專利名稱：基于鎖相環(huán)的扭轉(zhuǎn)模式阻尼系統(tǒng)和方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本文所公開的主題的實(shí)施例通常涉及方法和系統(tǒng)，并且更特別地涉及用于阻尼出現(xiàn)在轉(zhuǎn)動系統(tǒng)中的扭轉(zhuǎn)振動的機(jī)制和技術(shù)。
背景技術(shù)：
油氣工業(yè)具有以可變速度驅(qū)動各種機(jī)器的不斷增長的需求。這樣的機(jī)器可包含壓縮機(jī)、電動機(jī)、膨脹機(jī)、燃?xì)鉁u輪、泵等。可變頻率電驅(qū)動增加能量效率并提供機(jī)器的增加的適用性。例如，用于驅(qū)動大型氣體壓縮機(jī)組的一個機(jī)制是負(fù)載換流逆變器(LoadCommutated Inverter, LCI)。氣體壓縮機(jī)組例如包含燃?xì)鉂欇?、馬達(dá)及壓縮機(jī)。氣體壓縮機(jī)組可包含更多或者更少的電機(jī)和渦輪機(jī)。然而，由電力電子設(shè)備驅(qū)動系統(tǒng)引入的問題是由于電諧波的電機(jī)的轉(zhuǎn)矩中的紋波成分的生成。轉(zhuǎn)矩的紋波成分可以驅(qū)動系統(tǒng)的扭轉(zhuǎn)固有頻率與機(jī)械系統(tǒng)相互作用，這是不希望的。
扭轉(zhuǎn)振蕩或振動是振蕩性的角運(yùn)動，其可出現(xiàn)在例如圖I中所示的軸(具有附于其的各種體(mass))中。圖I示出包含燃?xì)鉁u輪12、馬達(dá)14、第一壓縮機(jī)16、及第二壓縮機(jī)18的系統(tǒng)10。這些機(jī)器的軸彼此連接或由這些機(jī)器共享單個軸20。由于葉輪和其它體沿著軸20分布，可由扭轉(zhuǎn)振蕩(由具有附于軸的體(例如，葉輪)的不同速度的轉(zhuǎn)動而產(chǎn)生)而影響軸20的轉(zhuǎn)動。如以上所論述的，扭轉(zhuǎn)振動典型地是由驅(qū)動電動機(jī)的電力電子設(shè)備而引入。例如，圖I示出提供電力到LCI 24的電力網(wǎng)來源(電源)22，LCI 24又驅(qū)動馬達(dá)14的軸20。電力網(wǎng)可以是隔離發(fā)電機(jī)。為了阻尼(最小化)扭轉(zhuǎn)振動，如圖2中示出(其對應(yīng)于美國專利第7，173，399號的圖1，受讓于與本申請相同的受讓人，通過參照將其全部公開并入此處)，逆變器控制器26可提供給LCI 24的逆變器28并可配置為引入逆變器延遲角度改變(Δ β )用于調(diào)制從逆變器28傳遞到馬達(dá)14的有效功率的量。備選地，整流器控制器30可提供給整流器32并可配置為引入整流器延遲角度改變(Λ α )用于調(diào)制從發(fā)電機(jī)22傳遞到DC鏈接44并且從而到馬達(dá)14的有效功率的量。要注意，通過調(diào)制從發(fā)電機(jī)22傳遞到馬達(dá)14的有效功率的量，有可能阻尼出現(xiàn)在包含馬達(dá)14和壓縮機(jī)12的系統(tǒng)中的扭轉(zhuǎn)振動。在這點(diǎn)上，要注意，馬達(dá)14和燃?xì)鉁u輪12的軸彼此連接而發(fā)電機(jī)22的軸不連接到馬達(dá)14或壓縮機(jī)12。兩個控制器26和30分別從傳感器36和38接收信號作為輸入，并且這些信號指示由馬達(dá)14和/或發(fā)電機(jī)22經(jīng)歷的轉(zhuǎn)矩。換句話說，逆變器控制器26處理由傳感器36感測的轉(zhuǎn)矩值用于產(chǎn)生逆變器延遲角度改變(Λ β )而整流器控制器30處理由傳感器38感測的轉(zhuǎn)矩值用于生成整流器延遲角度改變(Λ α )。逆變器控制器26和整流器控制器30彼此獨(dú)立并且這些控制器可一起或單獨(dú)地實(shí)現(xiàn)在給定系統(tǒng)中。圖2示出傳感器36監(jiān)測馬達(dá)14的軸的部分(段)40并且傳感器38監(jiān)測發(fā)電機(jī)22的軸42。圖2也示出整流器32和逆變器28之間的DC鏈接44。然而，有可能使用其它裝置和方法來生成驅(qū)動系統(tǒng)中的阻尼。

發(fā)明內(nèi)容
根據(jù)一個示范性實(shí)施例，存在著連接到轉(zhuǎn)換器或放置在轉(zhuǎn)換器自身中的控制器系統(tǒng)。轉(zhuǎn)換器驅(qū)動包含電機(jī)和非電氣機(jī)器(non-electrical machine)的驅(qū)動系統(tǒng)。控制器系統(tǒng)包含輸入接口，配置為接收與轉(zhuǎn)換器的變量相關(guān)的轉(zhuǎn)換器數(shù)據(jù)；以及控制器，連接到輸入接口。輸入接口配置為從第一鎖相環(huán)裝置或動態(tài)觀察器接收第一數(shù)字信號，從轉(zhuǎn)換器接收轉(zhuǎn)換器數(shù)據(jù)，比較轉(zhuǎn)換器數(shù)據(jù)與第一數(shù)字信號，基于比較的結(jié)果而生成轉(zhuǎn)換器的整流器和/或逆變器的控制數(shù)據(jù)用于阻尼驅(qū)動系統(tǒng)的軸中的扭轉(zhuǎn)振蕩，并且發(fā)送控制數(shù)據(jù)到整流器和/或逆變器用于調(diào)制在轉(zhuǎn)換器和電機(jī)之間交換的有效功率。根據(jù)另一示范性實(shí)施例，存在著連接到轉(zhuǎn)換器或放置在轉(zhuǎn)換器自身中的扭轉(zhuǎn)模式阻尼控制器系統(tǒng)。轉(zhuǎn)換器驅(qū)動包含電機(jī)和非電氣機(jī)器的驅(qū)動系統(tǒng)?？刂破飨到y(tǒng)包含第一輸入接口，配置為從第一鎖相裝置或第一動態(tài)觀察器接收第一數(shù)字信號；第二輸入接口，配置為從第二鎖相裝置或第二動態(tài)觀察器接收第二數(shù)字信號；以及控制器，連接到第一和第二輸入接口。控制器配置為接收第一和第二數(shù)字信號，比較第一數(shù)字信號與第二數(shù)字信號， 基于比較的結(jié)果而生成轉(zhuǎn)換器的整流器和/或逆變器的控制數(shù)據(jù)用于阻尼驅(qū)動系統(tǒng)的軸中的扭轉(zhuǎn)振蕩，并且發(fā)送控制數(shù)據(jù)到整流器和/或逆變器用于調(diào)制在轉(zhuǎn)換器和電機(jī)之間交換的有效功率。根據(jù)又一示范性實(shí)施例，存在著用于驅(qū)動是驅(qū)動系統(tǒng)的一部分的電機(jī)的系統(tǒng)。該系統(tǒng)包含整流器，配置為從電源接收交流并且將交流變換成直流；直流鏈接，連接到整流器并配置為傳送直流；逆變器，連接到直流鏈接并配置為將已接收的直流改變成交流；輸入接口，配置為接收與轉(zhuǎn)換器的變量相關(guān)的轉(zhuǎn)換器數(shù)據(jù)；以及控制器，連接到輸入接口。控制器配置為從第一鎖相環(huán)裝置或動態(tài)觀察器接收第一數(shù)字信號，從轉(zhuǎn)換器接收轉(zhuǎn)換器數(shù)據(jù)，比較轉(zhuǎn)換器數(shù)據(jù)與第一數(shù)字信號，基于比較的結(jié)果而生成轉(zhuǎn)換器的整流器和/或逆變器的控制數(shù)據(jù)用于阻尼驅(qū)動系統(tǒng)的軸中的扭轉(zhuǎn)振蕩，并且發(fā)送控制數(shù)據(jù)到整流器和/或逆變器用于調(diào)制在轉(zhuǎn)換器和電機(jī)之間交換的有效功率。根據(jù)另外示范性實(shí)施例，存在著用于阻尼包含電機(jī)的驅(qū)動系統(tǒng)中的扭轉(zhuǎn)振動的方法。該方法包含接收與轉(zhuǎn)換器的變量相關(guān)的轉(zhuǎn)換器數(shù)據(jù)的步驟；從第一鎖相環(huán)裝置或動態(tài)觀察器接收第一數(shù)字信號的步驟；比較轉(zhuǎn)換器數(shù)據(jù)與第一數(shù)字信號的步驟；基于比較的結(jié)果而生成轉(zhuǎn)換器的整流器和/或逆變器的控制數(shù)據(jù)用于阻尼驅(qū)動系統(tǒng)的軸中的扭轉(zhuǎn)振蕩的步驟；以及發(fā)送控制數(shù)據(jù)到整流器和/或逆變器用于調(diào)制在轉(zhuǎn)換器和電機(jī)之間交換的有效功率的步驟。根據(jù)另一示范性實(shí)施例，存在著用于阻尼包含電機(jī)的驅(qū)動系統(tǒng)中的扭轉(zhuǎn)振動的方法。該方法包含從第一鎖相裝置或第一動態(tài)觀察器接收第一數(shù)字信號的步驟；從附加于第一鎖相裝置或第一動態(tài)觀察器的第二鎖相環(huán)裝置或第二動態(tài)觀察器接收第二數(shù)字信號的步驟；比較第一數(shù)字信號與第二數(shù)字信號的步驟；基于比較的結(jié)果而生成轉(zhuǎn)換器的整流器和/或逆變器的控制數(shù)據(jù)用于阻尼驅(qū)動系統(tǒng)的軸中的扭轉(zhuǎn)振蕩的步驟；以及發(fā)送控制數(shù)據(jù)到整流器和/或逆變器用于調(diào)制在轉(zhuǎn)換器和電機(jī)之間交換的有效功率的步驟。根據(jù)又一示范性實(shí)施例，存在著包含計(jì)算機(jī)可執(zhí)行指令的計(jì)算機(jī)可讀介質(zhì)，其中當(dāng)執(zhí)行該指令時，該指令實(shí)現(xiàn)用于阻尼扭轉(zhuǎn)振動的方法。計(jì)算機(jī)指令包含在以前的段落中提到的方法中敘述的步驟。


并入并組成部分說明書的附示一個或多個實(shí)施例并且與描述一起來解釋這些實(shí)施例。在圖中
圖I是連接到電機(jī)和兩個壓縮機(jī)的傳統(tǒng)的燃?xì)鉁u輪的示意 圖2是包含整流器控制器和逆變器控制器的驅(qū)動系統(tǒng)的示意 圖3是根據(jù)示范性實(shí)施例的由控制器控制的燃?xì)鉁u輪、馬達(dá)及負(fù)載的示意 圖4是根據(jù)示范性實(shí)施例的轉(zhuǎn)換器及關(guān)聯(lián)邏輯的示意 圖5是根據(jù)示范性實(shí)施例的轉(zhuǎn)換器及關(guān)聯(lián)邏輯的示意圖；
圖6是圖示具有失效阻尼控制的軸的轉(zhuǎn)矩的圖表；
圖7是圖示根據(jù)示范性實(shí)施例的具有使能阻尼控制的軸的轉(zhuǎn)矩的圖表；
圖8是根據(jù)示范性實(shí)施例的轉(zhuǎn)換器及關(guān)聯(lián)邏輯的示意 圖9是根據(jù)示范性實(shí)施例的配置為控制轉(zhuǎn)換器用于阻尼扭轉(zhuǎn)振動的控制器的示意圖； 圖10是根據(jù)示范性實(shí)施例的提供調(diào)制給整流器的控制器的示意 圖11是根據(jù)示范性實(shí)施例的控制整流器用于阻尼扭轉(zhuǎn)振動的方法的流程 圖12是根據(jù)示范性實(shí)施例的提供調(diào)制給整流器和逆變器的控制器的示意 圖13是根據(jù)示范性實(shí)施例的在轉(zhuǎn)換器的逆變器、整流器和DC鏈接上存在的電壓的示意 圖14是根據(jù)示范性實(shí)施例的指示α和β角度調(diào)制的扭轉(zhuǎn)效果的圖表；
圖15是根據(jù)示范性實(shí)施例的控制逆變器和整流器用于阻尼扭轉(zhuǎn)振動的方法的流程
圖16是根據(jù)示范性實(shí)施例的用于阻尼扭轉(zhuǎn)振動的電壓源逆變器及關(guān)聯(lián)控制器的示意
圖17是多體系統(tǒng)的不意 圖18是根據(jù)示范性實(shí)施例的用于基于一個鎖相環(huán)或動態(tài)觀察器而阻尼扭轉(zhuǎn)振動的控制系統(tǒng)的不意 圖19是根據(jù)示范性實(shí)施例的用于基于一個或多個鎖相環(huán)裝置而阻尼扭轉(zhuǎn)振動的控制系統(tǒng)的不意 圖20是圖示根據(jù)示范性實(shí)施例的用于基于單個鎖相環(huán)裝置而阻尼扭轉(zhuǎn)振動的方法的流程圖；以及
圖21是圖示根據(jù)示范性實(shí)施例的用于基于兩個鎖相環(huán)裝置而阻尼扭轉(zhuǎn)振動的方法的流程圖。
具體實(shí)施例方式示范性實(shí)施例的以下描述參考附圖。不同附圖中的相同參考標(biāo)號識別相同或類似的元件。下文的詳細(xì)描述并不限制本發(fā)明。反而，本發(fā)明的范圍由所附的權(quán)利要求定義。為簡單起見，關(guān)于由負(fù)載換流逆變器驅(qū)動的電動機(jī)的術(shù)語和結(jié)構(gòu)，論述以下實(shí)施例。然而，接著將論述的實(shí)施例并不限制于這樣的系統(tǒng)，還可應(yīng)用于(利用適當(dāng)?shù)恼{(diào)整)由其它裝置(例如，電壓源逆變器(VSI))驅(qū)動的其它系統(tǒng)。對“一個實(shí)施例”或“實(shí)施例”的遍及說明書的參考意味著結(jié)合實(shí)施例描述的特定的特征、結(jié)構(gòu)或特性包含在所公開主題的至少一個實(shí)施例中。因此，遍及說明書的各位置中的“在一個實(shí)施例中”或“在實(shí)施例中”的短語的出現(xiàn)不一定指相同的實(shí)施例。另外，可在一個或多個實(shí)施例中以任何合適的方式來組合特定的特征、結(jié)構(gòu)或特性。根據(jù)示范性實(shí)施例，扭轉(zhuǎn)模式阻尼控制器可配置為獲取關(guān)于電機(jī)(其可以是馬達(dá)或發(fā)電機(jī))的軸和/或渦輪機(jī)(其機(jī)械地連接到電機(jī))的軸的電和/或機(jī)械測量并且基于電和/或機(jī)械測量而估計(jì)在驅(qū)動系統(tǒng)的所希望的軸位置上的動態(tài)轉(zhuǎn)矩成分和/或轉(zhuǎn)矩振動。動態(tài)轉(zhuǎn)矩成分可以是軸的轉(zhuǎn)矩、扭轉(zhuǎn)位置、扭轉(zhuǎn)速度或扭轉(zhuǎn)加速度。基于一個或多個動態(tài)轉(zhuǎn)矩成分，控制器可調(diào)整/修改驅(qū)動電機(jī)的整流器的一個或多個參數(shù)來將所希望的轉(zhuǎn)矩應(yīng)用于阻尼轉(zhuǎn)矩振蕩。如接著將論述的，存在著控制器的各種數(shù)據(jù)源用于基于整流器控制而確定阻尼。
根據(jù)圖3中示出的示范性實(shí)施例，系統(tǒng)50包含燃?xì)鉁u輪52、馬達(dá)54以及負(fù)載56。包括燃?xì)鉁u輪和/或多個壓縮機(jī)或其它渦輪機(jī)作為負(fù)載56的其它配置是可能的。另外，該其它配置可包含一個或多個膨脹機(jī)、一個或多個發(fā)電機(jī)、或具有轉(zhuǎn)動部分(例如，風(fēng)力渦輪、變速箱)的其它機(jī)器。圖3中示出的系統(tǒng)是示范性并且是簡化的用于新穎特征的更好理解。然而，本領(lǐng)域的技術(shù)人員會意識到具有更多或更少部件的其它系統(tǒng)可適應(yīng)于包含現(xiàn)在論述的新穎特征。各種體(與機(jī)器的轉(zhuǎn)子和葉輪關(guān)聯(lián))到軸58的連接使系統(tǒng)50傾向于潛在的扭轉(zhuǎn)振動。這些扭轉(zhuǎn)振動可扭動軸58，其可導(dǎo)致軸系統(tǒng)(其可不僅包含軸或多個軸，取決于具體情形也可包含耦合和變速箱)的顯著壽命減小或甚至破壞。示范性實(shí)施例提供用于減小扭轉(zhuǎn)振動的機(jī)制。為激活馬達(dá)54，從電力網(wǎng)或本地發(fā)電機(jī)60 (在島式或類島式電力系統(tǒng)的情況下)供應(yīng)電力。為了以可變速度來驅(qū)動馬達(dá)54，在電網(wǎng)60和馬達(dá)54之間提供負(fù)載換流逆變器(LCI)62。如圖4中所示，LCI 62包含連接到DC鏈接68的整流器66，DC鏈接68連接到逆變器70。整流器66、DC鏈接68、及逆變器70是在本領(lǐng)域中已知的并且此處不另外論述它們的具體結(jié)構(gòu)。如上所述，新穎特征可應(yīng)用于(利用適當(dāng)?shù)母淖?VSI系統(tǒng)。僅用于圖示，關(guān)于圖16而示出并簡要地論述示范性VSI。圖4指示從輸電網(wǎng)60接收的電流和電壓分別是三相電流和電壓。對于通過整流器、逆變器及馬達(dá)的電流和電壓也是這種情況，并且在圖4中由符號“/3”指示此事實(shí)。然而，示范性實(shí)施例的新穎特征可應(yīng)用于配置為對多于三相有效的系統(tǒng)(例如，6相和12相系統(tǒng))。LCI 62也包含電流和電壓傳感器，由圖4中的圓圈A和圓圈V指代。例如，電流傳感器72提供在DC鏈接68中來測量電流iD。。備選地，基于在AC側(cè)進(jìn)行的測量來計(jì)算DC鏈接中的電流，例如作為這些傳感器的電流傳感器84或74比DC傳感器便宜。另一示例是電流傳感器74 (測量由逆變器70提供到馬達(dá)54的電流iab。)以及電壓傳感器76 (測量由逆變器70提供到馬達(dá)54的電壓vab。)。要注意，這些電流和電壓可提供作為對控制器78的輸入。本文使用術(shù)語“控制器”來包括任何適當(dāng)?shù)臄?shù)字、模擬、或其組合電路或處理單元用于完成所指定的控制功能。返回到圖3，要注意，控制器78可以是LCI 62的一部分或可以是與LCI 62交換信號的獨(dú)立的控制器。控制器78可以是扭轉(zhuǎn)模式阻尼控制器。
圖4也示出可接收關(guān)于圖3中示出的燃?xì)鉁u輪52、馬達(dá)54及負(fù)載56中的一個或多個的機(jī)械測量的LCI控制器80。對于控制器78也是這種情況。換句話說，控制器78可配置為從圖3中示出的系統(tǒng)50的任何部件來接收測量數(shù)據(jù)。例如，圖4示出測量數(shù)據(jù)源79。此數(shù)據(jù)源可提供來自系統(tǒng)50的任何部件的機(jī)械測量和/或電測量。用于更好的理解并且不限制示范性實(shí)施例的特定示例是當(dāng)數(shù)據(jù)源79與燃?xì)鉁u輪52關(guān)聯(lián)時。可由現(xiàn)存的傳感器測量燃?xì)鉁u輪52的扭轉(zhuǎn)位置、速度、加速度或轉(zhuǎn)矩。此數(shù)據(jù)可提供給如圖4中示出的控制器78。另一示例是在轉(zhuǎn)換器62或馬達(dá)54上采取的電測量。若有必要，則數(shù)據(jù)源79可提供這些測量給控制器78或控制器80。基于各種參考82和從傳感器84接收的電流idx，控制器80可生成整流器延遲角度α用于控制整流器66。要注意，關(guān)于整流器延遲角度a，LCI被設(shè)計(jì)為從電網(wǎng)60傳遞有效功率到馬達(dá)54，或反之亦然。利用最佳功率因數(shù)實(shí)現(xiàn)此傳遞包括整流器延遲角度α和逆變器延遲角度β。通過應(yīng)用(例如)正弦波調(diào)制，可調(diào)制整流器延遲角度α。此調(diào)制可應(yīng)用于有限量的時間。在一個應(yīng)用中，持續(xù)地應(yīng)用調(diào)制但調(diào)制的幅度變化。例如，由于軸中沒有扭轉(zhuǎn)振動，調(diào)制的幅度可為零，即，沒有調(diào)制。在另一示例中，調(diào)制的幅度可與軸的檢測出 的扭轉(zhuǎn)振動成比例。另一控制器86可用于生成逆變器70的逆變器延遲角度β。調(diào)制逆變器延遲角度β弓丨起調(diào)制逆變器DC電壓(這引起DC鏈接電流的調(diào)制)并且引起負(fù)載輸入功率上的有效功率振蕩。換句話說，為了實(shí)現(xiàn)扭轉(zhuǎn)模式阻尼，只調(diào)制逆變器延遲角度引起主要來自存儲在DC鏈接68中的磁能的阻尼電力。逆變器延遲角度的調(diào)制引起轉(zhuǎn)動能變換成磁能，并且反之亦然，這取決于轉(zhuǎn)動軸是加速還是減速。另外，圖4示出整流器66的柵極控制(gate control)單元88以及逆變器70的柵極控制單元90，柵極控制單元88和90基于從控制器80和86接收的信息而直接控制整流器和逆變器?？蛇x的傳感器92可位于緊接馬達(dá)54的軸來檢測動態(tài)轉(zhuǎn)矩成分，例如，在軸中存在的轉(zhuǎn)矩或軸的扭轉(zhuǎn)速度或軸的扭轉(zhuǎn)加速度或軸的扭轉(zhuǎn)位置。其它類似傳感器92可位于馬達(dá)54和燃?xì)鉁u輪52之間或位于燃?xì)鉁u輪52。關(guān)于測量出的動態(tài)轉(zhuǎn)矩成分(由傳感器92)的信息Ux可提供給控制器78、80和86。圖4也示出相加塊94和96，其將來自控制器78的信號加上由控制器80和86生成的信號。根據(jù)圖5中圖示的示范性實(shí)施例，扭轉(zhuǎn)模式阻尼控制器78可接收在LCI 62或逆變器70的輸出91處測量出的電流iab。和電壓vab。?；谶@些值(沒有關(guān)于馬達(dá)的軸的測量出的轉(zhuǎn)矩或速度或加速度的信息)，計(jì)算馬達(dá)的氣隙轉(zhuǎn)矩并饋送給系統(tǒng)的機(jī)械模型?？捎扇舾蓚€微分式子(表示機(jī)械系統(tǒng)的動態(tài)行為并鏈接電參數(shù)到系統(tǒng)的機(jī)械參數(shù))來表示系統(tǒng)的機(jī)械模型。例如，模型表示包含估計(jì)的慣性、阻尼及剛度值(其可由場測量校驗(yàn))并且允許計(jì)算軸的動態(tài)行為(例如，扭轉(zhuǎn)振蕩)。扭轉(zhuǎn)模式阻尼的所需精確度可主要實(shí)現(xiàn)為動態(tài)轉(zhuǎn)矩成分的相位(與扭轉(zhuǎn)模式阻尼有關(guān))的精確度，并且幅度信息或絕對轉(zhuǎn)矩值不十分重要。在這點(diǎn)上，要注意，電機(jī)的氣隙轉(zhuǎn)矩是驅(qū)動系統(tǒng)的電和機(jī)械系統(tǒng)之間的鏈接。在氣隙轉(zhuǎn)矩中，電系統(tǒng)中的所有諧波和間諧波也是顯著的。在機(jī)械系統(tǒng)的固有頻率上的間諧波可以激勵扭轉(zhuǎn)振蕩并且潛在地引起在軸的額定值以上的機(jī)械系統(tǒng)中的動態(tài)轉(zhuǎn)矩值。現(xiàn)存的扭轉(zhuǎn)模式阻尼系統(tǒng)可抵消這樣的扭轉(zhuǎn)振蕩但這些系統(tǒng)需要表示馬達(dá)的動態(tài)轉(zhuǎn)矩的信號并且此信號是從傳感器(其有效地監(jiān)測馬達(dá)的軸或馬達(dá)的軸部件，例如沿著馬達(dá)的軸安裝的齒輪)獲取。根據(jù)示范性實(shí)施例，不需要這樣的信號作為基于電測量而評價的動態(tài)轉(zhuǎn)矩成分。然而，如將在以后論述的，一些示范性實(shí)施例描述其中可使用系統(tǒng)的其它部件(例如，燃?xì)鉁u輪)處的可用機(jī)械測量來確定沿著機(jī)械軸的動態(tài)轉(zhuǎn)矩成分的情形。換句話說，根據(jù)示范性實(shí)施例的優(yōu)勢在于應(yīng)用扭轉(zhuǎn)模式阻尼而無需在機(jī)械系統(tǒng)中感測扭轉(zhuǎn)振動。因此，可應(yīng)用扭轉(zhuǎn)模式阻尼而不需要在電或機(jī)械系統(tǒng)中安裝附加的感測，因?yàn)殡娏麟妷汉?或電流和/或速度傳感器可以較低成本來可用。在這點(diǎn)上，要注意，對于高功率應(yīng)用，用于測量轉(zhuǎn)矩的機(jī)械傳感器是昂貴的，并且有時這些傳感器無法添加到現(xiàn)存的系統(tǒng)。因此，由于現(xiàn)存的扭轉(zhuǎn)模式阻尼系統(tǒng)要求傳感器來測量表示系統(tǒng)的機(jī)械參數(shù)(其指示轉(zhuǎn)矩)的信號，所以對于這樣的情況無法實(shí)現(xiàn)現(xiàn)存的扭轉(zhuǎn)模式阻尼方案。相反地，圖5的示范性實(shí)施例的方式是可靠的，成本可取的并且允許現(xiàn)存的系統(tǒng)的翻新。在接收到圖5中指示的電流和電壓時，控制器78可生成適當(dāng)?shù)男盘?Λ α和Λ β中的一個或多個的調(diào)制)用于控制整流器延遲角度α和/或逆變器延遲角度β。因此，根據(jù)圖5中所示的實(shí)施例，控制器78從逆變器70的輸出91接收測量出的電信息并基于例如專利第7，173，399號中描述的阻尼原理來確定/計(jì)算各種延遲角度。在一個應(yīng)用中，延遲 角度可限制為窄的并且已定義的范圍(例如2到3度)，而不影響逆變器和/或轉(zhuǎn)換器的操作。在一個應(yīng)用中，延遲角度可限制于僅一個方向(負(fù)或正)來由晶閘管的過熱點(diǎn)火而防止換向故障。如圖5中圖示，由于不基于連接到馬達(dá)54的機(jī)械驅(qū)動系統(tǒng)的測量出的信號(反饋)而調(diào)節(jié)/校驗(yàn)各種角度的校正，所以此示范性實(shí)施例是開環(huán)。另外，進(jìn)行的仿真示出當(dāng)使能控制器78時扭轉(zhuǎn)振動減小。圖6示出當(dāng)控制器78失效時馬達(dá)54的軸的轉(zhuǎn)矩的振蕩100相對于時間，圖7示出當(dāng)使能控制器78來生成α調(diào)制(例如，在時間12s上)時而機(jī)械驅(qū)動系統(tǒng)操作于可變速度操作并且在t=12s上交叉臨界速度，如何減少/阻尼相同振蕩。兩個圖繪出y軸上的仿真轉(zhuǎn)矩相對于X軸上的時間。根據(jù)圖8中圖示的另一示范性實(shí)施例，控制器78可配置為基于從DC鏈接68獲取的電學(xué)量而計(jì)算延遲角度改變(調(diào)制)Λ α和/或Λ β中的一個或多個。更具體地，可在DC鏈接68的電感器104處測量電流iDC并且此值可提供給控制器78。在一個應(yīng)用中，只有單個電流測量用于饋送控制器78。基于測量出的電流的值以及系統(tǒng)的機(jī)械模型，控制器78可生成以上指出的延遲角度改變。根據(jù)另一示范性實(shí)施例，可基于在整流器66或逆變器70進(jìn)行的電流和/或電壓測量而估計(jì)直流IDC。在關(guān)于圖5和圖8論述的任何實(shí)施例中，可基于閉環(huán)配置而修改由控制器78計(jì)算出的延遲角度改變。閉環(huán)配置由圖8中的虛線110圖示。閉環(huán)指示的是可利用適當(dāng)?shù)膫鞲衅?12來確定馬達(dá)54的軸的角位置、速度、加速度或轉(zhuǎn)矩并且此值可提供給控制器78。若傳感器或多個傳感器112提供給燃?xì)鉁u輪或沿著圖3中示出的軸58的其它位置，則也是這種情況?，F(xiàn)在關(guān)于圖9而論述控制器78的結(jié)構(gòu)。根據(jù)示范性實(shí)施例，控制器78可包含輸入接口 120 (或配置為從系統(tǒng)的各部件接收信號的多個輸入接口)，其連接到處理器、模擬電路、可重新配置的FPGA卡等中的一個122。元件122配置為從LCI 62接收電參數(shù)并且計(jì)算延遲角度改變。元件122可配置為存儲機(jī)械模型128 (關(guān)于圖17而公開更多細(xì)節(jié))并且輸入在輸入接口 120接收的電和/或機(jī)械測量到機(jī)械模型128來計(jì)算馬達(dá)54的動態(tài)轉(zhuǎn)矩成分中的一個或多個。基于一個或多個動態(tài)轉(zhuǎn)矩成分，在阻尼控制單元130中生成阻尼控制信號并且輸出信號然后轉(zhuǎn)送到相加塊和柵極控制單元。根據(jù)另一示范性實(shí)施例，控制器78可以是模擬電路、可重新配置的FPGA卡或其它專用電路用于確定延遲角度改變。在一個示范性實(shí)施例中，控制器78持續(xù)地從各電流和電壓傳感器接收電測量并且基于動態(tài)轉(zhuǎn)矩成分(其是基于電測量而計(jì)算出的)而持續(xù)地計(jì)算扭轉(zhuǎn)阻尼信號。根據(jù)此示范性實(shí)施例，控制器不確定扭轉(zhuǎn)振動是否存在于軸中而是基于計(jì)算出的動態(tài)轉(zhuǎn)矩值而持續(xù)地計(jì)算扭轉(zhuǎn)阻尼信號。然而，若不存在扭轉(zhuǎn)振動，則由控制器生成并發(fā)送到逆變器和/或整流器的扭轉(zhuǎn)阻尼信號不影響逆變器和/或整流器，即，由阻尼信號提供的角度改變?yōu)榭珊雎缘幕驗(yàn)榱?。因此，根?jù)此示范性·實(shí)施例，僅當(dāng)存在扭轉(zhuǎn)振動時，信號影響逆變器和/或整流器。根據(jù)示范性實(shí)施例，在燃?xì)鉁u輪軸上的直接轉(zhuǎn)矩或速度測量(或在軸中的已估計(jì)的速度或轉(zhuǎn)矩信息)使控制器能將在反相中的LCI中的能量傳遞調(diào)制到扭轉(zhuǎn)振蕩的扭轉(zhuǎn)速度。在發(fā)電機(jī)和LCI驅(qū)動之間交換的阻尼動力可以是電子地調(diào)節(jié)的并且可具有對應(yīng)于軸系統(tǒng)的固有頻率的頻率。對于具有高的Q因子的機(jī)械系統(tǒng)(即，由具有高的扭轉(zhuǎn)剛度的鋼做成的轉(zhuǎn)子軸系統(tǒng))，此阻尼方法是有效的。此外，將振動電轉(zhuǎn)矩應(yīng)用到馬達(dá)的軸并且具有對應(yīng)于機(jī)械系統(tǒng)的共振頻率的頻率的此方法使用很少的阻尼動力。因此，以上論述的控制器可集成到基于LCI技術(shù)的驅(qū)動系統(tǒng)中而不使驅(qū)動系統(tǒng)超載。此促進(jìn)新穎的控制器實(shí)現(xiàn)到新的或現(xiàn)存的電力系統(tǒng)并且使它具有經(jīng)濟(jì)吸引力?？蔁o需改變現(xiàn)存的電力系統(tǒng)(例如，延伸島式網(wǎng)絡(luò)中的一個LCI驅(qū)動的控制系統(tǒng))而實(shí)現(xiàn)控制器。若LCI操作的速度和轉(zhuǎn)矩在大的范圍中變化，則扭轉(zhuǎn)模式阻尼的效力可取決于電網(wǎng)側(cè)轉(zhuǎn)換器電流控制性能。扭轉(zhuǎn)模式阻尼操作在扭轉(zhuǎn)固有頻率上引起小的附加的DC鏈接電流紋波。其結(jié)果是，在此頻率上有兩個電力成分預(yù)期的成分(由于逆變器點(diǎn)火角控制)以及附加的成分(由于附加的電流紋波)。此附加的電力成分的相位和幅度是系統(tǒng)參數(shù)、電流控制設(shè)置及操作點(diǎn)的函數(shù)。這些成分引起取決于電流控制的電力成分以及取決于角度調(diào)制的成分。根據(jù)示范性實(shí)施例，可由控制器實(shí)現(xiàn)電力調(diào)制的兩個備選方式。第一方式是在電網(wǎng)側(cè)上直接地使用電流參考(要求快的電流控制實(shí)現(xiàn))，例如，具有阻尼成分的α調(diào)制。第二方式是調(diào)制電網(wǎng)側(cè)和機(jī)器側(cè)角度(引起常數(shù)DC鏈接電流)，例如具有阻尼頻率成分的α-β調(diào)制。電網(wǎng)側(cè)上的電流控制是此阻尼控制的一部分并且因此電流控制不抵消角度調(diào)制的影響。以此方式，阻尼效應(yīng)更高并且獨(dú)立于電流控制設(shè)置。根據(jù)圖10中圖示的示范性實(shí)施例，系統(tǒng)50包含與圖3和圖4中所示的系統(tǒng)類似的元件?？刂破?8配置為接收關(guān)于系統(tǒng)50的馬達(dá)54或負(fù)載56或燃?xì)鉁u輪(未示出)中的一個或多個的電測量(如圖4、圖5及圖8中示出)和/或機(jī)械測量(例如參見圖4和圖8或圖10中的傳感器112和鏈接110)。僅基于電測量，或僅基于機(jī)械測量，或基于兩個的組合，控制器78生成控制信號用于將α調(diào)制應(yīng)用于整流器66。例如，由α調(diào)制實(shí)現(xiàn)電流參考調(diào)制而在逆變器70上將β角度維持為常數(shù)。例如，由圖4和圖10中的Λ α表示α調(diào)制。要注意，出于至少兩個原因，此α調(diào)制不同于在美國專利第7，173，399號中公開的調(diào)制。第一差別是在本示范性實(shí)施例中，從沿著軸58的位置(S卩，馬達(dá)54、負(fù)載56和/或燃?xì)鉁u輪52)獲取機(jī)械測量(若使用)而美國專利第7，173，399號使用發(fā)電機(jī)22 (參見圖2)的測量。第二差別是根據(jù)示范性實(shí)施例，控制器78沒有接收并使用機(jī)械測量用于進(jìn)行α調(diào)制。根據(jù)圖11中圖示的示范性實(shí)施例，存在著用于阻尼包含電機(jī)的壓縮機(jī)組中的扭轉(zhuǎn)振動的方法。該方法包含接收與(i)驅(qū)動電機(jī)的轉(zhuǎn)換器或(ii)壓縮機(jī)組的參數(shù)相關(guān)的測量出的數(shù)據(jù)的步驟1100，基于測量出的數(shù)據(jù)計(jì)算電機(jī)的至少一個動態(tài)轉(zhuǎn)矩成分的步驟1102，基于至少一個動態(tài)轉(zhuǎn)矩成分而生成轉(zhuǎn)換器的整流器的控制數(shù)據(jù)用于阻尼壓縮機(jī)組的軸中的扭轉(zhuǎn)振蕩的步驟1104，以及發(fā)送控制數(shù)據(jù)到整流器用于調(diào)整在轉(zhuǎn)換器和電機(jī)之間交換的有效功率的步驟1106。根據(jù)圖12中圖不的另一不范性實(shí)施例，系統(tǒng)50可具有同時受控(即，α調(diào)制和β調(diào)制)的整流器66和逆變器70用于阻尼扭轉(zhuǎn)振蕩。如圖12中示出，控制器78提供整流器控制器88和逆變器控制器90的調(diào)制?；?i)在馬達(dá)54、負(fù)載56和/或燃?xì)鉁u輪52中的一個上由傳感器112測量的機(jī)械測量，(ii)如圖4、圖5及圖8中示出的電測量，或(i) 和(ii)的組合，控制器78確定適當(dāng)?shù)恼{(diào)制。 更具體地，如接著參考圖13而論述的，可使α調(diào)制和β調(diào)制相關(guān)。圖13示出跨整流器66、DC鏈接68及逆變器70的表示電壓降。α調(diào)制和β調(diào)制的結(jié)果是，希望DC鏈接電流為常數(shù)。給出圖13中示出的關(guān)聯(lián)的電壓降為
Vdc。=k Vacg cos(a)
Vocp = k- Vacm -cos(p),以及Voca = Vdcp + Vdcl ’
其中VAa;是圖12中的電力網(wǎng)60的電壓幅度并且Vaqi是馬達(dá)54的電壓幅度。通過區(qū)分與時間的最后關(guān)系并且施加在時間中VDa的改變?yōu)榱愕臈l件，在α調(diào)制和β調(diào)制之間獲取以下數(shù)學(xué)關(guān)系
d(Voco)/df = - k*VACQ-sinfa)以及= - t<-VAc -sin騎，其引起
da = <νΑ€Μ·3 η{β))/(νΑ€β*3 η{α))'( β0基于此最后關(guān)系，同時進(jìn)彳丁 α調(diào)制和β調(diào)制，例如，如圖14中不出。圖14不出在tfl. 5秒周圍增加的實(shí)際轉(zhuǎn)矩200。要注意，沒有將α調(diào)制202或β調(diào)制204應(yīng)用在tQ和&之間。在&處，將激勵206應(yīng)用在&和t2之間并且應(yīng)用調(diào)制202和204。要注意，在時間間隔h到t2的結(jié)束，移除這兩種調(diào)制并且轉(zhuǎn)矩200的振蕩指數(shù)地減小(由于機(jī)械驅(qū)動系統(tǒng)的固有的機(jī)械阻尼性質(zhì))。此示例是仿真的并且不在真實(shí)系統(tǒng)中測量。由于此原因，兩種調(diào)制嚴(yán)格受控，例如，開始于^并且停止于t2。然而，在α調(diào)制和β調(diào)制的真實(shí)實(shí)現(xiàn)中，可持續(xù)地進(jìn)行調(diào)制且基于扭轉(zhuǎn)振蕩的嚴(yán)重程度而調(diào)整調(diào)制的幅度。在β調(diào)制上的此組合調(diào)制的優(yōu)勢是在不同操作點(diǎn)上不需要相位適應(yīng)并且LCI控制參數(shù)可不具有對阻尼性能的影響。提供此調(diào)制示例來說明調(diào)制兩個延遲角度對機(jī)械系統(tǒng)的影響。使用對具有逆阻尼性能的扭轉(zhuǎn)阻尼系統(tǒng)的機(jī)械系統(tǒng)的開環(huán)響應(yīng)來示出仿真結(jié)果。根據(jù)圖15中圖示的示范性實(shí)施例，存在著用于阻尼包含電機(jī)的驅(qū)動系統(tǒng)中的扭轉(zhuǎn)振動的方法。該方法包含接收與(i)驅(qū)動電機(jī)的轉(zhuǎn)換器或(ii)驅(qū)動系統(tǒng)的參數(shù)相關(guān)的測量出的數(shù)據(jù)的步驟1500，基于測量出的數(shù)據(jù)計(jì)算電機(jī)的至少一個動態(tài)轉(zhuǎn)矩成分的步驟1502，基于至少一個動態(tài)轉(zhuǎn)矩成分而生成轉(zhuǎn)換器的逆變器和整流器中的每個的控制數(shù)據(jù)用于阻尼驅(qū)動系統(tǒng)的軸中的扭轉(zhuǎn)振蕩的步驟1504，以及發(fā)送控制數(shù)據(jù)到逆變器和整流器用于調(diào)制在轉(zhuǎn)換器和電機(jī)之間交換的有效功率的步驟1506。要注意，動態(tài)轉(zhuǎn)矩成分包含與機(jī)械軸的段相關(guān)的轉(zhuǎn)動位置、轉(zhuǎn)動速度、轉(zhuǎn)動加速度或轉(zhuǎn)矩。也要注意，表達(dá)“調(diào)制有效功率”表達(dá)在某時刻的調(diào)制(即使周期T上的平均有效功率為零)的思想。此外，若使用VSI來代替LCI，則可合適地修改另一電學(xué)量來代替有效功率。根據(jù)圖16中圖示的示范性實(shí)施例，VSI 140包含以此順序彼此連接的整流器142、DC鏈接144、以及逆變器146。整流器142從電源148接收電網(wǎng)電壓并且可包含例如基于半導(dǎo)體裝置的二極管電橋或有源前端。由整流器142提供的DC電壓由DC鏈接144中的電容器C濾波并平滑化。然后，將已濾波的DC電壓施加到逆變器146 (其可包含自換向半導(dǎo)體裝置，例如絕緣柵雙極晶體管(IGBT)，它產(chǎn)生施加到馬達(dá)150的AC電壓)?？商峁┛刂破?52和154用于整流器142和逆變器146(除整流器和逆變器控制器以外或與整流器和逆變器控制器一起集成)來阻尼馬達(dá)150的軸上的扭轉(zhuǎn)振動。示出整流器控制器153和逆變器控制器155連接到一些半導(dǎo)體裝置但應(yīng)該理解所有半導(dǎo)體裝置可連接到控制器?？梢黄鸹騿为?dú)提供控制器152和154并且它們配置為基于如關(guān)于圖4和圖5論述的電測量來確定動 態(tài)轉(zhuǎn)矩成分并且影響內(nèi)置整流器和逆變器控制的控制參考(例如，轉(zhuǎn)矩或電流控制參考)。根據(jù)圖17中圖示的示范性實(shí)施例，廣義多體系統(tǒng)160可包含具有對應(yīng)慣性J1到Jn的力矩的η個不同的體。例如，第一體可對應(yīng)于燃?xì)鉁u輪，第二體可對應(yīng)于壓縮機(jī)等，而最后的體可對應(yīng)于電動機(jī)。假設(shè)電動機(jī)的軸對機(jī)械測量(例如，轉(zhuǎn)動位置、速度、加速度或轉(zhuǎn)矩)是不可接近的。另外，假設(shè)燃?xì)鉁u輪的軸是可接近的并且可直接在燃?xì)鉁u輪上測量以上提到的機(jī)械參數(shù)中的一個。在這點(diǎn)上，要注意，通常燃?xì)鉁u輪具有測量軸的各種機(jī)械變量的高精確性傳感器用于保護(hù)燃?xì)鉁u輪免受可能的損害。相反地，傳統(tǒng)的馬達(dá)不具有這些傳感器或即使存在一些傳感器，它們的測量的精確性也很差。整個機(jī)械系統(tǒng)的微分式子給出為
J_2/dt2) + D __ + ΚΘ = T戰(zhàn)，
其中J (扭轉(zhuǎn)矩陣)、D (阻尼矩陣)、以及K (扭轉(zhuǎn)剛度矩陣)是連接第一體的特性(例如，dlO、dl2、kl2、Jl)到另一體的特性的矩陣并且Text是(例如由馬達(dá))施加到系統(tǒng)的外部(凈)轉(zhuǎn)矩。基于機(jī)械系統(tǒng)的此模型，若例如已知第一體的特性，則可確定“η”體的轉(zhuǎn)矩或其它動態(tài)轉(zhuǎn)矩成分。換句話說，在燃?xì)鉁u輪中提供的高精確性傳感器可用于測量燃?xì)鉁u輪的軸的扭轉(zhuǎn)位置、速度、加速度或轉(zhuǎn)矩中的至少一個?；诖藴y量值，可由系統(tǒng)的處理器或控制器78來計(jì)算馬達(dá)(“η”體)或驅(qū)動系統(tǒng)的另一段的動態(tài)轉(zhuǎn)矩成分并且如以上已經(jīng)論述的，因此可生成控制數(shù)據(jù)用于逆變器或整流器。換句話說，根據(jù)此示范性實(shí)施例，控制器78需要從連接到馬達(dá)的一個渦輪機(jī)接收機(jī)械相關(guān)的信息并且基于此機(jī)械相關(guān)的信息，控制器能夠控制轉(zhuǎn)換器來生成馬達(dá)中的轉(zhuǎn)矩來阻尼扭轉(zhuǎn)振動。渦輪機(jī)可不僅是燃?xì)鉁u輪也可以是壓縮機(jī)、膨脹機(jī)或其它已知機(jī)器。在一個應(yīng)用中，不必要有電測量來進(jìn)行該阻尼。然而，電測量可與機(jī)械測量組合用于實(shí)現(xiàn)阻尼。在一個應(yīng)用中，施加阻尼的機(jī)器(阻尼機(jī)器)對機(jī)械測量是不可接近的并且由在另一機(jī)器(機(jī)械連接到阻尼機(jī)器)上進(jìn)行的機(jī)械測量而計(jì)算阻尼機(jī)器的動態(tài)轉(zhuǎn)矩成分。根據(jù)圖18中圖示的示范性實(shí)施例,只示出馬達(dá)150和LCI馬達(dá)側(cè)184上的逆變器。馬達(dá)的軸的位置和速度是可用于控制驅(qū)動系統(tǒng)的變量。馬達(dá)的軸的位置(或馬達(dá)電壓向量)可用于精確地確定馬達(dá)側(cè)上的β點(diǎn)火。馬達(dá)的軸的位置可以從附于馬達(dá)的軸的位置傳感器獲取或無需直接的位置傳感器而獲取(例如，通過由馬達(dá)和/或驅(qū)動自身的電變量饋送的觀察器模型的使用)。類似地，可從馬達(dá)和/或驅(qū)動電變量(例如，馬達(dá)電壓)評價馬達(dá)電壓向量。馬達(dá)端子電壓和/或電流波形可包含大的噪聲和換向尖峰。由于此原因，馬達(dá)端子電壓和/或電流不直接用來確定馬達(dá)電壓向量位置或馬達(dá)轉(zhuǎn)子位置。在一個應(yīng)用中，對馬達(dá)/驅(qū)動電變量(例如，通過觀察器模型的使用或通過使用PLL (鎖相環(huán))裝置)施加濾波操作。圖18示出用于解釋如何在馬達(dá)側(cè)上生成點(diǎn)火脈沖的示范性實(shí)施例(假定沒有位 置傳感器直接附于馬達(dá))。然而，如上所述，有可能通過使用位置傳感器來實(shí)現(xiàn)相同的結(jié)果。從來自馬達(dá)182和/或驅(qū)動系統(tǒng)的電變量186開始，通過使用觀察器或PLL塊180來導(dǎo)出馬達(dá)電壓向量或馬達(dá)轉(zhuǎn)子位置。此瞬時角度188饋送到調(diào)制器190，以便決定并發(fā)送點(diǎn)火命令194到逆變器，其也取決于β命令192。如本領(lǐng)域技術(shù)人員會意識到的，其它方法可用于鎖定馬達(dá)電壓向量位置或馬達(dá)轉(zhuǎn)子位置。考慮圖18中圖示的示范性實(shí)施例，PLL或觀察器180的動態(tài)特性必須足夠地精確來精確地追蹤馬達(dá)電壓向量位置或馬達(dá)轉(zhuǎn)子位置并且避免安全性角度的減小(假設(shè)真實(shí)和“觀察”位置之間的高的差異)。此處要注意，術(shù)語“觀察”不僅用來指代由動態(tài)觀察器產(chǎn)生的變量，也指代由PLL系統(tǒng)產(chǎn)生的變量。根據(jù)圖19中圖示的另一示范性實(shí)施例，可實(shí)現(xiàn)全邏輯方法用于阻尼驅(qū)動系統(tǒng)中的扭轉(zhuǎn)振蕩。圖19只示出驅(qū)動系統(tǒng)的馬達(dá)150和LCI 62。關(guān)于圖19中圖示的示范性實(shí)施例，感興趣的是PLL (或觀察器)162的操作。在此示范性實(shí)施例中，PLL (或觀察器)鎖定到馬達(dá)電壓的零交叉(由塊160檢測)。然而，這不意味著限制所使用的PLL和相位解調(diào)器的類型或所使用的動態(tài)觀察器的類型。要注意，PLL被認(rèn)為是特定類型的觀察器。由于此原因，當(dāng)提及觀察器時，它也可能意味著PLL系統(tǒng)，或者當(dāng)提及PLL時，它也可能意味著觀察器。接著檢測器160中的零交叉操作，生成數(shù)字方波并提供到PLL/觀察器162。PLL/觀察器162追蹤此波形(可用其它已知方法來代替零交叉)。PLL/觀察器162的輸出是瞬時角度，其可以是模擬或數(shù)字變量。瞬時觀察角度提供到控制器78用于確定馬達(dá)上的角度β的致動。由于此原因，PLL/觀察器162的動態(tài)特性必須足夠地精確來精確地追蹤馬達(dá)轉(zhuǎn)子或馬達(dá)電壓向量位置并且避免安全性角度的減小(假設(shè)動態(tài)誤差)。驅(qū)動系統(tǒng)上的扭轉(zhuǎn)振蕩反映在馬達(dá)段上的速度振蕩上并且此速度振蕩反映在馬達(dá)電壓的幅度和頻率上。若PLL/觀察器是精確的，則在追蹤信號中此速度振蕩是顯著的。假如馬達(dá)側(cè)上的點(diǎn)火角(α、β、或它們兩者)基于由PLL/觀察器162提供的參考信號而調(diào)制，則因此斷定修改PLL/觀察器傳遞功能可對阻尼扭轉(zhuǎn)振蕩具有影響。例如，假設(shè)所希望的馬達(dá)側(cè)上的點(diǎn)火角是常數(shù)并且扭轉(zhuǎn)振蕩存在于馬達(dá)段上的速度振蕩中。關(guān)于PLL/觀察器輸出參考而計(jì)算輸出電橋上的點(diǎn)火時間。若PLL/觀察器不精確地追蹤馬達(dá)電壓(有意地或無意地)并且基于“觀察角度”(其不同于真實(shí)角度，因?yàn)镻LL/觀察器是不精確的)而調(diào)制常數(shù)點(diǎn)火角，則馬達(dá)側(cè)上的真實(shí)點(diǎn)火角由速度自身調(diào)制，取決于PLL/觀察器傳遞功能。具有點(diǎn)火角的調(diào)制(其是對軸中的速度振蕩的響應(yīng))可起到減震器的作用。因此，圖19圖示在控制器78 (例如，以上關(guān)于圖9論述的邏輯塊或控制器)中如何比較PLL/觀察器162的數(shù)字輸出與表示馬達(dá)電壓的方波信號?？刂破?8從檢測器160沿著鏈接172接收表示馬達(dá)電壓的信號。如已指出的，電壓的零交叉不是與馬達(dá)/驅(qū)動變量(其可饋送PLL (或觀察器)162)相關(guān)的唯一信號。然后，通過數(shù)字操作，生成校正信號。這樣的信號可以是模擬或數(shù)字信號。在第一情況(混合方案)中，信號從控制器78沿著鏈接174發(fā)送并且用來調(diào)制所希望的α和/或β角度。在第二情況(數(shù)字方案)中，數(shù)字信號直接從控制器78 (參見圖19中的鏈接170)發(fā)送到逆變器/轉(zhuǎn)換器的柵極來進(jìn)行換向。要注意，此處描述的操作(PLL/觀察器的輸出與來自馬達(dá)的輸入信號之間的比較)可以已嵌入在PLL (相位比較器)或觀察器中?？刂破?8可包含配置為校驗(yàn)β角度上的校正信號不減小安全性極限(單極調(diào)制，因?yàn)棣陆嵌戎荒軠p小而不能增加)的控制邏輯。圖19也示出限制由控制器78產(chǎn)生的調(diào)制的值的可選的限制器166?？蛇x地，開關(guān)168可提供在限制器166和LCI 62之間用于接通和切斷由控制器78生成的控制數(shù)據(jù)(其提供給 LCI 62)。在一個應(yīng)用中，若PLL/觀察器162不精確地追蹤馬達(dá)轉(zhuǎn)子或馬達(dá)電壓向量位置，則圖19的上述算法可更有效率地工作。在具有“觀察”和真實(shí)位置之間的顯著差別的嘗試 中，修改PLL/觀察器傳遞功能來阻尼振蕩可具有一系列缺點(diǎn)(包含可能的安全性角度的減小)。由于此原因，第二 PLL/觀察器164可提供在控制器78內(nèi)。以此方式，第一 PLL/觀察器162可以足夠地精確來追蹤馬達(dá)轉(zhuǎn)子或馬達(dá)電壓向量位置，而第二 PLL/觀察器164配置為用不同的動態(tài)(現(xiàn)在可選擇它而沒有許多限制)跟隨馬達(dá)轉(zhuǎn)子或電壓向量位置。在穩(wěn)定狀態(tài)中，以常數(shù)速度，兩個PLL/觀察器的輸出可以是相同的，而在瞬態(tài)期間(包含以中心值周圍的速度的振蕩)，兩個PLL/觀察器的輸出是不同的。兩個PLL/觀察器之間的比較結(jié)果可用于實(shí)現(xiàn)另一阻尼方案。在使用兩個PLL/觀察器的情況下，混合方案是可能的(例如，通過改變β參考值來調(diào)制角度β )或全數(shù)字方案是可能的(來自兩個PLL/觀察器的兩個數(shù)字信號的比較被數(shù)字地處理并且比較的結(jié)果是直接發(fā)送到逆變器的柵極單元的命令而沒有對β角度參考值的任何直接調(diào)制)。根據(jù)示范性實(shí)施例，圖20中圖示用于阻尼包含電機(jī)的驅(qū)動系統(tǒng)中的扭轉(zhuǎn)振動的方法。該方法包含接收與轉(zhuǎn)換器的變量(例如零交叉)相關(guān)的轉(zhuǎn)換器數(shù)據(jù)的步驟2000，從第一鎖相環(huán)裝置或動態(tài)觀察器接收第一數(shù)字信號的步驟2002，比較轉(zhuǎn)換器數(shù)據(jù)與第一數(shù)字信號的步驟2004，基于比較的結(jié)果生成轉(zhuǎn)換器的整流器和/或逆變器的控制數(shù)據(jù)用于阻尼驅(qū)動系統(tǒng)的軸中的扭轉(zhuǎn)振蕩的步驟2006，以及發(fā)送控制數(shù)據(jù)到整流器和/或逆變器用于調(diào)制在轉(zhuǎn)換器和電機(jī)之間交換的有效功率的步驟2008。在可選的步驟中，控制數(shù)據(jù)是數(shù)字的并且直接發(fā)送到轉(zhuǎn)換器用于換向轉(zhuǎn)換器的柵極或控制數(shù)據(jù)是模擬的并且用于產(chǎn)生施加到轉(zhuǎn)換器調(diào)制器的α、β、或α和β調(diào)制。然而，若使兩個PLL (或觀察器)單元在系統(tǒng)中是可用的，則可實(shí)現(xiàn)不同的方法用于阻尼包含電機(jī)的驅(qū)動系統(tǒng)中的扭轉(zhuǎn)振動。根據(jù)圖21中圖示的本實(shí)施例，該方法包含從第一鎖相裝置或第一動態(tài)觀察器接收第一數(shù)字信號的步驟2100，從第二鎖相環(huán)裝置或第二動態(tài)觀察器接收第二數(shù)字信號的步驟2102，比較第一數(shù)字信號與第二數(shù)字信號的步驟2104，基于比較的結(jié)果生成轉(zhuǎn)換器的整流器和/或逆變器的控制數(shù)據(jù)用于阻尼驅(qū)動系統(tǒng)的軸中的扭轉(zhuǎn)振蕩的步驟2106，以及發(fā)送控制數(shù)據(jù)到整流器和/或逆變器用于調(diào)制在轉(zhuǎn)換器和電機(jī)之間交換的有效功率的步驟2108。在可選的步驟中，控制數(shù)據(jù)是數(shù)字的并且直接發(fā)送到轉(zhuǎn)換器用于換向轉(zhuǎn)換器的柵極或控制數(shù)據(jù)是模擬的并且用于產(chǎn)生施加到轉(zhuǎn)換器調(diào)制器的α、β、或α和β調(diào)制。所公開的示范性實(shí)施例提供用于阻尼扭轉(zhuǎn)振動的系統(tǒng)和方法。應(yīng)該理解此描述不旨在限制本發(fā)明。相反地，示范性實(shí)施例旨在覆蓋備選、修改及等效，其包含在由所附的權(quán)利要求定義的本發(fā)明的精神和范圍中。例如，該方法可應(yīng)用于其它電動機(jī)驅(qū)動機(jī)械系統(tǒng)，例如大的水泵、抽運(yùn)水電站等。另外，在示范性實(shí)施例的詳細(xì)描述中，闡述許多具體細(xì)節(jié)以便提供所要求保護(hù)的發(fā)明的全面理解。然而，本領(lǐng)域的技術(shù)人員會理解可實(shí)踐各實(shí)施例而沒有這樣的具體細(xì)節(jié)。雖然在實(shí)施例中以特定組合來描述本示范性實(shí)施例的特征和元件，但是每個特征或元件可單獨(dú)使用而沒有實(shí)施例的其它特征和元件，或與(或不與)本文公開的其它特征和元件的各種組合。本書面描述使用所公開主題的示例來使本領(lǐng)域的任何技術(shù)人員能實(shí)踐本書面描述，包含做出并使用任何裝置或系統(tǒng)并且進(jìn)行任何并入的方法。本主題的可專利范圍由權(quán)利要求定義，并且可包含本領(lǐng)域技術(shù)人員所想到的其它示例。這樣的其它示例旨在落在權(quán) 利要求的范圍內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種連接到轉(zhuǎn)換器或放置在所述轉(zhuǎn)換器自身內(nèi)的扭轉(zhuǎn)模式阻尼控制器系統(tǒng)，所述轉(zhuǎn)換器驅(qū)動包含電機(jī)和非電氣機(jī)器的驅(qū)動系統(tǒng)，所述控制器系統(tǒng)包括 輸入接口，配置為接收與所述轉(zhuǎn)換器的變量相關(guān)的轉(zhuǎn)換器數(shù)據(jù)；以及 控制器，連接到所述輸入接口并且配置為 從第一鎖相環(huán)裝置或動態(tài)觀察器接收第一數(shù)字信號， 從所述轉(zhuǎn)換器接收所述轉(zhuǎn)換器數(shù)據(jù)， 比較所述轉(zhuǎn)換器數(shù)據(jù)與所述第一數(shù)字信號， 基于所述比較的結(jié)果生成所述轉(zhuǎn)換器的整流器和/或逆變器的控制數(shù)據(jù)用于阻尼所述驅(qū)動系統(tǒng)的軸中的扭轉(zhuǎn)振蕩，以及 發(fā)送所述控制數(shù)據(jù)到所述整流器和/或所述逆變器用于調(diào)制在所述轉(zhuǎn)換器和所述電機(jī)之間交換的有效功率。
2.如權(quán)利要求I所述的控制器系統(tǒng)，其中所述控制數(shù)據(jù)是數(shù)字的并且直接發(fā)送到轉(zhuǎn)換器調(diào)制器和/或柵極單元用于換向所述轉(zhuǎn)換器的柵極。
3.如權(quán)利要求I或2所述的控制器系統(tǒng)，其中所述控制數(shù)據(jù)是模擬的并且用于產(chǎn)生施加到轉(zhuǎn)換器調(diào)制器的α、β、或α和β調(diào)制。
4.如前述權(quán)利要求中的任一項(xiàng)所述的控制器系統(tǒng)，其中所述轉(zhuǎn)換器的所述變量包含供應(yīng)到馬達(dá)的電壓或電流。
5.如前述權(quán)利要求中的任一項(xiàng)所述的控制器系統(tǒng)，其中所述轉(zhuǎn)換器數(shù)據(jù)與交流電壓或電流的零值相關(guān)。
6.如前述權(quán)利要求中的任一項(xiàng)所述的控制器系統(tǒng)，其中所述控制器配置為僅基于所述轉(zhuǎn)換器數(shù)據(jù)生成所述控制數(shù)據(jù)。
7.一種連接到轉(zhuǎn)換器或放置在所述轉(zhuǎn)換器自身內(nèi)的扭轉(zhuǎn)模式阻尼控制器系統(tǒng)，所述轉(zhuǎn)換器驅(qū)動包含電機(jī)和非電氣機(jī)器的驅(qū)動系統(tǒng)，所述控制器系統(tǒng)包括 第一輸入接口，配置為從第一鎖相裝置或第一動態(tài)觀察器接收第一數(shù)字信號； 第二輸入接口，配置為從第二鎖相裝置或第二動態(tài)觀察器接收第二數(shù)字信號；以及 控制器，連接到所述第一輸入接口和所述第二輸入接口并且配置為 接收所述第一數(shù)字信號和所述第二數(shù)字信號， 比較所述第一數(shù)字信號與所述第二數(shù)字信號， 基于所述比較的結(jié)果生成所述轉(zhuǎn)換器的整流器和/或逆變器的控制數(shù)據(jù)用于阻尼所述驅(qū)動系統(tǒng)的軸中的扭轉(zhuǎn)振蕩，以及 發(fā)送所述控制數(shù)據(jù)到所述整流器和/或所述逆變器用于調(diào)制在所述轉(zhuǎn)換器和所述電機(jī)之間交換的有效功率。
8.一種用于驅(qū)動是驅(qū)動系統(tǒng)的一部分的電機(jī)的系統(tǒng)，所述系統(tǒng)包括 整流器，配置為從電源接收交流并且將所述交流變換成直流； 直流鏈接，連接到所述整流器并配置為傳送所述直流； 逆變器，連接到所述直流鏈接并配置為將接收的所述直流改變成交流； 輸入接口，配置為接收與所述轉(zhuǎn)換器的變量相關(guān)的轉(zhuǎn)換器數(shù)據(jù)；以及 控制器，連接到所述輸入接口并且配置為 從第一鎖相環(huán)裝置或動態(tài)觀察器接收第一數(shù)字信號，從所述轉(zhuǎn)換器接收所述轉(zhuǎn)換器數(shù)據(jù)， 比較所述轉(zhuǎn)換器數(shù)據(jù)與所述第一數(shù)字信號， 基于所述比較的結(jié)果生成所述轉(zhuǎn)換器的整流器和/或逆變器的控制數(shù)據(jù)用于阻尼所述驅(qū)動系統(tǒng)的軸中的扭轉(zhuǎn)振蕩，以及 發(fā)送所述控制數(shù)據(jù)到所述整流器和/或所述逆變器用于調(diào)制在所述轉(zhuǎn)換器和所述電機(jī)之間交換的有效功率。
9.一種用于阻尼包含電機(jī)的驅(qū)動系統(tǒng)中的扭轉(zhuǎn)振動的方法，所述方法包括 接收與所述轉(zhuǎn)換器的變量相關(guān)的轉(zhuǎn)換器數(shù)據(jù)； 從第一鎖相環(huán)裝置或動態(tài)觀察器接收第一數(shù)字信號； 比較所述轉(zhuǎn)換器數(shù)據(jù)與所述第一數(shù)字信號； 基于所述比較的結(jié)果生成所述轉(zhuǎn)換器的整流器和/或逆變器的控制數(shù)據(jù)用于阻尼所述驅(qū)動系統(tǒng)的軸中的扭轉(zhuǎn)振湯；以及 發(fā)送所述控制數(shù)據(jù)到所述整流器和/或所述逆變器用于調(diào)制在所述轉(zhuǎn)換器和所述電機(jī)之間交換的有效功率。
10.一種用于阻尼包含電機(jī)的驅(qū)動系統(tǒng)中的扭轉(zhuǎn)振動的方法，所述方法包括 從第一鎖相裝置或第一動態(tài)觀察器接收第一數(shù)字信號； 從附加于所述第一鎖相裝置或所述第一動態(tài)觀察器的第二鎖相環(huán)裝置或第二動態(tài)觀察器接收第二數(shù)字信號； 比較所述第一數(shù)字信號與所述第二數(shù)字信號； 基于所述比較的結(jié)果生成所述轉(zhuǎn)換器的整流器和/或逆變器的控制數(shù)據(jù)用于阻尼所述驅(qū)動系統(tǒng)的軸中的扭轉(zhuǎn)振湯；以及 發(fā)送所述控制數(shù)據(jù)到所述整流器和/或所述逆變器用于調(diào)制在所述轉(zhuǎn)換器和所述電機(jī)之間交換的有效功率。
全文摘要
扭轉(zhuǎn)模式阻尼控制器系統(tǒng)連接到轉(zhuǎn)換器或放置在轉(zhuǎn)換器內(nèi)。轉(zhuǎn)換器驅(qū)動包含電機(jī)和非電氣機(jī)器的驅(qū)動系統(tǒng)?？刂破飨到y(tǒng)包含第一輸入接口，配置為從第一鎖相裝置或第一動態(tài)觀察器接收第一數(shù)字信號；第二輸入接口，配置為從第二鎖相裝置或第二動態(tài)觀察器接收第二數(shù)字信號；以及控制器，連接到第一和第二輸入接口?？刂破髋渲脼榻邮盏谝缓偷诙?shù)字信號，比較第一數(shù)字信號與第二數(shù)字信號，生成轉(zhuǎn)換器的整流器和/或逆變器的控制數(shù)據(jù)，并且發(fā)送控制數(shù)據(jù)到整流器和/或逆變器。
文檔編號H02P21/05GK102823127SQ201180017902
公開日2012年12月12日 申請日期2011年3月30日 優(yōu)先權(quán)日2010年4月1日
發(fā)明者S.德弗朗西斯西斯 申請人:諾沃皮尼奧內(nèi)有限公司