用于感应电动机的无传感器向量控制装置制造方法
【专利摘要】本发明提供了一种用于感应电动机的无传感器向量控制装置，所述装置通过实时地估算参数变化来增强无传感器向量控制的性能，所述装置包括：电流控制器；第一相位转换单元；第二相位转换单元；转子速度与位置估算器，其配置为使用所述第一相位转换单元的输出值来测量转子的转子速度和转子磁通并且使用所述输出值来估算转子位置；以及定子电阻与角误差估算器，其配置为通过接收从所述电流控制器输入的同步参考系的d、q轴电流指令和从所述电流控制器输出的同步参考系的d、q轴电压来计算所述感应电动机的定子电阻和角误差，并且配置为将所述定子电阻提供给所述转子速度与位置估算器。
【专利说明】用于感应电动机的无传感器向量控制装置
【技术领域】
[0001] 本公开涉及一种用于感应电动机的控制装置，并且更具体地涉及一种包括用于在 无传感器向量运算期间实时地估算感应电动机的参数变化的方法的用于感应电动机的无 传感器向量控制装置。
【背景技术】
[0002] 通常，感应电动机包括缠绕有绕组的定子和由铝导体或铁芯形成的转子。感应电 动机是一种配置为通过产生安装在定子上的绕组的电流的周期性变化和响应于电流变化 而根据磁场的恒定变化产生转子上的转矩来获得旋转力的机器。
[0003] -般来说，通用逆变器通常用于驱动三相感应电动机，并且特别地，通用逆变器通 常用于使用感应电动机、吊装负荷或电动车辆的牵引负荷的变速驱动领域。通常基于向量 控制或F0C (场定向控制（Field Oriented Control))算法来实施感应电动机的操作，并且 不使用位置传感器的无位置传感器向量控制在空间上存在约束或需要降低系统成本的应 用领域中主要用作用于感应电动机的控制方法。
[0004] 然而，在鼠笼式感应电机（squirrel case induction machine)的参数之中，当响 应于负载和速度的变化而改变感应电动机内的温度时，由于内部电路引起定子电阻值和转 子电阻值变化，并且感应电动机的温度上升导致定子电阻的变化。因为通常用作感应电动 机驱动方法的向量控制在很大程度上取决于电动机参数，所以转子电阻的波动会使控制性 能降级。
【发明内容】
[0005] 本公开的示例性方案是基本上解决至少上述问题和/或缺点并且是提供至少下 面提到的优势。因此，本公开旨在提供用于感应电动机的无传感器向量控制装置，所述用于 感应电动机的无传感器向量控制装置能够通过实时地估算感应电动机的参数的变化来增 强无传感器向量控制性能。
[0006] 在本发明的一个总的方案中，提供了一种用于感应电动机的无传感器向量控制装 置(下文中称为"装置")，所述装置包括：
[0007] 电流控制器，其配置为使用同步参考系中的d轴电流参考和q轴电流参考而输出 同步参考系中的d轴电压和q轴电压；
[0008] 第一相位转换单元，其配置为将来自所述电流控制器的输出电压转换成固定参考 系中的电压；
[0009] 逆变器，其配置为通过接收所述第一相位转换单元的所述输出而施加电压至感应 电动机；
[0010] 第二相位转换单元，其配置为将基于自所述逆变器施加至所述感应电动机的所述 电压所测量到的相电流转换成所述同步参考系中的d轴电流和q轴电流；
[0011] 转子速度与位置估算器，其被配置为测量所述感应电动机的转子速度和转子磁通 并且通过使用所述相电流和所述第一相位转换单元的输出值来估算转子位置并且使用所 述输出值来估算转子位置；以及
[0012] 定子电阻与角误差估算器，其被配置为通过接收从所述电流控制器输入的同步参 考系的d轴电流指令和q轴电流指令和从所述电流控制输出的所述同步参考系的d轴电压 和q轴电压来计算所述感应电动机的定子电阻和角误差，并且被配置为将所述定子电阻提 供给所述转子速度与位置估算器。
[0013] 优选地，但不是必要的，所述装置可以进一步包括用于每相的电流测量器，所述电 流测量器配置为使用所述逆变器的输出电压来测量施加至所述感应电动机的相电流。
[0014] 优选地，但不是必要的，所述装置可以进一步包括第一磁通角补偿器，其配置为通 过使用所述定子电阻与角误差估算器所提供的每个误差来补偿所述第一相位转换单元所 使用的转子磁通角。
[0015] 优选地，但不是必要的，所述装置可以进一步包括第二磁通角补偿器，其配置为通 过使用所述定子电阻与角误差估算器所提供的每个误差来补偿所述第二相位转换单元所 使用的转子磁通角。
[0016] 优选地，但不是必要的，所述定子电阻与角误差估算器可以包括：角速度误差估算 器，其配置为使用所述电流控制器的输出电压和从所述第二相位转换单元施加至所述电流 控制器的反馈电流来估算所述感应电动机的角速度误差；以及定子电阻估算器，其配置为 使用所述电流控制器的输出电压和从所述第二相位转换单元施加至所述电流控制器的反 馈电流来实时地估算定子电阻值。
[0017] 优选地，但不是必要的，所述定子电阻与角误差估算器可以进一步包括：第一开 关，其配置为选择性地提供所述角速度误差估算器所估算的角速度误差；补偿器，其配置为 确定由所述第一开关所提供的所述角速度误差所确定的角速度补偿量；积分器，其配置为 根据所述角速度补偿量来计算角误差，所述角速度补偿量是所述补偿器的输出；以及第二 开关，其配置为将所述定子电阻估算器所提供的定子电阻值选择性地提供给所述转子速度 与位置估算器。
[0018] 优选地，但不是必要的，所述装置可以进一步包括速度控制器，其配置为通过输入 所述感应电动机的转子速度指令和转子速度来输出所述同步参考系的q轴电流指令至所 述电流控制器。
[0019] 在有益效果中，用于如此描述的感应电动机的无传感器向量控制装置使得能够使 用电流控制器的前馈和电流控制器的积分器输出电压而实现实时估算和角误差补偿。有益 地，本公开所提出的方法简单，在于：动态特征的性能非常快，并且由于通过控制系统中的 具有最快动态特性的电流控制器的控制带宽来进行性能的确定而不需要特殊操作模式。
【专利附图】
【附图说明】
【具体实施方式】 [0020]
[0021] 图1是图不出根据本公开的感应电动机系统的配置的框图。
[0022] 图2是图示出图1中所示的速度控制器的配置的框图。
[0023] 图3和图4是图示出图1中的电流控制器的配置的框图。
[0024] 图5是根据本公开的示例性实施例的感应电动机系统的配置的框图。
[0025] 图6是图示出图5中图示的定子电阻和角误差估算器的配置的框图。
【具体实施方式】
[0026] 现在，将结合附图详细地解释本公开的示例性实施例以允许本领域的普通技术人 员容易理解本公开的技术构思。
[0027] 本公开涉及感应电动机的无传感器向量控制中的实时参数估算，并且尤其涉及适 于定子电阻估算和角误差补偿的估算器设计。
[0028] 图1是图示出根据本公开的感应电动机系统的配置的框图，并且具体地图示出包 括速度控制的感应电动机控制器的配置。
[0029] 速度控制器100通过输入转子速度指令和实际转子速度来输出同步参考系的q轴 电流指令。
[0030] 电流控制器200根据同步参考系中的d轴电流指令、q轴电流指令和实际电流来 输出同步参考系的d轴电压和q轴电压。
[0031] 第一相位转换单元300是配置为将电流控制器200的输出电压转换成固定参考系 的电压的装置。
[0032] 第二相位转换单元400是配置为将电流测量器108a、108b、108c所测量的电动机 相电流转换成同步参考系的d轴电流、q轴电流的装置，其中可以省略电流信息。
[0033] 逆变器500是电压逆变器，所述电压逆变器是构造为将电压施加至感应电动机 600的装置。
[0034] 转子速度与位置估算器700是用于转子速度与位置估算的装置，并且利用电流测 量器108a、108b、108c所产生的电动机相电流和第一相位转换单兀300的输出电压作为输 入来估算感应电动机的转子速度和转子磁通。
[0035] 图2是图示出图1中的速度控制器的配置的框图。
[0036] 参照图2,速度控制器100包括加法器110、加法器120、加法器160、加法器170、限 幅器180、增益单元130以及比例-积分控制器140、比例-积分控制器150。
[0037] 速度控制器100使用比例-积分控制器140和比例-积分控制器150来输出q轴 电流指令，比例-积分控制器140和比例-积分控制器150构造为输入指令速度(或者速度 参考）与实际速度(或反馈速度）之间的差。
[0038] 用于速度控制的比例-积分控制器140和比例-积分控制器150通过对输入信号 积分而输出输入信号，并且限幅器180对来自速度控制器100的输出进行限幅。
[0039] 当限幅器180工作时，增益单元113提供抗饱和增益（anti-windup gain)以防止 比例-积分控制器140和比例-积分控制器150的发散。速度控制器100的输出是同步参 考系的q轴电流。
[0040] 图3和图4是图示出图1中的电流控制器200的详细配置的框图，其中图3图示 出同步参考系的d轴电流控制器200的配置，而图4图示出同步参考系的q轴电流控制器 200的配置。
[0041] 参照图3, d轴电流控制器200包括减法器210和减法器220、加法器250和加法 器270、增益单元260、以及比例-积分控制器230和比例-积分控制器240。
[0042] 参照图4, q轴电流控制器200包括减法器211和减法器221、加法器251和加法 器271、增益单元261、以及比例-积分控制器231和比例-积分控制器241。
[0043] 参照图3和图4，d、q轴电流控制器200包括配置为在同步参考系中分别控制d轴 电流和q轴电流的比例-积分型控制器和前馈单元。
[0044] 比例-积分控制器230、240、231、241使用电流指令和反馈电流来执行用于电流控 制的比例积分增益操作。输入信号Vff_d、Vff_q构造为执行前馈补偿，并且可以根据感应 电动机的建模而可变地配置。
[0045] 当来自电流控制器200的输出超过逆变器500能够合成的电压的幅值时，增益单 元260和增益单元261获得抗饱和增益以防止积分控制器240和积分控制器241的发散。
[0046] 将同步参考系的电压转换成固定参考系的电压的操作可以由以下等式限定，所述 同步参考系的电压是图1的电流控制器200的输出。
【权利要求】
1. 用于控制感应电动机的无传感器向量控制装置，所述装置包括： 电流控制器，其配置为使用同步参考系中的d轴电流参考和q轴电流参考而输出所述 同步参考系中的d轴电压和q轴电压； 第一相位转换单元，其配置为将来自所述电流控制器的输出电压转换成固定参考系中 的电压； 逆变器，其配置为通过接收所述第一相位转换单元的所述输出而施加电压至感应电动 机； 第二相位转换单元，其配置为将基于自所述逆变器施加至所述感应电动机的所述电压 所测量到的相电流转换成所述同步参考系中的d轴电流和q轴电流； 转子速度与位置估算器，其配置为测量所述感应电动机的转子速度和转子磁通并且通 过使用所述相电流和所述第一相位转换单元的输出值来估算转子位置并且使用所述输出 值来估算转子位置；以及 定子电阻与角误差估算器，其配置为通过接收从所述电流控制器输入的同步参考系的 d轴电流指令和q轴电流指令以及从所述电流控制输出的所述同步参考系的d轴电压和q 轴电压来计算所述感应电动机的定子电阻和角误差，并且配置为将所述定子电阻提供给所 述转子速度与位置估算器。
2. 根据权利要求1所述的装置，进一步包括用于每相的电流测量器，所述电流测量器 配置为使用所述逆变器的输出电压来测量施加至所述感应电动机的相电流。
3. 根据权利要求1所述的装置，进一步包括第一磁通角补偿器，所述第一磁通角补偿 器配置为通过使用所述定子电阻与角误差估算器所提供的每个误差来补偿所述第一相位 转换单元所使用的转子磁通角。
4. 根据权利要求1所述的装置，进一步包括第二磁通角补偿器，所述第二磁通角补偿 器配置为通过使用所述定子电阻与角误差估算器所提供的每个误差来补偿所述第二相位 转换单元所使用的转子磁通角。
5. 根据权利要求1所述的装置，其中所述定子电阻与角误差估算器包括：角速度误差 估算器，其配置为使用所述电流控制器的输出电压和从所述第二相位转换单元施加至所述 电流控制器的反馈电流来估算所述感应电动机的角速度误差，以及 定子电阻估算器，其配置为使用所述电流控制器的输出电压和从所述第二相位转换单 元施加至所述电流控制器的反馈电流来实时地估算定子电阻值。
6. 根据权利要求5所述的装置，其中所述定子电阻与角误差估算器进一步包括：第一 开关，其配置为选择性地提供所述角速度误差估算器所估算的角速度误差， 补偿器，其配置为确定由所述第一开关所提供的所述角速度误差所确定的角速度补偿 量；积分器，其配置为根据所述角速度补偿量来计算角误差，所述角速度补偿量是所述补偿 器的输出；以及第二开关，其配置为将所述定子电阻估算器所提供的定子电阻值选择性地 提供给所述转子速度与位置估算器。
7. 根据权利要求1所述的装置，进一步包括速度控制器，所述速度控制器配置为通过 输入所述感应电动机的转子速度指令和转子速度来输出所述同步参考系的q轴电流指令 至所述电流控制器。
【文档编号】H02P21/14GK104104299SQ201410137067
【公开日】2014年10月15日 申请日期:2014年4月4日 优先权日:2013年4月4日
【发明者】俞安橹 申请人:Ls产电株式会社