动注入误差角度信号的频率可等于电机20的当前扭矩脉动频率或或是一默认扭矩脉动频率。例如，角度信号产生装置102可根据电机20的一扭矩脉动频率调整主动注入误差角度信号的频率，进而改变电机20产生的扭矩脉动的频率，使得电机20产生的振动及噪音的振幅可以受到控制。例如，所述主动注入误差角度信号的频率可等于电机20的当前电机转速或或是一预设电机转速。例如，角度信号产生装置102可根据电机20的一电机转速调整主动注入误差角度信号的频率，产生与电机转速有阶次关系的扭矩脉动，使得电机20产生的振动及噪音的振幅可以受到控制。
37.在步骤s206以及s208中，第一控制器106还包括一坐标转换装置1062以及一电流环控制器1064。坐标转换装置1062可将三相电流及角度信号转换为一d轴电流(id)及一q轴电流(iq)，电流环控制器1064可将d轴电流及q轴电流调节至等于一d轴电流指令及一q轴电流指令，并产生一d轴电压(vd)及一q轴电压(vq)。例如，坐标转换装置1062利用一克拉克转换(clark transformation method)或一帕克转换(park transformation method)将三相
电流及角度信号转换为d轴电流及q轴电流。电流环控制器1064可以是一比例-积分控制器(proportional-integral controller，p-i controller)。
38.在步骤s210中，第二控制器108将所述d轴电压及所述q轴电压转换为一占空比指令。逆变器110根据占空比指令产生一三相电压以控制电机20。例如，第二控制器108可为一空间向量脉宽调变(space vector pulse-width modulation，svpwm)控制器。例如，第二控制器108可以利用一脉冲宽度调变方式将所述d轴电压及所述q轴电压转换为占空比指令(duty ratio，又称三相占空比)，逆变器110根据占空比指令产生三相电压以控制电机20。由于在步骤s204中角度信号产生装置102将主动注入误差角度信号(例如为正弦波信号)注入而产生角度信号后，并在经过第一控制器106、第二控制器108及逆变器110的运作后所产生的三相电压当中也会包括有与主动注入误差角度信号的频率有关的分量成分存在，而使得电机20所输出的扭矩中具有所需的谐波成分。在此情况下，通过步骤s204注入主动注入误差角度信号所产生的角度信号，本发明实施例将可据以产生相应的三相电压来控制电机20的扭矩脉动频率及振幅，进而抑制电机20产生的振动及噪音。
39.换言之，本发明实施例根据电机转速或扭矩脉动的振幅或频率而注入的主动注入误差角度信号并据以产生相应的三相电压来控制电机20以输出与电机转速或预设扭矩脉动有关系的电机扭矩脉动，进而让电机20的噪音变成可控制且可调的声音，同时也将电机所产生的噪音转化为人耳所能接受的电机声浪。同时，本发明实施例可以通过主动注入误差角度信号注入低阶次(例如二阶、三阶及四阶)扭矩脉动来抑制电机代表性的六阶噪音。相较于传统电机的六阶噪音，低阶次扭矩脉动所产生声音也显得更加动感并容易被人耳所接受。如此一来，本发明实施例将可在抑制6阶次噪音的基础上更进一步优化电机所产生的声音。当在进行优化与测试车辆的噪声、振动与与声振粗糙度(noise,vibration and harshness，nvh)问题时，利用本发明实施例的方式调整所注入的主动注入误差角度信号来抑制电机20产生的振动及噪音将能有效地提升车辆nvh的性能表现。
40.本领域具通常知识者当可依本发明的精神加以结合、修饰或变化以上所述的实施例，而不限于此。上述所有的陈述、步骤、及/或流程(包括建议步骤)，可透过硬件、软件、韧体(即硬件装置与计算机指令的组合，硬件装置中的数据为只读软件数据)、电子系统、或上述装置的组合等方式实现。硬件可包括模拟、数字及混合电路(即微电路、微芯片或硅芯片)。电子系统可包括系统单芯片(system on chip，soc)、系统封装(system in package，sip)、计算机模块(computer on module，com)及电机系统1。本发明的流程步骤与实施例可以程序代码或指令的型态存在而储存于计算机可读取记录媒体中。计算机可读取记录媒体可包括只读存储器(read-only memory，rom)、闪存(flash memory)、随机存取存储器(random-access memory，ram)、用户识别模块(subscriber identity module，sim)、硬盘、软盘或光盘只读存储器(cd-rom/dvd-rom/bd-rom)，但不以此为限。处理器可用于读取与执行计算机可读取媒体储存的程序代码或指令以实现前述所有步骤与功能。
41.综上所述，本发明实施例透过注入主动注入误差角度信号可以控制电机20的扭矩脉动的任意频率及振幅，进而控制电机20产生的振动及噪音。换言之，本发明实施例的电机控制装置10可控制电机20产生的振动及噪音，使振动及噪音降低，也能控制使电机20的声音变得更动感。
42.以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技
术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。