BR102014032512B1 - método e sistema para estimar torque do eixo de uma máquina de corrente alternada - Google Patents

Abstract

MÉTODO PARA ESTIMAR TORQUE DO EIXO DE UMA MÁQUINA DE CORRENTE ALTERNADA, E, SISTEMA. Pelo menos uma modalidade exemplar descreve um método incluindo medir correntes de fase associadas com um ou mais enrolamentos do estator da máquina, estimar valores de tensão terminal com base nas representações de correntes de fase medidas da máquina e com base em pelo menos uma de uma razão de taxa cíclica e do tempo morto da máquina, transformar os valores de tensão terminal para derivar representações de tensão direta e de quadratura consistentes com as correntes de fase medidas, determinar uma potência terminal de um ou mais terminais da máquina, a potência terminal diretamente baseada em um dos valores de tensão terminal estimados e representações de tensão direta e de quadratura da máquina e valores de comando de corrente e determinar um torque do eixo estimado da máquina com base na potência terminal de acordo com pelo menos um valor de eficiência baseado em parâmetros da máquina a partir de uma caracterização da máquina.

Description

CAMPO DA INVENÇÃO

[001] Modalidades exemplares estão relacionadas com dispositivo de acionamento elétrico, sistemas e/ou métodos para controlar dispositivos de acionamento elétrico tais como motores ou máquinas de Ímã Permanente Interior (IPM).

FUNDAMENTOS DA INVENÇÃO

[002] Máquinas de corrente alternada (CA) (por exemplo, máquinas IPM) são extensivamente usadas em carregadeiras, combinadas ou outro acionamento elétrico de veículo de maquinário de equipamento pesado em virtude de proporcionarem uma maior eficiência do que máquinas de corrente contínua (CC). Das máquinas CA, uma máquina de Ímã Permanente Interior (IPM) tem alta eficiência de acionamento e uma faixa operacional de potência constante mais ampla. Um controlador de máquina IPM, também denominado um inversor, controla a operação da máquina IPM. O controlador produz sinais de controle CA que são aplicados nos terminais da máquina IPM.

[003] Em uma máquina IPM, tensão terminal da máquina extra-alta poderia detrimentalmente causar colapso de regulagem de corrente, introduzir harmônicos adicionais na saída de tensão do inversor, causar qualidade de regulagem de corrente degradada e efeitos colaterais associados tais como oscilação de torque, aquecimento do ímã do rotor e enrolamento do estator, ruído acústico, etc. A tensão terminal da máquina extra-alta pode depender de comandos de tensão do eixo geométrico d/q, tolerância de fabricação e matéria-prima tal como ímã permanente, características de saturação do aço do estator/rotor podem causar variância na tensão terminal da máquina, precisão de uma calibração de deslocamento de posição, temperaturas ambiente e de resfriamento, precisão do inversor interno em um transdutor de corrente (CT), etc.

[004] Tipicamente o controlador controla a máquina IPM com base em uma pluralidade de informações. Por exemplo, uma estimativa precisa da real tensão do inversor ou terminal da máquina IPM, junto com informação de posição da máquina, pode prover uma melhor estimativa de uma saída de torque da máquina IPM, que, por sua vez, pode completar o circuito de controle de torque.

SUMÁRIO DA INVENÇÃO

[005] Algumas modalidades estão voltadas para métodos e aparelhos para controlar uma máquina AC tal como uma máquina IPM por meio da estimativa da real tensão e torque do inversor ou terminal da máquina.

[006] Pelo menos uma modalidade exemplar descreve um método de estimar torque do eixo de uma máquina de corrente alternada. O método inclui medir correntes de fase associadas com um ou mais enrolamentos do estator da máquina, estimar valores de tensão terminal com base nas representações de correntes de fase medidas da máquina e, com base em pelo menos um de uma razão de taxa cíclica e do tempo morto da máquina, transformar os valores de tensão terminal para derivar representações de tensão direta e de quadratura consistentes com as correntes de fase medidas, determinar uma potência terminal de um ou mais terminais da máquina, a potência terminal diretamente baseada em um dos valores de tensão terminal estimados e representações de tensão direta e de quadratura da máquina e valores de comando de corrente e determinar um torque do eixo estimado da máquina com base na potência terminal de acordo com pelo menos um valor de eficiência baseado em parâmetros da máquina a partir de uma caracterização da máquina.

BREVE DESCRIÇÃO DOS DESENHOS

[007] Modalidades exemplares ficarão mais claramente entendidas a partir da descrição detalhada seguinte considerada em conjunto com os desenhos anexos. As FIGS. 1-13 representam modalidades exemplares não limitantes aqui descritas.

[008] A FIG. 1 ilustra um diagrama de blocos das FIGS. 1A-1B; as FIGS. 1A-1B são um diagrama de blocos de um sistema para controlar um motor elétrico, de acordo com uma modalidade exemplar; a FIG. 2 é um diagrama de blocos de um sistema eletrônico de processamento de dados consistente com as FIGS. 1A-1B, de acordo com uma modalidade exemplar; a FIG. 3 ilustra uma modalidade exemplar de um módulo de estimativa de tensão terminal da máquina, um módulo de estimativa de torque e um módulo de compensação de torque, ilustrado na FIG. 1A; a FIG. 4 ilustra um circuito inversor de acordo com uma modalidade exemplar; as FIGS. 5A-B ilustram um ciclo de modulação pela largura de pulso (PWM) e um período de controle duplo de acordo com uma modalidade exemplar; a FIG. 6 ilustra uma modalidade exemplar do módulo de estimativa de tensão terminal da máquina, um módulo de realimentação de tensão terminal e um módulo de ajuste de corrente, como mostrado na FIG. 1A; a FIG. 7 ilustra um método realizado pelo módulo de estimativa de tensão terminal da máquina mostrado na FIG. 6, de acordo com uma modalidade exemplar; a FIG. 8 ilustra ajustes nas magnitudes de corrente do eixo geométrico d/q e o ângulo correspondente de acordo com uma modalidade exemplar; a FIG. 9A ilustra uma modalidade exemplar de determinar uma posição do rotor usando estimativa da tensão terminal baseada em DSP de controle duplo; a FIG. 9B ilustra uma modalidade exemplar de determinar uma posição do rotor usando estimativa da tensão terminal baseada em FPGA de controle duplo; a FIG. 9C ilustra uma modalidade exemplar de determinar uma posição do rotor usando estimativa da tensão terminal baseada em FPGA de controle simples; a FIG. 10 ilustra um esquema de compensação de torque baseado em rotação de acordo com uma modalidade exemplar; a FIG. 11 ilustra um esquema de compensação de torque baseado em PI de acordo com uma modalidade exemplar; a FIG. 12 ilustra um método de gerar limites superior/inferior de torque para um limitador de comando de torque, de acordo com uma modalidade exemplar; e a FIG. 13 ilustra um método de estimativa e compensação de torque de acordo com uma modalidade exemplar.

DESCRIÇÃO DETALHADA DA INVENÇÃO

[009] Várias modalidades exemplares serão agora descritas mais completamente com referência aos desenhos anexos nos quais algumas modalidades exemplares são ilustradas.

[0010] Dessa maneira, embora modalidades exemplares sejam passíveis de várias modificações e formas alternativas, suas modalidades são mostradas a título de exemplo nos desenhos e serão aqui descritas com detalhes. Deve-se entender, entretanto, que não há intenção de limitar as modalidades exemplares às formas particulares descritas, mas, pelo contrário, modalidades exemplares devem cobrir todas tais modificações, equivalentes e alternativas que se enquadram no escopo das reivindicações. Números de referência iguais referem-se a elementos iguais em toda a descrição das figuras.

[0011] Deve-se entender que, embora os termos primeiro, segundo, etc. possam ser usados aqui para descrever vários elementos, esses elementos não devem ser limitados por esses termos. Esses termos são somente usados para distinguir um elemento de um outro. Por exemplo, um primeiro elemento poderia ser denominado um segundo elemento e, similarmente, um segundo elemento poderia ser denominado um primeiro elemento, sem fugir do escopo de modalidades exemplares. Na forma aqui usada, o termo “e/ou” inclui toda e qualquer combinação de um ou mais dos itens listados associados.

[0012] Deve-se entender que, quando um elemento é referido como “conectado” ou “acoplado” a um outro elemento, ele pode estar diretamente conectado ou acoplado no outro elemento, ou elementos intervenientes podem estar presentes. Ao contrário, quando um elemento é referido como “diretamente conectado” ou “diretamente acoplado” em um outro elemento, nenhum elemento interveniente está presente. Outras palavras usadas para descrever o relacionamento entre elementos devem ser interpretadas de uma maneira similar (por exemplo, “entre” versus “diretamente entre”, “adjacente” versus “diretamente adjacente”, etc.).

[0013] A terminologia usada aqui tem o propósito de descrever modalidades particulares somente e não visa ser limitante de modalidades exemplares. Da maneira aqui usada, as formas singulares “um”, “uma” e “o”, “a” devem igualmente incluir as formas plurais, a menos que o contexto indique claramente de outra forma. Entende-se adicionalmente que os termos “compreende”, “compreendendo”, “inclui” e/ou “incluindo”, quando usados aqui, especificam a presença de recursos, atos inteiros, etapas, operações, elementos e/ou componentes declarados, mas não impedem a presença ou adição de um ou mais outros recursos, atos inteiros, etapas, operações, elementos, componentes e/ou grupos destes.

[0014] Deve-se também notar que em algumas implementações alternativas, as funções/atos notados podem ocorrer fora da ordem notada nas figuras. Por exemplo, duas figuras mostradas em sucessão podem de fato ser executadas de forma substancialmente simultânea, ou podem algumas vezes ser executadas na ordem inversa, dependendo da funcionalidade/atos envolvidos.

[0015] A menos que de outra forma definidos, todos termos (incluindo termos técnicos e científicos) usados aqui têm o mesmo significado normalmente entendido pelos versados na técnica aos quais as modalidades exemplares referem-se. Entende-se adicionalmente que termos, por exemplo, aqueles definidos em dicionários normalmente usados, devem ser interpretados com um significado que é consistente com seu significado no contexto da técnica relevante e não serão interpretados em um sentido idealizado ou excessivamente formal, a menos que expressamente assim definido aqui.

[0016] Porções de modalidades exemplares e descrição detalhada correspondente são apresentadas em termos de um processador especificamente programado para executar software, ou algoritmos e representações simbólicas de operação em bits de dados em uma memória de computador. Essas descrições e representações são aquelas pelas quais versados na técnica efetivamente transferem a substância de seu trabalho para outros versados na técnica. Um algoritmo, como o termo é usado aqui, e como ele é usado no geral, é concebido para ser uma sequência autoconsistente de etapas que leva a um resultado. As etapas são aquelas que exigem manipulações físicas de quantidades físicas. Normalmente, embora não necessariamente, essas quantidades tomam a forma de sinais óticos, elétricos ou magnéticos que podem ser armazenados, transferidos, combinados, comparados e de outra forma manipulados. É conveniente em certos momentos, principalmente por motivos de uso comum, referir a esses sinais como bits, valores, elementos, símbolos, caracteres, termos, números ou similares.

[0017] Na descrição seguinte, modalidades ilustrativas serão descritas com referência a atos e representações simbólicas de operações (por exemplo, na forma de fluxogramas) que podem ser implementada como módulos de programa ou processos funcionais incluindo rotinas, programas, objetos, componentes, estruturas de dados, etc., que realizam tarefas particulares ou que implementam tipos de dados abstratos particulares e podem ser implementados usando hardware existente. Tal hardware existente pode incluir uma ou mais Unidades de Processamento Central (CPUs), processadores de sinal digital (DSPs), circuitos integrados específicos da aplicação, computadores de arranjos de porta programáveis no campo (FPGAs) ou similares.

[0018] Deve-se ter em mente, entretanto, que todos esses termos, e termos similares, devem estar associados com as quantidades físicas apropriadas e são meramente rótulos convenientes aplicados nessas quantidades. A menos que especificamente declarado de outra forma, ou como fica aparente pela discussão, termos tais como “processamento” ou “computação” ou “cálculo” ou “determinação” ou “exibição” ou similares, referem-se a ação e processos de um sistema de computador, ou dispositivo eletrônico de computação similar, que manipula e transforma dados representados como quantidades eletrônicas físicas no sistema de registros e memórias de computador em outro dados similarmente representados como quantidades físicas nas memórias ou registros de sistema de computador ou outros tais dispositivos de armazenamento, transmissão ou exibição de informação.

[0019] Note também que os aspectos implementados por software de modalidades exemplares são tipicamente codificados em alguma forma de mídia de armazenamento (ou gravação) tangível ou implementada por algum tipo de mídia de transmissão. A mídia de armazenamento tangível pode ser magnética (por exemplo, um disco flexível ou um disco rígido) ou ótica (por exemplo, uma memória somente de leitura de disco compacto, ou “CD ROM”), e pode ser somente de leitura ou acesso aleatório.

[0020] De acordo com uma modalidade exemplar, as FIGS. 1A-1B ilustram um sistema de acionamento 100 para controlar uma máquina tal como um motor elétrico. O motor elétrico pode ser um motor tal como um motor 117 (por exemplo, um motor de Ímã Permanente Interior (IPM)) ou uma outra máquina de corrente alternada. O motor 117 tem uma tensão de barramento CC nominal (por exemplo, 320 Volts). A tensão nominal é uma tensão especificada. Por exemplo, uma tensão nominal do motor 117 pode ser 320 Volts, mas o motor pode operar a uma tensão acima e abaixo de 320 Volts. Em uma modalidade exemplar, o sistema, fora o motor 117, pode ser referido como um inversor ou um controlador do motor. O sistema para controlar o motor 117 pode também ser referido como um sistema de máquina.

[0021] Deve-se entender que o sistema de acionamento 100 pode incluir recursos adicionais que não estão ilustrados na FIG. 1A. Os recursos mostrados nas FIGS. 1A-1B são ilustrados para a conveniência de descrição do sistema de acionamento 100 e deve-se entender que o sistema de acionamento 100 não deve ser limitado aos recursos mostrados nas FIGS. 1A- 1B.

[0022] O sistema 100 inclui módulos eletrônicos, módulos de software, ou ambos. Em uma modalidade exemplar, o sistema de acionamento 100 inclui um sistema eletrônico de processamento de dados 120 para suportar armazenamento, processamento ou execução de instruções de software de um ou mais módulos de software. O sistema eletrônico de processamento de dados 120 é indicado pelas linhas tracejadas na FIG. 1A-1B e está mostrado com mais detalhes na FIG. 2. O sistema eletrônico de processamento de dados 120 pode também ser referido como um controlador e/ou processador para o motor 117. O sistema de processamento de dados 120 é configurado para selecionar um modo de modulação, e determinar uma pluralidade de tensões de fase terminais da máquina com base no modo de modulação selecionado. Modo de modulação pode referir-se a PWM, onda quadrada, onda triangular ou onda senoidal, ou a frequência, taxa cíclica ou tempo morto associado com qualquer dos descritos.

[0023] O sistema de processamento de dados 120 é acoplado em um circuito inversor 188. O circuito inversor 188 pode ser um inversor trifásico. O circuito inversor 188 inclui um circuito de acionamento semicondutor que aciona ou controla semicondutores de comutação (por exemplo, transistores bipolares de porta isolada (IGBT) ou outros transistores de potência) para produzir sinais de controle para o motor 117. Por sua vez, o circuito inversor 188 é acoplado no motor 117.

[0024] Em uma modalidade exemplar, um módulo de geração de comando de torque 105 é acoplado a um módulo de compensação de torque, que é acoplado a um gerenciador de geração de corrente do eixo geométrico d-q 109 (por exemplo, tabelas de busca de geração de corrente do eixo geométrico d-q). A corrente do eixo geométrico d-q refere-se à corrente do eixo geométrico direto e à corrente do eixo geométrico de quadratura aplicável no contexto de máquinas de corrente alternada controladas por vetor, tal como o motor 117. A saída do gerenciador de geração de corrente do eixo geométrico d-q 109 (comandos de corrente do eixo geométrico d-q iq_cmd e id_cmd) e a saída de um módulo de ajuste de corrente 107 (por exemplo, módulo de ajuste de corrente do eixo geométrico d-q107) são alimentadas em um somador 119. Por sua vez, uma ou mais saídas (por exemplo, dados de corrente do eixo geométrico direto (id*) e dados de corrente do eixo geométrico de quadratura (iq*)) do somador 119 são providos ou acoplados em um controlador de regulagem de corrente 111. Embora o termo comando de corrente seja usado, deve-se entender que comando de corrente refere-se a um valor de corrente visado.

[0025] O controlador de regulagem de corrente 111 é capaz de comunicar com o módulo de geração de modulação pela largura de pulso (PWM) 112 (por exemplo, módulo de geração PWM de vetor espacial). O controlador de regulagem de corrente 111 recebe respectivos comandos de corrente do eixo geométrico d-q finais (por exemplo, id* e iq*) e correntes do eixo geométrico d-q reais (por exemplo, id e iq) e produz comandos de tensão do eixo geométrico d-q correspondentes (por exemplo, comandos Vd* e Vq*) para entrada no módulo de geração PWM 112.

[0026] Em uma modalidade exemplar, o módulo de geração PWM 112 fornece comandos de pulso para controle do circuito inversor 188 e fornece taxas cíclicas da, db, dc para cada fase (a, b e c) do circuito inversor 188 a um módulo de estimativa de tensão terminal 127. O sistema de processamento determina as razões cíclicas trifásicas da, db e dc. Então, com base nas taxas cíclicas, tempo morto, e forma de onda da portadora PWM, os pulsos PWM são criados pelo módulo de geração PWM 112 e levados para o circuito inversor 188. As razões trifásicas da, db, dc são levadas para o módulo de estimativa de tensão terminal 127. Saídas do módulo de geração PWM 112 são acopladas a um circuito inversor 188. O estágio de saída do circuito inversor 188 (por exemplo, tensões de fase presentes da saída VAN_actual, VBN_actual e VCN_actual) fornece uma forma de onda de tensão modulada pela largura de pulso ou outro sinal de tensão para controle do motor 117. As tensões VAN, VBN e VCN podem ser referidas como tensões de fase, tensões de etapa de controle atual ou tensões de etapa de controle presente, por exemplo. Em uma modalidade exemplar, o circuito inversor 188 é acionado por um barramento de tensão de corrente contínua (CC).

[0027] O circuito inversor 188 inclui um circuito de acionamento semicondutor que aciona ou controla semicondutores de comutação (por exemplo, transistores bipolares de porta isolados (IGBT) ou outros transistores de potência) para produzir sinais de controle para o motor 117. Por sua vez, o circuito inversor 188 é acoplado no motor 117. O motor 117 é associado com um sensor 115 (por exemplo, um sensor de posição, um sensor de posição do resolvedor ou codificador) que é associado com o eixo do motor 126 ou o rotor. O sensor 115 e o motor 117 são acoplados no sistema de processamento de dados 120 para fornecer dados de realimentação (por exemplo, dados de realimentação de corrente, tais como valores de corrente de fase ia, ib e ic), sinais de posição brutos, entre outros possíveis dados ou sinais de realimentação, por exemplo. Outros possíveis dados de realimentação incluem, mas sem limitações, leituras de temperatura do enrolamento, leituras de temperatura do semicondutor do circuito inversor 188, dados de tensão trifásica, ou outra informação térmica ou de desempenho para o motor 117.

[0028] O motor 117 é associado com o sensor 115 (por exemplo, um resolvedor, codificador, sensor de velocidade, ou um outro sensor de posição ou sensores de velocidade) que estima pelo menos uma de uma posição angular do eixo do motor 126, uma velocidade ou marcha do eixo do motor 126, e uma direção de rotação do eixo do motor 126. O sensor 115 pode ser montado no eixo do motor 126, ou integral com ele. A saída do sensor 115 é capaz de comunicação com o módulo de processamento primário 114 (por exemplo, módulo de processamento de posição e velocidade). Em uma modalidade exemplar, o sensor 115 pode ser acoplado em um conversor analógico-digital (não mostrado) que converte dados de posição ou dados de velocidade brutos analógicos ou em dados de posição ou velocidade brutos digitais, respectivamente. Em outras modalidades exemplares, o sensor 115 (por exemplo, codificador de posição digital) pode fornecer uma saída de dados digital de dados de posição ou dados de velocidade brutos para o eixo do motor 126 ou rotor.

[0029] Uma primeira saída (por exemplo, dados de posição θ para o motor 117) do módulo de processamento primário 114 é comunicada ao conversor de fase 113 (por exemplo, módulo de transformação Park de corrente trifásica para bifásica) que converte respectivas representações digitais trifásicas de corrente medida em representações digitais bifásicas correspondentes de corrente medida. Uma segunda saída (por exemplo, dados de velocidade SD para o motor 117) do módulo de processamento primário 114 são comunicados ao módulo de cálculo 110 (por exemplo, módulo de razão tensão sobre velocidade ajustada).

[0030] Uma entrada de um circuito de detecção 124 é acoplada nos terminais do motor 117 para detectar pelo menos as correntes trifásicas medidas e um nível de tensão do barramento de corrente contínua (CC) (por exemplo, barramento CC de alta tensão que pode fornecer energia CC ao circuito inversor 188). Uma saída do circuito de detecção 124 é acoplada em um conversor analógico-digital 122 para digitalizar a saída do circuito de detecção 124. Por sua vez, a saída digital do conversor analógico-digital 122 é acoplada no módulo de processamento secundário 116 (por exemplo, tensão de barramento CC e módulo de processamento de corrente trifásica). Por exemplo, o circuito de detecção 124 é associado com o motor 117 para medir correntes trifásicas (por exemplo, corrente aplicada nos enrolamentos do motor 117, reto EMF (força eletromotriz) induzida nos enrolamentos, ou ambos).

[0031] Certas saídas do módulo de processamento primário 114 e do módulo de processamento secundário 116 alimentam o conversor de fase 113. Por exemplo, o conversor de fase 113 pode aplicar uma transformação de Park ou outras equações de conversão (por exemplo, certas equações de conversão que são adequadas são conhecidas pelos versados na técnica) para converter as representações trifásicas medidas de corrente em representações bifásicas de corrente com base nos dados de corrente trifásica digital ia, ib e ic do módulo de processamento secundário 116 e dados de posição θ do sensor 115. A saída do módulo conversor de fase 113 (id, iq) é acoplada no controlador de regulagem de corrente 111.

[0032] Outras saídas do módulo de processamento primário 114 e do módulo de processamento secundário 116 podem ser acopladas nas entradas do módulo de cálculo 110 (por exemplo, módulo de cálculo da razão tensão sobre velocidade ajustada). Por exemplo, o módulo de processamento primário 114 pode fornecer os dados de velocidade SD (por exemplo, velocidade do eixo do motor 126 em revoluções por minuto), enquanto o módulo de processamento secundário 116 pode fornecer um nível medido (detectado) da tensão de barramento CC operacional Vdc do motor 117 (por exemplo, no barramento CC de um veículo). O nível de tensão CC no barramento CC que supre o circuito inversor 188 com energia elétrica pode flutuar ou variar em virtude de vários fatores, incluindo, mas sem limitações, temperatura ambiente, condição da bateria, estado de carga da bateria, resistência ou reatância da bateria, estado da célula de combustível (se aplicável), condições de carga do motor, respectivos torque do motor e velocidade operacional correspondente, e cargas elétricas do veículo (por exemplo, compressor de ar condicionado acionado eletricamente). O módulo de cálculo 110 é conectado como um intermediário do módulo de processamento secundário 116 e do gerenciador de geração de corrente do eixo geométrico d-q 109. A saída de o módulo de cálculo 110 pode ajustar ou impactar os comandos de corrente iq_cmd e id_cmd gerados pelo gerenciador de geração de corrente do eixo geométrico d-q 109 para compensar flutuação ou variação na tensão de barramento CC, entre outras coisas.

[0033] O módulo de estimativa de temperatura do ímã do rotor 104, o módulo de modelamento de corrente 106, e o módulo de realimentação de tensão terminal 108 são acoplados ou são capazes de comunicar com o módulo de ajuste de corrente do eixo geométrico d-q 107. Por sua vez, o módulo de ajuste de corrente do eixo geométrico d-q 107 pode comunicar com o gerenciador de geração de corrente do eixo geométrico d-q ou o somador 119.

[0034] O módulo de estimativa de temperatura do ímã do rotor 104 estima ou determina a temperatura do ímã ou ímãs permanentes do rotor. Em uma modalidade exemplar, o módulo de estimativa de temperatura do ímã do rotor 104 pode estimar a temperatura dos ímãs do rotor de um ou mais sensores localizados no estator, em comunicação térmica com o estator, ou presos no alojamento do motor 117.

[0035] Em uma outra modalidade exemplar, o módulo de estimativa de temperatura do ímã do rotor 104 pode ser substituído com um detector de temperatura (por exemplo, um termistor e transmissor sem fio como sensor térmico infravermelho) montado no rotor ou no ímã, onde o detector fornece um sinal (por exemplo, sinal sem fio) indicativo da temperatura do ímã ou ímãs.

[0036] Em uma modalidade exemplar, o sistema pode operar da seguinte maneira. O módulo de geração de comando de torque 105 recebe uma mensagem de dados de controle de entrada, tais como uma mensagem de dados de controle de velocidade, uma mensagem de dados de controle de tensão, ou uma mensagem de dados de controle de torque, por um barramento de dados do veículo 118. O módulo de geração de comando de torque 105 converte a mensagem de controle de entrada recebida em dados de comando de controle de torque bruto Tcmd. O módulo de compensação de torque 131 então cria um componente de torque ajustado Tcmd_adj com base em uma diferença (erro) entre os dados de comando de controle de torque bruto Tcmd e um torque estimado Test. A saída do módulo de compensação de torque 131 é um comando de torque final Tcmd_final que é um somatório dos dados de comando de controle de torque bruto Tcmd e do componente de torque ajustado Tcmd_adj.

[0037] O gerenciador de geração de corrente do eixo geométrico d-q 109 seleciona ou determina o comando de corrente do eixo geométrico direto e o comando de corrente do eixo geométrico de quadratura associado com respectivos dados de comando de controle de torque final Tcmd_final, dados de comando de torque base Base_Torq e a razão de sobrevelocidade de tensão ajustada. Por exemplo, o gerenciador de geração de corrente do eixo geométrico d-q 109 seleciona ou determina o comando de corrente do eixo geométrico direto e o comando de corrente do eixo geométrico de quadratura acessando um ou mais dos seguintes: (1) uma tabela de busca, base de dados ou outra estrutura de dados que relaciona os respectivos comandos de torque com as correntes dos eixos geométricos diretos e de quadratura correspondentes, (2) um conjunto de equações quadráticas ou equações lineares que relacionam respectivos comandos de torque com correntes dos eixos geométricos diretos e de quadratura correspondentes, ou (3) um conjunto de regras (por exemplo, regras se-então) que relaciona respectivos comandos de torque com correntes dos eixos geométricos diretos e de quadratura correspondentes. O sensor 115 no motor 117 facilita a provisão dos dados de velocidade SD detectados ao eixo do motor 126, onde o módulo de processamento primário 114 pode converter dados de posição brutos providos pelo sensor 115 em dados de velocidade SD.

[0038] O módulo de ajuste de corrente 107 (por exemplo, módulo de ajuste de corrente do eixo geométrico d-q) fornece dados de ajuste de corrente para ajustar o comando de corrente do eixo geométrico direto id_cmd e o comando de corrente do eixo geométrico de quadratura iq_cmd com base em dados de entrada do módulo de estimativa de temperatura do ímã do rotor 104, do módulo de modelamento de corrente 106 e do módulo de realimentação de tensão terminal 108.

[0039] O módulo de modelamento de corrente 106 pode determinar uma correção ou ajuste preliminar do comando de corrente do eixo geométrico de quadratura (eixo geométrico-q) e do comando de corrente do eixo geométrico direto (eixo geométrico-d) com base em um ou mais dos seguintes fatores: carga de torque no motor 117 e velocidade do motor 117, por exemplo. O módulo de estimativa de temperatura do ímã do rotor 104 pode gerar um ajuste secundário do comando de corrente do eixo geométrico- q e do comando de corrente do eixo geométrico-d com base em uma mudança estimada na temperatura do rotor, por exemplo. O módulo de realimentação de tensão terminal 108 pode fornecer um terceiro ajuste de corrente ao eixo geométrico-d e eixo geométrico-q com base em comando de tensão do controlador versus limite de tensão. O módulo de ajuste de corrente 107 pode fornecer um ajuste de corrente agregado que considera um ou mais dos seguintes ajustes: o ajuste preliminar, o ajuste secundário, e o terceiro ajuste.

[0040] Com base nas razões cíclicas trifásicas da, db, dc, a forma de onda da portadora PWM gerada pelo módulo de geração PWM 112 e correntes de fase ia, ib e ic, o módulo de estimativa de tensão terminal da máquina 127 estima as tensões de fase presentes do inversor VAN, VBN, e VCN das reais tensões de saída do inversor VAN_actual, VBN_actual e VCN_actual. Então, as tensões de saída do inversor estimadas VAN, VBN, e VCN são usadas pelo módulo de estimativa de tensão terminal da máquina 127 para calcular a tensão terminal da máquina estimada. Comparação da tensão terminal estimada com um limite de tensão terminal criará um erro enviado para um controlador PI para criar e ajustar a corrente do eixo geométrico-d e eventualmente ajustar a corrente do eixo geométrico-q.

[0041] O módulo de estimativa de torque 129 gera dados de torque estimado Test com base nas tensões de fase do inversor VAN, VBN e VCN geradas pelo módulo de estimativa de tensão terminal da máquina 127 e comandos de corrente final iq*, id*.

[0042] O módulo de compensação de torque 131 é configurado para gerar dados de comando de controle de torque final Tcmd_final com base nos dados de torque estimado Test e dados de comando de torque bruto Tcmd.

[0043] Em uma modalidade exemplar, o motor 117 pode incluir uma máquina de Ímã Permanente Interior (IPM) ou uma máquina síncrona IPM (IPMSM).

[0044] O sensor 115 (por exemplo, detector de velocidade do eixo ou rotor) pode incluir um ou mais dos seguintes: um motor de corrente contínua, um codificador ótico, um sensor de campo magnético (por exemplo, sensor de Efeito Hall), sensor magneto-resistivo, e um resolvedor (por exemplo, um resolvedor sem escova). Em uma configuração, o sensor 115 inclui um sensor de posição, onde dados de posição brutos e dados de tempo associados são processados para determinar dados de velocidade ou marcha para o eixo do motor 126. Em uma outra configuração, o sensor 115 inclui um sensor de velocidade, ou a combinação de um sensor de velocidade e um integrador para determinar a posição do eixo do motor.

[0045] Em ainda uma outra configuração, o sensor 115 inclui um gerador de corrente contínua compacto auxiliar que é acoplado mecanicamente no eixo do motor 126 do motor 117 para determinar a velocidade do eixo do motor 126, onde o gerador de corrente contínua produz uma tensão de saída proporcional à velocidade rotacional do eixo do motor 126. Em ainda uma outra configuração, o sensor 115 inclui um codificador ótico com uma fonte ótica que transmite um sinal para um objeto rotativo acoplado no eixo do motor 126 e recebe um sinal refletido ou difratado em um detector ótico, onde a frequência dos pulsos de sinal recebidos (por exemplo, ondas quadradas) pode ser proporcional a uma velocidade do eixo do motor 126. Em uma configuração adicional, o sensor 115 inclui um resolvedor com um primeiro enrolamento e um segundo enrolamento, onde o primeiro enrolamento é alimentado com uma corrente alternada, onde a tensão induzida no segundo enrolamento varia com a frequência de rotação do rotor.

[0046] A FIG. 2 é um diagrama de blocos de um sistema eletrônico de processamento de dados consistente com as FIGS. 1A-1B, de acordo com uma modalidade exemplar. Na FIG. 2, o sistema eletrônico de processamento de dados 120 inclui um processador de dados eletrônico 264, um barramento de dados 262, um dispositivo de armazenamento de dados 260, e uma ou mais portas de dados (268, 270, 272, 274 e 276). O processador de dados 264, o dispositivo de armazenamento de dados 260 e uma ou mais portas de dados são acoplados no barramento de dados 262 para suportar comunicações de dados entre dois ou mais do processador de dados 264, do dispositivo de armazenamento de dados 260 e de uma ou mais portas de dados.

[0047] Em uma modalidade exemplar, o processador de dados 264 pode incluir um processador de dados eletrônico, um microprocessador, um microcontrolador, um arranjo de lógica programável, um circuito lógico, uma unidade de lógica aritmética, um circuito integrado específico da aplicação, um processador de sinal digital, um controlador proporcional-integral- derivativo (PID), ou um outro dispositivo de processamento de dados.

[0048] O dispositivo de armazenamento de dados 260 pode incluir qualquer dispositivo magnético, eletrônico ou ótico para armazenar dados. Por exemplo, o dispositivo de armazenamento de dados 260 pode incluir um dispositivo eletrônico de armazenamento de dados, uma memória eletrônica, memória de acesso aleatório eletrônica não volátil, um ou mais registros de dados eletrônicos, engates de dados, uma unidade de disco magnético, uma unidade de disco rígido, uma unidade de disco ótico ou similares.

[0049] Como mostrado na FIG. 2, as portas de dados incluem uma primeira porta de dados 268, uma segunda porta de dados 270, uma terceira porta de dados 272, uma quarta porta de dados 274 e uma quinta porta de dados 276, embora qualquer número adequado de portas de dados possa ser usado. Cada porta de dados pode incluir um transceptor e memória de armazenamento temporário, por exemplo. Em uma modalidade exemplar, cada porta de dados pode incluir qualquer porta de entrada/saída serial ou paralela.

[0050] Em uma modalidade exemplar ilustrada na FIG. 2, a primeira porta de dados 268 é acoplada no barramento de dados do veículo 118. Por sua vez, o barramento de dados do veículo 118 é acoplado em um controlador 266. Em uma configuração, a segunda porta de dados 270 pode ser acoplada no circuito inversor 188; a terceira porta de dados 272 pode ser acoplada no sensor 115; a quarta porta de dados 274 pode ser acoplada no conversor analógico-digital 122; e a quinta porta de dados 276 pode ser acoplada no módulo de realimentação de tensão terminal 108. O conversor analógico- digital 122 é acoplado no circuito de detecção 124.

[0051] Em uma modalidade exemplar do sistema de processamento de dados 120, o módulo de geração de comando de torque 105 é associado ou suportado pela primeira porta de dados 268 do sistema eletrônico de processamento de dados 120. A primeira porta de dados 268 pode ser acoplada a um barramento de dados do veículo 118, tal como um barramento de dados da rede de área do controlador (CAN). O barramento de dados do veículo 118 pode fornecer mensagens do barramento de dados com comandos de torque ao módulo de geração de comando de torque 105 através da primeira porta de dados 268. O operador de um veículo pode gerar os comandos de torque através de uma interface de usuário, tais como um afogador, um pedal, o controlador 266, ou outros dispositivos de controle.

[0052] Em algumas modalidades exemplares, o sensor 115 e o módulo de processamento primário 114 podem ser associados ou suportados por uma terceira porta de dados 272 do sistema de processamento de dados 120.

[0053] O processador de dados 264 pode ser especificamente programado para executar o módulo de estimativa de temperatura do ímã do rotor 104, o módulo de geração de comando de torque 105, o módulo de modelamento de corrente 106, o módulo de ajuste de corrente 107, o módulo de realimentação de tensão terminal 108, o gerenciador de geração de corrente do eixo geométrico d-q 109, o módulo de cálculo 110, o controlador de regulagem de corrente 111, o módulo de geração PWM 112, o conversor de fase 113, o módulo de processamento primário 114, o módulo de processamento secundário 116, o somador 119, o ADC 122, o circuito de detecção 124, a módulo de estimativa de tensão terminal da máquina 127, o módulo de estimativa de torque 129 e o módulo de compensação de torque 131.

[0054] A FIG. 3 ilustra uma modalidade exemplar do módulo de estimativa de tensão terminal da máquina 127, do módulo de estimativa de torque 129 e do módulo de compensação de torque 131, ilustrados nas FIGS. 1A-1B.

[0055] Como mostrado na FIG. 3, o módulo de estimativa de tensão terminal da máquina 127 gera tensões de fase presentes do inversor estimadas VAN, VBN e VCN relativas a uma tensão de barramento CC de trilho negativa e fornece as tensões de fase VAN, VBN e VCN ao módulo de estimativa de torque 129. Como anteriormente descrito, as tensões de fase VAN, VBN e VCN são valores estimados das reais tensões de saída do inversor VAN_actual, VBN_actual e VCN_actual.

[0056] O módulo de estimativa de torque 129 inclui um módulo de cálculo da posição do rotor 310, um módulo de transformação de Park 315, um módulo de estimativa de potência terminal 320, um módulo de extração de eficiência 325 e um módulo de estimativa do torque do eixo 330. O módulo de estimativa de torque 129 gera dados de torque estimado Test com base nas tensões de fase do inversor VAN, VBN e VCN. O módulo de estimativa de torque 129 será descrito com detalhes adicionais a seguir.

[0057] O módulo de compensação de torque 131 é configurado para gerar os dados de comando de torque final Tcmd_final com base nos dados de torque estimado Test e no comando de torque bruto Tcmd.

[0058] O módulo de geração PWM 112 pode prover o módulo de estimativa de tensão terminal da máquina 127 com a informação da taxa cíclica do inversor (da, db, dc). O módulo de estimativa de tensão terminal da máquina 127 pode estimar tensões de fase presentes VAN, VBN e VCN do circuito inversor 188 de maneira tal que as tensões de fase presentes estimadas (VAN, VBN e VCN) pareçam precisamente com as tensões de fase de saída reais (VAN_actual, VBN_actual e VCN_actual), como será descrito adicionalmente a seguir.

Estimativa da Tensão Terminal da Máquina

[0059] As tensões de fase presentes do inversor VAN, VBN e VCN são determinadas pelo processador do sistema 120 usando um método de estimativa da tensão terminal da máquina de acordo com uma modalidade exemplar.

[0060] Quando uma máquina IPM está funcionando em uma região de enfraquecimento de fluxo (alta velocidade), o inversor controla a tensão neutra da linha para a máquina abaixo de um certo patamar de tensão. Para tornar o controle mais difícil, existem fatores de tolerância da máquina que podem afetar a tensão da linha para o neutro da máquina. Por exemplo, aço usado na máquina IPM é diferente entre fabricantes, causando diferentes níveis de saturação e parâmetros de indutância variados que afetam a tensão terminal da máquina. Também, o material do ímã permanente usado no projeto da máquina tem diferentes características que afetam o valor de retro tensão emf. Fatores adicionais que impactam a tensão terminal são temperatura ambiente e calibração de deslocamento de posição inicial.

[0061] Entender que cada máquina tem diferentes características torna-se um desafio quando se opera em uma região de enfraquecimento de fluxo garantir que a tensão terminal da máquina não excede um valor de patamar. Se a tensão da máquina ficar muito alta, o inversor perderá o controle de regulagem de corrente adequada, que pode causar maior oscilação de torque, aquecimento da máquina, harmônicos e outros efeitos por causa da perda de controle.

[0062] Pelo menos uma modalidade exemplar descreve um dispositivo de controle para controlar uma máquina. O dispositivo de controle pode incluir um processador, tal como o sistema de processamento 120 (ou, com mais detalhes, o processador 264) configurado para selecionar um modo de modulação e determinar uma pluralidade de tensões de fase terminais da máquina com base no modo de modulação selecionado.

[0063] Pelo menos uma modalidade exemplar descreve um dispositivo de controle para controlar uma máquina de corrente alternada (CA). O dispositivo de controle pode incluir um processador configurado para selecionar um modo de modulação de uma pluralidade de modos de modulação, determinar uma pluralidade de tensões de fase presentes correspondentes às fases de um inversor com base no modo de modulação selecionado, a determinação compensando os tempos mortos associados com o modo de modulação selecionado e fases do inversor, o inversor configurado para acionar a máquina CA e determinar uma tensão terminal estimada com base na pluralidade de tensões de fase presentes.

[0064] Em uma modalidade exemplar, o processador é configurado para determinar a pluralidade de tensões de fase presentes do inversor com base em uma direção de uma onda portadora do modo de modulação selecionado e polaridades de correntes de fase associadas com a pluralidade de tensões de fase presentes do inversor quando um primeiro modo de modulação for o modo de modulação selecionado.

[0065] Em uma modalidade exemplar, o processador é configurado para determinar a pluralidade de tensões de fase presentes do inversor com base em polaridades de correntes de fase associadas com a pluralidade de tensões de fase presentes do inversor e chaves grampeadas em fases correspondentes do inversor quando um segundo modo de modulação é o modo de modulação selecionado.

[0066] Em uma modalidade exemplar, o processador é configurado para determinar a pluralidade de tensões de fase presentes do inversor adicionalmente com base em taxas cíclicas do modo de modulação selecionado associado com as fases, respectivamente.

[0067] Em uma modalidade exemplar, o processador é configurado para determinar a pluralidade de tensões de fase presentes do inversor com base em polaridades de correntes associada com a pluralidade de tensões de fase presentes da máquina e chaves grampeadas em fases do inversor correspondentes.

[0068] Em uma modalidade exemplar, o processador é configurado para determinar uma primeira posição do rotor, a primeira posição do rotor sendo uma posição do rotor da máquina para transformação de uma pluralidade de correntes de fase associadas com a pluralidade de tensões de fase presentes do inversor e determinar uma segunda posição do rotor com base na primeira posição do rotor, a segunda posição do rotor sendo uma posição do rotor da máquina para transformação da pluralidade de tensões de fase presentes do inversor, a primeira posição do rotor e a segunda posição do rotor sendo diferentes.

[0069] Em uma modalidade exemplar, o processador é configurado para determinar a segunda posição do rotor de maneira tal que a segunda posição do rotor ocorra em um momento sincronizado com a determinação da pluralidade de tensões de fase presentes do inversor.

[0070] Em uma modalidade exemplar, o processador é configurado para transformar a pluralidade de tensões de fase presentes do inversor de trifásica em bifásica com base na segunda posição do rotor e determinar a tensão terminal estimada com base na pluralidade transformada de tensões de fase presentes do inversor, a tensão terminal estimada sendo tensões do quadro de referência rotativo bifásico.

[0071] Em uma modalidade exemplar, o processador é configurado para transformar a pluralidade de tensões de fase presentes do inversor em tensões do quadro de referência estacionário bifásico.

[0072] Em uma modalidade exemplar, o processador é configurado para determinar a tensão terminal estimada com base nas tensões do quadro de referência estacionário bifásico, a tensão terminal estimada representando uma magnitude de uma tensão linha para linha trifásica.

[0073] Em uma modalidade exemplar, o dispositivo de controle é um processador de sinal digital (DSP).

[0074] Em uma modalidade exemplar, o processador é configurado para o modo de modulação selecionado em uma de modulação pela largura de pulso de vetor espacial (SVPWM) e modulação pela largura de pulso descontínua.

[0075] Pelo menos uma modalidade exemplar descreve um método de determinar uma tensão terminal estimada de um inversor para uma máquina de corrente alternada (CA). O método inclui selecionar um modo de modulação de uma pluralidade de modos de modulação, determinar uma pluralidade de tensões de fase presentes correspondente a fases de um inversor com base no modo de modulação selecionado, a determinação compensada tempos mortos associados com o modo de modulação selecionado e fases do inversor, o inversor configurado para acionar a máquina CA, e determinar uma tensão terminal estimada com base na pluralidade de tensões de fase presentes.

[0076] Em uma modalidade exemplar, a determinação da pluralidade de tensões de fase presentes determina a pluralidade de tensões de fase presentes do inversor com base em uma direção de uma onda portadora do modo de modulação selecionado e polaridades de correntes de fase associadas com a pluralidade de tensões de fase presentes do inversor quando um primeiro modo de modulação é o modo de modulação selecionado.

[0077] Em uma modalidade exemplar, a determinação da pluralidade de tensões de fase presentes determina a pluralidade de tensões de fase presentes do inversor com base em polaridades de correntes de fase associadas com a pluralidade de tensões de fase presentes do inversor e chaves grampeadas em fases do inversor correspondentes quando um segundo modo de modulação é o modo de modulação selecionado.

[0078] Em uma modalidade exemplar, a determinação da pluralidade de tensões de fase presentes determina a pluralidade de tensões de fase presentes do inversor adicionalmente com base em taxas cíclicas do modo de modulação selecionado associado com as fases, respectivamente.

[0079] Em uma modalidade exemplar, a determinação da pluralidade de tensões de fase presentes determina a pluralidade de tensões de fase presentes do inversor com base em polaridades de correntes associadas com a pluralidade de tensões de fase presentes da máquina e chaves grampeadas em fases do inversor correspondentes.

[0080] Em uma modalidade exemplar, a determinação da tensão terminal estimada inclui determinar uma primeira posição do rotor, a primeira posição do rotor sendo uma posição do rotor da máquina para transformação de uma pluralidade de correntes de fase associadas com a pluralidade de tensões de fase presentes do inversor e determinar uma segunda posição do rotor com base na primeira posição do rotor, a segunda posição do rotor sendo uma posição do rotor da máquina para transformação da pluralidade de tensões de fase presentes do inversor, a primeira posição do rotor e a segunda posição do rotor sendo diferentes.

[0081] Em uma modalidade exemplar, a determinação da segunda posição do rotor determina a segunda posição do rotor de maneira tal que a segunda posição do rotor ocorra em um momento sincronizado com a determinação da pluralidade de tensões de fase presentes do inversor.

[0082] Em uma modalidade exemplar, a determinação da tensão terminal estimada inclui transformar a pluralidade de tensões de fase presentes do inversor de trifásica em bifásica com base na segunda posição do rotor e determinar a tensão terminal estimada com base na pluralidade transformada de tensões de fase presentes do inversor, a tensão terminal estimada sendo tensões do quadro de referência rotativo bifásico.

[0083] Em uma modalidade exemplar, a determinação da tensão terminal estimada inclui transformar a pluralidade de tensões de fase presentes do inversor em tensões do quadro de referência estacionário bifásico.

[0084] Em uma modalidade exemplar, a determinação da tensão terminal estimada determina a tensão terminal estimada com base nas tensões do quadro de referência estacionário bifásico, a tensão terminal estimada representando uma magnitude de uma tensão linha para linha trifásica.

[0085] Em uma modalidade exemplar, o modo de modulação selecionado é um de modulação pela largura de pulso de vetor espacial (SVPWM) e modulação pela largura de pulso descontínua.

[0086] A FIG. 4 ilustra um circuito inversor configurado para produzir sinais de controle para um motor elétrico, de acordo com uma modalidade exemplar. O circuito inversor 188 inclui componentes elétricos incluindo, mas sem limitações, semicondutores de comutação (430-431, 434435 e 438-439), diodos (432-433, 436-437 e 440-441), impedância de fase do motor 443-445, uma tensão de barramento CC 442 para gerar, modificar e controlar sinais modulados pela largura de pulso ou outros sinais de corrente alternada (por exemplo, pulso, onda quadrada, senoidal ou outras formas de onda) aplicados no motor 117 da FIG. 1A.

[0087] Para impedir corrente excessivamente alta na saída do circuito inversor 188, um tempo morto ou tempo branco é introduzido na comutação PWM, que pode causar desencontro entre os comandos de tensão do eixo geométrico d/q Vd* e Vq* e as tensões de saída de fase (por exemplo, VAN_actual, VBN_actual e VCN_actual). Durante o tempo morto, nem a chave superior nem a chave inferior de qualquer dada fase do circuito inversor 188 conduz. Em uma modalidade exemplar, as chaves 430, 434 e 438 constituem as chaves superiores de uma das fases A, B e C, respectivamente, enquanto as chaves 431, 435 e 439 constituem as chaves inferiores de uma das fases A, B e C, respectivamente.

[0088] Durante o tempo morto, as reais tensões de saída do inversor VAN_actual, VBN_actual e VCN_actual são determinadas com base na direção de corrente que passa através de um dos diodos superior e inferior de uma das fases (por exemplo, diodos 432 ou 433 correspondentes à fase A). O impacto do tempo morto no desencontro entre os comandos de tensão do eixo d/q Vd* e Vq* (convertidos em taxas cíclicas trifásicas (da, db, dc por meio do módulo de geração de modulação pela largura de pulso 112) e as reais tensões de fase presentes VAN_actual, VBN_actual e VCN_actual, pode também depender de outros fatores incluindo, mas sem limitações, da frequência de comutação PWM como a razão percentual de um período de tempo morto fixo de um período PWM varia à medida que a frequência de comutação PWM muda, e modo de operação do motor. Por exemplo, quando o motor 117 está trabalhando no modo motor, a real tensão terminal do inversor é menor que os comandos de tensão do eixo geométrico d/q, ao passo que, quando o motor 117 está trabalhando no modo de frenagem, a real tensão terminal do inversor é maior que os comandos de tensão do eixo geométrico d/q. Em decorrência disto, os comandos do eixo geométrico d/q não podem ser um bom indicador do indicador da real tensão terminal por causa dos desencontros descritos.

[0089] Quedas de tensão através das chaves e diodos do circuito inversor 188 também contribuem para o desencontro. Por exemplo, quando uma das chaves superior ou inferior de qualquer dada fase do circuito inversor 188 conduz, pode haver uma queda de tensão através de uma chave e/ou um diodo associados com uma das fases. Por exemplo, quando a chave superior 430 associada com fase A conduz, pode haver uma queda de tensão através da chave 430 ou do diodo 432, que pode ser referida como VIGBT_um da chave 430 ou Vdiodo_a do diodo 432, respectivamente.

[0090] Portanto, estimar precisamente a fase presente do inversor VAN, VBN e VCN permite que o sistema leve em conta o desencontro entre as tensões de fase presentes estimadas VAN, VBN e VCN e as tensões de fase presentes reais VAN_actual, VBN_actual e VCN_actual e dessa maneira ajustar o comandos de corrente do eixo geométrico d/q. O ajuste pode, por sua vez, permitir compensar a tensão terminal extra-alta na máquina, assegurando assim estabilidade de controle do motor.

[0091] A estimativa das reais tensões terminais e ajuste dos comandos de corrente do eixo geométrico d/q serão descritos a seguir.

[0092] As FIGS. 5A-B ilustram um ciclo de modulação pela largura de pulso (PWM) e um período de controle duplo do módulo de modulação pela largura de pulso das FIGS. 1A-1B, para um modo de controle duplo, de acordo com uma modalidade exemplar. A FIG. 5A ilustra uma onda portadora PWM. Um único ciclo PWM pode ser definido como o tempo de uma borda de subida no sinal para a borda de subida seguinte do sinal. Por exemplo, 561 a 562 define um ciclo PWM na FIG. 5A.

[0093] A FIG. 5B representa um modo de controle duplo, em cujo caso existem dois sinais de controle por ciclo PWM (por exemplo, 1 sinal de controle por metade de um único ciclo PWM, onde ciclo PWM é definido de 563 a 565 (por exemplo, o mesmo do ciclo PWM na FIG. 5A), e metade de um ciclo é definido como 563 a 564 e 564 a 565, como mostrado na FIG. 5B. Portanto, na modalidade exemplar onde a frequência de comutação PWM é 5 kHz e medições são amostradas a 25 MHz (por exemplo, 40 ns), então, para o caso do modo de controle duplo, haverá metade das contagens (por exemplo, medições) de VxN (por exemplo, 2500), onde X é uma das fases a, b, ou c em cada período de controle. Como pode-se ver pelas FIGS. 5A-5B, ciclos PWM podem não ser os mesmos e podem diferir de um ciclo para um outro, por exemplo, por causa da frequência de comutação PWM variável.

[0094] Em uma modalidade exemplar, o módulo de estimativa de tensão terminal da máquina 127 amostra a presente tensão de barramento CC, correntes de fase presentes, e um atraso da unidade de cada de três taxas cíclicas anteriores em cada período de controle duplo para estimar a tensão terminal da máquina. Os valores de taxa cíclica anteriores são usados pelo fato de que a presente taxa cíclica calculada será usada no período de controle seguinte.

[0095] A FIG. 6 ilustra módulos particulares, incluindo o módulo de estimativa de tensão terminal da máquina 127 do sistema mostrado na FIG. 1A, de acordo com uma modalidade exemplar. Em particular, a FIG. 6 ilustra o módulo de estimativa de tensão terminal da máquina 127, o módulo de realimentação de tensão terminal 108 e o módulo de ajuste de corrente 107. O módulo de estimativa de tensão terminal da máquina 127 pode incluir um estimador 644 para estimar uma tensão média do trilho linha para negativo trifásica (VAN, VBN e VCN), como será descrito a seguir. O módulo de estimativa de tensão terminal da máquina 127 pode incluir adicionalmente um filtro 645 para filtrar a tensão do trilho da linha para negativa estimada, como será descrito a seguir. O módulo de estimativa de tensão terminal da máquina 127 pode incluir adicionalmente um módulo de cálculo de patamar 646, que calcula um patamar de tensão terminal, como será descrito a seguir. O patamar de tensão terminal pode então ser usado na determinação de uma realimentação da tensão terminal, como será descrito a seguir. Além disso, a FIG. 6 ilustra o módulo de realimentação de tensão terminal 108 mostrado na FIG. 1A, que determina a realimentação da tensão terminal com base no patamar de tensão terminal e na tensão terminal estimada, como será descrito a seguir. A FIG. 6 também ilustra o módulo de ajuste de corrente 107, mostrado na FIG.1, que ajusta os comandos de corrente do eixo geométrico d/q com base na realimentação da tensão terminal, como será descrito a seguir.

[0096] Como discutido anteriormente, os módulos representados na FIG. 6 podem ser executados pelo processador do sistema 120, mostrado nas FIGS. 1A-1B, e implementados em uma variedade de hardwares, incluindo, mas sem limitações, dispositivos de lógica programáveis tal como um processador de sinal digital ou FPGA. Por exemplo, o processador 264 pode ser programado para executar o módulo mostrado nas FIGS. 1A-1B.

[0097] A FIG. 7 ilustra um método baseado em DSP realizado pelo módulo de estimativa de tensão terminal da máquina, módulo de realimentação de tensão terminal e módulo de ajuste de corrente, mostrados na FIG. 6, de acordo com uma modalidade exemplar.

[0098] Em S749, o processador do sistema 120 seleciona um modo de modulação. Por exemplo, o processador do sistema pode selecionar modulação pela largura de pulso por vetores espaciais (SVPWM) ou modulação pela largura de pulso descontínua como o modo de modulação selecionado. Em uma modalidade exemplar, o processador do sistema 120 pode selecionar entre SVPWM e DPWM com base em um índice de modulação. O índice de modulação é a razão entre uma tensão de saída desejada e a tensão de barramento CC. Enquanto um exemplo é descrito a seguir com relação a DPWM2, deve-se entender que o modo de modulação pela largura de pulso descontínua (DPWM) pode ser DWPM1, DPWM2, DPWM3 ou DPWM dinâmica.

[0099] O processador 120 pode comutar entre SVPWM e as equações DPWM2 com base no modo de modulação selecionado. Por exemplo, se DPWM2 for selecionado e o setor de corrente é “1”, o processador 120 usa as equações DPWM2 para estimar a tensão da fase a e usa equações SVPWM para estimar as tensões da fase b e fase c. Se DPWM2 não estiver ativa, o processador 120 usa as equações SVPWM para estimar as tensões de fase.

[00100] Em S750, o processador do sistema 120, por meio do estimador 644 mostrado na FIG. 6, determina uma pluralidade de tensões de fase presentes (tensões de etapas de controle presentes) VXN com base no modo de modulação selecionado. O estimador 644 utiliza entradas tal como a pluralidade de tensões usando uma pluralidade de dados incluindo, mas sem limitações, uma tensão do barramento CC, taxa cíclica para acionar cada fase do circuito inversor 188, a polaridade de corrente instantânea, uma tensão através de pelo menos uma chave associada com a fase correspondente do circuito inversor 188, e o tempo morto (ou tempo branco) do circuito inversor 188.

Estimativa para SVPWM

[00101] O módulo de estimativa de tensão terminal da máquina 127 usa quatro diferentes equações usadas para calcular as tensões de fase presentes VXN dependendo de dois parâmetros, a polaridade de corrente de fase e a direção da portadora. O primeiro parâmetro, direção da portadora, é baseado na inclinação da forma de onda da portadora PWM (mostrada na FIG. 5A). Para o caso do controle duplo, uma inclinação da forma de onda da portadora PWM positiva está correlacionada com a uma direção da portadora de um, e uma inclinação da forma de onda da portadora negativa PWM é igual a uma direção da portadora de zero. O módulo de estimativa de tensão terminal da máquina 127 pode determinar a direção da portadora usando qualquer método conhecido.

[00102] O segundo parâmetro usado para selecionar a equação VXN é a polaridade da corrente. A polaridade da corrente pode ser determinada pelo módulo de processamento secundário 116, por exemplo. Se a corrente for positiva, os valores VXN presentes (etapa de controle presente) podem ser calculados pelo módulo de estimativa de tensão terminal da máquina 127, como descrito a seguir.

[00103] A tabela seguinte mostra as quatro possíveis combinações da direção da portadora e polaridade de corrente e a equação VXN associada. Tabela 1

onde T é a razão de tempo morto, onde T = 2*tempo morto*frequência de comutação (1) VIGBT_x é a tensão através da chave (IGBT) da fase correspondente x, Vdiodo_x é a tensão através da chave (diodo) da fase correspondente x e dx é a taxa cíclica de modulação da fase X.

[00104] O tempo morto é um parâmetro do inversor. O tempo morto pode ser um valor diferente com base em diferentes IGBTs e diferentes frequências de comutação. Em outras palavras, o tempo morto pode ser determinado pelo hardware IGBT. Como descrito, tempo morto é o tempo entre um desligamento de IGBT em uma perna da fase antes que o outro IGBT na mesma perna da fase possa ligar para impedir uma condição de corrente extremamente alta.

[00105] As equações mostradas na Tabela 1 podem ser implementadas usando um DSP. Entretanto, deve-se entender que as equações na Tabela 1 podem ser modificadas para ser realizadas usando um FPGA. Por exemplo, as equações VXN podem ser diferentes em virtude de a estimativa da tensão terminal baseada em FPGA saber exatamente quando as chaves estão ligadas e desligadas. O DSP pode não ter a capacidade de saber quando as chaves estão ligadas e desligadas.

Estimativa para o modo DPWM2

[00106] O módulo de estimativa de tensão terminal da máquina 127 usa quatro diferentes equações para calcular as tensões de fase presentes VXN quando no modo DPWM2. O módulo de estimativa de tensão terminal da máquina 127 seleciona a equação correta com base em dois parâmetros, a polaridade de corrente de fase e o grampeamento de chave de fase. A tabela a seguir mostra a informação de grampeamento de chave de fase com base no número do setor. Tabela 2

[00107] Como deve-se entender, o padrão de grampeamento é diferente entre DPWM1, DPWM2 e DPWM3. Os padrões de grampeamento são baseados no vetor espacial de tensão instantânea. Com base no ângulo do vetor espacial de tensão, o número do setor é determinado pelo processador 120 e uma chave de fase correspondente é grampeada.

[00108] A polaridade de corrente pode ser determinada pelo módulo de processamento secundário 116, por exemplo. Se a corrente de fase for positiva, os valores VXN presentes seguintes são calculados pelo processador do sistema 120 (usando o módulo de estimativa de tensão terminal da máquina 127): Ix é positivo e a chave superior é grampeada, então

Ix é positiva e a chave inferior é grampeada, então

[00109] Se a corrente de fase for negativa, os valores VXN presentes seguintes são calculados pelo processador do sistema 120 (usando o módulo de estimativa de tensão terminal da máquina 127): Ix é negativa e a chave inferior é grampeada, então

Ix é negativa e a chave superior é grampeada, então

[00110] Para cada contagem, o processador do sistema 120, em uma modalidade exemplar, determina uma tensão de etapa de controle presente VxN para cada fase, com base em uma polaridade de corrente no circuito inversor 188.

[00111] A qualquer dado momento para uma dada fase do circuito inversor 188, tanto a chave superior quanto inferior é ligada ou elas podem ambas ser desligadas (por exemplo, tempo morto ou tempo branco anteriormente descritos). Por exemplo, a duração de tempo, durante cada ciclo PWM, onde as chaves superiores ou inferiores são ligadas pode depender da taxa cíclica associada com cada chave de cada fase em um dado ciclo PWM. Por exemplo, a taxa cíclica de chave 430 associada com a fase A pode ser 40% porcento, que significa que, em qualquer dado ciclo PWM, a chave 430 está ligada por 40% porcento do tempo, enquanto a chave 431 está ligada por 60% do tempo em um caso ideal sem tempo morto inserido. Entretanto, como anteriormente discutido, em qualquer dado ciclo PWM, uma quantidade muito pequena de tempo morto é introduzida durante o qual nem a chave superior nem inferior é ligada (por exemplo, 3 microssegundos), a fim de impedir corrente excessivamente alta.

[00112] Além disso, as chaves podem ser ligadas ou desligadas por meio dos sinais de acionamento/tensão de porta, que podem constituir uma quantidade relativamente pequena de tensão necessária para ligar/desligar um dado transistor (por exemplo, o transistor IGBT que opera como a chave 430).

[00113] A pluralidade de tensões de fase presentes VAN, VBN e VCN são cálculos de tensão instantânea (realizados pelo processador 120) e são a tensão média para o intervalo de regulagem de corrente. O processador 120 toma uma amostra de VXN para cada fase por intervalo de regulagem de corrente.

[00114] Em uma modalidade exemplar utilizando FPGA, o processador 120 determina uma pluralidade de tensões instantâneas (por exemplo, 2.500 medições para VAN, VBN e VCN em um modo de controle duplo mostrado na FIG. 6B), o processador 120, na etapa S751, calcula a média das tensões instantâneas em um intervalo de regulagem de corrente ativa.

[00115] O processador 120 pode calcular a média das tensões instantâneas (também referida como tensão média do trilho linha para negativa), VXN, com base em:

onde T é o número total de contagens/amostras de medição por ciclo PWM ou por intervalo de controle (por exemplo, 5.000 contagens por ciclo PWM e por intervalo de controle em um único modo de controle ou 2.500 contagens por modo de controle em um modo de controle duplo (considerando uma frequência de 5 kHz e uma taxa de amostragem de 25 mHz (por exemplo, 40 ns)).

[00116] Retornando ao método baseado em DSP na FIG. 7, em S752, o processador do sistema 120 determina um vetor espacial da tensão terminal usando as tensões de fase presentes VXN. O processador 120 determina o vetor espacial da tensão terminal com base em:

[00117] O processador 120 divide as partes real e imaginária do vetor espacial Vs, a fim de calcular a magnitude do vetor espacial Vs, com base em:

[00118] Calculando a magnitude do vetor espacial Vs, o processador 120 determina o pico da tensão terminal linha para neutro (S753), que é a tensão terminal estimada, com base em:

[00119] Em S755, o processador do sistema 120 pode filtrar a tensão estimada. O processador do sistema 120 pode filtrar a tensão estimada em virtude de a tensão terminal estimada poder incluir oscilações indesejadas. Portanto, a fim de prover um sinal de realimentação de controle mais suave, uma filtragem pode ser feita para eliminar as oscilações indesejadas. Em uma modalidade exemplar, a filtragem pode ser baseada em filtragem passa baixa da tensão terminal estimada. Em uma modalidade exemplar, a filtragem passa baixa pode constituir calcular uma média móvel da tensão terminal estimada.

[00120] Em S756, o processador do sistema 120, através do módulo de cálculo de patamar 127 (o calculador de patamar 646), pode determinar um patamar de tensão de pico linha para neutro (patamar de tensão terminal) por meio de:

[00121] A raiz quadrada de três é usada para limitar a tensão terminal na região linear do esquema de modulação pela largura de pulso por vetores espaciais. A tensão de barramento CC Vdc é um valor dinâmico e a tensão terminal portanto também será um valor dinâmico dependente da tensão de barramento CC Vdc.

[00122] Então, existem dois ganhos (modo de monitoramento do ganho do limite de tensão terminal & modo de frenagem do ganho do limite de tensão terminal) e, dependendo do modo de operação, o processador seleciona o ganho correspondente a ser multiplicado pelo patamar de tensão terminal. Os ganhos são selecionados para limitar a tensão terminal de um valor máximo de Vterm_max até um valor inferior. O valor pode ser diferente para diferentes aplicações onde um usuário pode querer limitar a tensão em 460 V, ou talvez em 440 V.

[00123] O processador do sistema 120 ajusta o patamar de tensão terminal por um ganho para reduzir adicionalmente a máxima tensão de saída durante condições operacionais de motor e/ou frenagem (permitindo que um usuário reduza o patamar de tensão terminal para um valor selecionado) por meio de:

[00124] Os ganhos podem ser selecionados pelo processador 120 de acordo com uma tensão máxima selecionada.

[00125] O processador do sistema 120 pode determinar se a tensão terminal estimada filtrada média móvel é diferente da real tensão terminal da máquina. Se for, a tensão terminal estimada pode ser modificada adicionando- se parâmetros de deslocamento ao valor de tensão terminal estimada.

[00126] Para determinar a diferença, o processador do sistema 120 compara a tensão estimada com a tensão terminal real medida (analisador de potência ou osciloscópio). Esta comparação é feita em uma fase de desenvolvimento de algoritmo para obter parâmetros de deslocamento. Uma vez que os deslocamentos tenham sido determinados, a real tensão não precisa ser medida.

[00127] O processador do sistema 120 determina a tensão terminal estimada modificada para os modos de monitoramento e frenagem:

onde o modo Offset_Monitoring da tensão terminal é o deslocamento para o modo motor e modo Offset_Braking da tensão terminal é o deslocamento para o modo frenagem.

[00128] O modo Offset_Motoring da tensão terminal dos parâmetros de deslocamento e o modo Offset_Braking da tensão terminal podem ser determinados por dados empíricos. Por exemplo, para selecionar os valores de parâmetro de deslocamento, o processador do sistema 120 pode desabilitar um parâmetro de habilitação de compensação da tensão terminal para impedir controle de realimentação. Assim procedendo, a tensão terminal estimada ainda será calculada mesmo que o controle de circuito fechado seja desabilitado. O processador do sistema 120 compara os valores de tensão terminal estimados com os valores tensão terminal da máquina reais do analisador de potência para condições de monitoramento e frenagem. O processador do sistema 120 ajusta o Modo Offset_Motoring da tensão terminal dos parâmetros de deslocamento e o modo Offset_Braking da tensão terminal correspondentemente para operações de monitoramento e frenagem de maneira tal que a tensão terminal estimada e a tensão terminal medida real sejam iguais e/ou próximas a iguais uma da outra.

[00129] Em S757, o processador do sistema 120, através do módulo de realimentação de tensão terminal 108, mostrado nas FIGS. 1A e 6, determina uma realimentação da tensão terminal. O processador do sistema 120 pode determinar a realimentação da tensão terminal determinando uma diferença entre uma tensão terminal estimada filtrada (depois de determinar se qualquer deslocamento deve ser aplicado) e o patamar de tensão terminal (depois de determinar se o patamar de tensão terminal deve ser ajustado por um ganho). Em uma modalidade exemplar, os deslocamentos e ganhos são sempre aplicados no patamar de tensão terminal e tensão terminal estimada.

[00130] Se a tensão terminal estimada filtrada exceder o patamar de tensão terminal, o processador 120, através do módulo de ajuste de corrente 107 e usando a diferença como um parâmetro de realimentação, pode ajustar o comando de corrente do eixo geométrico-d diminuindo o comando de corrente do eixo geométrico-d (S758). Se a corrente do eixo geométrico-d precisar ser modificada, ela mudará de um valor negativo (por exemplo, - 110A) para um valor negativo com uma magnitude que é maior que o comando de corrente do eixo geométrico-d inicial (por exemplo, -150A).

[00131] Entretanto, se a tensão terminal estimada filtrada for menor que o patamar de tensão terminal, o processador 120 não faz ajuste no comando de corrente do eixo geométrico-d (S759). Em S760, o processador 120 ajusta o comando de corrente do eixo geométrico-q com base no ajuste do comando de corrente do eixo geométrico-d de maneira a manter a magnitude de corrente total constante. Portanto, se não for feito ajuste no comando de corrente do eixo geométrico-d em S759, então nenhum ajuste subsequente no comando de corrente do eixo geométrico-q é feito em S760, também.

[00132] A realimentação do circuito descrita com referência às etapas S757-S760 pode ser feita por um controlador proporcional integral (PI) no processador do sistema 120.

[00133] A FIG. 8 ilustra ajustes nas magnitudes de corrente do eixo geométrico d/q e no ângulo correspondente de maneira tal que a magnitude de corrente total seja mantida constante, de acordo com uma modalidade exemplar. Manter a magnitude de corrente total 880 a mesma (ajustar o comando de corrente do eixo geométrico-d 882 e o comando de corrente do eixo geométrico-q 883) ainda mudando o ângulo gama 881 pode permitir um melhor controle da tensão terminal da máquina e evitar aquecimento excessivo nos enrolamentos do motor no circuito inversor 188.

[00134] Referindo-se às FIGS. 1 e 6, em uma modalidade exemplar, o módulo de ajuste de corrente 107 pode ser executado pelo processador do sistema 120 a fim de determinar o comando de ajuste de corrente do eixo geométrico d/q e o ângulo gama (designado como comando de ajuste id, comando de ajuste iq e ajuste do ângulo gama na FIG. 6).

[00135] Os ajustes nos comandos de corrente do eixo geométrico d/q de maneira tal que a magnitude de corrente total seja mantida constante podem ser com base nos cálculos seguintes:

onde Is 880 da FIG. 8 é a magnitude de corrente total. O ajuste no comando de corrente do eixo geométrico-d 882 pode ser determinado com base em:

[00136] Portanto, dados (1) e (2), o ajuste no comando de corrente do eixo geométrico-q 883 pode ser determinado com base em:

[00137] Detalhes adicionais com relação a como o processador 120 pode determinar o erro, bem como os ajustes no comando de corrente do eixo geométrico d/q são descritos em um outro pedido de patente dos inventores (U.S. Pub. 2012/0217923), incorporado aqui pela referência na sua íntegra.

Observação e Compensação de Torque

[00138] A precisão do torque de um esquema de controle baseado em tabela de busca é normalmente afetada pela variação de parâmetros da máquina e condições operacionais anormais, tais como indutâncias e ligação de fluxo produzidas por um ímã permanente.

[00139] Variação das características do aço da máquina de diferentes fornecedores pode causar diferentes comportamentos de saturação ao longo do eixo geométrico d/q e, dessa maneira, variar as indutâncias . Essas variações de parâmetros da máquina podem mudar o torque gerado para um ponto operacional de corrente selecionado.

[00140] Entendendo que cada máquina tem diferente características e comportamento diferentes na variação do parâmetro, torna-se difícil conseguir produção de torque precisa usando método baseado apenas em tabela de busca.

[00141] Para aumentar a robustez dessas incertezas e manter produção de torque de alta precisão, foi verificado um esquema de estimativa de torque e um compensador de torque. O esquema do observador de torque estima um torque de saída do eixo instantâneo. E um esquema de compensação de torque de circuito fechado ajusta o comando de corrente com base na diferença entre o comando de torque bruto e o torque estimado, de maneira tal que o torque do eixo gerado possa ainda seguir o torque de referência bruto em variação de parâmetro da máquina e diferentes condições operacionais.

[00142] Pelo menos uma modalidade exemplar descreve um método de estimar torque do eixo de uma máquina de corrente alternada. O método inclui determinar valores de comando de corrente de fase, estimar valores de tensão terminal com base em valores de corrente de fase reais e com base em pelo menos uma de uma razão de taxa cíclica e do tempo morto da máquina, transformar os valores de tensão terminal para derivar representações de tensão direta e de quadratura consistentes com os valores de comando de corrente, determinar uma potência terminal de um ou mais terminais da máquina, a potência terminal diretamente baseada nas representações de tensão direta e de quadratura da máquina e nos valores de comando de corrente e determinar um torque do eixo estimado da máquina com base na potência terminal de acordo com pelo menos um valor de eficiência baseado em parâmetros da máquina a partir de uma caracterização da máquina.

[00143] Em uma modalidade exemplar, o método inclui adicionalmente ajustar um comando de torque aplicado na máquina de maneira tal que o torque do eixo estimado seja substancialmente igual a um comando de torque para um intervalo de amostragem.

[00144] Em uma modalidade exemplar, o valor de eficiência varia com pelo menos um do comando de torque e uma razão tensão para velocidade.

[00145] Em uma modalidade exemplar, o ajuste do comando de torque inclui determinar um erro entre o comando de torque e o torque do eixo estimado, gerar um valor de torque saturado com base no erro e gerar o comando de torque ajustado com base no valor de torque saturado.

[00146] Em uma modalidade exemplar, o ajuste do comando de torque inclui gerar o comando de torque ajustado com base em uma função proporcional integral (PI).

[00147] Em uma modalidade exemplar, o método inclui adicionalmente determinar um modo de operação, o modo de operação sendo um de um modo de frenagem e um modo motor e obter uma tabela de eficiência associada com o modo de operação, a tabela de eficiência incluindo valores de eficiência correspondentes a porcentagens de comando de torque e razões tensão-velocidade, respectivamente, a tabela de eficiência sendo armazenada em um dispositivo de armazenamento e a tabela de eficiência incluindo pelo menos um valor de eficiência.

[00148] Em uma modalidade exemplar, o método inclui adicionalmente receber uma porcentagem do comando de torque de entrada e uma razão de tensão-velocidade de entrada e determinar uma potência do eixo estimada com base na potência terminal e no valor de eficiência correspondentes à porcentagem do comando de torque de entrada e na razão tensão-velocidade de entrada.

[00149] Em uma modalidade exemplar, a determinação do torque do eixo estimado inclui determinar um torque do eixo com base na potência do eixo e velocidade do eixo estimada e determinar o torque do eixo estimado filtrando o torque do eixo.

[00150] Pelo menos uma modalidade exemplar descreve um método de estimar torque do eixo de uma máquina de corrente alternada. O método inclui medir correntes de fase associadas com um ou mais enrolamentos do estator da máquina, estimar valores de tensão terminal com base nas representações de correntes de fase medidas da máquina e com base em pelo menos uma de uma razão de taxa cíclica e do tempo morto da máquina, transformar os valores de tensão terminal para derivar representações de tensão direta e de quadratura consistentes com as correntes de fase medidas, determinar uma potência terminal de um ou mais terminais da máquina, a potência terminal diretamente baseada em um dos valores de tensão terminal estimados e representações de tensão direta e de quadratura da máquina e valores de comando de corrente e determinar um torque do eixo estimado da máquina com base na potência terminal de acordo com pelo menos um valor de eficiência baseado em parâmetros da máquina a partir de uma caracterização da máquina.

[00151] Em uma modalidade exemplar, o método inclui adicionalmente ajustar um comando de torque aplicado na máquina de maneira tal que o torque do eixo estimado seja substancialmente igual a um comando de torque para um intervalo de amostragem.

[00152] Em uma modalidade exemplar, o valor de eficiência varia com pelo menos um do comando de torque e uma razão tensão para velocidade.

[00153] Em uma modalidade exemplar, o ajuste do comando de torque inclui determinar um erro entre o comando de torque e o torque do eixo estimado, gerar um valor de torque saturado com base no erro e gerar o comando de torque ajustado com base no valor de torque saturado.

[00154] Em uma modalidade exemplar, o ajuste do comando de torque inclui gerar o comando de torque ajustado com base em uma função proporcional integral (PI).

[00155] Em uma modalidade exemplar, o método inclui adicionalmente determinar um modo de operação, o modo de operação sendo um de um modo de frenagem e um modo motor e obter uma tabela de eficiência associada com o modo de operação, a tabela de eficiência incluindo valores de eficiência correspondentes às porcentagens de comando de torque e razões tensão-velocidade, respectivamente, a tabela de eficiência sendo armazenada em um dispositivo de armazenamento e a tabela de eficiência incluindo pelo menos um valor de eficiência.

[00156] Em uma modalidade exemplar, o método inclui adicionalmente receber uma porcentagem de comando de torque de entrada e uma razão tensão-velocidade de entrada e determinar uma potência do eixo estimada com base na potência terminal e no valor de eficiência correspondentes à porcentagem de comando de torque de entrada e a razão tensão-velocidade de entrada.

[00157] Em uma modalidade exemplar, a determinação do torque do eixo estimado inclui determinar um torque do eixo com base na potência do eixo estimada e na velocidade do eixo e determinar o torque do eixo estimado filtrando o torque do eixo. Pelo menos uma modalidade exemplar descreve um sistema incluindo um processador configurado para determinar valores de comando de corrente de fase associados com uma máquina de corrente alternada, estimar valores de tensão terminal com base em valores de corrente de fase reais e com base em pelo menos uma de uma razão de taxa cíclica e do tempo morto da máquina de corrente alternada, transformar os valores de tensão terminal para derivar representações de tensão direta e de quadratura consistentes com os valores de comando de corrente, determinar uma potência terminal de um ou mais terminais da máquina, a potência terminal diretamente baseada nas representações de tensão direta e de quadratura da máquina e nos valores de comando de corrente e determinar um torque do eixo estimado da máquina com base na potência terminal de acordo com pelo menos um valor de eficiência baseado em parâmetros da máquina a partir de uma caracterização da máquina.

[00158] Em uma modalidade exemplar, o processador é configurado para ajustar um comando de torque aplicado na máquina de maneira tal que o torque do eixo estimado seja substancialmente igual a um comando de torque para um intervalo de amostragem.

[00159] Em uma modalidade exemplar, o valor de eficiência varia com pelo menos um do comando de torque e da razão de tensão para velocidade.

[00160] Em uma modalidade exemplar, o processador é configurado para determinar um erro entre o comando de torque e o torque do eixo estimado, gerar um valor de torque saturado com base no erro e gerar o comando de torque ajustado com base no valor de torque saturado.

[00161] Em uma modalidade exemplar, o processador é configurado para gerar o comando de torque ajustado com base em uma função proporcional integral (PI).

[00162] Em uma modalidade exemplar, o processador é configurado para determinar um modo de operação, o modo de operação sendo um de um modo de frenagem e um modo motor e obter uma tabela de eficiência associada com o modo de operação, a tabela de eficiência incluindo valores de eficiência correspondentes a porcentagens de comando de torque e razões tensão-velocidade, respectivamente, a tabela de eficiência sendo armazenada em um dispositivo de armazenamento e a tabela de eficiência incluindo o pelo menos um valor de eficiência.

[00163] Em uma modalidade exemplar, o processador é configurado para receber uma porcentagem de comando de torque de entrada e uma razão tensão-velocidade de entrada e determinar uma potência do eixo estimada com base na potência terminal e no valor de eficiência correspondentes à porcentagem de comando de torque de entrada e na razão tensão-velocidade de entrada.

[00164] Em uma modalidade exemplar, o processador é configurado para determinar um torque do eixo com base na potência do eixo estimada e na velocidade do eixo e determinar o torque do eixo estimado filtrando o torque do eixo.

[00165] Pelo menos uma modalidade exemplar descreve um sistema incluindo um processador configurado para medir correntes de fase associadas com um ou mais enrolamentos do estator de uma máquina de corrente alternada, estimar valores de tensão terminal com base nas representações de correntes de fase medidas da máquina e com base em pelo menos uma de uma razão de taxa cíclica e do tempo morto da máquina, transformar os valores de tensão terminal para derivar representações de tensão direta e de quadratura consistentes com as correntes de fase medidas, determinar uma potência terminal de um ou mais terminais da máquina, a potência terminal diretamente baseada em um dos valores de tensão terminal estimados e representações de tensão direta e de quadratura da máquina e valores de comando de corrente e determinar um torque do eixo estimado da máquina com base na potência terminal de acordo com pelo menos um valor de eficiência baseado em parâmetros da máquina a partir de uma caracterização da máquina.

[00166] Em uma modalidade exemplar, o processador é configurado para ajustar um comando de torque aplicado na máquina de maneira tal que o torque do eixo estimado seja substancialmente igual a um comando de torque para um intervalo de amostragem.

[00167] Em uma modalidade exemplar, o valor de eficiência varia com pelo menos um do comando de torque e da razão de tensão para velocidade.

[00168] Em uma modalidade exemplar, o processador é configurado para determinar um erro entre o comando de torque e o torque do eixo estimado, gerar um valor de torque saturado com base no erro e gerar o comando de torque ajustado com base no valor de torque saturado.

[00169] Em uma modalidade exemplar, o processador é configurado para gerar o comando de torque ajustado com base em uma função proporcional integral (PI).

[00170] Em uma modalidade exemplar, o processador é configurado para determinar um modo de operação, o modo de operação sendo um de um modo de frenagem e um modo motor e obter uma tabela de eficiência associada com o modo de operação, a tabela de eficiência incluindo valores de eficiência correspondentes a porcentagens de comando de torque e razões tensão-velocidade, respectivamente, a tabela de eficiência sendo armazenada em um dispositivo de armazenamento e a tabela de eficiência incluindo o pelo menos um valor de eficiência.

[00171] Em uma modalidade exemplar, o processador é configurado para receber uma porcentagem de comando de torque de entrada e uma razão tensão-velocidade de entrada e determinar uma potência do eixo estimada com base na potência terminal e no valor de eficiência correspondentes à porcentagem de comando de torque de entrada e a razão tensão-velocidade de entrada.

[00172] Em uma modalidade exemplar, o processador é configurado para determinar um torque do eixo com base na potência do eixo estimada e na velocidade do eixo e determinar o torque do eixo estimado filtrando o torque do eixo.

[00173] Referindo-se novamente à FIG. 3, o módulo de estimativa de torque 129 gera dados de torque estimado Test com base nas tensões de fase do inversor VAN, VBN e VCN, geradas a partir da tensão terminal da máquina estimativa supradescrita.

[00174] Como será descrito com mais detalhes a seguir, o módulo de estimativa de torque 129 estima potência terminal diretamente baseada na tensão terminal e comandos de corrente. Uma eficiência converte a potência terminal em potência do eixo. Os comandos de corrente são usados em vez de corrente real para reduzir oscilação na potência estimada. O módulo de estimativa de torque 129 estima torque do eixo da máquina com base na potência estimada, velocidade medida e informação de eficiência do ponto operacional. A informação de eficiência do ponto operacional é armazenada em uma tabela de busca, que é obtida durante um estágio de caracterização do motor.

[00175] Durante caracterização do motor, múltiplos comandos de corrente são usados em diferentes pontos de velocidade, que gera curvas MTPA (máximo torque por amp) e MTPV (máximo torque por volt). Muitos itens são gravados tais como corrente de fase, tensão de fase, torque, velocidade, etc. Dados de eficiência são gerados registrando potência de entrada da máquina (potência terminal) e também potência do eixo. Dividindo a potência do eixo pela potência de entrada para cada ponto operacional caracterizado, uma tabela de busca de eficiência é gerada. Então, as entradas na tabela de busca são a porcentagem de comando de torque e razão tensão/velocidade. A saída será um valor de eficiência.

[00176] No geral, caracterização do motor é um procedimento usado para determinar comandos do eixo geométrico-d e eixo geométrico-q para um comando de velocidade e torque específicos. O procedimento é repetido em múltiplos comandos de torque e múltiplas velocidades. Qualquer procedimento de caracterização do motor conhecido pode ser usado.

[00177] O módulo de estimativa de torque 129 não precisa usar informação de parâmetros da máquina.

[00178] O módulo de estimativa de torque 129 inclui o módulo de cálculo da posição do rotor θv 310 que determina a posição do rotor θv para uma transformação Park nas tensões de fase VAN, VBN e VCN. O módulo de cálculo da posição do rotor 310 determina a posição do rotor θv com base em uma posição do rotor usada para uma transformação de Park em correntes de fase θp ou uma posição do rotor extrapolada usada para uma transformação de Park inversa em SVPWM θe.

[00179] A posição do rotor θp é o valor de posição do rotor real (de um resolvedor) no mesmo instante que as correntes de fase são amostradas. θe é calculado pelo processador a partir de θp, tempo morto, período PWM e velocidade.

[00180] As FIGS. 9A-9C ilustram diferentes exemplos de cálculo da posição do rotor θv.

[00181] A FIG. 9A ilustra uma modalidade exemplar de determinar a posição do rotor θv usando estimativa da tensão terminal baseada em DSP de controle duplo.

[00182] A FIG. 9A ilustra quatro ciclos de controle, que são equivalentes a dois ciclos de comutação PWM usando controle duplo. Usando o k-ésimo ciclo de controle como um exemplo, o processador do sistema 120 executa inúmeras tarefas.

[00183] Quando a informação de corrente de fase no k-ésimo ciclo, isto é,

está pronta, o processador do sistema 120 obtém esta informação de corrente. Com a posição do rotor neste instante de tempo depois da compensação, isto é, a posição do rotor , transformação de Park nas correntes de fase é realizada para obter a corrente real

.

[00184] O controlador de regulagem de corrente 111 gera referência de Tensão

com base na informação de corrente real e comando de corrente

.

[00185] O módulo PWM 112 gera taxas cíclicas trifásicas

com base em

. Embora

seja gerado no k-ésimo ciclo, ela só fica efetiva no k+1-ésimo ciclo. E, no ciclo k-ésimo, as taxas cíclicas efetivas reais usadas para controlar são

. Por causa do mecanismo de sombreamento da taxa cíclica, a posição extrapolada, isto

, , é usada em SVPWM na etapa k.

[00186] Para controle duplo, o relacionamento entre

no PWM_Theta_Extropolation_Down Mode pode ser expresso como:

onde Ts significa o período de iteração de controle (denotar período de ciclo de comutação PWM como Ts,sw, para controle simples Ts = Ts,sw, enquanto, para controle duplo, Ts = Ts,sw/2).

[00187] Como deve-se entender Up Mode e Down Mode referem às inclinações positiva e negativa, respectivamente, da forma de onda PWM.

[00188] Para o modo PWM_Theta_Extropolation_Up, a equação para extrapolação de posição é diferente, e pode ser expressa como:

[00189] O esquema de estimativa de tensão terminal da máquina, anteriormente descrito, é realizado pelo processador do sistema 120 nesta etapa k, que usa informação tal como informação de taxa cíclica

, informação de corrente de fase

tensão de barramento CC

. A tensão de fase terminal estimada

.

[00190] Referindo-se à FIG. 9A, o instante de tempo da posição do rotor é sincronizado com o instante de tempo da média de . Portanto, o processador do sistema 120 calcula a posição do rotor como:

ou determinado por:

[00191] Como deve-se entender, k significa o índice da iteração de controle (ciclo). O índice k depois da variável indica a variável correspondente que é usada na iteração de controle. Por exemplo, a posição do rotor significa a posição do rotor que é usada na k-ésima iteração de controle. Um outro exemplo, a posição do rotor significa a posição do rotor que é usada na k-ésima iteração de controle. Embora a posição do rotor seja posição extrapolada e localiza no ciclo de controle seguinte, isto é, k+1-ésima, é calculada e usada a k-ésima iteração de controle.

[00192] A FIG. 9B ilustra uma modalidade exemplar de determinar a posição do rotor θv usando estimativa da tensão terminal baseada em FPGA de controle duplo. O instante de tempo da posição do rotor é ainda sincronizado com o instante de tempo da média de .

[00193] Considerando o período de tempo usado para estimativa da tensão terminal pelo método FPGA, o processador do sistema 120 calcula a posição do rotor como:

ou:

[00194] O 23.2us é a soma do atraso do hardware e do atraso do filtro FPGA. O atraso do filtro é determinado pela ordem dos filtros. Portanto, o valor para a soma dos atrasos poderia ser variável por causa das diferentes estrutura e ordens dos filtros.

[00195] A forma inferior da onda ilustra quando a rotina de serviço de interrupção DSP (ISR) dispara, e a máxima quantidade de tempo que o DSP tem para executar todo o algoritmo de controle do motor.

[00196] A FIG. 9C ilustra uma modalidade exemplar de determinar a posição do rotor θv usando estimativa da tensão terminal baseada em FPGA de controle simples.

[00197] No k-ésimo ciclo de controle, o comando de corrente é disponível, que é o mesmo do caso anterior. O processador do sistema 120 calcula as tensões de fase presentes no k-1-ésimo ciclo, e então usa o k-1-ésimo ciclo de controle. A posição do rotor usado para transformação de Park de tensão no k-ésimo ciclo é como a posição do rotor , que fica localizada no ponto médio de um Ts. O relacionamento entre as posições do rotor e pode ser expresso como:

ou:

[00198] Referindo-se novamente à FIG. 3, o módulo de transformação de Park 315 obtém a posição do rotor θv a partir do módulo de cálculo da posição do rotor 310. O módulo de transformação de Park 315 realiza uma transformação de Park nas tensões de fase presentes VABCN para gerar tensões do eixo geométrico d-qdo quadro de referência rotativo Vdq.

[00199] Como deve-se entender, quadro de referência refere-se a um sistema de coordenadas usado para representar e medir propriedades tais como posição (por exemplo, posição rotacional angular), velocidade, torque, parâmetros elétricos e orientação do rotor do motor, do estator do motor, ou de ambos. Em um quadro de referência rotativo, as correntes do estator instantâneas de um motor multifásico podem ser expressas como um único vetor de corrente do estator complexo em um sistema de coordenadas Cartesianas. Se uma transformada de Park ou uma transformada similar for aplicada no vetor de corrente do estator complexo, o quadro de referência tem componentes do eixo geométrico direto (eixo geométrico-d) e eixo geométrico de quadratura (eixo geométrico-q) que giram com a posição de fluxo do rotor (por exemplo, local máximo no campo magnético). Para um motor com ímãs permanentes anexados no rotor, a posição de fluxo do rotor não muda com relação ao rotor, oposto a onde são usados eletroímãs em certos rotores.

[00200] O processador do sistema 120 obtém componentes de tensão em um quadro de referência estacionário bifásico. Em um quadro de referência estacionário, a posição (por exemplo, posição rotacional angular), velocidade rotacional, torque, parâmetros elétricos e orientação do rotor, do estator, ou de ambos, são observados de um ponto de vista de observador estacionário. Um quadro de referência estacionário pode referir-se ao caso onde o quadro de referência é alinhado com o estator do motor, ou onde o eixo geométrico-d e o eixo geométrico-q não giram com o rotor. Para o rotor ou estator, um quadro de referência estacionário é mutuamente exclusivo a um quadro de referência rotativo.

[00201] Os componentes de tensão são equivalentes aos componentes de tensão Vs_real e Vs_imaginary, respectivamente, que são determinados na estimativa de potência da máquina supradescrita, como:

[00202] O processador do sistema 120 realiza a transformação de Park como:

[00203] Para reduzir adicionalmente a oscilação no Vdq calculado, uma média móvel pode ser implementada. O comprimento da janela para a média móvel pode variar de acordo com as taxas de execução da transformada de Park nas funções de tensão e média móvel. Por exemplo, um comprimento de janela de 10 ms pode ser usado. Se a frequência PWM for 6.000 Hz, média móvel de 60 etapas é equivalente a 60/6 = 10 ms.

[00204] O módulo de estimativa de potência terminal 320 obtém as tensões do eixo geométrico d-q do quadro de referência rotativo Vdq do módulo de transformação de Park 315. O módulo de estimativa de potência terminal 320 gera uma potência terminal estimada Pest com base nas tensões Vdq e nos comandos de corrente final id*, iq*, que podem ser os comandos de corrente iq_cmd, id_cmd ou seus valores ajustados se a tensão terminal estimada for acima do patamar de tensão terminal.

[00205] O módulo de estimativa de potência terminal 320 é baseado no relacionamento básico entre potência terminal da máquina, torque do eixo, tensão e corrente. Do ponto de vista mecânico, a potência de entrada terminal pode ser expressa como:

onde são as perdas de potência totais, que incluem perda por cobre, perna no núcleo, atrito & deslocamento de ar, etc., e é a velocidade do eixo, é o torque do eixo. Do ponto de vista elétrico, a potência de entrada terminal pode ser expressa como:

[00206] Uma vez que a informação de corrente do eixo geométrico d-q real pode ter grandes oscilações em torno dos respectivos valores de referência, os comandos de corrente dos eixos geométricos finais d-q id*, iq* são usados na estimativa de potência. Portanto, o processador do sistema 120 calcula a potência terminal estimada Pest como:

[00207] O módulo de estimativa do torque do eixo 330 obtém a potência terminal estimada Pest do módulo de estimativa de potência terminal 320. O módulo de estimativa do torque do eixo 330 gera um torque estimado baseado na potência terminal estimada Pest, uma eficiência interpolada n e velocidade do eixo oshaft. A velocidade do eixo oshaft pode ser obtida usando qualquer método conhecido.

[00208] Em um procedimento de caracterização IPM, dados de eficiência da máquina correspondentes à combinação de cada porcentagem de comando de torque e razão tensão-velocidade são disponíveis. Similar à tabela de busca de corrente do eixo geométrico d-q, uma tabela de busca de eficiência é também criada a partir da caracterização, que também usa porcentagens de razão e comando de torque como entradas. Considerando que a tabela de eficiência e tabelas de busca de corrente têm as mesmas entradas, a tabela de busca de eficiência é conectada em paralelo com as tabelas de busca de id e iq (por exemplo, 109) para compartilhar as mesmas entradas. No caso de caracterização de monitoramento e frenagem separadas, haverá duas diferentes tabelas de busca de eficiência para modos de monitoramento e frenagem.

[00209] O módulo de extração de eficiência 325 inclui tabelas de busca de eficiência (armazenadas nos dispositivos de armazenamento de dados 260) para modos de monitoramento e frenagem, respectivamente. Com base na porcentagem do comando de torque, razão e modo, o módulo de extração de eficiência 325 utiliza a tabela de busca associada com o modo e produz a eficiência interpolada n.

[00210] Para modo motor,

[00211] Enquanto, para modo de frenagem,

[00212] O módulo de estimativa do torque do eixo estima o torque Test como se segue:

[00213] Uma vez que os dados de eficiência de ponto operacional foram coletados durante o estágio de caracterização IPM, a eficiência interpolada η sob qualquer velocidade e condição de carregamento pode ser utilizada pelo módulo de estimativa do torque do eixo 330 para lidar com as perdas de potência como:

[00214] Para filtrar adicionalmente ruído no torque estimado, um filtro passa baixa de segunda ordem pode ser usado pelo módulo de estimativa do torque do eixo 330. E a expressão final para torque estimado pelo módulo de estimativa do torque do eixo 330 é:

onde A é o ganho CC do filtro passa baixa de segunda ordem.

[00215] O módulo de compensação de torque 131 usa um erro entre torque do eixo estimado e comando de torque bruto para ajustar o comando de torque bruto. O módulo de compensação de torque 131 reduz o erro entre comando de torque estimado e torque bruto. Uma vez que somente o comando de torque foi modificado, a trajetória do comando de corrente é ainda determinada pela tabela de busca de corrente do eixo d-q, que força os comandos de corrente para perto da eficiência ideal.

[00216] O módulo de compensação de torque 131 é configurado para gerar os dados de comando de torque final Tcmd_final com base nos dados de torque estimados Test do módulo de estimativa do torque do eixo 330. O módulo de compensação de torque 131 pode ser baseado em rotação ou baseado em PI.

[00217] A FIG. 10 ilustra um esquema de compensação de torque baseado em rotação de acordo com uma modalidade exemplar.

[00218] Como mostrado na FIG. 10, um módulo de compensação de torque 131A determina uma diferença entre os dados de torque estimado Test e no comando de torque Tcmd, que é identificado como Terr. O módulo de compensação de torque 131A passa a diferença através de um limitador 1030. Os limites do limitador 1030 são determinados com base em um nível do sistema e com base em dados empíricos. Eles são determinados pelo processador com base na máquina na qual o circuito inversor 188 está eletricamente conectado. Por exemplo, se uma máquina tiver um torque nominal muito grande, o limitador de erro será maior que se uma máquina tiver um torque nominal muito menor.

[00219] O limitador 1030 produz uma diferença saturada Terr_sat para uma unidade de determinação 1050. O módulo de compensação de torque 131A então determina se a diferença saturada Terr_sat é maior que uma margem de erro. Similar aos limites do limitador, a margem de erro é determinada com base no nível do sistema e com base em dados empíricos. Se a diferença saturada Terr_sat for menor ou igual a uma margem de erro, a unidade de determinação 1050 determina que o comando de torque final Tcmd_final para um k-ésimo ciclo é o comando de torque final para o k-1-ésimo ciclo anterior. Se a diferença saturada Terr_sat for maior que uma margem de erro, a unidade de determinação 1050 determina que o comando de torque final Tcmd_adj para um k-ésimo ciclo é o comando de torque final para o k-1-ésimo ciclo anterior mais a diferença saturada Terr_sat.

[00220] A FIG. 11 ilustra um esquema de compensação de torque baseado em PI de acordo com uma modalidade exemplar. Um módulo de compensação de torque 131B inclui um regulador PI 1105.

[00221] O regulador PI 1105 gera um ajuste no comando de torque bruto Tcmd. Este ajuste é adicionado ao comando de torque bruto Tcmd para formar um comando de torque compensado Tcmd_compensate.

[00222] O regulador PI 1105 obtém um erro entre o comando de torque bruto Tcmd e o torque estimado Test. O regulador PI 1105 obtém ganhos PI de uma tabela 1110. Os ganhos PI são ajustados em linha. Os ganhos PI são ajustados em teste de laboratório. Os ganhos são estabelecidos determinando valores para tempo de elevação, erro de estado estacionário, e outras características de projeto do sistema controlador PI. Uma vez que os ganhos são obtidos, eles são armazenados no dispositivo de armazenamento de dados 260.

[00223] O regulador PI 1105 também obtém limites de uma tabela 1115 e um integrador retém o sinal de um gerador integrador 1120. Os limites da tabela 1115 incluem tanto limites da soma do integrador quanto de PI. Os limites são estabelecidos como uma porcentagem do comando de torque bruto. Por exemplo, os limites podem ser 10% do comando de torque bruto, assim, para um comando de torque bruto de 100 Nm, os limites do integrador e soma são 10 Nm. Isto dará um máximo comando de torque ajustado de 10 Nm e um máximo comando de torque final de 110 Nm.

[00224] O regulador PI 1105 é também configurado para obter um sinal de restabelecimento. O sinal de restabelecimento pode ser gerado por uma porta OR sempre que um sinal de habilitação de descanso PI, um sinal de desabilitação de controle de comutação ou sinal de desabilitação de compensação de torque for recebido. Mediante um restabelecimento, o valor do integrador é restabelecido.

[00225] O regulador PI 1105 produz um termo de ajuste do comando de torque, ΔT, com base no erro, ganhos e limites PI.

[00226] Um somador 1130 adiciona o comando de torque bruto Tcmd e o ajuste do comando de torque Tcmd_adj. A saída do somador 1130 é alimentada em um limitador de comando de torque 1135 que produz o comando de torque compensado ajustado Tcmd_compensate. O limitador de comando de torque 1135 impede que a soma de comando de torque bruto Tcmd e do ajuste do comando de torque Tcmd_adj exceda um limite de torque.

[00227] A FIG. 12 ilustra um método de gerar os limites superior/inferior de torque para o limitador de comando de torque 1135, de acordo com uma modalidade exemplar.

[00228] Com base na curva de velocidade-torque, torque nominal do cliente Cust_Rated_Torq_Nm é obtido. Com base em uma curva razão- torque, o torque base Base_Torq é obtido. A partir de dados de caracterização do motor, valores de torque base são respectivamente associados com pontos de velocidade discretos com um nível de tensão de barramento CC nominal. Durante o procedimento de caracterização do motor IPM, cada velocidade do rotor caracterizada do eixo tem um máximo torque de saída que é definido como o torque base nessa velocidade. Assim, o torque base pode também ser referido como um torque de pico.

[00229] O mínimo do torque nominal do cliente e torque base é usado como um torque nominal Rated_Torq_Nm. E então os limites de torque superior e inferior são determinados pelos produtos de torque nominal e porcentagem de redução do torque (Torq_Upper/Lower_Limit_pct_out).

[00230] Os limites superior e inferior são então determinados pelo produto do torque nominal Rated_Torq_Nm e da porcentagem de redução do torque superior/inferior. Essas porcentagens variam de 0% (totalmente reduzido) para 100% (não reduzido). Existem diversas maneiras em que as porcentagens de redução de torque superior/inferior são calculadas. Em uma modalidade exemplar, pode haver uma redução do torque para alta temperatura da máquina, alta temperatura do inversor, tensão de barramento CC, velocidade da máquina, limites de hardware, etc. A redução de torque mais severa (menor porcentagem) é usada como o valor de redução de torque final.

[00231] O torque nominal é limitado a um torque caracterizado de pico e também limite de comando de torque de hardware.

[00232] Referindo-se novamente à FIG. 11, um seletor 1140 seleciona um do comando de torque bruto Tcmd e do comando de torque compensado Tcmd_compensate como o comando de torque final Tcmd_final.

[00233] O seletor 1140 recebe uma sinalização Torq_Comp_Enable para determinar qual comando de torque, comando de torque bruto Tcmd ou torque compensado Tcmd_compensate, deve ser usado como o real comando de torque final Tcmd_final.

[00234] Existem diversos exemplos para determinar o valor de Torq_Comp_Enable, isto é, se habilita ou não o compensador de torque. Com propósitos de teste, uma sinalização global manualmente alterada pode ser usada. Em uma outra modalidade exemplar, a sinalização do Torq_Comp_Enable pode ser baseada em velocidade. Por exemplo, o processador do sistema pode habilitar o compensador de torque se a velocidade excede 1.000 RPM. Este recurso de habilitação dependente da velocidade pode ser implementado usando histerese ou relé.

[00235] A FIG. 13 ilustra um método de estimativa e compensação de torque de acordo com uma modalidade exemplar. O método da FIG. 13 pode ser realizado pelo processador 120 e, mais especificamente, o módulo de estimativa de tensão terminal da máquina 127, o módulo de estimativa de torque 129 e o módulo de compensação de torque 131.

[00236] Em S1305, o processador 120 determina correntes de fase (ia, ib e ic). Em S1310, o processador 120 estima a tensão terminal da máquina. Por exemplo, a tensão terminal pode ser estimada usando o método mostrado na FIG. 7. O processador então transforma a tensão terminal estimada em S1315. Por exemplo, o módulo de transformação de Park 315 obtém a posição do rotor θv a partir do módulo de cálculo da posição do rotor 310. O módulo de transformação de Park 315 realiza uma transformação de Park nas porções real e imaginária da tensão terminal estimada para gerar tensões do eixo geométrico d-q do quadro de referência rotativo Vdq. O processador então determina uma potência terminal em S1320. Por exemplo, o módulo de estimativa de potência terminal 320 obtém as tensões do eixo geométrico d-q do quadro de referência rotativo Vdq do módulo de transformação de Park 315. O módulo de estimativa de potência terminal 320 gera uma potência terminal estimada Pest com base nas tensões Vdq e nos comandos de corrente final id*, iq*, que podem ser os comandos de corrente iq_cmd, id_cmd ou seus valores ajustados se a tensão terminal estimada estiver acima do patamar de tensão terminal.

[00237] Em S1325, o processador determina um torque do eixo estimado. O torque do eixo estimado pode ser a eficiência interpolada estimada n em qualquer velocidade e condição de carregamento que pode ser utilizada pelo módulo de estimativa do torque do eixo 330 para lidar com perdas de potência como:

[00238] Para filtrar adicionalmente ruído no torque estimado, um filtro passa baixa de segunda ordem pode ser usado pelo módulo de estimativa do torque do eixo 330. E a expressão final para torque estimado pelo módulo de estimativa do torque do eixo 330 é:

[00239] Modalidades exemplares sendo assim descritas, ficará óbvio que as mesmas podem ser variadas de muitas maneiras. Tais variações não devem ser consideradas um desvio do espírito e escopo de modalidades exemplares, e todas tais modificações que ficam óbvias aos versados na técnica devem ser incluídas no escopo das reivindicações.

Claims (16)

1. Método para estimar torque do eixo de uma máquina de corrente alternada, caracterizadopelo fato de que compreende: determinar valores de comando de corrente de fase (S1305); estimar valores de tensão terminal (S1310) com base em valores de corrente de fase reais e com base em pelo menos uma de uma razão de taxa cíclica e do tempo morto da máquina; transformar os valores de tensão terminal (S1315) para derivar representações de tensão direta e de quadratura consistentes com os valores de comando de corrente; determinar uma potência terminal (S1320) de um ou mais terminais da máquina, a potência terminal diretamente baseada nas representações de tensão direta e de quadratura da máquina e nos valores de comando de corrente; e determinar um torque do eixo estimado (S1325) da máquina com base na potência terminal de acordo com pelo menos um valor de eficiência da máquina baseado em parâmetros da máquina a partir de uma caracterização da máquina, em que o pelo menos um valor de eficiência varia com pelo menos um do valor de comando de torque correspondente e uma razão de tensão para velocidade.

2. Método de acordo com a reivindicação 1, caracterizadopelo fato de que compreende adicionalmente: ajustar um comando de torque aplicado na máquina de maneira tal que o torque do eixo estimado seja substancialmente igual a um comando de torque para um intervalo de amostragem.

3. Método de acordo com a reivindicação 2, caracterizadopelo fato de que os valores de comando atuais são derivados de um comando de torque correspondente.

4. Método de acordo com qualquer uma das reivindicações 2 ou 3, caracterizado pelo fato de que o ajuste do comando de torque inclui: determinar um erro entre o comando de torque e o torque do eixo estimado, gerar um valor de torque saturado com base no erro e limites associados com torque nominal para máquina, e gerar o comando de torque ajustado com base no valor de torque saturado.

5. Método de acordo com qualquer uma das reivindicações 2 ou 3, caracterizado pelo fato de que o ajuste do comando de torque inclui: gerar o comando de torque ajustado com base em uma função proporcional integral (PI).

6. Método de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 5, caracterizado pelo fato de que compreende adicionalmente: determinar um modo de operação, o modo de operação sendo um de um modo de frenagem e um modo motor; e obter uma tabela de eficiência associada com o modo de operação, a tabela de eficiência incluindo valores de eficiência correspondentes a porcentagens de comando de torque e razões tensão- velocidade, respectivamente, a tabela de eficiência sendo armazenada em um dispositivo de armazenamento e a tabela de eficiência incluindo pelo menos um valor de eficiência.

7. Método de acordo com a reivindicação 6, caracterizado pelo fato de que compreende adicionalmente: receber uma porcentagem de comando de torque de entrada e uma razão tensão-velocidade de entrada; e determinar uma potência do eixo estimada com base na potência terminal e no valor de eficiência correspondentes à porcentagem de comando de torque de entrada e a razão tensão-velocidade de entrada.

8. Método de acordo com a reivindicação 7, caracterizado pelo fato de que a determinação do torque do eixo estimado inclui: determinar um torque do eixo com base na potência do eixo estimada e na velocidade do eixo, e determinar o torque do eixo estimado filtrando o torque do eixo.

9. Sistema para estimar torque do eixo de uma máquina de corrente alternada, caracterizadopelo fato de que compreende: um processador configurado para: determinar valores de comando de corrente de fase (S1305) associados com uma máquina de corrente alternada; estimar valores de tensão terminal (S1310) com base em valores de corrente de fase reais e com base em pelo menos uma de uma razão de taxa cíclica e do tempo morto da máquina de corrente alternada; transformar os valores de tensão terminal (S1315) para derivar representações de tensão direta e de quadratura consistentes com os valores de comando de corrente; determinar uma potência terminal (S1320) de um ou mais terminais da máquina, a potência terminal diretamente baseada nas representações de tensão direta e de quadratura da máquina e nos valores de comando de corrente; e determinar um torque do eixo estimado (S1325) da máquina com base na potência terminal de acordo com pelo menos um valor de eficiência baseado em parâmetros da máquina a partir de uma caracterização da máquina, em que o pelo menos um valor de eficiência varia com pelo menos um do valor de comando de torque correspondente e uma razão de tensão para velocidade.

10. Sistema de acordo com a reivindicação 9, caracterizado pelo fato de que o processador é configurado para, ajustar um comando de torque aplicado na máquina de maneira tal que o torque do eixo estimado seja substancialmente igual a um comando de torque para um intervalo de amostragem.

11. Sistema de acordo com a reivindicação 10, caracterizado pelo fato de que os valores de comando atuais são derivados de um comando de torque correspondente.

12. Sistema de acordo com a reivindicação 10, caracterizado pelo fato de que o processador é configurado para: determinar um erro entre o comando de torque e o torque do eixo estimado, gerar um valor de torque saturado com base no erro e limites associados com torque nominal para máquina, e gerar o comando de torque ajustado com base no valor de torque saturado.

13. Sistema de acordo com a reivindicação 10, caracterizado pelo fato de que o processador é configurado para: gerar o comando de torque ajustado com base em uma função proporcional integral (PI).

14. Sistema de acordo com qualquer uma das reivindicações 9 a 13, caracterizado pelo fato de que o processador é configurado para: determinar um modo de operação, o modo de operação sendo um de um modo de frenagem e um modo motor, e obter uma tabela de eficiência associada com o modo de operação, a tabela de eficiência incluindo valores de eficiência correspondentes a porcentagens de comando de torque e razões tensão- velocidade, respectivamente, a tabela de eficiência sendo armazenada em um dispositivo de armazenamento e a tabela de eficiência incluindo pelo menos um valor de eficiência.

15. Sistema de acordo com a reivindicação 14, caracterizado pelo fato de que o processador é configurado para: receber uma porcentagem de comando de torque de entrada e uma razão tensão-velocidade de entrada, e determinar uma potência do eixo estimada com base na potência terminal e no valor de eficiência correspondentes à porcentagem de comando de torque de entrada e a razão tensão-velocidade de entrada.

16. Sistema de acordo com a reivindicação 15, caracterizado pelo fato de que o processador é configurado para, determinar um torque do eixo com base na potência do eixo estimada e na velocidade do eixo, e determinar o torque do eixo estimado filtrando o torque do eixo.

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