用于監(jiān)測和控制驅(qū)動(dòng)泵的電動(dòng)機(jī)的方法和控制器的制造方法
【專利說明】用于監(jiān)測和控制驅(qū)動(dòng)泵的電動(dòng)機(jī)的方法和控制器
[0001]本發(fā)明涉及一種用于監(jiān)測驅(qū)動(dòng)栗的電動(dòng)機(jī)的方法，根據(jù)獨(dú)立權(quán)利要求1的前敘部分。
[0002]從現(xiàn)有技術(shù)知曉許多這樣的系統(tǒng):其中流體，特別是不可壓縮介質(zhì)，通過由電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)的栗被饋入，并且如果適用，則經(jīng)由相應(yīng)的噴嘴或者類似物被注入或者噴射進(jìn)入特定體中。例如，可以設(shè)想用于燃料注入的系統(tǒng)。即使在饋送回路中的壓強(qiáng)大約保持相同或者是其平均數(shù)將大約保持相同，由于各種各樣的因素，在這些系統(tǒng)中的一些系統(tǒng)中仍然可能出現(xiàn)或多或少的高頻壓強(qiáng)波動(dòng)。例如，由于栗自身的構(gòu)造，這些可能是不可避免的。例如，在隔膜栗的饋送回路中，盡管在饋送回路中的平均壓強(qiáng)保持大致恒定，但是也有相對地高壓強(qiáng)波動(dòng)發(fā)生。盡管如此，栗機(jī)構(gòu)的不能被歸因于不可避免的、周期性再現(xiàn)的壓強(qiáng)波動(dòng)必須被可靠識(shí)別以允許栗驅(qū)動(dòng)器的控制器對可能發(fā)生在饋送回路中的干擾做出反應(yīng)，并且如必要的話，重新調(diào)整栗的速度。
[0003]為確定饋送回路中的壓強(qiáng)，根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)的現(xiàn)有的系統(tǒng)通常被提供有一個(gè)或者多個(gè)壓強(qiáng)傳感器，所述傳感器的信號(hào)由栗驅(qū)動(dòng)器的開環(huán)和閉環(huán)控制單元估算。除此之外，通常還被提供限壓閥，例如，如果在饋送回路中出現(xiàn)問題導(dǎo)致饋送回路的完全堵塞，則所述限壓閥被打開。以此方式，當(dāng)栗驅(qū)動(dòng)器繼續(xù)操作時(shí)對栗驅(qū)動(dòng)器的損害被避免，即便發(fā)生干擾。因此，更特別的是，防止用于驅(qū)動(dòng)栗的和/或饋送回路的組件的電動(dòng)機(jī)受到持續(xù)的損害。
[0004]這種系統(tǒng)的示例是用于內(nèi)燃機(jī)，特別是巨大柴油機(jī)的廢氣后處理的供給裝置，在所述的系統(tǒng)中通常地在饋送回路中發(fā)生壓強(qiáng)波動(dòng)。在這個(gè)領(lǐng)域中，近年來技術(shù)變得標(biāo)準(zhǔn)化，其中為了減少氮氧化物的整體排放量，氨基或者尿素基溶液被注入內(nèi)燃機(jī)的廢氣系統(tǒng)。溶液充當(dāng)催化劑，并具有使氮氧化物被分離為氮?dú)夂退魵獾男Ч?。這樣的用于廢氣后處理的供給裝置是已知的，例如，來自于DE102009035940A1。在這種供給裝置的情況下，同樣，饋送回路中的壓強(qiáng)利用壓強(qiáng)傳感器被測定，并通過栗驅(qū)動(dòng)器自身以及限壓閥被控制。壓強(qiáng)傳感器和限壓閥涉及額外的花費(fèi)，并且，最重要的是構(gòu)成了額外的潛在的差錯(cuò)源頭。
[0005]在多數(shù)情況下，用于驅(qū)動(dòng)栗的電動(dòng)機(jī)被配置為電子換向電動(dòng)機(jī)。由于它們的繞組交替連接，繞組被驅(qū)動(dòng)從而旋轉(zhuǎn)的磁場產(chǎn)生，其生成作用到電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子上的機(jī)械的扭力。為了產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)磁場，定子有至少兩個(gè)，經(jīng)常甚至三個(gè)繞組，所述繞組與轉(zhuǎn)子軸相關(guān)地以相互交錯(cuò)的方式在圓周的方向上被設(shè)置，并且構(gòu)成電動(dòng)機(jī)的各種相位。繞組的交替連接通過變換器被實(shí)現(xiàn)，作為規(guī)則所述變換器通過直流電壓源被供電。為了容許向繞組應(yīng)用不同強(qiáng)度的電流，所述變換器根據(jù)脈沖寬度調(diào)制原理來操作。電動(dòng)機(jī)的控制通過開環(huán)和閉環(huán)控制單元被實(shí)現(xiàn)，所述控制單元具有作為輸入變量向其提供的特定參數(shù)。例如，所需的電動(dòng)機(jī)速度作為輸入變量被設(shè)置用于開環(huán)和閉環(huán)控制單元。為避免定子繞組過熱(定子繞組過熱可導(dǎo)致電動(dòng)機(jī)的損壞)，通常檢測出在各個(gè)體繞組中出現(xiàn)的繞組電流，從而，這些電流能被用于控制電動(dòng)機(jī)。利用繞組電流，還可能調(diào)節(jié)電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)矩。
[0006]例如，在DE102005028344A1中，一種控制多相電子換向電動(dòng)機(jī)的方法被描述。在這個(gè)方法中，附加的繞組電流在星形連接的電動(dòng)機(jī)的基點(diǎn)處被測量。所述附加的繞組電流的瞬時(shí)電流峰值被提供到開環(huán)和閉環(huán)控制單元作為控制變量。
[0007]一種通用類型的方法從W02012/053954A1已知。在這個(gè)方法中，在電動(dòng)機(jī)中出現(xiàn)的電流值在一時(shí)間間隔內(nèi)被測量。，所述電流在時(shí)間間隔內(nèi)經(jīng)受特定波動(dòng)，特別由于在栗的饋送回路中的壓強(qiáng)波動(dòng)對電動(dòng)機(jī)的扭矩有影響。為了識(shí)別系統(tǒng)中的差錯(cuò)，在該時(shí)間間隔內(nèi)發(fā)生的電流輪廓的局部最大值被與限制值相比較。如果電流輪廓的所有局部最大值均低于該限制值，則識(shí)別出差錯(cuò)。這種差錯(cuò)識(shí)別準(zhǔn)許確定例如電動(dòng)機(jī)繞組的連接線是否被損壞或者被中斷。替代將該時(shí)間間隔內(nèi)的電流輪廓的所有局部最大值和該限制值相比較，從局部最大值的電流值形成平均值然后將該平均值與該限制值相比較也是可能的。
[0008]本發(fā)明的目的是指示一種方法，該方法準(zhǔn)許特別簡單和經(jīng)濟(jì)的用于驅(qū)動(dòng)栗的電動(dòng)機(jī)的開環(huán)和閉環(huán)控制，所述栗在其饋送回路中具有周期性地重現(xiàn)的壓強(qiáng)波動(dòng)發(fā)生。
[0009]此目的由獨(dú)立權(quán)利要求1的特征實(shí)現(xiàn)。因此，在根據(jù)一般性條款的類型的方法中，當(dāng)該方法擴(kuò)展到控制電動(dòng)機(jī)時(shí)，根據(jù)本發(fā)明實(shí)現(xiàn)了該目的，其中被測量的電流值反映了電動(dòng)機(jī)的繞組電流的輪廓，并且無論它們能否能被關(guān)聯(lián)到電流輪廓的瞬時(shí)最大值，它們在確定平均值時(shí)能被包括在內(nèi)，并且其中平均值被電動(dòng)機(jī)控制器認(rèn)為是輸入?yún)?shù)，從而電動(dòng)機(jī)取決于所述平均值而被控制。
[0010]與來自于W020112053954A1中的已知的方法形成對比，本發(fā)明因此不確定在該時(shí)間間隔內(nèi)的電流輪廓的局部最大值的平均值，而是電流輪廓的實(shí)際平均值。本發(fā)明利用了以下事實(shí):繞組電流是直接取決于電動(dòng)機(jī)的扭矩，電動(dòng)機(jī)的扭矩轉(zhuǎn)而取決于栗的饋送回路中的主要的壓強(qiáng)。因此，通過根據(jù)本發(fā)明的方法，饋送回路中的壓強(qiáng)監(jiān)測被集成在電動(dòng)機(jī)控制器中。能被歸因于因栗而異的、周期性地重現(xiàn)的壓強(qiáng)波動(dòng)的壓強(qiáng)的局部最大值產(chǎn)生繞組電流的局部最大值。因此，確定繞組電流的局部最大值不能對饋送回路中是否有可能要求調(diào)整電動(dòng)機(jī)的主要的過量壓強(qiáng)的效果提供信息。因此，根據(jù)本發(fā)明，在該時(shí)間間隔內(nèi)的電流輪廓的平均值被確定。所述值取決于饋送回路的壓強(qiáng)平均值，并且因此其隨饋送回路中的壓強(qiáng)的增長而增長。通過這種方式，從而可能在沒有專門為此目的提供的壓強(qiáng)傳感器的情況下，檢測到饋送回路中的平均壓強(qiáng)的輪廓，并且將其提供到電動(dòng)機(jī)控制器作為輸入?yún)?shù)。因此，除此之外，本發(fā)明還準(zhǔn)許栗的饋送回路中的平均壓強(qiáng)能被保持恒定，或者被控制在僅基于繞組電流的特定值。
[0011]在期間測量繞組電流的電流值的時(shí)間間隔必須被設(shè)置大小(dimens1ned)以使得系統(tǒng)固有的、周期性地再現(xiàn)的壓強(qiáng)波動(dòng)能夠被可靠地求平均。因此，當(dāng)時(shí)間間隔被設(shè)置大小以使得在該時(shí)間間隔內(nèi)出現(xiàn)繞組電流的不僅一個(gè)局部最大值，而是數(shù)個(gè)局部最大值時(shí)可能是有優(yōu)勢的。例如，優(yōu)選的是，繞組電流的至少五個(gè)最大值被包括在該時(shí)間間隔內(nèi)。此外，用于確定平均值的時(shí)間間隔是伴隨地一起迀移的。例如，被測量的電流值的第一平均值能在具體地連續(xù)的時(shí)間1，2，3，4，5，6，7，8，9，10被確定，隨后，被測量的電流值的第二平均值在具體地連續(xù)的時(shí)間2，3，4，5，6，7，8，9，10，11被確定。而且，當(dāng)用于測量電流值的采樣率比在饋送回路中系統(tǒng)固有的、周期性地再現(xiàn)的壓強(qiáng)波動(dòng)的頻率明顯更高時(shí)是有優(yōu)勢的。僅用這種方式保證了繞組電流的平均值的可靠確定。優(yōu)選地，采樣頻率比系統(tǒng)固有的周期性地再現(xiàn)的壓強(qiáng)波動(dòng)的頻率高至少一個(gè)數(shù)量級(jí)。
[0012]本發(fā)明更進(jìn)一步有優(yōu)勢的實(shí)施例是從屬權(quán)利要求的主題。
[0013]在本發(fā)明特別地優(yōu)選的實(shí)施例中，如果被測得的電流強(qiáng)度的平均值大于預(yù)定參考值，則由電動(dòng)機(jī)控制器預(yù)先確定的電動(dòng)機(jī)饋送電流的最大可允許值被減小。因此，該參考值類似確定了栗的饋送回路內(nèi)的可允許壓強(qiáng)。當(dāng)后一壓強(qiáng)升高時(shí)，例如由于饋送回路內(nèi)的擾亂，為了將壓強(qiáng)返回到初始值，以及為了防止電動(dòng)機(jī)或者饋送回路由于增加的負(fù)載而受到損壞，用于電動(dòng)機(jī)饋送電流的最大可允許值被減小。在這點(diǎn)上，本發(fā)明具有以下優(yōu)勢:額外提供減壓閥不是必要的。
[0014]在有利實(shí)施例中，通過使用快速下級(jí)控制電路的級(jí)聯(lián)控制器，電動(dòng)機(jī)饋送電流被限制在最大可允許值之內(nèi)。在這樣做時(shí)，經(jīng)由在硬件配置中的快速比較器，測得的電流值被直接地與電動(dòng)機(jī)饋送電流相比較，而無需形成平均值。在測得的電流值超過可允許最大電動(dòng)機(jī)饋送電流的情況下，變換器的脈沖寬度調(diào)制的工作周期(duty cycle)被改變。
[0015]當(dāng)電動(dòng)機(jī)饋送電流的最大可允許值被減小平均值和參考值之間的差值時(shí)，特別地簡單的閉環(huán)控制被創(chuàng)建。為避免非平滑控制，所述的差值被限制到預(yù)定最大差值。所述差值利用積分控制器被加總，并且被從用于電動(dòng)機(jī)饋送電流的最大可允許值中減去，直到系統(tǒng)中所產(chǎn)生的壓強(qiáng)減小且繞組電流的平均值因此再次降低到該參考值之下。為了減小電動(dòng)機(jī)供電電流的最大可允許值，還可以提供預(yù)定最大差值。
[0016]在本發(fā)明進(jìn)一步的優(yōu)選實(shí)施例中，電動(dòng)機(jī)饋送電流的最大可允許值被最多減小到參考值的一半。如果在栗饋送回路中存在差錯(cuò)且因此所述壓強(qiáng)不能減小，因此實(shí)施再調(diào)整，直至電動(dòng)機(jī)饋送電流不再足以驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)從而電動(dòng)機(jī)停止為止。由于電動(dòng)機(jī)饋送電流的最大可允許值僅被減小到參考值的一半的實(shí)施，可是，仍然有扭矩被應(yīng)用到栗，這導(dǎo)致饋送回路中的差錯(cuò)被消除，并且壓強(qiáng)再次減小時(shí)該電動(dòng)機(jī)和栗的重新啟動(dòng)。在無傳感器的換向電動(dòng)機(jī)(所述電動(dòng)機(jī)不能自動(dòng)地啟動(dòng))的情況下，作為替換，可能的是，在預(yù)定歷時(shí)的停頓之后，再次增大電動(dòng)機(jī)饋送電流，從而電動(dòng)機(jī)能在饋送回路中正常壓強(qiáng)重啟。
[0017]在本發(fā)明的進(jìn)一步的優(yōu)選的實(shí)施例中，測得的電流值的平均值一降低到參考值之下，電動(dòng)機(jī)饋送電流的最大可允許值就被再次增大。用這種方式，饋送回路中的最初的流量和壓強(qiáng)條件在差錯(cuò)消除之際被還原。
[0018]在本發(fā)明的進(jìn)一步的優(yōu)選的實(shí)施例中，電動(dòng)機(jī)是多相配置，其中測得的電流值是在變換器的基點(diǎn)處的。這樣確保特別簡單、經(jīng)濟(jì)和完整的考慮所有的繞組電流。僅在變換器的基點(diǎn)處需要一個(gè)電流傳感器。
[0019]在本發(fā)明進(jìn)一步的優(yōu)選的實(shí)施例中，在時(shí)間間隔內(nèi)的電流值采樣率來測量，該采樣率具有比栗的饋送回路中的系統(tǒng)固有的壓強(qiáng)波動(dòng)的頻率高一個(gè)數(shù)量級(jí)的頻率。這也提高了