用于通过处理位置传感器的信号来确定电机转子的位置和/或速度的方法技术

本发明专利技术涉及一种通过使用包括谐波观测器、相位差校正以及估计转子的位置的第一锁相环的闭环来确定谐波以确定电机的转子的角速度和/或角位置的方法。和/或角位置的方法。和/或角位置的方法。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】用于通过处理位置传感器的信号来确定电机转子的位置和/或速度的方法
专利

[0001]本专利技术涉及确定电机的转子的位置和/或速度的领域。
[0002]电机转子的角位置和/或角速度的精确知悉对于控制和监测电机是特别有用的。实际上，转子位置和/或速度通常是用于控制此类电机、尤其用于控制其扭矩和/或旋转速度的必要数据。
[0003]存在已经为此应用开发的各种各样的位置传感器，值得注意地包括磁致伸缩传感器、编码器、求解器(solver)、GMR(巨磁阻)传感器、感应式传感器。这样的传感器可以生成两个信号，余弦波类型的第一信号和正弦波类型的第二信号，转子位置和/或速度从其重构。
[0004]理想地，这些信号应当具有相同的振幅，没有偏移，并且它们应当是正交的(相位差严格地等于90
°
)。然而，这些信号可能包括谐波，这些谐波在转子位置和/或速度的重构时可造成转子位置或速度确定的显著不准确性。此外，这两个信号之间也可能存在相位差(例如，由于位置传感器的位置)，当确定转子位置或速度时，这也可能造成误差。这些不准确性和误差对电机控制或电机监测具有显著影响。事实上，转子位置中的误差可以例如生成对于使用该电机的不合适的扭矩设定点、或扭矩谐波等。
[0005]专利技术背景
[0006]为了限制谐波和相位差的影响，已经开发了若干技术方案。
[0007]例如，专利申请DE
‑
102014226604描述了一种校正转子的角位置的方法。该方法使用围绕转子相对于彼此以90
°r/>布置的两个位置传感器的测量，并且根据来自两个位置传感器的信号的相位差提供校正值的估计。然而，该方法仅允许校正相位差，而不允许校正谐波。
[0008]专利申请DE
‑
102016220188描述了一种借助于静态校正和动态校正来校正生成正弦和余弦信号的旋转传感器测量的方法。静态校正基于图表，并且动态校正旨在将信号之间的振幅差和偏移差纳入考虑。然而，这种方法不能实现谐波的持续校正。另外，使用图表可能不提供最佳校正并且需要准备复杂的图表，这些复杂的图表可能尤其取决于电机的转速和负载。
[0009]专利申请US
‑
2019/0031046涉及消除测量电机的位置的信号中的偏移。该方法基于信号的加法和减法并且基于借助于运动状态滤波器使用积分器。因此，这种方法允许仅消除偏移，它没有确定并消除谐波。

技术实现思路

[0010]本专利技术的目的是以精确且无误差的方式确定转子的速度和位置。本专利技术涉及一种通过使用包括谐波观测器、相位差校正以及估计转子的位置的第一锁相环的闭环来确定谐波以确定电机的转子的角速度和/或角位置的方法。
[0011]此外，本专利技术涉及一种通过以下方式来确定电机转子的速度和/或位置的方法：通
过仅在谐波观测器收敛时才对这些测量信号进行持续校正来精确地确定谐波，这些经校正信号被用来确定该转子的位置和/或速度。谐波的确定是使用包括谐波观测器、相位差校正、以及估计转子的位置的第一锁相环的闭环来执行的。
[0012]本专利技术涉及一种借助于确定电机转子的位置的传感器来确定所述转子的位置和/或速度的方法，所述位置传感器生成余弦信号和正弦信号。该方法利用包括谐波状态观测器、对由此生成的所述余弦信号和正弦信号的所述相位差的校正以及第一锁相环PLL的闭环，所述谐波的所述状态观测器将所述所生成的余弦信号和正弦信号以及由所述第一锁相环PLL估计的所述转子位置的值与所述谐波进行相关，所述相位差的所述校正借助于由所述谐波的所述状态观测器确定的所述谐波来标识并校正所述所生成的余弦和正弦信号的相位差，以及所述第一锁相环PLL根据所述经校正余弦和正弦信号来估计所述转子的位置和/或速度。
[0013]根据一个实施例，进行以下步骤：
[0014]a)借助于包括所述谐波的所述状态观测器、所述所生成的余弦信号和正弦信号的所述相位差的所述校正、以及所述第一锁相环PLL的所述闭环来确定所述所生成的余弦信号和正弦信号的谐波，
[0015]b)确定所述谐波的所述状态观测器是否收敛，
[0016]c)当所述谐波的所述状态观测器收敛时，通过更新所述所确定的谐波来持续校正所述所生成的余弦信号和正弦信号，以及
[0017]d)根据所述经校正余弦信号和正弦信号、借助于第二锁相环PLL来确定所述转子的所述位置和/或所述速度。
[0018]有利地，所述谐波的所述状态观测器的收敛是通过验证以下等式来确定的：
[0019][0020]其中，ya和yb是所述所生成的余弦和正弦信号，和是借助于所述估计的位置来重构的所述信号以及ε是预定阈值。
[0021]优选地，所述第一和第二锁相环PLL包括比例积分控制器和积分器。
[0022]有利地，所述第一和第二锁相环PLL的传递函数被写作如下：
[0023][0024]其中，θ是所述转子的位置，是所述转子的所估计位置，s是拉普拉斯参数，K
p
是所述比例积分控制器的比例系数，并且K
i
是所述比例积分控制器的积分系数。
[0025]根据一种实现，所述第一锁相环的所述积分系数K
i
小于所述第二锁相环的所述积分系数K
i
。
[0026]根据一个方面，所述余弦和正弦信号是通过过滤所述所确定的谐波并且可能通过校正所述余弦和正弦信号的相位差来校正的。
[0027]根据一个特征，所述谐波的所述状态观测器涉及传递函数：
[0028][0029]其中s是拉普拉斯参数，α是增益，k是所考虑的谐波的阶数，n是所述余弦和正弦信号的谐波数目，ω是基波频率，y是在余弦和正弦信号之间考虑的所生成的信号，以及是在余弦和正弦信号之间考虑的所生成的信号的所估计的k阶谐波。
[0030]根据一个实施例，所述增益α小于所述基波频率，优选地，所述增益α小于所述基波频率ω的十分之一。
[0031]根据一个实施例选项，所述谐波的所述状态观测器进一步确定所述谐波的所述基波系数以及所述生成的余弦和正弦信号的所述偏移。
[0032]根据一种实现，所述所产生的余弦信号与正弦信号之间的所述相位差是使用反正切函数借助于所述谐波的所述基波系数来标识的。
[0033]有利地，所述所生成的余弦信号与正弦信号之间的所述相位差Φ借助于以下等式确定：
[0034][0035]其中
[0036][0037][0038]并且其中L
1b
是所述所生成的余弦信号和正弦信号之一的基波系数，和是由所述谐波的所述状态观测器确定的基波系数，Δθ是所述转子的所测得位置与由所述第一锁相环PLL估计的所述转子的位置之间的差值。
[0039]根据一实施例，所述所生成的余弦和正弦信号之一的所述相位差是借助于以下等式来校正的：
[0040][0041]其中y
fb
‑
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是所述本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】1.一种借助于确定电机的转子的位置传感器(CAP)来确定所述转子的位置和/或速度的方法，所述位置传感器(CAP)生成余弦信号和正弦信号，其特征在于，所述方法利用包括谐波状态观测器(OBS)、所述所生成的余弦信号和正弦信号的所述相位差(CORΦ)的校正、以及第一锁相环(PLL1)的闭环(BF)，所述谐波的所述状态观测器(OBS)将所述所生成的余弦信号和正弦信号以及由所述第一锁相环(PLL1)估计的所述转子位置(θ
obs
)的值与所述谐波进行相关，相位差(CORΦ)的所述校正借助于由所述谐波的所述状态观测器(OBS)确定的所述谐波来标识并校正所述所生成的余弦信号和正弦信号的相位差，并且所述第一锁相环(PLL1)根据所述经校正余弦信号和正弦信号来估计所述转子的位置和/或速度。2.如权利要求1所述的确定转子的位置和/或速度的方法，其特征在于，执行以下步骤：a)借助于包括所述谐波的所述状态观测器(OBS)、所述所生成的余弦信号和正弦信号的所述相位差的所述校正、以及所述第一锁相环(PLL1)的所述闭环(BF)的所述谐波状态观测器(OBS)来确定所述所生成的余弦信号和正弦信号的所述谐波，b)确定所述谐波的所述状态观测器(OBS)是否收敛，c)当所述谐波的所述状态观测器收敛时，通过更新所述所确定的谐波来持续地校正所述所生成的余弦信号和正弦信号(CORH)，以及d)根据所述经校正余弦信号和正弦信号、借助于第二锁相环(PLL2)来确定所述转子的所述位置和/或所述速度。3.如权利要求2所述的确定转子的位置和/或速度的方法，其特征在于，所述谐波的所述状态观测器(OBS)的所述收敛是通过验证以下方程来确定的：其中，y
a
和y
b
是所述所生成的余弦和正弦信号，和是借助于所估计的位置来重构的信号以及ε是预定阈值。4.如权利要求2或3中任一项所述的确定转子的位置和/或速度的方法，其特征在于，所述第一和第二锁相环(PLL1、PLL2)包括比例积分(PI)控制器和积分器。5.如权利要求4所述的确定转子的位置和/或速度的方法，其特征在于，所述第一和第二锁相环PLL的传递函数被写作如下：其中，θ是所述转子的位置，是所述转子的所估计位置，s是拉普拉斯参数，K
p
是所述比例积分控制器的比例系数，并且K
i
是所述比例积分控制器的积分系数。6.如权利要求5所述的确定转子的位置和/或速度的方法，其特征在于，所述第一锁相环(PLL1)的所述积分系数K
i
小于所述第二锁相环(PLL2)的所述积分系数K
i
。7.如权利要求2到6中任一项所述的确定转子的位置和/或速度的方法，其特征在于，所述余弦和正弦信号是通...

【专利技术属性】
技术研发人员：NT，
申请(专利权)人：IFP新能源公司，
类型：发明
国别省市：