專利名稱：控制電動機(jī)的方法及裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及電動機(jī)的控制，尤其是一種無刷電動機(jī)的控制，其中轉(zhuǎn)子相對定子的絕對相位被確定。
在以下“轉(zhuǎn)子”及“定子”的概念僅意味著一個電動機(jī)基本元件的功能名稱，或是相對于一個外部座標(biāo)系變化位置(轉(zhuǎn)動或移動)的——轉(zhuǎn)子——或是相對于外部座標(biāo)系固定的一定子。
在電動機(jī)剛起動時希望知道轉(zhuǎn)子相對于所屬定子的精確角度位置或相位，以便能在轉(zhuǎn)子上產(chǎn)生出適當(dāng)?shù)霓D(zhuǎn)矩。在公知的方法或裝置中是通過絕對位置測量來取得該信息的。為此，例如將一個絕對測量系統(tǒng)安裝在裝有轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)子軸上。該絕對測量系統(tǒng)在每個時間點給出轉(zhuǎn)子相對于定子的精確角度位置。
作為絕對測量系統(tǒng)，通常使用所謂同步解析器或霍耳傳感器。該同步解析器例如是電感測量器或旋轉(zhuǎn)變壓器?；舳鷤鞲衅魍ǔＪ侨齻€繞軸錯開120°安裝的傳感器。這種絕對測量系統(tǒng)為此安裝在電動機(jī)上，即在所有的運(yùn)行狀態(tài)中，甚至在關(guān)斷電動機(jī)控制裝置的情況下，這些絕對測量系統(tǒng)能不斷地給出轉(zhuǎn)子相對定子的絕對相位。但為了操縱及實施這些系統(tǒng)需要昂貴的，因此費(fèi)用很高的電子電路。
尤其在具有電刷或刷夾的同步電動機(jī)中已公知了一種控制方法，在該方法中，由電動機(jī)端子上感應(yīng)的正弦電壓的相位來確定絕對相位。但這種方法具有缺點，即該方法只在轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動期間即在電動機(jī)運(yùn)行時才起作用。
但是電動機(jī)——例如在接通電源時——不許或僅許做很小的運(yùn)動。例如在工件電腐蝕加工裝置中電動機(jī)控制加工臺和/或電極導(dǎo)體向裝置的運(yùn)動，其中，特別重要的是，在電動機(jī)通電時一方面要知道轉(zhuǎn)子相對于定子的精確相位，另一方面在該接通階段期間要盡可能避免轉(zhuǎn)子的不受控制的轉(zhuǎn)動。當(dāng)考慮到在這種設(shè)備中以多高的精度進(jìn)行加工時，才會理解這些要求。如果電動機(jī)用于控制電極或切割線的導(dǎo)向頭，則微米范圍的不希望有的移動就會對工件的加工質(zhì)量帶來明顯的負(fù)作用。電動機(jī)不受控的運(yùn)動甚至可能引起機(jī)械單元(導(dǎo)向頭)或被加工工件的損壞。
本發(fā)明的目的在于，開發(fā)一種控制電動機(jī)，尤其是無刷電動機(jī)的方法及裝置，該控制方法和裝置能簡化絕對相位的確定。
按照本發(fā)明的主題來確定電動機(jī)轉(zhuǎn)子相對于定子的絕對相位，其方法為激勵轉(zhuǎn)子的一個或多個運(yùn)動，測量轉(zhuǎn)子相對于定子的具體的、實際的相位變化或角度變化并由此推導(dǎo)出絕對相位。然后應(yīng)將被激勵的運(yùn)動量選擇得很小，使上述的問題，即在起動階段轉(zhuǎn)子的過大的、不希望有的運(yùn)動問題不會出現(xiàn)。最好對被激勵的運(yùn)動量也在不考慮可能出現(xiàn)的不希望有的轉(zhuǎn)子運(yùn)動的情況下來選擇。
一種適用于上述方法的裝置具有一個用于激勵轉(zhuǎn)子相對于定子的運(yùn)動的勵磁裝置，一個用于測量轉(zhuǎn)子相對于定子的實際相位變化的測量裝置及一個用于推導(dǎo)轉(zhuǎn)子相對于定子的絕對相位的估值裝置。
本發(fā)明的優(yōu)點在于應(yīng)用一個現(xiàn)有的測量轉(zhuǎn)子相對于定子的相位變化的測量系統(tǒng)并由此使整個結(jié)構(gòu)大大簡化及由于構(gòu)件數(shù)目的減少可降低構(gòu)成費(fèi)用。這個測量系統(tǒng)最好是用于無刷電動機(jī)中，在其中它用于調(diào)節(jié)或控制。本發(fā)明的另一優(yōu)點是，在根據(jù)發(fā)明的方法確定絕對相位時既不需要關(guān)于瞬時加載的電流的信息又不需要關(guān)于如在電機(jī)端子上瞬時感應(yīng)電壓的信息。
無刷電動機(jī)長期以來已被大量使用，因為它以緊湊、可靠、結(jié)構(gòu)簡單及優(yōu)異的動態(tài)特性著稱。
根據(jù)勵磁電流或感應(yīng)電壓的波形，基本上分為兩種不同類型的無刷電動機(jī)。勵磁電流例如可具有梯形波或正弦波。
用梯形波勵磁電流激勵的無刷電動機(jī)鑒于其電子電路構(gòu)造要比用正弦波勵磁電流勵磁的無刷電動機(jī)在成本上有利，因為將360°的電周期可粗近似地分成六個區(qū)段——六個60°角。在每個60°角內(nèi)電壓或電流僅在三個連接點中的兩個之間被饋給及控制。在60°角之內(nèi)，用梯形波激勵電流激勵的無刷電動機(jī)在原理上相當(dāng)于一個常規(guī)的直流電動機(jī)，因為在這個區(qū)段中受激勵的電流變化基本上是恒定的。
在由正弦波勵磁電流激勵的無刷電動機(jī)中，在三相電流供電的情況下所有的三相都是有源的，因此這種無刷電動機(jī)在原理上相當(dāng)于一個具有永磁轉(zhuǎn)子的(同步)一交流電動機(jī)。
在電動機(jī)或尤其是無刷電動機(jī)中的上述測量系統(tǒng)基本上僅測量角度的變化(或線性電機(jī)中長度的增長)。角度變化或長度變化的測量值接著被傳送到一個與電動機(jī)相連接的控制裝置?？刂蒲b置利用這些值推導(dǎo)出電動機(jī)對先前由控制裝置加載的電壓或電流的反應(yīng)?？刂蒲b置在選擇下一電壓的或電流的脈沖(或矢量)時考慮這一反應(yīng)并以此避免運(yùn)行階段期間失控的相位偏離或轉(zhuǎn)子運(yùn)動的所謂轉(zhuǎn)差。
根據(jù)本發(fā)明，對上述的測量系統(tǒng)附帶地使用，以便借助于一個構(gòu)思出的估值裝置及激勵裝置同樣地來確定絕對相位——例如在接通電源后。
經(jīng)常用于在具有正弦波形的激勵電流的無刷電機(jī)中確定絕對相位的公知同步解析器雖然在原理上同樣可實現(xiàn)這些功能——由絕對測量值推導(dǎo)出相位變化，但與上述在測量原理上僅測量相位變化的測量裝置相比則大為相形見拙。上述同步解析器的分辨率通常僅限于幾個角分。另外，同步解析器信號的電子后級處理是與極昂貴的電子成本相關(guān)聯(lián)并通常提供的僅是很差的信噪比，和由此在轉(zhuǎn)子低速時的一個推導(dǎo)出的很差的速度信息。因此同步解析器通常不適于在電動機(jī)中進(jìn)行轉(zhuǎn)子速度測量。
在以下的說明中，僅深入說明具有一個無刷電動機(jī)的發(fā)明的實施例，而非普遍地討論電動機(jī)。但這不可被理解為限制，而僅是為了使用統(tǒng)一的術(shù)語。
在本發(fā)明的一個優(yōu)選的實施形式中，電動機(jī)被一個位置及速度調(diào)節(jié)裝置激勵。在相應(yīng)的裝置中，則激勵裝置包括一個位置及速度調(diào)節(jié)裝置。據(jù)此，本發(fā)明的用于確定絕對相位的裝置是公知的位置及速度調(diào)節(jié)裝置的前級并依靠同一個激勵裝置。因而在電路技術(shù)上用于實施發(fā)明的裝置所需的費(fèi)用明顯地減少了。發(fā)明的方法在原理上與無刷電動機(jī)的現(xiàn)有的位置及速度調(diào)節(jié)裝置并列地運(yùn)用。
本發(fā)明電動機(jī)最好由一種正弦波形的或梯形的電流激勵(權(quán)利要求3)。其中，發(fā)明的電動機(jī)最好是一種無刷電動機(jī)，其中，轉(zhuǎn)子磁場通過一個永磁鐵來產(chǎn)生，或是一個同步交流電動機(jī)，其中，轉(zhuǎn)子磁場通過一個電磁鐵來產(chǎn)生。在用正弦波激勵的情況下，重要的是知道轉(zhuǎn)子相對于定子的精確位置，因為只有當(dāng)供電電流的相位角與轉(zhuǎn)子磁場的相位處于一定的關(guān)系中，例如超前90°時，才可能在轉(zhuǎn)子上在所需方向上產(chǎn)生出所需的轉(zhuǎn)矩。這個問題在梯形波勵磁磁的情況下雖然也出現(xiàn)，但是這里要充分知道轉(zhuǎn)子處在六個60°中的哪個之中。因此，對用梯形波的電流激勵的無刷電動機(jī)而言，只要使用一個非常粗略的相位確定程序就足以能得到對電動機(jī)的全面控制。
下面就發(fā)明的用于確定絕對相位的方法(及裝置)優(yōu)先地對具有一個用正弦波勵磁電流供電的無刷電機(jī)的實施例作出詳細(xì)說明。這些實施例當(dāng)然也就包括了具有一個用梯形波激勵電流供電的無刷電動機(jī)的其它實施例，后者已作為簡化的實施形式。
在另一優(yōu)選的實施形式中，借助一個增量式的光學(xué)測量系統(tǒng)來測量相位變化(權(quán)利要求4及16)。光學(xué)測量系統(tǒng)通常以特別高的分辨能力著稱，如果光學(xué)測量系統(tǒng)譬如具有一個激光器，則在轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動完整的一圈中可得到100,000個角度位置的分辨率。
在本發(fā)明的一個特別優(yōu)選的實施形式中，根據(jù)一個粗確定程序及一個細(xì)確定程序來進(jìn)行絕對相位的確定，其中，在粗確定程序中使轉(zhuǎn)子保持在一個預(yù)定的相位范圍中，尤其是保持在一確定的相位值上(也可在電動機(jī)被一個靜態(tài)負(fù)載，如在Z軸上加載的條件下)，及在細(xì)確定程序中確定精確的絕對相位(權(quán)利要求5)。相位確定程序分成兩個單獨的確定程序的優(yōu)點在于，在確定程序的開始階段根據(jù)測量系統(tǒng)的一個起始增量相位信息便可很快地得到轉(zhuǎn)子位置的可接收的近似值并盡可能地避免轉(zhuǎn)子運(yùn)動，然后對轉(zhuǎn)子位置的近似值任意地精確化。這里，粗確定程序有利地在起動階段的期間提供了絕對相位的近似值，這已足以使無刷電動機(jī)沿所需方向運(yùn)動及使其受到控制。它也有利地提供了使無刷電動機(jī)在抵抗電機(jī)負(fù)載動態(tài)特性的影響時保持穩(wěn)定的附加安全機(jī)理。整個的相位確定程序在無刷電動機(jī)上施加一個靜態(tài)負(fù)載的應(yīng)用場合，例如在該無刷電機(jī)譬如使一個機(jī)床的垂直軸移動的情況下工作起來和在沒有該負(fù)載的應(yīng)用場合同樣地好。由粗確定程序所確定的絕對相位通常有小于或等于90°的誤差。在不利的情況下由此產(chǎn)生了較差的轉(zhuǎn)矩儲備，就是說，電動機(jī)的動態(tài)特性是不夠的。為了排除這種缺陷，使用了細(xì)確定程序。該細(xì)確定程序在隨后的選代步中反復(fù)地改善絕對相位的近似值。但是該細(xì)確定程序本身還不足以使無刷電動機(jī)處于控制之下。這尤其是指頭幾個選代步，在這些選代步中，絕對相位還未被滿意地選到或求得。最好將這兩種確定程序與公知的電動機(jī)控制裝置并列地工作。
在細(xì)確定程序中絕對相位最好通過折半查找方法來確定(權(quán)利要求6)。利用這種查找方法，從一個待供電的相位角的近似值出發(fā)這樣地求得以后待供電的相位角的所有以后的值，即下一值總是相當(dāng)于上一值的折半。然后分別測量相位的變化，并將測量值作為確定絕對相位的基礎(chǔ)。這種折半查找方法能特別有效及快速地確定絕對相位角。
在一個優(yōu)選的實施形式中，在相位確定開始時，兩個程序一直運(yùn)行到轉(zhuǎn)子占有一個預(yù)定的相位區(qū)域、尤其是一個相位值為止，然后在粗確定程序中只需對電動機(jī)的相位偏離失控進(jìn)行監(jiān)視(權(quán)利要求7)。在粗確定程序中確定出一個恒定的偏置值，該值加上增量的轉(zhuǎn)子位置信息，提供一個確定的相位角。然后利用該信息產(chǎn)生出按三相分配的電流，利用該電流可使無刷電動機(jī)產(chǎn)生出適當(dāng)?shù)霓D(zhuǎn)矩。一旦找到了該偏置值的適當(dāng)近似值，它被粗確定程序保持恒定，直到細(xì)確定程序也運(yùn)行結(jié)束為止。隨后，該偏置值被由細(xì)確定程序發(fā)現(xiàn)的值校正。在細(xì)確定程序的整個運(yùn)行期間，粗確定程序僅監(jiān)視或許出現(xiàn)的、不希望有的電動機(jī)運(yùn)動或相位偏離，并僅當(dāng)該相位偏離超出一個確定的預(yù)定值或超出一個預(yù)定的范圍時才介入。
因此這兩個確定程序在相位確定的開始時同時地運(yùn)行一所謂并聯(lián)運(yùn)行。一旦無刷電動機(jī)被置于控制之下，粗確定程序調(diào)整其主要功能并僅監(jiān)視或許出現(xiàn)的電動機(jī)相位偏離。從該時間點開始主要由細(xì)確定程序工作，一直到其結(jié)束。利用所有這些措施可以得到一種特別有效、快速且安金的確定絕對相位的方法。
在粗確定程序中，最好根據(jù)測得的電動機(jī)的轉(zhuǎn)子偏離速度或偏離加速度對轉(zhuǎn)子的待激勵運(yùn)動的量進(jìn)行選擇(權(quán)利要求8)。如果由粗確定程序在監(jiān)視電動機(jī)相位偏離時確定出轉(zhuǎn)子出現(xiàn)了一個不希望的運(yùn)動，則轉(zhuǎn)子要校正這時監(jiān)視到的相位，其校正量最好與轉(zhuǎn)子偏離速度，即與用以使轉(zhuǎn)子以其不希望有地從一個預(yù)定相位范圍中偏離出來的速度成正比。該粗確定程序最好也能以正比于轉(zhuǎn)子加速度的量或與其符號與偏離速度有關(guān)的常數(shù)相同的量來校正這時監(jiān)視到的相位。尤其有利的是，可采用所述三種不同校正方式的各種組合。
一旦轉(zhuǎn)子又處于其起始位置周圍的一確定相位范圍內(nèi)或取得一個預(yù)定的相位值時，粗確定程序?qū)⒑愣ū３稚洗蔚玫降南辔唤浦担⒃俎D(zhuǎn)換回到被動的監(jiān)視狀態(tài)。據(jù)此，粗確定程序完成了它的主要功能并從現(xiàn)在開始又行使監(jiān)視功能，直到無刷電動機(jī)重新發(fā)生相位偏離時為止。如果有重新偏離的情況，則粗確定程序?qū)ふ医^對相位的更好的近似值，其中，粗確定程序?qū)⒁砸粋€例如最好正比于偏離速度的值來校正上一次的相位值。利用該措施可得到一個特別穩(wěn)定的安全系統(tǒng)，該安全系統(tǒng)能使“故障狀態(tài)”中的無刷電動機(jī)快速及可靠地處于控制之下。據(jù)此使無刷電動機(jī)受到保護(hù)不僅能抗外界的干擾，也能抗內(nèi)部在相位確定中出現(xiàn)的問題。如果當(dāng)確定程序運(yùn)行期間作用于無刷電動機(jī)的外部負(fù)載發(fā)生了變化，則粗確定程序?qū)⒆詣拥赝度氩⒘D抗衡外部負(fù)載。
在另一優(yōu)選的實施形式中，在細(xì)確定程序時，電動機(jī)持續(xù)地由位置及速度調(diào)節(jié)裝置提供電流(權(quán)利要求9)。在細(xì)確定程序的每次程序循環(huán)后，位置及速度調(diào)節(jié)裝置將一直工作，直到無刷電動機(jī)穩(wěn)定地回到它的初始位置為止。
在細(xì)確定程序中，最好重復(fù)進(jìn)行的是首先選擇一個電流矢量并將其與由位置及速度調(diào)節(jié)裝置預(yù)給定的一個電流矢量相加；對電動機(jī)用所得到的電流矢量供電；然后對由此引起的轉(zhuǎn)子相位變化進(jìn)行測量及在該變化的基礎(chǔ)上選擇另一電流矢量以及確定絕對相位(權(quán)利要求10)。特別有剩的是，電流矢量的幅值被選擇為位置及速度調(diào)節(jié)裝置的驅(qū)動電路的最大允許幅值(權(quán)利要求11)。因此在相位確定程序期間無刷電動機(jī)也能有利地經(jīng)受住大的負(fù)載。
在另一個優(yōu)選實施形式中，對在確定程序期間允許其轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動的電動機(jī)僅使用細(xì)確定程序(權(quán)利要求12)。這種特殊情況也可能當(dāng)在無刷電動機(jī)上沒有靜態(tài)負(fù)載(例如對于水平運(yùn)動軸)時發(fā)生。如果由于結(jié)構(gòu)或精確度的要求在確定程序期間使無刷電動機(jī)做極小地運(yùn)動，則將整個確定程序縮減到調(diào)用細(xì)確定程序就夠了，但是有個前提，即在每次細(xì)確定程序的程序循環(huán)后插入一個暫停間隔，使轉(zhuǎn)子有足夠的時間完全到達(dá)靜止。最好這時不使轉(zhuǎn)子調(diào)回到其初始的相位上，而是將轉(zhuǎn)子相對于定子的瞬時相位選擇為用于確定絕對相位的新起始值(權(quán)利要求13)。
最好借助模糊調(diào)節(jié)器對程序內(nèi)部的及裝置內(nèi)部的參數(shù)進(jìn)行優(yōu)化(權(quán)利要求14及20)。由此可使作為確定程序基礎(chǔ)的參數(shù)及規(guī)定譬如程序的收斂速度或抗外界干擾的穩(wěn)定性的參數(shù)，即在內(nèi)部被程序本身優(yōu)化。由此得到了一個極其靈活的和適應(yīng)能力強(qiáng)的系統(tǒng)。如果一個無刷電動機(jī)裝有上述發(fā)明的裝置，則該無刷電動機(jī)接著可用于各種應(yīng)用場合，其中，電動機(jī)在初步試運(yùn)行時就能獨立地適應(yīng)于它的新環(huán)境，并且在試運(yùn)行后在繼續(xù)運(yùn)行中靈活考慮由外界影響產(chǎn)生的波動及對其進(jìn)行補(bǔ)償。
在另一個優(yōu)選的實施形式中，位置和/或速度調(diào)節(jié)裝置包括一個雙極性驅(qū)動電路(權(quán)利要求18)。由此，估值裝置和/或激勵裝置最好被體現(xiàn)在一個可編程的程序組件中(權(quán)利要求19)。據(jù)此，可用非常低的成本將整個發(fā)明的裝置設(shè)在一個緊湊的小電路中。
權(quán)利要求15至20之一所述的裝置最好應(yīng)用來控制電動機(jī)的起動(權(quán)利要求21)。剛起動時沒有有關(guān)絕對相位的信息。雖然在電動機(jī)關(guān)斷時可以將關(guān)于絕對相位的信息存儲在一個固定存儲器中，但是可能由外部影響使轉(zhuǎn)子位置發(fā)生變化，使其完全失去參考價值。因此在起動時，電子裝置必須重新確定精確的絕對相位。同樣地在無刷電機(jī)運(yùn)行時由于外界干擾等也會導(dǎo)致轉(zhuǎn)子位置信息消失。在此情況下最好也將發(fā)明的方法投入使用。
從以下對優(yōu)選實施例的說明中可以得到本發(fā)明構(gòu)型的另外優(yōu)點。該說明將參照其附圖。附圖為

圖1具有無刷電動機(jī)位置及速度調(diào)節(jié)裝置及發(fā)明的確定絕對相位的裝置的一個電路的示意圖，圖2具有發(fā)明的為粗及細(xì)確定程序的前級的控制程序的概要流程的流程圖，圖3具有本發(fā)明的粗確定程序概要流程的流程圖，圖4具有本發(fā)明的細(xì)確定程序概要流程的流程圖。
圖1以概要形式示出了一個電路結(jié)構(gòu)2，該電路包括一個無刷電動機(jī)4，一個作為測量系統(tǒng)的增量編碼器6，一個位置及速度調(diào)節(jié)裝置8，一個三相正弦波發(fā)生器10，一個本發(fā)明的、用以確定無刷電動機(jī)4中轉(zhuǎn)子的相對于定子的絕對相位的裝置12及一個電流控制裝置14。
三相正弦波發(fā)生器10通過其三個輸出端用三根分開的連接線與各個乘法器16，18及20的輸入端相連接，這些乘法器又通過各自的一個輸出端用三根連接線與電流控制裝置14的三個輸入端形成電氣連接。同樣地，位置及速度調(diào)節(jié)裝置8通過一個輸出端與三個乘法器16、18及20中的每個的輸入端相連接，并且電流控制裝置14通過其三個輸出端用三根分開的連接線與無刷電動機(jī)4的三個極對子電氣連接。
三相正弦波發(fā)生器10將三個分別相位移120°的正弦波U，V，W分別輸出到相應(yīng)的三個乘法器16，18及20上。這三個正弦波U、V、W例如由下列確定
U(t)＝cos(Ф(t)＋ФI) (1)V(t)＝cos(Ф(t)＋ФI＋2π/3)(2)W(t)＝cos(Ф(t)＋ФI＋4π/3)(3)在式(1)，(2)及(3)中，Ф(t)表示轉(zhuǎn)子相位隨時間的變化，它也可以表達(dá)如下Ф(t)＝α(t)*2P(4)其中，角α(t)表示機(jī)械相位隨時間的變化，P表示無刷電動機(jī)4的極對數(shù)。在式(1)，(2)及(3)中ФI是待確定的相位角，它與相位隨時間的變化量Ф(t)一起表示在時間點t出現(xiàn)的瞬時絕對相位。位置及速度調(diào)節(jié)裝置8將一確定幅值及相位的電流i輸出到所有的三個乘法器16，18及20上。該電流i將在相應(yīng)的乘法器中相應(yīng)于三相正弦波發(fā)生器10的相位U、V、W產(chǎn)生相位移，由此得到以下的三個電流相位iU，iV及iWiU(t)＝icos(Ф(t)＋ФI)(5)iV(t)＝icos(Ф(t)＋ФI＋2π/3) (6)iW(t)＝icos(Ф(t)＋Фr＋4π/3) (7)如果現(xiàn)在來觀察一個簡化的無刷電動機(jī)，它正好具有3個極對，這些極對被分別供以電流相位iU，iV及iW，則在假定在氣隙中的磁感應(yīng)B是正弦形分布的情況下，在三個配屬于一個相的繞組的每個繞組上得到的磁場強(qiáng)度為BU(Ф)＝Bcos(Ф(t)＋ФI) (8)BV(Ф)＝Bcos(Ф(t)＋ФI＋2π/3)(9)BW(Ф)＝Bcos(Ф(t)＋ФI＋4π/3)(10)作用在轉(zhuǎn)子上的總轉(zhuǎn)矩是由每個相在相應(yīng)繞組中產(chǎn)生的、作用在轉(zhuǎn)子上的轉(zhuǎn)矩之和M＝MU＋MV＋MW＝K(BUiU＋BViV＋BWiW)(11)為簡化起見，將繞組數(shù)目、幾何系數(shù)、極對數(shù)歸納為常數(shù)K。并通過將式(5)-(7)及(8)-(10)代入式(11)得到總轉(zhuǎn)矩M＝3/2KBicos(Ф(t)＋ФI)(12)由式(12)可見，該總轉(zhuǎn)矩M-例如在起動時(Ф(t)＝0)——僅在一定的相位ФI時才能獲得一個有利的值。在最不利的情況下，該總轉(zhuǎn)矩M甚至可變?yōu)榱?。因此可以理解的是，為使無刷電動機(jī)4能被精確控制，為什么必須知道轉(zhuǎn)子相對于定子的絕對相位。
在圖1中所描繪的實施形式中，電流控制裝置14對供給無刷電動機(jī)4的各電流相iU，iV及iW產(chǎn)生影響。內(nèi)環(huán)30是一個電流控制環(huán)，它通常體現(xiàn)在硬件中，在此情況下它控制電流相iW。外環(huán)32是一個位置與速度調(diào)節(jié)環(huán)，它通常體現(xiàn)在一個軟件中，在此情況下它控制電流相iU。
增量編碼器6跟隨著轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)動，并由此跟隨著無刷電動機(jī)4中轉(zhuǎn)子相對定子的相位變化。增量編碼器將這樣得到的信息或是直接地或是經(jīng)過編碼——即經(jīng)過譯碼地——傳送給用于確定絕對相位的裝置12、位置及速度調(diào)節(jié)裝置8和三相正弦波發(fā)生器10。為此，增量編碼器6與用于確定絕對相位的裝置12、位置及速度調(diào)節(jié)器8相連接，并通過一個加法器28與三相正弦波發(fā)生器10相連接。該加法器28主要將由增量編碼器6提供的信息和由用于確定絕對相位的裝置12提供的信息相加，并將其和再傳送給三相正弦波發(fā)生器10。
用于確定絕對相位的裝置12主要包括兩個裝置，它們是為了操作下列兩個程序設(shè)計的一個細(xì)的確定程序22及一個粗的確定程序24。對這兩個程序被供以增量編碼器6的信息。根據(jù)以下要詳細(xì)說明的確定的條件，這兩個程序22及24的運(yùn)行視作為輔助結(jié)構(gòu)繪入的所謂開關(guān)位置而定，開始時——起動階段期間——在確定絕對相位時這兩個程序22及24彼此以所謂并聯(lián)方式或相互有關(guān)地運(yùn)行，而在起動階段后，僅是細(xì)確定程序22來確定絕對相位，而粗確定程序24只是對不希望的無刷電動機(jī)4的相位偏離失控進(jìn)行監(jiān)視，并在必要時進(jìn)行補(bǔ)償。
當(dāng)整個電路2接通電源，并由此使無刷電動機(jī)4也接通電源時，轉(zhuǎn)子相對于定子處于任意的相位上。如式(12)所指出的，電動機(jī)4通常不能單獨保持在傳統(tǒng)的位置及速度調(diào)節(jié)裝置8的控制之下，因為在接通電源的時間點上值ФI是未知的。如果隨機(jī)地選擇值ФI，則有可能出現(xiàn)電動機(jī)4僅產(chǎn)生很小的轉(zhuǎn)矩或根本不產(chǎn)生轉(zhuǎn)矩，或在最壞的情況下使電機(jī)沿與所需轉(zhuǎn)向相反的方向偏離。因此單獨地采用公知的位置及速度調(diào)節(jié)裝置8只能提供一個相對值Ф(t)，該相對值Ф(t)沒有涉及到真實出現(xiàn)的起始值ФI，并且該相對值Ф(t)在接通電源時從零值開始有時間性地受到增量編碼器6的繼續(xù)跟蹤。
根據(jù)本發(fā)明，用于粗確定程序24的裝置確定出恒定相位值ФI的近似值，該恒定相位值ФI借助于加法器28與增量編碼器6的相位隨時間的變化值Ф(t)相加，并將作為結(jié)果值的轉(zhuǎn)子相對于定子的近似絕對相位輸出。該信息將接著輸往三相正弦波發(fā)生器10，三相正弦波發(fā)生器10由此產(chǎn)生出三相正弦波U，V，W。利用這些各相波再產(chǎn)生出電流相iU，iV及iW，由這些電流相可使無刷電動機(jī)4輸出適當(dāng)?shù)霓D(zhuǎn)矩。一旦對ФI估算出一個適當(dāng)?shù)慕浦?，該近似值將保持不變，直到用于?xì)確定程序22的裝置運(yùn)行結(jié)束并輸出相位值ФI為止，該值再與相位隨時間的變化值Ф(t)相加，并給出轉(zhuǎn)子相對于定子的瞬時絕對相位值。據(jù)此，用于確定絕對相位的裝置12便完成了它的任務(wù)，并且所有的其它控制同樣由位置及速度控制裝置8來接管。
圖2以概要方式表示出細(xì)確定程序22及粗確定程序24的上級控制程序12的流程圖，該程序12體現(xiàn)在用于確定絕對相位的裝置12之中。該上級程序12例如在對整個電路結(jié)構(gòu)2接通電源時就被起動。
該控制程序12在其第一程序步驟P1中將待確定的相位值ФI及出現(xiàn)的最大相位變化量ΔФmax置為零。此外，它設(shè)置了一個決定參數(shù)，該決定參數(shù)不管粗確定程序24結(jié)束與否均指定為“未結(jié)束”。最后它再將兩個值L，R置成一定的值，它們相當(dāng)于一個待附加加載的相位——沿轉(zhuǎn)子相對于定子的具體轉(zhuǎn)向、順時針或逆時針方向。在該實施例中，控制程序12將L置成零及將R置成值S11。接著，該控制程序12進(jìn)行到程序步驟P2。
在程序步驟P2中，控制程序12讀入由增量編碼器6輸出的值ΔФ。該值ΔФ表示涉及起始值的轉(zhuǎn)子的相位隨時間的變化——即涉及緊接著電路結(jié)構(gòu)2接通電源后的轉(zhuǎn)子位置值。然后，控制程序12再進(jìn)行到程序步驟P3。
在程序步驟P3中，控制程序12調(diào)用細(xì)確定程序22的一個程序循環(huán)。該細(xì)程序22使得無刷電動機(jī)以一定的電流被加載，直到發(fā)生一個(由增量測量系統(tǒng)的分辨率確定的最小的)相位變化為止。該被測得的相位變化將在以下的計算中加以考慮。如果細(xì)確定程序22已經(jīng)結(jié)束，即已經(jīng)找到絕對相位，則控制程序12轉(zhuǎn)移到程序步驟P4并在那里結(jié)束它的運(yùn)行。如果該細(xì)確定程序22還未結(jié)束，則控制程序12進(jìn)入程序步驟P5。
在程序步驟P5中控制程序12等待下一采樣時間TN，它例如是由電路2的一個內(nèi)部定時器給出的。然后，控制程序12進(jìn)入到程序步驟P6，在該步驟中控制程序12檢驗轉(zhuǎn)子相對于定子的位置是否又回到這樣的值上，即例如在緊接著接通電源后的數(shù)值上——原則上是當(dāng)相位隨時間的變化值Ф(t)為零時。但是因為控制程序12不是連續(xù)地量測的，而僅能得到Ф(t)的離散值——這些值分別對應(yīng)于相應(yīng)的采樣時間TN——因此要將離散的、相位隨時間的變化值ΔФN與初始值ΔФO相比較。如果電動機(jī)又處于它的相當(dāng)于ΔФO的起始位置，則控制程序12返回到程序步驟P3。否則，繼續(xù)進(jìn)行到程序步驟P7，在該步驟中，控制程序12調(diào)用位置及速度調(diào)節(jié)裝置8，調(diào)用時間為一個程序循環(huán)。
在程序步驟P7中控制程序12保證將瞬時由位置及速度調(diào)節(jié)器加載的電動機(jī)電流i一直維持到該程序步驟P7的下一次重復(fù)為止。此外，控制程序12使離散的、相位隨時間的變化值ΔФN處于最新狀態(tài)。
然后，控制程序12繼續(xù)進(jìn)行到程序步驟P8，在此步驟中，控制程序12調(diào)用粗確定程序24，調(diào)用時間為一個程序循環(huán)。接著它返回到程序步驟P4。
圖3以概要形式表示用于細(xì)確定程序22的流程圖。當(dāng)細(xì)確定程序22運(yùn)行過程中，電路結(jié)構(gòu)2中提供采樣時間TN的內(nèi)部定時器將被關(guān)斷。同樣，在細(xì)確定程序22運(yùn)行過程中，無刷電動機(jī)4直到下一次調(diào)用為止一直被供以由位置及速度調(diào)節(jié)裝置8計算的電流i，以保證電動機(jī)4能保持可能出現(xiàn)的靜態(tài)負(fù)載(Z-軸)。這時，細(xì)確定程序22反復(fù)地把具有不同相的及盡可能最大幅值的電流矢量與由位置及速度調(diào)節(jié)裝置8提供的電流i相加——就是說，由位置及速度調(diào)節(jié)裝置8輸出的電流i與由細(xì)確定程序22確定的電流的矢量和不超過無刷電動機(jī)4的驅(qū)動電路的最大允許電流的上限。這一切在很短的時間周期中發(fā)生，該時間內(nèi)的確定準(zhǔn)則在于轉(zhuǎn)子可以稍有運(yùn)動。接著，細(xì)確定程序22密切注視轉(zhuǎn)子已轉(zhuǎn)過多少及在什么方向上轉(zhuǎn)動的。在每次送代N后，均對轉(zhuǎn)向的信息進(jìn)行考慮并將其后的檢查間隔減半。據(jù)此，在最大的N次迭代之后得到一直要進(jìn)行到所需精確度的待確定的ФI值，其中，N由L或R的初始值根據(jù)下式得出N＝Log2R(13)細(xì)確定程序22起始于程序步驟P1，在該步驟中細(xì)確定程序22將一個由兩個值L及R求得的整數(shù)值賦給變量J。
接著該細(xì)確定程序進(jìn)行到程序步驟P2，在該步驟中，通過與三個乘法器16，18及20相連接的三相正弦波發(fā)生器10將具有相位2πJ/512及最大允許幅值的電流矢量加到由位置及速度調(diào)節(jié)裝置8所保持的電流i上。
細(xì)確定程序22繼續(xù)進(jìn)行到程序步驟P3，在該步驟中，將變量“時間”置成零。該變量是電動機(jī)4被供以步驟P2所產(chǎn)生的電流矢量(iU，iV及iW)的時間有多長的衡量標(biāo)準(zhǔn)。
細(xì)確定程序22繼續(xù)進(jìn)行到程序步驟P4，在該步驟中，細(xì)確定程序22讀入相位隨時間的變化的瞬時值ΔФ。因為定時器被關(guān)斷，所以讀入的不是正好對應(yīng)于內(nèi)部定時器的確定時間的離散的、相位隨時間的變化值ΔФN，而僅是瞬時的、相位隨時間的變化值ΔФ，這些值ΔФ對應(yīng)于在程序步驟P4至P7之間的程序隨時間的運(yùn)行中“人為”產(chǎn)生的時間點。
細(xì)確定程序22繼續(xù)進(jìn)行到程序步驟P5，在該步驟中，構(gòu)成實際測得的值ΔФ與先前在程序步驟P4中測得的相位隨時間變化的瞬時值ΔФ大的差值并將其與一“閾值”相比較。該“閾值”例如可相當(dāng)于增量編碼器6的一些測量標(biāo)志，即一定數(shù)目的最小分辨間隔。利用這種詢問，細(xì)確定程序22可檢驗是否轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)動如此的快或強(qiáng)，以致于超過一定的值——“閾值”。
如果轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)動還在預(yù)定范圍內(nèi)，則細(xì)確定程序22轉(zhuǎn)移到程序步驟P6，在該步驟中，細(xì)確定程序22把時間變量增加恰等于1的值。
細(xì)確定程序22從那里繼續(xù)進(jìn)行到程序步驟P7，在該步驟中，細(xì)確定程序22使時間變量與一個預(yù)定的“時間期滿”值相比較。該“時間期滿”值表示一段時間，在該時間內(nèi)細(xì)確定程序22等待著轉(zhuǎn)子對加載電流的反應(yīng)。如果該段時間沒有被用完，則細(xì)確定程序22返回到程序P4。如果該預(yù)定時間段被超出，則細(xì)確定程序22轉(zhuǎn)移到程序步驟P8。
當(dāng)細(xì)確定程序22在程序步驟P5中確定出現(xiàn)時值ΔФ與上一相位隨時間的變化值ΔФ*的差大于預(yù)定的“閾值”時，細(xì)確定程序22也進(jìn)行到程序步驟P8。
在程序步驟P8中，細(xì)確定程序22檢驗現(xiàn)時值ΔФ與上一相位隨時間的變化值ΔФ*的差是否等于零，并在不等于零時，檢驗是正的還是負(fù)的。由此它檢驗在兩個相繼的時間點之間是否已發(fā)生相對的相位隨時間的變化，當(dāng)發(fā)生時，檢驗是在何方向上。
如果現(xiàn)時值ΔФ與上一相位隨時間的變化值ΔФ*的差為正時，則該細(xì)確定程序22繼續(xù)轉(zhuǎn)移到程序步驟P9，在該步驟中，細(xì)確定程序22將變量J的值賦給變量R，因為轉(zhuǎn)子已沿順時針方向轉(zhuǎn)動。
如果該差值為零，則細(xì)確定程序22轉(zhuǎn)移到程序步驟P10，在該步驟中，細(xì)確定程序22將值J既賦給變量L也賦給變量R，因為轉(zhuǎn)子已不再轉(zhuǎn)動并且由此找到了相位值ФI。
如果該差值為負(fù)，則細(xì)確定程序22轉(zhuǎn)移到程序步驟P11，在該步驟中，細(xì)確定程序22將值J賦給變量L，因為轉(zhuǎn)子已沿逆時針方向轉(zhuǎn)動。
細(xì)確定程序22從程序步驟P9-P11繼續(xù)進(jìn)行到程序步驟P12，在該步驟中，細(xì)確定程序22檢驗是否變量L的值與變量R的值相一致。如果不一致，則細(xì)確定程序22據(jù)此就找到了精確的相位值ФI(見P10)。在此情況下，細(xì)確定程序22轉(zhuǎn)移到程序步驟P13，在該步驟中，細(xì)確定程序22根據(jù)下式確定出絕對相位ФIФI＝J/512×1/K－ΔФ*(14)式中，K是出自式(11)的幾何系數(shù)。如果值R與L不一致，則轉(zhuǎn)子還繼續(xù)轉(zhuǎn)動。據(jù)此，細(xì)確定程序22的當(dāng)前的程序循環(huán)先結(jié)束，并且該細(xì)確定程序22返回到上級控制程序12。
在特殊的情況下，其中，在電動機(jī)4上沒有靜負(fù)載——例如僅是水平軸必須運(yùn)動，并且在確定絕對相位的程序12期間有理由讓電動機(jī)進(jìn)行較大些的運(yùn)動，原則上可能的是整個確定程序12僅限于調(diào)用細(xì)確定程序22。在此情況下，在電動機(jī)4的每個被激勵的運(yùn)動后作一暫停，直到電動機(jī)4完全地達(dá)到靜止?fàn)顟B(tài)。接著將所測量的相位隨時間變化的瞬時值ΔФ作為在下一程序循環(huán)中確定實際相位的基礎(chǔ)。
在各個程序步驟中進(jìn)行的所有賦值或詢問均涉及到增量編碼器6，該編碼器6這樣地接線，即該編碼器6使無刷電動機(jī)4被供給式(5)-(7)所述的電流，其中，當(dāng)被測得的運(yùn)動或轉(zhuǎn)動為正或沿順時針方向運(yùn)行時，Ф(t)是單調(diào)上升的。在相反的情況下，在流程圖中具有*標(biāo)志的量的符號必須改變。此外，在此情況下ФI的表達(dá)式(14)將改變成ФI＝-J/512×1/K－ΔФ*(14a)附帶地，在圖1所示電路結(jié)構(gòu)2中的信息Ф在其被傳送到三相正弦波發(fā)生器10以前它的符號也應(yīng)改變。
圖4以概要形式表示粗確定程序24的流程圖。該粗確定程序24此外用于監(jiān)視無刷電動機(jī)4，使電動機(jī)4不產(chǎn)生不受控制的運(yùn)動。如果是這種不受控的情況時，粗確定程序24以一定的值使ФI變化，該值相當(dāng)于系數(shù)K1，與轉(zhuǎn)子的偏離速度成正比。該偏離速度在這里是一個衡量轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動角速度的標(biāo)準(zhǔn)。一旦無刷電動機(jī)4在其起始位置附近一定的范圍內(nèi)，其中，該一定的范圍用一系數(shù)K2作限界，粗確定程序24將保持實際求得的值ФI，并將一決定參數(shù)“粗確定程序”接到“結(jié)束”上。這表示，粗確定程序24告結(jié)束并從此時起僅還承擔(dān)安全監(jiān)視功能。當(dāng)無刷電動機(jī)4又產(chǎn)生偏離時，粗確定程序24才重新被調(diào)用，以便對相位ФI做更精確的估算。
作為轉(zhuǎn)子重新偏離的起始的“閾值”通過系數(shù)K3來規(guī)定。這里必須注意的是，當(dāng)電動機(jī)4——譬如通過“干擾”運(yùn)動時，為了解決問題，粗確定程序24僅能收斂。該“干擾”將主要是通過細(xì)確定程序22引起的。
粗確定程序24開始于程序步驟P1，在該步驟中，粗確定程序24詢問決定參數(shù)“粗確定程序”。如果該決定參數(shù)處于“結(jié)束”狀態(tài)，則該粗確定程序24轉(zhuǎn)移到程序步驟P9。否則粗確定程序24進(jìn)行到程序步驟P2。在該程序步驟P2中，粗確定程序24將現(xiàn)時的、離散的相位隨時間的變化質(zhì)ΔФN與在上一程序循環(huán)得到的離散的相位隨時間的變化值ΔФN－1相比較。如果現(xiàn)時值大于上一次的值，則粗確定程序24轉(zhuǎn)移到程序步驟P4。否則，它將繼續(xù)進(jìn)行到程序步驟P3，在此步驟中，它將進(jìn)行與在程序步驟P2中進(jìn)行相同的詢問。
如果在程序步驟P3中確定出，現(xiàn)時值小于上一次的值，則該粗確定程序24轉(zhuǎn)移到程序步驟P4，否則，在現(xiàn)時值等于上一次值的情況下，粗確定程序24告結(jié)束。
在程序步驟P4中，粗確定程序24將出現(xiàn)的、離散的、相位隨時間變化的最大值ΔФmax與實際的、相對的相位變化的符號相乘，并將其乘積與現(xiàn)時的、離散的、相位隨時間變化值ΔФN相比較。在前值小于后值時，該粗確定程序24轉(zhuǎn)移到程序步驟P5，在該步驟中，粗確定程序24將值ΔФmax置成等于現(xiàn)時的、離散的相位隨時間的變化值ΔФN。據(jù)此，粗確定程序24使出現(xiàn)的、離散的相位隨時間的變化的最大值ΔФmax始終置成最新狀態(tài)。否則，粗確定程序24繼續(xù)進(jìn)行到程序步驟P6。
在程序步驟P6中，粗確定程序24使絕對相位ФI的值接下式變化ФI＝ФI＋K1(ΔФn－ΔФn－1)(15)接著，粗確定程序24繼續(xù)進(jìn)行到程序步驟P7，在該步驟中，粗確定程序24將現(xiàn)時的、離散的、相位隨時間的變化量ΔФN與系數(shù)K2和出現(xiàn)的、離散的、相位隨時間的變化的最大量ΔФmax兩者的乘積相比較。如果前值小于后值，則粗確定程序24繼續(xù)進(jìn)行到程序步驟P8。否則，粗確定程序24告結(jié)束。
在程序步驟P8中，粗確定程序24將決定參數(shù)“粗確定程序”置成“結(jié)束”。
粗確定程序24從那里繼續(xù)進(jìn)行到程序步驟P9，在該步驟中，粗確定程序24重新進(jìn)行一次詢問。粗確定程序24在這里構(gòu)成現(xiàn)時的、離散的、相位隨時間的變化值ΔФn與出現(xiàn)的、離散的、相位隨時間變化的最大值ΔФmax的符號的乘積，并將該乘積與ΔФmax的量和一常數(shù)K3的和相比較。如果該乘積大于該和，則粗確定程序24繼續(xù)進(jìn)行到程序步驟P10。否則，該粗確定程序24告結(jié)束。
在程序步驟P10中，粗確定程序24將決定參數(shù)“粗確定程序”置成“未結(jié)束”。接著，粗確定程序24告結(jié)束。
在絕對相位確定程序12期間，位置與速度調(diào)節(jié)裝置對相位變化的反應(yīng)能力必須相對于無刷電動機(jī)4正常工作期間的位置及速度調(diào)節(jié)裝置的反應(yīng)能力——即沒有確定絕對相位的附加程序12運(yùn)行時的反應(yīng)能力——被衰減。對此基本上有兩個理由第一，粗確定程序24易于感受到對無刷電機(jī)4的突然的或急劇的運(yùn)動及過激勵，這將可能導(dǎo)致出現(xiàn)相位值ФI的很差的近似值。
第二，在粗確定程序24的前幾個程序循環(huán)期間，ФI的近似還不是非常精確的。因為位置及速度調(diào)節(jié)裝置8利用ФI的這個近似值，所以可能使無刷電機(jī)4沿與所需方向相反的方向運(yùn)動而使其處于失控。該粗確定程序24需要一定的時間才能找到ФI的合理近似值及使無刷電動機(jī)4置于控制之下。為了在該時間內(nèi)把不希望的電動機(jī)運(yùn)動減至最小，該位置及速度調(diào)節(jié)裝置8不得過于劇烈地作出反應(yīng)。
在正常工作期間及在確定程序12運(yùn)行期間，位置及速度調(diào)節(jié)裝置8應(yīng)以與電動機(jī)正常運(yùn)行時的方式相同的方式投入。由位置及速度調(diào)節(jié)裝置8提供的電流i最好根據(jù)傳統(tǒng)的數(shù)字PID型控制方式來確定。在第N次選代中的電流iN根據(jù)下列差分方程式來計算iN＝C1(Co(XN(ref)－XN(mot))＋VN(ref)－VN(mot))+C2/C1Co(iN－1)－C2/Co(VN－1(ref)－VN－1(mot))(16)式中VNO＝XNO－XN－10，XN(ref)，VN(ref)＝參考位置，參考速度，XN(mot)，VN(mot)＝電動機(jī)位置，速度反饋，C1，C2，Co＝系數(shù)。
這個附加的校正程序是用于檢測轉(zhuǎn)子位置可能的“滑動”并預(yù)先將其校正。這首先對于同步的多軸運(yùn)動是重要的。雖然式(16)未直接地表示出此點，但是積分分量僅由位置誤差帶有。
為了在粗確定程序24的起動階段提高位置及速度調(diào)節(jié)裝置8的上述衰減性能，必須使位置誤差放大器的權(quán)重因素相對于速度誤差放大器的權(quán)重因素(相當(dāng)于系數(shù)Co)極大地降低(與正常工作的值相比，譬如以加權(quán)系數(shù)50來降低)，而系數(shù)C1及C2幾乎保持不變。據(jù)此，使每測量間隔所產(chǎn)生的反應(yīng)減慢了。此外，位置誤差絕大部分由積分因子C2校正并由此與固有的時間常數(shù)有關(guān)。
同樣，在粗確定程序24中必須對一組系數(shù)K1，K2，K3作出仔細(xì)的選擇。
系數(shù)K1確定了粗確定程序的“目標(biāo)”，這就是說，從何時開始，ФI的近似值應(yīng)是得到了足夠精確地確定。據(jù)此，當(dāng)K1的值增大時，粗確定程序24加快收斂并據(jù)此加快結(jié)束。但該值增大也同時引起整個確定程序12運(yùn)行期間的不穩(wěn)定。
系數(shù)K2為粗確定程序確定，何時應(yīng)結(jié)束對ФI的一個更好的近似值的搜索。用接近于1的一個K2的值使粗確定程序24很快地結(jié)束在一個很不精確的ФI的近似值上。另一方面，用接近零的K2值時會出現(xiàn)不穩(wěn)定性。
最后，通過K3的值設(shè)置了閾值，從該閾值起重新調(diào)用該粗確定程序24，以便在粗確定程序24結(jié)束過一次之后找到ФI的更好近似值。閾值不應(yīng)選擇得太窄小，以便使整個機(jī)電系統(tǒng)留有一定的活動余地。
顯然，這些系數(shù)不是彼此無關(guān)的，應(yīng)在多個試驗或步驟中進(jìn)行最佳協(xié)調(diào)。但是這些系數(shù)的選擇并不象它們表現(xiàn)的那樣嚴(yán)格，因而例如對K1、K2及K3的一種確定選擇也可同樣令人滿意地用于不同的應(yīng)用場合(不同負(fù)載、摩擦等等)。
對于系數(shù)C1，C2及Co的選擇有利的是首先針對一個具有已知轉(zhuǎn)子位置的無刷電動機(jī)4，或針對一個可進(jìn)入已知絕對轉(zhuǎn)子位置的無刷電動機(jī)4做出對系數(shù)C1，C2和Co的選擇。
對各個系數(shù)的選擇也可借助模糊調(diào)節(jié)器來進(jìn)行。
權(quán)利要求
1.控制一個電動機(jī)、尤其是一個無刷電動機(jī)的方法，其中，電動機(jī)(4)的轉(zhuǎn)子相對于定子的絕對相位被確定，其方法為a)激勵轉(zhuǎn)子的一個或多個運(yùn)動，b)測量轉(zhuǎn)子相對于定子的具體的真實的相位變化(ΔФN)，c)由此推導(dǎo)出絕對相位(“ФI”)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1的方法，其特征在于，電動機(jī)(4)由一個位置及速度調(diào)節(jié)裝置(8)激勵。
3.根據(jù)權(quán)利要求2的方法，其特征在于，電動機(jī)(4)由一種正弦形或梯形的電流(i)激勵。
4.根據(jù)上述權(quán)利要求任一項的方法，其特征在于，對相位變化(ΔФN)借助于一種增量式的光學(xué)測量系統(tǒng)(6)來測量。
5.根據(jù)上述權(quán)利要求任一項的方法，其特征在于，按照一個細(xì)確定程序(22)及一個粗確定程序(24)進(jìn)行絕對相位的確定(12)，其中，在粗確定程序(24)中使轉(zhuǎn)子保持在一個預(yù)定的相位范圍中，尤其是保持在一確定的值上，及在細(xì)確定程序(22)中確定精確的絕對相位(“ФI”)。
6.根據(jù)權(quán)利要求5的方法，其特征在于，在細(xì)確定程序(22)中，絕對相位(“ФI”)通過折半查找方法來確定。
7.根據(jù)權(quán)利要求5或6的方法，其特征在于，在相位確定開始時，兩個程序(22，24)一直運(yùn)行到轉(zhuǎn)子取得一個預(yù)定的相位區(qū)域、尤其是一個相位值為止，然后，在粗確定程序(24)中僅對電動機(jī)的相位偏離失控進(jìn)行監(jiān)視。
8.根據(jù)權(quán)利要求5至7中一項的方法，其特征在于，在粗確定程序(24)中，根據(jù)測得的電動機(jī)(4)的轉(zhuǎn)子偏離速度或偏離加速度對轉(zhuǎn)子的待激勵運(yùn)動的量進(jìn)行選擇。
9.根據(jù)權(quán)利要求5至8中一項的方法，其特征在于，在細(xì)確定程序(22)中，電動機(jī)(4)持續(xù)地由位置及速度調(diào)節(jié)裝置(8)提供電流(i)。
10.根據(jù)權(quán)利要求5至9中一項的方法，其特征在于，在細(xì)確定程序(22)中重復(fù)地進(jìn)行a)首先選擇一個電流矢量并將其與由位置及速度調(diào)節(jié)裝置(8)預(yù)給定的一個電流矢量(i)相加，b)用所得到的電流矢量((iU，iV，iW))對電動機(jī)(4)供電，c)然后，對由此引起的轉(zhuǎn)子相位變化(ΔФN)進(jìn)行測量，d)在該變化的基礎(chǔ)上選擇另一個電流矢量以及確定絕對相位(“ФI”)。
11.根據(jù)權(quán)利要求10的方法，其特征在于，電流矢量((iU，iV，iW))的幅值被選擇為位置及速度調(diào)節(jié)裝置(8)的驅(qū)動電路的最大允許幅值。
12.根據(jù)權(quán)利要求5至11之一的方法，其特征在于，對在確定程序(12)期間允許其轉(zhuǎn)動的電動機(jī)(4)僅使用細(xì)確定程序(22)。
13.根據(jù)權(quán)利要求12的方法，其特征在于，轉(zhuǎn)子不被調(diào)節(jié)回到其初始的相位(ΔФO)上，而是將瞬時相位(ΔФN)選擇為用于確定絕對相位(“ФI”)的新起始值。
14.根據(jù)以上權(quán)利要求中一項的方法，其特征在于，對程序內(nèi)部參數(shù)使用模糊調(diào)節(jié)器來優(yōu)化。
15.用于控制一個電動機(jī)、尤其是一個無刷電動機(jī)(4)的裝置，具有a)一個激勵裝置(8，10，14)用于激勵轉(zhuǎn)子相對于定子的運(yùn)動；b)一個測量裝置(6)，用于測量轉(zhuǎn)子與定子之間的實際相位變化，c)一個估值裝置(12)，用于推導(dǎo)轉(zhuǎn)子相對于定子的絕對相位(“ФI”)。
16.根據(jù)權(quán)利要求15的裝置，其特征在于，測量裝置(6)是一個增量型光學(xué)測量系統(tǒng)。
17.根據(jù)權(quán)利要求15或16的裝置，其特征在于，激勵裝置(8，10，14)包括一個位置及速度調(diào)節(jié)裝置(8)。
18.根據(jù)權(quán)利要求17的裝置，其特征在于，位置及速度調(diào)節(jié)裝置(8)包括一個雙極性驅(qū)動電路。
19.根據(jù)權(quán)利要求15至18中一項的裝置，其特征在于，估值裝置(12)和/或激勵裝置(8，10，14)體現(xiàn)在一個可編程的程序組件中。
20.根據(jù)權(quán)利要求15至19中一項的裝置，其特征在于，具有一個用于優(yōu)化裝置內(nèi)部參數(shù)的模糊調(diào)節(jié)器。
21.權(quán)利要求15至20中一項所述的裝置的應(yīng)用，用于起動電動機(jī)、尤其是啟動無刷電動機(jī)(4)。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種控制電動機(jī)，尤其是控制無刷電動機(jī)的方法，其中，確定電動機(jī)(4)的轉(zhuǎn)子相對于定子的絕對相位，本發(fā)明還涉及一種配置的裝置。其特征在于，激勵轉(zhuǎn)子的一個或多個運(yùn)動，對轉(zhuǎn)子相對定子的具體的、實際的相位變化進(jìn)行測量，并由此推導(dǎo)出絕對相位。
文檔編號G05B19/29GK1127954SQ95115988
公開日1996年7月31日 申請日期1995年10月20日 優(yōu)先權(quán)日1994年10月21日
發(fā)明者R·蒙利昂 申請人:洛迦諾電子工業(yè)股份有限公司