在功率變換器中實(shí)現(xiàn)的、識(shí)別與電動(dòng)機(jī)磁飽和有關(guān)的參數(shù)的控制方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種在功率變換器中實(shí)現(xiàn)的控制方法，其中功率變換器包括連接至具有永磁鐵的同步電動(dòng)機(jī)（M）的逆變器（INV），在功率變換器中用電動(dòng)機(jī)中的電流的數(shù)學(xué)模型來(lái)模型化所述電動(dòng)機(jī)（M），基于磁飽和參數(shù)（αx,y）來(lái)表示通量電流（ISd）和轉(zhuǎn)矩電流（ISq）?？刂品椒òㄔ趯W(xué)習(xí)過(guò)程期間識(shí)別磁飽和參數(shù)，具體地包括施加沿著通量的軸和/或轉(zhuǎn)矩的軸的靜態(tài)電壓信號(hào)和高頻電壓信號(hào)，以便引起通量的軸上和/或轉(zhuǎn)矩的軸上的電流的振蕩。
【專利說(shuō)明】在功率變換器中實(shí)現(xiàn)的、識(shí)別與電動(dòng)機(jī)磁飽和有關(guān)的參數(shù)的控制方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種在連接至具有永磁鐵的同步電動(dòng)機(jī)的功率變換器中實(shí)現(xiàn)的、使得能夠識(shí)別與電動(dòng)機(jī)的磁飽和有關(guān)的參數(shù)的控制方法。本發(fā)明的方法還使得能夠在控制電動(dòng)機(jī)中采用所述參數(shù)。
【背景技術(shù)】
[0002]近來(lái)，在可變速驅(qū)動(dòng)類型的功率變換器中，在被采用來(lái)檢查或識(shí)別電動(dòng)機(jī)的參數(shù)的電動(dòng)機(jī)模型中通常不考慮磁飽和。但是，在目前大部分可變速驅(qū)動(dòng)中，在電動(dòng)機(jī)的磁飽和的情況下存在設(shè)置使用其來(lái)最優(yōu)化輸出轉(zhuǎn)矩的參數(shù)的可能性。此參數(shù)與在執(zhí)行控制中所施加的默認(rèn)的固定的角度校正相對(duì)應(yīng)。
[0003]文獻(xiàn)JP2010246318描述了在磁飽和的情況下最優(yōu)化轉(zhuǎn)矩的解決方案。此解決方案在于通過(guò)考慮作為轉(zhuǎn)子和定子之間的互感的函數(shù)的飽和度曲線，來(lái)校正通量電流和轉(zhuǎn)矩電流。此文獻(xiàn)沒(méi)有提出用于識(shí)別與電動(dòng)機(jī)的磁飽和有關(guān)的參數(shù)的任何解決方案。
[0004]標(biāo)題為“Measurement and Adaptative Decoupling of Cross SaturationEffects and Secondary Saliencies in Sensorless-Controlled IPM SynchronousMachines (無(wú)傳感器控制的IPM同步機(jī)中的交叉飽和效應(yīng)以及次要特點(diǎn)的測(cè)量和適應(yīng)性去耦)” (David Reigosa 等-XP031146253，ISBN:978-1-4244-1259_4)的公開(kāi)呈現(xiàn)了 同步機(jī)中磁飽和的影響。在此文獻(xiàn)中提出的方法依賴于中性(neural)網(wǎng)絡(luò)。此方法需要很多計(jì)算，因此難以實(shí)現(xiàn)。
[0005]從標(biāo)題為“ImprovedRotor Position Estimation by Signal InjectionBrushless AC Motors, Accounting for Cross-Coupling Magnetic Saturation (考慮交叉耦合磁飽和的、通過(guò)信號(hào)注入無(wú)刷AC電動(dòng)機(jī)的改進(jìn)的轉(zhuǎn)子位置估計(jì))” (Li Y等-XP031146247，ISBN:978-1-4244-1259-4)的公開(kāi)，已知確定電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)子和定子之間的相互磁飽和(“交叉耦合”)的影響的方法。此方法應(yīng)用于無(wú)刷電動(dòng)機(jī)，而不能適用于具有永磁鐵的同步電動(dòng)機(jī)。實(shí)踐中，為了能夠控制永磁鐵同步電動(dòng)機(jī),有必要表征所有的磁飽和現(xiàn)象，即定子和轉(zhuǎn)子之間的相互磁飽和、還有轉(zhuǎn)子和定子的固有磁飽和。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]本發(fā)明的目的是提出一種用于識(shí)別與永磁鐵同步電動(dòng)機(jī)的磁飽和有關(guān)的參數(shù)的簡(jiǎn)單和可靠的控制方法，以便隨后在磁飽和的情況下使用它們來(lái)最優(yōu)化轉(zhuǎn)矩。本發(fā)明的方法使得有可能識(shí)別與轉(zhuǎn)子和定子的相互磁飽和有關(guān)還與其固有飽和有關(guān)的參數(shù)。
[0007]通過(guò)在功率變換器中實(shí)現(xiàn)的控制方法來(lái)實(shí)現(xiàn)此目的，其中功率變換器包括連接至永磁鐵同步電動(dòng)機(jī)(M)的逆變器，在功率變換器中用電動(dòng)機(jī)的電流的數(shù)學(xué)模型來(lái)模型化所述電動(dòng)機(jī)，其將通量電流和轉(zhuǎn)矩電流表示為磁飽和參數(shù)的函數(shù)。控制方法包括:
[0008]-向電動(dòng)機(jī)施加電壓序列，導(dǎo)致通量的軸上和/或轉(zhuǎn)矩的軸上的電流的振蕩的步驟，其中電壓序列包括沿著電動(dòng)機(jī)的通量的軸和/或轉(zhuǎn)矩的軸的穩(wěn)態(tài)電壓信號(hào)和高頻電壓信號(hào)，
[0009]-測(cè)量在通量的軸上和/或轉(zhuǎn)矩的軸上獲得的電流的振蕩的步驟，
[0010]-確定作為所述電流的振蕩的函數(shù)的磁飽和參數(shù)的步驟。
[0011]為了推導(dǎo)出磁飽和參數(shù)，本發(fā)明中實(shí)現(xiàn)的方法證明特別簡(jiǎn)單，因?yàn)樗鼉H要求基本的計(jì)算。它是在電動(dòng)機(jī)停止時(shí)執(zhí)行，并且不使用任何位置傳感器。注入的電壓不會(huì)導(dǎo)致電動(dòng)機(jī)的任何旋轉(zhuǎn)。
[0012]根據(jù)特定的特征，確定磁飽和參數(shù)的步驟包括提取所獲得的電流的振蕩的幅度的步驟。
[0013]根據(jù)另一特定的特征，確定磁飽和參數(shù)的步驟包括估計(jì)作為所獲得的電流的振蕩的幅度的函數(shù)的所述磁飽和參數(shù)的步驟。
[0014]根據(jù)另一特定特征，電壓序列包括:
[0015]-在轉(zhuǎn)矩的軸上施加穩(wěn)態(tài)電壓信號(hào)以及在通量的軸上施加高頻電壓信號(hào)的步驟，或者
[0016]-在通量的軸上施加穩(wěn)態(tài)電壓信號(hào)以及在轉(zhuǎn)矩的軸上施加高頻電壓信號(hào)的步驟。
[0017]根據(jù)另一特定特征，電動(dòng)機(jī)的數(shù)學(xué)模型是漢彌爾頓-拉格朗日類型。
[0018]根據(jù)另一特定特征，該方法包括使用所述飽和參數(shù)來(lái)確定存在于控制標(biāo)記的位置與電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)子的位置之間的角度誤差的校正，其中通過(guò)通量的軸和轉(zhuǎn)矩的軸來(lái)定義控制標(biāo)記的位置。
[0019]根據(jù)另一特定特征，向角度誤差施加所述校正。根據(jù)不同的實(shí)施例，向確定為用于控制法則的輸入的參考通量電流和參考轉(zhuǎn)矩電流施加校正。
[0020]本發(fā)明涉及包括連接至永磁鐵同步電動(dòng)機(jī)的逆變器的功率變換器，在功率變換器中用電動(dòng)機(jī)的電流的數(shù)學(xué)模型來(lái)模型化所述電動(dòng)機(jī)，數(shù)學(xué)模型將通量電流和轉(zhuǎn)矩電流表示為磁飽和參數(shù)的函數(shù)。功率變換器包括:控制裝置，被布置為向電動(dòng)機(jī)施加電壓序列，以便引起通量的軸上和/或轉(zhuǎn)矩的軸上的電流的振蕩，其中電壓序列包括沿電動(dòng)機(jī)的通量的軸和/或轉(zhuǎn)矩的軸的穩(wěn)態(tài)電壓信號(hào)和高頻電壓信號(hào)；用于測(cè)量在通量的軸上和/或轉(zhuǎn)矩的軸上獲得的電流的振蕩的裝置；用于確定作為所述電流的振蕩的函數(shù)的磁飽和參數(shù)的裝置。例如，此功率變換器是可變速驅(qū)動(dòng)器。
【專利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0021]在參照作為例子給出的實(shí)施例并通過(guò)附圖表示的下面的詳細(xì)描述中，其他特征和優(yōu)點(diǎn)將顯現(xiàn)，在附圖中:
[0022]圖1A至1C、2A至2C、3A至3C和4A至4C分別以圖形的形式表示使得可以識(shí)別與電動(dòng)機(jī)的磁飽和有關(guān)的參數(shù)所施加的電壓序列、所獲得的電流響應(yīng)以及振蕩的幅度的表
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[0023]圖5A和5B給出高頻電壓信號(hào)的注入和所獲得的電流振蕩的簡(jiǎn)化表示。
[0024]圖6表示采用與電動(dòng)機(jī)的磁飽和有關(guān)的參數(shù)的控制框圖。
【具體實(shí)施方式】[0025]本發(fā)明涉及在連接至永磁鐵同步電動(dòng)機(jī)M (稱為“PMSM”)的、可變速驅(qū)動(dòng)器類型的功率變換器中實(shí)現(xiàn)的控制方法。
[0026]眾所周知，可變速驅(qū)動(dòng)器類型的功率變換器上游連接到電力網(wǎng)，下游連接至電動(dòng)機(jī)?？勺兯衮?qū)動(dòng)器包括:
[0027]在輸入處的整流器模塊，一般包括旨在對(duì)由電力網(wǎng)供應(yīng)的交流電壓整流的二極管電橋，
[0028]向其施加通過(guò)整流器模塊整流的電壓的DC供電總線，DC供電總線具有使得可以將總線電壓保持在恒定值的總線電容器，
[0029]在輸出處的逆變器模塊INV，旨在將DC總線電壓轉(zhuǎn)換為要施加到電動(dòng)機(jī)M的可變電壓。
[0030]通過(guò)采用由控制裝置運(yùn)行的所確定的控制法則來(lái)控制逆變器模塊INV?？刂品▌t包括根據(jù)要給予電動(dòng)機(jī)的定子速度設(shè)定點(diǎn)來(lái)計(jì)算將要施加到電動(dòng)機(jī)的電壓。
[0031]圖6以框圖形式表示了可以施加到逆變器模塊INV來(lái)控制電動(dòng)機(jī)M的控制法則。根據(jù)本發(fā)明，此框圖結(jié)合電動(dòng)機(jī)的磁飽和的識(shí)別，使得可以在電動(dòng)機(jī)的磁飽和的情況下最優(yōu)化施加到電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)矩。
[0032]為了在控制法則中考慮磁飽和，本發(fā)明包括先前確定與電動(dòng)機(jī)的磁飽和有關(guān)的參數(shù)ax，y。在可變速驅(qū)動(dòng)器的正常操作之外，例如在學(xué)習(xí)過(guò)程期間，識(shí)別這些參數(shù)ax，y。
[0033]根據(jù)本發(fā)明，在電動(dòng)機(jī)的正常操作期間，采用這些磁飽和參數(shù)的一些來(lái)確定存在于控制標(biāo)記(d和q 軸)的位置和轉(zhuǎn)子(即，永磁鐵)的位置之間的角度誤差的校正。
[0034]本發(fā)明首先包括一種能夠確定與電動(dòng)機(jī)的磁飽和有關(guān)的參數(shù)a x，y的控制方法。為此，使用包括磁飽和的、永磁鐵同步電動(dòng)機(jī)的數(shù)學(xué)模型。在漢彌爾頓-拉格朗日方法中，包括磁飽和現(xiàn)象的、永磁鐵同步電動(dòng)機(jī)的數(shù)學(xué)模型遵循例如下面的表達(dá)式:
[0035]
【權(quán)利要求】
1.一種在功率變換器中實(shí)現(xiàn)的控制方法，其中功率變換器包括連接至包括轉(zhuǎn)子和定子的永磁同步電動(dòng)機(jī)(M)的逆變器(INV),在功率變換器中用電動(dòng)機(jī)的電流的數(shù)學(xué)模型來(lái)模型化所述電動(dòng)機(jī)(M)，所述數(shù)學(xué)模型將通量電流(Isd)和轉(zhuǎn)矩電流(Isq)表示為磁飽和參數(shù)(a x,y)的函數(shù)，磁飽和參數(shù)(a x，y)代表電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)子和定子之間的相互磁飽和以及轉(zhuǎn)子和定子的固有磁飽和，其特征在于該控制方法包括: -向電動(dòng)機(jī)施加電壓序列，導(dǎo)致通量的軸上和/或轉(zhuǎn)矩的軸上的電流的振蕩的步驟，其中電壓序列包括沿著電動(dòng)機(jī)的通量的軸和/或轉(zhuǎn)矩的軸的穩(wěn)態(tài)電壓信號(hào)和高頻電壓信號(hào)， -測(cè)量在通量的軸上和/或轉(zhuǎn)矩的軸上獲得的電流的振蕩的步驟， -根據(jù)所述電流的振蕩確定磁飽和參數(shù)(a x,y)的步驟。
2.如權(quán)利要求1中所述的方法，其特征在于確定磁飽和參數(shù)(ax，y)的步驟包括提取所獲得的電流的振蕩的幅度的步驟。
3.如權(quán)利要求1或2中所述的方法，其特征在于確定磁飽和參數(shù)的步驟包括根據(jù)所獲得的電流的振蕩的幅度估計(jì)所述磁飽和參數(shù)的步驟。
4.如權(quán)利要求1至3的一個(gè)中所述的方法，其特征在于電壓序列包括: -在轉(zhuǎn)矩的軸上施加穩(wěn)態(tài)電壓信號(hào)以及在通量的軸上施加高頻電壓信號(hào)的步驟，或者 -在通量的軸上施加穩(wěn)態(tài)電壓信號(hào)以及在轉(zhuǎn)矩的軸上施加高頻電壓信號(hào)的步驟。
5.如權(quán)利要求1至4的一個(gè)中所述的方法，其特征在于電動(dòng)機(jī)的數(shù)學(xué)模型是漢彌爾頓-拉格朗日類型。
6.如權(quán)利要求1至5的一個(gè)`中所述的方法，其特征在于它包括使用所述飽和參數(shù)(a x；y)來(lái)確定存在于控制標(biāo)記的位置與電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)子的位置之間的角度誤差(ε )的校正(ε Mfsrt)，其中通過(guò)通量的軸和轉(zhuǎn)矩的軸來(lái)定義控制標(biāo)記的位置。
7.如權(quán)利要求6中所述的控制方法，其特征在于向角度誤差(ε)施加所述校正(￡ Offset)。
8.如權(quán)利要求6中所述的控制方法，其特征在于向被確定為用于控制法則的輸入的參考通量電流和參考轉(zhuǎn)矩電流施加所述校正(ε 0ffset )0
9.一種包括連接至包括轉(zhuǎn)子和定子的永磁同步電動(dòng)機(jī)(M)的逆變器(INV)的功率變換器，在功率變換器中用電動(dòng)機(jī)的電流的數(shù)學(xué)模型來(lái)模型化所述電動(dòng)機(jī)(Μ)，所述數(shù)學(xué)模型將通量電流(Isd)和轉(zhuǎn)矩電流(Isti)表示為磁飽和參數(shù)(ax，y)的函數(shù),磁飽和參數(shù)(ax，y)代表電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)子和定子之間的相互磁飽和以及轉(zhuǎn)子和定子的固有磁飽和，其特征在于功率變換器包括:控制裝置，被布置為向電動(dòng)機(jī)(M)施加電壓序列，以便引起通量的軸上和/或轉(zhuǎn)矩的軸上的電流的振蕩，其中電壓序列包括沿電動(dòng)機(jī)的通量的軸和/或轉(zhuǎn)矩的軸的穩(wěn)態(tài)電壓信號(hào)和高頻電壓信號(hào)；用于測(cè)量在通量的軸上和/或轉(zhuǎn)矩的軸上所獲得的電流的振蕩的裝置；用于根據(jù)所述電流的振蕩來(lái)確定磁飽和參數(shù)(a x,y)的裝置。
10.如權(quán)利要求9中所述的功率變換器，其特征在于它是可變速驅(qū)動(dòng)器類型。
【文檔編號(hào)】H02P21/14GK103444073SQ201280012786
【公開(kāi)日】2013年12月11日 申請(qǐng)日期:2012年2月29日 優(yōu)先權(quán)日:2011年3月11日
【發(fā)明者】A.K.杰貝, F.馬爾雷特, P.馬丁, P.魯喬恩 申請(qǐng)人:施耐德東芝換流器歐洲公司