确定三相电动机的转子位置的方法及装置制造方法及图纸

本发明专利技术涉及用于使用FOC系统确定三相电动机的转子位置的方法及装置，本发明专利技术：

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】确定三相电动机的转子位置的方法及装置


[0001]本专利技术总体上涉及一种用于确定三相电动机的转子位置的装置及方法。

技术介绍

[0002]在需要精确转子位置的电动机应用中，并且当旋转编码器不是可行解决方案(例如，在低成本和/或多尘的环境中)时，需要无传感器控制。它基本上包括通过分析机器连接器上可用的电波形(电压、电流)来估计转子位置。
[0003]文献中已经提出了一些算法来解决这个问题。第一类算法基于以足够速度观察在q轴和d轴中产生的反电动势(BEMF)的差。BEMF可以由于永磁体的存在和/或由于d轴和q轴(在凸极机器中)的电感不同而不同。
[0004]在低速或静止时，BEMF往往隐藏在测量本底噪声后面，必须使用其它方法，诸如基于dI/dt的方法。对于凸极机器，微分电感的不同使得能够通过比较施加的电压阶跃和电流导数来估计机器的位置。同样对于这些方法，测量本底噪声将检测能力限制在具有足够电流纹波的情况下。在静止下，例如由于开关瞬态，电压脉冲变得非常窄且难以以高精度确立，并且电流纹波也往往隐藏在测量噪声之下。需要高频、高分辨率模数转换器(ADC)来进行测量。
[0005]高频电压注入可以用于产生任意电流纹波形状并增加用于估计的信噪比。M.Laumann、C Weiner和R.Kennel在SLED 2017上发表的标题为“Arbitrary injection based sensorless control with a defined high frequency current ripple and reduced current and sound level harmonics(具有定义的高频电流纹波和降低的电流和声级谐波的基于任意注入的无传感器控制)”的论文公开了一种能够通过注入任何注入电压形状的高频电压来确定机器位置的方法。在实践中，高频注入产生可听噪声，并且需要特别注意将产生的声学噪声抑制在可听频带之外，或者减少/散开由注入产生的谐波水平。
[0006]大多数方法依赖于估计之前电感值或微分电感值的可用性。这在实践中并不容易以高精度实现，因为电感会随着电流(饱和和/或交叉饱和)和芯体的温度分布而显著变化。此外，扭矩产生区域中的电感的估计通常需要一些特定仪器(锁定转子测试、或使用测试负载和旋转编码器的旋转测试)，以避免机器的失控(和潜在危险)的操作。

技术实现思路

[0007]本专利技术旨在提供在无需任何电感值知识的情况下确定精确转子位置的方法及装置。
[0008]为此，本专利技术涉及一种用于使用磁场定向控制系统确定三相电动机的转子位置的方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：
[0009]‑
由比例积分控制器确定第一时刻的第一控制电压矢量，
[0010]‑
使用逆帕克变换，对第一控制电压矢量进行变换，
[0011]‑
对变换后的第一控制电压矢量与正多边形电压模式求和，正多边形电压模式在
给定持续时间期间被施加，
[0012]‑
根据变换后的第一控制电压矢量和正多边形电压模式的和，执行脉宽调制，
[0013]‑
使用脉宽调制控制电动机，
[0014]‑
测量电动机的各相的电流，
[0015]‑
根据测量到的电流和正多边形电压模式估计转子的位置，
[0016]‑
在第二时刻根据测量到的电流和估计出的位置确定第二控制电压矢量，第一时刻和第二时刻之间的时间大于或等于给定持续时间。
[0017]本专利技术还涉及一种用于使用磁场定向控制系统确定三相电动机的转子位置的装置，其特征在于，该装置包括：
[0018]‑
用于由比例积分控制器确定第一时刻的第一控制电压矢量的单元，
[0019]‑
用于使用逆帕克变换对第一控制电压矢量进行变换的单元，
[0020]‑
用于将变换后的第一控制电压矢量与正多边形电压模式求和的单元，正多边形电压模式在给定持续时间期间被施加，
[0021]‑
用于根据变换后的第一控制电压矢量和正多边形电压模式的和执行脉宽调制的单元，
[0022]‑
用于使用脉宽调制控制电动机的单元，
[0023]‑
用于测量电动机的各相的电流的单元，
[0024]‑
用于根据测量到的电流和正多边形电压模式估计转子的位置的单元，
[0025]‑
用于在第二时刻根据测量到的电流和估计出的位置确定第二控制电压矢量的单元，第一时刻和第二时刻之间的时间大于或等于给定持续时间。
[0026]因此，可以使用正多边形电压模式来根据测量到的电流估计电动机的转子位置，并且无需电动机电感和凸极的知识。该方法能够在电动机的正常操作下操作，并且第一电压矢量的变化不会干扰估计。该方法可以在电动机的任何状况下(包括静止、低速和高速、以及包括高转矩/电流区域)估计转子位置。
[0027]根据特定特征，根据载波信号进一步执行脉宽调制，通过逆变器按照脉宽调制来控制电动机，并且电流是在载波信号的极值处测量的，正多边形模式由多个连续的子时段组成，每个子时段等于载波信号的半周期的整数倍，并且从载波信号的一个极值开始。
[0028]因此，施加到电动机端子并在连续电流测量值之间取平均的电压与变换后的第一控制电压矢量和正多边形电压模式的和精确匹配。电动机的测量到的电流响应不受构成正多边形电压模式的电压矢量之间的串扰的影响。
[0029]此外，由于子时段持续时间被最小化到载波信号周期的一半，并且小规模回路小，从而使得铁损小且可听噪声低。模式持续时间也短，使得第一时刻和第二时刻之间的时间也短：改善了控制器对快速瞬变的反应性。
[0030]根据特定特征，转子的位置是根据多边形电流响应来估计的，该多边形电流响应由数量等于子时段数量加1的电流测量值构成，并且第一个电流测量值和最后一个电流测量值之间的差用于修改其它电流测量值以获得多边形电流响应。
[0031]因此，多边形电流响应是闭合的，并且精确补偿了由于存在欧姆损耗和/或由旋转引起的反电动势而导致的平均电流的任何漂移。修改后的多边形电流响应仅反映由于HF电压注入引起的HF电流变化。结果，在机器的正常操作和根据修改后的三角形电流响应进行
位置估计之间没有串扰。位置估计更可靠。
[0032]根据特定特征，正多边形模式由至少三个子时段组成，根据测量到的电流和正多边形电压模式估计转子的位置是使用数量等于子时段数量的系数执行的，并且系数是根据多边形电流响应而确定的。
[0033]因此，能够根据三角形电流响应容易地确定系数。由于电压注入导致高频等边磁通的注入，因此能够根据观察到的系数容易地确定转子的位置。
[0034]根据特定特征，根据测量到的电流和正多边形电压模式估计转子的位置是根据使用最小均方误差方法形成点的星座图的多边形电流响应执行的，以寻找以一定角度穿过星座点的重心并且与星座图本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】1.一种用于使用磁场定向控制系统确定三相电动机的转子的位置的方法，其中，该方法包括以下步骤：
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由比例积分控制器确定第一时刻的第一控制电压矢量，
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使用逆帕克变换，对所述第一控制电压矢量进行变换，
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将变换后的第一控制电压矢量与正多边形电压模式求和，所述正多边形电压模式在给定持续时间期间被施加，
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根据所述变换后的第一控制电压矢量和所述正多边形电压模式的和，执行脉宽调制，
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使用所述脉宽调制控制所述电动机，
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测量所述电动机的各相的电流，
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根据测量到的电流和所述正多边形电压模式估计所述转子的位置，
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在第二时刻根据测量到的电流和估计出的位置确定第二控制电压矢量，所述第一时刻和所述第二时刻之间的时间大于或等于所述给定持续时间。2.根据权利要求1所述的方法，其中，所述脉宽调制进一步根据载波信号执行，通过逆变器按照所述脉宽调制来控制所述电动机，并且所述电流是在所述载波信号的极值处测量的，所述正多边形模式由多个连续的子时段组成，每个子时段等于所述载波信号的半周期的整数倍，并且从所述载波信号的一个极值开始。3.根据权利要求2所述的方法，其中，所述转子的位置是根据多边形电流响应来估计的，该多边形电流响应由数量等于子时段数量加1的电流测量值构成，并且第一个电流测量值和最后一个电流测量值之间的差被用于修改其它电流测量值以获得所述多边形电流响应。4.根据权利要求3所述的方法，其中，所述正多边形模式由至少三个子时段组成，根据测量到的电流和所述正多边形电压模式估计所述转子的位置是使用数量等于子时段数量的系数执行的，并且所述系数是根据所述多边形电流响应确定的。5.根据权利要求3所述的方法，其中，根据测量到的电流和所述正多边形电压模式估计所述转子的位置是根据使用最小均方误差方法形成点的星座图的所述多边形电流响应执行的，以寻找以一定角度穿过所述点的星座图的重心并且与所述星座图中的点的集合具有最小距离的直线，所述一定角度是所述转子的位置。6.根据权利要求3至5中的任一项所述的方法，所述方法还包括以下步骤：
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根据所估计的转子的第一位置估计所述转子的第一转速，
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根据估计出的第一转速确定所述控制电压矢量的周期性，
‑
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【专利技术属性】
技术研发人员：N，
申请(专利权)人：三菱电机株式会社，
类型：发明
国别省市：