本發明總體上涉及用于對三相電動機進行控制的方法和設備。

背景技術：

1、電機在工業上廣泛應用于工廠自動化或運輸。用于諸如永磁同步機(pmsm)、同步磁阻機(syncrm)、卷繞轉子同步機(wrsm)這樣的機器的許多控制技術經常使用旋轉編碼器來取得機器的速度和位置作為反饋。

2、對低成本并且耐用的電動機驅動的需求促進了無傳感器控制的發展。若沒有這些傳感器，則機器驅動變得更便宜，并且在多塵和惡劣的環境中更加耐用。

3、提出了許多用于無傳感器控制的技術。這些技術基于機器的位置和速度的推定，但無傳感器控制器經常被忽視的一個方面是從給定的所需扭矩參考中選擇foc(場定向控制)控制器的電流參考所使用的策略。mtpa(每安培最大扭矩)運行使用能夠產生給定的扭矩的電流的最小水平，因此使電動機驅動中的水平(level)電流感應損耗(逆變器和電動機損耗)最小化。

4、在cvc控制器(電流矢量控制)中，參考量是轉子(dq)軸框架中的電流矢量的坐標。在該框架中，僅在電流矢量的特定方向上滿足mtpa條件。理想的方向取決于機器的參數，這些參數作為電流坐標的函數而在d軸和q軸上變化。

5、為了達到mtpa條件，必須對電感水平和轉子位置進行推定。為了解決該問題，一些機器控制器配備有自調試例程，以取得并存儲電感相對于電流的查找表(lut)。在缺乏事先準備的測試負載的情況下，難以取得對于滿負載條件來說有效的電感表，因此該方法的缺點與第一次使用被驅動的機器、所需的存儲器以及精度之前的發現時間相關。

6、在dfvc(直接磁通矢量控制)中，參考量為磁通范數和一個電流分量。該技術在不需要轉子位置的推定的定子磁通框架中運行。作為替代，dfvc運行需要磁通范數以及與磁通垂直的電流分量的推定。以給定的扭矩在mtpa條件下運行dfvc還需要最佳磁通范數的確定。例如，對于高速的情況，認為在機器針對沿電流矢量的方向注入的hf電壓模式(pattern)作出的hf電流響應垂直于電流矢量時，達到最佳的磁通范數。

7、使用dfvc的主要問題是其依賴于磁通推定器。在缺乏lut的情況下，通常的磁通推定器基于的是bemf傳感(反電動勢場)，該bemf傳感是速度和磁通鏈之積。然而，對于低速和零速度的情況，通過bemf無法適當地推定磁通。其結果，無傳感器dfvc在低速且缺乏lut的情況下傾向于出現穩定性問題。

技術實現思路

1、本發明旨在提供一種使用對于低速且沒有lut的情況有效的無傳感器dfvc控制的無傳感器控制方法和設備。

2、為此，本發明涉及一種方法，其使用直接磁通矢量控制模塊和恒定電流角軌跡模塊對電動機進行控制，

3、其特征在于，所述方法包括以下步驟：

4、確定扭矩參考；

5、由所述恒定電流角軌跡模塊根據所述扭矩參考和預定角度而確定磁通參考和電流參考；

6、將所述磁通參考和所述電流參考提供給所述直接磁通矢量控制模塊，以取得向所述電動機提供的參考電壓；

7、向所述參考電壓注入高頻信號；

8、根據電動機電流矢量確定所述電動機的磁通的方向的推定值；

9、根據所述磁通的所述方向的所述推定值而確定所述磁通的范數的推定值以及與所述磁通的推定方向垂直地流動的電流的推定值；以及

10、將所述磁通的所述范數的所述推定值以及與所述磁通的所述推定方向垂直地流動的所述電流的所述推定值提供給所述直接磁通矢量控制模塊。

11、本發明還涉及一種設備，其使用直接磁通矢量控制模塊和恒定電流角軌跡模塊對電動機進行控制，

12、其特征在于，所述設備包括用于執行以下處理的單元：

13、確定扭矩參考；

14、由所述恒定電流角軌跡模塊根據所述扭矩參考和預定角度而確定磁通參考和電流參考；

15、將所述磁通參考和所述電流參考提供給所述直接磁通矢量控制模塊，以取得向所述電動機提供的參考電壓；

16、向所述參考電壓注入高頻信號；

17、根據電動機電流矢量確定所述電動機的磁通的方向的推定值；

18、根據所述磁通的所述方向的所述推定值而確定所述磁通的范數的推定值以及與所述磁通的推定方向垂直的電流的推定值；以及

19、將所述磁通的所述范數的所述推定值以及與所述磁通的所述推定方向垂直地流動的所述電流的所述推定值提供給所述直接磁通矢量控制模塊。

20、因此，在包括低速條件的任何條件下都可以確定磁通參考以及與磁通垂直的電流參考。由于推定電流與推定磁通之間的角度被穩定化，因此產生的扭矩是穩定的。即使在磁通推定的質量差時，在低速下也會保持穩定性。

21、所提出的無傳感器控制在低速和靜止時也有效。由于該方案在低速下運行良好，因此在高速(例如超過200rpm)下也可以使用精確的基于bemf的磁通推定器而應用類似的控制結構，該磁通推定器在低速和高速區域(例如200rpm)之間具有平滑過渡。由于dfvc控制器不需要轉子角度的推定，因此控制器結構不存在由于轉子位置的推定的不精確而變得不穩定的傾向。

22、根據一個特定特征，使用第1函數確定磁通參考，該第1函數為電動機的標稱參數乘以將扭矩的乘積除以參考角度的正切而得到的值的平方根，使用第2函數確定電流參考，該第2函數為電動機的標稱參數乘以將乘積扭矩參考乘以參考角度的正切而得到的值的平方根。

23、因此，dfvc中使用的磁通參考和電流參考保證了在任意扭矩條件下，實現使用了磁通矢量與電流矢量之間的固定角度的dfvc控制。

24、根據一個特定特征，第1函數為并且第2函數為其中，λn為電動機的標稱磁通，in為電動機的標稱電流，sin(φn)是根據電動機的標稱功率因數cos(φn)確定的，p為電動機的電極對的數量。

25、因此，dfvc控制器產生的扭矩是標稱條件下的參考扭矩的良好近似。在其它扭矩條件下，產生的扭矩可能會偏離參考扭矩水平。然而，即使在低速下，產生的扭矩的水平也是穩定的，并且扭矩參考的水平也可以調整。

26、在磁通推定中存在誤差的情況下，dfvc控制器所采用的dfvc軌跡不會大幅偏離最佳的每安培最大扭矩(mtpa)條件。因此，ccal控制器是穩定的，但在低速下也是高效的。

27、根據一個特定特征，根據以下公式確定磁通參考λ*和電流參考iτ*：

28、

29、其中，λn為電動機的標稱磁通，in為電動機的標稱電流，sin(φn)是根據電動機的標稱功率因數cos(φn)確定的，p為電動機的電極對的數量，t*為扭矩參考并且γλ*為預定角度。

30、根據一個特定特征，預定角度落入30°至45°之間。

31、因此，dfvc軌跡不會大幅偏離mtpa軌跡。此外，偏離該范圍的角度可能會導致例如(較大角度的情況下的)dfvc控制器的不穩定或(較小角度的情況下的)不期望的電動機損耗等問題。

32、根據一個特定特征，預定角度是按照而確定的，其中，和是根據電動機的銘牌特性而推定的標稱電感，并且或更大。

33、因此，控制器軌跡更好地與mtpa條件匹配?？梢愿鶕C器的銘牌特性而使預定的角度適應于機器的標稱凸極。

34、根據一個特定特征，預定角度是按照在查找表中存儲的扭矩的函數而確定的。

35、因此，可以在偏離標稱條件的狀態下滿足精確的mtpa條件，在低速和靜止時提高dfvc控制器的效率。例如，可以使用高速時可用的mtpa跟蹤算法而獲取該表。

36、根據一個特定特征，根據以不同大小的預定角度和不同大小的扭矩參考觀測到的電流對扭矩參考比而確定預定角度，并且將最佳角度確定為使針對確定出的扭矩參考觀測到的電流對扭矩參考比最小化的角度。

37、因此，可以在偏離標稱條件的狀態下滿足精確的mtpa條件，在低速和靜止時提高dfvc控制器的效率。控制器可以在靜止條件下獲取表，而不需要通過高轉速來執行mtpa的獲取。

38、根據一個特定特征，推定出的磁通水平是以被投影至推定磁通的軸上的電流乘以固定比率的方式推定的。

39、因此，即使在低速下，也很容易確定磁通推定。線性假設具有相當大的誤差，但正確地反映了磁通水平與電流水平的依賴關系的單調性。換言之，推定磁通可能傾向于具有(例如由于飽和及/或凸極而引起的)范數和/或方向的推定誤差，但該推定誤差是局部穩定的。即使在難以檢測到由于旋轉產生的反電動勢的低速/靜止運行區域，dfvc也可以有效地對具有誤差的磁通推定進行控制以接近參考磁通參考。

40、根據一個特定特征，根據電動機的銘牌特性確定固定比率。

41、因此，推定磁通是以在機器的標稱工作點處沒有誤差的狀態推定出的。在這一點處，提出的控制方法在mtpa條件下運行，即，將達到所需的扭矩水平而需要的電流水平最小化。在其它扭矩條件下，控制方法不會大幅偏離真實的mtpa條件地運行，并且將導致的銅損的增加保持得小。該無傳感器控制方法在低速下在真實的mtpa條件附近運行。

42、根據一個特定特征，高頻注入信號與推定出的磁通矢量平行，并且以使電流矢量的高頻響應變得與電流平行的方式對磁通矢量的角度進行推定。

43、因此，盡管缺乏機器的精確電感條件的知識，但仍然推定出了磁通矢量的角度。提出的控制方法是在完全缺乏查找表的狀態下運行的。由于hf磁通注入與磁通成比例，因此易于檢測到與電流方向正交的電流水平的變化，使其變為0。

44、根據一個特定特征，高頻注入與推定出的磁通矢量垂直，并且以使電流矢量的高頻響應變得與電流矢量垂直的方式對磁通矢量的角度進行推定。

45、因此，盡管缺乏機器的精確電感條件的知識，但仍然推定出了磁通矢量的角度。提出的控制方法是在完全缺乏查找表的狀態下運行的。由于hf磁通注入與磁通垂直，因此使由于hf注入導致的鐵損最小化。

46、本發明的特征會通過閱讀實施例的以下描述而變得更加明確，這些描述是參考附圖而進行的。