專利名稱：用于永磁同步電機驅動的轉子角度估計的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及電機驅動控制，更具體地說，本發(fā)明涉及在永磁同步電機驅動中估計轉子角度的技術。
背景技術：
通常，為了穩(wěn)定運行具有正弦波電流激勵的永磁AC(交流)電機，需要轉子位置信息。過去，利用安裝在電機轉軸上的編碼器獲得連續(xù)的轉子位置，或者通過基于電壓和電流反饋的估計算法來間接地獲得連續(xù)的轉子位置。后一種方法是優(yōu)選的，因為它可以降低系統(tǒng)和運行成本。
然而，大多數(shù)無源轉子估計解決方案(基于測得的電壓和電流)復雜，而且要求精確地知道諸如電阻和電感的電機參數(shù)。然而，這些參數(shù)，尤其是定子電阻，隨溫度的變化大。這樣導致轉子角度估計不準確，而且產生了控制穩(wěn)定性的問題，以致降低了每安培的轉矩能力，而且降低了電機的工作效率。
因此，需要有一種能夠提供最大每安培轉矩性能而無需精確知道定子電阻或其他電機參數(shù)的轉子角度估計方案發(fā)明內容本發(fā)明提供了一種估計轉子角度信息以用于控制具有正弦波反電動勢(back EMF)的永磁交流電機的新穎方法。
利用接收轉子磁通量估計值的鎖相環(huán)(具有相位誤差補償)來估計所述轉子角度。根據(jù)定子電壓(實際電壓或命令電壓)、電流、電阻和電感來獲得所述轉子磁通量。
然后，利用新的角度誤差校正器來消除轉子角度估計誤差(定子電阻隨溫度發(fā)生變化)。所述校正器基于無功功率補償而且對電阻變化不敏感。此外，所述角度校正器的參考模型僅需要一個電感參數(shù)。
附圖的簡要說明

圖1示出了包括本發(fā)明實施例的PMSM控制系統(tǒng)的方框圖。
圖2示出了圖1所示轉子角度估計器的更詳細的方框圖。
圖3示出了與圖2所示方框圖有關的轉子磁通量估計器的電路圖。
圖4示出了圖1所示轉子角度校正器的更詳細的示意圖。
圖5示出了無功功率誤差與轉子角度誤差之間的關系，其中每一個都被統(tǒng)一至電機額定功率。
附圖的詳細說明如圖1至5所示的本發(fā)明涉及一種以固件方式實現(xiàn)的電機控制算法。然而，本發(fā)明的范圍包括硬件、固件和軟件的任意組合實施方式，這些方式都應屬于本技術領域內的普通技術。
圖1示出該控制方法的方框圖。d軸的取向與轉子的磁軸一致(在文獻中使用的常規(guī)方式)。
下表是圖1中列出的各個量的定義。

圖2詳細示出了圖1所示的轉子角度估計模塊。輸入FLX_A和FLX_B是通過對電機反饋emf(電動勢)進行非理想積分(non-ideaintegration)獲得的轉子磁通量，該電機反饋emf由定子電流、電壓、電阻以及電感形成，如圖3所示。在圖中，Tf表示非理想積分器的時間常數(shù)。
請注意，到圖3所示磁通量估計器的輸入(V_A、V_B、I_A和I_B)簡單地為3相(ia、ib、Vab、Vbc)到2相的變換信號。
轉子角度估計器(圖2)采用了新穎的磁通量鎖相環(huán)系統(tǒng)。頻率前饋電路F對由于非理想積分定子電壓而產生的相位誤差進行補償，在圖3中對定子電壓進行非理想積分是為了獲得磁通量。非理想積分所產生的相位誤差在電路F中得到了完全補償。
然后，利用以下將結合圖4進行說明的轉子角度校正器系統(tǒng)對因為電阻而產生的估計誤差進行補償。
圖4詳細示出了圖1所示的轉子角度校正器電路。當估計的轉子角度(圖1)與實際轉子角度相配時，輸入到電機的無功功率(Q)的參考值等于1.5*We*(C_Lq*I*I+Flx_M*id+(C_Ld-C_Lq)*id*id)然而，請注意，對于永磁表面安裝(PMSM)電機而言，d軸和q軸中的氣隙磁阻相同。因此，id＝0且Ld＝Lq。因此，參考無功功率的上述公式可被簡化為1.5*We*(C_Lq*I*I)然后，利用以下公式計算僅由電壓和電流形式表達的實際電機無功功率(Q)Q＝1.5*(Vq*Id-Vd*Iq)。
在上述公式中C_Ld-d軸電感C_Lq-q軸電感I-定子電流幅度FLX_M-轉子磁體的等效磁通匝連數(shù)(flux linkage)Q-終端無功功率，并且
We(歐米伽e)-定子基頻。
由于C_Ld＝C_Lq，所以僅利用一個電感參數(shù)(Lq或Ld)就可以實現(xiàn)轉子角度校正。在本例中使用Lq。當然，本技術領域內的普通技術人員應該能夠預見到，本發(fā)明還適用于其他類型的電機，例如其中Ld不等于Lq的內裝式永磁電機。
如果估計的轉子角度與實際轉子角度相配，則滿足下面的關系(Vq*id-Vd*iq)-We*C_Lq*I*I＝0這樣，Q與(We*C_Lq*I*I)之間的無功功率誤差(圖5中的縱軸)可被用于消除任何轉子角度誤差(圖5中的橫軸)，從而即使當磁通量估計器內采用的電阻參數(shù)中存在誤差時仍可以保持每安培的最大轉矩(圖3)。
盡管結合本發(fā)明的特定實施例對本發(fā)明進行了描述，但是對本領域的熟練技術人員而言，許多其他變換、修改以及其他用途都是顯而易見的。因此，本發(fā)明并不局限于在此具體公開的內容。
權利要求書(按照條約第19條的修改)1.一種在電機驅動控制中確定轉子角度的方法，包括以下步驟a)確定電機中的轉子磁通量；b)根據(jù)所述轉子磁通量估計所述轉子角度；以及c)根據(jù)輸入到所述電機的無功功率對所述估計的轉子角度進行校正。
2.根據(jù)權利要求1所述的方法，其特征在于，所述步驟(a)包括對定子電壓值和電流值進行非理想積分的步驟。
3.根據(jù)權利要求2所述的方法，其特征在于，所述步驟(b)包括通過具有相位補償(F)的PLL電路對由所述非理想積分引致的相位誤差進行校正的步驟。
4.根據(jù)權利要求1所述的方法，其特征在于，所述步驟(c)包括以下步驟利用1.5*We*(C_Lq*I*I)計算第一無功功率輸入值，利用1.5*(Vq*id-Vd*Iq)計算第二無功功率輸入值；確定所述第一無功功率輸入值與第二無功功率輸入值之間的差值；以及將所述差值應用于所述步驟(b)中估計的轉子角度以獲得校正的轉子角度。
5.一種在電機驅動控制中確定轉子角度的方法，包括以下步驟a)確定所述電機中的轉子磁通量；以及b)根據(jù)所述轉子磁通量估計所述轉子角度；其中，所述步驟(a)包括對定子電壓值和電流值進行非理想積分的步驟。
6.根據(jù)權利要求5所述的方法，其特征在于，所述步驟(b)包括通過具有相位補償(F)的PLL電路對由所述非理想積分引致的相位誤差進行校正的步驟。
7.一種在電機驅動控制中確定轉子角度的方法，包括以下步驟估計轉子角度；以及根據(jù)輸入到所述電機的無功功率對所述估計的轉子角度進行校正。
8.根據(jù)權利要求7所述的方法，其特征在于，所述校正步驟包括以下步驟利用We*(C_Lq*I*I)計算第一無功功率輸入值，利用(Vq*id-Vd*Iq)計算第二無功功率輸入值；確定所述第一無功功率輸入值與第二無功功率輸入值之間的差值；以及將所述差值應用于所述估計的轉子角度以獲得校正的轉子角度。
9.一種在電機驅動控制中確定轉子角度的系統(tǒng)，包括a)第一電路，用于確定所述電機中的轉子磁通量；b)第二電路，用于根據(jù)所述轉子磁通量估計所述轉子角度；以及c)第三電路，用于根據(jù)輸入到所述電機的無功功率對所述估計的轉子角度進行校正。
10.根據(jù)權利要求9所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述第一電路對定子電壓值和電流值執(zhí)行非理想積分。
11.根據(jù)權利要求10所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述第二電路通過具有相位補償(F)的PLL電路對由所述非理想積分引致的相位誤差進行校正。
12.根據(jù)權利要求9所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述第三電路
利用1.5*We*(C_Lq*I*I)計算第一無功功率輸入值，利用1.5*(Vq*id-Vd*Iq)計算第二無功功率輸入值；確定所述第一無功功率輸入值與第二無功功率輸入值之間的差值；以及將所述差值應用于由所述第二電路估計的轉子角度以獲得校正的轉子角度。
13.一種在電機驅動控制中確定轉子角度的系統(tǒng)，包括a)第一電路，用于確定所述電機中的轉子磁通量；以及b)第二電路，用于根據(jù)所述轉子磁通量估計所述轉子角度；其中，所述第一電路對定子電壓值和電流值執(zhí)行非理想積分。
14.根據(jù)權利要求13所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述第二電路通過具有相位補償(F)的PLL電路對由所述非理想積分引致的相位誤差進行校正。
15.一種在電機驅動控制中確定轉子角度的系統(tǒng)，包括用于估計轉子角度的電路；以及用于根據(jù)輸入到所述電機的無功功率對所述估計的轉子角度進行校正的電路。
16.根據(jù)權利要求15所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述校正電路利用We*(C_Lq*I*I)計算第一無功功率輸入值，利用(Vq*id-Vd*Iq)計算第二無功功率輸入值；確定所述第一無功功率輸入值與第二無功功率輸入值之間的差值；以及將所述差值應用于所述估計的轉子角度以獲得校正的轉子角度。
17.根據(jù)權利要求9和13之一所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述系統(tǒng)連接到所述電機的終端，用以測量所述轉子磁通量。
18.根據(jù)權利要求17所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述電機是永磁表面安裝電機。
19.根據(jù)權利要求9和15之一所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述系統(tǒng)連接到所述電機的終端，用以測量所述無功功率輸入。
20.根據(jù)權利要求19所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述電機是永磁表面安裝電機。
21.根據(jù)權利要求13所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述系統(tǒng)連接到所述電機的終端，用以測量所述定子電壓電流值。
22.根據(jù)權利要求21所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述電機是永磁表面安裝電機。
權利要求
1.一種在電機驅動控制中確定轉子角度的方法，包括以下步驟a)確定電機中的轉子磁通量；b)根據(jù)所述轉子磁通量估計所述轉子角度；以及c)根據(jù)輸入到所述電機的無功功率對所述估計的轉子角度進行校正。
2.根據(jù)權利要求1所述的方法，其特征在于，所述步驟(a)包括對定子電壓值和電流值進行非理想積分的步驟。
3.根據(jù)權利要求2所述的方法，其特征在于，所述步驟(b)包括通過具有相位補償(F)的PLL電路對由所述非理想積分引致的相位誤差進行校正的步驟。
4.根據(jù)權利要求1所述的方法，其特征在于，所述步驟(c)包括以下步驟利用1.5*We*(C_Lq*I*I)計算第一無功功率輸入值，利用1.5*(Vq*id-Vd*Iq)計算第二無功功率輸入值；確定所述第一無功功率輸入值與第二無功功率輸入值之間的差值；以及將所述差值應用于所述步驟(b)中估計的轉子角度以獲得校正的轉子角度。
5.一種在電機驅動控制中確定轉子角度的方法，包括以下步驟a)確定所述電機中的轉子磁通量；以及b)根據(jù)所述轉子磁通量估計所述轉子角度；其中，所述步驟(a)包括對定子電壓值和電流值進行非理想積分的步驟。
6.根據(jù)權利要求5所述的方法，其特征在于，所述步驟(b)包括通過具有相位補償(F)的PLL電路對由所述非理想積分引致的相位誤差進行校正的步驟。
7.一種在電機驅動控制中確定轉子角度的方法，包括以下步驟估計轉子角度；以及根據(jù)輸入到所述電機的無功功率對所述估計的轉子角度進行校正。
8.根據(jù)權利要求7所述的方法，其特征在于，所述校正步驟包括以下步驟利用We*(C_Lq*I*I)計算第一無功功率輸入值，利用(Vq*id-Vd*Iq)計算第二無功功率輸入值；確定所述第一無功功率輸入值與第二無功功率輸入值之間的差值；以及將所述差值應用于所述估計的轉子角度以獲得校正的轉子角度。
全文摘要
一種在電機驅動控制中確定轉子角度的方法，方法包括以下步驟a)確定電機中的轉子磁通量；b)根據(jù)轉子磁通量估計轉子角度；以及c)根據(jù)輸入到電機的無功功率對估計的轉子角度進行校正。步驟(a)可包括對定子電壓值和電流值進行非理想積分的步驟。步驟(b)可包括通過具有相位補償(F)的PLL電路對由非理想積分引致的相位誤差進行校正的步驟。步驟(c)可包括以下步驟(1)利用1.5＊We＊(C_Lq＊I＊I)計算第一無功功率輸入值，利用1.5＊(Vq＊id－Vd＊Iq)計算第二無功功率輸入值；(2)確定第一無功功率輸入值與第二無功功率輸入值之間的差值；以及(3)將差值應用于在步驟(b)中估計的轉子角度以獲得校正的轉子角度。
文檔編號H02P21/00GK1586034SQ02822467
公開日2005年2月23日 申請日期2002年11月12日 優(yōu)先權日2001年11月12日
發(fā)明者埃迪·英賢·何 申請人:國際整流器公司