电机控制中的可调脉冲注入制造技术

技术编号:21959300 阅读:75 留言:0更新日期:2019-08-24 22:35
提供一种用于具有转子(110)和定子(112)的电机(106)的控制系统(126)。控制系统(126)包括与定子(112)电连通的转换器电路(116),以及与转换器电路(116)电连通的控制器(128)。控制器(128)配置为接收第一信号以及接收第二信号,第一信号指示施加到转子(110)上的转矩或由转子(110)输出的转矩,第二信号指示转子(110)的转速。控制器(128)还配置为基于第一信号或第二信号中的至少一个,确定脉冲信号的至少一个特征。控制器(128)还配置为根据确定的至少一个特征,通过转换器电路(116)将脉冲信号注入定子(112)的一个或多个相中。控制器(128)还配置为基于注入的脉冲信号,确定转子的位置。

Adjustable Pulse Injection in Motor Control

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】电机控制中的可调脉冲注入
本专利技术总体上涉及电机控制,且更具体地,涉及使用可调脉冲注入控制电机的系统和方法。
技术介绍
诸如电动机、发电系统、发电机组等的电机通常用于将一种形式的能量转换成另一种形式的能量,并且可以在电动模式下操作以将电输入转换成旋转输出或其他方式的机械输出,或者在发电模式下操作以将旋转输入或其他方式的机械输入转换成电输出。在可与电驱动器一起使用的各类电机中,开关磁阻(SR)电机坚固且节省成本,因此已受到极大的关注。典型的开关磁阻电机包括转子和定子,并且转子或定子可包括多个极柱。在操作中,诸如在电动模式中,旋转场被施加到定子上,通过磁阻效应“拉动”转子,从而产生转子转矩。在其他因素中,在相对低速操作时适当确定磁阻电机的转子的位置和速度可以对整体性能和效率具有显著影响。一些传统的控制方案依赖于机械对准的速度轮和传感器,以在机器静止或低速操作时检测和确定转子相对于定子的位置。然而,这种基于传感器的控制方案通常需要昂贵的实现方式并且容易出错。例如,由于传感器偏斜、速度轮未机械对准等造成检测到的磁阻电机的机械转子位置存在2度误差,可相应导致电驱动器组件在满载时效率降低0.5%。无传感器控制方案也可用于利用磁阻电机的电特征获得转子位置。例如,Lyons等人的美国专利第5,525,886号中,控制系统注入电流信号来计算磁阻电机中的总电压通量。然后,Lyons基于电压通量和相电流确定转子位置。尽管Lyons简化了基于传感器的方案,但是Lyons的方法容易造成由注入脉冲产生脉动转矩而引起噪声,特别是在轻负载条件下脉动转矩引起一些明显的转矩脉动将影响性能。性能影响可以导致更大的位置和速度估计偏差或误差,这将导致电机反向运行或锁定在低于/高于目标速度的速度。本专利技术旨在克服或缓解上述问题中的一个或多个。
技术实现思路
在一个方面,本专利技术涉及一种用于具有转子和定子的电机的控制系统。控制系统包括转换器电路,其与电机的定子电连通。控制系统还包括控制器,其与转换器电路电连通。控制器配置为接收第一信号,第一信号指示施加到电机的转子上的转矩或由电机的转子输出的转矩。控制器还配置为接收第二信号,第二信号指示电机的转子的转速。控制器还配置为基于第一信号或第二信号中的至少一个,确定脉冲信号的至少一个特征。另外,控制器配置为根据确定的至少一个特征,通过转换器电路将脉冲信号注入定子的一个或多个相中。此外,控制器配置为基于注入的脉冲信号,确定转子的位置。在另一方面,本专利技术涉及一种用于控制具有转子和定子的电机的方法。方法包括接收第一信号,第一信号指示施加到电机的转子上的转矩或由电机的转子输出的转矩。方法还包括接收第二信号,第二信号指示电机的转子的转速。方法还包括基于第一信号或第二信号中的至少一个,确定脉冲信号的至少一个特征。另外,方法包括根据确定的至少一个特征,通过转换器电路将脉冲信号注入电机的定子的一个或多个相中。此外,方法包括基于注入的脉冲信号,确定转子的位置。在又一方面,本专利技术涉及电驱动器。电驱动器包括具有转子和定子的电机。电驱动器还包括转换器电路,其与定子电连通。电驱动器还包括控制器,其与转换器电路电连通。控制器配置为接收第一信号,第一信号指示施加到转子上的转矩或由转子输出的转矩。控制器还配置为接收第二信号,第二信号指示转子的转速。控制器还配置为基于第一信号或第二信号中的至少一个,确定脉冲信号的至少一个特征。另外,控制器配置为根据确定的至少一个特征,通过转换器电路将脉冲信号注入定子的一个或多个相中。此外,控制器配置为基于注入的脉冲信号,确定转子的位置。附图说明图1是具有用于控制电机的控制系统的电驱动器的示例性实施例的示意图;图2是由图1的控制系统实现的控制方案的示例性实施例的示意图;图3是示出示例性注入脉冲信号的曲线图;图4是示出电流峰值与转矩值之间的示例性关系的曲线图;图5是示出电流峰值与转速值之间的示例性关系的曲线图;图6是示出注入时间与转速之间的示例性关系的曲线图;并且图7是用于控制图1中电机的方法的示例性实施例的流程图。具体实施方式图1示出了可用于在电源102和一个或多个电负载104之间传送电力的电驱动器100的示例性实施例。如本文所用,传送电力包括电力的双向传输。当电力从装置102传输到装置104时,装置102可充当电源,装置104可充当负载。另一方面,当电力从装置104传输到装置102时,装置104可充当电源,装置102可充当负载。因此,根据电力传输方向,102或104中的任一个可充当电源,而另一个可充当负载。为了简单起见,在以下描述中,除非另有说明,装置102将被称为电源,而装置104将被称为负载。在特定操作条件情况下,装置102和装置104的实际功能对于本领域技术人员是清楚的。参考图1,电源102可以包括柴油发动机、汽油发动机、天然气发动机,或通常与移动工具、工业机器等结合使用的任何其他机械或旋转能量源。可替代地,电源102可以包括通常与固定型应用(诸如风车、水电坝、电池、燃料电池或任何其他适当能量源)结合使用的电源。电负载104可以包括消耗和/或使用由电驱动器100向其提供的电力的一个或多个装置或部件。例如,对于工业作业机械或移动作业车辆,电负载104可以包括用于操作机械上的工具的一个或多个马达和/或用于使相关车辆运动的一个或多个牵引马达。由电源102提供的机械能可以通过电驱动器100转换成电力,以供所连接的电负载104使用。相反地,电负载104和/或电驱动器100可以供应电力以向电源102提供机械动力。如图1所示,例如,电驱动器100可以通过电机106(例如,开关磁阻(SR)电机等)与电源102连通。电机106可以包括可旋转地设置在固定定子112内的转子110。转子110可以通过联接器108(或在其他实施例中,通过曲轴、齿轮系、液压回路等)刚性地且可旋转地联接到电源102的输出端。定子112可以包括相绕组,诸如图1所示的111a、111b和111c,其可以通过转换器电路116电耦合到公共总线114上。如图1所示,电机106可以是具有三个相(A、B和C)的多相磁阻电机。在此类示例中,定子112的相绕组可以分别与各自的相关联。例如,在图1的实施例中,相绕组111a与相A关联,相绕组111b与相B关联,相绕组111c与相C关联。相A、相B以及相C中的每一个可以由通入定子112的电流独立供电并由转换器电路116控制,这将在下文更详细地讨论。虽然电机106在图1的实施例中被示出为具有三个相,但是可以使用任何数目的相,并且本文公开的系统和方法适用于具有任何数目的相的任何电机。在发电模式操作中,由于电机106的转子110(其由电源102提供的旋转动力驱动)在定子112内旋转,因此可以在定子112内感应产生电流并供应给转换器电路116。在一些实施例中,在定子112内感应产生的电流可以是交流电流(AC)。转换器电路116可以将AC电流转换成直流电流(DC),以通过公共总线114将直流电流(DC)分配给电负载104和/或任何其他装置。公共总线114可以提供端子118,诸如正端子、负端子和/或接地线端子,在这些端子之间,公共总线114可以在电驱动器100的一个或多个电并联装置之间传送总线电压或直流环节(DClink)电本文档来自技高网
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【技术保护点】
1.一种用于具有转子(110)和定子(112)的电机(106)的控制系统(126),所述控制系统(126)包括:转换器电路(116),其与所述电机(106)的定子(112)电连通;以及控制器(128),其与所述转换器电路(116)电连通,所述控制器(128)配置为:接收第一信号,所述第一信号指示施加到所述电机(106)的转子(110)上的转矩或由所述电机(106)的转子(110)输出的转矩;接收第二信号,所述第二信号指示所述电机(106)的转子(110)的转速;基于所述第一信号或所述第二信号中的至少一个,确定脉冲信号的至少一个特征;根据所述确定的至少一个特征,通过所述转换器电路(116)将所述脉冲信号注入所述定子(112)的一个或多个相中;以及基于所述注入的脉冲信号,确定所述转子的位置。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2016.12.15 US 15/3807901.一种用于具有转子(110)和定子(112)的电机(106)的控制系统(126),所述控制系统(126)包括:转换器电路(116),其与所述电机(106)的定子(112)电连通;以及控制器(128),其与所述转换器电路(116)电连通,所述控制器(128)配置为:接收第一信号,所述第一信号指示施加到所述电机(106)的转子(110)上的转矩或由所述电机(106)的转子(110)输出的转矩;接收第二信号,所述第二信号指示所述电机(106)的转子(110)的转速;基于所述第一信号或所述第二信号中的至少一个,确定脉冲信号的至少一个特征;根据所述确定的至少一个特征,通过所述转换器电路(116)将所述脉冲信号注入所述定子(112)的一个或多个相中;以及基于所述注入的脉冲信号,确定所述转子的位置。2.如权利要求1所述的控制系统(126),其中,所述至少一个特征包括所述脉冲信号的电流峰值或指示注入所述脉冲信号的开始或结束的注入时间中的至少一个。3.如权利要求1所述的控制系统(126),其中,所述控制器(128)配置为:基于所述第一信号,确定转矩值;以及根据所述至少一个特征与所述转矩值之间的预定关系,确定所述脉冲信号的所述至少一个特征。4.如权利要求3所述的控制系统(126),其中,所述预定关系包括所述至少一个特征与所述转矩值之间的比例关系。5.如权利要求3所述的控制系统(126),其中,所述控制器(128)配置为:确定所述转矩值是否处于由下转矩阈值和上转矩阈值限定的预定范围内;当所述转矩值处于所述预定范围内时,根据所述至少一个特征与所述转矩值之间的所述预定关系,确定所述至少一个特征;当所述转矩值大于所述上转矩阈值时,将所述至少一个特征箝位在预定上限值处;以及当所述转矩值小于所述下转矩阈值时,将所述至少一个特征箝...

【专利技术属性】
技术研发人员:A·卡里尔SH·韩J·瓦S·索思J·格迪斯J·M·索恩
申请(专利权)人:卡特彼勒公司
类型:发明
国别省市:美国,US

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