專利名稱：用于檢測(cè)電機(jī)永磁轉(zhuǎn)子的位置和速度的系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種用于檢測(cè)無(wú)刷電機(jī)的永磁轉(zhuǎn)子的驅(qū)動(dòng)速度和驅(qū)動(dòng) 位置的方法。該方法特別適于在驅(qū)動(dòng)控制回路中應(yīng)用。針對(duì)該方法在 電機(jī)上使用多相電流測(cè)量，所述多相電流測(cè)量的測(cè)量值取決于所檢測(cè) 的位置在與轉(zhuǎn)子相關(guān)的d、 q坐標(biāo)系中被轉(zhuǎn)換為縱向電流向量分量和橫 向電流向量分量。與所檢測(cè)的(電的)轉(zhuǎn)速一起，電流和預(yù)給定電壓 的縱向和橫向向量分量(Langs- und Quervektorkomponent)被作為輸入 變量輸送給數(shù)學(xué)電機(jī)模型。該電機(jī)模型生成第一輸出變量和第二輸出 變量，其中，在d、 q坐標(biāo)系中所述第一輸出變量對(duì)應(yīng)于d向量分量或者 說(shuō)縱向向量分量以及位置檢測(cè)偏差，以及在d、 q坐標(biāo)系中所述第二輸 出變量對(duì)應(yīng)于q分量或者說(shuō)橫向分量以及速度檢測(cè)偏差。這兩個(gè)輸出變 量將被輸送給跟蹤控制器，以檢測(cè)并輸出速度，尤其是電的轉(zhuǎn)速；并 且檢測(cè)并輸出位置，尤其是電的角度。本發(fā)明還涉及一種適于執(zhí)行該 方法的、對(duì)應(yīng)于并列的獨(dú)立權(quán)利要求8、 12和15的各自第一部分/前序部 分的位置和/或速度檢測(cè)裝置、電機(jī)建模模塊和速度跟蹤控制器。
背景技術(shù)：
在奧地禾U (AT)專業(yè)雜志"Elektrotechnikund Informationstechnik" 2000年第二期的103-112頁(yè)由M. Schr6dl和E. Robeischl撰寫的"Geregelte Antriebe"中，給出了在無(wú)刷電動(dòng)機(jī)的情況下針對(duì)檢測(cè)永磁轉(zhuǎn)子位置和 速度的教導(dǎo)，針對(duì)較高的轉(zhuǎn)速(即超過(guò)額定轉(zhuǎn)速大約10%到20%的范圍 內(nèi))通過(guò)永磁同步電機(jī)的電動(dòng)勢(shì)(EMK)模型/電壓模型從電的參數(shù)中 實(shí)時(shí)地確定例如驅(qū)動(dòng)控制所需的位置信息和轉(zhuǎn)速信息。轉(zhuǎn)子位置估計(jì) 是基于在定子繞組中的感應(yīng)電壓而實(shí)現(xiàn)的，這個(gè)過(guò)程不會(huì)影響電流控 制。在這里的基本思想是，以測(cè)量技術(shù)的方式來(lái)確定定子磁鏈空間矢 量(Statorfluss-Verkettungsraumzeiger)的改變。通過(guò)測(cè)量電流變4七，
將從永磁轉(zhuǎn)子檢測(cè)到永磁體磁通量的空間矢量的改變。參照由S.M.Abu-Sharkh和V.Barinberg撰寫的專業(yè)文章"A new approach to rotor position estimation for a PM brushless motor drive" Mediterranean Electrotechnical Conf. 1998，第1199陽(yáng)1203頁(yè)，公開了在具 有開始部分第一段所述方式的永磁轉(zhuǎn)子的無(wú)刷電機(jī)特別是同步電機(jī)的 情況下，用于檢測(cè)驅(qū)動(dòng)位置和/或驅(qū)動(dòng)速度的一種系統(tǒng)。根據(jù)該專業(yè)文 章，轉(zhuǎn)子位置估算和/或速度估算同樣根據(jù)電機(jī)的電動(dòng)勢(shì)(EMK)模型 /電壓模型來(lái)實(shí)現(xiàn)。為此必要的是，但在實(shí)踐中帶來(lái)問(wèn)題的電流信號(hào)的 微分(電流信號(hào)對(duì)時(shí)間求導(dǎo)數(shù))將通過(guò)應(yīng)用取決于參數(shù)的低通濾波器 來(lái)避免，該濾波器的時(shí)延效果將通過(guò)布置在下游的比例積分跟蹤控制 器(PI跟蹤控制器)來(lái)補(bǔ)償。該低通濾波器的時(shí)間常數(shù)對(duì)應(yīng)于電機(jī)的定 子時(shí)間常數(shù)。位置和速度檢測(cè)偏差將利用該低通濾波器被加權(quán)。發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明的任務(wù)在于，基于本發(fā)明對(duì)驅(qū)動(dòng)位置檢測(cè)系統(tǒng)和驅(qū)動(dòng)速度 檢測(cè)系統(tǒng)在其結(jié)構(gòu)構(gòu)造方面進(jìn)行簡(jiǎn)化。為了解決該任務(wù)，參照權(quán)利要 求l給出的檢測(cè)方法，權(quán)利要求S給出的檢測(cè)裝置，權(quán)利要求12給的出 電機(jī)建模模塊并且權(quán)利要求15給出的跟蹤控制器。本發(fā)明的可選的、 有利的改進(jìn)實(shí)施方式由從屬權(quán)利要求給出。盡管根據(jù)本發(fā)明的方法，該電機(jī)模型還借助將第三偏移變量輸出 給跟蹤控制器來(lái)運(yùn)行；但是，在這里該第三輸出變量通過(guò)簡(jiǎn)單實(shí)現(xiàn)的 計(jì)算步驟來(lái)生成，該計(jì)算步驟僅包括通過(guò)具有電感系數(shù)固定值的比例 環(huán)節(jié)執(zhí)行加權(quán)并且累加/求差，因此該計(jì)算步驟借助運(yùn)算技術(shù)簡(jiǎn)單的、 且快速完成的功能組件如P環(huán)節(jié)和求和環(huán)節(jié)來(lái)實(shí)現(xiàn)。因此，借助根據(jù)本 發(fā)明的方法能夠?qū)崿F(xiàn)效率提升的優(yōu)點(diǎn)，尤其是因?yàn)榧炔恍枰娏鞯年P(guān) 于時(shí)間的微分，也不需要附加的延遲相位的過(guò)濾器(如上述現(xiàn)有技術(shù) 中所使用的低通濾波器)。
適當(dāng)?shù)氖?，在電機(jī)模型的范圍內(nèi)兩個(gè)加權(quán)結(jié)果(被縱向電感系數(shù) 加權(quán)的電流縱向分量和被橫向電感系數(shù)加權(quán)的電流橫向分量)將會(huì)對(duì) 應(yīng)于特定于電機(jī)的電動(dòng)勢(shì)(EMK)常數(shù)或時(shí)間常數(shù)而被改變。借助特 別有利的優(yōu)點(diǎn)，在跟蹤控制器中把所述特定于電機(jī)的EMK常數(shù)或時(shí)間常數(shù)作為積分參數(shù)而對(duì)差執(zhí)行積分，所述差是在位置檢測(cè)偏差(位置 偏移或者相應(yīng)的電壓偏移的縱向分量)和在速度檢測(cè)偏差(速度偏移 或者相應(yīng)的電壓偏移的橫向分量)之間形成的。在本發(fā)明的另一個(gè)構(gòu)造方式中，被輸送給跟蹤控制器的第三輸出 變量將與差的積分結(jié)果累加或者其他如結(jié)合一樣，該差由位置檢測(cè)偏 差和速度檢測(cè)偏差之間的差別構(gòu)成。給定情況下，該位置檢測(cè)偏差事 先還將被比例放大。隨后該結(jié)合結(jié)果將作為所檢測(cè)的速度而從跟蹤控 制器輸出。采用純粹的積分環(huán)節(jié)而避免了復(fù)雜的比例和積分環(huán)節(jié)，這 樣就實(shí)現(xiàn)了跟蹤控制器的結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)化的優(yōu)點(diǎn)。因?yàn)楦鶕?jù)本發(fā)明的一個(gè)變動(dòng)方案，在第三輸出變量輸送給跟蹤控 制器時(shí)，通過(guò)布置在它們下游的求和環(huán)節(jié)將跳過(guò)在那里的比例環(huán)節(jié)(表 現(xiàn)為位置控制器)和無(wú)比例部分的純粹的第一積分環(huán)節(jié)(表現(xiàn)為速度 控制器)，所以已經(jīng)在電機(jī)模型內(nèi)所述(被跳過(guò)的)比例放大系數(shù)在 形成第三輸出變量時(shí)就被施加，是適合的。這是如此實(shí)現(xiàn)的，即電流 縱向向量分量在被輸送給該電機(jī)模型內(nèi)之后，在其內(nèi)被比例放大系數(shù) 或者比例放大因數(shù)加權(quán)。


基于本發(fā)明的其它細(xì)節(jié)、特征、特征組合、優(yōu)點(diǎn)和效果，將由本 發(fā)明優(yōu)選實(shí)施方式的下述說(shuō)明以及附圖給出。在相應(yīng)的示意性流程框圖中圖l示出作為思考的起點(diǎn)的驅(qū)動(dòng)控制回路，其具有馬達(dá)模型和布置 在下游的根據(jù)本發(fā)明的跟蹤控制器，其中為了更好地理解本發(fā)明該電 機(jī)模型還包括有缺點(diǎn)的電流直接對(duì)時(shí)間求導(dǎo)； 圖2表示一種驅(qū)動(dòng)控制回路，其具有根據(jù)本發(fā)明而構(gòu)成的馬達(dá)模型 和相應(yīng)配合的跟蹤控制器。
具體實(shí)施方式
根據(jù)圖1，基于脈沖寬度調(diào)制(PWM)運(yùn)行的變換器2以三相交 流電驅(qū)動(dòng)無(wú)刷電機(jī)(例如具有永磁轉(zhuǎn)子的同步電機(jī))的定子1。為了控 制電流而從定子拾取或者測(cè)量?jī)蓚€(gè)相電流i,、 i2，這兩個(gè)相電流在3到2相位轉(zhuǎn)換單元3中被映射到與定子相關(guān)的a、 B正交坐標(biāo)系。在轉(zhuǎn)換 過(guò)程中將會(huì)生成代表定子電流的兩個(gè)a、 15向量分量ia、 ^，并將它們 輸出到布置在下游的第二坐標(biāo)系轉(zhuǎn)換單元4。該第二坐標(biāo)系轉(zhuǎn)換單元4 被構(gòu)造用于把與定子相關(guān)的a、 B坐標(biāo)系坐標(biāo)轉(zhuǎn)換到與轉(zhuǎn)子相關(guān)的d、 q 坐標(biāo)系，其輸出是電流縱向和橫向向量分量id、 iq。定子電流的縱向和 橫向向量分量id、 iq將被作為實(shí)際值輸送給縱向和橫向電流控制器Id、Iq，以與相應(yīng)的縱向和橫向電流目標(biāo)值ids。U、 iqwU進(jìn)行目標(biāo)值/實(shí)際值比 較。正如在本領(lǐng)域中普遍的那樣，縱向電流目標(biāo)值預(yù)給定ids。U將被設(shè)定為零，與此同時(shí)，橫向電流控制器從布置在上游的速度控制器5接 收目標(biāo)值預(yù)給定iqs。u。這從轉(zhuǎn)速目標(biāo)值ws。 與輸出自跟蹤控制器6的電 的轉(zhuǎn)速co^的估計(jì)值或者檢測(cè)值的比較出發(fā)。跟蹤控制器6還將輸出所檢測(cè)的電的角度0em，并將角度Am輸送給第二轉(zhuǎn)換單元4以及與第二轉(zhuǎn)換單元4互補(bǔ)的第三轉(zhuǎn)換單元7。第三轉(zhuǎn)換單元7此外還接收由電流控制器Id、 Iq預(yù)給定的縱向和橫向電壓向量分量Ud、 Uq，并且第三轉(zhuǎn)換單元7把所述縱向和橫向電壓向量分量映射到與定子相關(guān)的a、 fi坐標(biāo)系中，具有預(yù)給定電壓向量分量Ua、 U0。最后面的電壓向量分量將被布置在下游的2到3相位轉(zhuǎn)換單元8接收，2到3相位轉(zhuǎn)換單元8將電壓 預(yù)給定轉(zhuǎn)換為對(duì)應(yīng)于交流電系統(tǒng)的三個(gè)相位Ul、 u2、 u3以用于布置在下 游的變換器2。根據(jù)圖1，馬達(dá)建模模塊9 (Motor德dellierungsmodul)布置在 跟蹤控制器6的上游。馬達(dá)建模模塊9包括輸入接口 10，其被用于 所檢測(cè)的轉(zhuǎn)速Wed輸入接口 11，其被用于測(cè)量的并且被映射到d、 q
坐標(biāo)系的縱向或橫向電流id、 iq;以及輸入接口 12，其被用于在d、 q 坐標(biāo)系中預(yù)給定的縱向和橫向電壓Ud、 Uq。該建模模塊9還包括第一 輸出接口 13，其被用于縱向電壓偏移AUd;以及第二輸出接口 14，其被 用于橫向電壓偏移Auq。根據(jù)圖1，通過(guò)轉(zhuǎn)速輸入接口 10輸送給馬達(dá)模型9的所檢測(cè)的轉(zhuǎn)速Wem被多個(gè)獨(dú)立比例環(huán)節(jié)加權(quán)，這些比例環(huán)節(jié)的放大系數(shù)對(duì)應(yīng)于EMK常數(shù)Ke、馬達(dá)縱向電感系數(shù)Ld和馬達(dá)橫向電感系數(shù)Lq。此外，輸入的轉(zhuǎn)速w^還將被符號(hào)環(huán)節(jié)15加權(quán)。電感系數(shù)比例環(huán)節(jié)Ld、 Lq的 輸出分別與配屬于其的乘法環(huán)節(jié)Md、 Mq連接。乘法環(huán)節(jié)Md、 Mq的第 二輸入端分別與用于縱向或橫向電流id、 iq的相應(yīng)的兩個(gè)電流輸入接口 11連接。乘法環(huán)節(jié)Md、 Mq的各個(gè)輸出被輸送給都帶有正號(hào)的縱向電 壓或者橫向電壓加法環(huán)節(jié)Sd、 Sq。通過(guò)電壓輸入接口 12把都帶有正號(hào) 的縱向或者橫向電壓預(yù)給定Ud、 Uq輸送給縱向或者橫向電壓加法環(huán)節(jié) Sd、 Sq的相應(yīng)的第二輸入端。這兩個(gè)電壓加法環(huán)節(jié)Sd、 Sq分別還具有另外一個(gè)負(fù)輸入端(分別具有負(fù)號(hào))，兩個(gè)前置的電壓前加法環(huán)節(jié)vsd或VSq的相應(yīng)的輸出端被配屬于所述兩個(gè)電壓加法環(huán)節(jié)Sd、 Sq，所述 電壓前加法環(huán)節(jié)VSd或VSq被用于與電阻性的和電感性的縱向或橫向 電壓中間值相累加，所述縱向或橫向電壓中間值由通過(guò)電流輸入接口 11而輸入的縱向和橫向電流生成。 一方面，分別一個(gè)比例環(huán)節(jié)被用于 所述縱向電流和橫向電流的生成，所述比例環(huán)節(jié)具有對(duì)應(yīng)于電阻性的馬達(dá)阻抗的放大系數(shù)r。另一方面，正如馬達(dá)物理學(xué)所需要的那樣，電感元件或者縱向和橫向電感系數(shù)Ld、 Lq通過(guò)相應(yīng)的微分環(huán)節(jié)sLd和sLq(s:微分拉普拉斯運(yùn)算符)而被代入到電壓中間值的計(jì)算中。相應(yīng)的 比例環(huán)節(jié)r和微分環(huán)節(jié)sLd、sLq的輸入端都為此而與相應(yīng)的電流輸入接 口 11連接。相應(yīng)的比例環(huán)節(jié)r的輸出端和相應(yīng)的微分環(huán)節(jié)sLd或sLq的輸出端，都與前加法環(huán)節(jié)VSd、 VSq的相應(yīng)的正號(hào)輸入端連接。根據(jù)圖1，符號(hào)環(huán)節(jié)15在輸入側(cè)與轉(zhuǎn)速輸入接口 IO連接，而在 輸出側(cè)與帶符號(hào)乘法環(huán)節(jié)SMd的第一輸入端連接。帶符號(hào)乘法環(huán)節(jié)SMd
的第二輸入端與縱向電壓加法環(huán)節(jié)Sd的輸出端保持通信，并且?guī)Х?hào) 乘法環(huán)節(jié)SMd的輸出端與用于電壓偏移的縱向向量分量AUd的第一輸 出接口13保持連接。由此，電機(jī)轉(zhuǎn)子的方向也被關(guān)聯(lián)到位置檢測(cè)偏差 的計(jì)算之中。根據(jù)圖1，在計(jì)算以電壓偏移的橫向向量分量AUq形式的速度檢測(cè)偏差時(shí)，EMK馬達(dá)常數(shù)通過(guò)以相應(yīng)放大系數(shù)確定大小的比例環(huán)節(jié)16 也被引入其內(nèi)。此外，EMK比例環(huán)節(jié)在輸入側(cè)與轉(zhuǎn)速輸入接口 IO連接。 在輸出側(cè)，EMK比例環(huán)節(jié)16與EMK加法環(huán)節(jié)17的負(fù)輸入端連接， EMK加法環(huán)節(jié)17的正輸入端與橫向電壓加法環(huán)節(jié)Sq的輸出端保持通 信。EMK加法環(huán)節(jié)17的輸出端將直接連接到建模模塊的第二輸出接口 或者說(shuō)橫向電壓偏移輸出接口 14，以把速度檢測(cè)偏差輸出到布置在下 游的跟蹤控制器6。根據(jù)圖1，該跟蹤控制器具有用于在建模模塊9內(nèi)計(jì)算得到的電 壓偏移的縱向和橫向向量分量Aud、 Auq的兩個(gè)輸入接口 18、 19?？v向 向量分量對(duì)應(yīng)于位置檢測(cè)偏差，并且橫向向量分量對(duì)應(yīng)于速度檢測(cè)偏 差。用于縱向電壓偏移Aud的輸入接口 18被直接輸送給比例環(huán)節(jié)20， 比例環(huán)節(jié)20具有比例放大系數(shù)kp，并且在輸出側(cè)與第一跟蹤加法環(huán)節(jié) 21的負(fù)輸入端連接。第一跟蹤加法環(huán)節(jié)21的正輸入端在跟蹤控制器6 內(nèi)部直接與用于橫向電壓偏移Auq的輸入接口連接。加法器結(jié)果在輸出 側(cè)將會(huì)被輸送給第一積分環(huán)節(jié)22，根據(jù)本發(fā)明第一積分環(huán)節(jié)22不包括 比例分量并且是基于EMK常數(shù)KE和時(shí)間常數(shù)T。來(lái)設(shè)定的。在第一積 分環(huán)節(jié)22的輸出，所檢測(cè)的驅(qū)動(dòng)角速度或者轉(zhuǎn)速w^通過(guò)縱向和橫向電壓偏移的差關(guān)于時(shí)間的積分而產(chǎn)生，驅(qū)動(dòng)角速度或者轉(zhuǎn)速CO^通過(guò)第一跟蹤控制器輸出接口 23以仿佛作為實(shí)際值那樣既被輸送給電機(jī)建模 模塊9同時(shí)也被輸送給速度控制器5，或者被用于與速度目標(biāo)值cos。u進(jìn)行比較并且被用于計(jì)算預(yù)給定橫向電流值iqs。U。此外，在跟蹤控制器 6內(nèi)部，所檢測(cè)的驅(qū)動(dòng)速度"em還借助第二積分環(huán)節(jié)24進(jìn)行運(yùn)算，由此第二積分環(huán)節(jié)24按照已知的方式計(jì)算電的驅(qū)動(dòng)位置或者說(shuō)角度位 置，并且通過(guò)第二跟蹤控制器輸出接口 25將其輸出。如上所述，電的 驅(qū)動(dòng)位置(/)e:n (其通過(guò)第二跟蹤控制器輸出接口而輸出)被用于控制或者操縱兩個(gè)a、 J3/d、 q或者d、 q/a、 fi轉(zhuǎn)換單元4、 7。根據(jù)本發(fā)明的 跟蹤控制器的優(yōu)點(diǎn)在于簡(jiǎn)化的I-結(jié)構(gòu)(積分結(jié)構(gòu))，該I-結(jié)構(gòu)具有兩 個(gè)間接順序布置的積分環(huán)節(jié)22、 24。圖2表示相對(duì)于圖1改變的控制系統(tǒng)或者驅(qū)動(dòng)控制系統(tǒng)。首先， 這種改變以建模模塊9的以A到D表示的模塊并且以跟蹤控制器6的 第三輸入接口 28而表現(xiàn)出來(lái)。根據(jù)圖2，與圖1的建模系統(tǒng)比較，根據(jù)圖1的電感系數(shù)微分環(huán)節(jié)sLd、 SLq通過(guò)以縱向或橫向電感系數(shù)Ld、 Lq作為相應(yīng)的放大系數(shù)的電感系數(shù)比例環(huán)節(jié)A、 D來(lái)替代。對(duì)應(yīng)于之前與跟蹤控制器6關(guān)聯(lián)地提 及的比例環(huán)節(jié)20 (可被表示為"位置控制環(huán)節(jié)")，還可以在電感系 數(shù)比例環(huán)節(jié)A之前或之后串聯(lián)布置一個(gè)附加的比例環(huán)節(jié)。乘法環(huán)節(jié)B 布置在用于縱向向量分量的電感系數(shù)比例環(huán)節(jié)A的輸出端之后，乘法 環(huán)節(jié)B的第二輸入端與之前所述的符號(hào)環(huán)節(jié)15的輸出端連接，由此， 轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)或者轉(zhuǎn)子線性運(yùn)動(dòng)的方向也將被包括在內(nèi)。乘法環(huán)節(jié)B 的輸出端將被連接到電感系數(shù)加法環(huán)節(jié)26的正輸入端，電感系數(shù)加法 環(huán)節(jié)26的負(fù)號(hào)的第二輸入端與用于橫向電流分量的電感系數(shù)比例環(huán)節(jié) D的輸出端連接。在電感系數(shù)加法環(huán)節(jié)26的輸出得到的差值還將利用 所屬的比例環(huán)節(jié)C加權(quán)，比例環(huán)節(jié)C在輸出側(cè)與用于電感電壓偏移AUL 的第三輸出接口 27連接，并且比例環(huán)節(jié)C根據(jù)特定于電機(jī)的EMK常 數(shù)KE和時(shí)間常數(shù)T。來(lái)度量。根據(jù)圖2，在第三輸出接口 27或者在比例環(huán)節(jié)C的輸出端所給出 的針對(duì)電感電壓偏移AuL的值將被輸送給跟蹤控制器6的第三輸入接口 28。在跟蹤控制器內(nèi)部，電壓偏移AiiL將以正號(hào)被輸送給第二跟蹤加法 環(huán)節(jié)29。第一積分環(huán)節(jié)22的輸出端同樣以正號(hào)而被配屬于第二跟蹤加 法環(huán)節(jié)29的第二輸入端。第二跟蹤加法環(huán)節(jié)29的輸出端與第一跟蹤
控制器輸出接口 23直接連接，以反饋所檢測(cè)的驅(qū)動(dòng)速度0)em，并且第二跟蹤加法環(huán)節(jié)29的輸出端與第二積分環(huán)節(jié)24的輸入端連接，以檢測(cè)驅(qū)動(dòng)位置(Pem并把該驅(qū)動(dòng)位置(Pe:n輸出到第二和第三坐標(biāo)系轉(zhuǎn)換單元4、 7。根據(jù)圖1和圖2的兩個(gè)實(shí)施例都是僅通過(guò)測(cè)量定子電流I。 12來(lái) 實(shí)現(xiàn)"傳感器式"檢測(cè)位置及速度。附圖標(biāo)記列表1 定子2 變換器3 3到2相位轉(zhuǎn)換單元4 第二坐標(biāo)系轉(zhuǎn)換單元ia、 ip 在與定子相關(guān)的a、 1J坐標(biāo)系中的電流分量ldsoll、 lqsoll 縱向或橫向電流目標(biāo)值Id、 Iq 縱向和橫向電流控制器5 速度控制器6 跟蹤控制器①so11 轉(zhuǎn)速目標(biāo)值C0em 所檢測(cè)的電的轉(zhuǎn)速cpem 所檢測(cè)的電的角位置7 第三坐標(biāo)系轉(zhuǎn)換單元Ud、 Uq 縱向或橫向電壓預(yù)給定ua、 up 在與定子相關(guān)的a、 B坐標(biāo)系中的電壓預(yù)給定8 2到3相位轉(zhuǎn)換單元Ul、 u2、 u3 用于三個(gè)相的電壓預(yù)給定9 馬達(dá)建模模塊10 轉(zhuǎn)速輸入接口11 電流輸入接口12 電壓輸入接口 13、 14 用于內(nèi)部計(jì)算的電壓偏移向量分量的第一和第二輸出接口KE EMK常數(shù)15 符號(hào)環(huán)節(jié) Md、 Mq 乘法環(huán)節(jié)Sd、 Sq 電壓加法環(huán)節(jié)VSd、 VSq 前加法環(huán)節(jié)r 針對(duì)馬達(dá)阻抗的比例環(huán)節(jié)sLd、 sLq 縱向電流微分環(huán)節(jié)、橫向電流微分環(huán)節(jié)SMd 帶符號(hào)乘法環(huán)節(jié)Aud 縱向向量分量Auq 橫向向量分量16 EMK比例環(huán)節(jié)17 EMK加法環(huán)節(jié)18、 19 用于縱向和橫向電壓偏移的輸入接口20 比例環(huán)節(jié)21 第一跟蹤加法環(huán)節(jié)22 第一積分環(huán)節(jié)23 第一跟蹤控制器輸出接口24 第二積分環(huán)節(jié)25 第二跟蹤控制器輸出接口 A、 D 電感系數(shù)比例環(huán)節(jié)B 乘法環(huán)節(jié)26 電感系數(shù)加法環(huán)節(jié) C 比例環(huán)節(jié)27 第三輸出接口28 第三輸入接口29 第二跟蹤加法環(huán)節(jié)。
權(quán)利要求
1. 一種方法，其被用于檢測(cè)無(wú)刷的線性或旋轉(zhuǎn)電機(jī)的永磁轉(zhuǎn)子的電的驅(qū)動(dòng)速度(ωem)和驅(qū)動(dòng)位置(φem)，特別是針對(duì)驅(qū)動(dòng)控制回路，所述方法在電機(jī)上使用多相電流測(cè)量，所述多相電流測(cè)量的測(cè)量值(i1、i2)取決于所檢測(cè)的位置(φem)在與轉(zhuǎn)子相關(guān)的d、q坐標(biāo)系中被轉(zhuǎn)換為縱向電流向量分量(id)和橫向電流向量分量(iq)，并且電流(id、iq)和預(yù)給定電壓(ud、uq)的所述縱向向量分量和所述橫向向量分量連同所檢測(cè)的速度(ωem)一起被作為輸入變量而輸送給數(shù)學(xué)電機(jī)模型(9)，并且所述電機(jī)模型(9)生成第一輸出變量(Δud)和第二輸出變量(Δuq)，其中，所述d、q坐標(biāo)系中的所述第一輸出變量(Δud)對(duì)應(yīng)于d向量分量或者說(shuō)縱向向量分量以及位置檢測(cè)偏差；而所述d、q坐標(biāo)系中的所述第二輸出變量(Δuq)對(duì)應(yīng)于q向量分量或者說(shuō)橫向向量分量以及速度檢測(cè)偏差，并且兩個(gè)所述輸出變量(Δud、Δuq)都被輸送給跟蹤控制器(6)以檢測(cè)并輸出所述位置(φem)和/或所述速度(ωem)，其特征在于從所述電機(jī)模型中計(jì)算得到第三輸出變量(ΔuL)，這是如此實(shí)現(xiàn)的a)所述電流(id、iq)的所述縱向和橫向向量分量分別以所述電機(jī)的縱向或橫向電感系數(shù)(Ld、Lq)加權(quán)；b)并且所述第三輸出變量(ΔuL)由這兩個(gè)加權(quán)結(jié)果的差構(gòu)成，其中，所述第三輸出變量(ΔuL)被輸送給所述跟蹤控制器(6)，以執(zhí)行旨在檢測(cè)所述位置(φem)和所述速度(ωem)的處理。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于以所述縱向電感系 數(shù)(Ld)加權(quán)的所述電流縱向分量(id)受到所檢測(cè)的所述速度(wem) 的符號(hào)或方向的影響。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的方法，其特征在于在所述電機(jī)模 型(9)內(nèi)，由兩個(gè)所述加權(quán)結(jié)果構(gòu)成的差受到特定于電機(jī)的電動(dòng)勢(shì)常數(shù)(ke)和/或受到時(shí)間常數(shù)(tw)的影響。
4. 根據(jù)權(quán)利要求3所述的方法，其特征在于在所述電機(jī)模型(9)內(nèi)，所述差將被除以所述電動(dòng)勢(shì)常數(shù)(ke)禾n/或所述時(shí)間常數(shù)(tj ,并且在所述跟蹤控制器(6)內(nèi)，同樣的所述電動(dòng)勢(shì)常數(shù)(ke)和/或同 樣的所述時(shí)間常數(shù)(tj被作為用于差的積分的參數(shù)，所述差由所述 速度檢測(cè)偏差(AUq)和給定情況下以比例(kp)放大的所述位置檢測(cè) 偏差(Aud)構(gòu)成。
5. 根據(jù)前述權(quán)利要求之一所述的方法，其特征在于在所述跟蹤 控制器(6)內(nèi)，被輸送給所述跟蹤控制器(6)的所述第三輸出變量(Aul)與差(21)的積分(22)的結(jié)果累加或者否則則結(jié)合，所述差 由所述速度檢測(cè)偏差(Auq)和給定情況下以比例(kp)放大的所述位置檢測(cè)偏差(AUd)構(gòu)成，并且所述結(jié)合的結(jié)果被作為所檢測(cè)的速度(O)em)而使用和/或輸出。
6. 根據(jù)權(quán)利要求5所述的方法，其特征在于所述差(21)在所 述跟蹤控制器(6)內(nèi)形成，和/或所述差(21)經(jīng)受不包括比例部分的 積分(22)。
7. 根據(jù)前述權(quán)利要求之一所述的方法，其特征在于在所述電機(jī) 模型(9)內(nèi)，所述電流縱向向量分量(id)被以比例因子(kp)加權(quán)， 所述比例因子(kp)在所述跟蹤控制器(6)內(nèi)被使用，以控制所述位 置檢測(cè)偏差(Aud)。
8. —種裝置，其被用于檢測(cè)無(wú)刷的線性或旋轉(zhuǎn)電機(jī)的永磁轉(zhuǎn)子的 電的驅(qū)動(dòng)速度(coem)和驅(qū)動(dòng)位置(0em)，特別是針對(duì)驅(qū)動(dòng)控制回路， 所述裝置適于執(zhí)行根據(jù)前述權(quán)利要求之一的檢測(cè)方法，所述裝置具有 下述功能組件a)按照電路技術(shù)和/或程序技術(shù)方式實(shí)現(xiàn)的電機(jī)建模模塊(9)， 所述電機(jī)建模模塊(9)具有aa) 輸入接口 (10、 11、 12)，其被用于定子電流(h、 i2)的和 預(yù)給定電壓的被轉(zhuǎn)換到與轉(zhuǎn)子相關(guān)的d、 q坐標(biāo)系的電機(jī)縱向和電機(jī)橫 向向量分量(id、 iq; ud、 uq)，以及被用于所檢測(cè)的所述速度(coem);ab) 以及至少兩個(gè)輸出接口 (13、 14)，其被用于內(nèi)部計(jì)算的電 壓偏移的被轉(zhuǎn)換到所述d、 q坐標(biāo)系的向量分量(Aud、 Auq)，b)按照電路技術(shù)和/或程序技術(shù)方式實(shí)現(xiàn)的用于輸出所述位置和/ 或所述速度的跟蹤控制器(6)，其中ba) 所述跟蹤控制器(6)在輸入側(cè)與所述建模模塊(9)的至少 兩個(gè)輸出接口 (13、 14)連接；bb) 并且所述跟蹤控制器(6)在輸出側(cè)與所述建模模塊(9)的 所述速度輸入接口 (10)連接，其特征在于-所述電機(jī)建模模塊(9)至少還具有用于電感電壓偏移(Aul)的 第三輸出接口 (27)，并且所述電機(jī)建模模塊(9)被構(gòu)造用于借助 比例環(huán)節(jié)(A、 D)利用所述定子(1)的或所述電機(jī)的縱向或橫向電感 系數(shù)(Ld、 Lq)的固定值對(duì)電流的所述縱向和橫向向量分量(id、 iq) 的輸入值進(jìn)行估值，借助電感系數(shù)加法環(huán)節(jié)(26)由感應(yīng)估值的所述 輸入值構(gòu)成差，并將所述差通過(guò)所述第三輸出接口 (27)輸出，為了 接收所述差所述跟蹤控制器(6)在輸入側(cè)與所述第三輸出接口 (27) 連接，并且所述跟蹤控制器(6)被構(gòu)造用于處理所述差以檢測(cè)所述 速度(wem)，并且將所述速度(coem)輸出到所述建模模塊(9)的所 述速度輸入接口 (10)。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的檢測(cè)裝置，其特征在于在所述電機(jī)模 型(9)內(nèi)，用于所述電流縱向向量分量(id)的所述輸入接口 (11) 通向具有比例放大系數(shù)(kp)的比例環(huán)節(jié)(A)，并且在所述跟蹤控制 器(6)內(nèi)布置有具有相同或者相似的所述比例放大系數(shù)(kp)的比例 環(huán)節(jié)(20)，用于給所述位置檢測(cè)偏差(Aud)加權(quán)。
10. 根據(jù)權(quán)利要求9所述的檢測(cè)裝置，其特征在于在所述電機(jī) 模型中，具有所述比例放大系數(shù)(kp)的所述比例環(huán)節(jié)與根據(jù)所述縱向 電感系數(shù)固定值(Ld)確定的電感系數(shù)比例環(huán)節(jié)(A)串聯(lián)布置。
11. 根據(jù)權(quán)利要求8、 9或10所述的檢測(cè)裝置，其特征在于所 述電感系數(shù)加法環(huán)節(jié)(26)的輸出端與所述第三輸出接口 (27)通過(guò) 比例環(huán)節(jié)(C)連接，所述比例環(huán)節(jié)(C)是根據(jù)電動(dòng)勢(shì)常數(shù)(KE)和/ 或時(shí)間常數(shù)(Tu)來(lái)確定的，并且在所述跟蹤控制器(6)內(nèi)布置有第 一積分環(huán)節(jié)(22)以在那里處理由布置在上游的所述建模模塊(9)輸 送的電壓偏移的d、 q向量分量(Aud、 Auq)的組合，所述組合在給定 情況下是被加權(quán)的或者是被進(jìn)行了其他處理的，所述積分環(huán)節(jié)(22) 是根據(jù)同樣的或者相似的所述電動(dòng)勢(shì)常數(shù)(KE)和/或所述時(shí)間常數(shù)(T。)來(lái)設(shè)定的。
12. 用于具有永磁轉(zhuǎn)子的、無(wú)刷的線性或者旋轉(zhuǎn)電機(jī)的電機(jī)建模 模塊，所述電機(jī)建模模塊適于被應(yīng)用在根據(jù)權(quán)利要求8或9所述的檢 測(cè)裝置中，所述電機(jī)建模模塊具有a) 輸入接口 (11)，其被用于電流的和預(yù)給定電壓的被轉(zhuǎn)換到與 轉(zhuǎn)子相關(guān)的d、 q坐標(biāo)系的電機(jī)縱向和電機(jī)橫向向量分量(id、 iq; ud、 uq)，以及被用于外部所檢測(cè)的電機(jī)速度(coem);b) 和至少兩個(gè)輸出接口 (13、 14)，其被用于內(nèi)部計(jì)算的電壓偏 移的被轉(zhuǎn)換到所述d、 q坐標(biāo)系的縱向和橫向向量分量(Aud、 Auq);c) 以及多個(gè)比例環(huán)節(jié)(r、 A、 D)，用于以歐姆的定子阻抗或者 電機(jī)阻抗(r)并且以一個(gè)或多個(gè)定子電感系數(shù)或電機(jī)電感系數(shù)(Ld、 Lq)給所述電流向量分量(id、 iq)加權(quán)，其特征在于至少還有用于電感系數(shù)電壓偏移(AuL)的第三輸出接 口 (27)，為了生成所述電感系數(shù)電壓偏移(Aul)而布置有具有對(duì)應(yīng) 于縱向或橫向電感系數(shù)(Ld、 Lq)的放大系數(shù)的縱向和橫向電感系數(shù)比 例環(huán)節(jié)(A、 D)，并且在輸入側(cè)與用于所述電流縱向和電流橫向向量 分量(id、 iq)的所述輸入接口 (11)連接，并且兩個(gè)所述比例環(huán)節(jié)輸 出端與電感系數(shù)加法環(huán)節(jié)(26)的輸入端直接或間接地耦合，并且所 述電感系數(shù)加法環(huán)節(jié)(26)的輸出端直接或間接地與所述第三輸出接口 (27)耦合。
13. 根據(jù)權(quán)利要求12所述的電機(jī)建模模塊，其特征在于帶符號(hào)環(huán) 節(jié)或者說(shuō)符號(hào)環(huán)節(jié)(15)，所述符號(hào)環(huán)節(jié)(15)在其輸入端與所述用 于外部所檢測(cè)的所述電機(jī)速度(wem)的輸入接口 (10)連接，并且在 輸出側(cè)通過(guò)乘法環(huán)節(jié)(B)與比例環(huán)節(jié)(A、 D)的輸出端連接，所述 比例環(huán)節(jié)(A、 D)利用所述縱向或橫向電感系數(shù)(Ld、 Lq)將所述電 流縱向或電流橫向向量分量(id、 iq)加權(quán)。
14. 根據(jù)權(quán)利要求12或13所述的電機(jī)建模模塊，其特征在于 所述電感系數(shù)加法環(huán)節(jié)(26)的輸出通過(guò)比例環(huán)節(jié)(C)被輸送給所述 第三輸出接口 (27)，所述比例環(huán)節(jié)(C)的比例放大系數(shù)是通過(guò)特定 于電機(jī)的電動(dòng)勢(shì)常數(shù)(KE)和/或時(shí)間常數(shù)(Tw)的固定值而確定的。
15. 跟蹤控制器(6)，其用于實(shí)施根據(jù)前述權(quán)利要求之一所述的 方法或者被應(yīng)用于根據(jù)前述權(quán)利要求之一所述的檢測(cè)裝置中，所述跟 蹤控制器(6)具有下述特征a) 所述跟蹤控制器(6)具有至少兩個(gè)輸入接口 (18、 19)，所 述至少兩個(gè)輸入接口 (18、 19)用于外部計(jì)算的并被輸送的電壓偏移 的被轉(zhuǎn)換到d、 q坐標(biāo)系的縱向和橫向向量分量(Aud、 Auq);b) 所述跟蹤控制器(6)具有至少一個(gè)輸出接口 (23)，所述至少一個(gè)輸出接口 (23)用于內(nèi)部所檢測(cè)的驅(qū)動(dòng)速度(C0em);c) 所述跟蹤控制器(6)具有比例環(huán)節(jié)(20、 kp)，所述比例環(huán) 節(jié)(20、 kp)的輸入端與所述輸入接口 (18)連接，所述輸入接口 (18) 用于所述外部計(jì)算的電壓偏移或者說(shuō)位置檢測(cè)偏差(Au)的所述縱向 向量分量(Aud);d) 所述跟蹤控制器(6)具有第一跟蹤加法環(huán)節(jié)(21)，所述第 一跟蹤加法環(huán)節(jié)(21)的第一輸入端與所述比例環(huán)節(jié)(20、 kp)的輸出端連接，并且所述第一跟蹤加法環(huán)節(jié)(21)的第二輸入端通過(guò)所述第 二輸入接口 (19)與所述電壓偏移或者說(shuō)速度檢測(cè)偏差的所述橫向向量分量(AUq)連接，其特征在于至少還有用于從外部輸送的電感系數(shù)電壓偏移(Aul) 的第三輸入接口 (28),其中，所述第三輸入接口 (28)與連接環(huán)節(jié) 的第一輸入連接，所述連接環(huán)節(jié)的第二輸入直接或間接地獲取所述第 一跟蹤加法環(huán)節(jié)(21)的輸出，并且所述連接環(huán)節(jié)的輸出可以通過(guò)用 于所述驅(qū)動(dòng)速度(Wem)的所述至少一個(gè)輸出接口 (23)而被拾取。
16. 根據(jù)權(quán)利要求15所述的跟蹤控制器，其特征在于所述連接 環(huán)節(jié)被構(gòu)造為直接或間接地布置在所述第一跟蹤加法環(huán)節(jié)(21)下游 的第二跟蹤加法環(huán)節(jié)(29)。
17. 根據(jù)權(quán)利要求15或16所述的跟蹤控制器，其特征在于在 所述第一跟蹤加法環(huán)節(jié)(21)與所述連接環(huán)節(jié)或者說(shuō)所述第二跟蹤加 法環(huán)節(jié)(29)之間布置有唯一一個(gè)積分環(huán)節(jié)(22)。
18. 根據(jù)權(quán)利要求17所述的跟蹤控制器，其特征在于，所述積分 環(huán)節(jié)(22)是不包括比例部分的，和/或所述積分環(huán)節(jié)(22)是基于所 述電動(dòng)勢(shì)常數(shù)(Ke)禾P/或時(shí)間常數(shù)(Tu)來(lái)確定的。
全文摘要
檢測(cè)無(wú)刷線性或旋轉(zhuǎn)電機(jī)的永磁轉(zhuǎn)子電驅(qū)動(dòng)速度和位置的方法，使用多相電流測(cè)量，其測(cè)量值取決于所檢測(cè)的位置在與轉(zhuǎn)子相關(guān)的d、q坐標(biāo)系中轉(zhuǎn)換為縱向和橫向電流向量分量，且電流和預(yù)給定電壓的縱向和橫向向量分量連同所檢測(cè)的速度一起作為輸入變量輸送給數(shù)學(xué)電機(jī)模型，其生成第一和第二輸出變量，第一輸出變量對(duì)應(yīng)于縱向向量分量及位置檢測(cè)偏差；第二輸出變量對(duì)應(yīng)于橫向向量分量及速度檢測(cè)偏差，它們兩都被輸送給跟蹤控制器以檢測(cè)和輸出位置和/或速度，從電機(jī)模型計(jì)算得到第三輸出變量，即電流的縱向和橫向向量分量分別以電機(jī)的縱向或橫向電感系數(shù)加權(quán)；第三輸出變量由這兩個(gè)加權(quán)結(jié)果的差構(gòu)成，并被輸送給跟蹤控制器，以檢測(cè)位置和速度。
文檔編號(hào)G05B11/32GK101399514SQ20081014434
公開日2009年4月1日 申請(qǐng)日期2008年7月25日 優(yōu)先權(quán)日2007年7月26日
發(fā)明者弗里茨·雷納·戈茨, 維克托·巴林貝格 申請(qǐng)人:包米勒公司