用于自动调谐电机电流调节器的方法和设备的制造方法_3

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法。更具体地,通过执行图3描述的功能,电动马达控制器101,经由处理器101-2,确定所 述一组参数和切换频率,并且随后基于确定的该组参数和确定的切换频率调谐四个提到的 增益。
[0060] 在S300处,处理器101-2确定电动马达103的定子电阻(例如,电动马达103的 每个相位定子电阻)。在一个示例性实施例中,处理器101-2按照下面的方式确定定子的电 阻。
[0061] 在一个示例性实施例中,电动马达103的直轴电压由下式决定:
[0063] 其中,分别地,vd是直轴电压,id是直轴电流,r s是定子的电阻,Ld是直轴电感,《 e 是电动马达103的角速度,iq和Lq是交轴电流值和电感值。
[0064] 在一个示例性实施例中,如果电动马达103的速度是零,则角速度是零。如果 直轴电流、是恒定的,则i d的变化率是零,则将方程(1)简化为:
[0065] vd= i d*iv.. (2)
[0066] 因此,^的值可以由方程(2)确定。然而,从vjP i d的单点测量值确定r s被证明 可能是不充分的,因为该测量值可能对于电流转换器的偏离量、用在电动马达控制器101、 逆变器102和一个或多个传感器104中的IGBT和二极管的压降是敏感的。
[0067] 因此,在一个示例性实施例中,多个电压和电流测量值可以被生成并且可以确定 所产生的斜率,所述斜率表示定子电阻^的估算值。可以根据以下方程确定所产生的斜率, 假设两组测量值:
[0069] 其中,:fs表示定子电阻的平均值,A Vd是两个测得电压值之间的差值,A i d是两个 测得电流值之间的差值。
[0070] 在一个示例性实施例中,方程(3)可以针对正电流应用依次并针对负电流应用一 次,并且针对正电流和负电流所产生的^值可以被平均以产生一致的和精确的定子电阻估 算值。
[0071] -旦处理器101-2确定定子的电阻,则在S310处,处理器101-2确定直轴电感。在 一个示例性实施例中,处理器101-2按照下文所述的方式确定直轴电感。
[0072] 直轴电感可以由上述方程(1)确定。响应直轴电压中的阶跃变化(step change) 的精确电流是指数响应(假定针对电动马达103为零速度)。然而,由于阶跃变化导致的 电流的初始上升/下降可接近于直线。因此,通过注入具有相对于电阻/电感时间常数而 言较高的频率的方波电压,可以生成近似三角形电流,所述近似三角形电流在滞后控制器 (hysteretic controller)的最小极限和最大极限之间改变。该注入方法可以表现电流在 设定点/基准点(例如,零)附近的滞后控制。在一个示例性实施例中,为零的设定点可导 致定子的电阻两端的零压降,并且因而在估算直轴电感时,方程(1)中的以被忽 略。
[0073] 因此,基于方程(1),直轴电感可以被确定为:
[0075] 其中,A t是电流在二角波中的最小值到最大值之间变化所需的时间,并且A :^是 电流在规定电压命令vd下的滞后控制器的最小极限和最大极限之间的变化量。
[0076] 已知电动马达的电感由于饱和而随着电流的量(magnitude)变化,并且已知纯直 轴电流导致被施加到电动马达103的零转矩。由于直轴电流导致零转矩,因此设定点可以 从零移开,而不会使电动马达103转动。然而,非零基准点在电动马达的电阻两端引入平均 压降,所述平均压降可以在估算直轴电感中被补偿。
[0077] 因此,在一个示例性实施例中,当确定直轴电感时,方程(4)可以被修改如下:
[0079] 其中,A t,A id,%和r 上所述,并且i d avg是与电动马达103的电阻两端的压 降相关联的电流(例如,rs*idavg=电动马达103'的电阻两端的压降)。在一个示例性实 施例中,当确定直轴电感时,在步骤S300中确定的^可以用在方程(5)中。
[0080] 在一个示例性实施例中,可以针对各种平均电流设定点确定直轴电感,并且因此, 在直轴电流的整个变化中可以确定直轴电感。
[0081] 在S320处,处理器101-2可以通过使用设定点周围的电流的滞后控制,以与直轴 电感完全相同的方式确定交轴电感。在一个示例性实施例中,处理器101-2可以如下确定 交轴电感。
[0082] 在一个示例性实施例中,决定电动马达的交轴基准电压的方程可以由下式表示:
[0084] 其中,分别地,vq是交轴基准电压,i q是交轴电流,rs是定子电阻,Lq是交轴电感, 是电动马达103的角速度,A f是由电动马达103的转子感生的磁通的振幅,i jP 1^是 交轴电流和电感值。
[0085] 关于交轴电感的估算,交轴电感产生转矩并且因而该转矩通过物理地锁定电动马 达103并防止电动马达103转动(例如,使用锁销(ranch)或任意其它工具以手动地防止 马达转动)的方式而被考虑。在零平均电流处,电动马达103的转动导致电动马达103的 振荡,并且交轴电感的确定可以通过假定零平均电流的方式确定。
[0086] 在零平均电流的情况下,第一项iq(t)*rs由于等于零而可以被忽略。由于马达的 速度可以被忽略,因而项《 e(t) (Af+id(t)*Ld)也等于零并且可以被忽略(即,马达正在振 荡并且不转动,因此其角速度可以被认为是零)。因此,用于确定交轴电感估算值的方程 (6)的简化版本可以如下:
[0088] 在已经确定定子电阻、直轴电感和交轴电感的估算值的情况下,处理器101-2可 以确定上文所述的四个增益。
[0089] 确定四个增益的初始步骤是针对电动马达103的不同速度范围确定切换频率。不 同的切换频率中的每一个可对应于电动马达103的不同速度范围。在S330中,处理器101-2 确定切换频率。
[0090] 在一个示例性实施例中,处理器101-2基于电动马达103的最小切换频率和电动 马达103的交叉基频确定切换频率。最小切换频率和交叉基频可以是电动马达103的制造 商规定的设计参数。最小切换频率可以基于马达的直轴电感和交轴电感。
[0091] 图4图示了根据示例性实施例的图1的电机的电动马达的切换频率的表格的示 例。在图4示出的示例性实施例中,针对每个阶段确定一个切换频率,其中每个阶段对应于 电动马达103的(例如,以转数每分钟(RPM)表示的)不同速度范围。如图4的表格所示, 电动马达的整个速度范围被分成10个不同的子范围。例如,阶段0可对应于0-1000RPM的 速度范围,阶段1可对应于1001-2000RPM的速度范围,等等。然而,子范围的数量不限于 图4所示的那些,并且电动马达103的速度范围可以被分成任意数量的子范围。电动马达 103的速度范围可以被分成具有相同或不同长度的子范围(例如,与其他子范围相比,其中 一个子范围可以覆盖更长的范围)。
[0092] 此外,每个阶段都可以具有相关联的基频。在一个示例性实施例中,每个阶段 的基频可以基于电动马达103在该阶段的最高速度以被确定。例如,如果阶段0对应于 0-1000RPM的速度范围,则阶段0的基频可以基于电动马达103的1000RPM速度确定。
[0093] 在一个示例性实施例中,马达的速度(以RPM为单位)可以由下式表示:
[0094] co = 2*60*f/n". (8)
[0095] 其中,w是马达的速度,f是基频,并且n是电动马达103的电极数(number of poles)。电动马达103可以具有不同的电极数,诸如2、4等。
[0096] 因此,对于每个子范围或阶段中的最高速度,基频f可通过方程(8)确定。
[0097] 在已经针对每个阶段确定基频的情况下,用于每个阶段的切换频率被确定,使得 在基频和切换频率之间能够观察到至少1比10的比率(或在一些示例中,至少1比15的 比率)。例如,在图4示出的表格中,阶段0的基频被确定为50Hz,并且因此,阶段0的切换 频率被确定为基频的至少10倍(2kHz是50Hz的基频的至少10倍)。
[0098] 如上所述,每个电动马达都可以具有最小切换频率和交叉基频。在图4示出的示 例性实施例中,假设最小切换频率和交叉基频分别是2kHz和300Hz。
[0099] 对于任何规定的阶段而言,如果确定的切换频率小于电动马达的最小切换频率, 则电动马达的最小切换频率将被使用,而不是确定的切换频率。因此,未针对阶段〇至9中 的任一个,小于2kHz的对应切换频率将用于图4示出的示例性实施例中。
[0100] 在图4示出的示例性实施例中并且如上所述,确定的切换频率可以被确定为 1kHz,1kHz仍然至少是阶段0的基频的至少10倍(即,1kHz是50Hz的至少10倍)。然而, 由于确定的切换频率小于电动马达的最小切换频率(即,1kHz < 2kHz),则2kHz的最小切 换频率被替代地使用。
[0101] 此外,用于相对于每个阶段的基频确定切换频率的上述关系被观察,直到用于规 定阶段的基频至少等于电动马达的基频。随后,基频每增加100HZ,对应的切换频率可以增 加 1kHz。
[0102] 例如,在图4示出的表格中,在阶段1中的基频是300Hz,300Hz等于电动马达103 的示例性的300Hz交叉基频。在阶段2中,350Hz的对应基频仅相对于阶段1增加50Hz,并 且因此,如上所述,4. 5kHz的对应切换频率被确定。然而,在阶段3中,对应基频是400
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