用于启动同步马达的方法
阅读说明：本技术 用于启动同步马达的方法 (Method for starting a synchronous motor ) 是由 A·卡利金 C·施图尔茨 于 2020-10-15 设计创作，主要内容包括：本发明涉及用于启动同步马达的方法。同步马达包括产生第一磁场的转子和具有连接到将电源电压转换成定子电压的电能转换器的定子绕组的定子。方法包括以下步骤：将参考定子电压施加到定子绕组；测量定子绕组中的定子电流；根据施加的定子电压和测量定子电流计算转子的估计转子速度和估计转子位置；通过从参考转子速度减去估计转子速度计算速度误差；根据速度误差确定参考转矩产生电流分量并用参考转矩产生电流分量修改参考电流矢量；通过从参考转子位置减去估计转子位置计算位置误差；通过将参考电流矢量通过位置误差变换成校正的参考电流矢量校正参考电流矢量；根据参考定子电压确定针对电能转换器的开关信号并将开关信号施加到电能转换器。(The invention relates to a method for starting a synchronous motor. The synchronous motor includes a rotor that generates a first magnetic field and a stator having stator windings connected to an electrical energy converter that converts a supply voltage to a stator voltage. The method comprises the following steps: applying a reference stator voltage to the stator winding; measuring a stator current in the stator winding; calculating an estimated rotor speed and an estimated rotor position of the rotor based on the applied stator voltage and the measured stator current; calculating a speed error by subtracting the estimated rotor speed from the reference rotor speed; determining a reference torque generating current component based on the speed error and modifying the reference current vector with the reference torque generating current component; calculating a position error by subtracting the estimated rotor position from the reference rotor position; correcting the reference current vector by transforming the reference current vector into a corrected reference current vector through the position error; a switching signal for the power converter is determined from the reference stator voltage and applied to the power converter.)
技术领域
本发明涉及电驱动器的控制。特别地，本发明涉及一种用于启动同步电机的方法、计算机程序和计算机可读介质，以及一种具有适于执行这样的方法的控制器的同步电机。
背景技术
可在不使用任何传感器或编码器的情况下检测同步马达(诸如永磁同步马达(PMSM))的转子位置和速度。
为了从停止状态启动同步马达，可施加旋转定子电流矢量，这产生迫使转子跟随定子电流矢量的电磁转矩。由于同步马达的自然阻尼非常弱，故这种启动可造成转子的速度振荡。应当避免这样的振荡。
通常，转子的额外阻尼可通过以适当的方式修改定子电流矢量来实现。定子电流的控制通常在与转子一起旋转的正交坐标系中实施。相应地，定子电流矢量可通过改变其分量中的至少一个或者通过改变坐标系旋转(例如，以预限定的频率分布)的频率来修改。
并且，同步马达的启动程序应当尽可能短。典型的算法可能够在至少3秒内启动同步马达。
例如，US 9998044 B2描述了一种用于三相无传感器永磁同步马达的启动方法，其中旋转坐标系的d轴线或q轴线上的转子通量投影用于确定在启动期间施加的定子电流参考是否足以使马达自旋。该方法还可基于转子的参考角度和估计角度之间的角度差来确定针对定子转矩电流参考的初始值以在闭环磁场定向控制模式开始时使用。
US 2010/0264861 A1描述了一种用于确定电动马达的通量矢量的位置的方法。如图1中所示出的，通过从参考转子速度ωref减去估计转子速度ωr来计算速度误差，并且根据速度误差确定电流矢量Iqref。图1还示出了通过对估计定子速度ωs进行积分来确定对应于转子通量矢量的估计位置的角度θs。马达被控制成使得转子通量矢量的估计位置θs和真实位置θR之间的差最小化。
CN 106208865 B描述了一种用于控制多个永磁同步马达的方法。图1示出了速度误差和位置误差被计算并用于控制马达的控制方案。
CN 103270691 B描述了一种无传感器AC马达控制器，该控制器使用前馈转矩控制(FFTC)，以便测量转子的角位置。图3示出了如下的控制方案：施加的转子速度ω’使用负载模型22来确定，并且施加的转子位置θ’通过对施加的转子速度ω’进行积分来确定。施加的转子位置θ’由块31使用来由施加的电流分量i’d、i’q生成用于马达11的定子电压v’u、v’v、v’w，并且由块14使用来根据马达11的测量定子电流确定电流分量id、iq的测量值。施加的转矩生成电流分量i’q和电流分量iq的测量值之间的差Δiq可被计算并用于校正负载模型22。
Xiao Xi等人在以下文献中描述了针对无传感器矢量控制系统的另外的示例：“内部永磁电机驱动中的基于MRAS方法的无传感器控制(A Sensorless Control Based onMRAS Method in Interior Permanent-Magnet Machine Drive)”，电力电子与驱动系统国际会议，马来西亚吉隆坡，2005年11月28日-12月1日，第1卷，第734-738页。
发明内容
本发明的目的是将同步马达的启动期间的速度振荡减小到最小值、减少启动时间并提供到正常操作模式的平稳转换。
该目的通过独立权利要求的主题来实现。根据从属权利要求和以下描述，另外的示例性实施例是显而易见的。
本发明的第一方面涉及一种用于启动由电能转换器馈电的同步马达的方法。同步马达可包括用于产生第一磁场的转子和具有连接到电能转换器的定子绕组的定子，电能转换器用于将电源电压转换成定子电压，定子电压将施加到定子绕组，以产生与第一磁场相互作用的旋转第二磁场。转子可具有永磁体和/或转子绕组，以产生第一磁场。转子可以可旋转地安装在定子中。电能转换器可包括三相逆变器，其用于从电能转换器的DC链路提供三相定子电压。定子电压可由用于同步马达的无传感器磁场定向控制的控制器计算。同步马达(即AC马达，其中，在稳定状态下，转子的旋转与电源电流的频率同步)可为电驱动系统的部分，该电驱动系统包括电能转换器和用于取决于负载来控制同步马达的控制器。
该方法可由控制器自动执行。利用该方法，同步马达可在八个步骤中启动。
根据本发明的实施例，该方法的第一步骤包括：将参考定子电压施加到定子绕组，其中，参考定子电压根据参考电流矢量和参考转子速度来确定。参考电流矢量可根据在启动期间的参考电流量值来确定。参考电流矢量可在正交坐标系中提供。参考转子速度可为转子应当自旋的角速度。旋转坐标系可为正交坐标系，并且可与转子一起旋转。参考电流矢量可具有涉及转子通量和转子转矩的两个分量。参考电流量值和参考转子速度可在启动期间例如根据预限定的分布变化，该分布可为斜坡或阶跃函数或任何其它种类的适当函数。该分布还可包括恒定部分。
根据本发明的实施例，该方法的第二步骤包括：测量定子绕组中的定子电流。定子电流可由电能转换器的控制系统测量(例如，利用内置到电能转换器的三相逆变器中的电流感测和故障生成电路的低电感分流电阻器)。例如，测量定子电流可用于估计转子通量。由于测量定子电流可在固定三相坐标系中提供，故在估计转子通量之前，测量定子电流可在正交旋转坐标系中变换。测量定子电流还可用于计算参考电压，以用于在闭环控制模式下控制同步马达的速度或转矩。
根据本发明的实施例，该方法的第三步骤包括：根据施加的定子电压和测量定子电流来计算转子的估计转子速度和估计转子位置。估计转子速度和估计转子位置可在锁相环路中根据估计转子通量来计算。定子电压可在估计转子速度和转子位置之前在旋转坐标系中提供，并在固定三相坐标系中变换。
根据本发明的实施例，该方法的第四步骤包括：通过从参考转子速度减去估计转子速度来计算速度误差。速度误差可为由估计转子速度和参考转子速度之间的差生成的误差信号。
根据本发明的实施例，该方法的第五步骤包括：根据速度误差来确定参考转矩产生电流分量，并且利用参考转矩产生电流分量来修改参考电流矢量。速度误差可被输入到PI控制器，该控制器可相应地输出参考电流。因此，参考转矩产生电流分量可被视为用于校正参考电流矢量的参考转矩产生电流分量的PI控制器的输出。另外，参考转矩产生电流分量可被输入到极限控制器，以验证参考转矩产生电流分量没有超过电流上限和/或下限。例如，可取决于参考电流量值来提供电流极限。
根据本发明的实施例，该方法的第六步骤包括：通过从参考转子位置减去估计转子位置来计算位置误差，其中，参考转子位置根据参考转子速度和参考转子速度校正来确定，其中，参考转子速度校正随着位置误差而增大和减小，其中，从参考转子速度减去参考转子速度校正以确定校正的参考转子速度，并且其中，通过对校正的参考转子速度进行积分来确定参考转子位置。换句话说，当位置误差增大时，参考转子速度校正可增大，并且反之亦然。例如，参考转子速度校正的增大可与位置误差的增大成比例，并且反之亦然。
根据本发明的实施例，该方法的第七步骤包括：通过将参考电流矢量通过位置误差变换成校正的参考电流矢量来校正参考电流矢量，其中，校正的参考电流矢量的旋转坐标系与估计转子位置对齐。当位置误差下降成低于预限定的阈值时，位置误差可能被设置成零。在这种情况下，参考转子位置可被设置成与估计转子位置相同。
根据本发明的实施例，该方法的第八步骤包括：根据参考定子电压来确定用于电能转换器的开关信号，并且将开关信号施加到电能转换器。开关信号可为通过脉宽调制在三相坐标系中提供的相电压来生成的信号。这样的脉宽调制可利用在控制器中作为硬件和/或软件实施的空间矢量调制算法来控制。例如，开关信号可各自作为用于电能转换器的栅极驱动器的低功率输入信号来生成。备选地，开关信号可各自作为这样的栅极驱动器的高电流输出信号来生成。这样的输出信号然后可施加到连接到电能转换器的DC链路的三相逆变器的晶体管的栅极。
根据本发明的实施例，该方法进一步包括：根据位置误差来确定估计转子位置是否被接受为正确的；当估计转子位置被接受为正确的时：使用估计转子位置来作为参考转子位置，并将参考电流矢量的量值改变成针对电驱动系统的正常操作的初始值；和/或当估计转子位置未被接受为正确的时：根据预限定的量值分布来改变参考电流矢量的量值和/或根据预限定的转子速度分布来改变参考转子速度。例如，当估计转子位置达到期望的最小值时，可将估计转子位置确定为正确的，并且只要还没有达到期望的最小值，就可将估计转子位置确定为不正确的。在前一种情况中，参考转子位置的值可被设置成估计转子位置的值，即，位置误差可被设置成零。在电驱动系统的正常操作中，电能转换器可通过闭环无传感器磁场定向控制基于外部速度和/或转矩参考信号来控制，这也可被称为速度和/或转矩控制方案。参考转矩产生电流分量的初始值可被选择成使得确保从启动程序到速度或转矩控制方案的平稳过渡。例如，初始值可为在启动程序期间计算的参考转矩产生电流分量的最近值。一旦估计转子位置被确定为正确的，参考电流矢量的量值就可利用斜坡或阶跃函数来设置成初始值。以这种方式，可实现到电驱动系统的正常操作模式的平稳切换。另外或备选地，预限定的量值分布可为上升曲线或具有上升部分和恒定部分的曲线。上升曲线可为线性或非线性连续曲线。恒定部分可为曲线的水平线。
根据本发明的实施例，将位置误差的绝对值与预限定的阈值进行比较，其中，当位置误差的绝对值保持低于阈值达预限定的时间段时，估计转子位置被接受为正确的。阈值可被计算或通过实验来确定。
根据本发明的实施例，该方法进一步包括：根据参考转矩产生分量和参考电流矢量的参考量值来确定参考磁化电流分量，并且利用参考磁化电流分量来修改参考电流矢量。参考磁化电流分量可被视为参考电流矢量的两个分量中的一个，其影响马达磁化(主)通量。
根据本发明的实施例，参考磁化电流分量利用下式计算：
根据本发明的实施例，参考转子速度校正根据位置误差和增益因子的乘积来确定。例如，当位置误差保持低于阈值达预限定的时间量时，增益因子可被设置成零。
根据本发明的实施例，参考转矩产生分量取决于参考电流矢量的参考量值来确定。例如，参考量值可用于为参考转矩产生电流分量设置极限控制器的正和/或负极限。
根据本发明的实施例，该方法进一步包括：根据校正的参考电流矢量和测量定子电流来确定参考电压矢量；将参考电压矢量变换到固定三相坐标系中；通过脉宽调制变换的参考电压矢量的相电压来确定开关信号。例如，参考电压矢量的分量中的各个可为PI控制器的输出信号。输出信号可通过放大由参考电流矢量的分量与测量定子电流的比较产生的误差信号来生成。参考电压矢量可在旋转正交坐标系中提供。
本发明的另外的方面涉及一种计算机程序，当在处理器上执行时，该计算机程序适于执行如上文和下文所描述的方法。
本发明的另外的方面涉及一种其中存储这样的计算机程序的计算机可读介质。计算机可读介质可为软盘、硬盘、USB(通用串行总线)存储设备、RAM(随机存取存储器)、ROM(只读存储器)、EPROM(可擦除可编程只读存储器)或闪速存储器。计算机可读介质也可为允许下载程序代码的数据通信网络，例如互联网。通常，计算机可读介质可为非暂时性或暂时性介质。
本发明的另外的方面涉及一种用于电能转换器的控制器。控制器适于执行如上文和下文所描述的方法。例如，控制器可包括处理器和用于存储计算机程序的存储器。然而，该方法也可部分地或完全地在硬件中实施。
本发明的另外的方面涉及一种电驱动系统，其包括具有用于产生第一磁场的转子和具有定子绕组的定子的同步马达。此外，电驱动系统包括电能转换器，电能转换器连接到定子绕组并且适于将电源电压转换成定子电压，定子电压将施加到定子绕组，以产生与第一磁场相互作用的旋转第二磁场。电驱动系统还具有用于控制电能转换器的控制器。控制器适于执行如上文和下文所描述的方法。
必须理解，如上文和下文所描述的方法的特征可为如上文和下文所描述的电驱动系统的特征。
根据下文中所描述的实施例，本发明的这些和其它方面将是显而易见的，并将参考下文中所描述的实施例来阐述本发明的这些和其它方面。
附图说明
将在以下文本中参考附图中所图示的示例性实施例来更详细地解释本发明的主题。
图1示意性示出了根据本发明的实施例的电驱动系统。
图2更详细地示意性地示出了来自图1的变换构件。
图3示出了可与来自图1的电驱动系统一起使用的预限定的量值分布的图。
图4示出了可与来自图1的电驱动系统一起使用的预限定的转子速度分布的图。
图5更详细地示意性地示出了来自图1的电流控制器。
图6示出了根据本发明的实施例的用于启动同步马达的方法的流程图。
图7示出了根据本发明的实施例的在禁用参考转子速度校正的情况下的不同驱动信号的图。
图8示出了根据本发明的实施例的在启用参考转子速度校正的情况下的不同驱动信号的图。
附图中所使用的参考符号及其含义在参考符号的列表中以总结形式列出。原则上，相同的部件在附图中设有相同的参考符号。
具体实施方式
图1示出了具有同步马达102、电能转换器104和控制器106的电驱动系统100。可为永磁同步机(PMSM)的同步马达102包括具有定子绕组110的定子108，定子绕组110各自连接到电能转换器104的输出。转子112配置成在定子108内旋转。为了产生第一磁场，转子112包括一个或多个永磁体114，永磁体114可安装在转子112上和/或埋在转子112内。另外或备选地，转子112可包括许多电绕组以产生第一磁场。定子绕组110围绕转子112布置。电能转换器104连接到提供AC电源电压Vcc的电网116。电能转换器104配置成基于由控制器106生成的开关信号s1、s2、s3(例如脉宽调制信号或空间矢量调制信号)来将电源电压Vcc转换成呈三个定子电压Vsx、Vsy、Vsz的形式的三相AC电压。定子电压Vsx、Vsy、Vsz施加到定子绕组110的相应端子。通过定子绕组110的电流在转子112和定子108之间的空气间隙内建立旋转的第二磁场。两个磁场之间的相互作用使转子112旋转，从而产生转矩。同步马达102的速度和转矩可通过控制通过定子绕组110的电流来控制。
可在没有任何传感器或编码器的情况下使用磁场定向控制(FOC)技术来控制同步马达102。在这种情况下，定子电流的通量和转矩分量由控制器106基于参考转子速度(其可为外部速度参考信号)和基于从定子绕组110的数量计算的反电磁力(反电动势)估计的估计转子位置来独立控制。这意味着同步马达102必须以最小速度旋转，以用于由控制器106检测到足够量的反电动势，以准确地计算估计转子位置因此，控制器106配置成执行启动程序，以便从零速度启动同步马达102。
图1描绘了在控制器106中实施的用于从停止状态启动同步马达102的算法的框图。在启动期间，参考电流生成器118生成针对具有参考磁化分量和参考转矩产生分量的参考电流矢量的参考量值例如，参考电流生成器118可根据如图3中所示出的期望分布来输出参考量值该期望分布可为斜坡函数，该斜坡函数将参考量值斜升到指定值并保持其恒定，直到估计转子位置被接受为正确的。参考电流生成器118然后可将参考量值改变成限定为针对转矩控制模式的初始值的值。
参考速度生成器122生成针对转子112的参考转子速度参考转子速度也可根据期望分布来生成，例如从指定的最小值斜升到指定的最大值，如图4中所示出的那样。
通量估计从启动程序一开始就处于活动状态。估计器块124包括用于计算估计转子通量的转子通量估计器126和用于基于估计转子通量来计算估计转子位置和估计转子速度的转子位置估计器128。估计转子位置和/或估计转子速度可在锁相环路(PLL)中计算。
估计转子通量基于施加的定子电压Vsx、Vsy、Vsz和在定子绕组110中测量的定子电流isx、isy来计算。在图1中所图示的示例中，仅测量定子电流的两个相isx、isy，因为可由控制器106基于其它两个相isx、isy的测量值来计算第三相。
测量定子电流isx、isy以及施加的定子电压Vsx、Vsy、Vsz可在固定三相xyz坐标系中提供。在计算估计转子通量之前，测量定子电流isx、isy和施加的定子电压Vsx、Vsy、Vsz可由变换构件130变换到固定正交αβ坐标系中，如图2中所图示的那样。
为了阻尼转子速度振荡，在速度比较器132中将估计转子速度与参考转子速度进行比较，速度比较器132从参考转子速度减去估计转子速度以生成速度误差ωe来作为误差信号。速度误差ωe由转矩控制器134(例如PI控制器)放大，转矩控制器134生成参考转矩产生电流分量极限控制器136根据参考量值的给定值来限制参考转矩产生电流分量
此外，参考转子位置由位置参考生成器138计算，位置参考生成器138可为用于对参考转子速度进行积分的积分器。位置比较器140从参考转子位置减去估计转子位置以生成位置误差θe来作为误差信号。
位置误差θe被输入到参考位置校正器142，参考位置校正器142利用适当的增益因子放大位置误差θe，并输出参考转子速度校正ωc。参考位置校正器142配置成以与位置误差θe相同的比例增大和减小参考转子速度校正ωc。备选地，参考转子速度校正ωc和位置误差θe可以以不同的比例修改。
参考转子速度校正ωc由参考速度校正器144使用来计算校正的参考转子速度(例如，通过从如由参考速度生成器122输出的参考转子速度减去参考转子速度校正ωc)。校正的参考转子速度然后被输入到位置参考生成器138，以用于计算参考转子位置
参考转子速度校正ωc将被理解为参考转子位置朝向估计转子位置的额外旋转。这造成和的更快收敛，并因此造成更好的振荡阻尼和更短的启动时间。
为了在启动期间提供参考电流矢量，除了参考转矩产生电流分量之外，还必须计算参考磁化电流分量参考磁化电流分量由电流量值限制器148基于参考量值和参考转矩产生电流分量来计算。例如，与分量正交的参考磁化电流分量可利用计算为参考量值的平方补数。在进入电流量值限制器148之前，参考量值和参考转矩产生电流分量各自在求平方构件149中求平方。电流量值限制器148然后从平方参考量值减去平方参考转矩产生电流分量求平方根构件150从所得的差值(即，平方参考磁化电流分量)计算参考磁化电流分量
参考磁化电流分量参考转矩产生电流分量和位置误差θe各自被输入到参考变换构件151，参考变换构件151配置成将参考磁化电流分量和参考转矩产生电流分量通过位置误差θe从参考旋转正交dq*坐标系变换到与估计转子位置对齐的旋转正交dq坐标系中。所得的校正的参考电流矢量具有校正的参考磁化电流分量和校正的参考转矩产生分量
电流控制器152接收校正的参考转矩产生电流分量和校正的参考磁化电流分量两者。电流控制器152将校正的参考转矩产生电流分量与测量且变换的定子电流isq进行比较，并将校正的参考磁化电流分量与测量且变换的定子电流isd进行比较，以便生成开关信号s1、s2、s3，如将在图5中更详细地描述的那样。
例如，当位置误差θe的绝对值保持低于给定阈值达一定量的时间时，估计转子位置被参考位置校正器142接受为正确的。在这种情况下，参考电流生成器118可将参考量值斜升到用作针对正常操作控制方案的初始值的值。该初始值可等于由转矩控制器134生成的参考转矩产生电流分量此后，启动程序被认为成功完成，并且控制器106基于FOC切换到闭环转矩或速度控制模式。在这种情况下，旋转dq坐标系的取向角从参考转子位置改变到估计转子位置此外，电流参考和改变成由转矩和通量控制环路生成的值。以这种方式，可实现同步马达102从启动程序到正常操作的无缝切换。
控制器106的不同构件可在硬件和/或软件中实现。控制器106还可包括处理器和用于存储指令的存储器，当被处理器执行时，指令可执行如上文和下文所描述的方法。
图2更详细地示意性地示出了来自图1的变换构件130。变换构件130包括第一变换单元200，其用于通过执行Clarke变换来将测量定子电流isx、isy从固定三相xyz坐标系变换到固定正交αβ坐标系。所得的定子电流isα、isβ然后由第二变换单元202变换到旋转正交dq坐标系，第二变换单元202基于估计转子位置来执行Park变换。结果，第二变换单元202输出测量且变换的定子电流isd、isq，该定子电流由电流控制器152使用来生成用于控制电能转换器104的开关信号s1、s2、s3。
变换构件130可配置成以类似方式变换施加的定子电压Vsx、Vsy。参考变换构件151可仅具有变换构件202。
图3示出了如可存储在图1的参考电流生成器118中的预限定的量值分布300的图。根据该示例，量值分布300包括呈上升曲线的形式的第一部分302。第一部分302过渡成呈水平线的形式的恒定的第二部分304。备选地，参考量值分布300可仅包括上升曲线。上升曲线可为线性或非线性函数。
图4示出了如可存储在图1的参考速度生成器122中的预限定的转子速度分布400的图。根据该示例，转子速度分布400具有上升曲线的形式，其可为用于将参考转子速度从预限定的最小值斜升到预限定的最大值的线性或非线性函数。
图5更详细地示意性地示出了来自图1的电流控制器152。电流控制器152包括第一电流比较器500，其用于通过从如由参考变换构件151生成的减去如由变换构件130生成的isd来生成第一误差信号502。第一误差信号502由第一PI控制器504放大，以生成参考d分量电压
此外，电流控制器152包括第二电流比较器506，其用于通过从如由参考变换构件151生成的减去如由变换构件130生成的isq来生成第二误差信号508。第二误差信号508由第二PI控制器510放大，以生成参考q分量电压电压变换构件512配置成通过逆Park和Clarke变换来将参考d分量电压和参考q分量电压变换到固定三相xyz坐标系中。所得的三个参考定子电压将施加到定子绕组110。为了实现这一目的，参考定子电压被输入到调制构件514，调制构件514配置成通过脉宽调制定子电压Vsx、Vsy、Vsz来生成开关信号s1、s2、s3，开关信号s1、s2、s3中的各个对应于一个经调制的电压。定子电压Vsx、Vsy、Vsz可利用在调制构件514中实施的空间矢量调制算法来调制。
图6示出了用于在没有位置和速度传感器的情况下启动来自图1的同步马达102的方法600的流程图。
在步骤610中，将定子电压Vsx、Vsy、Vsz施加到定子绕组110。
在步骤620中，在定子绕组110中测量所得的定子电流isx、isy。
在步骤630中，使用测量定子电流isx、isy以及施加的定子电压Vsx、Vsy、Vsz基于由转子112的旋转产生的反电动势来估计转子位置和转子速度
在步骤640中，将估计转子速度与参考转子速度进行比较以确定速度误差ωe。
在步骤650中，使用速度误差ωe来确定参考转矩产生电流分量
在步骤660中，从参考转子位置减去估计转子位置以确定位置误差θe。根据校正的参考转子速度(例如，通过对校正的参考转子速度进行积分)来确定参考转子位置通过减去基于位置误差θe计算的参考转子速度校正ωc，校正的参考转子速度基于参考转子速度来计算。在任选的步骤662中，可将位置误差θe的绝对值与预限定的阈值进行比较。当位置误差θe的绝对值小于阈值达至少预限定的时间段时，在任选的步骤664中，参考转子位置被设置成估计转子位置的值。这可通过将位置误差θe和参考转子速度校正ωc设置成零来实现。并且，参考电流矢量的量值可改变成针对同步马达102的正常操作的适当初始值，以确保平稳过渡到闭环转矩或速度控制模式。
在另一方面，当位置误差θe的绝对值等于或大于阈值时，在任选的步骤666中，可基于位置误差θe来计算参考转子速度校正ωc，以在进一步的校正环路中使位置误差θe最小化。换句话说，位置误差θe越大，参考转子速度校正ωc越大，并且反之亦然。简而言之，通过相应地改变参考转子速度可在估计转子位置的方向上校正参考转子位置
在步骤670中，利用参考转矩产生电流分量修改的参考电流矢量从参考dq*坐标系通过位置误差θe变换到与估计转子位置对齐的dq坐标系中。换句话说，一旦位置误差θe被接受为正确的，例如设置成零，参考转子位置就与估计转子位置相同。
在步骤680中，基于校正的参考电流矢量分量和来生成开关信号s1、s2、s3。
在同步马达102的启动期间，参考量值可从指定的最小值向上改变成指定的最大值，并保持恒定，直到估计转子位置被接受为正确的。然后，参考量值可改变成限定为针对转矩控制器的初始值的值。同样在启动期间，参考转子速度可从指定的最小值向上改变成指定的最大值。
图7描绘了时间图，以图示当在禁用参考转子速度校正的情况下从停止状态启动时来自图1的同步马达102的转子速度的振荡。时间图示出了马达电流的曲线700、估计马达速度的曲线702、测量马达速度的曲线704、测量转子位置的曲线706和估计转子位置的曲线708。人们可清楚地看到在启动期间的转子速度振荡，该振荡持续约2.3秒。
图8描绘了时间图，以图示当来自图1的同步马达102在启用参考转子速度校正的情况下从停止状态启动时的振荡阻尼的有效性。所示出的参数与图7中的参数相同。振荡几乎完全被阻尼。启动时间减少到约1秒。这可为控制器106切换到正常操作模式(例如同步马达102的闭环转矩或速度控制)的点。
虽然在附图和前面的描述中已详细图示和描述本发明，但是这样的图示和描述将被认为是说明性的或示例性的，而不是限制性的；本发明不限于所公开的实施例。通过对附图、本公开和所附权利要求书的研究，本领域中且实践所要求保护的发明的技术人员可理解并实现对所公开的实施例的其它变型。在权利要求书中，词语“包括”不排除其它元件或步骤，并且不定冠词“一”或“一种”不排除多个。单个处理器或控制器或其它单元可实现权利要求书中所叙述的若干项目的功能。在互不相同的从属权利要求中叙述某些措施的纯粹事实并不指示这些措施的组合不可用于获利。权利要求书中的任何参考标记都不应当被解释为限制范围。
参考符号列表
100 电驱动系统
102 同步马达
104 电能转换器
106 控制器
108 定子
110 定子绕组
112 转子
114 永磁体
116 电网
118 参考电流生成器
122 参考速度生成器
124 估计器块
126 转子通量估计器
128 转子位置估计器
130 变换构件
132 速度比较器
134 转矩控制器
136 极限控制器
138 位置参考生成器
140 位置比较器
142 参考位置校正器
144 参考速度校正器
148 定子电流量值限制器
149 求平方构件
150 求平方根构件
151 参考变换构件
152 电流控制器
200 第一变换单元
202 第二变换单元
300 参考量值分布
302 上升部分
304 恒定部分
400 参考速度分布
500 第一电流比较器
502 第一误差信号
504 第一PI控制器
506 第二电流比较器
508 第二误差信号
510 第二PI控制器
512 电压变换构件
514 调制构件
600 用于启动同步马达的方法
610 施加定子电压
620 测量定子电流
630 计算估计转子速度和估计转子位置
640 计算速度误差
650 确定参考转矩产生电流分量
660 计算位置误差
662 比较位置误差与阈值
664 使用估计转子位置来作为参考转子位置
666 改变参考转子速度和/或参考电流矢量的量值
670 校正参考电流矢量
680 确定开关信号
700 马达电流的曲线
702 估计马达速度的曲线
704 测量马达速度的曲线
706 测量转子位置的曲线
708 估计转子位置的曲线
dq 旋转正交坐标系
isα 变换的定子电流
isβ 变换的定子电流
isd 变换的定子电流
isq 变换的定子电流
isx 测量定子电流
isy 测量定子电流
参考磁化电流分量
参考转矩产生电流分量
参考电流矢量
校正的参考磁化电流分量
校正的参考转矩产生电流分量
校正的参考电流矢量
参考电流矢量的量值
s1 开关信号
s2 开关信号
s3 开关信号
t 时间
Vcc 电源电压
参考d分量电压
参考q分量电压
参考电压矢量
变换的参考电压矢量
Vsx 施加的定子电压
Vsy 施加的定子电压
Vsz 施加的定子电压
参考定子电压、参考相电压
参考定子电压、参考相电压
参考定子电压、参考相电压
xyz 固定三相坐标系
αβ 固定正交坐标系
估计转子通量
θe 位置误差
参考转子位置
估计转子位置
ωc 参考转子速度校正
ωe 速度误差
校正的参考转子速度
参考转子速度
估计转子速度。
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