專利名稱：利用靜止電機(jī)測(cè)量的磁場(chǎng)定向電梯電機(jī)驅(qū)動(dòng)參數(shù)的自動(dòng)校準(zhǔn)的制作方法
和本發(fā)明同時(shí)申請(qǐng)的待審的序列號(hào)為(Otis Docket Nos.OT-3066,0T-3065,0T-3054,0T-4046,0T-4047)的美國專利包含的主題和本申請(qǐng)的主題相關(guān)。
本申請(qǐng)涉及磁場(chǎng)定向的電機(jī)驅(qū)動(dòng)的校準(zhǔn)，尤其涉及用于電梯電機(jī)驅(qū)動(dòng)的磁場(chǎng)定向的(或矢量控制的)驅(qū)動(dòng)參數(shù)的自動(dòng)校準(zhǔn)。
在磁場(chǎng)定向的(或矢量控制的)電機(jī)驅(qū)動(dòng)與電機(jī)速度控制領(lǐng)域中，已知這種驅(qū)動(dòng)和控制需要知道電機(jī)的參數(shù)，例如轉(zhuǎn)子時(shí)間常數(shù)(τR)，轉(zhuǎn)矩常數(shù)(KT*)，和額定激磁電流IdRATED。
用來確定這些電機(jī)常數(shù)的一種技術(shù)是在工程實(shí)驗(yàn)室分析電機(jī)，其中使用測(cè)力計(jì)和昂貴的測(cè)試設(shè)備，并由熟練技工或工程師進(jìn)行費(fèi)時(shí)的高技術(shù)的工作。然而，在現(xiàn)代化或更新的應(yīng)用中，其中在現(xiàn)有的電梯系統(tǒng)中新的驅(qū)動(dòng)代替舊的驅(qū)動(dòng)，為進(jìn)行電機(jī)計(jì)算而從電梯系統(tǒng)中除去電機(jī)是不方便或者成本-效果低的方法。
此外，需要根據(jù)在靜止時(shí)對(duì)電機(jī)進(jìn)行的測(cè)量來確定電機(jī)參數(shù)。雖然存在在電機(jī)運(yùn)行時(shí)(空載或有載)確定電機(jī)參數(shù)的技術(shù)，但是在電梯應(yīng)用中進(jìn)行這種測(cè)試并不總是實(shí)際的。具體地說，空載實(shí)驗(yàn)是不實(shí)際的，因?yàn)檫@要求拆卸電梯或者使電機(jī)和齒輪箱脫離。此外，進(jìn)行有載實(shí)驗(yàn)，即利用和電梯相連的電機(jī)，也是不實(shí)際的，因?yàn)樾枰谢旧险_的電機(jī)參數(shù)帶動(dòng)電梯運(yùn)動(dòng)，從而獲得有載運(yùn)行的電機(jī)的測(cè)量。此外，希望用于確定這些電機(jī)參數(shù)的技術(shù)全部被包含在驅(qū)動(dòng)控制本身內(nèi)，使得安裝者或服務(wù)人員可以進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)更新或現(xiàn)代化驅(qū)動(dòng)而不需要專門的電機(jī)與驅(qū)動(dòng)技術(shù)人員。
本發(fā)明的目的包括提供一種用于電梯的磁場(chǎng)定向驅(qū)動(dòng)與/或控制的電機(jī)參數(shù)的自動(dòng)的現(xiàn)場(chǎng)校準(zhǔn)方法，其不需要從電梯系統(tǒng)中除去或拆下電機(jī)，并且只使用電機(jī)的靜止的測(cè)量。
按照本發(fā)明，提供一種用于通過利用對(duì)電機(jī)的靜止的測(cè)量，計(jì)算由磁場(chǎng)定向控制操作的電梯電機(jī)的至少一個(gè)參數(shù)的方法，所述電機(jī)具有電機(jī)阻抗ZM，轉(zhuǎn)子阻抗ZR，和瞬變電感Lσ，所述方法包括以下步驟a)提供一個(gè)足夠高的高頻(FHIGH)的正弦轉(zhuǎn)矩電流參考信號(hào)，使得瞬變電感(Lσ)在電機(jī)阻抗(ZM)中占主要地位；b)測(cè)量反饋轉(zhuǎn)矩電流(Iq)和反饋轉(zhuǎn)矩電壓(Vq)；c)利用公式Lσ=Imag(ZM)@FHIGH/(2πFHIGH)計(jì)算高頻(FHIGH)下的瞬變電感(Lσ)，其中ZM=Vq/Iq；d)提供具有可變的輸入頻率的正弦轉(zhuǎn)矩電流參考信號(hào)；e)測(cè)量反饋轉(zhuǎn)矩電流(Iq)和反饋轉(zhuǎn)矩電壓(Vq)；f)按照公式Imag(ZR)=Imag(ZM)-ωLσ計(jì)算轉(zhuǎn)子阻抗的虛部Imag(ZR)，其中ω是輸入頻率，ZM=Vq/Iq；g)改變輸入頻率并進(jìn)行步(d)-(f)，從而獲得發(fā)生Imag(ZR)的最大值時(shí)的頻率(FPEAK)；以及h)根據(jù)FPEAK計(jì)算轉(zhuǎn)子時(shí)間常數(shù)(τR)。
此外，按照本發(fā)明，τR被計(jì)算如下τR=1/(2πFPEAK)。另外，按照本發(fā)明，還包括按下式計(jì)算激磁電感Lφ的附加步驟Lφ=2Imag(ZR)/ω＠ω=1/τR。
按照本發(fā)明，還進(jìn)行以下的附加步驟i)使用公式KT*=(3/2)(P/2)LφId*計(jì)算電機(jī)的轉(zhuǎn)矩常數(shù)(KT*)，其中，P=電機(jī)極數(shù)，Id*=Vph RATED/(ωR RATEDx Lφ),Vph RATED=額定轉(zhuǎn)子電壓，ωR RATED=額定電機(jī)速度；j)使用公式Vm*=(Vd*2+Vq*2)1/2計(jì)算電機(jī)電壓(Vm*)，其中Vd*=ωELσIq*,Vq*=ωELsId*,Iq*T_RATED/KT*,T_RATED是電機(jī)的額定轉(zhuǎn)矩，ωE*=ωR_RATED+ωS*,ωS*=(1/τR)(Iq*/Id*)；k)計(jì)算VpH_RATED對(duì)Vm*的比；以及1)改變Id*并進(jìn)行步驟(h)-(k)，直到比值處于預(yù)定的允差1的范圍內(nèi)。
本發(fā)明代表對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的一種重大改進(jìn)，其中根據(jù)對(duì)感應(yīng)電機(jī)的靜止測(cè)量提供了用于電梯系統(tǒng)的磁場(chǎng)定向的(或矢量控制的)感應(yīng)電機(jī)控制器的自動(dòng)校準(zhǔn)。本發(fā)明可以提供電機(jī)參數(shù)，例如轉(zhuǎn)子時(shí)間常數(shù)(τR)，轉(zhuǎn)矩常數(shù)(KT*)，和額定激磁電流IdRATED，而不用從電梯系統(tǒng)或齒輪箱拆下電機(jī)。按照給定的應(yīng)用的需要，本發(fā)明可以計(jì)算瞬變電感Lσ，激磁電感Lφ，定子電阻RS，以及額定轉(zhuǎn)矩電流IqRATED。此外，本發(fā)明不需要專門訓(xùn)練的工程師利用專用的測(cè)試設(shè)備調(diào)整電機(jī)/驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)。因而，當(dāng)新的電機(jī)驅(qū)動(dòng)裝置在現(xiàn)場(chǎng)安裝時(shí)，本發(fā)明能夠大大降低和調(diào)整電機(jī)驅(qū)動(dòng)裝置有關(guān)的費(fèi)用。因而，在現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行電機(jī)參數(shù)的自動(dòng)校準(zhǔn)節(jié)省時(shí)間和費(fèi)用。結(jié)果，本發(fā)明對(duì)大樓擁有者更有吸引力，從而使其將其電梯系統(tǒng)更新為現(xiàn)代控制系統(tǒng)，這在當(dāng)前在經(jīng)濟(jì)上是不現(xiàn)實(shí)的，這是因?yàn)?，確定在現(xiàn)代化的工作場(chǎng)所存在的舊的電機(jī)的參數(shù)需要高額費(fèi)用。
本發(fā)明的上述和其它的目的、特點(diǎn)和優(yōu)點(diǎn)通過下面結(jié)合附圖對(duì)其示例的實(shí)施例所作的詳細(xì)說明可以更加清楚地看出。


圖1是按照本發(fā)明的具有自動(dòng)校準(zhǔn)邏輯的電機(jī)控制器的原理方塊圖；圖2是按照本發(fā)明的電流調(diào)節(jié)器/電機(jī)驅(qū)動(dòng)裝置的原理方塊圖；圖3是按照本發(fā)明的通過磁場(chǎng)定向控制的感應(yīng)電動(dòng)機(jī)的等效電路模型原理圖；圖4是按照本發(fā)明圖3所示的等效電路的簡(jiǎn)化的原理圖；圖5是按照本發(fā)明的圖1所示的自動(dòng)校準(zhǔn)邏輯的邏輯流程圖；圖6是按照本發(fā)明轉(zhuǎn)子阻抗的虛部和電機(jī)阻抗的虛部對(duì)頻率的曲線；圖7是按照本發(fā)明圖5的自動(dòng)校準(zhǔn)邏輯的部分邏輯流程圖。
參看圖1，在線9的左面所示的電梯電機(jī)控制器部分包括磁場(chǎng)定向的(或矢量控制的)電機(jī)控制器，其具有兩個(gè)控制環(huán)，每個(gè)相應(yīng)于一個(gè)不同的控制軸，d軸相應(yīng)于電機(jī)激磁，q軸相應(yīng)于轉(zhuǎn)矩。d軸環(huán)具有在線14上提供的d軸電流參考輸入信號(hào)IdREF。IdREF被設(shè)置為預(yù)定的常數(shù)，使得根據(jù)電機(jī)磁化曲線例如IdRATED或INO-LOAD在電機(jī)內(nèi)提供合適的磁通，后面還要討論。IdREF信號(hào)被送到磁場(chǎng)定向的電流調(diào)節(jié)器/電機(jī)控制電路20，后面結(jié)合圖2還要討論。
q軸電流環(huán)具有在線15上的第一q軸電流參考輸入信號(hào)IqREF1，被輸入到開關(guān)19的一個(gè)輸入端。IqREF1由其它的邏輯提供(未示出)，例如速度環(huán)補(bǔ)償邏輯(未示出)，其使電機(jī)速度控制環(huán)閉合，例如在待審的序列號(hào)為Otis Docket No.0T-3054的美國專利申請(qǐng)所述的那樣，當(dāng)不進(jìn)行自動(dòng)校準(zhǔn)時(shí)，其對(duì)控制器提供q軸電流參考信號(hào)。
開關(guān)19的其它的輸入是在線17上的第二q軸電流參考輸入信號(hào)IqREF2。開關(guān)19的輸出是在線18上的q軸電流環(huán)參考信號(hào)IqREF，根據(jù)在線13上提供給開關(guān)19的MODE1信號(hào)的狀態(tài)，其被設(shè)置為等于IqREF1或IqREF2。IqREF信號(hào)被送到磁場(chǎng)定向的電流調(diào)節(jié)器/電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路20，下面結(jié)合圖2還要說明。
本發(fā)明使用的三相交流感應(yīng)電機(jī)的兩個(gè)例子是由Loher生產(chǎn)的型號(hào)為LUGA-225LB-04A，額定功率為45KW，額定電壓為355V，額定速度為1480，額定頻率為50Hz，用于齒輪結(jié)構(gòu)；以及由Tatung(臺(tái)灣的)生產(chǎn)的，型號(hào)為156MST，額定功率40KW，額定電壓500V，額定速度251，額定頻率16.7Hz，用于無齒輪結(jié)構(gòu)中。如果需要，可以使用具有其它額定參數(shù)的電機(jī)。
電路20在線22上對(duì)電機(jī)24，例如三相感應(yīng)電動(dòng)機(jī)，提供三相電壓信號(hào)Vx,Vy,Vz。電機(jī)24通過機(jī)械連接裝置26例如軸與/或齒輪箱和滑輪28相連。纜繩或纜索30繞在滑輪28上，一端和電梯轎箱32相連，另一端和配重34相連。配重的重量一般等于空轎箱的重量加上轎箱內(nèi)最大負(fù)荷的40-50％。
如果需要把電機(jī)24的輸出轉(zhuǎn)矩轉(zhuǎn)換為電梯轎箱32的運(yùn)動(dòng)，也可以使用其它的電梯系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，有或沒有配重，有或沒有齒輪箱，例如雙電梯(其中兩個(gè)電梯轎箱和一個(gè)繩索相連，轎箱沿相反方向運(yùn)動(dòng)，每個(gè)轎箱作為另一個(gè)轎箱的配重)，鼓形機(jī)械(其中繩索被繞在由電機(jī)驅(qū)動(dòng)的鼓上)，等。
制動(dòng)器37，例如電磁致動(dòng)的盤制動(dòng)器被設(shè)置在軸26上，并被來自電路20的線38上的電制動(dòng)指令信號(hào)BRKCMD驅(qū)動(dòng)。制動(dòng)器37當(dāng)被致動(dòng)或“落下”時(shí)，便夾在軸26上，從而阻止電機(jī)軸26轉(zhuǎn)動(dòng)，即鎖住轉(zhuǎn)子，因而阻止滑輪28運(yùn)動(dòng)。
參看圖2，在磁場(chǎng)定向電機(jī)控制領(lǐng)域中知道，這種控制使用分別相應(yīng)于d,q軸的電流(Id,Iq)和電壓(Vd,Vq)參數(shù)。使用磁場(chǎng)定向時(shí)，電機(jī)磁場(chǎng)(或磁通)將被Id控制，電機(jī)轉(zhuǎn)矩被Iq控制，這是公知的。具體地說，圖1的磁場(chǎng)定向電流調(diào)節(jié)器/電機(jī)驅(qū)動(dòng)器20包括兩個(gè)電流控制環(huán)，一個(gè)用于d軸電流Id，一個(gè)用于q軸電流Iq。Id環(huán)接收在線14上的IdREF信號(hào)，被送到加法器102的正輸入端。在線104上的測(cè)量的或反饋的d軸電流信號(hào)Id被送到加法器102的負(fù)輸入端。加法器102的輸出是在線106上的誤差信號(hào)IdERR，被送到控制補(bǔ)償邏輯108，例如比例積分(P-I)電流環(huán)控制。在需要時(shí)可以使用其它電流環(huán)控制補(bǔ)償辦法。邏輯108在線110上提供d軸電壓指令信號(hào)VdCMD。
對(duì)于q軸，Iq環(huán)接收在線18上的IqREF信號(hào)，被送到加法器114的正輸入端。在線116上的測(cè)量的或反饋的q軸電流信號(hào)Iq被送到加法器114的負(fù)輸入端。加法器114的輸出是在線118上的誤差信號(hào)IqERR，被送到控制補(bǔ)償邏輯120，例如類似于邏輯108的比例積分(P-I)邏輯。邏輯120的輸出是在線122上的q軸電壓指令信號(hào)VqCMD。對(duì)于邏輯108,120，可以使用其它的控制補(bǔ)償，例如比例，超前-滯后等。使用的補(bǔ)償形式并不是本發(fā)明的關(guān)鍵。
電壓指令VdCMD和VqCMD被送到公知的磁場(chǎng)定向的三相轉(zhuǎn)換邏輯124，它把d,q軸電壓指令轉(zhuǎn)換為在線126上的三相電壓指令VXCMD,VYCMD,VZCMD。相電壓指令VXCMD,VYCMD,VZCMD被送到公知的三相驅(qū)動(dòng)電路(或逆變器)128，其在線130,132,134(整體上，線22)上分別提供三相電壓VX,VY,VZ，用于驅(qū)動(dòng)電機(jī)24。
在驅(qū)動(dòng)電路128內(nèi)(未示出細(xì)節(jié))，在線126上的每個(gè)電壓指令VXCMD，VYCMD,VZCMD被轉(zhuǎn)換為代表相應(yīng)的輸入電壓值的百分比占空度指令。百分比占空度指令被轉(zhuǎn)換成脈寬調(diào)制的驅(qū)動(dòng)信號(hào)，其驅(qū)動(dòng)功率晶體管，從而在線130,132,134上分別提供脈寬調(diào)制的可變頻率的三相電壓VX，VY,VZ。在驅(qū)動(dòng)器128中的轉(zhuǎn)換使用在電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路領(lǐng)域中熟知的電子元件與/或軟件完成。也可以使用任何其它類型的接收輸入電壓指令并提供輸出相電壓的驅(qū)動(dòng)電路，并且相電壓不一定是脈寬調(diào)制的。
分別和相電壓VX,VY,VZ相關(guān)的相電流IX,IY,IZ利用公知的電流傳感器136,138,140分別進(jìn)行測(cè)量，例如公知的閉環(huán)霍耳效應(yīng)電流傳感器(例如LEMS)，并分別被提供在線132,134,136上。相電流IX,IY,IZ被送到公知的三相至磁場(chǎng)定向轉(zhuǎn)換的轉(zhuǎn)換邏輯142，其在線104,116上提供從相電流到分別被送到加法器102,114的d,q軸電流的公知轉(zhuǎn)換。
轉(zhuǎn)換器124,150提供矢量參數(shù)(d,q軸)和每相參數(shù)之間的轉(zhuǎn)換，例如在D.Novotny等的“Vector Control and Dynamics of ACDrives”,Oxford University Press,1996,Ch 5,pp 203-251所述。轉(zhuǎn)換器124,15也可以使用微處理器等利用軟件實(shí)行這種轉(zhuǎn)換。
在磁場(chǎng)定向驅(qū)動(dòng)領(lǐng)域中已知，電機(jī)的轉(zhuǎn)子時(shí)間常數(shù)τR的值需要被控制，以便完成向和從磁場(chǎng)定向的d,q軸的轉(zhuǎn)換。具體地說，使用τR建立正確的轉(zhuǎn)差頻率ωS，以便實(shí)現(xiàn)磁場(chǎng)定向。轉(zhuǎn)子時(shí)間常數(shù)τR的值在線144上被提供給兩個(gè)轉(zhuǎn)換器124,150。
電機(jī)驅(qū)動(dòng)邏輯111也包括制動(dòng)驅(qū)動(dòng)電路145，其接收在線146上的輸入信號(hào)BRK，并在線38上提供BRKCMD信號(hào)。
參見圖1，本發(fā)明包括自動(dòng)校準(zhǔn)邏輯48，其自動(dòng)地計(jì)算電機(jī)參數(shù)τR，KT*,IdRATED，并在線144上把τR提供給電路20，在線14上把IdRATED作為IdREF提供給電路20，在線160上把KT*提供給速度環(huán)補(bǔ)償邏輯(未示出)，例如和本申請(qǐng)同時(shí)申請(qǐng)的待審美國專利(OT-3054)所述。邏輯48還計(jì)算其它電機(jī)參數(shù)，例如瞬變電感Lσ，激磁電感Lφ，定子電阻RS(或R1)，以及額定轉(zhuǎn)矩電流IqRATED。邏輯48接收來自電路20的Vq,Iq。邏輯48還向開關(guān)19提供電流參考信號(hào)IqREF2，并在線14上向電路20提供IdREF。
邏輯48包括公知的電子元件，其中可以包括能夠完成其中所述的功能的微處理器，接口電路，存儲(chǔ)器，軟件，與/或固件。
邏輯48還在線13上把MODE1信號(hào)提供給開關(guān)19。MODE1標(biāo)記使來自校準(zhǔn)邏輯48的電流參考信號(hào)IqREF2被送到邏輯20。邏輯48還在線146上把中斷請(qǐng)求信號(hào)BRK提供給電路20。
校準(zhǔn)邏輯48還和服務(wù)器80通過串行鏈路82進(jìn)行通信。服務(wù)器80包括顯示器84和鍵墊(或鍵盤)86，用于對(duì)服務(wù)器80輸入數(shù)據(jù)，并通過鏈路82向控制器7輸入數(shù)據(jù)。具體地說，邏輯48通過鏈路82接收來自服務(wù)器80的開始指令，其控制自動(dòng)校準(zhǔn)開始的時(shí)間。邏輯66還通過鏈路82向服務(wù)器80提供DONE信號(hào)和FAULT信號(hào)。DONE信號(hào)表示自動(dòng)校準(zhǔn)無故障而被完成的時(shí)間，F(xiàn)AULT信號(hào)表示在自動(dòng)校準(zhǔn)期間檢測(cè)到故障時(shí)的時(shí)間。
參見圖3，感應(yīng)電機(jī)的公知的等效電路和“Vector Control andDynamics of AC Drives”,Novotny and Lipo,Oxford 1996,Chapter5所述的類似。圖3是在交流穩(wěn)態(tài)操作時(shí)的每相的等效電路，其中電流I1和電壓V1是相量。電路90包括和等效的“瞬變”電感Lσ串聯(lián)的轉(zhuǎn)子電阻RS，它們和轉(zhuǎn)子阻抗ZR串聯(lián)，ZR包括和等效電阻R2/S并聯(lián)的“激磁”電感Lφ。其中Rs(或R1)=定子繞組電阻LS=定子繞組電感Lr=轉(zhuǎn)子繞組電感Lm=互感Rr=轉(zhuǎn)子繞組電阻Lq=Ls-Lm2/Lr=瞬變電感Lφ=Lm2/Lr=激磁電感
ωE=輸入電流I1的電頻率ωR=電機(jī)輸出轉(zhuǎn)速，每秒弧度，相對(duì)于電參考系統(tǒng)S=轉(zhuǎn)差率=(ωE-ωR)/ωEωS=轉(zhuǎn)差頻率=ωE-ωR=(1/τR)(Iq/Id)其中τR=轉(zhuǎn)子時(shí)間常數(shù)，Iq=q軸電流(或轉(zhuǎn)矩電流)，Id=d軸電流(激磁電流)R2=(Lm2/Lr2)*Rr此外，轉(zhuǎn)子時(shí)間常數(shù)τR和電機(jī)轉(zhuǎn)矩常數(shù)KT*和電路90的參數(shù)的關(guān)系如下τR=Lr/Rr=Lφ/R2KT*=(3/2)(p/2)LφId=轉(zhuǎn)矩/電流其中P=極數(shù)參看圖4，電路92是圖3的電路90的等效電路，電機(jī)阻抗ZR變換為具有實(shí)部Real(ZR)和等于ωLx的虛部Imag(ZR)的串聯(lián)電路阻抗。具有變換的ZR的等效電路92對(duì)于確定轉(zhuǎn)子時(shí)間常數(shù)τR是有用的(下面還要說明)。
參看圖5，邏輯48的頂級(jí)流程圖在步200開始，確定是否收到來自服務(wù)器80的開始指令。如果還沒有，則邏輯退出。如果收到開始指令，則步202通過鏈路82(圖1)請(qǐng)求并接收來自服務(wù)器80的由維護(hù)人員輸入的電機(jī)參數(shù)。接收的電機(jī)參數(shù)是額定電機(jī)軸功率(PWRRATED)，以瓦表示；額定電機(jī)轉(zhuǎn)速(RPM_RATED)，rpm；額定線電壓的有效值(VLL_RATED)，單位V；額定頻率(HZ_RATED)，Hz；和極數(shù)(POLES)，這些都從電機(jī)的銘牌數(shù)據(jù)獲得。
然后，在步203設(shè)置MODE=1,BRK=1，使制動(dòng)器37(圖1)鎖住轉(zhuǎn)子，并且使IdREF2=0。對(duì)于這里所述的每種測(cè)試，轉(zhuǎn)子保持鎖住(轉(zhuǎn)子速度ωR=0)，并且IdREF2=0安培。當(dāng)ωR=0,IdREF2=0，轉(zhuǎn)差率S=1時(shí)，電機(jī)電流I1等于q軸電流Iq，電機(jī)電壓V1等于q軸電壓Vq。當(dāng)Iq=0時(shí)，電機(jī)工作在單相狀態(tài)下，如圖3,4的電路。
接著，步204測(cè)量瞬變電感Lσ，其中在線17(圖1)上在q軸參考電流IqREF2內(nèi)提供頻率FHIGH足夠高的正弦電流信號(hào)，例如31.25Hz，使得電機(jī)阻抗將主要由瞬變電感Lσ確定。如果需要，也可以使用其它頻率，例如大于30Hz的頻率。正弦波輸入信號(hào)由信號(hào)處理器，例如數(shù)字信號(hào)處理器，如更新(或采樣)速率為5KHz的摩托羅拉DSP 56002處理器，以數(shù)字方式產(chǎn)生。也可以使用其它硬件與/或軟件技術(shù)或更新速率來產(chǎn)生正弦輸入信號(hào)。
步204讀出q軸反饋電流Iq和q軸輸出電壓Vq(分別等于電機(jī)電流Il和電機(jī)電壓Vl，如前所述)。接著，步204使用前述的數(shù)字信號(hào)處理器進(jìn)行Iq和Vq的離散富氏變換(DFT)，確定一次諧波的富氏系數(shù)。來自DFT的測(cè)量信號(hào)的基波或一次諧波分量是Asin(ωt)+Bcos(ωt)，其中ω=2πf，是輸入頻率(弧度/秒)。一次諧波主要用來計(jì)算阻抗，使得系統(tǒng)的非線性不會(huì)使計(jì)算失真。
為了計(jì)算DFT，如所公知的，在邏輯48內(nèi)產(chǎn)生具有測(cè)試頻率的單位振幅的標(biāo)準(zhǔn)正弦波和余弦波。測(cè)量的信號(hào)(Iq,Vq)乘以標(biāo)準(zhǔn)的正弦波，并把乘積在一個(gè)激磁周期內(nèi)積分，從而產(chǎn)生信號(hào)的富氏系數(shù)A。由標(biāo)準(zhǔn)的余弦波乘以信號(hào)并進(jìn)行積分而產(chǎn)生系數(shù)B。我們發(fā)現(xiàn)，在輸入信號(hào)的15個(gè)周期內(nèi)積分便足以濾除系統(tǒng)響應(yīng)中的任何瞬變分量。如果需要，也可以使用其它的周期數(shù)。此外，對(duì)于這里討論的任何DFT，如果需要，也可使用其它類型的富氏變換，例如快速富氏變換(FFT)等，只要獲得所需信號(hào)的一次諧波即可。此外，代替富氏變換，可以使用任何其它的濾波或頻譜分析技術(shù)來確定所需信號(hào)的一次諧波。
然后，步204通過使用上述計(jì)算的電壓和電流的一次諧波分量計(jì)算電壓對(duì)電流的比(Vl/Il=Vq/Iq)來計(jì)算電機(jī)阻抗ZM。步204然后由富氏系數(shù)計(jì)算ZM的實(shí)部和虛部。電機(jī)阻抗ZM在FHIGHz下的虛部被瞬變電感項(xiàng)ωLσ占主要地位。因而，瞬變電感Lσ等于輸入頻率FHIGH下的瞬變電抗(或ZM的虛部)除以用弧度/秒(2πFHIGH)表示的頻率ω，或Lσ=Imag(ZM)@FHIGH/(2πFHICH)接著，選擇的步驟206測(cè)量電路阻抗的總電阻(RTOT=RS+R2)，即轉(zhuǎn)子和定子電阻之和，作為在步204中確定的電機(jī)阻抗ZM的實(shí)部。這樣RTOT=Real(Zm)@FHICH具體地說，在步204中使用的相當(dāng)高的頻率FHIGH下，電路90中的電感Lφ是大的，并且ZM的實(shí)部將等于RTOT。RTOT的值被保留用于以后計(jì)算RS(見步212)。
接著，步208測(cè)量轉(zhuǎn)子時(shí)間常數(shù)τR如下。步208按由后面討論的搜索算法限定的增量產(chǎn)生從0.1到8.0Hz的低頻正弦輸入q軸參考電流IqREF2的序列。正弦波輸入被以數(shù)字方式產(chǎn)生，如前在步204所述。在每個(gè)頻率，電機(jī)電流Iq和電壓Vq(分別等于電機(jī)電流Il和電壓Vl，如前所述)被測(cè)量，并且獨(dú)立地計(jì)算電機(jī)電流信號(hào)Il以及電壓信號(hào)Vl的DFT。如前在步204討論的那樣，獲得基波或一次諧波富氏系數(shù)。
然后，步208通過計(jì)算電壓和電流的比(V1/I1)計(jì)算每個(gè)頻率下的電機(jī)阻抗ZM。步208然后由富氏系數(shù)計(jì)算ZM的實(shí)部和虛部。然后，步208通過從電機(jī)阻抗ZM的虛部中減去瞬變電抗(ωLσ)計(jì)算轉(zhuǎn)子阻抗的虛部Imag(ZR)=ωLx，其中Lσ由上面步204算出，ω是輸入頻率，公式如下Imag(ZR)=ωLx=Imag(ZM)-ωLσ參看圖6，曲線250表示電機(jī)阻抗的虛部Imag(ZM)=ω(Lσ+Lx)，曲線252表示電機(jī)阻抗的虛部Imag(ZR)=ωLx。曲線252的最大值254發(fā)生處的頻率ω(弧度/秒)是轉(zhuǎn)子時(shí)間常數(shù)的倒數(shù)，即ω=1/τR。一種已知的搜索算法，例如“黃金分割線段搜索”算法，改變輸入頻率，并確定發(fā)生ωLx的最大值時(shí)的頻率Fpeak。使用的搜索算法的類型對(duì)于本發(fā)明并不重要，因而可以使用任何改變輸入?yún)?shù)并確定輸出參數(shù)的最大值的搜索算法。然后，轉(zhuǎn)子時(shí)間常數(shù)τR被計(jì)算如下τR=1/ωpeak=1/(2πFPEAK)下一步210計(jì)算激磁電感Lφ。具體地說，在轉(zhuǎn)子時(shí)間常數(shù)的頻率下(ω=1/τR)，該頻率也是電機(jī)傳遞函數(shù)的轉(zhuǎn)折頻率，轉(zhuǎn)子阻抗ZR的實(shí)部和虛部彼此相等，即ωLx=Rx。此外，在同一頻率下，可以示出(下面)ωLx也等于1/2ωLφ(激磁電抗)。具體地說，轉(zhuǎn)子阻抗ZR等于和R2并聯(lián)的ωLφ，如下式所示ZR=jωLφR2/(R2+jωLφ)由分母的共軛復(fù)數(shù)(R2-jωLφ)乘以分子和分母，給出ZR=ω2Lφ2R2/(R22+ω2Lφ2)+jωLφR22/(R22+ω2Lφ2) 式1其具有阻抗的串聯(lián)組合的形式，或者實(shí)部和虛部如下式所示ZR=Rx+jωLxZR=Real+jImaginary在Imag(ZR)的曲線252的峰值254，實(shí)部和虛部相等，這給出ω2Lφ2R2/(R22+ω2Lφ2)=ωLφR22/(R22+ω2Lφ2) 式2
化簡(jiǎn)式2得到ωLφ=R2將R2=ωLφ代入ZR的虛部，并設(shè)等于ωLx，給出Imag(ZR)=(ωLφ)(ω2Lφ2)/(ω2Lφ2+ω2Lφ2)=ωLx式3化簡(jiǎn)式3得到ωLx=ωLφ/2式4這樣，激磁電感Lφ計(jì)算如下Lφ=2Imag(ZR)/ω@ω=1/τR接著，選擇的步驟212利用首先計(jì)算的R2的值計(jì)算定子電阻RS?？梢钥闯?下面)在ω=1/τR處的轉(zhuǎn)子阻抗的實(shí)部Real(ZR)等于R2/2。具體地說，式1的實(shí)部是Real(ZR)=Rx=Lφ2R2/(R22+ω2Lφ2)代入R2=ωLφ，并簡(jiǎn)化，則給出Rx=R2/2因而，R2=2Real(ZR)@ω=1/τR此外，可以使用下式計(jì)算R2R2=Lφ/τR其中Lφ和τR是在前面步204,208分別算出的。然后，在每種情況下，通過從步206計(jì)算的總電阻(RTOT=RS+R2)中減去R2確定定子電阻RS。因而，RS=RTOT-R2如果電機(jī)的RS的值已知，例如從數(shù)據(jù)單中，則可以通過鏈路82提供給控制系統(tǒng)，然后，在步212還可以檢查RS的范圍，確保其處于期望值的預(yù)定的百分?jǐn)?shù)之內(nèi)。如果RS不在所需的范圍之內(nèi)，在步212設(shè)故障標(biāo)記FAULTl=1。此外，可以計(jì)算RS的值，并提供給服務(wù)器，用于幫助維護(hù)人員確定在其系統(tǒng)中安裝的電機(jī)的類型。
接著，步214使用Lφ和τR以及在步202獲得的輸入?yún)?shù)PWR_RATED,RPM_RATED,VLL_RATED,HZ_RATED和POLES，模擬電機(jī)參數(shù)，并通過迭代計(jì)算額定的激磁電流IdRATED，以及轉(zhuǎn)矩常數(shù)KT*，如圖7所示。
參看圖7，模擬的電機(jī)參數(shù)加星號(hào)(*)表示，以便避免和上面討論的實(shí)際測(cè)量的電機(jī)參數(shù)混淆。具體地說，步300計(jì)算相對(duì)于電參考幀的電機(jī)額定轉(zhuǎn)速ωR-RATED。接著，步302把額定線電壓(VLL_RATED)轉(zhuǎn)換為額定相電壓Vph_RATED。接著，步303根據(jù)額定功率和額定RPM計(jì)算額定轉(zhuǎn)矩T_RATED。然后，步304計(jì)算定子電感LS，其是瞬變電感Lσ和激磁電感Lφ之和。接著，步306使用額定電壓和速度根據(jù)Id的一階近似計(jì)算模擬的d軸電流Id*的初始值。接著，步308設(shè)變量COUNT=0。
接著，310-322的一系列步驟使用各種電機(jī)參數(shù)，根據(jù)在步210計(jì)算的(圖5)Lφ值，在上面步300-308計(jì)算的參數(shù)，并使用磁場(chǎng)定向電機(jī)控制的已知關(guān)系，這些在上面已經(jīng)討論過，計(jì)算KT*和模擬的電機(jī)電壓VM*。具體地說，步310根據(jù)在步210計(jì)算的Lφ(圖5)和激磁電流Id*的電流值計(jì)算轉(zhuǎn)矩常數(shù)KT*。接著，步312計(jì)算轉(zhuǎn)矩電流Iq*。接著，步314計(jì)算模擬的轉(zhuǎn)差頻率ωS*，其在下一步316用于計(jì)算模擬的電流頻率ωE*，其等于電機(jī)的旋轉(zhuǎn)頻率(或速度)(作為額定速度的模擬)ωR_RATED加上轉(zhuǎn)差頻率ωS*。
接著，步318根據(jù)激磁電流Id*計(jì)算模擬的q軸輸出電壓Vq*，步320根據(jù)轉(zhuǎn)矩電流Iq*計(jì)算模擬d軸輸出電壓Vd*。然后，步322計(jì)算等于d,q軸輸出電壓Vd*,Vq*分別平方后的和的方根的模擬的矢量和即總的電機(jī)電壓Vm*。
接著，步324計(jì)算等于額定相電壓Vph_RATED和模擬的每相電機(jī)電壓Vm*之比的傳動(dòng)比參數(shù)。邏輯進(jìn)行迭代，直到傳動(dòng)比在所需的允差范圍內(nèi)，例如0.001，趨向于1。當(dāng)傳動(dòng)比等于1時(shí)，Id*的值將產(chǎn)生在額定RPM和額定轉(zhuǎn)矩下的額定電壓。
接著，步326計(jì)算等于傳動(dòng)比乘以Id*的當(dāng)前值的Id*的下一個(gè)值。接著，步328檢查傳動(dòng)比(Ratio)是否在預(yù)定的允差例如0.001的范圍內(nèi)。如果不是，步330就檢查COUNT是否大于或等于10(即循環(huán)是否已經(jīng)迭代至少10次)。如果循環(huán)已經(jīng)迭代至少10次，便在步332設(shè)置FAULT標(biāo)記等于1，并通過鏈路82(圖1)輸出到服務(wù)器80，并且邏輯退出。如果迭代次數(shù)小于10次，步334使COUNT增加1，邏輯214進(jìn)行步310，再進(jìn)行迭代。
如果在步328傳動(dòng)比在所需的允差之內(nèi)，邏輯則被認(rèn)為已經(jīng)收斂，并且在收斂時(shí)的Id*,Iq*值分別等于額定的d軸電流IdRATED和額定的q軸電流IqRATED。因而步340設(shè)置d軸電流參考IdREF為等于IdRATED的Id*，并且步344設(shè)置IqRATED等于Iq*。然后，邏輯退出并返回圖5的邏輯48。
參看圖5，步216確定在以上步驟202-214的任何一步中是否檢測(cè)到誤差(即是否FAULT=1)。如果檢測(cè)到故障，步218則設(shè)FAULT=1，通過串行鏈路82把其送到服務(wù)器80(圖1)，并且步220設(shè)MODE1=0，BRK=0，然后邏輯退出。如果沒有發(fā)生故障，則步222設(shè)DONE標(biāo)記等于1，并通過串行鏈路82將其送到服務(wù)器80。接著，在步224通過串行鏈路82把一些或全部電機(jī)參數(shù)τR,KT*,IdRATED,Lσ,Lφ,RS，和IqRATED傳遞到服務(wù)器80。服務(wù)器80則顯示這些參數(shù)供維護(hù)人員使用，然后，邏輯48退出。
雖然參照示例的實(shí)施例對(duì)本發(fā)明進(jìn)行了說明，但是本領(lǐng)域的技術(shù)人員應(yīng)該理解，不脫離本發(fā)明的構(gòu)思可以作出各種其它的改變、省略和增加。
權(quán)利要求
1．一種用于通過使用電機(jī)的靜止的測(cè)量，計(jì)算由磁場(chǎng)定向控制操作的電梯電機(jī)的至少一個(gè)參數(shù)的方法，所述電機(jī)具有電機(jī)阻抗ZM，轉(zhuǎn)子阻抗ZR，和瞬變電感Lσ，所述方法包括以下步驟a)提供一個(gè)足夠高的高頻(FHIGH)的正弦轉(zhuǎn)矩電流參考信號(hào)，使得瞬變電感(Lσ)在電機(jī)阻抗(ZM)中占主要地位；b)測(cè)量反饋轉(zhuǎn)矩電流(Iq)和反饋轉(zhuǎn)矩電壓(Vq)；c)利用公式Lσ=Imag(ZM)@FHIGH/(2πFHIGH)計(jì)算所述高頻(FHIGH)下的所述瞬變電感(Lσ)，其中ZM=Vq/Iq；d)提供具有可變的輸入頻率的正弦轉(zhuǎn)矩電流參考信號(hào)；e)測(cè)量反饋轉(zhuǎn)矩電流(Iq)和反饋轉(zhuǎn)矩電壓(Vq)；f)按照公式Imag(ZR)=Imag(ZM)-ωLσ計(jì)算轉(zhuǎn)子阻抗的虛部Imag(ZR)，其中ω是所述輸入頻率，ZM=Vq/Iq；g)改變所述輸入頻率并進(jìn)行步(d)-(f)，從而獲得Imag(ZR)的最大值所在處的頻率(FPEAK)；以及h)根據(jù)FPEAK計(jì)算轉(zhuǎn)子時(shí)間常數(shù)(τR)。
2．如權(quán)利要求1所述的方法，其中所述τR被計(jì)算如下τR=1/(2πFPEAK)。
3．如權(quán)利要求1所述的方法，其中所述計(jì)算Zm的步驟包括計(jì)算Vq的一次諧波和Iq的一次諧波的步驟。
4．如權(quán)利要求3所述的方法，其中所述計(jì)算Iq,Vq的一次諧波的步驟包括計(jì)算Iq和Vq的富氏變換的步驟。
5．如權(quán)利要求2所述的方法，還包括按下式計(jì)算激磁電感Lφ的步驟Lφ=2Imag(ZR)/ω@ω=1/τR。
6．如權(quán)利要求5所述的方法，還進(jìn)行以下的步驟i)使用公式KT*=(3/2)(P/2)LφId*計(jì)算電機(jī)轉(zhuǎn)矩常數(shù)(KT*)，其中，P=電機(jī)極數(shù)；Id*=Vph_RATED/(ωR_RATEDx Lφ)；Vph_RATED=額定轉(zhuǎn)子電壓；ωR_RATED=額定電機(jī)速度；j)使用公式Vm*=(Vd*2+Vq*2)1/2計(jì)算電機(jī)電壓(Vm*)，其中Vd*=ωELσIq*；Vq*=ωELsId*；Iq*=T_RATED/KT*,T_RATED是電機(jī)的額定轉(zhuǎn)矩；ωE*=ωR_RATED+ωS*；并且ωs*=(1/τR)(Iq*/Id*)；k)計(jì)算VpH_RATED對(duì)Vm*的比；以及1)改變Id*并進(jìn)行步驟(h)-(k)，直到比值處于預(yù)定1的允差的范圍內(nèi)。
7．如權(quán)利要求6所述的方法，其中所述改變Id*的步驟包括計(jì)算作為Id*乘以比值的Id*的下一個(gè)值的步驟。
8．如權(quán)利要求5所述的方法，還包括以下步驟m)按下式計(jì)算在所述高頻下的總電阻(RTOT)RToT=Real(Zm)@FHIGHn)按下式計(jì)算定子電阻(Rs)RS=RTOT-R2其中R2=Lφ/τR；以及o)在步(b)和(d)之間進(jìn)行步(m)。
9．如權(quán)利要求1所述的方法，其中所述步(a)-(h)在收到來自服務(wù)器的指令時(shí)被自動(dòng)地進(jìn)行。
10．如權(quán)利要求6所述的方法，其中所述步(a)-(l)在收到來自服務(wù)器的指令時(shí)被自動(dòng)地進(jìn)行。
全文摘要
具有邏輯48的電梯控制器7,其通過計(jì)算瞬變電感Lσ,在q軸參考電流I
文檔編號(hào)H03H9/05GK1221250SQ9812553
公開日1999年6月30日 申請(qǐng)日期1998年12月21日 優(yōu)先權(quán)日1997年12月22日
發(fā)明者R·S·科爾拜, A·韋基奧蒂, L·拉蒙塔格內(nèi) 申請(qǐng)人:奧蒂斯電梯公司