CN102025302B - 用于低速永磁电机操作的方法和装置 - Google Patents

用于低速永磁电机操作的方法和装置 Download PDF

Info

Publication number
CN102025302B
CN102025302B CN2010102828121A CN201010282812A CN102025302B CN 102025302 B CN102025302 B CN 102025302B CN 2010102828121 A CN2010102828121 A CN 2010102828121A CN 201010282812 A CN201010282812 A CN 201010282812A CN 102025302 B CN102025302 B CN 102025302B
Authority
CN
China
Prior art keywords
signal
error
speed
error signal
response
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Active
Application number
CN2010102828121A
Other languages
English (en)
Other versions
CN102025302A (zh
Inventor
N·R·帕特尔
Y·C·森
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
GM Global Technology Operations LLC
Original Assignee
GM Global Technology Operations LLC
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by GM Global Technology Operations LLC filed Critical GM Global Technology Operations LLC
Publication of CN102025302A publication Critical patent/CN102025302A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN102025302B publication Critical patent/CN102025302B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02P—CONTROL OR REGULATION OF ELECTRIC MOTORS, ELECTRIC GENERATORS OR DYNAMO-ELECTRIC CONVERTERS; CONTROLLING TRANSFORMERS, REACTORS OR CHOKE COILS
    • H02P6/00—Arrangements for controlling synchronous motors or other dynamo-electric motors using electronic commutation dependent on the rotor position; Electronic commutators therefor
    • H02P6/14—Electronic commutators
    • H02P6/16—Circuit arrangements for detecting position
    • H02P6/18—Circuit arrangements for detecting position without separate position detecting elements
    • H02P6/185—Circuit arrangements for detecting position without separate position detecting elements using inductance sensing, e.g. pulse excitation
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02P—CONTROL OR REGULATION OF ELECTRIC MOTORS, ELECTRIC GENERATORS OR DYNAMO-ELECTRIC CONVERTERS; CONTROLLING TRANSFORMERS, REACTORS OR CHOKE COILS
    • H02P21/00—Arrangements or methods for the control of electric machines by vector control, e.g. by control of field orientation
    • H02P21/04—Arrangements or methods for the control of electric machines by vector control, e.g. by control of field orientation specially adapted for very low speeds
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02P—CONTROL OR REGULATION OF ELECTRIC MOTORS, ELECTRIC GENERATORS OR DYNAMO-ELECTRIC CONVERTERS; CONTROLLING TRANSFORMERS, REACTORS OR CHOKE COILS
    • H02P21/00—Arrangements or methods for the control of electric machines by vector control, e.g. by control of field orientation
    • H02P21/24—Vector control not involving the use of rotor position or rotor speed sensors

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Control Of Ac Motors In General (AREA)
  • Control Of Motors That Do Not Use Commutators (AREA)

Abstract

本发明提供了用于永磁交流AC电机的起动的方法和装置。该方法包括以下步骤：检测永磁AC电机的起动；当检测到永磁AC电机的起动时，检测永磁AC电机的机械振荡；以及，响应于当检测到起动时对永磁AC电机的机械振荡的检测，抑制该永磁AC电机的机械振荡。

Description

用于低速永磁电机操作的方法和装置
技术领域
本发明总体涉及电机***，并且更具体地涉及用于电机***中的永磁交流(AC)电机的低速无传感器操作的方法和装置。
背景技术
在按照基于电压和电流估计转子位置而不使用转子位置传感器或速度传感器的常规算法(即，按照“无传感器算法”)的永磁(PM)电机的低速操作期间，高频信号被引入PM电机的电机定子绕组的通量轴线中并且监测电机定子绕组的扭矩轴线以导出转子位置和速度信息而不使用任何机械的位置或速度传感器。虽然这种无传感器方法对于设计成在满负荷状态下不饱和的内部PM电机而言工作良好，但目前PM电机需要具有最高可能的功率密度。此类PM电机将必须可在高负荷状态下的深度饱和中操作。
因此，希望提供一种用于永磁电机的无传感器操作的方法和装置，其在深度饱和的操作状态下提供可靠的低速控制。此外，本发明的其它希望的特征和特点将从随后结合附图和前述技术领域及背景技术的详细描述和所附权利要求变得明显。
发明内容
提供了一种用于永磁电机的低速无传感器控制的方法。该方法包括将高频信号引入永磁电机的通量轴线，并响应永磁电机的通量轴线上的通量轴线误差信号和永磁电机的扭矩轴线上的扭矩轴线误差信号二者以无传感器的方式确定转子位置和转子速度。通量轴线误差信号和扭矩轴线误差信号二者均是响应于同步基准帧中的电流矢量信号而确定的。
另外，提供了一种用于永磁电机的无传感器控制器。该控制器包括第一信号处理通道、第二信号处理通道和速度/位置生成器。第一信号处理通道响应永磁电机的通量轴线来确定第一误差分量信号。第二信号处理通道响应永磁电机的扭矩轴线确定第二误差分量信号。并且速度/位置生成器响应第一误差分量信号和第二误差分量信号来生成无传感器转子速度和无传感器转子位置。
此外，提供了一种电机***，该电机***包括永磁电机、逆变器、控制器以及无传感器位置和速度估计器。该永磁电机包括多个相并且该逆变器响应调制的控制信号生成多个相信号。逆变器与永磁电机联接并且将该多个相信号中的每一个提供给永磁电机的多个相中的相应一个。控制器响应无传感器位置信号、无传感器速度信号和相电流信号生成调制控制信号，相电流信号对应于该多个相信号中的一个或多个的电流。无传感器位置和速度估计器响应相电流信号生成无传感器位置信号和无传感器速度信号，并且包括：用于响应相电流、无传感器位置反馈信号和无传感器速度反馈信号来确定低速误差信号的低速误差提取模块；用于响应相电流、相电压、无传感器位置反馈信号和无传感器速度反馈信号来确定高速误差信号的高速误差提取模块；以及用于响应高速误差信号和低速误差信号来确定无传感器位置信号和无传感器速度信号的误差合并模块。无传感器位置反馈信号等于无传感器位置信号，而无传感器速度反馈信号等于无传感器速度信号。另外，相电流对应于永磁电机的多个相上的电流，而相电压对应于永磁电机的多个相上的电压。低速误差提取模块包括第一信号处理通道、第二信号处理通道和速度/位置生成器。第一信号处理通道响应永磁电机的通量轴线确定第一误差分量信号。第二信号处理通道响应永磁电机的扭矩轴线确定第二误差分量信号。并且速度/位置生成器响应第一误差分量信号和第二误差分量信号生成无传感器转子速度和无传感器转子位置。
此外，本发明还包括以下技术方案。
技术方案1.一种用于永磁电机的低速无传感器控制的方法，包括：
将高频信号引入到所述永磁电机的通量轴线中；以及
响应于所述永磁电机的通量轴线上的通量轴线误差信号和所述永磁电机的扭矩轴线上的扭矩轴线误差信号二者而以无传感器的方式确定转子位置和转子速度，所述通量轴线误差信号和所述扭矩轴线误差信号二者均是响应同步基准帧中的电流矢量信号而确定的。
技术方案2.根据技术方案1所述的方法，其特征在于，所述确定所述转子位置和所述转子速度的步骤包括：
响应于第一误差信号和通量轴线误差信号加权因子来生成通量轴线误差信号；
响应于第二误差信号和扭矩轴线误差信号加权因子来生成扭矩轴线误差信号；
将所述第一误差信号和所述第二误差信号合并以生成合并的误差信号；以及
响应于所述合并的误差信号以无传感器的方式确定所述转子位置和所述转子速度。
技术方案3.根据技术方案2所述的方法，其特征在于，所述生成所述通量轴线误差信号的步骤包括响应同步基准帧偏移值生成所述第一误差信号。
技术方案4.根据技术方案3所述的方法，其特征在于，所述生成所述第一误差信号的步骤还包括响应所述同步基准帧中在所述第一误差信号与所述第二误差信号之间的角度差来生成所述第一误差信号。
技术方案5.根据技术方案4所述的方法，其特征在于，所述生成所述第一误差信号的步骤还包括对通量轴线同步基准帧电流信号进行滤波以生成通量轴滤波信号，以及响应于引入到所述永磁电机的所述通量轴线中的所述高频信号来调节所述通量轴线滤波信号。
技术方案6.根据技术方案5所述的方法，其特征在于，所述生成所述扭矩轴线误差信号的步骤包括对扭矩轴线同步基准帧电流信号进行滤波以生成扭矩轴线滤波信号，以及响应于引入所述永磁电机的所述通量轴线中的所述高频信号来调节所述扭矩轴线滤波信号。
技术方案7.一种用于永磁电机的无传感器控制器，包括：
第一信号处理通道，用于响应所述永磁电机的通量轴线来确定第一误差分量信号；
第二信号处理通道，用于响应所述永磁电机的扭矩轴线来确定第二误差分量信号；以及
速度/位置生成器，用于响应所述第一误差分量信号和所述第二误差分量信号生成无传感器转子速度和无传感器转子位置。
技术方案8.根据技术方案7所述的无传感器控制器，其特征在于，所述速度/位置生成器包括：
与所述第一信号处理通道联接的第一信号加权模块，用于响应于所述第一误差分量信号和通量轴线误差信号加权因子来生成通量轴线误差信号；
与所述第二信号处理通道联接的第二信号加权模块，用于响应于所述第二误差分量信号和扭矩轴线误差信号加权因子来生成扭矩轴线误差信号；以及
与所述第一信号加权模块和所述第二信号加权模块联接的误差信号加法器，用于合并所述通量轴线误差信号和所述扭矩轴线误差信号，从而生成合并的误差信号，响应于所述合并的误差信号生成无传感器转子速度。
技术方案9.根据技术方案8所述的无传感器控制器，其特征在于，所述速度/位置生成器还包括位置速度观测器，所述位置速度观测器与所述误差信号加法器联接，用于响应所述无传感器转子速度生成所述无传感器转子位置。
技术方案10.根据技术方案7所述的无传感器控制器，其特征在于，所述第一信号处理通道包括角度计算器，所述角度计算器用于响应所述同步基准帧中在所述第一误差信号与所述第二误差信号之间的角度差来生成所述第一误差分量信号。
技术方案11.根据技术方案10所述的无传感器控制器，其特征在于，所述第一信号处理通道还包括用于接收同步基准帧偏移电流的加法器，所述第一信号处理通道响应于所述同步基准帧偏移电流生成所述第一误差分量信号。
技术方案12.根据技术方案7所述的无传感器控制器，其特征在于，所述第一和第二信号处理通道包括相应的第一和第二解码通道，所述第一和第二解码通道均至少包括二阶带通滤波器和二阶低通滤波器。
技术方案13.根据技术方案12所述的无传感器控制器，其特征在于，所述第一和第二解码通道还均包括混合器，所述混合器用于响应引入所述永磁电机的所述通量轴线中的所述高频信号来调节所述第一和第二解码通道上的信号。
技术方案14.一种电机***，包括：
包括多个相的永磁电机；
逆变器，用于响应于调制控制信号而生成多个相信号，并且与所述永磁电机联接以便将所述多个相信号中的各个相信号提供给所述永磁电机的所述多个相中的对应一个；
控制器，用于响应无传感器位置信号、无传感器速度信号和相电流信号生成所述调制控制信号，所述相电流信号对应于所述多个相信号中的一个或多个的电流，以及
无传感器位置和速度估计器，用于响应所述相电流信号生成所述无传感器位置信号和所述无传感器速度信号，其中所述无传感器位置和速度估计器包括：
低速误差提取模块，用于响应所述相电流、无传感器位置反馈信号和无传感器速度反馈信号来确定低速误差信号；
高速误差提取模块，用于响应所述相电流、所述无传感器位置反馈信号和所述无传感器速度反馈信号来确定高速误差信号；以及
误差合并模块，用于响应所述高速误差信号和所述低速误差信号来确定所述无传感器位置信号和所述无传感器速度信号，其中所述无传感器位置反馈信号等于所述无传感器位置信号，并且所述无传感器速度反馈信号等于所述无传感器速度信号，并且其中所述相电流对应于所述永磁电机的所述多个相上的电流；
其中，所述低速误差提取模块包括：
第一信号处理通道，用于响应所述永磁电机的通量轴线确定第一误差分量信号；
第二信号处理通道，用于响应所述永磁电机的扭矩轴线确定第二误差分量信号；以及
速度/位置生成器，用于响应所述第一误差分量信号和所述第二误差分量信号生成所述无传感器转子速度和所述无传感器转子位置。
技术方案15.根据技术方案14所述的电机***，其特征在于，所述速度/位置生成器包括：
与所述第一信号处理通道联接的第一信号加权模块，用于响应所述第一误差分量信号和通量轴线误差信号加权因子生成通量轴线误差信号；
与所述第二信号处理通道联接的第二信号加权模块，用于响应所述第二误差分量信号和扭矩轴线误差信号加权因子生成扭矩轴线误差信号；以及
与所述第一信号加权模块和所述第二信号加权模块联接的低速误差信号加法器，用于合并所述通量轴线误差信号和所述扭矩轴线误差信号，从而生成合并的误差信号，响应于所述合并的误差信号生成无传感器转子速度。
技术方案16.根据技术方案15所述的电机***，其特征在于，所述误差合并模块包括位置速度观测器，所述位置速度观测器与所述低速误差提取模块的所述低速误差信号加法器联接，并与所述高速误差模块联接，以便响应所述无传感器转子速度生成所述无传感器转子位置。
技术方案17.根据技术方案14所述的电机***，其特征在于，所述第一信号处理通道包括角度计算器，所述角度计算器用于响应所述同步基准帧中在所述第一误差信号与所述第二误差信号之间的角度差来生成所述第一误差分量信号。
技术方案18.根据技术方案17所述的电机***，其特征在于，所述第一信号处理通道还包括用于接收同步基准帧偏移电流的加法器，所述第一信号处理通道响应于所述同步基准帧偏移电流生成所述第一误差分量信号。
技术方案19.根据技术方案14所述的电机***，其特征在于，所述第一和第二信号处理通道包括相应的第一和第二解码通道，所述第一和第二解码通道均至少包括二阶带通滤波器和二阶低通滤波器。
技术方案20.根据技术方案19所述的电机***，其特征在于，所述第一和第二解码通道还包括混合器，所述混合器用于响应引入到所述永磁电机的所述通量轴线中的所述高频信号来调节所述第一和第二解码通道上的信号。
附图说明
下文将结合以下附图描述本发明，附图中同样的附图标记表示同样的元件，并且
图1示出了按照本发明实施例的电机***的框图；
图2示出了按照本发明实施例的图1的电机***的无传感器位置和速度估计器的框图；
图3示出了按照本发明实施例的图2的无传感器位置和速度估计器的低速提取模块的框图；以及
图4示出了按照本发明实施例的图2的无传感器位置和速度估计器的低速提取模块的操作的流程图。
具体实施方式
以下详细描述在本质上仅仅是示例性的，且并非想要限制本发明、或本发明的应用和用途。此外，本发明并不意图被前述技术领域、背景技术、发明内容或以下详细描述中提出的任何明示或暗示的理论限制。
参照图1，按照本实施例的电机***100的框图包括在逆变器104和控制器106的控制下操作的三相同步永磁电机102，控制器106包括无传感器位置和速度估计器108。虽然本实施例包括三相同步永磁电机102，但电机***100可包括其它设计的永磁电机，其中无传感器位置和速度估计器108确定按照本实施例的这种永磁电机中的旋转的转子的位置和速度。
逆变器104联接至直流(DC)源110，并且响应于从联接至其的控制器106接收的调制控制信号112生成多个相信号。相信号的数目对应于永磁电机102的相的数目，在本实施例中永磁电机102包括三个相。逆变器104联接至永磁电机102，并且提供相线114上的多个相信号，用于控制永磁电机102的操作。
控制器106与逆变器104联接并响应于无传感器位置信号、无传感器速度信号、速度指令信号和相电流信号生成调制控制信号112，控制器106向逆变器提供调制控制信号112以便产生多个相信号。相电流信号是通过感测多个相信号中的两个或更多个上的电流而生成的。相电流信号是通过感测三相线114上的电流而生成的，该相电流信号被提供给三相-两相转换模块116，该转换模块116将三相电流信号转换成等效的两相静止帧α/β电流Iα和Iβ。两相α/β电流Iα和Iβ被提供给无传感器位置和速度估计器108以及静止-同步转换模块118。静止-同步转换模块118将两相α/β电流Iα和Iβ转换成同步帧反馈电流Iqse_fb和Idse_fb。同步帧反馈电流Iqse_fb和Idse_fb被提供给电流调节器120以便产生静止帧电压指令
Figure BSA00000273891100081
和
Figure BSA00000273891100082
同时，速度指令信号Speed*从更高级别的控制器(未示出)被提供给控制器106的加法器122，其减去由无传感器位置和速度估计器108提供的无传感器速度信号Speed_Fdbk，并且将所得到的指令信号提供给速度调节器模块124，速度调节器模块124将该指令信号转换成同步帧扭矩指令信号
Figure BSA00000273891100083
扭矩指令信号
Figure BSA00000273891100084
被提供给最佳扭矩指令和最佳振幅轨迹确定块126，其生成同步基准帧中的两个电流指令
Figure BSA00000273891100085
和
Figure BSA00000273891100086
以便提供给电流调节器120。因此，可以看出，静止帧电压指令
Figure BSA00000273891100087
和
Figure BSA00000273891100088
由电流调节器120通过将同步帧电流指令和与同步帧反馈电流Iqse_fb和Idse_fb合并而生成，以获得所得到的电压指令信号，并且利用来自转子位置和速度估计器108的转子位置信号将所得到的电压指令信号转换成静止帧电压指令
Figure BSA000002738911000811
和
Figure BSA000002738911000812
静止帧电压指令
Figure BSA000002738911000813
和
Figure BSA000002738911000814
在信号加法器130，132处与引入的电压指令Vα_inject和Vβ_inject128合并，并且所得到的信号被提供给两相-三相转换和调制控制信号生成器134，其生成用于提供给逆变器104的开关元件的调制控制信号。
无传感器位置信号和无传感器速度信号对应于在永磁电机102内旋转的转子的位置和速度，并由整体在扭矩-速度平面中操作的无传感器位置和速度估计器108生成。按照本实施例，无传感器位置和速度估计器108响应于静止帧相电流信号Iα和Iβ以及静止帧电压指令信号
Figure BSA000002738911000815
和
Figure BSA000002738911000816
而在扭矩-速度平面中生成无传感器位置信号和无传感器速度信号。
参照图2，其示出了无传感器位置和速度估计器108的示例性结构。低速误差提取模块202和高速误差模块204分别生成低速误差信号和高速误差信号。误差合并模块206作为速度/位置生成器操作，从而响应于低速误差信号和高速误差信号生成无传感器位置信号208和无传感器速度信号210以便提供给控制器106(图1)。无传感器位置反馈信号212与无传感器位置信号208连接，从而与其等同。同样，无传感器速度反馈信号214与无传感器速度信号210连接。
低速误差提取模块202响应于无传感器位置反馈信号212、无传感器速度反馈信号214和两相电流(Iα/β)来确定位置误差信号，将该位置误差信号作为低速误差信号。以类似的方式，高速误差提取模块204响应于无传感器位置反馈信号212、无传感器速度反馈信号214、两相电流(Iα/β)以及两相静止帧电压指令(Vα/β)来确定位置误差信号，将该位置误差信号作为高速误差信号。
误差合并模块206包括低速误差逐渐停用(phase out)模块216和高速误差逐渐引入(phase in)模块218，以便提供从低速无传感器操作到高速无传感器操作的平稳过渡。低速误差逐渐停用模块216接收低速误差信号和无传感器速度反馈信号，以便通过响应于无传感器速度反馈信号和预定逐渐停用系数在车速增加时逐渐停用低速误差信号来计算低速误差分量值。类似地，高速误差逐渐引入模块218接收高速误差信号和无传感器速度反馈信号，以便通过响应于无传感器速度反馈信号和预定逐渐引入系数在车速增加时逐渐引入高速误差信号来计算高速误差分量值。选择该预定逐渐停用系数，使得在接近零速度时低速误差分量值等于低速误差信号，而当速度达到预定的低速-高速转换速度时平滑地逐渐停用(例如，直线地逐渐停用)为低速误差分量值为零的情况。以相似的方式，选择预定的逐渐引入信号，使得在接近零速度时高速误差分量值等于零，而当速度达到或超过预定的低速-高速转换速度时平滑地逐渐引入(例如，直线地逐渐引入)为高速误差分量值等于高速误差信号的情况。误差信号加法器220将低速误差分量值和高速误差分量值合并以生成转子误差位置信号。速度观测器模块222接收转子位置误差信号，并响应该信号计算无传感器位置信号208和观测的速度信号，该观测的速度信号被速度滤波器224滤波而生成无传感器速度信号210。
低速引入模块226生成引入电压指令Vα_inject和Vβ_inject，作为低速引入信号128，以便在电机***120起动并在接近零低速时提供给加法器130、132，将高频信号引入永磁电机102的通量轴线中，以便用于按照本实施例的低速提取模块202的操作。引入电压指令Vα_inject和Vβ_inject的大小是响应于按照方程1计算出的引入电压Vinj而生成的。
Figure BSA00000273891100091
其中V0为在零速度时的引入电压，ωLH1为使用完全引入电压V0的最大速度，而ωLH2为不使用引入电压的最小速度。这样，被供给到信号加法器130、132的引入电压随着电机速度增加而在电机绝对速度ωLH1和ωLH2之间逐渐停用。
低速极性检测器230将响应于无传感器位置反馈信号212确定的低速误差与两相电流(Iα/β)进行对比。当通过无传感器转子位置和速度估计器108确定初始转子位置信息时，必须在正、负D轴线(即，转子磁体北极和南极)之间进行区分。低速极性检测器230从低速误差和两相电流(Iα/β)确定无传感器转子位置信号是否与转子北极适当对准。如果无传感器转子位置信号不与转子北极适当对准，则向速度观测器模块222提供重置位置信号232。响应该重置位置信号232，速度观测器模块222切换无传感器转子位置信号的极性，使得位置信号208与转子位置正确对准。
这样，无传感器位置和速度估计器108提供了无传感器位置信号208和无传感器速度信号210，作为在低速和高速二者时的反馈信号。特别地，误差合并模块206，包括低速误差逐渐停用模块216和高速误差逐渐引入模块218，提供了从低速无传感器操作到高速无传感器操作的平稳过渡。
参照图3，按照本发明的低速提取模块202的框图包括静止-同步转换模块302，其用于响应位置反馈信号θest在通量轴线和扭矩轴线上将静止电流信号Iα和Iβ转换成同步电流信号Id和Iq。同步电流信号Id和Iq均被提供给相应的第一信号处理通道304和第二信号处理通道306以便对其进行处理，从而确定相应的第一和第二误差分量信号。第一误差分量信号被提供给第一信号加权模块308以便将第一误差分量信号乘以通量轴线误差信号加权因子而生成通量轴线误差信号。以类似的方式，第二误差分量信号被提供给第二信号加权模块310以便将第二误差分量信号乘以扭矩轴线误差信号加权因子而生成扭矩轴线误差信号。按照本实施例，误差信号加法器312将通量轴线误差信号和扭矩轴线误差信号合并以生成强低速误差信号，以便提供给误差合并模块206(图2)，并从而提供给速度观测器222(图2)。速度观测器222结合第一信号加权模块308和第二信号加权模块310以及误差信号加法器312操作为速度/位置生成器，以便响应于第一和第二误差分量信号以无传感器的方式生成转子速度和位置信号。
第一处理通道304包括解码通道314，其中通量轴线电流信号被二阶带通滤波器316滤波，然后频率在混合器318处被混合，以响应于引入电机102的通量轴线的高频信号来调节被滤波的信号。在混合器318频率将滤波信号与响应于引入的高频信号而生成的信号cos(ωinjt)进行频率混合以将滤波信号转换成中间频率之后，转换后的信号被二阶低通滤波器320滤波。
以类似的方式，第二处理通道306包括解码通道322，其中扭矩轴线电流信号被二阶带通滤波器324滤波，然后频率在混合器326处与信号-cos(ωinjt)混合，以将滤波信号转换成中间频率，转换的信号然后被二阶低通滤波器328滤波以生成用于第二信号处理通道306的第二误差分量信号。
返回第一信号处理通道304，在通过低通滤波器320对转换的通量轴线信号进行滤波之后，随后在加法器330处从所得的信号中减去通量轴线同步基准帧偏移电流Id_offset。然后通过角度计算器332生成用于第一处理通道304的误差分量信号，该角度计算器332通过在同步基准帧中位于通量轴线信号与由第二信号处理通道306所生成的第二误差分量信号之间的角度差来调节通量轴线信号。
常规的低速无传感器的转子速度和位置计算方案将高频信号引入到永磁电机的通量轴线中，并响应于在永磁电机的扭矩轴线上所观测到的误差来以无传感器的方式确定转子速度和位置。按照本实施例，低速提取模块202响应于在电机102的扭矩轴线(经由第二信号处理通道306)和通量轴线(经由第一信号处理通道304)二者上观测到的误差来确定转子速度和位置。这样，低速提取模块202提供了来自加法器312的更强的误差信号，以便由速度观测器222(图2)在低速时加以利用。相应地，低速提取模块202提供了能够在电机***100的深度饱和、高负荷操作状态下进行操作的可靠的低速无传感器控制，从而能够实现具有增加的功率密度的按照本实施例的电机***的设计。
虽然已在图3中示出了低速提取模块202的示例性结构，但本领域的技术人员应该认识到，计算在零速度(例如，起动)和接近零速度时的无传感器速度信号和无传感器位置信号的低速提取模块202可采用多种不同构造中的任何一种构造来构成。例如，可将相控制信号(Iα/β)数字化，并且能够在软件中计算无传感器位置信号和无传感器速度信号。相应地，图4示出了按照本实施例在零速度和接近零速度时执行无传感器位置和速度估计的低速提取模块202的操作的流程图400。
电机102的低速无传感器控制首先确定电机的速度是否在低速范围内，例如处于起动速度或处于接近零速度(即，速度是否小于预定的最低速度)(402)。当速度在低速范围内时，将高频信号引入电机102的通量轴线中(404)。
然后通过对扭矩轴线同步基准帧电流信号进行滤波(412)以及响应于引入的高频信号从滤波信号恢复扭矩轴线误差信号(414)来生成扭矩轴误差信号(410)。
接下来，生成通量轴线误差信号(420)。首先，对通量轴线同步基准帧电流信号进行滤波(422)，并响应于引入的高频信号来调节滤波信号以恢复误差信号(424)。然后从误差信号减去同步基准帧偏移电流值(426)。最后，通过响应于同步基准帧中位于求和值与扭矩轴线误差信号之间的角度差来调节求和值(428)，从而生成通量轴线误差信号。
然后通过合并通量轴线误差信号的加权因子(G1*Errord)和扭矩轴线误差信号的加权因子(G2*Errorq)从而生成合并的低速误差信号(430)。然后，响应于合并的低速误差信号以无传感器的方式确定转子位置和转子速度(440)。然后，在以无传感器方式重新计算转子位置和转子速度之前，处理过程返回以确认操作为低速操作(402)。
因此，可以看出，用于低速无传感器生成转子速度和转子位置的本发明的方法和装置利用了在扭矩轴线和通量轴线二者中产生的误差信号，从而为速度观测器222(图2)提供在低速时的更强的误差信号，以生成无传感器位置信号208和无传感器速度信号210。由此，强的合并的误差信号提供了用于所有操作状态的可靠的低速控制，包括深度饱和的操作状态。这样，用于低速无传感器生成转子速度和转子位置的本发明的方法和装置为电机***100提供了最高可能的功率密度，因为此类高功率密度电机***可在低速时以高负荷在深度饱和状态下操作。
虽然已在前面的详细描述中提出了至少一个示例性实施例，但应该理解的是，存在非常多的变型。例如，如图2所示的转子速度和位置估计器108的结构可利用其它用于误差合并模块206的设计而非所示结构。还应当理解的是，一个或多个示例性实施例只是实例，且并非想要以任何方式限制本发明的范围、实用性或构造。相反，前面的详细描述将为本领域的技术人员提供用于实现一个或多个示例性实施例的方便的路线图。应当理解的是，可在元件的功能和设置中作出各种改变而不脱离如所附权利要求及其法律等同物所阐明的本发明范围。

Claims (18)

1.一种用于永磁电机的低速无传感器控制的方法，包括：
将高频信号引入到所述永磁电机的通量轴线中；以及
响应于所述永磁电机的通量轴线上的通量轴线误差信号和所述永磁电机的扭矩轴线上的扭矩轴线误差信号二者而以无传感器的方式确定转子位置和转子速度，所述通量轴线误差信号和所述扭矩轴线误差信号二者均是响应同步基准帧中的电流矢量信号而确定的；
其中，确定转子位置和转子速度的步骤包括：
响应于第一误差信号和通量轴线误差信号加权因子来生成通量轴线误差信号；
响应于第二误差信号和扭矩轴线误差信号加权因子来生成扭矩轴线误差信号；
将所述第一误差信号和所述第二误差信号合并以生成合并的误差信号；以及
响应于所述合并的误差信号以无传感器的方式确定所述转子位置和所述转子速度。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述生成所述通量轴线误差信号的步骤包括响应同步基准帧偏移值生成所述第一误差信号。
3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述生成所述第一误差信号的步骤还包括响应所述同步基准帧中在所述第一误差信号与所述第二误差信号之间的角度差来生成所述第一误差信号。
4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，所述生成所述第一误差信号的步骤还包括对通量轴线同步基准帧电流信号进行滤波以生成通量轴滤波信号，以及响应于引入到所述永磁电机的所述通量轴线中的所述高频信号来调节所述通量轴线滤波信号。
5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，所述生成所述扭矩轴线误差信号的步骤包括对扭矩轴线同步基准帧电流信号进行滤波以生成扭矩轴线滤波信号，以及响应于引入所述永磁电机的所述通量轴线中的所述高频信号来调节所述扭矩轴线滤波信号。
6.一种用于永磁电机的无传感器控制器，包括：
第一信号处理通道，用于响应所述永磁电机的通量轴线来确定第一误差分量信号；
第二信号处理通道，用于响应所述永磁电机的扭矩轴线来确定第二误差分量信号；以及
速度/位置生成器，用于响应所述第一误差分量信号和所述第二误差分量信号生成无传感器转子速度和无传感器转子位置；
其中，所述速度/位置生成器包括：
与所述第一信号处理通道联接的第一信号加权模块，用于响应于所述第一误差分量信号和通量轴线误差信号加权因子来生成通量轴线误差信号；
与所述第二信号处理通道联接的第二信号加权模块，用于响应于所述第二误差分量信号和扭矩轴线误差信号加权因子来生成扭矩轴线误差信号；以及
与所述第一信号加权模块和所述第二信号加权模块联接的误差信号加法器，用于合并所述通量轴线误差信号和所述扭矩轴线误差信号，从而生成合并的误差信号，响应于所述合并的误差信号生成无传感器转子速度。
7.根据权利要求6所述的无传感器控制器，其特征在于，所述速度/位置生成器还包括位置速度观测器，所述位置速度观测器与所述误差信号加法器联接，用于响应所述无传感器转子速度生成所述无传感器转子位置。
8.根据权利要求6所述的无传感器控制器，其特征在于，所述第一信号处理通道包括角度计算器，所述角度计算器用于响应同步基准帧中在所述第一误差信号与所述第二误差信号之间的角度差来生成所述第一误差分量信号。
9.根据权利要求8所述的无传感器控制器，其特征在于，所述第一信号处理通道还包括用于接收同步基准帧偏移电流的加法器，所述第一信号处理通道响应于所述同步基准帧偏移电流生成所述第一误差分量信号。
10.根据权利要求6所述的无传感器控制器，其特征在于，所述第一和第二信号处理通道包括相应的第一和第二解码通道，所述第一和第二解码通道均至少包括二阶带通滤波器和二阶低通滤波器。
11.根据权利要求10所述的无传感器控制器，其特征在于，所述第一和第二解码通道还均包括混合器，所述混合器用于响应引入所述永磁电机的所述通量轴线中的高频信号来调节所述第一和第二解码通道上的信号。
12.一种电机***，包括：
包括多个相的永磁电机；
逆变器，用于响应于调制控制信号而生成多个相信号，并且与所述永磁电机联接以便将所述多个相信号中的各个相信号提供给所述永磁电机的所述多个相中的对应一个；
控制器，用于响应无传感器位置信号、无传感器速度信号和相电流信号生成所述调制控制信号，所述相电流信号对应于所述多个相信号中的一个或多个的电流，以及
无传感器位置和速度估计器，用于响应所述相电流信号生成所述无传感器位置信号和所述无传感器速度信号，其中所述无传感器位置和速度估计器包括：
低速误差提取模块，用于响应所述相电流、无传感器位置反馈信号和无传感器速度反馈信号来确定低速误差信号；
高速误差提取模块，用于响应所述相电流、所述无传感器位置反馈信号和所述无传感器速度反馈信号来确定高速误差信号；以及
误差合并模块，用于响应所述高速误差信号和所述低速误差信号来确定所述无传感器位置信号和所述无传感器速度信号，其中所述无传感器位置反馈信号等于所述无传感器位置信号，并且所述无传感器速度反馈信号等于所述无传感器速度信号，并且其中所述相电流对应于所述永磁电机的所述多个相上的电流；
其中，所述低速误差提取模块包括：
第一信号处理通道，用于响应所述永磁电机的通量轴线确定第一误差分量信号；
第二信号处理通道，用于响应所述永磁电机的扭矩轴线确定第二误差分量信号；以及
速度/位置生成器，用于响应所述第一误差分量信号和所述第二误差分量信号生成所述无传感器转子速度和所述无传感器转子位置。
13.根据权利要求12所述的电机***，其特征在于，所述速度/位置生成器包括：
与所述第一信号处理通道联接的第一信号加权模块，用于响应所述第一误差分量信号和通量轴线误差信号加权因子生成通量轴线误差信号；
与所述第二信号处理通道联接的第二信号加权模块，用于响应所述第二误差分量信号和扭矩轴线误差信号加权因子生成扭矩轴线误差信号；以及
与所述第一信号加权模块和所述第二信号加权模块联接的低速误差信号加法器，用于合并所述通量轴线误差信号和所述扭矩轴线误差信号，从而生成合并的误差信号，响应于所述合并的误差信号生成无传感器转子速度。
14.根据权利要求13所述的电机***，其特征在于，所述误差合并模块包括位置速度观测器，所述位置速度观测器与所述低速误差提取模块的所述低速误差信号加法器联接，并与所述高速误差模块联接，以便响应所述无传感器转子速度生成所述无传感器转子位置。
15.根据权利要求12所述的电机***，其特征在于，所述第一信号处理通道包括角度计算器，所述角度计算器用于响应同步基准帧中在所述第一误差信号与所述第二误差信号之间的角度差来生成所述第一误差分量信号。
16.根据权利要求15所述的电机***，其特征在于，所述第一信号处理通道还包括用于接收同步基准帧偏移电流的加法器，所述第一信号处理通道响应于所述同步基准帧偏移电流生成所述第一误差分量信号。
17.根据权利要求12所述的电机***，其特征在于，所述第一和第二信号处理通道包括相应的第一和第二解码通道，所述第一和第二解码通道均至少包括二阶带通滤波器和二阶低通滤波器。
18.根据权利要求17所述的电机***，其特征在于，所述第一和第二解码通道还包括混合器，所述混合器用于响应引入到所述永磁电机的所述通量轴线中的高频信号来调节所述第一和第二解码通道上的信号。
CN2010102828121A 2009-09-11 2010-09-10 用于低速永磁电机操作的方法和装置 Active CN102025302B (zh)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
US12/558,291 US8339081B2 (en) 2009-09-11 2009-09-11 Method and apparatus for low speed permanent magnet motor operation
US12/558291 2009-09-11

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN102025302A CN102025302A (zh) 2011-04-20
CN102025302B true CN102025302B (zh) 2013-06-12

Family

ID=43729835

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN2010102828121A Active CN102025302B (zh) 2009-09-11 2010-09-10 用于低速永磁电机操作的方法和装置

Country Status (3)

Country Link
US (1) US8339081B2 (zh)
CN (1) CN102025302B (zh)
DE (1) DE102010040393A1 (zh)

Families Citing this family (26)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP2552014A3 (en) 2011-07-28 2016-08-17 Vestas Wind Systems A/S A method of position sensorless control of an electrical machine
EP2552015B1 (en) 2011-07-28 2018-05-16 Vestas Wind Systems A/S A method of position sensorless control of an electrical machine
JP5962194B2 (ja) * 2012-05-10 2016-08-03 東芝三菱電機産業システム株式会社 リバース圧延用電動機の駆動システム
JP6078300B2 (ja) * 2012-11-07 2017-02-08 カルソニックカンセイ株式会社 電動コンプレッサの制御装置
CN103840725B (zh) * 2012-11-26 2016-05-18 台达电子工业股份有限公司 永磁同步电机转子位置偏差测量装置及方法
JP5667153B2 (ja) 2012-12-03 2015-02-12 ファナック株式会社 同期電動機の磁極位置検出装置
US20150188461A1 (en) * 2013-12-30 2015-07-02 Samsung Electro-Mechanics Co., Ltd. Motor driving control apparatus and method, and motor driving system using the same
KR101840509B1 (ko) * 2014-04-29 2018-03-20 엘에스산전 주식회사 동기전동기 센서리스 벡터제어를 위한 회전각 추정장치
US9595903B2 (en) 2015-03-20 2017-03-14 General Electric Company Controller for motor
CN104901600B (zh) * 2015-05-19 2017-10-27 南京航空航天大学 宽转速范围内永磁同步电机的无位置传感器控制方法
WO2017022126A1 (ja) * 2015-08-06 2017-02-09 株式会社山田製作所 モータ制御装置
DE102016003738A1 (de) * 2016-03-31 2017-10-05 Wilo Se Zwischenkreisspannungsabhängige Rückspeiseenergiebegrenzung für elektrische Antriebe
JP6316481B1 (ja) * 2017-04-21 2018-04-25 三菱電機株式会社 電動機の制御装置
CN107561340A (zh) * 2017-07-27 2018-01-09 中国船舶重工集团公司第七二四研究所 一种交流伺服驱动器电流宽温漂移自校正检测方法
DE102017215728A1 (de) * 2017-09-07 2019-03-07 Zf Friedrichshafen Ag Vorrichtung und Verfahren zum Steuern eines Betriebs einer elektrischen Maschine
US10666099B1 (en) 2018-11-26 2020-05-26 GM Global Technology Operations LLC Slotted permanent magnets for electric machines
US11323001B2 (en) * 2019-07-02 2022-05-03 GM Global Technology Operations LLC Segmented bar conductors for electric machines
US10780849B1 (en) 2019-08-07 2020-09-22 GM Global Technology Operations LLC Electric drive units with integrated power electronics for vehicle powertrains
US11466547B2 (en) 2019-10-31 2022-10-11 Halliburton Energy Services, Inc. Measurement guided oscillation detection for motor protection
US11147193B2 (en) 2020-02-25 2021-10-12 GM Global Technology Operations LLC Vascular cooling system for electrical conductors
US11230288B1 (en) 2020-09-28 2022-01-25 GM Global Technology Operations LLC Optimized regenerative braking for hybrid electric vehicle (HEV) powertrain configurations
US11710993B2 (en) 2020-10-28 2023-07-25 GM Global Technology Operations LLC Electric machines with features for enhancing load transfer performance of stacked-laminate rotors
CN112821838A (zh) * 2020-11-24 2021-05-18 华能海南发电股份有限公司东方电厂 一种提高空压机永磁同步电动机控制***性能的方法
CN113037159B (zh) * 2021-03-15 2022-08-02 哈尔滨工业大学 永磁同步电机转子位置偏移误差在线抑制方法
US11444558B1 (en) 2021-05-18 2022-09-13 Haier Us Appliance Solutions, Inc. Low speed sensorless observation of permanent magnet synchronous motors
US11942822B2 (en) 2021-12-23 2024-03-26 GM Global Technology Operations LLC Stator tooth and winding conductor designs for electric machines

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN1787357A (zh) * 2004-12-06 2006-06-14 Lg电子株式会社 控制电动机启动的方法和装置
CN1322667C (zh) * 2002-04-02 2007-06-20 株式会社安川电机 交流电动机的无传感器控制装置及控制方法
CN100397772C (zh) * 2000-11-10 2008-06-25 奥蒂斯电梯公司 电梯中永磁同步电机的无编码器运行方法和设备
EP1944860A1 (en) * 2007-01-12 2008-07-16 ABB Oy A method for sensorless estimation of rotor speed and position of a permanent magnet synchronous machine

Family Cites Families (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP3979561B2 (ja) * 2000-08-30 2007-09-19 株式会社日立製作所 交流電動機の駆動システム
US6763622B2 (en) * 2002-10-10 2004-07-20 General Motors Corporation Amplitude detection method and apparatus for high frequency impedance tracking sensorless algorithm
US6894454B2 (en) * 2002-10-10 2005-05-17 General Motors Corporation Position sensorless control algorithm for AC machine
CN100477483C (zh) * 2004-01-07 2009-04-08 三菱电机株式会社 电动机控制装置
EP1653601B1 (en) * 2004-10-28 2009-04-01 ABB Oy Method for estimating the rotor speed and position of a permanent magnet synchronous machine
US7602139B2 (en) * 2006-07-13 2009-10-13 International Rectifier Corporation Signal conditioning apparatus and method for determination of permanent magnet motor rotor position

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN100397772C (zh) * 2000-11-10 2008-06-25 奥蒂斯电梯公司 电梯中永磁同步电机的无编码器运行方法和设备
CN1322667C (zh) * 2002-04-02 2007-06-20 株式会社安川电机 交流电动机的无传感器控制装置及控制方法
CN1787357A (zh) * 2004-12-06 2006-06-14 Lg电子株式会社 控制电动机启动的方法和装置
EP1944860A1 (en) * 2007-01-12 2008-07-16 ABB Oy A method for sensorless estimation of rotor speed and position of a permanent magnet synchronous machine

Also Published As

Publication number Publication date
CN102025302A (zh) 2011-04-20
DE102010040393A1 (de) 2011-04-21
US20110062902A1 (en) 2011-03-17
US8339081B2 (en) 2012-12-25

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN102025302B (zh) 用于低速永磁电机操作的方法和装置
US8269445B2 (en) Limp home operational mode for an electric vehicle
CN106330046B (zh) 基于特定负载的五相容错永磁电机无位置传感器控制方法
EP2515431B1 (en) Electrical power conversion device and electric motor control system
EP2869457B1 (en) Control system
US9317019B2 (en) Sinusoidal modulation control methods and circuits for permanent magnet synchronous motors
CN102045013B (zh) 用于电牵引驱动***的故障安全控制
KR101339653B1 (ko) 동기기의 위치 센서리스 제어 장치
JP6159659B2 (ja) 電力変換器の制御装置及び電気車
CN102025306A (zh) 永磁电动机的位置无传感器控制
CN109347386B (zh) 一种基于svpwm的五相永磁电机最大转矩电流比容错控制方法
CN112204873B (zh) 永磁同步电机控制装置、电动车以及磁极极性判别方法
US11005405B2 (en) Rotating-electric-machine control apparatus and electric power steering control apparatus equipped with the rotating-electric-machine control apparatus
US7279865B2 (en) Method and apparatus for monitoring motor status using induced motor voltage
CN104767455A (zh) 一种混合励磁同步电机无位置传感器直接转矩控制方法
US8810168B2 (en) Rotating machine controller
CN107046389B (zh) 一种基于cpwm的三相永磁电机最大转矩电流比容错控制方法
JP4295059B2 (ja) 直流電圧検出回路の故障診断装置およびモータ制御システム
CN113169694A (zh) 旋转电机的控制装置和电动车辆的控制装置
JP7323447B2 (ja) 永久磁石同期機制御装置及びその方法
JP2010035373A (ja) 鉄道車両駆動制御装置
JP5011509B2 (ja) 回転電機の制御装置
JP6422796B2 (ja) 同期機制御装置及び駆動システム
Yang et al. Direct torque control sensorless on three-level inverter permanent magnet synchronous motor based on sliding mode observer
Nishida et al. A novel interior permanent magnet synchronous generator system using PWM converter with PLL circuit

Legal Events

Date Code Title Description
C06 Publication
PB01 Publication
C10 Entry into substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
C14 Grant of patent or utility model
GR01 Patent grant