轉(zhuǎn)子信息推定系統(tǒng)的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明公開一種轉(zhuǎn)子信息推定系統(tǒng)，其包括：旋轉(zhuǎn)變壓器，其測(cè)定電機(jī)的轉(zhuǎn)子位置；比例積分觀測(cè)器，其根據(jù)所述電機(jī)建模并推定所述電機(jī)的轉(zhuǎn)子位置；以及誤差算出部，其利用所述比例積分觀測(cè)器推定的轉(zhuǎn)子位置算出所述旋轉(zhuǎn)變壓器測(cè)定的轉(zhuǎn)子位置的誤差，其中，所述比例積分觀測(cè)器根據(jù)所述電機(jī)的特性對(duì)算出的所述誤差進(jìn)行運(yùn)算，從而能夠準(zhǔn)確推定所述電機(jī)的轉(zhuǎn)子信息。
【專利說明】
轉(zhuǎn)子信息推定系統(tǒng)
技術(shù)領(lǐng)域
[0001] 本發(fā)明涉及一種轉(zhuǎn)子信息推定系統(tǒng)。
【背景技術(shù)】
[0002] 交流電機(jī)控制系統(tǒng)是一種適用于混合動(dòng)力電動(dòng)車輛（Hybrid Electric Vehicle) 或電動(dòng)車輛（Electric Vehicle)等，通過控制交流電機(jī)來運(yùn)行車輛及車輛中各種裝置的系 統(tǒng)。交流電機(jī)控制系統(tǒng)利用交流電機(jī)的轉(zhuǎn)子位置信息控制交流電機(jī)。交流電機(jī)控制系統(tǒng)為 獲取轉(zhuǎn)子位置信息而主要使用旋轉(zhuǎn)變壓器（Resolver)。
[0003] 旋轉(zhuǎn)變壓器是模擬方式的轉(zhuǎn)子位置（角度）檢測(cè)器，設(shè)置在交流電機(jī)的旋轉(zhuǎn)軸上， 根據(jù)接入的激勵(lì)信號(hào)測(cè)定轉(zhuǎn)子位置，輸出對(duì)應(yīng)于此時(shí)測(cè)定的轉(zhuǎn)子位置的交流電壓。
[0004] 這種旋轉(zhuǎn)變壓器輸出的交流電壓分為正弦信號(hào)和余弦信號(hào)輸出。另外，交流電機(jī) 控制系統(tǒng)同時(shí)還采用將旋轉(zhuǎn)變壓器輸出的轉(zhuǎn)子位置信息轉(zhuǎn)換為數(shù)字值的旋轉(zhuǎn)變壓器數(shù)字 芯片（Resolver to Digital Chip ;RDC) 〇
[0005] 這種RDC將旋轉(zhuǎn)變壓器的正弦信號(hào)和余弦信號(hào)轉(zhuǎn)換為數(shù)字值，但現(xiàn)在出于節(jié)省成 本的目的，已經(jīng)不再使用RDC集成電路（1C)，而是采用由交流電機(jī)控制系統(tǒng)的微機(jī)（Micro Computer)中直接把旋轉(zhuǎn)變壓器的正弦信號(hào)和余弦信號(hào)轉(zhuǎn)換為數(shù)字值，以檢測(cè)轉(zhuǎn)子位置的 方法。
[0006] 把旋轉(zhuǎn)變壓器的正弦信號(hào)和余弦信號(hào)直接轉(zhuǎn)換為數(shù)字值的現(xiàn)有技術(shù)有利用角度 跟蹤觀測(cè)器（Angle Tracking observer)的方法。
[0007] 利用角度跟蹤觀測(cè)器的方法參見圖1，該方法可通過如下數(shù)學(xué)式1表示：
[0008] 【數(shù)學(xué)式1】
[0009]
[0010] 數(shù)學(xué)式1中，F(xiàn)(S)是利用角度跟蹤觀測(cè)器的系統(tǒng)，是角度跟蹤觀測(cè)器推定的轉(zhuǎn) 子位置，Θ是旋轉(zhuǎn)變壓器推定的轉(zhuǎn)子位置，1^1^是增益，S是拉普拉斯算子。其中，增益ki、 k2由如下數(shù)學(xué)式2確定：
[0011] 【數(shù)學(xué)式2】
[0012]
[0013] 數(shù)學(xué)式2中，〇^是基于角度跟蹤觀測(cè)器的固有頻率，ζ是基于角度跟蹤觀測(cè)器的 阻尼因素。
[0014] 上述利用角度跟蹤觀測(cè)器的方法適用于閉環(huán)系統(tǒng)，利用角度跟蹤觀測(cè)器推定的轉(zhuǎn) 子位置計(jì)算旋轉(zhuǎn)變壓器測(cè)定的轉(zhuǎn)子位置的誤差。
[0015] 根據(jù)這種利用角度跟蹤觀測(cè)器的方法，利用計(jì)算的誤差推定轉(zhuǎn)子位置，因此所推 定轉(zhuǎn)子位置的準(zhǔn)確性高，但由于抗干擾性差，未考慮交流電機(jī)的物理特性，因此當(dāng)交流電機(jī) 的物理特性改變的情況下，所推定轉(zhuǎn)子位置將產(chǎn)生誤差。
【發(fā)明內(nèi)容】
[0016] 技術(shù)問題
[0017] 為解決上述問題，本發(fā)明的目的在于提供一種根據(jù)交流電機(jī)的機(jī)械特性建模，從 而能夠準(zhǔn)確算出旋轉(zhuǎn)變壓器測(cè)定的轉(zhuǎn)子位置的誤差，并且能夠利用算出的誤差準(zhǔn)確推定電 機(jī)的轉(zhuǎn)子位置的轉(zhuǎn)子信息推定系統(tǒng)。
[0018] 技術(shù)方案
[0019] 用于達(dá)成上述目的的根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的轉(zhuǎn)子信息推定系統(tǒng)包括：旋轉(zhuǎn)變壓器， 其測(cè)定電機(jī)的轉(zhuǎn)子位置；比例積分觀測(cè)器，其根據(jù)所述電機(jī)建模并推定所述電機(jī)的轉(zhuǎn)子位 置；以及誤差算出部，其利用所述比例積分觀測(cè)器推定的轉(zhuǎn)子位置算出所述旋轉(zhuǎn)變壓器測(cè) 定的轉(zhuǎn)子位置的誤差，其中，所述比例積分觀測(cè)器根據(jù)所述電機(jī)的特性對(duì)算出的所述誤差 進(jìn)行運(yùn)算，從而能夠推定所述電機(jī)的轉(zhuǎn)子信息。
[0020] 所述比例積分觀測(cè)器可包括：增益部，其用所述誤差乘以增益并輸出其結(jié)果；運(yùn) 算部，其對(duì)所述增益部的輸出和基于所述電機(jī)的特性的變量進(jìn)行運(yùn)算并輸出其結(jié)果；加法 部，其對(duì)所述增益部的輸出和所述運(yùn)算部的輸出進(jìn)行加法運(yùn)算并輸出其結(jié)果；第一積分器， 其對(duì)所述加法部的輸出進(jìn)行積分以推定所述轉(zhuǎn)子信息中的轉(zhuǎn)子位置；以及第二積分器，其 對(duì)所述增益部的輸出進(jìn)行積分以推定所述轉(zhuǎn)子信息中的負(fù)載扭矩。
[0021] 所述增益部可以包括：第一增益部，其用所述誤差乘以第一增益并輸出其結(jié)果； 第二增益部，其用所述誤差乘以第二增益并輸出其結(jié)果；以及第三增益部，其用所述誤差乘 以第三增益并輸出其結(jié)果。
[0022] 所述第一增益、所述第二增益及所述第三增益可以根據(jù)所述比例積分觀測(cè)器的特 性方程式確定。
[0023] 所述比例積分觀測(cè)器的特性方程式可以用如下數(shù)學(xué)式表示，
[0024]
[0025] 其中，s是拉普拉斯算子，L1是第一增益，所述L 2是第二增益，所述L 3是第三增益， i是電機(jī)的摩擦系數(shù)，i是電機(jī)的慣性因素。
[0026] 所述比例積分觀測(cè)器的特性方程式可以用如下基于三階系統(tǒng)的極點(diǎn)的數(shù)學(xué)式表 示，
[0027] α = (s-β 1) (s-β 2) (s-β 3) = s3-(P 1+β 2+β 3) s2+(0 1β2+β2β3+β3β 1)-β 1β2β3 = 0。
[0028] 所述第一增益、第二增益、第三增益可以由根據(jù)所述特性方程式計(jì)算的如下數(shù)學(xué) 式確定，
[0029]
[0030] 所述運(yùn)算部可以包括：第一乘法器，其用所述第二增益部的輸出乘以所述電機(jī)的 慣性因素并輸出其結(jié)果；運(yùn)算器，其相加所述第一乘法器的輸出和所述電機(jī)的輸出扭矩，并 減去所述第二積分器的輸出并輸出其結(jié)果；第二乘法器，其用所述運(yùn)算器的輸出乘以所述 電機(jī)的慣性因素的倒數(shù)并輸出其結(jié)果；第三積分器，其對(duì)所述第二乘法器的輸出進(jìn)行積分 以推定所述轉(zhuǎn)子信息中的轉(zhuǎn)子速度；以及第三乘法器，其用所述第三積分器的輸出乘以所 述電機(jī)的摩擦系數(shù)并將其結(jié)果發(fā)送給所述運(yùn)算器。
[0031] 所述運(yùn)算器可以減去所述第三乘法器的輸出并發(fā)送給所述第二乘法器。
[0032] 所述加法部可以加上所述第一增益部的輸出并發(fā)送給所述第一積分器。
[0033] 所述第二積分器可以對(duì)所述第三增益部的輸出進(jìn)行積分并將其結(jié)果發(fā)送給所述 運(yùn)算器。
[0034] 所述誤差算出部可以包括：第一乘法運(yùn)算器，其用所述旋轉(zhuǎn)變壓器測(cè)定的轉(zhuǎn)子位 置的正弦信號(hào)乘以所述第一積分器輸出的余弦信號(hào)并輸出其結(jié)果；第二乘法運(yùn)算器，其用 所述旋轉(zhuǎn)變壓器測(cè)定的轉(zhuǎn)子位置的余弦信號(hào)乘以所述第一積分器輸出的正弦信號(hào)并輸出 其結(jié)果；以及減法器，其對(duì)所述第一乘法運(yùn)算器的輸出和所述第二乘法運(yùn)算器的輸出進(jìn)行 減法運(yùn)算并將其結(jié)果發(fā)送給所述增益部。
[0035] 所述電機(jī)可以是永磁同步電機(jī)。
[0036] 所述電機(jī)的機(jī)械模型可以用如下數(shù)學(xué)式表示，
[0037]
[0038] 其中，?；是電機(jī)的輸出扭矩，J是電機(jī)的慣性因素，ω m是角速度，B是摩擦系數(shù)， ?Υ是負(fù)載扭矩。
[0039] 所述比例積分觀測(cè)器可以根據(jù)如下數(shù)學(xué)式建模，
[0040]
[0041 ]
[0042]
[0043]
[0044] 其中，θ"是轉(zhuǎn)子位置，ω "是轉(zhuǎn)子速度（角速度），$是電機(jī)的負(fù)載扭矩，Bnro^ 電機(jī)的摩擦系數(shù)，Jnmt是電機(jī)的慣性因素。
[0045] 所述比例積分觀測(cè)器可以根據(jù)如下數(shù)學(xué)式建模：
[0048] 其中，焉.&是推定的轉(zhuǎn)子位置，^是推定的轉(zhuǎn)子速度，是推定的負(fù)載扭矩， 是旋轉(zhuǎn)變壓器的輸出（轉(zhuǎn)子位置），i是電機(jī)的摩擦系數(shù)，i是電機(jī)的慣性因素，是電機(jī) 的輸出扭矩，L1是第一增益，L 2是第二增益，L 3是第三增益。
[0049] 技術(shù)效果
[0050] 根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的轉(zhuǎn)子信息推定系統(tǒng)，能夠利用根據(jù)電機(jī)特性建模的比例積分 觀測(cè)器，準(zhǔn)確地算出旋轉(zhuǎn)變壓器測(cè)定的電機(jī)的轉(zhuǎn)子位置的誤差。
[0051] 并且，對(duì)所算出的誤差和基于電機(jī)特性的增益進(jìn)行運(yùn)算，能夠準(zhǔn)確地推定轉(zhuǎn)子位 置，能夠利用準(zhǔn)確推定的轉(zhuǎn)子位置控制電機(jī)，因此能夠顯著提高電機(jī)控制性能。
[0052] 并且，在電機(jī)的特性發(fā)生變更的情況下，能夠根據(jù)變更的電機(jī)特性相應(yīng)變更比例 積分觀測(cè)器的增益，因此即使電機(jī)的特性發(fā)生變更也能夠準(zhǔn)確算出電機(jī)的轉(zhuǎn)子信息。
【附圖說明】
[0053] 圖1為顯示根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)的角度跟蹤觀測(cè)器的具體構(gòu)成的功能框圖；
[0054] 圖2為簡(jiǎn)要顯示根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的轉(zhuǎn)子信息推定系統(tǒng)的框圖；
[0055] 圖3為顯示根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的轉(zhuǎn)子信息推定系統(tǒng)的具體構(gòu)成的框圖；
[0056] 圖4為簡(jiǎn)要顯示根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的用于控制電機(jī)的轉(zhuǎn)子信息推定方法的流程 圖；
[0057] 圖5為顯示根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的旋轉(zhuǎn)變壓器的輸出信號(hào)的曲線圖；
[0058] 圖6至圖8為說明根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的比例積分觀測(cè)器的推定性能的曲線圖；
[0059] 圖9至圖11為說明根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的比例積分觀測(cè)器的推定誤差的曲線圖。
[0060] 附圖標(biāo)記說明
[0061] 100:旋轉(zhuǎn)變壓器 200:誤差算出部
[0062] 210 :第一乘法運(yùn)算器220 :第二乘法運(yùn)算器
[0063] 230 :減法器 300 :比例積分觀測(cè)器
[0064] 310 :增益部 311 :第一增益部
[0065] 312 :第二增益部 313 :第三增益部
[0066] 320 :運(yùn)算部 321 :第一乘法器
[0067] 322 :運(yùn)算器 323 :第二乘法器
[0068] 324 :第三積分器 325 :第三乘法器
[0069] 330 :加法部 340 :第一積分器
[0070] 350 :第二積分器 360 :分配部
【具體實(shí)施方式】
[0071] 通過參照示出示出本發(fā)明優(yōu)選實(shí)施例的附圖及附圖中所記載的內(nèi)容，能夠充分理 解本發(fā)明及本發(fā)明工作上的有益效果及本發(fā)明實(shí)施例所達(dá)到的目的。
[0072] 以下參照【附圖說明】本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例，以詳細(xì)說明本發(fā)明。但是本發(fā)明可以通 過多種不同的形態(tài)實(shí)現(xiàn)，而并非限定于所說明的實(shí)施例。并且，為了對(duì)本發(fā)明進(jìn)行明確說明 而省略與說明無關(guān)的部分，附圖中相同的附圖標(biāo)記表示相同的構(gòu)件。
[0073] 在說明書全文中若提到某一部分"包括"某構(gòu)成要素時(shí)，在沒有特殊相反記載的情 況下不排除其他構(gòu)成要素，而是表示還可以包括其他構(gòu)成要素。并且，說明書中記載的"… 部"、"…器"、"模塊"、"區(qū)塊"等術(shù)語(yǔ)表示執(zhí)行至少一個(gè)功能或動(dòng)作的單元，其可以由硬件或 軟件，或硬件及軟件結(jié)合實(shí)現(xiàn)。
[0074] 參照?qǐng)D2,根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的轉(zhuǎn)子信息推定系統(tǒng)10可包括：旋轉(zhuǎn)變壓器100、誤 差算出部200及比例積分觀測(cè)器300。
[0075] 旋轉(zhuǎn)變壓器100是位置（角度）測(cè)定傳感器，設(shè)置在電機(jī)的旋轉(zhuǎn)軸上。當(dāng)電機(jī)的 轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)的情況下旋轉(zhuǎn)變壓器100的轉(zhuǎn)子也同時(shí)旋轉(zhuǎn)。此時(shí)，旋轉(zhuǎn)變壓器100可用正弦信 號(hào)和余弦信號(hào)輸出其轉(zhuǎn)子位置信息。
[0076] 在此，電機(jī)可以是起到混合動(dòng)力電動(dòng)車輛及電動(dòng)車輛的引擎作用的驅(qū)動(dòng)電機(jī)，例 如可以是交流電機(jī)，即永磁同步電機(jī)（Permanent Magnet Synchronous Motor ;PMSM) 〇
[0077] 誤差算出部200是算出旋轉(zhuǎn)變壓器測(cè)定的電機(jī)轉(zhuǎn)子位置的誤差的裝置。誤差算出 部200可以從旋轉(zhuǎn)變壓器接收電機(jī)轉(zhuǎn)子位置信息，以及從比例積分觀測(cè)器300接收其推定 的電機(jī)轉(zhuǎn)子位置信息，通過上述的兩種信息算出旋轉(zhuǎn)變壓器算出的電機(jī)轉(zhuǎn)子位置的誤差。
[0078] 比例積分觀測(cè)器300是根據(jù)表示電機(jī)的機(jī)械特性的變量建模并推定電機(jī)轉(zhuǎn)子位 置的裝置。這種比例積分觀測(cè)器300可以對(duì)誤差算出部200算出的誤差和基于電機(jī)特性 的增益進(jìn)行運(yùn)算以推定電機(jī)的轉(zhuǎn)子位置，并且還可以推定電機(jī)的轉(zhuǎn)子速度及電機(jī)的負(fù)載扭 矩。在此，推定的電機(jī)的轉(zhuǎn)子位置、轉(zhuǎn)子速度及負(fù)載扭矩用作控制電機(jī)的換流器的輸入（信 號(hào)）。
[0079] 參照?qǐng)D3,旋轉(zhuǎn)變壓器100測(cè)定電機(jī)的轉(zhuǎn)子位置，將所測(cè)定電機(jī)的轉(zhuǎn)子位置以正弦 信號(hào)sin( Θ J及余弦信號(hào)cos( Θ J輸出。
[0080] 誤差算出部200是算出旋轉(zhuǎn)變壓器100測(cè)定的轉(zhuǎn)子位置的誤差的裝置，可包括第 一乘法運(yùn)算器210、第二乘法運(yùn)算器220及減法器230。
[0081] 第一乘法運(yùn)算器210可以從旋轉(zhuǎn)變壓器100接收表示轉(zhuǎn)子位置的正弦信號(hào) sin( Θ J。第一乘法運(yùn)算器210連接在比例積分觀測(cè)器300的輸出端，可以接收比例積分觀 測(cè)器300推定的關(guān)于轉(zhuǎn)子位置的余弦信號(hào)eC)S ^第一乘法運(yùn)算器210可以用旋轉(zhuǎn)變 壓器100提供的正弦信號(hào)sin ( Θ J乘以比例積分觀測(cè)器300提供的余弦信號(hào)ec)s 并輸出其結(jié)果。
[0082] 第二乘法運(yùn)算器220連接在旋轉(zhuǎn)變壓器100的輸出端，可以從旋轉(zhuǎn)變壓器100接 收表示轉(zhuǎn)子位置的余弦信號(hào)cos ( Θ 。第二乘法運(yùn)算器220連接在比例積分觀測(cè)器300的 輸出端，可以接收比例積分觀測(cè)器300推定的轉(zhuǎn)子位置的正弦信號(hào)sin 。第二乘法 運(yùn)算器220可以用旋轉(zhuǎn)變壓器100提供的余弦信號(hào)cos ( Θ ")乘以比例積分觀測(cè)器300提 供的正弦信號(hào)sin (^…并輸出其結(jié)果。
[0083] 減法器230連接在第一乘法運(yùn)算器210及第二乘法運(yùn)算器220的輸出端，可以接 收第一乘法運(yùn)算器210及第二乘法運(yùn)算器220的輸出信號(hào)。減法器230可以從第一乘法運(yùn) 算器210的輸出信號(hào)減去第二乘法運(yùn)算器220的輸出信號(hào)并輸出其結(jié)果。在此，減法器230 的輸出對(duì)應(yīng)于旋轉(zhuǎn)變壓器100測(cè)定的轉(zhuǎn)子位置的誤差以^ ? Θ 。
[0084] 另外，誤差算出部200算出誤差時(shí)可通過如下數(shù)學(xué)式3導(dǎo)出：
[0085] 【數(shù)學(xué)式3】
[0086]
[0087] 數(shù)學(xué)式3中，sin((9-4)表不減法器230輸出的誤差，sifl:(約表不第一 乘法運(yùn)算器的輸出，coMf/UiiKA表示第二乘法運(yùn)算器的輸出。表示旋轉(zhuǎn)變壓器測(cè) 定的轉(zhuǎn)子位置與比例積分觀測(cè)器推定的轉(zhuǎn)子位置只差，其表示與減法器230輸出的誤差 sin(沒一#)近似的值。
[0088] 比例積分觀測(cè)器300是用于推定電機(jī)的轉(zhuǎn)子位置、轉(zhuǎn)子速度及負(fù)載扭矩等轉(zhuǎn)子信 息的裝置，可以根據(jù)由如下數(shù)學(xué)式4表示的電機(jī)（PMSM)的機(jī)械模型建模：
[0089] 【數(shù)學(xué)式4】
[0090]
[0091] 數(shù)學(xué)式4中，?；是電機(jī)的輸出扭矩，J是電機(jī)的慣性因素，ω "是角速度，B是摩擦 系數(shù)，?Υ是負(fù)載扭矩。此時(shí)，負(fù)載扭矩的變化將影響電機(jī)的旋轉(zhuǎn)速度，因此可將負(fù)載扭矩的 變化視為低頻干擾，因此比例積分觀測(cè)器300可根據(jù)數(shù)學(xué)式5最終建模如數(shù)學(xué)式6所示：
[0092] 【數(shù)學(xué)式5】
[0093] Λ' = AX + Bll
[0094] y = Cx
[0097] 數(shù)學(xué)式5中，θ"是轉(zhuǎn)子位置，Com是轉(zhuǎn)子速度（角速度），是電機(jī)的負(fù)載扭矩， Bnmt是電機(jī)的摩擦系數(shù)，J Mt是電機(jī)的慣性因素。
[0098] 【數(shù)學(xué)式6】
[0101] 數(shù)學(xué)式6中，是推定轉(zhuǎn)子位置，是推定轉(zhuǎn)子速度，」是推定負(fù)載扭矩， Sni是旋轉(zhuǎn)變壓器輸出（轉(zhuǎn)子位置），$是電機(jī)的摩擦系數(shù)，i是電機(jī)的慣性因素，<是電 機(jī)的輸出扭矩，L1是第一增益，L 2是第二增益，L 3是第三增益。
[0102] 如數(shù)學(xué)式6建模的比例積分觀測(cè)器300可包括增益部310、運(yùn)算部320、加法部 330、第一積分器340、第二積分器350及分配部360。
[0103] 增益部310連接在減法器230的輸出端，可以從減法器230接收旋轉(zhuǎn)變壓器100 算出的轉(zhuǎn)子位置的誤差。這種增益部310可以在接收的誤差乘以增益并輸出其結(jié)果，增益 包括第一增益、第二增益及第三增益。這種第一增益、第二增益及第三增益可以根據(jù)基于電 機(jī)特性建模的比例積分觀測(cè)器的特性方程式（數(shù)學(xué)式7)確定。
[0104]【數(shù)學(xué)式7】
[0105]
[0106] 數(shù)學(xué)式7可轉(zhuǎn)換成關(guān)于三階系統(tǒng)中極點(diǎn)β 1，β 2, β 3的特性方程式（數(shù)學(xué)式8) 表示。在此，極點(diǎn)起到確定系統(tǒng)穩(wěn)定性及時(shí)間應(yīng)答特性的作用。
[0107] 【數(shù)學(xué)式8】
[0108] α = (s-β I) (s-β 2) (s-β 3) = s3-(P 1+β 2+β 3) 82+(β1β2+β2β3+β3β1)-β1β2β3 = 0
[0109] 當(dāng)三階系統(tǒng)中的極點(diǎn)選定為如β = β1=β2=β3的三重根時(shí)，可通過數(shù)學(xué)式 7及數(shù)學(xué)式8如數(shù)學(xué)式9求得比例積分觀測(cè)器的增益。
[0110] 【數(shù)學(xué)式9】
[0111]
[0112] 數(shù)學(xué)式9中，β是根據(jù)適用系統(tǒng)選定，比例積分觀測(cè)器的第一增SL1、第二增益L 2 及第三增益L3根據(jù)選定的β確定。
[0113] 增益部310可包括第一增益部311、第二增益部312及第三增益部313。其中，第 一增益部311在對(duì)應(yīng)于減法器230的輸出的誤差乘以第一增益并輸出其結(jié)果，第二增益部 312在對(duì)應(yīng)于減法器230的輸出的誤差乘以第二增益并輸出其結(jié)果，第三增益部313在對(duì)應(yīng) 于減法器230的輸出的誤差乘以第三增益并輸出其結(jié)果。
[0114] 運(yùn)算部320可包括第一乘法器321、運(yùn)算器322、第二乘法器323、第三積分器324 及第三乘法器325。
[0115] 第一乘法器321連接在第二增益部312的輸出端，可以接收第二增益部312的輸 出^ ，可以在接收的第二增益部312的輸出L；) 乘以電機(jī)的慣性因 素 J并輸出其結(jié)果。
[0116] 運(yùn)算器322是一種加減器，其連接在第一乘法器321的輸出端，可以接收第一乘法 器321的輸出，可以對(duì)第一乘法器321的輸出I ;丨*J與電機(jī)的輸出扭矩Tf3相加 并輸出其結(jié)果。
[0117] 第二乘法器323連接在運(yùn)算器322的輸出端，可以接收運(yùn)算器322的輸出，可以在 運(yùn)算器322的輸出乘以電機(jī)的慣性因素 J的倒數(shù)f并輸出其結(jié)果。
[0118] 第三積分器324連接在第二乘法器323的輸出端，可以接收第二乘法器323的輸 出，可以對(duì)第二乘法器323的輸出進(jìn)行積分以推定電機(jī)的轉(zhuǎn)子速度
[0119] 第三乘法器325連接在第三積分器324的輸出端，可以接收第三積分器324的輸 出，可以在第三積分器324的輸出乘以電機(jī)的摩擦系數(shù)B并將結(jié)果發(fā)送給運(yùn)算器322。在 此，運(yùn)算器322連接在第三乘法器325的輸出端及第二乘法器323的輸入端，可以從上述算 出的輸出減去第三乘法器325的輸出并將結(jié)果發(fā)送給第二乘法器323。
[0120] 加法部330連接在第三積分器324的輸出端及第一增益部311的輸出端，可以接 收第三積分器324的輸出及第一增益部311的輸出，可以對(duì)第三積分器324的輸出與第一 增益部311的輸出相加并輸出其結(jié)果。
[0121 ] 第一積分器340連接在加法部330的輸出端，可以接收加法部330的輸出，可以對(duì) 加法部330的輸出進(jìn)行積分以推定電機(jī)的轉(zhuǎn)子位置6^
[0122] 第二積分器350連接在第三增益部313的輸出端，可以接收第三增益部313的輸 出，可以對(duì)第三增益部313的輸出^ 進(jìn)行積分以推定電機(jī)的負(fù)載扭矩?；。在此， 運(yùn)算器322連接在第二積分器350的輸出端，可以接收第二積分器350的輸出，可以從上述 算出的輸出再減去第二積分器350的輸出IY并輸出其結(jié)果。
[0123] 分配部360連接在第一積分器340的輸出端，可以接收第一積分器340的輸出，可 以將第一積分器340的輸出分配成正弦信號(hào) 3111 (S;w)和余弦信號(hào) 出。在此，誤差算出部200的第一乘法運(yùn)算器210連接在分配部360的第一輸出端，可以從 分配部360接收余弦信號(hào)e(>s (#;w) 1誤差算出部200的第二乘法運(yùn)算器220連接在分配 部360的第二輸出端，可以從分配部360接收正弦信號(hào)sin (3m) >通過上述過程，誤差 算出部200的減法器230可以從第一乘法運(yùn)算器210的輸出減去第二乘法運(yùn)算器220的輸 出，以算出旋轉(zhuǎn)變壓器100的輸出誤差。
[0124] 參照?qǐng)D2至圖4,根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的用于控制電機(jī)的轉(zhuǎn)子信息推定方法可包括： 測(cè)定電機(jī)的轉(zhuǎn)子位置的步驟S301、算出轉(zhuǎn)子位置的誤差的步驟S303、利用誤差推定轉(zhuǎn)子信 息的步驟S305及輸出轉(zhuǎn)子位置、轉(zhuǎn)子速度及負(fù)載扭矩的步驟S307。
[0125] 在測(cè)定的步驟S301中，旋轉(zhuǎn)變壓器100測(cè)定電機(jī)的轉(zhuǎn)子位置。在此，旋轉(zhuǎn)變壓器 100可以用交流電壓（正弦、余弦）輸出電機(jī)的轉(zhuǎn)子位置。
[0126] 在算出的步驟S303中，誤差算出部200算出旋轉(zhuǎn)變壓器100測(cè)定的電機(jī)的轉(zhuǎn)子位 置的誤差。其中，誤差可通過比例積分觀測(cè)器300推定的轉(zhuǎn)子位置算出。
[0127] 在推定的步驟S305中，比例積分觀測(cè)器300利用算出的誤差推定轉(zhuǎn)子信息。在此， 比例積分觀測(cè)器300可以用算出的誤差乘以基于電機(jī)特性的增益，并適用上述說明的各種 運(yùn)算過程后，對(duì)最終運(yùn)算出的輸出信息進(jìn)行積分以推定轉(zhuǎn)子信息。
[0128] 在輸出的步驟S307中，比例積分觀測(cè)器300輸出為控制電機(jī)而推定的轉(zhuǎn)子信息。 其中，轉(zhuǎn)子信息可以有電機(jī)的轉(zhuǎn)子位置、電機(jī)的轉(zhuǎn)子速度及電機(jī)的負(fù)載扭矩，轉(zhuǎn)子信息中的 轉(zhuǎn)子位置可以進(jìn)行反饋，在算出的步驟S303中用于誤差算出部算出誤差。
[0129] 參照?qǐng)D5,可以確認(rèn)相對(duì)于時(shí)間的理想旋轉(zhuǎn)變壓器100的輸出（Ideal Resolver Angle)與實(shí)際旋轉(zhuǎn)變壓器100的輸出（Real Resolver Angle)，實(shí)際旋轉(zhuǎn)變壓器的輸出由 于物理特性而包括與電機(jī)的旋轉(zhuǎn)周期相同的正弦波（畸變信號(hào)）。因此，將旋轉(zhuǎn)變壓器的輸 出轉(zhuǎn)換為數(shù)字值的觀測(cè)器必須能夠準(zhǔn)確測(cè)定這種畸變信號(hào)，而根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的比例積 分觀測(cè)器能夠準(zhǔn)確測(cè)定畸變信號(hào)，能夠通過準(zhǔn)確推定的畸變信號(hào)推定電機(jī)的轉(zhuǎn)子信息。
[0130] 參照?qǐng)D6,圖6中（a)顯示電機(jī)的旋轉(zhuǎn)速度為500rpm的情況下，實(shí)際旋轉(zhuǎn)變壓器的 輸出、現(xiàn)有觀測(cè)器的輸出及根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的比例積分觀測(cè)器的輸出。圖6中（b)為放 大圖6中（a)的預(yù)定部分的示意圖。在此，現(xiàn)有的觀測(cè)器是指角度跟蹤觀測(cè)器。
[0131] 參照?qǐng)D7,圖7中（a)顯示電機(jī)的旋轉(zhuǎn)速度為2000rpm的情況下，實(shí)際旋轉(zhuǎn)變壓器 的輸出、現(xiàn)有觀測(cè)器的輸出及根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的比例積分觀測(cè)器的輸出。圖7中（b)是 放大圖7中（a)的預(yù)定部分的示意圖。在此，現(xiàn)有觀測(cè)器是指角度跟蹤觀測(cè)器。
[0132] 參照?qǐng)D8,圖8中（a)顯示電機(jī)的旋轉(zhuǎn)速度為4000rpm的情況下，實(shí)際旋轉(zhuǎn)變壓器 的輸出、現(xiàn)有觀測(cè)器的輸出及根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的比例積分觀測(cè)器的輸出。圖8中（b)是 放大圖8中（a)的預(yù)定部分的示意圖。其中，現(xiàn)有觀測(cè)器是指角度跟蹤觀測(cè)器。
[0133] 圖6中，實(shí)際旋轉(zhuǎn)變壓器的輸出、現(xiàn)有觀測(cè)器的輸出及根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的比例 積分觀測(cè)器的輸出幾乎無差異，但在圖7及圖8中，實(shí)際旋轉(zhuǎn)變壓器的輸出、現(xiàn)有觀測(cè)器的 輸出及根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的比例積分觀測(cè)器的輸出的差異則在增大。這表示隨著電機(jī)速度 增大，現(xiàn)有觀測(cè)器的輸出發(fā)生延遲，而根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的比例積分觀測(cè)器比現(xiàn)有觀測(cè)器 更快推定轉(zhuǎn)子位置。
[0134] 參照?qǐng)D9,顯示電機(jī)的旋轉(zhuǎn)速度為500rpm的情況下，現(xiàn)有觀測(cè)器推定的轉(zhuǎn)子位置 和根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的比例積分觀測(cè)器推定的轉(zhuǎn)子位置的誤差。
[0135] 參照?qǐng)D10,可確認(rèn)電機(jī)的旋轉(zhuǎn)速度為2000rpm的情況下，現(xiàn)有觀測(cè)器推定的轉(zhuǎn)子 位置和根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的比例積分觀測(cè)器推定的關(guān)于轉(zhuǎn)子位置的誤差。
[0136] 參照?qǐng)D11，可確認(rèn)電機(jī)的旋轉(zhuǎn)速度為4000rpm的情況下，現(xiàn)有觀測(cè)器推定的轉(zhuǎn)子 位置和根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的比例積分觀測(cè)器推定的關(guān)于轉(zhuǎn)子位置的誤差。
[0137] 如以上參照?qǐng)D9至圖11所述，在整個(gè)速度區(qū)域中，根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的比例積分 觀測(cè)器的誤差小于現(xiàn)有觀測(cè)器的誤差。例如，當(dāng)電機(jī)的旋轉(zhuǎn)速度為4000rpm的情況下，現(xiàn)有 觀測(cè)器的正常狀態(tài)誤差是±3. 683度，過渡狀態(tài)誤差（溢出最大值）是27. 75度。然而， 根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的比例積分觀測(cè)器的正常狀態(tài)誤差是±0. 210度，過渡狀態(tài)誤差是7. 22 度。
[0138] 因此，根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的轉(zhuǎn)子信息推定系統(tǒng)利用新建模的比例積分觀測(cè)器，能 夠準(zhǔn)確推定電機(jī)轉(zhuǎn)子位置。
[0139] 根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的方法可通過計(jì)算機(jī)可讀存儲(chǔ)介質(zhì)上的編碼實(shí)現(xiàn)。計(jì)算機(jī)可讀 存儲(chǔ)介質(zhì)包括存儲(chǔ)有計(jì)算機(jī)系統(tǒng)可讀數(shù)據(jù)的任意種類的存儲(chǔ)介質(zhì)。存儲(chǔ)介質(zhì)例如可以是 R0M、RAM、⑶-R0M、磁盤、軟盤、光盤等，另外也可以以載波（例如通過因特網(wǎng)傳輸）實(shí)現(xiàn)。并 且，計(jì)算機(jī)可讀存儲(chǔ)介質(zhì)可以分散在通過網(wǎng)絡(luò)連接的計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)上，以分散方式存儲(chǔ)計(jì)算 機(jī)可讀編碼并執(zhí)行。
[0140] 本發(fā)明參照附圖所示實(shí)施例進(jìn)行了說明，但這只是舉例說明，本發(fā)明所屬領(lǐng)域的 普通技術(shù)人員可在這基礎(chǔ)上做多種變更、得到其他等同實(shí)施例。
[0141] 因此，本發(fā)明的真正技術(shù)保護(hù)范圍以本發(fā)明所記載的技術(shù)方案為準(zhǔn)。
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 一種轉(zhuǎn)子信息推定系統(tǒng)，其特征在于，包括： 旋轉(zhuǎn)變壓器，其測(cè)定電機(jī)的轉(zhuǎn)子位置； 比例積分觀測(cè)器，其根據(jù)所述電機(jī)建模并推定所述電機(jī)的轉(zhuǎn)子位置；W及 誤差算出部，其利用所述比例積分觀測(cè)器推定的轉(zhuǎn)子位置算出所述旋轉(zhuǎn)變壓器測(cè)定的 轉(zhuǎn)子位置的誤差， 其中，所述比例積分觀測(cè)器根據(jù)所述電機(jī)的特性對(duì)算出的所述誤差進(jìn)行運(yùn)算，W推定 所述電機(jī)的轉(zhuǎn)子信息。2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的轉(zhuǎn)子信息推定系統(tǒng)，其特征在于，所述比例積分觀測(cè)器包括： 增益部，其用所述誤差乘W增益并輸出其結(jié)果； 運(yùn)算部，其對(duì)所述增益部的輸出和基于所述電機(jī)的特性的變量進(jìn)行運(yùn)算并輸出其結(jié) 果； 加法部，其對(duì)所述增益部的輸出和所述運(yùn)算部的輸出進(jìn)行加法運(yùn)算并輸出其結(jié)果； 第一積分器，其對(duì)所述加法部的輸出進(jìn)行積分W推定所述轉(zhuǎn)子信息中的轉(zhuǎn)子位置；W 及 第二積分器，其對(duì)所述增益部的輸出進(jìn)行積分W推定所述轉(zhuǎn)子信息中的負(fù)載扭矩。3. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的轉(zhuǎn)子信息推定系統(tǒng)，其特征在于，所述增益部包括： 第一增益部，其用所述誤差乘W第一增益并輸出其結(jié)果； 第二增益部，其用所述誤差乘W第二增益并輸出其結(jié)果；W及 第=增益部，其用所述誤差乘W第=增益并輸出其結(jié)果。4. 根據(jù)權(quán)利要求3所述的轉(zhuǎn)子信息推定系統(tǒng)，其特征在于： 所述第一增益、所述第二增益及所述第=增益是根據(jù)所述比例積分觀測(cè)器的特性方程 式確定的。5. 根據(jù)權(quán)利要求4所述的轉(zhuǎn)子信息推定系統(tǒng)，其特征在于： 所述比例積分觀測(cè)器的特性方程式用如下數(shù)學(xué)式表示，其中，S是拉普拉斯算子，Li是第一增益，所述L 2是第二增益，所述L 3是第S增益，J是 電機(jī)的摩擦系數(shù)，是電機(jī)的慣性因素。6. 根據(jù)權(quán)利要求5所述的轉(zhuǎn)子信息推定系統(tǒng)，其特征在于： 所述比例積分觀測(cè)器的特性方程式用如下基于=階系統(tǒng)的極點(diǎn)的數(shù)學(xué)式表示， a = (S - 0 1) (S - 02) (S - 03) = s3-(p 1+62+03) s2+(M0 2+0 20 3+0 3M)-M0 20 3 = 0。7. 根據(jù)權(quán)利要求6所述的轉(zhuǎn)子信息推定系統(tǒng)，其特征在于： 所述第一增益、第二增益、第=增益由根據(jù)所述特性方程式計(jì)算的如下數(shù)學(xué)式確定，G8. 化惦牧利奧求3所還的轉(zhuǎn)于信思巧足《統(tǒng)，其特征在于，所述運(yùn)算部包括： 第一乘法器，其用所述第二增益部的輸出乘W所述電機(jī)的慣性因素并輸出其結(jié)果； 運(yùn)算器，其相加所述第一乘法器的輸出和所述電機(jī)的輸出扭矩，并減去所述第二積分 器的輸出并輸出其結(jié)果； 第二乘法器，其用所述運(yùn)算器的輸出乘W所述電機(jī)的慣性因素的倒數(shù)并輸出其結(jié)果； 第=積分器，其對(duì)所述第二乘法器的輸出進(jìn)行積分W推定所述轉(zhuǎn)子信息中的轉(zhuǎn)子速 度；化及 第=乘法器，其用所述第=積分器的輸出乘W所述電機(jī)的摩擦系數(shù)并將其結(jié)果發(fā)送給 所述運(yùn)算器。9. 根據(jù)權(quán)利要求8所述的轉(zhuǎn)子信息推定系統(tǒng)，其特征在于： 所述運(yùn)算器減去所述第=乘法器的輸出并發(fā)送給所述第二乘法器。10. 根據(jù)權(quán)利要求3所述的轉(zhuǎn)子信息推定系統(tǒng)，其特征在于： 所述加法部加上所述第一增益部的輸出并發(fā)送給所述第一積分器。11. 根據(jù)權(quán)利要求9所述的轉(zhuǎn)子信息推定系統(tǒng)，其特征在于： 所述第二積分器對(duì)所述第=增益部的輸出進(jìn)行積分并將其結(jié)果發(fā)送給所述運(yùn)算器。12. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的轉(zhuǎn)子信息推定系統(tǒng)，其特征在于，所述誤差算出部包括： 第一乘法運(yùn)算器，其用所述旋轉(zhuǎn)變壓器測(cè)定的轉(zhuǎn)子位置的正弦信號(hào)乘W所述第一積分 器輸出的余弦信號(hào)并輸出其結(jié)果； 第二乘法運(yùn)算器，其用所述旋轉(zhuǎn)變壓器測(cè)定的轉(zhuǎn)子位置的余弦信號(hào)乘W所述第一積分 器輸出的正弦信號(hào)并輸出其結(jié)果；W及 減法器，其對(duì)所述第一乘法運(yùn)算器的輸出和所述第二乘法運(yùn)算器的輸出進(jìn)行減法運(yùn)算 并將其結(jié)果發(fā)送給所述增益部。13. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的轉(zhuǎn)子信息推定系統(tǒng)，其特征在于： 所述電機(jī)是永磁同步電機(jī)。14. 根據(jù)權(quán)利要求13所述的轉(zhuǎn)子信息推定系統(tǒng)，其特征在于： 所述電機(jī)的機(jī)械模型用如下數(shù)學(xué)式表示，其中，T。是電機(jī)的輸出扭矩，J是電機(jī)的慣性因素 ，O "是角速度，B是摩擦系數(shù)，1\是 負(fù)載扭矩。15. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的轉(zhuǎn)子信息推定系統(tǒng)，其特征在于： 所述比例積分觀測(cè)器是根據(jù)如下數(shù)學(xué)式建模，其中，0fm是轉(zhuǎn)子位置，《 ?是轉(zhuǎn)子速度（角速度），^是電機(jī)的負(fù)載扭矩，Bm。,是電機(jī) 的摩擦系數(shù)，Jm"t是電機(jī)的慣性因素。16.根據(jù)權(quán)利要求15所述的轉(zhuǎn)子信息推定系統(tǒng)，其特征在于： 所述比例積分觀測(cè)器是根據(jù)如下數(shù)學(xué)式建模：其中，4^是推定的轉(zhuǎn)子位置，Iw是推定的轉(zhuǎn)子速度，A是推定的負(fù)載扭矩，0 ?是旋 轉(zhuǎn)變壓器的輸出（轉(zhuǎn)子位置），I是電機(jī)的摩擦系數(shù)，J是電機(jī)的慣性因素，《^是電機(jī)的 輸出扭矩，Li是第一增益，L 2是第二增益，L 3是第S增益。
【文檔編號(hào)】H02P21/14GK106033945SQ201510109107
【公開日】2016年10月19日
【申請(qǐng)日】2015年3月12日
【發(fā)明人】鄭求種
【申請(qǐng)人】現(xiàn)代摩比斯株式會(huì)社