确定电机磁通量矢量位置的方法技术

本发明专利技术涉及一种确定电机的转子磁通量矢量位置的方法，包括步骤：将第一电流矢量注入第一注入参照系（ｘ＋、ｙ＋），第一注入参照系以第一频率（Ω）相对于与电机旋转同步的参照系（ｄ、ｑ）旋转，和将第二电流矢量注入第二注入参照系（ｘ－、ｙ－），第二注入参照系以第二频率相对于所述参照系（ｄ、ｑ）旋转，第二频率与第一频率相反；确定与第一注入参照系（ｘ＋、ｙ＋）同步的第一积分器模块输出端给出的第一定子磁通量感应电压，和确定与第二注入参照系（ｘ－、ｙ－）同步的第二积分器模块输出端给出的第二定子磁通量感应电压；通过让所述转子磁通量矢量真实位置（θＲ）和估计位置（θＳ）之间的误差（ε）最小化，从而控制转子磁通量矢量的位置，误差根据第二感应电压来确定。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及，该电机由变速器驱动并且设计成驱 动负载。所述方法不需要借助速度和位置传感器来实现(无传感器)，并且利用低频电流注 入根据检测磁通量矢量估计位置的误差来实现。
技术介绍
为了实现对以变速器驱动的交流电机的扭矩的有效控制，用来控制变速器的系统 要求与电机(通常是转子)磁通量矢量位置有关的信息。转子磁通量矢量位置可以借助转 子位置或速度传感器诸如编码器在闭环中满意地估计。虽然如此，这种传感器也相对较贵， 并且机械和电气方面比较敏感，这特别可能导致最终的问题。在不存在速度传感器或位置传感器的情况下，就是说在开环中，磁通量矢量位置 根据对电机和电机定子电压进行建模来估算。定子电压主频率作为应用到电机的速度基 准的表征，该定子电压主频率对于磁通量感生的内电动势(emf)足够高以便可靠检测的时 候，这种方案是有效的。当定子电压主频率高于定子标称频率大约5-10%时，就是说在应用 到电机的速度高于标称速度大约5-10%时，一般是这种情况。但是，已经知道在低速下，根据主频率信号而不使用位置传感器所进行的控制技 术效果非常差，因为感应电动势变得很弱并且在零频率下可能完全消失。根本问题在于，当 取决于速度的感应电动势降低时，根据定子电压对其进行评价将变得不准确，原因在于电 机模型参数(诸如定子电阻)存在误差。结果是，在低速重载情况下评价磁通量位置时，存 在显著的角度差异，这将导致电机控制性能变差。在其他情况下，诸如驱动永磁体同步电机(PMSM)时，即使采用位置传感器，也必 须在电机启动前确定转子磁通量矢量的绝对位置。因此，还需要一种方法，该方法能检测零 速度时的转子磁通量位置。为了在低速下可靠地检测转子磁通量矢量的位置而不使用传感器，可以采用以注 入辅助信号为基础的各种方法。通常，使用以不同于主频率的频率注入定子绕组的电压或 电流，以便通过观察并分析定子的电流和电压响应来确定转子磁通量矢量的位置信息。一 种方法称为低频谐波电流注入法。该方法的目的是使扭矩和转子速度产生小规模振荡，该 振荡可以感生出可检测的电压振荡。文中所用术语“低频”指的是注入频率(或谐波频率) 处于机械驱动系统的机械带宽内。例如，对于标称频率等于大约50Hz-60Hz的电机来说，典 型注入频率将处于25Hz-50Hz的级别。低频电流注入法已经用来控制感应电机，特别参见V. -M. Leppanen，J. Luomi， 'Speed-Sensorless Induction Machine Control for Zero Speed andFrequcncy', IEEE Transactions on Industrial Electronics, VoL 51, No.5, 0ct2004, pp. 1041-1047。 这种方法还用来控制 PMSM,特别参见:S. ffu, Y. Li, X. Miao, ‘Comparison of Signal Injection Methods for Sensorless control ofPMSM at Very Low Speeds', IEEE Power Electronics Specialists Conference, PESC 2007, June 2007 pp. 568-573。所述方法能跟随受控电流注入来确定由转子磁通量感生出的定子电压分量，从而 接着检测转子磁通量矢量的位置。为此，一种方案是采用通常PI (比例积分)调节器，该调 节器与主电机电流参照系同步(SRF——同步参照系)，也称为参照系(d、q)，并且具有足够 的带宽(就是说还能调节注入电流)，然后使用定子电压方程来确定感生内电动势。但是，这种方法需要知道电机的若干参数(诸如磁极数目、电机惯量)而且需要额 外的解耦处理，以便确定转子磁通量矢量位置误差信号。这使得总体算法变得复杂并且依 赖于这些参数。此外，注入电流控制并不精确，并且在控制这些注入电流时可能出现稳态误 差。
技术实现思路
本专利技术的目标是通过提出一种确定转子磁通量矢量位置的方法来解决上述难题， 该方法简单、精确而且可靠，特别是在电机以较低速度旋转甚至处于零速度下。所述方法不 采用位置传感器，并且适用于同步电机和感应电机(诸如异步电机)。特别是，允许控制系 统与同步电机的初始位置对准并且不需要电机具有特别设计，诸如例如同步电机中存在凸 极(saliency)。为此，本专利技术公开了一种确定装备有定子和转子的电机的转子磁通量矢量位置的 方法。所述方法包括步骤(i)将第一电流矢量注入第一注入参照系，所述第一注入参照 系以第一频率相对于与电机旋转同步的参照系旋转，和将第二电流矢量注入第二注入参照 系，第二注入参照系以第二频率相对于所述参照系旋转，所述第二频率与第一频率相反；确定与第一注入参照系同步的第一积分器模块输出端给出的第一定子磁通量感应电 压，和确定与第二注入参照系同步的第二积分器模块输出端给出的第二定子磁通量感应电 压；(iii)通过让所述转子磁通量矢量真实位置和转子磁通量矢量估计位置之间的误差最 小化，从而控制转子磁通量矢量的位置，所述误差根据第二定子磁通量感应电压来确定。根据一方面特征，所述误差根据第一定子磁通量感应电压和第二定子磁通量感应 电压来确定。根据被称为旋转注入的第一实施方式，第二电流矢量的幅值等于零。根据被称为 交变注入的第二实施方式，第二电流矢量的幅值等于第一电流矢量的幅值。根据另一方面特征，所述方法还包括步骤将第三电流矢量注入以第三频率相对 于所述参照系旋转的第三注入参照系，和将第四电流矢量注入以第四频率相对于所述参照 系旋转的第四注入参照系，所述第四频率与第三频率相反，并且第三频率是第一频率的两 倍。本专利技术还涉及一种变速器，所述变速器设计用于驱动同步或异步电机，并且能采 用上述确定方法。附图说明通过参照作为示例给出并表示在附图中的实施方式，其他特征和优势将会从以下 详细说明中体现出来，在附图中图1示出了采用本专利技术的变速器的结构简化示例；图2给出了图1所示变速器的控制模块的细节；4图3给出了表示参照系和电流注入参照系的曲线图；图4示出了图2所示方案的改进。具体实施例方式变速器一般通过向定子绕组输送频率可变的交流电压来驱动包括定子和转子的 电机M(PWM——脉宽调制)。本专利技术的目标是以简单的方式确定转子磁通量矢量而不使用 速度或位置传感器。转子磁通量矢量的位置能确定电机转子的位置和/或速度，从而能优 化对电机的控制。确定方法适用于变速器。电机可以是同步电机(例如，带有永磁体的电 机一一PMSM)或者异步电机(感应电机)并且可以包括凸极也可以不包括凸极。现在参照图1，设计用于驱动电机M的变速器包括逆变器模块20，用于将直流电压 21转化为施加到电机定子各绕组的三相电压22。一般来说，变速器包括控制模块10，该控 制模块必须根据由固定三相参照系a、b、c中的3个分量Ua、Ub、U。构成的电压来控制逆变 器模块20的半导体部件。控制模块10输送的控制电压由与电机旋转速度同步的参照系内的两个分量Ud、Uq 构成。该参照系是通常称为参照系d、q的正交参照系——d轴表示转子磁通量轴而q轴表 示电机扭矩轴。在同步参照系d、q内，Uq通过转换本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种确定包括定子和转子的电机（Ｍ）的转子磁通量矢量位置的方法，其特征在于，所述方法包括步骤：（ｉ）将第一电流矢量注入第一注入参照系（ｘ↓［＋］、ｙ↓［＋］），所述第一注入参照系以第一频率（Ω）相对于与电机旋转同步的参照系（ｄ、ｑ）旋转，和将第二电流矢量注入第二注入参照系（ｘ↓［－］、ｙ↓［－］），第二注入参照系以第二频率相对于所述参照系（ｄ、ｑ）旋转，所述第二频率与第一频率相反；（ｉｉ）确定与第一注入参照系（ｘ↓［＋］、ｙ↓［＋］）同步的第一积分器模块（１２）输出端给出的第一定子磁通量感应电压，和确定与第二注入参照系（ｘ↓［－］、ｙ↓［－］）同步的第二积分器模块（１３）输出端给出的第二定子磁通量感应电压；（ｉｉｉ）通过让所述转子磁通量矢量真实位置（θ↓［Ｒ］）和转子磁通量矢量估计位置（θ↓［Ｓ］）之间的误差（ε）最小化，从而控制转子磁通量矢量的位置，所述误差根据第二定子磁通量感应电压来确定。

【技术特征摘要】
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【专利技术属性】
技术研发人员：杜罗巴西克，弗朗索瓦马尔弗雷特，皮埃尔鲁乔恩，
申请(专利权)人：施耐德东芝换流器欧洲公司，
类型：发明
国别省市：FR[法国]