專利名稱：驅動裝置和方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種驅動裝置和一種方法。
背景技術：
在EP0 179356中公開了一種用于調節(jié)感應式電機的方法。其中根據 該文中的附圖2,檢測電機上的電流和電壓。對此，由與電機的模型構造 相對應的調節(jié)結構形成磁通/通量(Fluss)的實際值的分量。這些分量一皮輸 入給磁通調節(jié)器，其輸出作為調節(jié)變量影響給電機供電的變流器/轉換器的 開關狀態(tài)。
在DE 1 941 312中公開了一種用于控制異步電機的方法，其中應用(多 個)霍爾傳感器3。
在DE 195 32 477 Al中公開了 一種用于啟動異步電動機的方法，其中 為了啟動將轉矩給定值/理論值預設為0。
在DE 199 752 Cl中公開了一種用于在異步電機上接通變換器的方法。

發(fā)明內容
因此，本發(fā)明的目的在于，改善電驅動裝置的調節(jié)性能。 根據本發(fā)明，該目的通過根據在權利要求1中所給出的特征的驅動裝 置以及根據在權利要求17中所給出的特征的方法來實現。
關于驅動裝置，本發(fā)明的重要特征在于，該驅動裝置包括由變換器供 電的電機，其中該變換器包括時間離散的調節(jié)結構，該調節(jié)結構通過調節(jié) 施加在電機上的電壓來調節(jié)電機的定子電流，其中以時間離散的方式來檢
5測電機的電流，其中所述調節(jié)結構包括一調節(jié)器，該調節(jié)器的實際值是電
流的第一電流分量，其中在該調節(jié)器的給定值規(guī)定值(Sollwertvorgabe) 之前連接至少 一個給定值限制器。
其中優(yōu)點在于，給定值限制器可以如此設計，使得不超過變換器的調 節(jié)極限，即例如由中間電路電壓決定的電壓調節(jié)極限。此外，該給定值限 制器還可如此設計，使得不存在明顯的反饋進而還不存在振蕩傾向。此夕卜， 盡管如此可以實現盡可能快速地調整給定值變化，并且由此改善電驅動裝 置的調節(jié)性能。特別是可以如此設計調節(jié)結構，使得實際值這樣變化，即 該實際值總是恰好在一個時間步長/步驟、亦即時間幀(Zeitraster)之后達 到施加在本來的調節(jié)器上的給定值，其中但該給定值可以由給定值限制器 的輸出信號產生。
在一種有利的設計方案中，在調節(jié)器的給定值規(guī)定值和給定值限制裝 置的輸出值之間設置一時間延遲元件，特別是用于僅延遲一個時間步長。 其中優(yōu)點在于，可以給調節(jié)器配備一預控制裝置，該預控制裝置主要調整 給定值的變化。因此，調節(jié)器僅還須調整無關緊要的誤差。
在一種有利的設計方案中，調節(jié)器配設有一預控制裝置，該預控制裝
置給調節(jié)器的輸出值加上一與給定值規(guī)定值在時間上的變化成比例的變 量。其中優(yōu)點在于，通過該預控制裝置就已經能很好地操控具有大致為積 分特性的調節(jié)對象，從而調節(jié)器僅須補償誤差和干擾量。
在一種有利的設計方案中，給定值限制裝置至少需要未延遲的給定值、 時間上延遲的給定值以及調節(jié)器的輸出值作為輸入變量。其中優(yōu)點在于， 給定值限制裝置可以如此設計，使得可以考慮變換器的調節(jié)極限，以及同 樣可以至少考慮調節(jié)對象(包括電機)的傳遞函數的主要部分。
在一種有利的設計方案中，調節(jié)器是無差拍/最小拍(Dead-Beat)調 節(jié)器，特別是與^L置在調節(jié)對象中的電機相配的無差拍調節(jié)器。其中優(yōu)點 在于，在調節(jié)器輸入端上的實際值僅在一個時間步長、亦即時間幀內就能 達到i殳置的給定值。
在一種有利的設計方案中，調節(jié)器是線性調節(jié)器，如P調節(jié)器、PI調
6節(jié)器或PID調節(jié)器，特別是具有預控制裝置。其中優(yōu)點在于，可應用簡單 而廉價的調節(jié)結構。
在一種有利的設計方案中，在一坐標系中由所檢測的電流來確定電流
分量。其中優(yōu)點在于，可以應用相匹配的坐標系，特別是隨同旋轉 (mitdrehend)的坐標系，從而計算消耗低。
在一種有利的設計方案中，變換器為每個電流分量包括一調節(jié)結構， 該調節(jié)結構與用于第一電流分量的調節(jié)結構相同。其中優(yōu)點在于，可在所 有電流分量中避免過沖。
在一種有利的設計方案中，預控制裝置設計成無差拍控制裝置，亦即 具有相對于設置在調節(jié)對象中的電機逆轉的特性，特別是其中在此不考慮 變換器的調節(jié)極限。其中優(yōu)點在于，可以以這種方式設計預控制裝置，使 得該預控制裝置在一個時間步長內就能消除實際變量與給定值變量的主要 誤差。
在一種有利的設計方案中，給定值限制器SB如此限制給定值，使得 不超出電壓調節(jié)極限，特別是其中這種情況如此發(fā)生，使得不產生其它的 缺點，如由于附加反饋引起的調節(jié)電路的不穩(wěn)定性。其中優(yōu)點在于，不出 現振蕩響應(Schwingverhalten),并且盡管如此仍可盡可能快速地且沒 有過沖地達到給定值。
在一種有利的設計方案中，給定值限制器如此設置，使得僅當輸出變 量、亦即所限制的給定值LSoll朝向未限制的給定值變化時，對給定值的 限制才起作用。其中優(yōu)點在于，抑制了反饋進而以及振蕩響應。
在一種有利的設計方案中，確定調節(jié)變量U和變換器的調節(jié)極限 U_max及U—min之間的差值，將該差值與系數1/K相乘并合計到時間上 延遲的、亦即時間上較早的給定值I一SollZl上，其中該總和作為最大值或 最小值(max、 min )輸入給限制器50,作為在時間上未延遲的給定值I一Soll 上有效的限制值。其中優(yōu)點在于，可以盡可能快速地且沒有過沖地達到給 定值。
在一種有利的設計方案中，限制器包括一延遲元件，該延遲元件使其
7輸出值延遲了至少一個時間步長、亦即時間幀，并且用于在限制器內部確 定變量。其中優(yōu)點在于，能抑制反饋和振蕩響應。
在一種有利的設計方案中，限制器包括用于抑制反饋的裝置。其中優(yōu) 點在于，減小了振蕩響應。
在一種有利的設計方案中，限制器具有最大值和最小值(max、 min) 以及時間上未延遲的給定值I一Soll作為輸入值，其中由max和input確定 較小的值，將該較小的值與限制器的時間上延遲的輸出值進行比較，它們 中的較大的值用作作用在input上的限制器元件的上限，其中由min和 input確定較大的值，將該較大的值與限制器的時間上延遲的輸出值進行比 較，它們中的較小的值用作作用在input上的限制器元件的下限。其中優(yōu) 點在于，限制值取決于調節(jié)器輸出變量，進而可以防止過沖。
在 一 種有利的設計方案中，限制器50的上限為 "，=。,"+ + ("■-、)，其中n表示時間步長的編號，("max )為電壓 調節(jié)極限，(、 )為調節(jié)器輸出變量U的值，K具有與在預控制裝置V 中相同的值。其中優(yōu)點在于，可以如此考慮調節(jié)對象的參數如K以及調節(jié)
極限U一max，使得可以抑制過沖。
關于方法，本發(fā)明的重要特征在于，該方法規(guī)定用于在由變換器供電 的電機中調節(jié)電才幾電流，其中以時間離散的方式實施該方法并且以時間離 散的方式檢測電機的定子電流，其中調節(jié)電機的定子電流，其中朝向給定 值規(guī)定值調節(jié)電流的第 一電流分量的實際值，其中給定值規(guī)定值是給定值 限制器的輸出，其中調節(jié)器的調節(jié)變量是施加在電機上的電壓。
其中優(yōu)點在于，該給定值限制器可以如此設計，使得該給定值限制器包括與調節(jié)對象和調節(jié)極限相關的參數。因此可以防止過沖。 其它的優(yōu)點在從屬權利要求中給出。
具體實施例方式
現在借助附圖更詳細地闡述本發(fā)明
在

圖1中示出了根據本發(fā)明的調節(jié)結構的示意圖。在此，在電機械例 如電機M上檢測電流實際值I_Ist。該檢測以時間離散的方式通過電流探 測裝置SA來進行，即在時間離散的調節(jié)器的每個時間步長進行一次。
因為機械的電流是多維變量，所以當機械具有三相供電裝置時，電流 必須作為矢量示出。
該矢量可在一坐標系如流線坐標系(Flusskoordinatensystem)、旋轉 坐標系等中示出。
其中在此坐標系中，附圖中的電流實際值I一Ist被理解為電流分量。
對于多個電流分量，才艮據圖1的調節(jié)結構可應用于所述電流分量中的 每一個。特別是才艮據圖1的調節(jié)結構絕對可以應用于作為IJst的、形成轉 矩的電流分量。
給定值I_Soll和實際值I—1st輸入給電流調節(jié)器/穩(wěn)流器，該電流調節(jié) 器根據調節(jié)誤差改變調節(jié)變量。在這種情況下，電壓、亦即電機M的供電 裝置的電壓矢量的值優(yōu)選為所述的調節(jié)變量。
在本發(fā)明中重要的是，用于調節(jié)器SR的給定值規(guī)定值在時間上延遲 地輸入給調節(jié)器。因為對于新的時刻已經知道新的給定值規(guī)定值，所以這 使得調節(jié)結構可以通過預控制裝置V以所希望的方式在時間上與新的給定 值規(guī)定值同步地影響調節(jié)器SR的輸出變量。然后這根據調節(jié)對象(包括 電機M)的物理定律引起所檢測的電流分量實際值IJST變化，該變化作 為實際值被輸入給調節(jié)器SR。如果考慮時間離散的調節(jié)結構，就可以清楚 地確定，調節(jié)器SR的實際值和給定值規(guī)定值屬于相同的時間幀、亦即時 間步長。
在本發(fā)明中特別有利的是，調節(jié)對象可以大致近似地被視為積分元件，因為電機總具有電感作為重要的性能。根據圖1，將由時間上延遲的給定值規(guī)定值和時間上未延遲的給定值規(guī)定值得出的差值、亦即給定值規(guī)定值
的變化輸入給預控制裝置V。當正確調整比例系數Kv時，由此直接地才莫仿調節(jié)對象的積分特性。調節(jié)器SR便僅須調整更小的誤差和干擾量。
概括來說，根據本發(fā)明的調節(jié)結構具有一調節(jié)器，該調節(jié)器的給定值規(guī)定值在時間上延遲地起作用，其中該調節(jié)器與在時間上無延遲地起作用的無差拍預控制裝置并聯。
在本發(fā)明中重要的還有，調節(jié)變量U為調節(jié)極限所決定，因為在給電機供電的變換器中不能產生任意高的電壓。盡管如此，在本發(fā)明中可以避免電流值的過沖，進而也可以避免達到電流極限以及與此相關的緊急停機和故障(錯誤)報告。
本來的調節(jié)器SR僅獲得被傳遞的延遲的給定值規(guī)定值，并將該給定值規(guī)定值與已較新至少一個時間步長的實際值變量進行比較。
在本發(fā)明中重要的是，處理預設的給定值I一Soll，并且首先將該處理的結果輸入至調節(jié)器。在此，應用給定值限制器SB。
這個給定值限制器SB防止超過調節(jié)變量的調節(jié)極限。對此，如此限制給定值，使得不超過電壓調節(jié)極限SG，其中這種情況如此出現，使得不產生其它的缺點，如由于附加反饋引起的調節(jié)電路的不穩(wěn)定性。
在此，給定值限制器SB將調節(jié)器的輸出變量U、未延遲的本來的給定值I—Soil以及時間上延遲的、亦即在時間上較早的給定值I_SollZl用作輸入變量。
在此，給定值限制器如此起作用，使得只有當輸出變量、亦即所限制的給定值I一Soll朝向未限制的給定值移動時，對給定值的限制才起作用。給定值限制器SB的輸出變量用I一SollLim來標注。
圖2示出了給定值限制器的一個具體的實施例，其中在圖3中示出了限制器50的一個實施例。
圖2示出，確定調節(jié)變量U和變換器的調節(jié)極限U—max以及U一min之間的差值，將該差值與系數1/K相乘并合計到時間上延遲的、亦即時間
10上較早的給定值I_SollZl上。該結果作為最大值或最小值(max、 min)輸入給限制器50。此外，時間上未延遲的給定值I一Soll還作為輸入變量input輸入給限制器50。
圖2考慮了以下關系式，
^s?！╩ax，" - 4。〃，rt-l +尺 ("max ，
其中n表示時間步長的編號，("max )為電壓調節(jié)極限，(s )為調節(jié)器輸出變量U的值，K具有與在預控制裝置V中相同的值。類似的關系式適用于下限制。
限制器50在圖3中更詳細地示出。
由input和max確定較小的值。然后，由該較小的值和限制器50的時間上延遲的輸出值確定較大的值。這個值便起上限值的作用。
同樣，由input和min確定較大的值。然后，由該較大的值和限制器50的時間上延遲的輸出值確定較小的值。這個值便起下限值的作用。
在此，在限制器元件61中，input對上限值和下限值起作用。
也可應用已知的常見的限制器元件作為圖2中的限制器50，該限制器元件根據極限值max和min來限制input。然而在這種情況下，調節(jié)結構的振蕩響應或許可能由于固有反饋而發(fā)生。因此有利的是，根據圖3設計限制器50。然而還可以實施其它的抑制振蕩的措施。
在圖4中示出了變量的值的示例性曲線，其中給定值限制在指令變量階躍時起作用。所限制的給定值如此精確地變化，使得實際值在一個探測幀后達到該給定值。由此，調節(jié)器SR的調節(jié)誤差在整個跟蹤/制導(Nachftthrung)期間保持為0，并且調節(jié)器SR的積分器不改變其值。由此防止了實際值的過沖。
在一種根據本發(fā)明的優(yōu)選實施例中，時間上的延遲恰好設計為時間離散的調節(jié)結構的一個時間步長、亦即時間幀。
調節(jié)器優(yōu)選i殳計為時間離散的無差拍調節(jié)器。在此，該調節(jié)器如此設計，使其在一個時間步長內就已經能調整調節(jié)誤差。當調節(jié)器具有Z變換形式1/(WG(z))的傳遞函數時(其中G為調節(jié)對象的傳遞函數)，則至少實現了前面所述的情況。
附圖標記表
I—Soil給定值
I一Ist實際值
I—SollLim給定值限制器SB的輸出變
U作為調節(jié)變量的電壓
SR電流調節(jié)器
SA電流探測裝置
V預控制裝置
R調節(jié)器
M電機
SG電壓調節(jié)極限
SB給定值限制器
50限制器
61限制器元件
權利要求
1.一種驅動裝置，包括由變換器供電的電機，其中所述變換器包括時間離散的調節(jié)結構，所述調節(jié)結構通過調節(jié)施加在電機上的電壓來調節(jié)電機的定子電流，其中以時間離散的方式檢測電機的電流，其特征在于，所述調節(jié)結構包括一調節(jié)器，所述調節(jié)器的實際值是電流的第一電流分量，其中在所述調節(jié)器的給定值規(guī)定值之前連接有至少一個給定值限制器。
2. 根據權利要求l所述的驅動裝置，其特征在于，在所述調節(jié)器的 給定值規(guī)定值和給定值限制裝置的輸出值之間設置有 一 時間延遲元件，特 別是用于僅延遲一個時間步長。
3. 根據前述權利要求中至少一項所述的驅動裝置，其特征在于，所 述調節(jié)器配設有 一預控制裝置，所述預控制裝置給調節(jié)器的輸出值加上與 給定值規(guī)定值在時間上的變化成比例的變量。
4. 根據前述權利要求中至少一項所述的驅動裝置，其特征在于，所 述給定值限制裝置至少需要未延遲的給定值、時間上延遲的給定值以及調 節(jié)器的輸出值作為輸入變量。
5. 根據前述權利要求中至少一項所述的驅動裝置，其特征在于，所 述調節(jié)器是無差拍調節(jié)器，特別是與設置在調節(jié)對象中的電機相配的無差 拍調節(jié)器。
6. 根據前述權利要求中至少一項所述的驅動裝置，其特征在于，所 述調節(jié)器為線性調節(jié)器，如P調節(jié)器、PI調節(jié)器或者PID調節(jié)器，特別是 具有預控制裝置。
7. 根據前述權利要求中至少一項所述的驅動裝置，其特征在于，在 一坐標系中由所檢測的電流確定電流分量。
8. 根據前述權利要求中至少一項所述的驅動裝置，其特征在于，所 述變換器為每個電流分量包括一調節(jié)結構，所述調節(jié)結構與用于第一電流 分量的調節(jié)結構相同。
9. 根據前述權利要求中至少一項所述的驅動裝置，其特征在于，所述預控制裝置設計為無差拍控制裝置，亦即具有相對于設置在調節(jié)對象中 的電機逆轉的特性，特別是其中在此不考慮變換器的調節(jié)極限。
10. 根據前述權利要求中至少一項所述的驅動裝置，其特征在于，所 述給定值限制器(SB)限制給定值，使得不超出電壓調節(jié)極限，特別是其 中這種情況如此發(fā)生，使得不產生其它的缺點、如由于附加反饋引起的調 節(jié)電路的不穩(wěn)定性。
11. 根據前述權利要求中至少一項所述的驅動裝置，其特征在于，所 述給定值限制器設置成，使得僅當輸出變量、亦即所限制的給定值(I一Soil) 朝向未限制的給定值變化時，對給定值的限制才起作用。
12. 根據前述權利要求中至少一項所述的驅動裝置，其特征在于，確 定調節(jié)變量U和所述變換器的調節(jié)極限U_max以及U_min之間的差值， 將該差值與系數1/K相乘并合計到時間延遲的、亦即時間較早的給定值 I一SollZl上，其中所述總和作為最大值或最小值(max、 min)輸入給限制 器(50)，作為在時間上未延遲的給定值I—Soll上有效的限制值。
13. 根據前述權利要求中至少一項所述的驅動裝置，其特征在于，所 述限制器(50 )包括一延遲元件，所述延遲元件使其輸出值延遲了至少一 個時間步長、亦即時間幀，并用于在所述限制器(50)內部確定變量。
14. 根據前述權利要求中至少一項所述的驅動裝置，其特征在于，所 述限制器(50)包括用于抑制反饋的裝置。
15. 根據前述權利要求中至少一項所述的驅動裝置，其特征在于，所 述限制器(50)具有最大值和最小值(max、 min )以及時間上未延遲的給 定值I一Soll作為輸入值，其中由max和input確定較小的值，將該較小的 值與限制器(50)的時間上延遲的輸出值進行比較，并且該較小的值和該 輸出值中的較大的值用作作用在input上的限制器元件(61)的上限，其 中由min和input確定較大的值，將該較大的值與限制器(50)的時間上 延遲的輸出值進行比較，并且該較大的值和該輸出值中的較小的值用作作 用在input上的限制器元件(61)的下限。
16. 根據前述權利要求中至少一項所述的驅動裝置，其特征在于，所述限制器(50)的上限為 Go〃max," 一 Zj。〃，"一l .("應—^,")，其中n表示時間步長的編號，)為電壓調節(jié)極限，(^)為調節(jié)器輸出變量u的值，K具有與在預控制裝置V中相同的值。
17. —種用于在由變換器供電的電機中調節(jié)電機電流的方法，其中以時間離散的方式實施所述方法并且以時間離散的方式檢測電機的定子電流，其中調節(jié)電機的定子電流，其特征在于，朝向給定值規(guī)定值調節(jié)電流的第一電流分量的實際值，其中所述給定值規(guī)定值是給定值限制器的輸出，其中所述調節(jié)器的調節(jié)變量是施加在電機上的電壓。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種驅動裝置和方法，該驅動裝置包括由變換器供電的電機，其中所述變換器包括時間離散的調節(jié)結構，該調節(jié)結構通過調節(jié)施加在電機上的電壓來調節(jié)電機的定子電流，其中以時間離散的方式檢測電機的電流，其中所述調節(jié)結構包括一調節(jié)器，該調節(jié)器的實際值是電流的第一電流分量，其中在所述調節(jié)器的給定值規(guī)定值之前連接有至少一個給定值限制器。
文檔編號H02P21/00GK101496275SQ200780027863
公開日2009年7月29日 申請日期2007年7月17日 優(yōu)先權日2006年8月1日
發(fā)明者T·舒斯特, W·哈默爾 申請人:索尤若驅動有限及兩合公司