PM电动机的角位置估计制造技术

技术编号:15110558 阅读:129 留言:0更新日期:2017-04-09 01:33
一种确定N相永磁电动机(PMM)的转子的角位置(θ)的方法(100)包括提供(101)具有相关联的存储器的处理器,其中,存储器存储角位置确定(APD)方程,或者实现该APD方程的硬件被包括在内。APD方程从N相测量值中确定角位置,其中该N相测量值从与所述N相中的每一相相关联的定子绕组中获得。在N相中的每一相的定子绕组的定子端子上强制施加(102)电压或电流;响应于强制施加电压或电流,感测(103)产生的定子电流或定子电压以提供N相测量值;并且使用(104)APD方程从N相测量值中确定角位置。

【技术实现步骤摘要】
相关申请的交叉引用本申请要求于2014年9月24日提交的名称为“使用电动机相测量进行角度估计(AngleEstimationusingMotorPhaseMeasurements)”的临时申请序列号62/054,494的权益,该申请通过引用以其全文结合在此。
所公开的实施例涉及永磁(PM)电动机(PMM),并且更具体地涉及确定PMM的角位置以用于电动机控制器来确定PMM的位置,速度或者电流/转矩控制。
技术介绍
电动机是将电能转化为机械能的机器。电动机包括DC电动机和AC电动机。一种类型的AC电动机是AC感应电动机。AC感应电动机由耦接到三相逆变器的电动机控制器提供的三相交流电流驱动。该AC电动机包括使得线圈被供应直流电流从而产生旋转磁场的外部固定定子,该旋转磁场在转子绕组中感生电流。当电流流经该转子绕组时,产生第二磁场,该第二磁场与来自定子的磁场进行交互以产生运动。该转子附接至输出轴,该旋转磁场为该输出轴提供转矩。该转子场与定子场的交互导致转子的转动,该转动可用于做功。另一种类型的AC电动机是PMM。PMM具有位于转子上的永磁铁和位于定子上的铜绕组。定子绕组中的交流电流产生旋转磁场,该旋转磁场与来自转子磁铁的磁场进行交互以产生运动。定子电流振荡的频率确定转子的角速度和所产生的角位置。
技术实现思路
本内容被提供以通过简化形式引入所公开构思的简要选择,所述构思将在下文在包括所提供附图在内的具体实施方式中被进一步描述。本概述并不旨在用于限制所要求保护的主题的范围。所公开的实施例包括使用所公开的角位置确定(APD)方程来确定N相永磁电动机(PMM)中转子在零速或接近于零速时的初始角位置(θ)的方法,其中该角位置确定方程从与N相中的每一相相关联的定子绕组中的N相测量值(即,x1,...,xN)中确定角位置。通过控制每一定子绕组中的电压电平以及测量产生的电流,可以由APD方程确定角位置。同样地,通过控制每一定子绕组中的电流水平以及测量各自的端子电压,可以根据APD方程确定角位置。所公开的方法可以与包括DC换向,梯形控制,正弦或场定向控制(FOC)的多种控制方法一起使用。取决于应用,相关联的运动控制算法可使用基于传感器或无传感器位置感测技术。附图说明现在参照附图,该附图不一定按比例绘制,其中:图1是根据示例实施例示出PMM的转子的角位置估计的示例方法的步骤的流程图。图2A是根据示例实施例描绘具有实施电流感测控制的FOC控制器的控制系统的框图。图2B是根据示例实施例描绘具有实施电压感测控制的FOC控制器的控制系统的框图。图3是根据示例实施例描绘实施图2A或图2B中所示的FOC控制器的示例微控制器单元(MCU)芯片的框图。图4示出相A,B和C的定子电流波形的典型图,其示出从PMM中感测的电流相响应,该电流相响应用作所公开的APD算法或方程的三个输入。图5示出当每一相响应的电流大小被精确平衡(平衡相)时PMM的转子的实际角位置值和从所公开的APD算法获得的所估计的角位置值之间的比较。图6示出当相电流大小不匹配时(A1≠A2≠A3,即,非平衡相)时用于角位置估计的所公开的APD算法的性能。具体实施方式参照附图来描述示例实施例,其中相同的附图标记用来指代相似的或等效的元件。动作或事件的说明的次序不应被视为限制性的,因为一些动作或事件可以按照不同的顺序来发生和/或与其他动作或事件同时发生。进一步,一些说明的动作或事件可不被要求来实施根据本披露的方法。同时,如本文所使用的没有进一步限制的术语“耦接到”或者“相耦接”(等)意图描述间接或直接的电连接。因此,如果第一装置“耦接”至第二装置,那种连接可以是通过在通路中只有寄生元件(parasitics)的直接电连接,或者是通过经由包括其他装置和连接的插入项目的间接电连接。对于间接耦合,插入项目通常不会修改信号的信息但是可能会调整它的电流水平、电压电平和/或功率水平。所公开的实施例包括由算法实现的APD方程或实现APD方程的硬件,该APD方程可用于仅使用与定子绕组相关联的N相测量值来确定PMM中转子的角位置。相测量值可从一组定子电流样本或从一组定子端子电压样本中获得。首先示出用于确定具有围绕PMM周围均匀间隔开的N个定子的PMM的转子的角位置的APD方程形式的通解。然后APD方程被应用到工业上常用的传统三(N=3)相PMM。但是所公开的实施例可以被应用到其他相数,例如两相,四相等PMM。APD方程推导对于具有围绕PMM周围均匀间隔开的定子绕组的N相PMM,相响应在数学上可以被写为:x1(t)···xn(t)···xN(t)=A1·cos(θ(t))···An·cos(θ(t)+2π·(n-1)N)···AN·cos(θ(t)+2π·(N-1)N)---(1)]]>其中:xn(t)是在时刻t来自第n个相的电流或电压相测量值;An是第n个相测量值的大小;θ(t)是作为转子的时间(或电角度)的函数的θ(在2π范围,例如从π到+π)。作为参考,转子的θ(t)可以用角度的电速度(ω)写为:θ(t)=ω·t。(2)扩展方程(1)产生以下形式:x1···xn···xN=A1·cos(θ)···An·(cos(θ)cos(2π·(n-1)N)-sin(θ)sin(2π·(n-1)N))···AN·(cos(θ)cos(2π·(N-1)N)-sin(θ)sin(2π·(N-1)N)),---(3)]]>其中为了方便起见,θ的时间符号已经被去掉。方程3可以以矩阵形式重写为:x1&CenterD本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种确定N相永磁电动机即PMM中转子的角位置的方法,包括:提供具有相关联的存储器的处理器,其中,所述存储器存储角位置确定方程即APD方程,或者实施所述APD方程的硬件被包括在内,所述APD方程从N相测量值中确定所述角位置,所述N相测量从与所述N相中的每一相相关联的定子绕组中获得;针对所述N相中的每一相将电压或电流强制施加到所述定子绕组的定子端子上;响应于所述强制施加所述电压或电流,感测产生的定子电流或定子电压以提供所述N相测量值,以及使用所述APD方程,从所述N相测量值中确定所述角位置。

【技术特征摘要】
2014.09.24 US 62/054,494;2015.05.26 US 14/721,7161.一种确定N相永磁电动机即PMM中转子的角位置的方法,包括:
提供具有相关联的存储器的处理器,其中,所述存储器存储角位置确定方程即APD方
程,或者实施所述APD方程的硬件被包括在内,所述APD方程从N相测量值中确定所述角位
置,所述N相测量从与所述N相中的每一相相关联的定子绕组中获得;
针对所述N相中的每一相将电压或电流强制施加到所述定子绕组的定子端子上;
响应于所述强制施加所述电压或电流,感测产生的定子电流或定子电压以提供所述N
相测量值,以及
使用所述APD方程,从所述N相测量值中确定所述角位置。
2.如权利要求1所述的方法,其中所述定子端子被耦接到包括所述处理器的控制环路
中。
3.如权利要求2所述的方法,其中所述控制环路包括场定向控制器控制环路,即FOC控
制环路。
4.如权利要求1所述的方法,其中所述强制施加包括强制施加所述电流并且所述感测
包括感测所述产生的定子电压。
5.如权利要求1所述的方法,其中所述强制施加包括强制施加所述电压并且所述感测
包括感测所述产生的定子电流。
6.如权利要求5所述的方法,其中所述感测所述产生的定子电流包括无传感器感测。
7.如权利要求5所述的方法,其中所述APD方程通过下式给出:
θ=tan-1((Σn=1NAn2sin(2π·(n-1)N)cos(2π·(n-1)N))(Σn=1NAnxncos(2π·(n-1)N))-(Σn=1NAn2cos2(2π·(n-1)N))(Σn=1NAnxnsin(2π·(n-1)N))(Σn=1NAn2sin2(2π·(n-1)N))(Σn=1NAnxncos(2π·(n-1)N))-(Σn=1NAn2sin(2π·(n-1)N)cos(2π·(n-1)N))(Σn=1NAnxnsin(2π·(n-1)N))),]]>其中,所述θ是...

【专利技术属性】
技术研发人员:E·J·托马斯D·P·麦基
申请(专利权)人:德克萨斯仪器股份有限公司
类型:发明
国别省市:美国;US

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