專利名稱：控制旋轉(zhuǎn)電機的方法,所用伺服控制系統(tǒng)及旋轉(zhuǎn)電機的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種控制旋轉(zhuǎn)電機的方法，一種實現(xiàn)所述方法的伺服控制系統(tǒng)以及一種具有此類系統(tǒng)的旋轉(zhuǎn)電機。
更確切地說，本發(fā)明涉及一種控制異步旋轉(zhuǎn)電機的電磁扭矩以及定子磁通量的方法，所述異步旋轉(zhuǎn)電機具有一個從低速到高速的高動態(tài)范圍。
US-A-4678248涉及一種控制方法，其中控制參數(shù)是電磁扭矩和定子磁通量。
該方法利用的是電機以及逆變器的矢量模型。
已知電機的電磁扭矩是轉(zhuǎn)子磁通量旋轉(zhuǎn)矢量和定子磁通量旋轉(zhuǎn)矢量之間角度以及這些磁通量矢量模數(shù)的函數(shù)。換句話說，電磁扭矩Γem是磁通量旋轉(zhuǎn)矢量矢量積的函數(shù)Γem＝K(φR×φs)定子電壓矢量VS由一個三相逆變器提供，此三相逆變器的每相包括一個二-狀態(tài)SP2LL(單極性二邏輯電平)開關(guān)。因此，定子電壓矢量VS可呈八種狀態(tài)V1…V8(23)，根據(jù)逆變器三個SP2LL開關(guān)的組合，其中的兩種狀態(tài)V1、V8，在定子的固定參考坐標系(α，β)中，呈零幅(零位狀態(tài))。
DTC(直接扭矩控制)系統(tǒng)依靠通過使定子磁通量旋轉(zhuǎn)矢量φs相對于轉(zhuǎn)子磁通量φR進行加速、以增大扭矩Γem(增大二磁通量矢量之間的夾角)和阻止定子磁通量矢量φs、從而使轉(zhuǎn)子磁通量矢量φR趕上定子磁通量矢量、以減少扭矩Γem(減少二磁通量矢量之間的夾角)，從而在定子參考坐標系(α，β)的滯后頻帶H內(nèi)、保持定子磁通量旋轉(zhuǎn)矢量φs的模數(shù)|φs|，并控制扭矩Γem。
定子磁通量矢量φs可利用一個有限表格來進行控制。對于在定子坐標系(α，β)平面內(nèi)旋轉(zhuǎn)的定子磁通量矢量φs的一個給定位置Ni(i＝1…6)，此表格包括定子相電壓矢量VS的狀態(tài)V1…V8，即阻止定子磁通量矢量的狀態(tài)(零位狀態(tài)V1，V8)以及使磁通量矢量φs、φR之間的角度張開、同時在滯后頻帶H內(nèi)維持定子磁通量矢量φs的狀態(tài)。
在轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)速度較低的情況下，上述方案的動態(tài)響應(yīng)很微弱。特別是，負階躍響應(yīng)時間大約是同樣幅度正階躍響應(yīng)時間的4倍。
另外，所提供的技術(shù)只是利用定子磁通量的控制(在滯后頻帶內(nèi)維持定子磁通量模數(shù))來實現(xiàn)扭矩的控制。但并未給出這樣的裝置，即在其中所需的定子磁通量的控制與扭矩Γem的控制能夠同時進行。
US-A-5610485涉及一種異步旋轉(zhuǎn)電機控制方法，該方法將DTC方法用于一個速度范圍并將滯后加到扭矩上。此外該方法還提供了兩種附加操作方式，一種用于低速，另一種用于高速。
低速時的操作方式以迫使逆變器轉(zhuǎn)換頻率為基礎(chǔ)。
高速時的操作方式是全波方式。
上述方法的主要缺點之一在于，當(dāng)控制系統(tǒng)記錄下滯后變量之一的超調(diào)量時，則在采樣時間時啟動相位矢量從一個狀態(tài)轉(zhuǎn)換到另一個狀態(tài)。因此，對于系統(tǒng)來說，要有一個好的動態(tài)(防止過量的超調(diào))，利用短采樣時間(Tech＝50μs；fech＝20KHz)、此采樣時間可導(dǎo)致大大高于實時裝置中通常所用采樣頻率的高采樣頻率，是很有必要的。
此外，利用控制定子磁通量(在滯后頻帶中維持定子磁通量模數(shù))來控制扭矩的問題，還沒有得到解決。也沒有提供定子磁通量控制與扭矩Γem控制共同進行的裝置。
最后，轉(zhuǎn)變?yōu)槿ǚ绞揭搽y以實現(xiàn)。
本發(fā)明的一個目的是，提供一種控制異步旋轉(zhuǎn)電機電磁扭矩和定子磁通量的方法，其中逆變器轉(zhuǎn)換時間通過計算來預(yù)定出，并與采樣或計算時間異步進行。在此方式下，采樣頻率無需再與已有技術(shù)當(dāng)中的一樣高，可以降低為已有技術(shù)實時裝置中所用的標準頻率(2KHz和5KHz之間)。
本發(fā)明的另一個目的是，提供一種控制異步旋轉(zhuǎn)電機電磁扭矩和定子磁通量的方法，其中電磁扭矩和定子磁通量可同時調(diào)節(jié)。
本發(fā)明的另一個目的是，提供一種控制異步旋轉(zhuǎn)電機電磁扭矩和定子磁通量的方法，其中轉(zhuǎn)變?yōu)槿ǚ绞綗o需進行任何方案的改變。
為此，本發(fā)明涉及一種控制n相旋轉(zhuǎn)電機的方法，該n相旋轉(zhuǎn)電機由具有n個SPmLL開關(guān)、定義了mn個定子相電壓矢量狀態(tài)的逆變器來提供交流，在可采用各種控制方案、每種方案都具有各自應(yīng)用條件的一個伺服控制系統(tǒng)的作用下，所述電機的電磁扭矩Γ和定子磁通量|φs|從動于設(shè)定點Γref、|φs|ref，所述的伺服控制系統(tǒng)包括一組傳感器，其所檢測到的數(shù)值傳送到一個采樣觀測器，觀測器的輸出，即在一給定的采樣時間Te內(nèi)得到的采樣，送入一個計算裝置，所述計算裝置輸出控制信號，用于控制逆變器的SPmLL開關(guān)。
在此方法中，根據(jù)所采用控制方案的應(yīng)用條件，通過順序地轉(zhuǎn)換n個狀態(tài)次序以及所述n個狀態(tài)次序中每一個的作用時間dtkk∈{1，…，n}，計算裝置一個接一個地依次計算出相電壓矢量的n個狀態(tài)，使扭矩Γ和磁通量|φs|接近于設(shè)定點Γref、|φs|ref，每次采樣時，計算裝置都計算出相位矢量當(dāng)前狀態(tài)的剩余作用時間以及其更新的、將來狀態(tài)的作用時間，與采樣時間和計算時間異步進行，在當(dāng)前狀態(tài)的作用時間結(jié)束時，計算裝置發(fā)送出SPmLL開關(guān)控制信號，使此開關(guān)從當(dāng)前狀態(tài)轉(zhuǎn)換到下一狀態(tài)。
在一種操作方式下，計算裝置在一個正交三維的參考計算坐標系內(nèi)進行計算，此正交三維參考計算坐標系包括定子磁通量φs的定子平面(φsα，φsβ)和垂直于所述定子平面(φsα，φsβ)、代表扭矩Γ的軸，設(shè)定點Γref、|φs|ref由圓ηref表示，該圓位于與定子平面(φsα，φsβ)平行的平面內(nèi)，其中心在所述的垂直軸上，半徑為|φs|ref，與所述垂直軸相交于Γref；旋轉(zhuǎn)電機提供的數(shù)值Γ、φs，由圓η上的一個點A(φsα，φsβ，Γ)來表示，圓η位于與定子平面(φsα，φsβ)平行的平面內(nèi)，其中心在所述的垂直軸上，半徑為|φs|，與所述垂直軸相交于Γ；控制方案是一個與旋轉(zhuǎn)電機的旋轉(zhuǎn)頻率相異步的方案，其中通過n個狀態(tài)的順序作用，依次地計算出電壓矢量的n個狀態(tài)，從而使得點A(φsα，φsβ，Γ)會聚于圓ηcal的任一點D上，圓ηcal的中心位于所述垂直軸上，半徑為|φs|cal，與所述垂直軸相交于Γcal；在一預(yù)先給定的時間內(nèi)，所述的計算裝置計算出圓ηcal的方程，從而使得順序作用時間、生成的平均扭矩Γ和平均定子磁通量|φs|大體上分別等于設(shè)定點Γref、|φs|ref。
特別是，n可等于3，控制方案以一個SOCMLI作用周期為基礎(chǔ)，計算裝置應(yīng)尋找出由順序的三種狀態(tài)一包括初始狀態(tài)Vi、與Vi相鄰的兩種狀態(tài)Vadj中之一以及零位狀態(tài)(V0)組成的、電壓矢量的一個唯一三元組(Vo，Vi，Vadj)i∈{2，…，mn-1}，此三種狀態(tài)相應(yīng)的作用時間dti、dtadj、dto都是正值，并且所述的作用時間之和等于逆變器轉(zhuǎn)換時間Td的一半。
因此，此方法的步驟是a)計算裝置尋找唯一的三元組(Vo，Vi，Vadj)i∈{2，…mn-1}，并計算出在圓ηcal上的假定到達點D′，
b)此計算裝置發(fā)送出SPmLL開關(guān)控制信號，并轉(zhuǎn)換到狀態(tài)Vi，c)每次采樣時，計算裝置都要計算出當(dāng)前點A′(φsαc，φsβc，Γc)狀態(tài)Vi的剩余作用時間dtir以及將來狀態(tài)Vadj和Vo的更新時間dtadj和dto，d)如果dtir≤Te，計算裝置則預(yù)計出自狀態(tài)Vi到狀態(tài)Vadj的轉(zhuǎn)換時間，e)當(dāng)?shù)搅伺c采樣時間和計算時間異步進行的轉(zhuǎn)換時間時，計算裝置發(fā)送出SPmLL開關(guān)控制信號，并轉(zhuǎn)換到狀態(tài)Vadj，f)每次采樣時，計算裝置都要計算出當(dāng)前點B′(φsαc，φsβc，Γc)狀態(tài)Vadj的剩余作用時間dtadjr以及將來狀態(tài)Vo的更新時間dto，g)如果dtadjr≤Te，計算裝置則預(yù)計出從狀態(tài)Vadj到狀態(tài)Vo的轉(zhuǎn)換時間，h)當(dāng)?shù)搅伺c采樣時間和計算時間異步進行的轉(zhuǎn)換時間時，計算裝置發(fā)送出SPmLL開關(guān)控制信號，并轉(zhuǎn)換到狀態(tài)V0，i)每次采樣時，計算裝置都要計算出當(dāng)前點C′(φsαc，φsβc，Γc)狀態(tài)Vo的剩余作用時間dtor，j)如果dtor≤Te，計算裝置則尋找一個新的唯一三元組(V′o，V′i，V′adj)i∈{2，…，mn-1}，并預(yù)計出從狀態(tài)V0到狀態(tài)V′i的轉(zhuǎn)換時間，k)當(dāng)?shù)搅伺c采樣時間和計算時間異步進行的轉(zhuǎn)換時間時，計算裝置發(fā)送出SPmLL開關(guān)控制信號，并轉(zhuǎn)換到狀態(tài)V′i，計算裝置利用步驟c)到k)來處理新的三元組(V′o，V′i，V′adj)。
在步驟c)中，計算裝置求解出下列方程組
其中，λ是一個參數(shù)，該參數(shù)定義了圓ηcal在D′處切線上點D的位置。
在步驟f)中，計算裝置利用最小二乘法求解下面的方程組
在步驟i)中，計算裝置利用最小二乘法求解下面的方程組，計算出當(dāng)前點C′(φsαc，φsβc，Γc)狀態(tài)V0的剩余作用時間dtor|Γo(V0)1||dt0|=|Γ(D)-Γ(C′)1/2Td-tc|]]>在步驟d)中，計算裝置預(yù)計出從狀態(tài)Vi到其他與Vi狀態(tài)相鄰的狀態(tài)的轉(zhuǎn)換時間，以使點B′的軌跡沿著圓ηcal重新定位。
如果沒有唯一的三元組(Vo，Vi，Vadj)，計算裝置則在時間間隔1/2Td內(nèi)，在圓ηcal上順序地尋找除零位狀態(tài)之外的兩種狀態(tài)(Vi，Vadj)，以能夠最好地逼近點A′(φsα，φsβ，Γ)。
在另一種操作方式下，計算裝置在一個正交三維的參考計算坐標系內(nèi)進行計算，此正交三維參考計算坐標系包括定子磁通量φs的定子平面(φsα，φsβ)和垂直于所述定子平面(φsα，φsβ)、代表扭矩Γ的軸，設(shè)定點Γref、|φs|ref由圓ηref表示，該圓位于與定子平面(φsα，φsβ)平行的平面內(nèi)，其中心在所述的垂直軸上，半徑為|φs|ref，與所述垂直軸相交于Γref；旋轉(zhuǎn)電機提供的數(shù)值Γ、φs，由圓η上的一個點A(φsα，φsβ，Γ)來表示，圓η位于與定子平面(φsα，φsβ)平行的平面內(nèi)，其中心在所述的垂直軸上，半徑為|φs|，與所述垂直軸相交于Γ；控制方案是一個與旋轉(zhuǎn)電機的旋轉(zhuǎn)頻率相同步的方案，其中通過n個狀態(tài)的順序作用，依次地計算出電壓矢量的n個狀態(tài)，從而使得點A(φsα，φsβ，Γ)會聚于圓ηcal的一點D上，圓ηcal的中心位于所述垂直軸上，半徑為|φs|cal，與所述垂直軸相交于Γcal；通過定子平面(φsα，φsβ)內(nèi)定子磁通量矢量的一個預(yù)定的最后位置，所述的計算裝置計算出圓ηcal的方程，從而使得順序作用時間、生成的平均扭矩Γ和平均定子磁通量|φs|大體上分別等于設(shè)定點Γref、|φs|ref。
定子磁通量每旋轉(zhuǎn)一周所允許的預(yù)定位置數(shù)是有限的，并且取決于旋轉(zhuǎn)電機的旋轉(zhuǎn)速度范圍。
特別是，n可等于3，控制方案應(yīng)使計算裝置得到一個由順序的三種狀態(tài)—包括初始狀態(tài)Vi、與Vi相鄰的兩種狀態(tài)Vadj中之一以及零位狀態(tài)(V0)組成的、電壓矢量的一個唯一三元狀態(tài)組(Vo，Vi，Vadj)i∈{2，…，mn-1}，此三種狀態(tài)相應(yīng)的作用時間dti、dtadj、dto都是正值，所述的三元組與圓ηcal相交于一個已知點D。
因此，在一個旋轉(zhuǎn)電機的初始化步驟中，根據(jù)各種不同的旋轉(zhuǎn)電機旋轉(zhuǎn)速度范圍，將三元組(Vo，Vi，Vadj)i∈{2，…，mn-1}保存在計算裝置的存儲器當(dāng)中，以便能夠從定子磁通量矢量的一個預(yù)定位置變化到另一個預(yù)定位置，并且在操作當(dāng)中，a)計算裝置根據(jù)旋轉(zhuǎn)電機的旋轉(zhuǎn)速度以及定子磁通量所處的預(yù)定位置，找出將要進行作用的三元組(Vi，Vi，Vadj)，b)此計算裝置發(fā)送出SPmLL開關(guān)控制信號，并轉(zhuǎn)換到狀態(tài)Vi，c)每次采樣時，計算裝置都要計算出當(dāng)前點A′(φsαc，φsβc，Γc)狀態(tài)Vi的剩余作用時間dtir以及將來狀態(tài)Vadj和Vo的更新時間dtadj和dto，d)如果dtir≤Te，計算裝置則預(yù)計出自狀態(tài)Vi到狀態(tài)Vadj的轉(zhuǎn)換時間，e)當(dāng)?shù)搅伺c采樣時間和計算時間異步進行的轉(zhuǎn)換時間時，計算裝置發(fā)送出SPmLL開關(guān)控制信號，并轉(zhuǎn)換到狀態(tài)Vadj，f)每次采樣時，計算裝置都要計算出當(dāng)前點B′(φsαc，φsβc，Γc)狀態(tài)Vadj的剩余作用時間dtadj以及將來狀態(tài)Vo的更新時間dto，g)如果dtadjr≤Te，計算裝置則預(yù)計出從狀態(tài)Vadj狀態(tài)Vo的轉(zhuǎn)換時間，h)當(dāng)?shù)搅伺c采樣時間和計算時間異步進行的轉(zhuǎn)換時間時，計算裝置發(fā)送出SPmLL開關(guān)控制信號，并轉(zhuǎn)換到狀態(tài)V0，i)每次采樣時，計算裝置都要計算出當(dāng)前點C′(φsαc，φsβc，Γc)狀態(tài)Vo的剩余作用時間dtor，j)如果dtor≤Te，計算裝置則預(yù)計出從狀態(tài)V0到狀態(tài)V′i的轉(zhuǎn)換時間，此外計算裝置找到一個新的唯一三元組(V′o，V′i，V′adj)，以便定子磁通量矢量從將要到達的預(yù)定位置處轉(zhuǎn)變到下一預(yù)定位置處，且k)當(dāng)?shù)搅伺c采樣時間和計算時間異步進行的轉(zhuǎn)換時間時，計算裝置發(fā)送出SPmLL開關(guān)控制信號，并轉(zhuǎn)換到狀態(tài)V′i，
計算裝置根據(jù)步驟c)到k)，對新的三元組(V′o，V′i，V′adj)進行處理。
在步驟c)中，計算裝置求解出下列方程組
在步驟f)中，計算裝置求解出下列方程組
其中，λ是一個參數(shù)，該參數(shù)定義了當(dāng)前點B′在定子平面內(nèi)一條直線上可預(yù)知的最后位置，該定子平面穿過扭矩Γ軸并且平行于將要到達的定子磁通量矢量的預(yù)定位置。
在步驟i)中，計算裝置通過求解下面的方程組，來計算出當(dāng)前點C′(φsαc，φsβc，Γc)狀態(tài)V0的剩余作用時間dtorΓ(D)＝Γ(A)+[Γref-Γmean]dtOr=Γ(D)-Γ(tc)Γo(V0)]]>其中Γmean是在時間間隔dti+dtadj內(nèi)所計算出的平均電磁扭矩。
轉(zhuǎn)變?yōu)槿ǚ绞绞怯捎?，零位狀態(tài)的作用時間dto是旋轉(zhuǎn)電機旋轉(zhuǎn)速度的減函數(shù)且在旋轉(zhuǎn)電機旋轉(zhuǎn)速度超出預(yù)定值時等于0的結(jié)果。
本發(fā)明也在于一種實現(xiàn)上述方法的伺服控制系統(tǒng)。
本發(fā)明最后涉及一種帶有上述類型伺服控制系統(tǒng)的旋轉(zhuǎn)電機。
本發(fā)明的第一個優(yōu)點在于，解除了轉(zhuǎn)換時間和計算及采樣時間之間的同步作用，這樣便使采樣時間大大提高，并使此方法可用于標準采樣裝置。
本發(fā)明的另一優(yōu)點在于，時間概念的明確提出，這樣才使得有可能以一種可靠的方式，功率轉(zhuǎn)換器自身所固有的轉(zhuǎn)換頻率和最小傳導(dǎo)時間這些限制條件進行考慮。
本發(fā)明的優(yōu)點還有，在低速情況下，也具有最佳的扭矩動態(tài)。
本發(fā)明的其他優(yōu)點和特征，通過下述參考附圖所作的說明可以得出。
圖1是根據(jù)本發(fā)明的一個裝置的示意圖。
圖2和3是本發(fā)明異步方式下一個計算實例的示意圖解。
圖4和5是本發(fā)明同步方式下一個計算實例的示意圖解。
圖6是根據(jù)本發(fā)明的一個全波方式校正實例的示意圖。
本發(fā)明涉及一種n相旋轉(zhuǎn)電機1的控制方法，此n相旋轉(zhuǎn)電機1由一個逆變器3來提供交流，此逆變器3包括n(SPmLL單極性m邏輯電平)個開關(guān)4、每個開關(guān)具有m個位置、共定義了mn個定子相電壓矢量Vs狀態(tài)Vii∈{1，…，mn}。
電機1的電磁扭矩Γ和定子磁通量|φs|，在一個可利用各種不同控制方案、且每種方案都具有應(yīng)用條件的伺服控制系統(tǒng)5的作用下，從動于設(shè)定點Γref，|φs|ref。
此伺服控制系統(tǒng)5包括一組傳感器7，8，9，由其所檢測得到的數(shù)值傳送至一個采樣觀測器10。
觀測器10的輸出，即在給定的采樣時間Te內(nèi)所進行的采樣，送入一個計算裝置13。
計算裝置13輸出控制信號6，來控制逆變器3的SPmLL開關(guān)4。
觀測器10的輸出是扭矩Γ和定子磁通量|φs|的代表值。
除了采樣輸出以外，計算裝置同時作為輸入接收的還有設(shè)定點|φs|Γref和|φs|ref的代表值。
本發(fā)明更為特別涉及的是，在計算裝置13中所執(zhí)行的方法的步驟。
根據(jù)所采用控制方案的應(yīng)用條件，通過順序地轉(zhuǎn)換n個狀態(tài)次序以及所述n個狀態(tài)次序中每一個的作用時間dtkk∈{1，…，n}，計算裝置13一個接一個地依次計算出相電壓矢量Vs的n個狀態(tài)，使扭矩Γ和磁通量|φs|接近于設(shè)定點Γref、|φs|ref。
每次采樣時，計算裝置都計算出相位矢量當(dāng)前狀態(tài)的剩余作用時間以及其更新的、將來狀態(tài)的作用時間。
與采樣時間和計算時間異步進行，在當(dāng)前狀態(tài)的作用時間結(jié)束時，計算裝置發(fā)送出SPmLL開關(guān)4控制信號，使此開關(guān)從當(dāng)前狀態(tài)轉(zhuǎn)換到下一狀態(tài)。
因此，上面所述方法通過計算可預(yù)計出將來的轉(zhuǎn)換時間，并且可在與采樣時間或計算時間無關(guān)的、所計算出的時間內(nèi)進行轉(zhuǎn)換。
在上述的實施例中，盡管計算裝置在一個正交三維的參考計算坐標系內(nèi)一此正交三維參考計算坐標系包括定子磁通量φs的定子平面(φsα，φsβ)和垂直于所述定子平面(φsα，φsβ)、代表扭矩Γ的軸，優(yōu)先進行計算，但這并不是對本發(fā)明的限制。
在此計算空間內(nèi)，設(shè)定點Γref、|φs|ref由圓ηref表示，該圓位于與定子平面(φsα，φsβ)平行的平面內(nèi)，其中心在垂直軸上，半徑為|φs|ref，與所述垂直軸相交于Γref。
與此相似，旋轉(zhuǎn)電機提供的當(dāng)前數(shù)值Γ、φs，由圓η上的一個點A(φsαc，φsβc，Γc)來表示，圓η位于與定子平面(φsα，φsβ)平行的平面內(nèi)，其中心在所述的垂直軸上，半徑為|φsc|，與所述垂直軸相交于Γc。
最后，此方法的控制方案是，通過n個狀態(tài)的順序作用，依次地計算出電壓矢量的n個狀態(tài)，從而使得點A(φsα，φsβ，Γ)會聚于圓ηcal的任一點D上，圓ηcal的中心位于所述垂直軸上，半徑為|φs|cal，與所述垂直軸相交于Γcal。
為此，所述的計算裝置計算出圓ηcal的方程，使得在n個狀態(tài)順序作用期間，生成的平均扭矩Γ和平均定子磁通量|φs|大體上分別等于設(shè)定點Γref、|φs|ref。
在上述實施例中，為了簡化此方法的說明，將旋轉(zhuǎn)電機看作一個三相電機，且逆變器包括的是SP2LL開關(guān)。但此方法仍然適用于n相和SPmLL個開關(guān)的電機。
因此，在上述實施例中，相電壓矢量Vs有8種可能的狀態(tài)(V1，…，V8)，其中的兩種為零幅值狀態(tài)(V1，V8)。因此此方法可采用一個三元狀態(tài)來逼近設(shè)定點。
假設(shè)它存在，則此方法最好采用由順序地三個狀態(tài)一即由一個初始狀態(tài)Vi、與Vi相鄰的兩個狀態(tài)Vadj中之一個以及一個零位狀態(tài)Vo所組成的三元組(Vo，Vi，Vadj)i∈{2，…，mn-1}。
因此該方法必須定義出此三元組相應(yīng)的作用時間dti，dto，dtadj。對這三個時間間隔進行調(diào)整可定義三個自由度。通過這種控制，在三元組作用結(jié)束時，必須在圓ηcal上的扭矩和定子磁通量限制條件只有兩個自由度。為了確定三個作用時間，因此必須再施加一個附加的限制條件。
本發(fā)明的方法提供了兩種附加的限制條件，其中每種可決定一個不同的控制方案。
異步控制方案中，附加的限制條件是一個時間限制條件，此限制條件在三元作用結(jié)束時進行考慮，與定子磁通量旋轉(zhuǎn)矢量的位置無關(guān)。
同步控制方案中，附加的限制條件，是一個與三元組已作用時間無關(guān)的、在三元組作用結(jié)束時所施加的定子磁通量旋轉(zhuǎn)矢量的位置。
在異步控制方案中(圖2，3)控制方案以一個作用周期為基礎(chǔ)，使得計算裝置尋找出一個由順序的三種狀態(tài)一包括初始狀態(tài)Vi、與Vi相鄰的兩種狀態(tài)Vadj中之一以及零位狀態(tài)(V0)組成的、電壓矢量的一個唯一三元組(Vo，Vi，Vadj)i∈{2，…，mn-1}，此三種狀態(tài)相應(yīng)的作用時間dti、dtadj、dto都是正值，并且所述的作用時間之和等于逆變器轉(zhuǎn)換時間Td的一半dti+dtadj+dto＝1/2Td三元組的唯一性并不意味著它一定存在。如果計算裝置無法找到一個具有三個正作用時間的三元組，此方法便開始進行一個已知為下述高瞬態(tài)方案的第三控制方案。
在異步控制方案中a)計算裝置尋找出唯一的三元組(Vo，Vi，Vadj)i∈{2，…，mn-1}，并計算出在圓ηcal上的假定到達點D′，b)此計算裝置發(fā)送出SPmLL開關(guān)控制信號，并轉(zhuǎn)換到狀態(tài)Vi，c)每次采樣時，計算裝置都要計算出當(dāng)前點A′(φsαc，φsβc，Γc)狀態(tài)Vi的剩余作用時間dtir以及將來狀態(tài)Vadj和Vo的更新時間dtadj和dto，d)如果dtir≤Te，計算裝置則預(yù)計出自狀態(tài)Vi到狀態(tài)Vadj的轉(zhuǎn)換時間，e)當(dāng)?shù)搅伺c采樣時間和計算時間異步進行的轉(zhuǎn)換時間時，計算裝置發(fā)送出SPmLL開關(guān)控制信號，并轉(zhuǎn)換到狀態(tài)Vadj，f)每次采樣時，計算裝置都要計算出當(dāng)前點B′(φsαc，φsβc，Γc)狀態(tài)Vadj的剩余作用時間dtadjr以及將來狀態(tài)Vo的更新時間dto，g)如果dtadjr≤Te，計算裝置則預(yù)計出從狀態(tài)Vadj到狀態(tài)Vo的轉(zhuǎn)換時間，h)當(dāng)?shù)搅伺c采樣時間和計算時間異步進行的轉(zhuǎn)換時間時，計算裝置發(fā)送出SPmLL開關(guān)控制信號，并轉(zhuǎn)換到狀態(tài)V0，i)每次采樣時，計算裝置都要計算出當(dāng)前點C′(φsαc，φsβc，Γc)狀態(tài)Vo的剩余作用時間dtor，j)如果dtor≤Te，計算裝置則尋找一個新的唯一三元組(V′o，V′i，V′adj)i∈{2，…，mn-1}，并預(yù)計出從狀態(tài)V0到狀態(tài)V′i的轉(zhuǎn)換時間，k)當(dāng)?shù)搅伺c采樣時間和計算時間異步進行的轉(zhuǎn)換時間時，計算裝置發(fā)送出SPmLL開關(guān)控制信號，并轉(zhuǎn)換到狀態(tài)V′i，計算裝置利用步驟c)到k)來處理新的三元組(V′o，V′i，V′adj)。
在利用本發(fā)明的方法進行計算的一個實例中(圖2，3)，狀態(tài)Vi作用于AB段。在每一采樣時間(步驟c))時，計算裝置通過求解下面具有三個未知數(shù)的三個方程，可以計算出當(dāng)前點A′的作用時間
上述具有三個未知數(shù)的三個方程的方程組，通過用一個與圓ηcal正切于D′點的平面G來代替假定的到達點D′，來進行線性化。
上述方程組經(jīng)過線性化后，也就等于求解下面的方程組
其中，λ是一個參數(shù)，該參數(shù)定義了圓ηcal在D′處切線上點D的位置，也就是，
其中，D并未作用，且其中，根據(jù)定子相電壓矢量Vs的狀態(tài)Vindex，
是
的方向?qū)?shù)。
讀者應(yīng)知道，為了計算出方向?qū)?shù)，必須事先將旋轉(zhuǎn)電機模型輸入到計算裝置中。
因此(SA1)在AB段的每一采樣時間內(nèi)，都給出了三個作用時間dtir、dtadj、dto。
當(dāng)加入Vadj(分段BC)時，失去了依賴于Vi的自由度，使得該方法在三元組作用結(jié)束時降低了其對于準確性的要求。在dti＝0時，求解方程組(SA1)無法得到準確的解值。計算裝置選用一個近似解，以便減少誤差。例如計算裝置利用最小二乘法。
計算裝置利用最小二乘法來求解下面的方程組(步驟f))
(SA2)給出作用時間dtadjr和dto。
當(dāng)加入Vo(分段CD)時，失去了依賴于Vadj的自由度，使得此方法在三元組作用結(jié)束時，降低了其對于準確性的要求。
因此在三元組作用結(jié)束時，便會產(chǎn)生雙重的不準確性(三元組作用結(jié)束時，三元組的作用時間以及扭矩值)。在dtadj＝0時，求解方程組(SA2)無法得到準確的解值。計算裝置選用一個近似解，以便減少誤差。例如計算裝置利用最小二乘法。
計算裝置利用最小二乘法來求解下面的方程組(步驟i))通過最小二乘法來求解下面的方程組|Γo(V0)1||dtOr|=|Γ(D)-Γ(C′)1/2Td-tc|-----(SA3)]]>(SA3)可計算出dtor。
在步驟d)中，計算裝置預(yù)計出從狀態(tài)Vi到其他與Vi狀態(tài)相鄰的狀態(tài)的轉(zhuǎn)換時間，以使點B′的軌跡沿著圓ηref重新定位。如果在dti期間，設(shè)定點發(fā)生了重大變化，這樣做是非常有必要的。因此，計算裝置便確定出，與Vi相鄰的其他狀態(tài)的作用不再是最佳的。之后在預(yù)計時間dtadj期間加入與Vi相鄰的其他狀態(tài)。
圖3中所表示的圓ηcal，ηref具有相同的半徑，但計算裝置也可確定用不同半徑的圓。
如果沒有具有正dti、dtadj、dto的唯一的三元組(Vo，Vi，Vadj)，則此計算裝置便轉(zhuǎn)換到“高瞬態(tài)”控制方案。
計算裝置則在時間間隔1/2Td內(nèi)，在圓ηref上順序地尋找除零位狀態(tài)之外的兩種狀態(tài)(Vi，Vadj)，以能夠最好地逼近點A′(φsα，φsβ，Γ)。
通過僅給出的一個實例，計算裝置也可找出相鄰狀態(tài)對，以減少誤差ε＝χ·εφ+(1-χ)·εr此誤差可使定子磁通量及扭矩誤差得到加權(quán)處理。
而且，限制條件dti+dtadj＝1/2Td可保證此方法參數(shù)特性的合理波動。
在同步控制方案中(圖4，5)通過n個狀態(tài)的順序作用以及定子平面(φsα，φsβ)內(nèi)定子磁通量矢量的一個預(yù)定位置，依次地計算出電壓矢量的n個狀態(tài)，從而使得點A(φsα，φsβ，Γ)會聚于圓ηcal的一點D上。
定子磁通量每旋轉(zhuǎn)一周所允許的預(yù)定位置數(shù)是有限的，并且取決于旋轉(zhuǎn)電機的旋轉(zhuǎn)速度范圍。
在旋轉(zhuǎn)電機為三相旋轉(zhuǎn)電機且逆變器利用SP2LL開關(guān)的情況下，控制方案應(yīng)使計算裝置得到一個由順序的三種狀態(tài)一包括初始狀態(tài)Vi、與Vi相鄰的兩種狀態(tài)Vadj中之一以及零位狀態(tài)(V0)組成的、電壓矢量的一個唯一三元狀態(tài)組(Vo，Vi，Vadj)i∈{2，…，mn-1}，此三種狀態(tài)相應(yīng)的作用時間dti、dtadj、dto都是正值，所述的三元組與圓ηcal相交于一個預(yù)知點D。
在此方法中在一個旋轉(zhuǎn)電機的初始化步驟中，根據(jù)各種不同的旋轉(zhuǎn)電機旋轉(zhuǎn)速度范圍，將三元組(Vo，Vi，Vadj)i∈{2，…，mn-1}保存在計算裝置的存儲器當(dāng)中，以便能夠從定子磁通量矢量的一個預(yù)定位置變化到另一個預(yù)定位置，并且在操作當(dāng)中，a)計算裝置根據(jù)旋轉(zhuǎn)電機的旋轉(zhuǎn)速度以及定子磁通量矢量所處的預(yù)定位置，找出將要進行作用的三元組(Vo，Vi，Vadj)，b)此計算裝置發(fā)送出SPmLL開關(guān)控制信號，并轉(zhuǎn)換到狀態(tài)Vi，c)每次采樣時，計算裝置都要計算出當(dāng)前點A′(φsαc，φsβc，Γc)狀態(tài)Vi的剩余作用時間dtir以及將來狀態(tài)Vadj和Vo的更新時間dtadj和dto，d)如果dtir≤Te，計算裝置則預(yù)計出自狀態(tài)Vi到狀態(tài)Vadj的轉(zhuǎn)換時間，e)當(dāng)?shù)搅伺c采樣時間和計算時間異步進行的轉(zhuǎn)換時間時，計算裝置發(fā)送出SPmLL開關(guān)控制信號，并轉(zhuǎn)換到狀態(tài)Vadj，f)每次采樣時，計算轉(zhuǎn)置都要計算出當(dāng)前點B′(φsαc，φsβc，Γc)狀態(tài)Vadj的剩余作用時間dtadjr以及將來狀態(tài)Vo的更新時間dto，
g)如果dtadjr≤Te，計算裝置則預(yù)計出從狀態(tài)Vadj到狀態(tài)Vo的轉(zhuǎn)換時間，h)當(dāng)?shù)搅伺c采樣時間和計算時間異步進行的轉(zhuǎn)換時間時，計算裝置發(fā)送出SPmLL開關(guān)控制信號，并轉(zhuǎn)換到狀態(tài)V0，i)每次采樣時，計算裝置都要計算出當(dāng)前點C′(φsαc，φsβc，Γc)狀態(tài)Vo的剩余作用時間dtor，j)如果dtor≤Te，計算裝置則預(yù)計出從狀態(tài)V0到狀態(tài)V′i的轉(zhuǎn)換時間，此外計算裝置找到一個新的唯一三元組(V′o，V′i，V′adj)，以便定子磁通量矢量從將要到達的預(yù)定位置處轉(zhuǎn)變到下一預(yù)定位置處，且k)當(dāng)?shù)搅伺c采樣時間和計算時間異步進行的轉(zhuǎn)換時間時，計算裝置發(fā)送出SPmLL開關(guān)控制信號，并轉(zhuǎn)換到狀態(tài)V′i，計算裝置根據(jù)步驟c)到k)，對新的三元組(V′o，V′i，V′adj)進行處理。
在根據(jù)本發(fā)明的方法進行計算的一個實例中(圖4，5)，狀態(tài)Vi作用于AB段。在每一采樣時間內(nèi)，計算裝置通過求解下面的方程組，可以計算出當(dāng)前點A′的作用時間
其中θ是到施加點D的固定角度。
在步驟c)中，計算裝置求解出下列線性方程組
其中施加了點D。
因此(SS1)在AB段的每一采樣時間內(nèi)，都給出了三個作用時間dtir、dtadj、dto。
當(dāng)加入Vadj(段BC)時，失去了依賴于Vi的自由度，使得該方法在三元組作用結(jié)束時降低了其對于準確性的要求。放棄了依賴于定子磁通量幅值的目標方程。因此，在步驟f)中，計算裝置求解下面的方程組
其中，λ是一個參數(shù)，該參數(shù)定義了當(dāng)前點B′在定子平面內(nèi)一條直線上可預(yù)知的最后位置，該定子平面穿過扭矩Γ軸并且平行于將要到達的定子磁通量矢量的預(yù)定位置。
因此(SS2)給出兩個作用時間dtadjr和dto以及段BC上每一采樣時間內(nèi)的λ值。
當(dāng)加入Vo(段CD)時，失去了依賴于Vadj的自由度，使得此方法在三元組作用結(jié)束時，降低了其對于準確性的要求。因此只保留了扭矩目標方程。因機械速度相當(dāng)高，因此應(yīng)認真加以選擇。因此在步驟i)中，計算裝置通過求解下面的方程組，來計算出當(dāng)前點C′(φsαc，φsβc，Γc)狀態(tài)Vo的剩余作用時間dtorΓ(D)＝Γ(A)+[Γref-Γmean]dtOr=Γ(D)-Γ(tc)Γo(V0)]]>其中Γmean是在時間間隔dti+dtadj內(nèi)所計算出的平均電磁扭矩。
圖5中所表示的圓ηcal，ηref具有相同的半徑。但計算裝置也可確定用不同半徑的圓。
零位狀態(tài)的作用時間dto是旋轉(zhuǎn)電機旋轉(zhuǎn)速度的減函數(shù)，且在旋轉(zhuǎn)電機旋轉(zhuǎn)速度超出預(yù)定值時等于0。
此后一特征使得，從同步控制方案轉(zhuǎn)變?yōu)槿ǚ桨赋蔀橐患苋菀椎氖虑?。在第一階段，零位狀態(tài)的作用時間dto趨近于0，接著取消掉。系統(tǒng)便進入了全波方式。
讀者應(yīng)知道，在全波方式時，零位狀態(tài)的作用時間dto等于0，意味著不可能再直接控制扭矩。旋轉(zhuǎn)電機的扭矩只能根據(jù)下面的規(guī)則，通過磁通量的方式來進行控制為了增大扭矩Γ，需增大定子磁通量和轉(zhuǎn)子磁通量之間的夾角。為了實現(xiàn)此目的，應(yīng)對定子磁通量矢量的旋轉(zhuǎn)進行加速。這意味著定子磁通量額定值的減少。
為了減少扭矩Γ，需減少定子磁通量和轉(zhuǎn)子磁通量之間的夾角。為了實現(xiàn)此目的，應(yīng)減少定子磁通量矢量的旋轉(zhuǎn)速度。這意味著定子磁通量額定值的增大。
這種控制形式，利用一個適用的定子磁通量校正儀，根據(jù)扭矩瞬時值與扭矩設(shè)定點之間的差值，便可得以實現(xiàn)。
磁通量校正儀以函數(shù)ΔΓ＝Γref-Γc為基礎(chǔ)，按照下面的規(guī)則對扭矩進行調(diào)節(jié)對于ΔΓ＞0，校正儀降低定子磁通量的額定值。
對于ΔΓ＜0，校正儀增大定子磁通量的額定值。
本發(fā)明也涉及一種實現(xiàn)上面所述方法的伺服控制系統(tǒng)。
最后本發(fā)明還涉及一種具有上面所述類型伺服控制系統(tǒng)的旋轉(zhuǎn)機械。
當(dāng)然，本發(fā)明并不局限于所描述的應(yīng)用實施例，但是，對于本領(lǐng)域的技術(shù)人員來說，很顯然可以得到多種變形，同時也并不背離本發(fā)明的范圍。特別是，在不背離本發(fā)明范圍的前提下，可以對相數(shù)、每一單極邏輯電平數(shù)、計算空間以及計算方程進行改變。
權(quán)利要求
1.一種控制n相旋轉(zhuǎn)電機的方法，該n相旋轉(zhuǎn)電機由具有n個SPmLL開關(guān)、定義了mn個定子相電壓矢量狀態(tài)的逆變器來提供交流，在可采用各種控制方案、每種方案都具有應(yīng)用條件的一個伺服控制系統(tǒng)的作用下，所述電機的電磁扭矩Γ和定子磁通量|φs|從動于設(shè)定點Γref、|φs|ref，所述的伺服控制系統(tǒng)包括一組傳感器，其所檢測到的數(shù)值傳送到一個采樣觀測器，所述觀測器的輸出，即在一給定的采樣時間Te內(nèi)得到的采樣，送入一個計算裝置，所述計算裝置輸出控制信號，用于控制所述逆變器的所述SPmLL開關(guān)，在此方法中，根據(jù)所采用控制方案的所述應(yīng)用條件，通過順序地轉(zhuǎn)換所述n個狀態(tài)的所述次序以及所述n個狀態(tài)所述次序中每一個的作用時間dtkk∈{1，…，n}，所述計算裝置一個接一個地依次計算出所述相電壓矢量的n個狀態(tài)，使所述扭矩Γ和所述磁通量|φs|接近于所述設(shè)定點Γref、|φs|ref，每次采樣時，所述計算裝置都計算出所述相位矢量當(dāng)前狀態(tài)的剩余作用時間以及更新的、將來狀態(tài)的作用時間，與采樣時間和計算時間異步進行，在所述當(dāng)前狀態(tài)的作用時間結(jié)束時，所述計算裝置發(fā)送出SPmLL開關(guān)控制信號，使此開關(guān)從所述當(dāng)前狀態(tài)轉(zhuǎn)換到下一狀態(tài)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的控制方法，所述的計算裝置在一個正交三維的參考計算坐標系內(nèi)進行計算，此正交三維參考計算坐標系包括所述定子磁通量φs的定子平面(φsα，φsβ)和垂直于所述定子平面(φsα，φsβ)、代表所述扭矩Γ的軸，所述的設(shè)定點Γref、|φs|ref由圓ηref表示，該圓位于與所述定子平面(φsα，φsβ)平行的平面內(nèi)，其中心在所述的垂直軸上，半徑為|φs|ref，與所述垂直軸相交于Γref；所述旋轉(zhuǎn)電機提供的數(shù)值Γ、φs，由圓η上的一個點A(φsα，φsβ，Γ)來表示，圓η位于與所述定子平面(φsα，φsβ)平行的平面內(nèi)，其中心在所述的垂直軸上，半徑為|φs|，與所述垂直軸相交于Γ；在此方法中，所述控制方案是一個與旋轉(zhuǎn)電機的旋轉(zhuǎn)頻率相異步的方案，其中通過所述n個狀態(tài)的順序作用，依次地計算出所述電壓矢量的所述n個狀態(tài)，從而使得所述點A(φsα，φsβ，Γ)會聚于圓ηcal的任一點D上，圓ηcal的中心位于所述垂直軸上，半徑為|φs|cal，與所述垂直軸相交于Γcal；在一預(yù)先給定的時間內(nèi)，所述的計算裝置計算出所述圓ηcal的方程，從而使得所述順序作用時間、生成的平均扭矩Γ和平均定子磁通量|φs|大體上分別等于所述設(shè)定點Γref、|φs|ref。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的控制方法，其中，n可等于3，所述控制方案以一個SOCMLI作用周期為基礎(chǔ)，所述計算裝置應(yīng)尋找出由順序的三種狀態(tài)一包括初始狀態(tài)Vi、與Vi相鄰的兩種狀態(tài)Vadj中之一以及零位狀態(tài)(V0)組成的、所述電壓矢量的一個唯一三元組(Vo，Vi，Vadj)i∈{2，…，mn-1}，此三種狀態(tài)相應(yīng)的作用時間dti、dtadj、dto都是正值，并且所述的作用時間之和等于所述逆變器轉(zhuǎn)換時間Td的一半。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的控制方法，其中a)所述計算裝置尋找唯一的三元組(Vo，Vi，Vadj)i∈{2，…，mn-1}，并計算出在所述圓ηcal上的假定到達點D′，然后b)此計算裝置發(fā)送出所述的SPmLL開關(guān)控制信號，并轉(zhuǎn)換到所述的狀態(tài)Vi，然后c)每次采樣時，所述計算裝置都要計算出所述當(dāng)前點A′(φsαc，φsβc，Γc)所述狀態(tài)Vi的剩余作用時間dtir以及將來狀態(tài)Vadj和Vo的更新時間dtadj和dto，然后d)如果dtir≤Te，所述計算裝置則預(yù)計出自所述狀態(tài)Vi到所述狀態(tài)Vadj的轉(zhuǎn)換時間，然后e)當(dāng)?shù)搅伺c所述采樣時間和所述計算時間異步進行的所述轉(zhuǎn)換時間時，所述計算裝置發(fā)送出所述的SPmLL開關(guān)控制信號，并轉(zhuǎn)換到所述狀態(tài)Vadj，然后f)每次采樣時，所述計算裝置都要計算出所述當(dāng)前點B′(φsαc，φsβc，Γc)所述狀態(tài)Vadj的剩余作用時間dtadj以及所述將來狀態(tài)Vo的更新時間dto，然后g)如果dtadjr≤Te，所述計算裝置則預(yù)計出從所述狀態(tài)Vadj到所述狀態(tài)Vo的轉(zhuǎn)換時間，然后h)當(dāng)?shù)搅伺c所述采樣時間和所述計算時間異步進行的所述轉(zhuǎn)換時間時，所述計算裝置發(fā)送出所述SPmLL開關(guān)控制信號，并轉(zhuǎn)換到所述狀態(tài)Vo，然后i)每次采樣時，所述計算裝置都要計算出所述當(dāng)前點C′(φsαc，φsβc，Γc)所述狀態(tài)Vo的剩余作用時間dtor，然后j)如果dtor≤Tc，所述計算裝置則尋找一個新的唯一三元組(V′o，V′i，V′adj)i∈{2，…，mn-1}，并預(yù)計出從所述狀態(tài)Vo到所述狀態(tài)V′i的轉(zhuǎn)換時間，然后k)當(dāng)?shù)搅伺c所述采樣時間和所述計算時間異步進行的所述轉(zhuǎn)換時間時，所述計算裝置發(fā)送出所述SPmLL開關(guān)控制信號，并轉(zhuǎn)換到所述狀態(tài)V′i，然后所述計算裝置利用步驟c)到k)，來處理新的三元組(V′o，V′i，V′adj)。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的控制方法，其中在步驟c)中，所述計算裝置求解下面的方程組
其中，λ是一個參數(shù)，該參數(shù)定義了圓ηcal在D′處切線上點D的位置，且在步驟f)中，所述計算裝置利用最小二乘法求解下面的方程組
6.根據(jù)權(quán)利要求4所述的控制方法，其中在步驟i)中，所述計算裝置利用最小二乘法求解下面的方程組，計算出所述當(dāng)前點C′(φsαc，φsβc，Γc)所述狀態(tài)Vo的剩余作用時間dtor|Γo(V0)1||dt0|=|Γ(D)-Γ(C′)1/2Td-tc|]]>
7.根據(jù)權(quán)利要求4所述的控制方法，其中在步驟d)中，所述計算裝置預(yù)計出從所述狀態(tài)Vi到其他與Vi狀態(tài)相鄰的狀態(tài)的轉(zhuǎn)換時間，以使所述點B′的軌跡沿著所述圓ηcal重新定位。
8.根據(jù)權(quán)利要求4所述的控制方法，其中如果沒有唯一的三元組(Vo，Vi，Vadj)，所述計算裝置則在時間間隔1/2Td內(nèi)，在所述圓ηref上順序地尋找除零位狀態(tài)之外的兩種狀態(tài)(Vi，Vadj)，以能夠最好地逼近所述點A′(φsα，φsβ，Γ)。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的控制方法，所述的計算裝置在一個正交三維的參考計算坐標系內(nèi)進行計算，此正交三維參考計算坐標系包括所述定子磁通量φs的定子平面(φsα，φsβ)和垂直于所述定子平面(φsα，φsβ)、代表所述扭矩Γ的軸，所述的設(shè)定點Γref、|φs|ref由圓ηref表示，該圓位于與所述定子平面(φsα，φsβ)平行的平面內(nèi)，其中心在所述的垂直軸上，半徑為|φs|ref，與所述垂直軸相交于Γref；所述旋轉(zhuǎn)電機提供的數(shù)值Γ、φs，由圓η上的一個點A(φsα，φsβ，Γ)來表示，圓η位于與所述定子平面(φsα，φsβ)平行的平面內(nèi)，其中心在所述的垂直軸上，半徑為|φs|，與所述垂直軸相交于Γ；在此方法中，所述控制方案是一個與旋轉(zhuǎn)電機的旋轉(zhuǎn)頻率相同步的方案，其中通過所述n個狀態(tài)的順序作用，依次地計算出所述電壓矢量的所述n個狀態(tài)，從而使得所述點A(φsα，φsβ，Γ)會聚于圓ηcal的任一點D上，圓ηcal的中心位于所述垂直軸上，半徑為|φs|cal，與所述垂直軸相交于Γcal；通過所述定子平面(φsα，φsβ)內(nèi)所述定子磁通量矢量的一個預(yù)定的最后位置，所述的計算裝置計算出圓ηcal的方程，從而使得所述順序作用時間、生成的平均扭矩Γ和平均定子磁通量|φs|大體上分別等于所述設(shè)定點Γref、|φs|ref。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的控制方法，其中的所述定子磁通量每旋轉(zhuǎn)一周所允許的預(yù)定位置數(shù)是有限的，并且取決于所述旋轉(zhuǎn)電機的旋轉(zhuǎn)速度范圍。
11.根據(jù)權(quán)利要求9所述的控制方法，其中，n可等于3，所述控制方案應(yīng)使所述計算裝置得到一個由順序的三種狀態(tài)一包括初始狀態(tài)Vi、與Vi相鄰的兩種狀態(tài)Vadj中之一以及零位狀態(tài)(V0)組成的、所述電壓矢量的一個唯一三元狀態(tài)組(Vo，Vi，Vadj)i∈{2，…，mn-1}，此三種狀態(tài)相應(yīng)的作用時間dti、dtadj、dto都是正值，所述的三元組與圓ηcal相交于一個已知點D。
12.根據(jù)權(quán)利要求11所述的控制方法，其中在一個旋轉(zhuǎn)電機的初始化步驟中，根據(jù)各種不同的旋轉(zhuǎn)電機旋轉(zhuǎn)速度范圍，將三元組(Vo，Vi，Vadj)i∈{2，…，mn-1}保存在所述計算裝置的存儲器當(dāng)中，以便能夠從所述定子磁通量矢量的一個預(yù)定位置變化到另一個預(yù)定位置，并且在操作當(dāng)中，a)所述計算裝置根據(jù)所述旋轉(zhuǎn)電機的旋轉(zhuǎn)速度以及所述定子磁通量所處的預(yù)定位置，找出將要進行作用的三元組(Vo，Vi，Vadj)，b)此計算裝置發(fā)送出所述SPmLL開關(guān)控制信號，并轉(zhuǎn)換到狀態(tài)Vi，c)每次采樣時，所述計算裝置都要計算出所述當(dāng)前點A′(φsαc，φsβc，Γc)所述狀態(tài)Vi的剩余作用時間dtir以及所述將來狀態(tài)Vadj和Vo的更新時間dtadj和dto，d)如果dtir≤Te，所述計算裝置則預(yù)計出自所述狀態(tài)Vi到所述狀態(tài)Vadj的轉(zhuǎn)換時間，e)當(dāng)?shù)搅伺c所述采樣時間和所述計算時間異步進行的所述轉(zhuǎn)換時間時，所述計算裝置發(fā)送出所述SPmLL開關(guān)控制信號，并轉(zhuǎn)換到狀態(tài)Vadj，f)每次采樣時，所述計算裝置都要計算出所述當(dāng)前點B′(φsαc，φsβc，Γc)所述狀態(tài)Vadj的剩余作用時間dtadjr以及所述將來狀態(tài)Vo的更新時間dto，g)如果dtadjr≤Te，所述計算裝置則預(yù)計出從所述狀態(tài)Vadj到所述狀態(tài)Vo的轉(zhuǎn)換時間，h)當(dāng)?shù)搅伺c所述采樣時間和所述計算時間異步進行的所述轉(zhuǎn)換時間時，所述計算裝置發(fā)送出所述SPmLL開關(guān)控制信號，并轉(zhuǎn)換到所述狀態(tài)Vo，i)每次采樣時，所述計算裝置都要計算出所述當(dāng)前點C′(φsαc，φsβc，Γc)所述狀態(tài)Vo的剩余作用時間dtor，j)如果dtor≤Te，所述計算裝置則預(yù)計出從所述狀態(tài)Vo到所述狀態(tài)V′i的轉(zhuǎn)換時間，此外所述計算裝置找到一個新的唯一三元組(V′o，V′i，V′adj)，以便所述定子磁通量矢量從將要到達的預(yù)定位置處轉(zhuǎn)變到下一預(yù)定位置處，且k)當(dāng)?shù)搅伺c所述采樣時間和所述計算時間異步進行的所述轉(zhuǎn)換時間時，所述計算裝置發(fā)送出所述SPmLL開關(guān)控制信號，并轉(zhuǎn)換到所述狀態(tài)V′i，所述計算裝置根據(jù)步驟c)到k)，對新的三元組(V′o，V′i，V′adj)進行處理。
13.根據(jù)權(quán)利要求12所述的控制方法，其中在步驟c)中，所述計算裝置求解出下面的方程組
且在步驟f)中，所述計算裝置求解出下面的方程組
其中，λ是一個參數(shù)，該參數(shù)定義了當(dāng)前點B′在所述定子平面內(nèi)一條直線上可預(yù)知的最后位置，該定子平面穿過所述扭矩Γ軸并且平行于將要到達的所述定子磁通量矢量的預(yù)定位置。
14.根據(jù)權(quán)利要求12所述的控制方法，其中在步驟i)中，所述計算裝置通過求解下面的方程組，來計算出所述當(dāng)前點C′(φsαc，φsβc，Γc)所述狀態(tài)V0的剩余作用時間dtorΓ(D)＝Γ(A)+[Γref-Γmean]dtOr=Γ(D)-Γ(tc)Γo(V0)]]>其中Γmean是在時間間隔dti+dtadj內(nèi)所計算出的平均電磁扭矩。
15.根據(jù)權(quán)利要求11所述的控制方法，其中所述零位狀態(tài)的作用時間dto是所述旋轉(zhuǎn)電機所述旋轉(zhuǎn)速度的減函數(shù)，且在所述旋轉(zhuǎn)電機所述旋轉(zhuǎn)速度超出預(yù)定值時等于0。
16.根據(jù)權(quán)利要求15所述的控制方法，其中如果所述零位狀態(tài)的所述作用時間dto等于0，由磁通量校正儀以函數(shù)ΔΓ＝Γref-Γc為基礎(chǔ)，按照下面的規(guī)則對扭矩進行調(diào)節(jié)對于ΔΓ＞0，校正儀降低定子磁通量的額定值；對于ΔΓ＜0，校正儀增大定子磁通量的額定值。
17.一種伺服控制系統(tǒng)，該系統(tǒng)用于一n相旋轉(zhuǎn)電機，此n相旋轉(zhuǎn)電機由具有n個SPmLL開關(guān)、定義了mn個定子相電壓矢量狀態(tài)的逆變器來提供交流，所述的伺服控制系統(tǒng)適用于采用不同的、每種方案都具有各自的應(yīng)用條件的控制方案，且所述電機的電磁扭矩Γ和定子磁通量|φs|從動于設(shè)定點Γref、|φs|ref，所述的伺服控制系統(tǒng)包括一組傳感器，其所檢測到的數(shù)值傳送到一個采樣觀測器，觀測器的輸出，即在一給定的采樣時間Te內(nèi)得到的采樣，送入一個計算裝置，所述計算裝置輸出控制信號，用于控制所述逆變器的所述SPmLL開關(guān)，所述系統(tǒng)可利用權(quán)利要求1到16中任一權(quán)利要求所要求保護的方法。
18.一種n相旋轉(zhuǎn)電機，此n相旋轉(zhuǎn)電機由具有n個SPmLL開關(guān)、定義了mn個定子相電壓矢量狀態(tài)的逆變器來提供交流，在權(quán)利要求17所述的、可采用不同的控制方案且每種方案都具有各自的應(yīng)用條件的伺服控制系統(tǒng)的作用下，所述電機的電磁扭矩Γ和定子磁通量|φs|，從動于設(shè)定點Γref、|φs|ref，所述的伺服控制系統(tǒng)包括一組傳感器，其所檢測到的數(shù)值傳送到一個采樣觀測器，觀測器的輸出，即在一給定的采樣時間Te內(nèi)得到的采樣，送入一個計算裝置，所述計算裝置輸出控制信號，用于控制所述逆變器的所述SPmLL開關(guān)。
全文摘要
在一種控制n相旋轉(zhuǎn)電機、此n相旋轉(zhuǎn)電機由定義了m
文檔編號H02M7/5387GK1193843SQ9810634
公開日1998年9月23日 申請日期1998年2月6日 優(yōu)先權(quán)日1997年2月6日
發(fā)明者奧里維爾·伯豪克斯, 瑟格·鮑拉思, 簡－魯思·托馬斯, 卡馬爾·艾特·馬里茲, 吉·博納德 申請人:阿爾卡塔爾-阿爾斯托姆通用電氣公司