专利名称：用于永磁电机驱动的效率优化控制的制作方法
技术领域：
本发明涉及电机驱动，特别涉及一种具有改善的转子角估算以提高效率的电机驱动。
背景技术：
多数低成本电机驱动系统采用无编码器(无传感器)的控制技术。例如，根据电机模式或者电机反电动势检测来估算转子角。如果使用不恰当的转子角来控制永磁同步电机(PMSM)，则电机效率和每安培的转矩性能会显著降低。转子角估算误差可能是由估算器(角度)参数或者电机反电动势反馈检测中的不准确产生的。
图2是示出了以额定电流和速度工作的表面安装的永磁电机的电机输出功率与转子角误差之比的图。如图2所示，当转子角误差为零时输出功率最大。
背景技术：
中公知的优化方案在F.Abrahamsen等人于IEEE/IAS工业应用学报(IEEE/IAS Transactions on Industry Applications)第6期(2001年11/12月)第37卷上发表的“中型感应电机驱动的效率最优控制(Efficiency-Optimized Control of Medium-Size Induction Motor Drives)”中有所描述，其合并于此作为参考。在合并于此作为参考的、奥尔堡大学能源技术学院的相关文献“感应电机驱动的能量最优控制(EnergyOptimal Control of Induction Motor Drives)”(2000年2月)中，F.Abrahamsen提出了用于以可变速度驱动感应电机的几种手段，包括具有脉宽调制电压型变流器(voltage source inverter)的电机驱动。
用于三相电机驱动的变换器是工业中众所周知的。典型的DC总线为AC电机的不同相提供开关功率。对于采用这种控制类型的电机来说，希望精确估算转子角(例如根据电流反馈)，以高性能地控制电机。
在本发明人于2002年11月12提交的序列号为10/294,201的申请、以及2003年4月25日提交的序列号为60/465,890的申请中描述了背景技术中的转子角估算方法，上述两个申请合并于此作为参考。
发明内容
本发明涉及一种效率优化控制算法以及使用所述算法的控制系统，其可以应用于矢量控制永磁AC电机驱动，以改善电机的效率。所述效率优化算法和系统(利用在此描述的控制算法)连续调整估算的转子角，直到转矩指令在稳态条件下达到其最小值。
根据本发明，提供了一种调整估算的转子角以改善PMSM驱动系统中的效率的系统和方法，其可以包括以下步骤监控运行指令、转矩指令以及估算的速度；以及响应于所述运行指令、转矩指令以及估算的速度，产生用于调整所述估算的转子角的输出修正角。可将所述输出修正角添加到所述估算的转子角中。可仅在所述运行指令、转矩指令以及速度达到预定条件时产生所述输出修正角。特别地，可在以下情况下产生所述输出修正角(1)发出了所述运行指令，(2)所述转矩指令高于预定水平，以及(3)所述速度的变化位于预定的范围内。
通过以下结合附图对本发明的实施方案进行的描述，本发明的其他特征和优点将会更加清楚。
图1是利用本发明的矢量控制电机驱动系统的框图；图2是示出了用于PMSM的电机输出功率与转子角估算误差之比的图表；图3是效率优化控制器的详细框图；图4是示出了效率控制算法的模拟运行的一系列图表。
具体实施例方式
图1是示出了效率控制算法模块20在矢量控制系统10中的位置的框图。
图3更详细地示出了效率优化控制模块。效率优化开/关控制模块25监控驱动运行指令、估算的电机速度和转矩指令。如果(1)发出了运行指令，(2)速度变化(速度的导数)位于特定的范围内，并且(3)电机电流(转矩指令)高于特定水平，则开关SW1将被触发。如果上述三个条件中任意一个未满足，则输出修正角(D_Ang)将变为零(10秒)。
转矩差模块30计算平均(由10弧度/秒滤波)指令转矩中的差(当前样本和之前样本之间的差)。搜索控制模块35根据D_Trq的符号确定SW2的状态。如果转矩差(D_Trq)等于或者大于零，则开关SW2将转换状态，否则SW2将保持其原有状态(不产生动作)。增益K1用于调节控制器响应，常数A提供激励测试信号用于搜索最小化的转矩水平。
可以脱机预测功率与角度误差的之比(图2)的特征。从而可以根据功率(转矩)灵敏度与转子角误差之比来表示K1和A。
图4示出了效率控制算法的模拟运行。在所述模拟运行中使用了驱动压缩机负载的表面安装的永磁电机。采用了0.5弧度的初始转子角误差。当效率优化控制启动(时间＝1.8秒)时，角度误差被修正，并且每安培的驱动转矩得到改善(图4中的Te*降低)。由于电机电流的大小与指令转矩水平成比例，因此电机电流也被降低。
定义D_Trq-经过滤波的指令转矩(当前的和之前的样本)之间的差D_Ang-效率优化控制器的角度输出(弧度)Te*-转矩指令(N-M)Te-电机转矩(N-M)负载-压缩机负载Ang_Error-估算的角度与实际转子角之间的角度差(弧度)虽然在此根据具体的实施方案对本发明进行了描述，但是对于本领于技术人员来说，各种其他的变化和修改以及其他应用是显而易见的。因此本发明不受说明书中特定公开的限制。
权利要求
1.一种调整估算的转子角以改善PMSM驱动系统中的效率的方法，包括以下步骤监控运行指令、转矩指令以及估算的速度；以及响应于所述运行指令、转矩指令以及估算的速度，产生用于调整所述估算的转子角的输出修正角。
2.如权利要求1所述的方法，其中，将所述输出修正角添加到所述估算的转子角中。
3.如权利要求1所述的方法，其中，仅在所述运行指令、转矩指令以及速度达到预定条件时产生所述输出修正角。
4.如权利要求3所述的方法，其中，在以下情况下产生所述输出修正角(1)发出了所述运行指令，(2)所述转矩指令高于预定水平，以及(3)所述速度的变化位于预定的范围内。
5.一种电机驱动系统，其中，估算的转子角被调整以改善PMSM驱动系统中的效率，所述电机驱动系统包括估算电机的转子角的模块；以及模块，其监控所述电机的运行指令、转矩指令以及估算的速度，并响应于所述运行指令、转矩指令以及估算的速度而产生用于调整所述估算的转子角的输出修正角。
6.如权利要求5所述的系统，其中，所述输出修正角被添加到所述估算的转子角中。
7.如权利要求5所述的系统，其中，仅在所述运行指令、转矩指令以及速度达到预定条件时产生所述输出修正角。
8.如权利要求7所述的系统，其中，在以下情况下产生所述输出修正角(1)发出了所述运行指令，(2)所述转矩指令高于预定水平，以及(3)所述速度的变化位于预定的范围内。
全文摘要
一种调整估算的转子角以改善PMSM驱动系统中的效率的系统和方法。一种模块，监控运行指令、转矩指令以及估算的速度，并响应于所述运行指令、转矩指令以及估算的速度而产生用于调整所述估算的转子角的输出修正角。可将所述输出修正角添加到所述估算的转子角中。可产生所述输出修正角，可仅在所述运行指令、转矩指令以及速度达到预定条件时产生所述输出修正角。特别地，可在以下情况下产生所述输出修正角(1)发出了所述运行指令，(2)所述转矩指令高于预定水平，以及(3)所述速度的变化位于预定的范围内。
文档编号H02P6/18GK1879289SQ200380110674
公开日2006年12月13日 申请日期2003年11月10日 优先权日2003年11月10日
发明者埃迪·英贤·何 申请人:国际整流器公司