永磁電動(dòng)機(jī)的無(wú)傳感器式磁場(chǎng)導(dǎo)向控制系統(tǒng)、方法和設(shè)備的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明提供一種用于永磁電動(dòng)機(jī)的無(wú)傳感器式磁場(chǎng)導(dǎo)向控制系統(tǒng)、方法和設(shè)備。所述無(wú)傳感器式磁場(chǎng)導(dǎo)向控制系統(tǒng)包含克拉克變換模塊、派克變換模塊和角度估計(jì)模塊。所述克拉克變換模塊根據(jù)電動(dòng)機(jī)相電流來(lái)產(chǎn)生正交電流信號(hào)。所述派克變換模塊響應(yīng)于所述正交電流信號(hào)和角信號(hào)來(lái)產(chǎn)生電流信號(hào)。所述角度估計(jì)模塊響應(yīng)于所述電流信號(hào)來(lái)產(chǎn)生所述角信號(hào)。所述角信號(hào)與所述永磁電動(dòng)機(jī)的換向角相關(guān)。所述電流信號(hào)被控制為接近零。與角移位信號(hào)相關(guān)聯(lián)的所述角信號(hào)經(jīng)配置以產(chǎn)生三相電動(dòng)機(jī)電壓。
【專利說(shuō)明】永磁電動(dòng)機(jī)的無(wú)傳感器式磁場(chǎng)導(dǎo)向控制系統(tǒng)、方法和設(shè)備
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種用于永磁(PM)電動(dòng)機(jī)的無(wú)傳感器式磁場(chǎng)導(dǎo)向控制(fieldoriented control,簡(jiǎn)稱F0C)技術(shù),且更明確地說(shuō),涉及一種用于永磁電動(dòng)機(jī)的無(wú)傳感器式磁場(chǎng)導(dǎo)向控制系統(tǒng)、方法和設(shè)備。
【背景技術(shù)】
[0002]無(wú)刷永磁同步電動(dòng)機(jī)(PMSM)是一種無(wú)傳感器式PM電動(dòng)機(jī)，并且是一種由交流(AC)電輸入驅(qū)動(dòng)的電動(dòng)機(jī)。如果能夠檢測(cè)到無(wú)傳感器式永磁電動(dòng)機(jī)的啟動(dòng)位置，那么能夠毫無(wú)沖擊地啟動(dòng)電動(dòng)機(jī)。
[0003]PMSM包括具有定子繞組(stator winding)的繞線定子(wound stator)、永磁轉(zhuǎn)子(permanent magnet rotor)組合件以及感測(cè)裝置,所述感測(cè)裝置用于感測(cè)PM轉(zhuǎn)子組合件的轉(zhuǎn)子位置。感測(cè)裝置通常包含霍爾傳感器(hall sensor)，且霍爾傳感器以恰當(dāng)序列提供用于電子式切換所述定子繞組的信號(hào)，所述信號(hào)用以保持PM轉(zhuǎn)子組合件的旋轉(zhuǎn)。然而，感測(cè)裝置中所設(shè)置的霍爾傳感器增加了 PMSM的成本，并且可能會(huì)造成故障而降低PMSM的可靠性。因此，需要一種用于在沒(méi)有傳感器的情況下進(jìn)行PM電動(dòng)機(jī)控制的機(jī)制。
【發(fā)明內(nèi)容】
[0004]本發(fā)明提供一種用于永磁電動(dòng)機(jī)的無(wú)傳感器式磁場(chǎng)導(dǎo)向控制系統(tǒng)、方法和設(shè)備。所述無(wú)傳感器式磁場(chǎng)導(dǎo)向控制系統(tǒng)包括克拉克變換(Clarke transform)模塊、派克變換(Park transform)模塊和角度估計(jì)模塊。所述克拉克變換模塊根據(jù)多個(gè)電動(dòng)機(jī)相電流(motor phase current)來(lái)產(chǎn)生多個(gè)正交電流信號(hào)。所述派克變換模塊響應(yīng)于所述多個(gè)正交電流信號(hào)和角信號(hào)來(lái)產(chǎn)生電流信號(hào)。所述角度估計(jì)模塊響應(yīng)于所述電流信號(hào)來(lái)產(chǎn)生角信號(hào)。所述角信號(hào)與所述永磁電動(dòng)機(jī)的換向角(commutation angle)相關(guān)。所述電流信號(hào)被控制為接近零。與角移位信號(hào)相關(guān)聯(lián)的所述角信號(hào)經(jīng)配置以產(chǎn)生三相電動(dòng)機(jī)電壓。
[0005]從另一觀點(diǎn)來(lái)看，本發(fā)明還提供一種用于永磁電動(dòng)機(jī)的無(wú)傳感器式磁場(chǎng)導(dǎo)向控制設(shè)備。所述設(shè)備包括克拉克變換模塊、派克變換模塊、角度估計(jì)模塊和總和(sum)模塊。所述克拉克變換模塊根據(jù)多個(gè)電動(dòng)機(jī)相電流來(lái)產(chǎn)生多個(gè)正交電流信號(hào)。所述派克變換模塊響應(yīng)于所述多個(gè)正交電流信號(hào)和第一角信號(hào)來(lái)產(chǎn)生電流信號(hào)。所述角度估計(jì)模塊響應(yīng)于所述電流信號(hào)來(lái)產(chǎn)生所述第一角信號(hào)。所述總和模塊根據(jù)所述第一角信號(hào)和角移位信號(hào)來(lái)產(chǎn)生第二角信號(hào)。所述電流信號(hào)被控制為接近零。所述第二角信號(hào)經(jīng)配置以產(chǎn)生三相電動(dòng)機(jī)電壓(three phase motor voltage)。
[0006]從另一觀點(diǎn)來(lái)看，本發(fā)明還提供一種用于永磁電動(dòng)機(jī)的無(wú)傳感器式磁場(chǎng)導(dǎo)向控制方法。所述方法包括以下步驟。根據(jù)多個(gè)電動(dòng)機(jī)相電流來(lái)產(chǎn)生多個(gè)正交電流信號(hào)。響應(yīng)于所述多個(gè)正交電流信號(hào)和角信號(hào)來(lái)產(chǎn)生電流信號(hào)。響應(yīng)于所述電流信號(hào)來(lái)產(chǎn)生所述角信號(hào)。所述角信號(hào)與所述永磁電動(dòng)機(jī)的換向角相關(guān)；所述電流信號(hào)被控制為接近零；并且，所述角信號(hào)經(jīng)配置以產(chǎn)生三相電動(dòng)機(jī)電壓。[0007]包含附圖以提供對(duì)本發(fā)明的進(jìn)一步理解，且附圖并入本說(shuō)明書(shū)中并構(gòu)成本說(shuō)明書(shū)的一部分。所述圖式說(shuō)明本發(fā)明的示范性實(shí)施例，且與描述一起用以解釋本發(fā)明的原理。
【專利附圖】
【附圖說(shuō)明】
[0008]圖1展不說(shuō)明用于PM電動(dòng)機(jī)的FOC無(wú)傳感器式磁場(chǎng)導(dǎo)向控制系統(tǒng)的框圖；
[0009]圖2展示說(shuō)明滑動(dòng)模式觀測(cè)器(sliding mode observer)的算法(algorithm)的示意圖；
[0010]圖3展示說(shuō)明滑動(dòng)模式觀測(cè)器的框圖；
[0011]圖4展示說(shuō)明PMSM的等效模型的示意圖；
[0012]圖5展示說(shuō)明根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例的用于PM電動(dòng)機(jī)的FOC無(wú)傳感器式磁場(chǎng)導(dǎo)向控制系統(tǒng)的框圖；
[0013]圖6展示說(shuō)明根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例的角度估計(jì)模塊的框圖；
[0014]圖7展示說(shuō)明根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例的比例積分(proportional integral,簡(jiǎn)稱PI)控制器的框圖；
[0015]圖8展示說(shuō)明根據(jù)本發(fā)明的另一實(shí)施例的角度估計(jì)模塊的框圖；
[0016]圖9展示說(shuō)明根據(jù)本發(fā)明的另一實(shí)施例的FOC無(wú)傳感器式磁場(chǎng)導(dǎo)向控制系統(tǒng)的框圖；
[0017]圖10展示根據(jù)本發(fā)明的另一實(shí)施例的由圖9中的正弦波產(chǎn)生器產(chǎn)生的波形；
[0018]圖11展示說(shuō)明根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例的用于永磁電動(dòng)機(jī)的無(wú)傳感器式磁場(chǎng)導(dǎo)向控制方法的流程圖。
[0019]附圖標(biāo)記說(shuō)明:
[0020]10:永磁同步電動(dòng)機(jī)；
[0021]12:電動(dòng)勢(shì)源；
[0022]15:三相橋式驅(qū)動(dòng)器(three-phase bridge driver)；
[0023]20:克拉克變換模塊；
[0024]25:派克變換模塊；
[0025]30:克拉克逆變換(inverse Clarke transformation)模塊/空間向量調(diào)制(spacevector modulation,簡(jiǎn)稱 SVM)模塊；
[0026]35:派克逆變換模塊；
[0027]40,45,150:比例積分控制器；
[0028]50:滑動(dòng)模式觀測(cè)器；
[0029]60:電流觀測(cè)器；
[0030]61:混頻器(mixer)；
[0031]62:誤差信號(hào)；
[0032]63-67:步驟；
[0033]71、72、120:低通濾波器；
[0034]80:反正切計(jì)算塊(arctangent calculation block)；
[0035]90:正弦波信號(hào)產(chǎn)生器；
[0036]95:總和單元；[0037]100:角度估計(jì)模塊；
[0038]110:總和模塊;
[0039]151、152:塊;
[0040]AS:角移位信號(hào)；
[0041]Duty:任務(wù)信號(hào)；
[0042]Es:反電動(dòng)勢(shì)；
[0043]Esf:參數(shù)；
[0044]Εα、Εβ:Es的向量分量；
[0045]ia、ib、ic、Is:相電流;
[0046]i α、i β: 二軸正交電流；
[0047]Id、Iq:電流信號(hào)；
[0048]Ikt:閾值；
[0049]Ise:所估計(jì)的相電流；
[0050]Ideef' Iqref:參數(shù);
[0051]K1、KP:增益；
[0052]KIUKPl:原始設(shè)置；
[0053]L:繞組電感；
[0054]R:繞組電阻；
[0055]S1110、S1120、S1130:步驟；
[0056]VcU Vq:信號(hào)；
[0057]Vpl、Vp2、Vp3:三相電動(dòng)機(jī)電壓信號(hào)；
[0058]Vs:輸入電壓；
[0059]V α、V β:電壓/脈寬調(diào)制信號(hào)；
[0060]VA> VB> Vc:三相電動(dòng)機(jī)電壓信號(hào)；
[0061]x(t)、y(t):誤差信號(hào);
[0062]Z:輸出校正因子(correction factor)電壓；
[0063]θ、θ A:角信號(hào)；
[0064]ω:速度信號(hào)。
【具體實(shí)施方式】
[0065]與老式電動(dòng)機(jī)相比，PM電動(dòng)機(jī)通常展現(xiàn)高效率、小尺寸、快速動(dòng)態(tài)響應(yīng)和低噪聲等優(yōu)點(diǎn)。因?yàn)镻M電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)子磁場(chǎng)的速度必須等于定子磁場(chǎng)(stator magnetic field)的速度，所以磁場(chǎng)導(dǎo)向控制中的轉(zhuǎn)子磁鏈(rotor flux)、定子磁鏈(stator flux)和氣隙磁鏈(air-gap flux)中的一者被視為用于為創(chuàng)建另一磁鏈的參考系(frame)的基礎(chǔ)，以在定子的電流中將轉(zhuǎn)矩分量和磁鏈分量進(jìn)行去稱(decouple)。電樞電流負(fù)責(zé)產(chǎn)生轉(zhuǎn)矩(torque),且勵(lì)磁電流負(fù)責(zé)產(chǎn)生磁鏈(flux)。一般來(lái)說(shuō)，轉(zhuǎn)子磁鏈被視為用于定子磁鏈和氣隙磁鏈的參考系。圖1中示范性說(shuō)明用于PM電動(dòng)機(jī)的FOC無(wú)傳感器式磁場(chǎng)導(dǎo)向控制系統(tǒng)和設(shè)備。圖1展示說(shuō)明用于PM電動(dòng)機(jī)的FOC無(wú)傳感器式磁場(chǎng)導(dǎo)向控制系統(tǒng)的框圖。無(wú)傳感器式磁場(chǎng)導(dǎo)向控制系統(tǒng)包括永磁同步電動(dòng)機(jī)(PMSM) 10、三相橋式驅(qū)動(dòng)器(three-phase bridge driver) 15和空間向量調(diào)制(space vector modulation,簡(jiǎn)稱SVM)模塊30?？死俗儞Q模塊20大體上經(jīng)配置以將三軸二維坐標(biāo)系統(tǒng)(參考定子)變換為二軸坐標(biāo)系統(tǒng)?？死俗儞Q在電氣工程中還稱為α-β變換(alpha-beta transformation)。電動(dòng)機(jī)10的由向量呈現(xiàn)的相電流可以表達(dá)為以下公式(I)到(3)。
[0066]ki + Jb+Tc = 0.........(I)
[0067]Τ^ = Τβ.........(2)
[0068]= +.........(3)
[0069]其中ia、ib和ic是由向量呈現(xiàn)的電動(dòng)機(jī)10的相電流。i α和i β是映射電動(dòng)機(jī)的相電流ia、ib和ic的二軸(two-axis)正交電流。
[0070]派克變換模塊25經(jīng)配置以將ia、?β和角信號(hào)Θ變換為對(duì)應(yīng)于轉(zhuǎn)子磁鏈的另一二軸系統(tǒng)。這個(gè)二軸旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系統(tǒng)被稱為“d_q軸”。派克變換模塊25根據(jù)二軸正交電流ia和?β產(chǎn)生電流信號(hào)Id和Iq。在電氣工程中，派克變換還稱為直接-正交-零(direct - quadrature - zero)(或 dqO)變換或零-直接-正交(zero - direct -quadrature)(或Odq)變換。參數(shù)Θ表示電動(dòng)機(jī)10的相電流的轉(zhuǎn)子角(rotor angle)。由派克變換模塊25產(chǎn)生的電流信號(hào)Id和Iq可以表達(dá)為以下公式(4)到(5)。
[0071]Id = iaXcosθ + ?βχ&?ηθ.........(4)
[0072]Iq = {-1a) x sin θ-\-?βχ cosΘ.........(5)
[0073]派克逆變換模塊35用于將二軸旋轉(zhuǎn)d-q系(即，信號(hào)Vd和Vq)變換為二軸固定系α-β ( 即，電壓/脈寬調(diào)制信號(hào)Va和νβ)。信號(hào)Vd和Vq是由控制器40和45產(chǎn)生的。電壓/脈寬調(diào)制信號(hào)V a和νβ可以表達(dá)為以下公式(6)到(7)。
[0074]V a = VdXcos Θ +VqXsin Θ.........(6)
[0075]Vβ = VdXsin Θ +VqXcos θ.........(7)
[0076]克拉克逆變換模塊30用于將固定二軸系α-β (stationary two-axis frame)(即，電壓/脈寬調(diào)制Va和νβ )變換為固定三軸(stationary three-axis)(定子的三相參考系)(即，三相電動(dòng)機(jī)電壓信號(hào)Vpl、Vp2和Vp3)。由克拉克逆變換模塊30產(chǎn)生的三相電動(dòng)機(jī)電壓信號(hào)Vpl、Vp2和Vp3可以表達(dá)為以下公式⑶到(10)。
[0077]Vpl = νβ.........(8)
[0078]yp2 = (- νβ + ^ X Va.y 2.........(9)
[0079]Vp3 = (--λ/3 X Va)^-2.........(10)
[0080]這些三相電動(dòng)機(jī)電壓信號(hào)(Vpl、Vp2、Vp3)被應(yīng)用來(lái)通過(guò)空間向量調(diào)制(SVM)技術(shù)產(chǎn)生脈寬調(diào)制(pulse width modulation)信號(hào)。
[0081]控制器40和45是對(duì)閉合控制環(huán)路(closed control loop)中的誤差信號(hào)做出響應(yīng)的比例積分(PI)控制器。閉合控制環(huán)路經(jīng)配置以調(diào)整控制量來(lái)達(dá)到所要的系統(tǒng)響應(yīng)?？刂茀?shù)可以是表示可測(cè)量的量的速度、轉(zhuǎn)矩或磁鏈。誤差信號(hào)是通過(guò)將用于控制的所要參數(shù)(即，1_和Idkef)減去那個(gè)參數(shù)的實(shí)際測(cè)量值來(lái)獲得的。誤差信號(hào)的正負(fù)號(hào)指示控制輸入所需要的方向。
[0082]滑動(dòng)模式觀測(cè)器(SMO) 50經(jīng)配置以用于產(chǎn)生角信號(hào)Θ和估計(jì)電動(dòng)機(jī)的速度。圖2展示說(shuō)明滑動(dòng)模式觀測(cè)器(sliding mode observer)的算法(algorithm)的示意圖。輸入電壓Vs表示施加到圖1中的電動(dòng)機(jī)10的輸入電壓，參數(shù)Is表示電動(dòng)機(jī)10的相電流，且參數(shù)Ise表示電動(dòng)機(jī)10的所估計(jì)的相電流。電流觀測(cè)器60接收輸入電壓Vs且輸出表示所估計(jì)的相電流的所估計(jì)的相電流Ise，并且通過(guò)混頻器61將所估計(jì)的相電流Ise與相電流Is進(jìn)行組合以產(chǎn)生誤差信號(hào)62。將誤差信號(hào)62輸入到確定步驟中。確定步驟63確定誤差信號(hào)62是否小于內(nèi)置值Error-min。如果誤差信號(hào)62小于內(nèi)置值Error_min,那么在步驟64中將輸出校正因子電壓Z設(shè)為零。如果誤差信號(hào)62不小于內(nèi)置值Error-min，那么算法進(jìn)行到確定步驟65來(lái)確定誤差信號(hào)62是否大于零。如果誤差信號(hào)62不大于零，那么在步驟66中輸出校正因子電壓Z等于負(fù)參數(shù)-Kslide。如果誤差信號(hào)62大于零，那么在步驟67中輸出校正因子電壓Z等于正參數(shù)+Kslide。
[0083]Z是輸出校正因子電壓。所述算法著重于計(jì)算FOC方案所需要的換向角(commutation angle)信號(hào)Θ。圖1中的電動(dòng)機(jī)10的位置和估計(jì)是根據(jù)所測(cè)量的電流和所計(jì)算的電壓來(lái)計(jì)算的。
[0084]圖3展示說(shuō)明滑動(dòng)模式觀測(cè)器的框圖?；瑒?dòng)模式觀測(cè)器50包括電流觀測(cè)器60、低通濾波器(LPF) 71和72以及反正切計(jì)算塊(arctangent calculation block) 80。圖4展不說(shuō)明PMSM的等效模型的示意圖。PMSM的等效模型500包括施加到PMSM的電動(dòng)機(jī)輸入電壓Vs、繞組電阻R、繞組電感L和電動(dòng)勢(shì)源(EMF)Esl2。以下描述應(yīng)與圖3和圖4組合。Ise、L、R、t、Vs和Es之間的關(guān)系可以表達(dá)為公式(11)。
d (Ise) Rt I
[0085]-^二一 X/s、.e +— X (Ls'_ Es'_Z)(H)
dt LL.........[0086]其中Ise是所估計(jì)的相電流'Ns是PMSM的輸入電壓；Es是反電動(dòng)勢(shì)；Z是輸出校正因子電壓。
[0087]應(yīng)考慮兩種電動(dòng)機(jī)條件。在第一種條件下，向兩個(gè)系統(tǒng)饋入相同輸入電壓Vs，并且在第二種條件下，所測(cè)量的電流Is應(yīng)與來(lái)自模型的所估計(jì)的電流Ise匹配。因此，假定模型的反電動(dòng)勢(shì)Es與電動(dòng)機(jī)的反電動(dòng)勢(shì)Es相同。當(dāng)誤差信號(hào)的值小于Error-min時(shí)，電流觀測(cè)器60在線性范圍內(nèi)操作。對(duì)于在線性范圍外的誤差信號(hào)，電流觀測(cè)器60的輸出是(+Kslide)/(-Kslide)，這取決于誤差信號(hào)的正負(fù)號(hào)。電流觀測(cè)器60用于補(bǔ)償圖4中的電動(dòng)機(jī)模型，且通過(guò)經(jīng)由低通濾波器71對(duì)校正因子Z進(jìn)行濾波來(lái)估計(jì)反電動(dòng)勢(shì)Es。所估計(jì)的反電動(dòng)勢(shì)Es經(jīng)進(jìn)一步配置以針對(duì)所估計(jì)的角信號(hào)Θ通過(guò)濾波器72產(chǎn)生Ea和Εβ (Es的向量分量)的值(經(jīng)由反正切計(jì)算塊80)。由LPF72根據(jù)所估計(jì)的反電動(dòng)勢(shì)Es產(chǎn)生參數(shù)Esf0所估計(jì)的角信號(hào)Θ可以表達(dá)為公式(12)。
(Ea'
[0088]O - arctan --(12)
\EP).........[0089]因?yàn)閳D1中的滑動(dòng)模式觀測(cè)器(SM0)50需要準(zhǔn)確的電動(dòng)機(jī)參數(shù)和復(fù)雜的計(jì)算來(lái)估計(jì)換向角信號(hào)Θ，所以需要高速且昂貴的數(shù)字信號(hào)處理器(DSP)來(lái)進(jìn)行這個(gè)運(yùn)算。本發(fā)明提供一種允許通過(guò)較低成本的微控制器來(lái)實(shí)施FOC無(wú)傳感器式磁場(chǎng)導(dǎo)向控制系統(tǒng)且實(shí)現(xiàn)高性能的簡(jiǎn)單方法。
[0090]圖5展示說(shuō)明根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例的用于PM電動(dòng)機(jī)的FOC無(wú)傳感器式磁場(chǎng)導(dǎo)向控制系統(tǒng)的框圖。無(wú)傳感器式磁場(chǎng)導(dǎo)向控制系統(tǒng)包括永磁同步電動(dòng)機(jī)(PMSM) 10、三相橋式驅(qū)動(dòng)器15、用于克拉克逆變換模塊/空間向量調(diào)制(SVM)模塊30、克拉克變換模塊20、派克變換模塊25、派克逆變換模塊35、比例積分(PI)控制器40和角度估計(jì)模塊100。派克變換模塊25產(chǎn)生電流信號(hào)Id和Iq。角度估計(jì)模塊100簡(jiǎn)單地根據(jù)電流信號(hào)Id產(chǎn)生換向角信號(hào)Θ。換向角信號(hào)Θ進(jìn)一步耦合到派克變換模塊25和派克逆變換模塊35以針對(duì)三相電動(dòng)機(jī)電壓信號(hào)產(chǎn)生電流信號(hào)Iq和Id、電壓/脈寬調(diào)制信號(hào)Va和νβ。其它塊的描述可以參考圖1的描述。
[0091]圖6展示說(shuō)明根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例的角度估計(jì)模塊的框圖。角度估計(jì)模塊100包括總和模塊110、比例積分(PI)控制器150和LPF120O總和模塊110將電流信號(hào)Id和零信號(hào)(zero signal) O相加以產(chǎn)生PI控制器150的輸入信號(hào)。PI控制器150經(jīng)耦合以接收電流信號(hào)Id以用于產(chǎn)生速度信號(hào)ω。通過(guò)控制所述電流信號(hào)Id近似等于零來(lái)導(dǎo)出速度信號(hào)ω。濾波器120用于根據(jù)速度信號(hào)ω產(chǎn)生換向角信號(hào)Θ。
[0092]圖7展示說(shuō)明根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例的比例積分(proportional integral,簡(jiǎn)稱PI)控制器的框圖。在塊151中通過(guò)將輸入信號(hào)(即，誤差信號(hào)X (t))乘以第一增益(即，增益KP)來(lái)形成PI控制器150的比例項(xiàng)(proportional term),且PI控制器150經(jīng)配置以產(chǎn)生作為誤差量值的函數(shù)的控制響應(yīng)。PI控制器150的積分項(xiàng)(integral term)用于消除小穩(wěn)態(tài)誤差。PI控制器150的積分項(xiàng)計(jì)算誤差信號(hào)的連續(xù)總量。在塊152中將這個(gè)累積的穩(wěn)態(tài)誤差信號(hào)乘以第二增益(即，增益KI)。誤差信號(hào)x(t)、y(t)、增益KP和KI之間的關(guān)系可以表達(dá)為公式(13):
[0093]y (t) = KpX X (t) -K1 / x (t) dt.........(13)
[0094]圖8展示說(shuō)明根據(jù)本發(fā)明的另一實(shí)施例的角度估計(jì)模塊的框圖。角度估計(jì)模塊100包括比例積分(PI)控制器150。PI控制器150經(jīng)配置以接收電流信號(hào)Id以用于產(chǎn)生速度信號(hào)ω。通過(guò)控制所述Id信號(hào)近似等于零來(lái)導(dǎo)出速度信號(hào)ω。濾波器120用于根據(jù)速度信號(hào)ω產(chǎn)生換向角信號(hào)Θ。比例積分(PI)控制器150包括用于PI控制的兩個(gè)參數(shù)，例如第一增益KP和第二增益KI。為了確保電流信號(hào)Id在環(huán)路的線性區(qū)中操作，塊115確定電流信號(hào)Id的值是否大于閾值Ikt。如果電流信號(hào)Id的值小于閾值Ikt，那么將第一增益KP和第二增益KI設(shè)為原始設(shè)置KPl和KI1。如果電流信號(hào)Id的值大于閾值Ikt，那么將把第一增益KP和第二增益KI分別設(shè)為KP2和KI2以獲得不同環(huán)路響應(yīng)和操作。
[0095]圖9展示說(shuō)明根據(jù)本發(fā)明的另一實(shí)施例的FOC無(wú)傳感器式磁場(chǎng)導(dǎo)向控制系統(tǒng)的框圖。所述FOC無(wú)傳感器式磁場(chǎng)導(dǎo)向控制系統(tǒng)包括永磁同步電動(dòng)機(jī)(PMSM) 10、三相橋式驅(qū)動(dòng)器15、克拉克變換模塊20、派克變換模塊25、正弦波信號(hào)產(chǎn)生器90和角度估計(jì)模塊100。派克變換模塊25通過(guò)接收二軸正交電流i α和i β信號(hào)來(lái)產(chǎn)生電流信號(hào)Id。角度估計(jì)模塊100根據(jù)電流信號(hào)Id來(lái)產(chǎn)生角信號(hào)Θ。角信號(hào)Θ進(jìn)一步反饋到派克變換模塊25。求和單兀95根據(jù)角信號(hào)Θ和角移位信號(hào)AS來(lái)產(chǎn)生另一角信號(hào)ΘΑ。角移位信號(hào)AS用于適應(yīng)各種PM電動(dòng)機(jī)且/或用于弱磁控制(weak magnet control)。
[0096]角信號(hào)θ A和任務(wù)信號(hào)(duty signal) Duty f禹合到正弦波產(chǎn)生器90以針對(duì)三相電動(dòng)機(jī)電壓信號(hào)(相位A、相位B和相位C)產(chǎn)生脈寬調(diào)制信號(hào)。正弦波產(chǎn)生器90具有兩個(gè)輸入，包含量值輸入和相位角輸入。量值輸入耦合到任務(wù)信號(hào)Duty。相位角輸入耦合到角信
號(hào)ΘΑ。
[0097]圖10展示根據(jù)本發(fā)明的另一實(shí)施例的由圖9中的正弦波產(chǎn)生器產(chǎn)生的波形。三相電動(dòng)機(jī)電壓信號(hào)νΑ、νΒ和V。的振幅由任務(wù)信號(hào)Duty編程。三相電動(dòng)機(jī)電壓信號(hào)VA、VB和Vc的角由角信號(hào)Θ A確定。
[0098]圖11展示說(shuō)明根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例的用于永磁電動(dòng)機(jī)的無(wú)傳感器式磁場(chǎng)導(dǎo)向控制方法的流程圖。在本實(shí)施例中，所述無(wú)傳感器式磁場(chǎng)導(dǎo)向控制方法適用于圖5的設(shè)備。在步驟SlllO中，克拉克變換模塊20根據(jù)多個(gè)電動(dòng)機(jī)相電流(即，相電流ia、ib和ic)產(chǎn)生多個(gè)正交電流信號(hào)(即，二軸正交電流ia和?β信號(hào))。在步驟S1120中，派克變換模塊25響應(yīng)于所述多個(gè)正交電流信號(hào)(即，二軸正交電流i a和i β信號(hào))和角信號(hào)Θ來(lái)產(chǎn)生電流信號(hào)Id。在步驟SI 130中，角度估計(jì)模塊100響應(yīng)于電流信號(hào)Id來(lái)產(chǎn)生角信號(hào)Θ。角信號(hào)Θ與永磁電動(dòng)機(jī)10的換向角相關(guān)。電流信號(hào)Id被控制為接近零。與角移位信號(hào)AS相關(guān)聯(lián)的角信號(hào)Θ經(jīng)配置以產(chǎn)生三相電動(dòng)機(jī)電壓(B卩，相位A、相位B和相位C)。與電子組件的詳細(xì)致動(dòng)組合的技術(shù)已經(jīng)在本發(fā)明的上述實(shí)施例中進(jìn)行描述。
[0099]最后應(yīng)說(shuō)明的是:以上各實(shí)施例僅用以說(shuō)明本發(fā)明的技術(shù)方案，而非對(duì)其限制；盡管參照前述各實(shí)施例對(duì)本發(fā)明進(jìn)行了詳細(xì)的說(shuō)明，本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)理解:其依然可以對(duì)前述各實(shí)施例所記載的技術(shù)方案進(jìn)行修改，或者對(duì)其中部分或者全部技術(shù)特征進(jìn)行等同替換；而這些修改或者替換，并不使相應(yīng)技術(shù)方案的本質(zhì)脫離本發(fā)明各實(shí)施例技術(shù)方案的范圍。
【權(quán)利要求】
1.一種用于永磁電動(dòng)機(jī)的無(wú)傳感器式磁場(chǎng)導(dǎo)向控制系統(tǒng)，其特征在于，包括: 克拉克變換模塊，根據(jù)多個(gè)電動(dòng)機(jī)相電流來(lái)產(chǎn)生多個(gè)正交電流信號(hào)； 派克變換模塊，響應(yīng)于所述多個(gè)正交電流信號(hào)和角信號(hào)來(lái)產(chǎn)生電流信號(hào)；以及 角度估計(jì)模塊，響應(yīng)于所述電流信號(hào)來(lái)產(chǎn)生所述角信號(hào)； 其中所述角信號(hào)與所述永磁電動(dòng)機(jī)的換向角相關(guān)；所述電流信號(hào)被控制為接近零；與角移位信號(hào)相關(guān)聯(lián)的所述角信號(hào)經(jīng)配置以產(chǎn)生三相電動(dòng)機(jī)電壓。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的無(wú)傳感器式磁場(chǎng)導(dǎo)向控制系統(tǒng)，其特征在于，還包括: 空間向量調(diào)制模塊，用于響應(yīng)于所述角信號(hào)來(lái)產(chǎn)生所述三相電動(dòng)機(jī)電壓。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的無(wú)傳感器式磁場(chǎng)導(dǎo)向控制系統(tǒng)，其特征在于，所述角度估計(jì)模塊包括: 比例積分控制器，用于產(chǎn)生速度信號(hào)；以及 濾波器，根據(jù)所述速度信號(hào)產(chǎn)生所述角信號(hào)， 其中所述速度信號(hào)是通過(guò)將所述電流信號(hào)控制為接近零來(lái)產(chǎn)生的。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的無(wú)傳感器式磁場(chǎng)導(dǎo)向控制系統(tǒng)，其特征在于，所述比例積分控制器包括: 第一增益參數(shù)；以及 第二增益參數(shù)， 其中所述第一增益參數(shù)和第二增益參數(shù)可響應(yīng)于所述電流信號(hào)來(lái)編程。
5.一種用于永磁電動(dòng)機(jī)的無(wú)傳感器式磁場(chǎng)導(dǎo)向控制設(shè)備，其特征在于，包括: 克拉克變換模塊，根據(jù)多個(gè)電動(dòng)機(jī)相電流來(lái)產(chǎn)生多個(gè)正交電流信號(hào)； 派克變換模塊，響應(yīng)于所述多個(gè)正交電流信號(hào)和第一角信號(hào)來(lái)產(chǎn)生電流信號(hào)； 角度估計(jì)模塊，響應(yīng)于所述電流信號(hào)來(lái)產(chǎn)生所述第一角信號(hào)；以及 總和模塊，根據(jù)所述第一角信號(hào)和角移位信號(hào)來(lái)產(chǎn)生第二角信號(hào)， 其中所述電流信號(hào)被控制為接近零；所述第二角信號(hào)經(jīng)配置以產(chǎn)生三相電動(dòng)機(jī)電壓。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的無(wú)傳感器式磁場(chǎng)導(dǎo)向控制設(shè)備，其特征在于，還包括: 正弦波產(chǎn)生器，用于響應(yīng)于所述第二角信號(hào)來(lái)產(chǎn)生所述三相電動(dòng)機(jī)電壓。
7.根據(jù)權(quán)利要求5所述的無(wú)傳感器式磁場(chǎng)導(dǎo)向控制設(shè)備，其特征在于，所述角度估計(jì)模塊包括: 比例積分控制器，用于產(chǎn)生速度信號(hào)；以及 濾波器，根據(jù)所述速度信號(hào)來(lái)產(chǎn)生所述角信號(hào)， 其中所述速度信號(hào)是通過(guò)將所述電流信號(hào)控制為接近零來(lái)產(chǎn)生的；所述比例積分控制器包括第一增益參數(shù)和第二增益參數(shù)；所述第一增益參數(shù)和第二增益參數(shù)可響應(yīng)于所述電流信號(hào)來(lái)編程。
8.一種用于永磁電動(dòng)機(jī)的無(wú)傳感器式磁場(chǎng)導(dǎo)向控制方法，其特征在于，包括: 根據(jù)多個(gè)電動(dòng)機(jī)相電流來(lái)產(chǎn)生多個(gè)正交電流信號(hào)； 響應(yīng)于所述多個(gè)正交電流信號(hào)和角信號(hào)來(lái)產(chǎn)生電流信號(hào)； 響應(yīng)于所述電流信號(hào)來(lái)產(chǎn)生所述角信號(hào)； 其中所述角信號(hào)與所述永磁電動(dòng)機(jī)的換向角相關(guān)；所述電流信號(hào)被控制為接近零；所述角信號(hào)經(jīng)配置以產(chǎn)生三相電動(dòng)機(jī)電壓。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的無(wú)傳感器式磁場(chǎng)導(dǎo)向控制方法，其特征在于，還包括: 響應(yīng)于所述角信號(hào)和誤差量值信號(hào)來(lái)產(chǎn)生所述三相電動(dòng)機(jī)電壓。
10.根據(jù)權(quán)利要求8所述的無(wú)傳感器式磁場(chǎng)導(dǎo)向控制方法，其特征在于，所述產(chǎn)生所述角信號(hào)的步驟包括以下步驟: 通過(guò)比例積分控制器產(chǎn)生速度信號(hào)；以及 通過(guò)濾波來(lái)根據(jù)所述速度信號(hào)產(chǎn)生所述角信號(hào)， 其中所述速度信號(hào)是通過(guò)將所述電流信號(hào)控制為接近零來(lái)產(chǎn)生的。
11.根據(jù)權(quán)利要求8所述的無(wú)傳感器式磁場(chǎng)導(dǎo)向控制方法，其特征在于，所述三相電動(dòng)機(jī)電壓是由正弦波產(chǎn)生器產(chǎn)生的。
12.根據(jù) 權(quán)利要求10所述的無(wú)傳感器式磁場(chǎng)導(dǎo)向控制方法，其特征在于，所述比例積分控制器包括第一增益參數(shù)和第二增益參數(shù)；所述第一增益參數(shù)和所述第二增益參數(shù)響應(yīng)于所述電流信號(hào)來(lái)進(jìn)行編程。
【文檔編號(hào)】H02P21/14GK104022706SQ201410282630
【公開(kāi)日】2014年9月3日 申請(qǐng)日期:2014年6月23日 優(yōu)先權(quán)日:2014年6月23日
【發(fā)明者】黃致愷, 楊大勇, 楊世仁 申請(qǐng)人:崇貿(mào)科技股份有限公司, 快捷半導(dǎo)體(蘇州)有限公司