用于识别可变磁阻同步电动机的电感值的控制处理的制作方法

本发明涉及在耦合至电压转换器的处理单元中实现的控制处理，所述电压转换器被用来控制同步电动机。该控制处理具体旨在确定所述电动机的电感值。

本发明可应用于可变磁阻同步电动机。

背景技术：

通过变速驱动器(drive)来在速度方面控制电动机。变速驱动器包括：输入相，以便连接至供电网络；以及输出相，以便连接至电动机。所述变速驱动器传统地包括：整流器级，以便整流施加至输入的网络的电压；以及逆变器级，以便生成去往电动机的输出相中的可变电压。

由于磁饱和，可变磁阻同步电动机的电感值作为注入定子的电流(称为定子电流)的函数而变化。

然而，大多数时间，电动机的电感值被选择为恒定的，导致对于监控所采用的电动机的性能的限制。

即便如此，存在用于确定电动机的电感值的方法。专利申请ep1641114a1提出了这样的方法，其采用位于电动机中的位置传感器。

专利申请ep2453248a1提出了另一种用于识别电动机的电感的方法。该方法基于在停止时向电动机中注入电压脉冲。通过对定子的端子处的总电压与电动机的电阻的区域中的电压之间的差进行积分来获得定子处的磁通量。通过将磁通量关于电流进行差分而获得电动机的每个电感值。该方法表现出了若干缺点，尤其是必须很好地了解电动机的电阻并且获得施加至电动机的电压的精确测量。

专利申请us2007/241715a1、wo2012/000507a1和us2013/173193a1描述了用于确定作为各种电流值的函数的电感值的其他解决方案。

本发明的目的在于提出一种被实现来确定可变磁阻同步电动机的电感值的控制处理，所述处理简单并可靠，并且既不需要使用位置传感器，也不需要精确地了解电动机的电阻或施加至电动机的电压。

技术实现要素：

该目的通过一种用于控制可变磁阻同步电动机的处理实现，其在处理单元中实现，所述处理单元耦合至功率转换器，所述功率转换器通过输出相连接至所述电动机，并且被设计为执行控制方案以便施加可变电压至所述电动机，所述处理包括识别所述电动机的磁通量电感值的阶段，该识别阶段包括：

-在所述控制方案的开始生成参考电流的步骤，所述参考电流根据预定轮廓取连续的若干值，

-对于每个参考电流值，确定对应于在电动机的输出相中测量的电流的电流值的步骤，

-对于每个参考电流值，通过识别模块确定作为施加在输入处的参考电流值、基于输出相中测量的电流确定的对应电流值、以及预定或可变电感值的函数的电感值的步骤，

-对于基于在三个输出相中测量的电流确定的每个电流值，存储在确定步骤的过程中确定的对应电感值。

根据区别特征，参考电流服从从最小或最大限定初始值直至相应的最大或最小最终值的可变轮廓。

根据第一实施例，所述参考电流通过服从线性轮廓取若干连续值。

根据第二实施例，所述参考电流通过服从具有若干梯级的阶梯轮廓取若干连续值，参考电流的每个值是根据所述轮廓的梯级的。

根据另一区别特征，所述处理包括跟随识别阶段的操作阶段，所述操作阶段包括利用在识别阶段的过程中存储的每个电感值，以便确定要施加至电动机的参考磁通量。

本发明还涉及一种用于控制可变磁阻同步电动机的系统，包括处理单元，所述处理单元耦合至功率转换器，所述功率转换器通过输出相连接至所述电动机，并且被设计为通过执行控制方案施加可变电压至所述电动机，其特征在于，所述控制方案包括：

-用于生成参考电流的路径的模块，

-用于对于参考电流的每个值确定基于在输出相中测量的电流而确定的电流值的模块，

-用于基于参考电流值、基于输出相中测量的电流确定的对应电流值、以及预定或可变电感值识别电动机的每个电感值的模块，

-对于基于在三个输出相中测量的电流确定的每个电流值，用于存储所确定的对应电感值的模块。

根据所述系统的区别特征，用于生成参考电流的模块被设计为使得所述电流服从初始地从最小或最大的限定值直至相应的最大或最小最终值的可变轮廓。

根据实施例，所述参考电流通过服从线性轮廓取若干连续值。

根据另一区别特征，所述参考电流通过服从具有若干梯级的阶梯轮廓取若干连续值，参考电流的每个值是根据所述轮廓的梯级的。

附图说明

其他特征和优点将在下面的详细描述中变得明显，所述详细描述已经关于附图而作出，附图中：

图1示意性地图示本发明的操作原理；

图2a和图2b示出作为电流id的函数的电感ld和磁通量φd的展开(development)曲线；

图3a和图3b表示用于实现本发明的控制处理的参考电流所服从的两个不同的轮廓；

图4示出图示在电动机的控制方案中采用的电感的实时适配的原理的时序图。

具体实施方式

本发明涉及在耦合至功率转换器的处理单元中实现的控制处理。该控制处理尤其适于可变磁阻同步电动机m的控制。处理单元和电压转换器例如在意在控制所述电动机m的变速驱动器中组合。处理单元包括至少一个微处理器和存储器。

功率转换器以已知方式包括至少一个逆变器级inv，其通过若干输出相(图1中，三个输出相a、b、c)连接至电动机m。逆变器级包括若干晶体管，其被控制以将可变电压施加至输出相。晶体管的控制通过在处理单元中的控制方案的执行而实现。

以已知方式，用于速度控制的方案包括以下元素：

-在模块m1的输入施加在链接至电动机的转子的参考框架d、q的轴d上的参考电流

-基于参考电流和电感值模块m1确定轴d上的参考磁通量

-基于参考速度和电动机的实际速度的估计，模块m2确定轴q上的参考电流

-基于参考电流参考磁通量和表示在每个输出相中测量的电流的电流id和电流iq，模块m3确定要施加至电动机m的电压ud、uq。

-基于电压ud、uq，模块m4施加park变换，以便确定要施加至每个输出相的电压ua、ub、uc。

-模块m5被设计为估计注入模块m2中的电动机的速度

-模块m6执行park变换，以便将每个输出相中测量的电流ia、ib、ic变换为要在模块m3和模块m5的输入处注入的电流id和iq。

本发明的处理包括获得表示作为电流id的函数的电动机的电感值的曲线。下面的演示说明了电动机的电感如何作为该电流id的函数而变化。

通过以下关系表示在链接至电动机的转子的参考框架d、q中的可变磁阻同步电动机的一般模型：

其中，

·对应于电磁通量，

·对应于电动机的电流，

·对应于电动机的电压，

·r对应于电动机的定子电阻，

·jm和np是电动机的机械参数，

·τl是负载扭矩，

·ω是电动机的速度。

通过磁通量与电流之间的关系表示在轴d上的磁饱和：

其中，是电流id的函数。

通过类似于线性模型并且不丧失一般性，以下面的形式将函数写为轴d的电流的函数：

其中，ld表示作为轴d的电流的函数的电动机的电感(通过类比于线性模型)。

图2a和图2b示出作为电流id的函数的电感ld和磁通量φd的展开。

本发明的控制处理旨在重建图2a和图2b中表现的曲线，以便能够采用在驱动器的正常操作期间确定的电感值。

本发明的控制处理包括识别阶段，其被实现以便识别这些电感值。

图1表示电动机的控制方案，包括使得能够实现该识别阶段的块。一旦识别阶段已经完成，电动机的控制方案就不再执行该识别阶段所需的模块。

识别阶段

识别阶段在电动机的正常操作以外的控制方案中实现，并且使得能够确定上述饱和曲线。该识别阶段最初在电动机的操作和监控阶段之前(例如在变速驱动器的启动时)实现。

在描述的剩余部分中，将采用以下符号以便识别各种电感：

-电动机的实际电感:ld(id)

-电动机的控制方案中使用的电感:

-由识别函数估计的电感:

-用于初始化识别函数的电感:

借助于插入控制方案中的特定模块m7实现识别阶段。参照图1，该模块m7在其输入处获取参考电流测量电流id、用于初始化识别函数的电感并且在其输出处产生用于由模块m1在控制方案中使用的电感和估计电感

为了扫描上述整个饱和曲线，需要改变参考磁通量以此方式，对于的每个值，获得饱和曲线上的点。

如下，与电动机量一致地写入由控制方案提供的电压uq：

uq＝riq+ωφd

通过减去电阻项，并通过使用速度的知识，获得以下关系：

其中，参考磁通量是并且在模块m1的输出处获得。

最后，获得以下：

因此，将从上面的等式(3)理解，对于测量电流id的每个值，获得实际电感值ld(id)。

采用模块m8以便生成参考电流的路径，并且将以此方式生成的参考电流注入上述模块m1。

为了覆盖整个饱和曲线，参考电流路径具有以下特性：

·参考电流的值被初始化为使得速度能够稳定化的值

·在速度的稳定化之后，将参考电流重置为最小值

·为了覆盖饱和曲线，参考电流服从从最小值去往最大值的路径。

可以通过若干可能的方法获得从最小值至最大值的路径。然而，为了使监控在识别阶段期间保持稳定，需要id与之间的差保持与被监控的系统的稳定性兼容。以此方式，可以采用使得差保持在对应于电动机的稳定操作的阈值以下的任何类型的路径。例如，参考电流可以服从以下两条路径之一：

-线性路径，具有稍微的梯度(图3a)，或

-阶梯路径(图3b)。

根据本发明，通过模块m7执行的电感的确定可以以两种不同的方式实现：

-通过直接计算，或

-通过实时适配。

通过直接计算：

参考电流的变化使得能够覆盖饱和曲线。对于参考电流的每个值，获得测量电流值id。以此方式，如下，从以上定义的等式(3)获得对应于该电流id的电动机的估计电感

其中，是在监控中使用的电感，其在该情况下是恒定的，并且具有值

对于参考电流的每个水平，通过直接计算获得的电感记录在存储器中，以便稍后在电动机的操作和监控阶段中重新采用。

通过实时适配：

在此情况下，电感不再被认为是恒定的，而是被认为作为电流差的函数而可变。以此方式，通过使用获取δid作为输入并得到作为输出的估计算法在模块m7中实时获得电感。作为测量电流δid的导数的函数，实时进行在识别阶段的过程中在电动机的控制方案中使用的电感的适配。

的展开的规则如下：

从该展开规则将理解，当电流差变为0时，电感已经收敛并恒定，并且用在收敛结束处获得的的值记录估计电感然后，得到：

图4图示电感的实时适配的原理。在该图中，可以看到，每当测量电流id已经朝向参考电流收敛并因此这两个电流之间的差为0时，在电动机的控制方案中采用的电感已经朝向有限值收敛。在收敛后获得的每个电感值于是被分配给电感的估计值，并因此通过存储模块m9记录在存储器中。在图4中，存储三个不同的值和

下面的演示使得可以示出，当对于固定参考电流电流差朝向0收敛时，电感的值朝向实际电感ld(id)良好收敛。

等式(3)重新排列如下：

认为是恒定的，并且将等式(5)关于时间进行差分：

对于一阶，近似如下：

通过在等式(6)中替换等式(4)，对于一阶，得到：

最终，得到：

通过选择kp＞0,ki＞0和并且得知上述系统是稳定的。因此，δid朝向0收敛，并且朝向ld收敛。例如，如下选择增益kp和ki：

其中，ξl是阻尼系数，并且ωl＝2πfl，其中fl是电感的估计器的通带；是被用于初始化识别函数的电感。

所提出的用于电感的估计的过程因此使得可以具有作为电流id的函数的电感ld的饱和曲线，其覆盖电动机的整个工作范围(图2)。

作为电流id的函数，在驱动器中实现该曲线，并且，在电动机的监控期间实时考虑所述曲线。

此外，本发明的解决方案使得能够改进电动机的性能数据，尤其是：

o可以增大最大扭矩，

o可以减小电能的消耗，

o可以改进电动机的监控的稳定性。