專利名稱：感應(yīng)電動(dòng)機(jī)的感應(yīng)電動(dòng)勢和速度的估算方法,用來校正軸的安裝誤差的方法,以及感應(yīng)電動(dòng)機(jī)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及到用來控制感應(yīng)電動(dòng)機(jī)的一種方法，讓做為控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的參考坐標(biāo)軸的γ-δ坐標(biāo)軸與d-q坐標(biāo)軸達(dá)到一致，其中的d-軸代表感應(yīng)電動(dòng)機(jī)副邊磁通量矢量的方向，而q-軸代表一個(gè)與d-軸保持垂直的軸。
在工業(yè)應(yīng)用中采用了通過感應(yīng)電動(dòng)勢(感應(yīng)電壓)來估算感應(yīng)電動(dòng)機(jī)速度的方法，用于實(shí)現(xiàn)高精度的V/f控制，并且在無速度傳感器的矢量控制中用于簡化計(jì)算，這種方法是顯而易見的，因?yàn)楦袘?yīng)電動(dòng)勢是在轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)時(shí)產(chǎn)生的，并且還因?yàn)檫@種方法能夠用比較小的計(jì)算量計(jì)算出副邊磁通量的旋轉(zhuǎn)角速度。
慣用方法的例子中包括[1]“Study of making speed-sensor-lessvector control highly responsive”，1994 Electric SocietyNational Conference No.655，和[2]“Speed-sensor-less vectorcontrol in view of weak field region”，1994 Electric SocietyNational Conference No.656。前一種方法注重一個(gè)d-q坐標(biāo)系統(tǒng)中的q-軸的電壓模型，并且提出了一種單一擾動(dòng)估算器(simpledisturbance estimator)，采用一個(gè)q-軸電壓指令值作為一個(gè)輸入，將q-軸電流作為一個(gè)輸出，用來估算q-軸感應(yīng)電動(dòng)勢。用估算的q-軸感應(yīng)電動(dòng)勢乘以代表電動(dòng)機(jī)常數(shù)的系數(shù)和一個(gè)磁通指令值，用單一擾動(dòng)算子估算出一個(gè)速度。前一種方法相對于使用q-軸電流控制器的輸出作為估算速度的方法而言是一種改進(jìn)。前一種方法通過引入感應(yīng)電動(dòng)勢的估算值而實(shí)現(xiàn)了速度控制系統(tǒng)與電流控制系統(tǒng)之間的分離，并且在改善速度控制響應(yīng)這一方面是成功的。后一種方法是使用感應(yīng)電動(dòng)機(jī)的電壓公式，根據(jù)測量電壓和測量電流估算出感應(yīng)電動(dòng)勢，根據(jù)估算的感應(yīng)電動(dòng)勢和副邊磁通量的估算值估算出電源角頻率，并且從估算的電源角頻率中減去滑差頻率的指令值，從中估算出一個(gè)速度。
以上慣用的方法基本上都是使用感應(yīng)電動(dòng)機(jī)的d-q坐標(biāo)系統(tǒng)中的電壓和電流公式，也就是ϵdϵq=-RsσLsω*-σLsω*-RsIsdIsq+usdusq-σLsddII^sdIsq---(1)]]>ϵdϵq=LmLrddrΦrdΦrq+LmLr-ω*Φrqω*Φrd---(2)]]>其中的εd感應(yīng)電動(dòng)勢的d-軸分量，εq感應(yīng)電動(dòng)勢的q-軸分量，Φrd副邊磁通量的d-軸分量，Φrq副邊磁通量的q-軸分量，Isd定子電流(激磁電流)的d-軸分量，Isq定子電流(轉(zhuǎn)矩電流)的q-軸分量，usd定子電壓的d-軸分量，usq定子電壓的q-軸分量，Rs定子電阻，Lm互感，Lr轉(zhuǎn)子自感，Ls定子自感，δ＝1-Lm2/(LsLr)，ω*電源角頻率。慣用的方法是按照公式[1]估算出感應(yīng)電動(dòng)勢，并且按照公式[2]估算出速度。
由于忽略了公式[1]右邊一側(cè)的電流微分項(xiàng)，慣用的方法在電流變化時(shí)不能估算出準(zhǔn)確的感應(yīng)電動(dòng)勢。如果不忽略這一電流微分項(xiàng)，測量電流值中所包含的噪聲就會(huì)被放大。文獻(xiàn)[1]提出了一種平衡地消掉用來輸出估算速度的一個(gè)低通濾波器和一個(gè)電流微分項(xiàng)的方法。文獻(xiàn)[1]假設(shè)了一種理想的矢量控制狀態(tài)，僅僅估算q-軸的感應(yīng)電動(dòng)勢，并且用估算的q-軸感應(yīng)電動(dòng)勢來估算速度。然而，這種理想的矢量控制狀態(tài)可能會(huì)由于感應(yīng)電動(dòng)機(jī)常數(shù)的變化和檢測的電流及電壓相對于實(shí)際電流和電壓所存在的誤差而被瓦解。文獻(xiàn)[1]在理想矢量控制狀態(tài)被瓦解的情況下無法實(shí)現(xiàn)補(bǔ)償。文獻(xiàn)[2]提出了以下的公式(3)，用來補(bǔ)償瓦解的理想矢量控制狀態(tài)ω*＝sqn(εq)(|εq|Φrd-KΦrd*εd)........(3)從公式(2)可以看出，在穩(wěn)定狀態(tài)下，εd的存在表示存在著Φrq，并且表示理想的矢量控制狀態(tài)已經(jīng)瓦解。具體地說，作為控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)參考坐標(biāo)軸的γ-δ坐標(biāo)軸和d-q坐標(biāo)軸被彼此偏移了。軸向偏移補(bǔ)償是通過消掉公式(3)右邊第二項(xiàng)中的εd而完成的。然而，該公式中存在的矛盾在于，為了估算在公式(3)中使用的感應(yīng)電動(dòng)勢，需要有一個(gè)ω*，因此需要確定ω*。為了具體實(shí)施計(jì)算公式的軟件方案，在離散的系統(tǒng)中使用了以前的ω*。如果ω*變化很快，速度響應(yīng)就可能出現(xiàn)延遲。
本發(fā)明的目的是提供一種用來估算感應(yīng)電動(dòng)機(jī)的感應(yīng)電動(dòng)勢的方法，一種用來估算其速度的方法一種用來校正其軸向偏移的方法，以及一種感應(yīng)電動(dòng)機(jī)的控制裝置，用于估算出精確的感應(yīng)電動(dòng)勢，直接采用估算的感應(yīng)電動(dòng)勢估算出一個(gè)速度，改善速度響應(yīng)，并且同時(shí)補(bǔ)償軸向偏移誤差，從而消除上述速度估算公式中的矛盾。
按照本發(fā)明的用來估算感應(yīng)電動(dòng)機(jī)的感應(yīng)電動(dòng)勢的方法包括以下步驟檢測感應(yīng)電動(dòng)機(jī)的三相定子電流當(dāng)中的至少兩相，將檢測的定子電流變換成一個(gè)γ-δ坐標(biāo)系統(tǒng)，從中取得一個(gè)γ軸電流Isγ和一個(gè)δ軸電流Isδ，使用前一個(gè)控制環(huán)中的γ軸電流和δ軸電流估算值Isγ，sδ與其實(shí)際值之間的差I(lǐng)sγ-sγ，Isδ-sδ作為校正量，使用γ-δ坐標(biāo)系統(tǒng)中的定子電壓指令值Usγ*，Usδ*作為輸入，并且使用由轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)動(dòng)而產(chǎn)生的感應(yīng)電動(dòng)勢作為一個(gè)擾動(dòng)而構(gòu)成一個(gè)狀態(tài)估算值，并且在γ-δ坐標(biāo)系統(tǒng)中估算出定子電流的估算值sγ，sδ和感應(yīng)電動(dòng)勢的估算值
按照本發(fā)明的用來估算感應(yīng)電動(dòng)機(jī)速度的方法包括以下步驟將副邊磁場電流γ分量的一個(gè)估算值或是指令值Imrγ和定子電流γ分量Isγ之間的差I(lǐng)mrγ-Isγ與一個(gè)電機(jī)常數(shù)的乘積和用上述方法估算出的γ-δ坐標(biāo)系統(tǒng)中的γ軸感應(yīng)電動(dòng)勢
相加，從而計(jì)算出一個(gè)新的感應(yīng)電壓Eγest，將副邊磁場電流δ分量的一個(gè)估算值或是指令值Imrδ和定子電流δ分量Isδ之間的差I(lǐng)mrδ-Isδ與上述電機(jī)常數(shù)的乘積和用上述方法估算出的γ-δ坐標(biāo)系統(tǒng)中的δ軸感應(yīng)電動(dòng)勢
相加，從而計(jì)算出一個(gè)新的感應(yīng)電壓Eδest，用感應(yīng)電壓Eγest，Eδest的平方和以及副邊磁通量的一個(gè)估算值或是指令值估算出感應(yīng)電機(jī)轉(zhuǎn)子速度ωγ的量值，利用感應(yīng)電壓Eδest的符號確定轉(zhuǎn)子速度的符號，并且估算出轉(zhuǎn)子速度的估算值
按照本發(fā)明的一種用于校正感應(yīng)電動(dòng)機(jī)軸向偏移的方法包括以下步驟從按照上述方法估算出的速度值中減去感應(yīng)電壓Eγest和一個(gè)增
、矩陣
和矩陣
的元素是復(fù)數(shù)。
、
和
的復(fù)數(shù)共軛使用一個(gè)星號來表示，即
、
和
。
實(shí)質(zhì)上，調(diào)制器106將輸入位di序列變換為碼元序列。使用的特定變換(例如格雷變換)產(chǎn)生一個(gè)有限數(shù)量的不同碼元。如方程式(3)所示，發(fā)射碼元xi乘以
并且隨后加上噪聲。方程式(3)表示一個(gè)通訊系統(tǒng)(例如移動(dòng)或無線通訊系統(tǒng))，其中發(fā)射的碼元序列經(jīng)過由矩陣
表征的無線電信道傳播并且由具有Na個(gè)元素的天線陣列捕獲。在無線電移動(dòng)通訊系統(tǒng)(即無線通訊系統(tǒng))中，通常由稱為衰落的幅度和相位中的快速變化來表現(xiàn)失真。
MAP算法的應(yīng)用引出一個(gè)兩級接收機(jī)。第一級(SOD)根據(jù)編碼位di產(chǎn)生可靠性信息。在去交錯(cuò)之后，第二級(SID)應(yīng)用一種最大化規(guī)則根據(jù)最可能發(fā)射的碼字(c)做出最后判定。特別地，假定統(tǒng)計(jì)的獨(dú)立編碼位，方程式(1)可以寫為(4)P(c‾|y=,h=)=Πl=0Nc-1P(cl|y=,h=)]]>這里Nc表示位的數(shù)量；Nc等于碼元(即樣本)數(shù)量×位/碼元的數(shù)量或者說Nc＝Nk×N。
由概率理論中公知的貝葉斯規(guī)則(Bayes Rule)(見J.Proakis的數(shù)字通訊，第三版，McGraw Hill，1995)，方程式(4)寫為(5)P(c‾|y=,h=)=Πl=0Nc-1p(y=|h=,cl)P(cl)P(y=|h=)]]>這里
和
是條件概率密度函數(shù)。根據(jù)發(fā)射碼元和信道的統(tǒng)計(jì)特性，一個(gè)特定的概率密度函數(shù)(一般是高斯函數(shù))用于
。因?yàn)槟康氖鞘箤τ谒锌赡艽a字(c)使方程式(5)最大，由于p(y|h)不取決于cl，所以它是一個(gè)常數(shù)?？梢允褂霉木S特比算法或任何其他公知的最大化算法進(jìn)行最大化操作，見G.D.Forney的維特比算法，1973年3月的IEEE學(xué)報(bào)。通過接收機(jī)的外面一級，即SID 116完成最大化。當(dāng)在方程式(5)兩邊采用對數(shù)(自來執(zhí)行上述的軸向偏移校正方法。
按照本發(fā)明的感應(yīng)電動(dòng)機(jī)的感應(yīng)電動(dòng)勢估算方法是在感應(yīng)電動(dòng)機(jī)的理論公式(1)的基礎(chǔ)上由下述公式(4)所代表的一種狀態(tài)估算器構(gòu)成的ddtI^sγI^sδϵ^γϵ^δ=-Rs/σLsω*-1/σLs0-ω*-Rs/σLs0-1/σLs00000000I^sγI^sδϵγ^ϵδ^+1σLsusγ*usδ*---(4)]]>+k1k2k3k4k5k6k7k8Isγ-I^sγIsδ-I^sδ]]>在公式(4)中可以隨意地設(shè)置一個(gè)用Isγ-Isγ，Isδ-Isδ乘以狀態(tài)估算器的極點(diǎn)的輸出誤差反饋增益。因此，公式(4)可以以一種對感應(yīng)電動(dòng)機(jī)常數(shù)的變化不敏感的方式估算出感應(yīng)電動(dòng)勢，并且調(diào)節(jié)這些估算值收斂的時(shí)間。當(dāng)公式(4)被用于實(shí)際的控制過程時(shí)，它就變成了轉(zhuǎn)換成離散系統(tǒng)的微分公式。因此，與公式(1)不同，公式(4)在估算感應(yīng)電動(dòng)勢時(shí)不需要計(jì)算出電流的微分項(xiàng)，并且測量噪聲不會(huì)被放大。這種狀態(tài)估算器是在以角速度ω*旋轉(zhuǎn)的γ-δ坐標(biāo)軸上構(gòu)成的。由于這些估算值是DC分量，它在d-q坐標(biāo)軸上相對于實(shí)際值的誤差變換是很小的。如果具有穩(wěn)定的極點(diǎn)，就不需要為了加快收斂而不必要地增加極點(diǎn)了。
在按照本發(fā)明的用來估算感應(yīng)電動(dòng)機(jī)速度的方法中，如果為了消掉副邊磁通的微分項(xiàng)而用以下的轉(zhuǎn)子電流公式(5)代替公式(2)右側(cè)第一項(xiàng)中的磁通微分項(xiàng)ddtΦrγΦrδ=-Rr/Lrω*-ωr-(ω*-ωr)-Rr/LrΦrγΦrδ+LmRrLrIsγIsδ---(5)]]>就獲得以下的公式(6)ϵγϵδ=LmLrωr-ΦrδΦrγ+Lm2Lr2RrIsγ-ImrγIsδ-Imrδ---(6)]]>然而，該公式是在作為控制參考坐標(biāo)軸的γ-δ坐標(biāo)軸上產(chǎn)生的。如果在公式(6)中使用感應(yīng)電動(dòng)勢估算值，就得到LmLrωr-ΦrδΦrγ=ϵ^rϵ^b+Lm2Lr2RrImrγ-IsγImrδ-Isδ---(7)]]>≡EγestEδest]]>在這一公式中限定了新的感應(yīng)電壓Eγest，Eδest。新的感應(yīng)電壓Eγest，Eδest是由公式(7)右側(cè)第一行計(jì)算出來的。
根據(jù)公式(7)按照以下的公式(8)估算出一個(gè)速度|ω^r|=LrLmEγest2+Eδest2Φrγ2+Φrδ2---(8)]]>速度的符號是由Eδest的符號來確定的。因此，ωr＝sgn(Eδest)|ωr|...............(9)其中的sgn(Eδest)表示Eδest的符號。
速度最終是按照公式(9)來估算的。公式(7)，(8)中的副邊磁場電流Imrγ，Imrδ和副邊磁通Φrγ，Φrδ采用基于公式(5)的磁通估算值或是磁通指令值。
如果采用磁通估算值，并且假設(shè)用Φr*代表副邊磁通的指令值，估算出的速度就是ωr＝sgn(Eδest)|ωr|-Kcom Eγest...................(10)
其中的Kcom代表一個(gè)增益。
如果使用上述的副邊磁通指令值，同時(shí)還需要執(zhí)行一種補(bǔ)償程序，使γ-δ坐標(biāo)軸和d-q坐標(biāo)軸彼此達(dá)到一致。在按照本發(fā)明的用于補(bǔ)償軸向偏移的方法中，如公式(7)中所示，由于Eγest是在γ-δ坐標(biāo)軸和d-q坐標(biāo)軸彼此偏移時(shí)產(chǎn)生的副邊磁通的δ分量Φrδ的函數(shù)，速度指令值在一個(gè)消除Eγest的方向上受到調(diào)節(jié)，這樣就能補(bǔ)償軸向偏移。
具體地說就是將公式(9)展開成公式(10)。Φrγ＝Φr*，Imrγ＝Φr*/Lm，Φrδ＝Imrδ＝0 .......(11)在按照本發(fā)明的速度估算方法中，因?yàn)槭怯酶袘?yīng)電動(dòng)勢估算值直接估算速度，在使用按照慣用方法建立的公式時(shí)所遇到的矛盾被消除了，這樣就能減少控制延遲。
在按照本發(fā)明的速度估算方法中，從估算的速度中減去Eγest和增益的乘積，在一個(gè)消除Eγest的方向上調(diào)節(jié)估算的速度值，從而使γ-δ坐標(biāo)軸和d-q坐標(biāo)軸彼此達(dá)到一致。Eγest是由狀態(tài)估算器估算出的電動(dòng)勢
和副邊磁場電流與定子電流的勵(lì)磁分量之間的差構(gòu)成的，并且考慮了副邊磁通的變化。在慣用的方法中假設(shè)副邊磁通量是恒定的，而本發(fā)明的方法不需要這種假設(shè)，即使當(dāng)磁通在感應(yīng)電動(dòng)機(jī)起動(dòng)時(shí)開始勵(lì)磁時(shí)以及減弱磁場的控制過程中發(fā)生變化，也不會(huì)出現(xiàn)問題。
附圖是按照本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例的感應(yīng)電動(dòng)機(jī)控制裝置的框圖。


圖1是按照本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例的感應(yīng)電動(dòng)機(jī)控制裝置的一個(gè)框圖。
按照本實(shí)施例的裝置被用來控制一個(gè)感應(yīng)電動(dòng)機(jī)11，它包括一個(gè)速度控制器1，一個(gè)γ-軸電流控制器2，一個(gè)δ-軸電流控制器3，一個(gè)極坐標(biāo)變換器4，一個(gè)逆變器電路5，一個(gè)滑差角頻率計(jì)算器6，一個(gè)速度估算器和軸向偏移校正器7，一個(gè)積分器8，一個(gè)γ-δ坐標(biāo)軸上的定子電流和感應(yīng)電動(dòng)勢估算器9，以及一個(gè)三相-兩相轉(zhuǎn)換器10。
速度控制器1獲得速度指令值ωr*和一個(gè)估算的速度值
之間的差，并且輸出一個(gè)δ-軸電流值Isδ*。
δ-軸電流控制器3獲得一個(gè)δ-軸電流指令值Isδ*和δ-軸電流Isδ之間的差，并且輸出一個(gè)δ-軸電壓指令值Usδ*。
γ-軸電流控制器2獲得涉及到副邊磁通量的副邊磁場電流的一個(gè)指令值Imr*(＝Imrγ＝Φr*/Lm)和一個(gè)γ-軸電流估算值Isγ之間的差，并且輸出一個(gè)γ-軸電壓指令值Usγ*。
極坐標(biāo)變換器4將電壓指令值Usδ*，Usγ*變換成電壓指令值的幅值和相位。
逆變器電路5獲得極坐標(biāo)變換器4的輸出和積分器8輸出的旋轉(zhuǎn)的γ-δ坐標(biāo)軸的位置，并且產(chǎn)生一個(gè)用來激勵(lì)感應(yīng)電動(dòng)機(jī)11的PWM信號。
三相-兩相轉(zhuǎn)換器10檢測來自定子電流Isu，Isv的三相電流，并且將檢測到的三相電流轉(zhuǎn)換成兩相交流電流。γ-δ坐標(biāo)軸上的定子電流和感應(yīng)電動(dòng)勢估算器9獲得經(jīng)過來自兩相交流電流的γ-δ坐標(biāo)軸位置的坐標(biāo)變換后的Isγ，Isδ和電壓指令值Usδ*，Usγ*，按照公式(4)對這些值執(zhí)行計(jì)算，并且輸出γ-δ坐標(biāo)系統(tǒng)中的定子電流估算值sγ，sδ和感應(yīng)電動(dòng)勢估算值
速度估算器和軸向偏移校正器7獲得感應(yīng)電動(dòng)勢估算值
按照公式(7)，(8)，(10)執(zhí)行計(jì)算，并且輸出一個(gè)估算的速度值
滑差角頻率計(jì)算器6，按照公式(12)執(zhí)行計(jì)算，確定一個(gè)滑差角頻率指令值ωs1*。ωs1*=Rr·Isδ*Lr·Imγ*---(12)]]>積分器8將通過估算的速度值ωr和滑差角頻率指令值ωs1*相加后所確定的γ-δ坐標(biāo)軸的轉(zhuǎn)速變換成一個(gè)角度，并且將這一角度輸出給逆變器電路5和三相-兩相轉(zhuǎn)換器10。
如果要用軟件來實(shí)現(xiàn)本發(fā)明，上述的所有計(jì)算在使用中都是離散的近似值。
權(quán)利要求
5.權(quán)利要求1至4之一所述的應(yīng)用，特征在于酯季銨鹽用量基于配制物為0.1-5wt.％。
6.權(quán)利要求1至5之一所述的應(yīng)用，特征在于使用直接性頭發(fā)染料或氧化性頭發(fā)染料。
7.權(quán)利要求1至6之一所述的應(yīng)用，特征在于頭發(fā)染料的用量基于配制物為0.001-1wt.％。
8.權(quán)利要求1至7之一所述的應(yīng)用，特征在于另外使用一種油，它選自含6-18個(gè)碳原子的脂肪醇為基礎(chǔ)的Guerbet醇，直鏈C6-22脂肪酸與直鏈C6-22脂肪醇形成的酯，支鏈C6-13羧酸與直鏈C6-22脂肪醇所形成的酯，直鏈C6-22脂肪酸與支鏈醇形成的酯，直鏈和/或支鏈脂肪酸與多元醇和/或Guerbet醇形成的酯，C6-10脂肪酸的三甘油酯，C6-18脂肪酸的液態(tài)單/二/三甘油脂混合物，C6-22脂肪醇和/或Guerbet醇與芳香族羧酸形成的酯，植物油，支鏈伯醇，取代環(huán)己烷，直鏈C6-22脂肪醇羧酸酯，Guerbet羧酸酯，苯甲酸與直鏈和/或支鏈C6-22醇形成的酯，二烷基醚，環(huán)氧化脂肪酸酯與多元醇開環(huán)的產(chǎn)物，硅酮油和/或脂肪烴或環(huán)烷烴。
9.權(quán)利要求7所述的應(yīng)用，特征為油的用量基于配制物為10-70wt.％。
10.一種角蛋白纖維染色的工藝，其中人類頭發(fā)與除氧化或直接性頭發(fā)染料外還含有酯季銨鹽作乳作劑的配制物相接觸。
5.按照權(quán)利要求4的裝置，其特征是還具有一個(gè)速度估算器，為其提供感應(yīng)電動(dòng)勢估算值
并且執(zhí)行上述的速度估算方法。
6.按照權(quán)利要求5的裝置，其特征是還具有一個(gè)軸向偏移校正器，用來執(zhí)行按照權(quán)利要求3的方法。
全文摘要
用一種三相/兩相轉(zhuǎn)換器(10)檢測三相定子電流的兩相分量,并且執(zhí)行定子電流的γ－δ坐標(biāo)變換,推導(dǎo)出一個(gè)γ－軸電流和一個(gè)δ－軸電流。γ－流電流和δ－軸電流與γ－軸電流控制器(2)和δ－軸電流控制器(3)的電壓設(shè)計(jì)值一起被輸入到一個(gè)定子電流/感應(yīng)電動(dòng)勢估算裝置(9),以便確定定子電流在γ－δ坐標(biāo)系統(tǒng)中的一個(gè)估算值和感應(yīng)電動(dòng)勢的一個(gè)估算值。
文檔編號H02P21/00GK1269065SQ98808636
公開日2000年10月4日 申請日期1998年7月1日 優(yōu)先權(quán)日1997年7月2日
發(fā)明者井手耕三, 森本進(jìn)也, 小黑龍一 申請人:株式會(huì)社安川電機(jī)