BR102015032076B1 - Unidade de controle de motor, e, método para sintonizar um regulador de corrente - Google Patents
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Abstract
UNIDADE DE CONTROLE DE MOTOR, E, MÉTODO PARA SINTONIZAR UM REGULADOR DE CORRENTE Em uma modalidade de exemplo, uma unidade de controle de motor inclui um processador configurado para sintonizar um regulador de corrente regulando um suprimento de corrente elétrica para um motor elétrico determinando uma pluralidade de variáveis, a pluralidade de variáveis incluindo um valor de resistência de estator, um primeiro valor de indutância e um segundo valor de indutância, o valor de resistência de estator sendo um valor de resistência de um estator do motor elétrico, o primeiro valor de indutância sendo uma indutância de eixo geométrico d do motor elétrico e o segundo valor de indutância sendo uma indutância de eixo geométrico q do motor elétrico. O processador está ademais configurado para sintonizar o regulador de corrente determinando uma pluralidade de ganhos baseado na pluralidade determinada de variáveis e gerar comandos de corrente para operar o motor elétrico baseado na pluralidade determinada de ganhos.
Description
[001] Modalidades de exemplo estão relacionadas a sistemas e métodos para autossintonizar ganhos de um regulador de corrente utilizado em máquinas elétricas.
[002] Um regulador de corrente que provê corrente a máquinas elétricas deve ser sintonizado para cada máquina elétrica. A sintonização do regulador de corrente envolve determinar um conjunto de parâmetros tais como uma resistência de estator, uma indutância de eixo geométrico direto (eixo geométrico d) e indutância de eixo geométrico em quadratura (eixo geométrico q). Sem conhecimento destes parâmetros, o processo de sintonizar o regulador de corrente é difícil e propenso a medições inexatas.
[003] Soluções existentes para estimar tais parâmetros incluem prover um único ponto de teste para estimar a resistência de estator e aplicar pulsos fixos como formas de onda de tensão ao determinar os parâmetros de indutância. Além disso, soluções existentes não proveem sintonizar frequências de comutação para o controle do motor da máquina elétrica.
[004] Algumas modalidades são dirigidas a métodos e aparelhos para autossintonizar parâmetros de ganho de um regulador de corrente.
[005] Em uma modalidade de exemplo, uma unidade de controle de motor inclui um processador configurado para sintonizar um regulador de corrente regulando um suprimento de corrente elétrica para um motor elétrico determinando uma pluralidade de variáveis, a pluralidade de variáveis incluindo um valor de resistência de estator, um primeiro valor de indutância e um segundo valor de indutância, o valor de resistência de estator sendo um valor de resistência de uma fase de estator do motor elétrico, o primeiro valor de indutância sendo uma indutância de eixo geométrico d do motor elétrico e o segundo valor de indutância sendo uma indutância de eixo geométrico q do motor elétrico. O processador está ademais configurado para sintonizar o regulador de corrente determinando uma pluralidade de ganhos baseado na pluralidade determinada de variáveis e gerar comandos de corrente para operar o motor elétrico baseado na pluralidade determinada de ganhos.
[006] Modalidades de exemplos serão entendidas mais claramente da descrição detalhada seguinte levada junto com os desenhos acompanhantes. Figuras 1-4 representam modalidades de exemplo não limitantes como descrito aqui. Figura 1 é um diagrama de bloco de uma máquina elétrica, de acordo com uma modalidade de exemplo; Figura 2 ilustra os componentes de um controlador da máquina elétrica da Figura 1, de acordo com uma modalidade de exemplo; Figura 3 é um fluxograma ilustrando um método de autossintonizar ganhos de um regulador de corrente da máquina elétrica da Figura 1, de acordo com uma modalidade de exemplo; e Figura 4 ilustra um exemplo de tabela de frequências de comutação de um motor elétrico da máquina elétrica da Figura 1, de acordo com uma modalidade de exemplo.
[007] Algumas modalidades de exemplo serão descritas agora mais completamente com referência aos desenhos acompanhantes, nos quais algumas modalidades de exemplo são ilustradas.
[008] Por conseguinte, enquanto modalidades de exemplo são capazes de várias modificações e formas alternativas, modalidades disso são mostradas por meio de exemplo nos desenhos e serão descritas aqui em detalhes. Deveria ser entendido, porém, que não há nenhuma intenção para limitar modalidades de exemplo às formas particulares expostas, mas pelo contrário, modalidades de exemplo são para cobrir todas as modificações, equivalentes, e alternativas caindo dentro da extensão das reivindicações. Mesmos números se referem a mesmos elementos ao longo da descrição das figuras.
[009] Será entendido que, embora os termos primeiro, segundo, etc., possam ser usados aqui para descrever vários elementos, estes elementos não deveriam ser limitados por estes termos. Estes termos são usados somente para distinguir um elemento de outro. Por exemplo, um primeiro elemento poderia ser chamado um segundo elemento, e, semelhantemente, um segundo elemento poderia ser chamado um primeiro elemento, sem partir da extensão de modalidades de exemplo. Como usado aqui, o termo "e/ou" inclui qualquer e todas as combinações de um ou mais dos itens listados associados.
[0010] Será entendido que quando um elemento é chamado como estando "conectado" ou "acoplado" a outro elemento, ele pode estar conectado ou acoplado diretamente ao outro elemento ou elementos intervenientes podem estar presentes. Em contraste, quando um elemento é chamado como estando "conectado diretamente" ou "acoplado diretamente" a outro elemento, não há nenhum elemento interveniente presente. Outras palavras usadas para descrever a relação entre elementos deveriam ser interpretadas em um modo igual (por exemplo, "entre" contra "diretamente entre", "adjacente" contra "diretamente adjacente", etc.).
[0011] A terminologia usada aqui é para o propósito de descrever modalidades particulares somente e não é pretendida ser limitante de modalidades de exemplo. Como usadas aqui, as formas singulares "um", "uma" e "o" são pretendidas incluir as formas plurais igualmente, a menos que o contexto indique claramente caso contrário. Será entendido ademais que os termos "compreende", "compreendendo", "inclui" e/ou "incluindo", quando usados aqui, especificam a presença de características declaradas, inteiros, etapas, operações, elementos e/ou componentes, mas não impede a presença ou adição de uma ou mais outras características, números inteiros, etapas, operações, elementos, componentes e/ou grupos disso.
[0012] Também deveria ser notado que em algumas implementações alternativas, as funções/atos notados podem ocorrer fora da ordem notada nas figuras. Por exemplo, duas figuras mostradas em sequência podem na realidade ser executadas substancialmente simultaneamente ou podem às vezes ser executadas na ordem inversa, dependendo da funcionalidade/atos envolvidos.
[0013] A menos que caso contrário definido, todos os termos (incluindo termos técnicos e científicos) usados aqui têm o mesmo significado como entendido geralmente por alguém de habilidade ordinária na técnica à qual modalidades de exemplo pertencem. Será entendido ademais que termos, por exemplo, aqueles definidos em dicionários geralmente usados, deveriam ser interpretados como tendo um significado que é consistente com seu significado no contexto da técnica pertinente e não será interpretado em um senso idealizado ou formal demais, a menos que expressamente assim definido aqui.
[0014] Porções de modalidades de exemplo e descrição detalhada correspondente são apresentadas em termos de software, ou algoritmos e representações simbólicas de operação em bits de dados dentro de uma memória de computador. Estas descrições e representações são as pelas quais aqueles de habilidade ordinária na técnica carregam efetivamente a substância do seu trabalho a outros de habilidade ordinária na técnica. Um algoritmo, como o termo é usado aqui, e como é usado geralmente, é concebido para ser uma sequência autoconsistente de etapas conduzindo a um resultado. As etapas são aquelas requerendo manipulações físicas de quantidades físicas. Normalmente, entretanto não necessariamente, estas quantidades levam a forma de sinais ópticos, elétricos, ou magnéticos capazes de serem armazenados, transferidos, combinados, comparados, e caso contrário manipulados. Provou conveniente às vezes, principalmente por razoes de prática geral, se referir a estes sinais como bits, valores, elementos, símbolos, caracteres, termos, números ou similares.
[0015] 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 implementadas como módulos de programa ou processos funcionais incluindo rotinas, programas, objetos, componentes, estruturas de dados, etc., que executam tarefas particulares ou implementam tipos de dados abstratos particulares e podem ser implementadas usando hardware existente. Tal hardware existente pode incluir uma ou mais Unidades de Processamento Central (CPUs), processadores de sinais digitais (DSPs), circuitos integrados específicos de aplicação, arranjos de portas programáveis em campo (FPGAs), computadores ou similar.
[0016] Deveria ser tido em mente que todas estes e termos semelhantes estarão associados com as quantidades físicas apropriadas e são rótulos meramente convenientes aplicados a estas quantidades. A menos que declarado especificamente caso contrário, ou como é aparente da discussão, termos tais como "processando" ou "computando" ou "calculando" ou "determinando" ou "exibindo" ou similar, se referem à ação e processos de um sistema de computador, ou dispositivo de computação eletrônico semelhante, que manipula e transforma dados representados como quantidades físicas eletrônicas dentro dos registros do sistema de computador e memórias em outros dados representados semelhantemente como quantidades físicas dentro das memórias de sistema de computador ou registros ou outros tais dispositivos de armazenamento, transmissão ou exibição de informação.
[0017] Note também que os aspectos implementados por software de modalidades de exemplo são tipicamente codificados em alguma forma meio de armazenamento tangível (ou gravação) ou implementado através de algum tipo de meio de transmissão. O meio de armazenamento tangível pode ser magnético (por exemplo, um disquete ou um disco rígido) ou óptico (por exemplo, uma memória só de leitura de disco compacto, ou "CD ROM"), e pode ser lido somente ou acesso aleatório. Semelhantemente, o meio de transmissão pode ser par de fios torcidos, cabo coaxial, fibra óptica, ou algum outro meio de transmissão satisfatório conhecido na técnica. Modalidades de exemplo não estão limitadas por estes aspectos de qualquer dada implementação.
[0018] Algumas modalidades são dirigidas a métodos e aparelhos para autossintonizar parâmetros de ganho de um regulador de corrente.
[0019] Em uma modalidade de exemplo, uma unidade de controle de motor inclui um processador configurado para sintonizar um regulador de corrente regulando um suprimento de corrente elétrica para um motor elétrico determinando uma pluralidade de variáveis, a pluralidade de variáveis incluindo um valor de resistência de estator, um primeiro valor de indutância e um segundo valor de indutância, o valor de resistência de estator sendo um valor de resistência de uma fase de estator do motor elétrico, o primeiro valor de indutância sendo uma indutância de eixo geométrico d do motor elétrico e o segundo valor de indutância sendo uma indutância de eixo geométrico q do motor elétrico. O processador está ademais configurado para sintonizar o regulador de corrente determinando uma pluralidade de ganhos baseado na pluralidade determinada de variáveis e gerar comandos de corrente para operar o motor elétrico baseado na pluralidade determinada de ganhos.
[0020] Em ainda outra modalidade de exemplo, o processador está configurado para determinar o valor de resistência de estator determinando um primeiro valor de resistência do estator quando uma velocidade do motor elétrico é zero e uma corrente fluindo pelo motor elétrico é positiva, determinar um segundo valor de resistência do estator quando a velocidade do motor elétrico é zero e a corrente fluindo pelo motor elétrico é negativa, e calcular a média do primeiro e segundo valores de resistência para obter o valor de resistência de estator.
[0021] Em ainda outra modalidade de exemplo, o processador está configurado para determinar o primeiro valor de indutância determinando um tempo para uma magnitude de uma corrente de eixo geométrico d fluindo pelo motor elétrico para mudar entre limites inferior e superior com relação a um ponto de referência, e determinar o primeiro valor de indutância baseado no tempo determinado, um valor de tensão correspondendo ao ponto de referência estabelecido e a mudança da magnitude da corrente de eixo geométrico d.
[0022] Em ainda outra modalidade de exemplo, o processador está configurado para determinar o primeiro valor de indutância baseado no tempo determinado, o valor de tensão correspondendo ao ponto de referência estabelecido, a mudança da magnitude da corrente de eixo geométrico d e a resistência de estator determinada.
[0023] Em ainda outra modalidade de exemplo, o processador está configurado para determinar o segundo valor de indutância determinando um tempo para uma magnitude de uma corrente de eixo geométrico q fluindo pelo motor elétrico para mudar entre limites inferior e superior com relação a um ponto de referência, e determinar o segundo valor de indutância baseado no tempo determinado, um valor de tensão correspondendo ao ponto de referência estabelecido e a mudança da magnitude da corrente de eixo geométrico q.
[0024] Em ainda outra modalidade de exemplo, o processador está configurado para determinar o segundo valor de indutância baseado no tempo determinado, o valor de tensão correspondendo ao ponto de referência estabelecido, a mudança da magnitude da corrente de eixo geométrico q e a resistência de estator determinada.
[0025] Em ainda outra modalidade de exemplo, o processador está configurado para determinar a pluralidade de ganhos determinando uma pluralidade de frequências de comutação associadas com a velocidade de motor elétrico e determinar um valor de resistência virtual baseado no valor de resistor de estator determinado. Para cada uma da pluralidade de frequências de comutação, o processador está configurado para determinar a pluralidade de ganhos determinando um primeiro e segundo ganhos proporcionais baseado no primeiro e segundo valores de indutância determinados, e determinar um primeiro e segundo ganhos integrais baseado em um respectivo do primeiro e segundo ganhos proporcionais, a resistência virtual determinada e o valor de resistência de estator determinado.
[0026] Em ainda outra modalidade de exemplo, o processador está ademais configurado para determinar, a cada uma da pluralidade de frequências de comutação, se o regulador de corrente satisfaz uma exigência de desempenho usando os correspondentes da pluralidade de ganhos determinados, e ajustar os correspondentes da pluralidade de ganhos determinados baseado em se o regulador de corrente satisfaz a exigência de desempenho a cada uma da pluralidade de frequências de comutação.
[0027] Em ainda outra modalidade de exemplo, o processador determina se o regulador de corrente satisfaz a exigência de desempenho determinando uma primeira relação entre um comando de corrente de eixo geométrico d dos comandos de corrente gerados e uma corrente de eixo geométrico d real do motor elétrico, determinar uma segunda relação entre um comando de corrente de eixo geométrico q dos comandos de corrente gerados e uma corrente de eixo geométrico q real do motor elétrico, e determinar que o regulador de corrente satisfaz os critérios de desempenho se a primeira e segunda relações estiverem dentro de um limiar.
[0028] Em ainda outra modalidade de exemplo, o processador está ademais configurado para suprir os comandos de corrente gerados a um inversor que converte os comandos de corrente a tensões trifásicas para executar o motor elétrico.
[0029] Em uma modalidade de exemplo, um método de sintonizar um regulador de corrente regulando um suprimento de corrente elétrica para um motor elétrico inclui determinar uma pluralidade de variáveis, a pluralidade de variáveis incluindo um valor de resistência de estator, um primeiro valor de indutância e um segundo valor de indutância, o valor de resistência de estator sendo um valor de resistência de uma fase de estator do motor elétrico, o primeiro valor de indutância sendo uma indutância de eixo geométrico d do motor elétrico e o segundo valor de indutância sendo uma indutância de eixo geométrico q do motor elétrico. O método ademais inclui determinar uma pluralidade de ganhos baseado na pluralidade determinada de variáveis e gerar comandos de corrente para operar o motor elétrico baseado na pluralidade determinada de ganhos.
[0030] Em ainda outra modalidade de exemplo, a determinação da pluralidade de variáveis determina o valor de resistência de estator, determinando um primeiro valor de resistência do estator quando uma velocidade do motor elétrico é zero e uma corrente fluindo pelo motor elétrico é positiva, determinando um segundo valor de resistência do estator quando a velocidade do motor elétrico é zero e a corrente fluindo pelo motor elétrico é negativa, e calculando a média do primeiro e segundo valores de resistência para obter o valor de resistência de estator.
[0031] Em ainda outra modalidade de exemplo, a determinação da pluralidade de variáveis determina o primeiro valor de indutância, determinando um tempo para uma magnitude de uma corrente de eixo geométrico d fluindo pelo motor elétrico para mudar entre limites inferior e superior com relação a um ponto de referência, e determinando o primeiro valor de indutância baseado no tempo determinado, um valor de tensão correspondendo ao ponto de referência estabelecido e a mudança da magnitude da corrente de eixo geométrico d.
[0032] Em ainda outra modalidade de exemplo, a determinação da pluralidade de variáveis determina o primeiro valor de indutância baseado no tempo determinado, o valor de tensão correspondendo ao ponto de referência estabelecido, a mudança da magnitude da corrente de eixo geométrico d e a resistência de estator determinada.
[0033] Em ainda outra modalidade de exemplo, a determinação da pluralidade de variáveis determina o segundo valor de indutância, determinando um tempo por uma magnitude de uma corrente de eixo geométrico q fluindo pelo motor elétrico para mudar entre limites inferior e superior com relação a um ponto de referência, e determinando o segundo valor de indutância baseado no tempo determinado, um valor de tensão correspondendo ao ponto de referência estabelecido e a mudança da magnitude da corrente de eixo geométrico q.
[0034] Em ainda outra modalidade de exemplo, a determinação da pluralidade de variáveis determina o segundo valor de indutância baseado no tempo determinado, o valor de tensão correspondendo ao ponto de referência estabelecido, a mudança da magnitude da corrente de eixo geométrico q e a resistência de estator determinada.
[0035] Em ainda outra modalidade de exemplo, a determinação da pluralidade de ganhos inclui determinar uma pluralidade de frequências de comutação associadas com a velocidade de motor elétrico e determinar um valor de resistência virtual baseado no valor de resistor de estator determinado. A determinação da pluralidade de ganhos ademais inclui, para cada uma da pluralidade de frequências de comutação, determinar um primeiro e segundo ganhos proporcionais baseado no primeiro e segundo valores de indutância determinados, e determinar um primeiro e segundo ganhos integrais baseado em um respectivo do primeiro e segundo ganhos proporcionais, a resistência virtual determinada e o valor de resistência de estator determinado.
[0036] Em ainda outra modalidade de exemplo, o método ademais inclui determinar, a cada uma da pluralidade de frequências de comutação, se o regulador de corrente satisfaz uma exigência de desempenho usando os correspondentes da pluralidade de ganhos determinados e ajustar os correspondentes da pluralidade de ganhos determinados baseado em se o regulador de corrente satisfaz a exigência de desempenho a cada uma da pluralidade de frequências de comutação.
[0037] Em ainda outra modalidade de exemplo, a determinação se o regulador de corrente satisfaz a exigência de desempenho determinando uma primeira relação entre um comando de corrente de eixo geométrico d dos comandos de corrente gerados e uma corrente de eixo geométrico d real do motor elétrico, determinando uma segunda relação entre um comando de corrente de eixo geométrico q dos comandos de corrente gerados e uma corrente de eixo geométrico q real do motor elétrico, e determinando que o regulador de corrente satisfaz os critérios de desempenho se a primeira e segunda relações estiverem dentro de um limiar.
[0038] Em ainda outra modalidade de exemplo, o método ademais inclui suprir os comandos de corrente a um inversor que converte os comandos de corrente a tensões trifásicas para executar o motor elétrico.
[0039] Figura 1 é um diagrama de bloco de uma máquina elétrica, de acordo com uma modalidade de exemplo. Como mostrado na Figura 1, a máquina elétrica 100 inclui um controlador 101, um inversor 102, um motor elétrico 103 e sensores 104.
[0040] O controlador 101 inclui uma memória 101-1 e um processador 101-2. Em uma modalidade de exemplo, a memória 101-1 tem armazenado nela, um conjunto de instruções legíveis por computador para implementar a autossintonização de ganhos que regulam o comando de corrente (em seguida podem ser chamados ganhos de regulador de corrente) para suprir tensões ao motor elétrico 103, como será descrito ademais abaixo com referência à Figura 2. O processador 101-2 pode executar as instruções legíveis por computador armazenadas na memória 101-1, assim se tornando um computador de propósito especial que implementa a autossintonização dos ganhos de regulador de corrente.
[0041] O controlador 101 pode regular a corrente e tensão providas ao motor elétrico 103. O controlador 101 pode regular a corrente e tensão baseado em um conjunto de comandos de controle (por exemplo, velocidade desejada do motor elétrico 103), um conjunto de medições de parâmetros tais como velocidade, corrente, posição, temperatura, etc., do motor elétrico 103. As medições podem incluir medição de ruído, medições amostradas, medições quantizadas, etc., que podem ser obtidas pelos sensores 104.
[0042] Em uma modalidade de exemplo, o controlador 101 pode estar embutido dentro do inversor 102.
[0043] Figura 2 ilustra os componentes de controlador da máquina elétrica da Figura 1, de acordo com uma modalidade de exemplo. Em uma modalidade de exemplo, o controlador 101 pode ser um controlador de velocidade síncrona de corrente alternada (CA) tendo uma malha de controle externa 201 e uma malha de controle interna 202.
[0044] A malha de controle externa 201 pode receber como entradas os comandos de controle (por exemplo, velocidade desejada do motor 103, comandos posicionais e aceleração, etc.), limites de sistema (por exemplo, limites de torque) e medições tais como a velocidade do motor elétrico 103, a tensão de barramento do motor elétrico 103, etc., que pode ser chamada a velocidade real do motor elétrico 103). Como saídas, a malha de controle externa 201 pode gerar comandos de torque/corrente para controlar a velocidade do motor elétrico 103, que são alimentados à malha de controle interna 202, como entradas.
[0045] A malha de controle interna 202 pode receber como entradas os comandos de torque/corrente gerados da malha de controle externa 201, limites de corrente da máquina elétrica 100 (que podem ser determinados/ditados pelo projeto da máquina elétrica 100) e algumas das entradas de medição pelos sensores 104 tais como a corrente e posição do motor elétrico 103. A saída da malha de controle interna 102 pode ser tensões que são providas como entradas ao inversor 102. Globalmente, o controlador 101 regula os comandos de entrada em comandos de corrente de eixo geométrico q e eixo geométrico d que acionam o motor elétrico 103.
[0046] A malha de controle interna 202 pode ser chamada um regulador de corrente, que pode requerer sintonização. Os ganhos de regulador de corrente descritos acima se referem aos ganhos da malha de controle interna 202. O regulador de corrente 202 pode ser qualquer tipo de proporcional-integral (PI) e/ou controlador qualquer tipo de proporcional- integral-derivado (PID). Tal sintonização pode determinar valores de uma variedade de ganhos pelos quais os comandos de torque/corrente são ajustados antes de serem alimentados no inversor 102. A sintonização do regulador de corrente 202 pode ser governada por um conjunto de equações complexas, que são conhecidas na técnica. Uma sintonização manual do regulador de corrente pode ser incômoda ou requerer repetição devido a inexatidões. Por conseguinte, e como será descrito com referência à Figura 3, as modalidades de exemplo proveem métodos e sistemas para determinar/ajustar um conjunto de ganhos usados para sintonizar o regulador de corrente 202.
[0047] Em uma modalidade de exemplo, o inversor 102 pode converter os comandos de corrente/torque de eixo geométrico d e eixo geométrico q de representações de dados de duas fases em representações de tensão de três fases (por exemplo, representações de tensão de três fases, tais como va*, vb* e vc) para controle do motor elétrico 103. As três tensões de fase va*, vb* e vc* podem ser chamadas tensões terminais de inversor. O estágio de saída do inversor 102 (por exemplo, tensões terminais de saída va, vb e vc) pode prover uma forma de onda de tensão modulada por largura de pulso ou outros sinais de tensão para controle do motor elétrico 103. Em uma modalidade de exemplo, o inversor 102 é energizado por um barramento de tensão de corrente contínua (cc).
[0048] O inversor 102 pode incluir um circuito de acionamento de semicondutor que aciona ou controla semicondutores de comutação (por exemplo, transistores bipolares de portas isoladas (IGBT) ou outros transistores de potência) para produzir sinais de controle para o motor elétrico 103.
[0049] O motor elétrico 103 pode ser um motor de CA síncrono incluindo, mas não limitado a motores não excitados, motores de relutância, motores de histerese, motores de ímã permanente e motores excitados por CC. Em uma modalidade de exemplo, o motor elétrico 103 pode ser um motor não síncrono tal como um motor de indução.
[0050] O motor elétrico 103 pode ademais estar associado com sensores 104 (por exemplo, um sensor de posição, um determinador ou sensor de posição de codificador) que estão associados com um eixo geométrico de motor ou um rotor do motor elétrico 103. Os sensores 104 podem ser acoplados ao controlador de motor elétrico 101 para prover 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 de realimentação ou sinais, por exemplo. Outros possíveis dados de realimentação incluem, mas não estão limitados a leituras de temperatura de enrolamento, leituras de temperatura de semicondutor do inversor 102, dados de tensão de três fases, outra informação térmica ou de desempenho para o motor elétrico 103, uma posição angular do eixo geométrico de motor do motor elétrico 103, uma rapidez ou velocidade do eixo geométrico de motor do motor elétrico 103 e uma direção de rotação do eixo geométrico de motor do motor elétrico 103. Os sensores 104 podem estar montados em ou integrais com o eixo geométrico de motor do motor elétrico 103. A saída dos sensores 104 pode ser realimentada ao controlador 101.
[0051] Em uma modalidade de exemplo, os sensores 104 podem ser acoplados a um conversor analógico para digital (não mostrado) que converte dados de posição brutos analógicos ou dados de velocidade a dados de posição ou velocidade bruta digital, respectivamente a serem entrados no controlador 101.
[0052] Como descrito acima, a malha interna 202 do controlador de motor elétrico 101 é um regulador de corrente, que requer sintonização e que há um conjunto complexo de equações que governam tal sintonização. Enquanto não há nenhuma necessidade por uma discussão detalhada das equações que governam a sintonização do regulador de corrente 202, como já é conhecido, há quatro tipos de ganhos (que também pode ser chamados ganhos nominais) que só para serem sintonizados.
[0053] Estes quatro tipos de ganhos estão divididos em dois grupos de ganhos proporcionais e integrais, isto é um ganho de eixo geométrico d proporcional (Kpd), um ganho de eixo geométrico q proporcional (Kpq), um ganho de eixo geométrico d integral (Kid) e um ganho de eixo geométrico q integral (Kiq). Além destes quatro ganhos, as modalidades de exemplo proveem métodos para determinar frequências de comutação para controlar o motor elétrico 103, que será descrito ademais com referência à Figura 3.
[0054] A fim de determinar os supracitados quatro ganhos nominais, um conjunto de parâmetros deveria ser estimado. O conjunto de parâmetros inclui a resistência de estator do motor elétrico 103, a indutância de eixo geométrico d e a indutância de eixo geométrico q.
[0055] Figura 3 é um fluxograma descrevendo um método para sintonizar os ganhos de regulador de corrente, de acordo com uma modalidade de exemplo. Mais especificamente, implementando as funcionalidades descritas na Figura 3, o controlador de motor elétrico 101, pelo processador 101-2, determina o conjunto de parâmetros e as frequências de comutação e subsequentemente sintoniza os quatro ganhos mencionados baseado no conjunto de parâmetros determinado e nas frequências de comutação determinadas.
[0056] Em S300, o processador 101-2 determina a resistência de estator do motor elétrico 103 (por exemplo, resistência de estator por fase do motor elétrico 103). Em uma modalidade de exemplo, o processador 101-2 determina a resistência do estator como segue.
[0057] Em uma modalidade de exemplo, a tensão de eixo geométrico d do motor elétrico 103 é governada por:
onde vd é a tensão de eixo geométrico d, id é a corrente de eixo geométrico d, rs é a resistência do estator, Ld é a indutância de eixo geométrico d, ye é a velocidade angular do motor elétrico 103, iq e Lq são os valores de corrente e indutância de eixo geométrico q, respectivamente.
[0058] Em uma modalidade de exemplo, se a velocidade do motor elétrico 103 for zero, então a velocidade angular ye é zero. Se a corrente de eixo geométrico d id for constante, então a taxa de mudança de id é zero, assim simplificando a equação (1) para:
[0059] Por conseguinte, o valor de rs pode ser determinado da Eq. (2). Porém, determinar rs de uma única medição de ponto de vd e id pode se provar inadequado porque tal medição pode ser sensível a ofsetes nos transdutores de corrente e à queda de tensão de IGBTs e diodos utilizados no controlador de motor elétrico 101, no inversor 102 e nos sensores 104.
[0060] Portanto, em uma modalidade de exemplo, múltiplas medições de tensão e corrente podem ser feitas e o declive resultante pode ser determinado, que representa uma estimativa da resistência do estator rs. O declive resultante pode ser determinado da equação seguinte, assumindo dois conjuntos de medições:
onde representa um valor médio de resistência de euVcVqt. Δxd fi c fkfetgp>c gpVtg qu fqku xcnqtgu fg Vgpu«q ogfkfqu g Δkd é a diferença entre os dois valores de corrente medidos.
[0061] Em uma modalidade de exemplo, a Eq. (3) pode ser aplicada uma vez para corrente positiva e uma vez para corrente negativa e os valores de rs resultantes para as correntes positiva e negativa podem ser calculados em média para produzir estimativas de resistência de estator consistentes e precisas.
[0062] Uma vez que o processador 101-2 determine a resistência do estator, então em S310, o processador 101-2 determina a indutância de eixo geométrico d. Em uma modalidade de exemplo, o processador 101-2 determina a indutância de eixo geométrico d como segue.
[0063] A indutância de eixo geométrico d pode ser determinada da Eq. (1) acima. A resposta de corrente precisa para uma mudança de degrau em tensão de eixo geométrico d é uma resposta exponencial (assumindo velocidade zero para o motor elétrico 103). Porém, a subida/caída inicial em corrente devido à mudança de degrau pode ser aproximada por uma linha reta. Por conseguinte, injetando uma tensão de onda quadrada tendo uma frequência, que pode ser alta relativa à constante de tempo de resistência/indutância, uma corrente em forma de triângulo aproximada pode ser gerada, que muda entre um limite mínimo e máximo do controlador de histerese. Tal método de injeção pode representar um controle de histerese da corrente sobre um ponto fixo/referência (por exemplo, zero). Um ponto fixo de zero pode resultar, em uma modalidade de exemplo, em uma queda de tensão zero pela resistência do estator e assim o id(t)*rs na Eq. (1) pode ser negligenciado ao estimar a indutância de eixo geométrico d.
[0064] Por conseguinte, a indutância de eixo geométrico d, baseada na Eq. (1), pode ser determinada como:
onde ΔV fi q Vgorq swg ngxc rctc c eqttgpVg owfct gpVtg wo xcnqt oípkoq c wo xcnqt oázkoq pc qpfc fg VtkâPiwnq g Δkd é a mudança em corrente entre um limite mínimo e um máximo do controlador de histerese a um dado comando de tensão.
[0065] É conhecido que a indutância do motor elétrico varia com magnitude de corrente devido à saturação e que corrente de eixo geométrico d puramente resulta em torque zero sendo aplicado ao motor elétrico 103. Porque corrente de eixo geométrico d resulta em torque zero, o ponto fixo pode ser movido longe de zero sem resultar no motor elétrico 103 girar. Porém, um ponto de referência não zero introduz uma queda de tensão média pela resistência do motor elétrico, que pode ser compensada em estimar a indutância de eixo geométrico d.
[0066] Portanto, em uma modalidade de exemplo, a Eq. (4) pode ser modificada como segue ao determinar a indutância de eixo geométrico d:
(5) qpfg Δv. Δkd, vd e rs são como descrito acima e a id-méd é a corrente associada com a queda de tensão pela resistência de motor elétrico 103 (por exemplo, rs*id-méd = a queda de tensão pela resistência de motor elétrico 103). Em uma modalidade de exemplo, rs como determinado em S300 pode ser usado na Eq. (5) ao determinar a indutância de eixo geométrico d.
[0067] Em uma modalidade de exemplo, a indutância de eixo geométrico d pode ser determinada para vários pontos fixos de corrente media e, portanto, a indut‚ncia de eixo geomÈtrico d pode ser determinada por variaÁıes na corrente de eixo geomÈtrico d.
[0068] Em S320, o processador 101-2 pode determinar a indut‚ncia de eixo geomÈtrico q da mesma maneira exata como a indut‚ncia de eixo geomÈtrico d usando o controle de histerese da corrente sobre um ponto fixo. Em uma modalidade de exemplo, o processador 101-2 pode determinar a indut‚ncia de eixo geomÈtrico q como segue.
[0069] Em uma modalidade de exemplo, a equaÁ„o governando a tens„o de eixo geomÈtrico q do motor elÈtrico pode ser expressa como:
onde vq é a tensão de eixo geométrico q, iq é a corrente de eixo geométrico q, rs é a resistência do estator, Lq é a indutância de eixo geométrico q, e é a velocidade angular do motor elétrico 103, é a amplitude do fluxo induzido pelo rotor do motor elétrico 103, id e Ld são os valores de corrente e indutância de eixo geométrico q, respectivamente.
[0070] Com relação à estimação de indutância de eixo geométrico q, a indutância de eixo geométrico q produz torque e assim tal torque é considerado travando fisicamente o motor elétrico 103 e impedindo o motor elétrico 103 de girar (por exemplo, usando uma chave ou qualquer outra ferramenta para impedir manualmente o motor de girar). À corrente média zero, o giro do motor elétrico 103 resulta na oscilação do motor elétrico 103 e a determinação da indutância de eixo geométrico q pode ser determinada assumindo uma corrente média zero.
[0071] À corrente média zero, o primeiro termo pode ser ignorado como é igual a zero. O termo também é igual a zero e pode ser ignorado como a velocidade do motor pode ser negligenciada (isto é, o motor está oscilando e não está girando, consequentemente sua velocidade angular pode ser considerada zero). Por conseguinte, a versão simplificada da Eq. (6) para determinar a estimativa de indutância de eixo geométrico q pode ser como segue:
[0072] Tendo determinado as estimativas da resistência de estator, da indutância de eixo geométrico d e da indutância de eixo geométrico q, o processador 101-2 pode determinar os quatro ganhos descritos acima.
[0073] A etapa inicial em determinar os quatro ganhos é determinar as frequências de comutação para gamas de velocidade diferentes do motor elétrico 103. Cada uma das frequências de comutação diferentes pode corresponder a uma gama de velocidade diferente do motor elétrico 103. Em S330, o processador 101-2 determina as frequências de comutação.
[0074] Em uma modalidade de exemplo, o processador 101-2 determina as frequências de comutação baseado em uma frequência de comutação mínima do motor elétrico 103 e a frequência fundamental de cruzamento do motor elétrico 103. A frequência de comutação mínima e a frequência fundamental de cruzamento podem ser parâmetros de projeto dados pelo fabricante do motor elétrico 103. A frequência de comutação mínima pode estar baseada nas indutâncias de eixo geométrico d e eixo geométrico q do motor.
[0075] Figura 4 ilustra um exemplo de tabela de frequências de comutação de um motor elétrico da máquina elétrica da Figura 1, de acordo com uma modalidade de exemplo. Na modalidade de exemplo mostrada na Figura 4, uma frequência de comutação é determinada para cada estágio, onde cada estágio corresponde a uma gama de velocidade diferente do motor elétrico 103 (por exemplo, representada em revoluções por minuto (RPM)). Como pode ser visto da tabela da Figura 4, a gama de velocidade total do motor elétrico está dividida em 10 subgamas diferentes. Por exemplo, estágio 0 pode corresponder à gama de velocidade de 0-1000 RPM, estágio 1 pode corresponder à gama de velocidade de 1001-2000 RPM, etc. Porém, o número de subgamas não está limitado àquele mostrado na Figura 4 e a gama de velocidade do motor elétrico 103 pode ser dividida em qualquer número arbitrário de subgamas. A gama de velocidade do motor elétrico 103 pode ser dividida em subgamas iguais ou subgamas de comprimento variado (por exemplo, uma subgama pode cobrir uma gama mais longa que as outras subgamas).
[0076] Além disso, cada estágio pode ter uma frequência fundamental associada. Em uma modalidade de exemplo, a frequência fundamental de cada estágio pode ser determinada baseada na velocidade mais alta do motor elétrico 103 naquele estágio. Por exemplo, se estágio 0 corresponder à gama de velocidade de 0-1000 RPM, a frequência fundamental de estágio 0 pode ser determinada baseada na velocidade de 1000 RPM do motor elétrico 103.
[0077] Em uma modalidade de exemplo, a velocidade do motor (em RPM), pode ser representada como:
onde é a velocidade do motor, f é a frequência fundamental e n é o número de polos do motor elétrico 103. O motor elétrico 103 pode ter um número diferente de polos tais como 2, 4, etc.
[0078] Por conseguinte, para a velocidade mais alta em cada subgama ou estágio, a frequência fundamental f pode ser determinada da Eq. (8).
[0079] Tendo determinado a frequência fundamental para cada estágio, uma frequência de comutação para cada estágio é determinada tal que pelo menos uma relação de 1 a 10 (ou em alguns exemplos pelo menos uma relação de 1 a 15 é observada) seja observada entre a frequência fundamental e a frequência de comutação. Por exemplo, na tabela mostrada na Figura 4, a frequência fundamental de estágio 0 é determinada ser 50 Hz e portanto, a frequência de comutação de estágio 0 é determinada ser pelo menos 10 vezes a frequência fundamental (2 kHz é pelo menos 10 vezes a frequência fundamental de 50 Hz).
[0080] Como descrito acima, cada motor elétrico pode ter uma frequência de comutação mínima e uma frequência fundamental de cruzamento. Na modalidade de exemplo mostrada na Figura 4, é assumido que a frequência de comutação mínima e a frequência fundamental de cruzamento são 2 kHz e 300 Hz, respectivamente.
[0081] Se para qualquer dado estágio, a frequência de comutação determinada for menos que a frequência de comutação mínima do motor elétrico, então a frequência de comutação mínima do motor elétrico será usada em vez da frequência de comutação determinada. Portanto, para nenhum dos estágios 0-9, uma frequência de comutação correspondente menos que 2 kHz será usada na modalidade de exemplo mostrada na Figura 4.
[0082] Na modalidade de exemplo mostrada na Figura 4 e como descrito acima, a frequência de comutação determinada pode ser determinada como 1 kHz, que ainda é pelo menos 10 vezes a frequência fundamental de estágio 0 (isto é, 1 kHz é pelo menos 10 vezes 50 Hz). Porém, porque a frequência de comutação determinada é menos que a frequência de comutação mínima do motor elétrico (isto é, 1 kHz < 2 kHz), a frequência de comutação mínima de 2 kHz é usada ao invés.
[0083] Além disso, as relações discutidas acima para determinar a frequência de comutação com relação à frequência fundamental de cada estágio são observadas até que uma frequência fundamental para um dado estágio seja pelo menos igual à frequência fundamental do motor elétrico. Depois disso, para todo aumento de 100 Hz na frequência fundamental, a frequência de comutação correspondente pode ser aumentada por 1 kHz.
[0084] Por exemplo, na tabela mostrada na Figura 4, a frequência fundamental em estágio 1 é 300 Hz, que é igual à frequência fundamental de cruzamento exemplar de 300 Hz do motor elétrico 103. Em Estagio 2, a frequência fundamental correspondente de 350 Hz, só aumentou por 50 Hz com relação a estágio 1 e, portanto, uma frequência de comutação correspondente de 4,5 kHz é determinada como descrito acima. Porém, em estágio 3, a frequência fundamental correspondente é 400 Hz, que é 100 Hz mais que aquela de estágio 1. Portanto, a frequência de comutação em estágio 3 é aumentada por 1 kHz comparada a estágio 1, para 5 kHz. Semelhantemente, em estágio 4, a frequência fundamental é aumentada por 100 Hz comparada a estágio 3 e, portanto, a frequência de comutação correspondente também é aumentada por 1 kHz comparada a estágio 3, para 6 kHz.
[0085] Depois que a tabela de frequências de comutação é determinada, o processador 101-2, em S340, determina a resistência virtual do motor elétrico 103. A resistência virtual de um motor elétrico pode ser uma resistência imaginária (não real) do motor elétrico 103, usada pelo regulador de corrente para melhorar a rigidez de controle dinâmico do motor elétrico ao redor de velocidade zero. Em uma modalidade de exemplo, esta resistência virtual pode estar entre 5 a 10 vezes a resistência de estator rs, que pode ser considerada como a resistência verdadeira do motor elétrico. Em uma modalidade de exemplo, a resistência virtual é determinada como Rv=6*s.
[0086] Tendo determinado o conjunto de parâmetros (a resistência do estator, indutância de eixo geométrico d e indutância de eixo geométrico q), a tabela de frequências de comutação e a resistência virtual, o processador 1012 em S350 pode determinar os quatro ganhos (ganhos proporcionais e integrais de eixo geométrico q e eixo geométrico d) como segue.
[0087] Em S350, o processador 101-2 pode determinar os seguintes 5 valores para cada uma das frequências de comutação dos estágios diferentes, como mostrado na tabela da Figura 4. Em uma modalidade de exemplo, o processador 101-2 usa a frequência de comutação determinada correspondente para cada frequência fundamental da tabela da Figura 4 e determina uma largura de banda correspondente BW. Em uma modalidade de exemplo, o processador 101-2 pode determinar as larguras de banda BWs como segue:
onde fsw é a frequência fundamental que corresponde a cada frequência de comutação, como mostrado na Figura 4 por exemplo.
[0088] Em uma modalidade de exemplo, o processador 101-2 determina se a BW determinada é maior do que um limiar máximo. O limiar máximo pode ser um parâmetro de projeto. Este limiar máximo pode ser 150 Hz, em uma modalidade de exemplo. Se a BW determinada for maior do que o limiar máximo, então o valor do limiar máximo é usado como o valor de BW para a frequência de comutação correspondente. Se não, o valor determinado baseado na Eq. (9) será usado.
[0089] Uma vez que o valor de BW seja determinado para cada estágio, então para o mesmo estágio, o processador 101-2 determina os quatro ganhos (Kpq, Kpd, Kiq e Kid) baseado nas equações seguintes (7)-(10), respectivamente.
[0090] Kpq e Kpd podem ser chamados ganhos proporcionais do regulador de corrente 202, enquanto kiq e kid podem ser chamados ganhos integrais do regulador de corrente 202.
[0091] Em uma modalidade de exemplo, o processador 101-2 pode registrar todos os parâmetros estimados e os ganhos resultantes para cada estágio em uma tabela na memória 101-1.
[0092] Em S360, o processador 101-2 pode avaliar os ganhos determinados a fim de determinar se um conjunto de dados critérios de desempenho (e/ou predeterminados) é cumprido. Em uma modalidade de exemplo e a fim de fazer tal determinação, o processador 101-2 pode executar as etapas seguintes.
[0093] Primeiro, o processador 101-2 determina um comando de corrente para cada uma das frequências de comutação na tabela mostrada na Figura 4. O processador 101-2 determina um comando de eixo geométrico d e eixo geométrico q a cada uma das frequências de comutação. Para cada conjunto de comandos de corrente de eixo geométrico q e eixo geométrico d, o processador 101-2 recebe um conjunto de eixo geométrico d e eixo geométrico q real do motor elétrico 103. O processador 101-2 pode receber o conjunto de comandos de corrente de eixo geométrico d e eixo geométrico q real por sensores 104.
[0094] Depois disso, o processador 101-2 pode determinar uma relação entre a corrente comandada de eixo geométrico d (Id) e a corrente de eixo geométrico d real Id medida pelos sensores 104. Semelhantemente, o processador 101-2 pode determinar uma relação entre a corrente comandada de eixo geométrico q (Iq) e a corrente de eixo geométrico q real Iq medida pelos sensores 104.
[0095] O processador 101-2 pode então determinar se cada uma das relações está dentro de uma dada extensão de limiar. Em uma modalidade de exemplo, a extensão de limiar pode ser fixada entre 0,9 a 1,1 (por exemplo, 90% a 110%, quando expresso em termos de porcentagem). Isso é, o processador 101-2 determina se a corrente de eixo geométrico d real Id está dentro de 90% a 110% da corrente comandada de eixo geométrico d real Id. Semelhantemente, o processador 101-2 pode determinar se a corrente real de eixo geométrico q Iq está dentro de 90% a 110% da corrente comandada de eixo geométrico q Iq. A extensão do limiar não está limitada ao exemplo descrito acima e pode ser uma variável configurável que é determinada baseada em estudos empíricos. O limiar pode alternativamente ser escolhido para indicar a quantidade de discrepância entre a corrente de eixo geométrico d real Id e a comandada de eixo geométrico d Id e a quantidade de discrepância entre o eixo geométrico q real Iq e a comandada de eixo geométrico q Iq.
[0096] Se as relações estiverem dentro da dita extensão de limiar, então em S360, o processador 101-2 determina que os critérios de desempenho estão satisfeitos. Depois disso, o processador 101-2 pode proceder a S380, e regular a corrente e tensão providas ao inversor 102 e subsequentemente para o motor elétrico 103 usando os ganhos determinados.
[0097] Porém, se quaisquer das relações não estiver dentro da dita extensão de limiar, então o processo pode proceder a S370, onde o processador 101-2 ajusta os ganhos a fim de trazer as relações dentro da extensão de limiar (por exemplo, trazer os valores de corrente real de eixo geométrico q Id e a corrente de eixo geométrico q real Iq para estarem dentro de 90% a 110% da corrente comandada de eixo geométrico d Id e corrente de eixo geométrico q Iq, respectivamente). O processador 101-2 pode ajustar os ganhos como segue.
[0098] A cada uma das frequências de comutação determinadas, as relações entre a corrente de eixo geométrico d Id e corrente de eixo geométrico q Iq e a corrente comandada de eixo geométrico d correspondente Id e corrente de eixo geométrico q Iq, não estando dentro do limiar, pode ser devido a vários fatores. Um fator pode ser muita ondulação de corrente. Por conseguinte, e em uma modalidade de exemplo, o processador 101-2 pode ajustar os ganhos aumentando as frequências de comutação determinadas correspondentes do controlador 101 (a frequência de comutação pode ser chamada frequência de modulação de largura de pulso). Em uma modalidade de exemplo, a frequência de comutação correspondente do controlador 101 pode ser aumentada tal que uma relação entre a frequência de comutação aumentada e a frequência fundamental em cada estágio seja aumentada de 10:1 ou 11:1, como descrito acima, para 13:1 ou 14:1. Baseado nas frequências de comutação aumentadas, os valores dos ganhos e da BW podem ser atualizados usando as Eqs. 9-13.
[0099] Outro fator pode ser a estabilidade do motor elétrico. Por conseguinte, e em uma modalidade de exemplo, o processador 101-2 pode ajustar os ganhos diminuindo a largura de banda máxima BW, que na modalidade de exemplo descrita acima, era fixada a 150 Hz. Em uma modalidade de exemplo, a largura de banda máxima BW pode ser reduzida por metade (por exemplo, largura de banda máxima BW pode ser fixada a 75 Hz).
[00100] Uma vez que o processador 101-2 ajuste a largura de banda a cada uma das frequências de comutação determinadas, os ganhos descritos por Eqs. 10-13 podem ser ajustados, por conseguinte. Depois disso e ao ajustar os ganhos, o processador 101-2 pode proceder a S380. Em S380, o processador 101-2 pode regular a corrente e tensão providas ao inversor 102 e subsequentemente ao motor elétrico 103 usando os ganhos ajustados.
[00101] Em ainda outra modalidade de exemplo, a avaliação de desempenho dos ganhos determinados pelo processador 101-2 como descrito acima, pode ser determinada independentemente e fora do controlador 101.
[00102] Esta avaliação de desempenho independente pode ser como segue. Para cada uma das frequências de comutação determinadas, um comando de corrente (magnitude de corrente e um ângulo correspondente) é determinado que resulta na produção de torque máximo de motor para o motor elétrico 103, enquanto os limites máximos de corrente/tensão permitidos do motor elétrico 103 não são excedidos. Exceder os limites de corrente/tensão máximos permitidos pode danificar o motor elétrico 103.
[00103] Segundo, para cada comando de corrente, o processador 101-2 avalia várias respostas de degrau e um desempenho de estado estável do regulador de corrente 101. Em uma modalidade de exemplo, uma análise de resposta de degrau inclui determinar quão perto a corrente de eixo geométrico d Id real e corrente de eixo geométrico q Iq real do motor elétrico 103 mudam em um comando de corrente. Se o rastreamento estiver dentro de um dado prazo (por exemplo, um dado limiar de tempo), então é determinado que a resposta de degrau do motor elétrico 103 para o comando de corrente que é regulado usando os ganhos determinados em cada estágio, é aceitável.
[00104] Por exemplo, um primeiro comando de corrente (por exemplo, 10A) pode ser provido pelo controlador 101 à máquina elétrica 103, usando os ganhos determinados como descrito acima. O primeiro comando de corrente resulta em valores de corrente de eixo geométrico d Id real e corrente de eixo geométrico q Iq real ao motor elétrico 103 serem medidos pelos sensores 104 (por exemplo, uma corrente de eixo geométrico d Id real de aproximadamente -8A e uma corrente de eixo geométrico q Iq real de aproximadamente 6A).
[00105] Depois disso, um segundo comando de corrente (por exemplo, 200A) pode ser provido pelo controlador 101 à máquina elétrica 103, usando os ganhos determinados como descrito acima. O segundo comando de corrente resulta em valores de corrente de eixo geométrico d Id real e corrente de eixo geométrico q Iq real no motor elétrico 103 serem medidas pelos sensores 104 (por exemplo, uma corrente de eixo geométrico d Id real de aproximadamente -150A e uma corrente de eixo geométrico q Iq real de aproximadamente 80A).
[00106] Se a mudança de cada uma da corrente de eixo geométrico d Id real e corrente de eixo geométrico q Iq real, do seu valor respectivo em resposta ao primeiro comando de corrente para o seu valor respectivo em resposta ao segundo comando de corrente, estiver dentro de um período de tempo de limiar (por exemplo, 50 ms), então é determinado que a resposta de degrau do motor elétrico 103 é aceitável. Caso contrário, os ganhos determinados são ajustados tal que a mudança esteja dentro do período de tempo de limiar. O período de tempo de limiar pode ser uma variável configurável que é determinada baseada em estudos empíricos.
[00107] Como pode ser recordado da discussão acima, a cada uma das frequências de comutação determinadas, um comando de corrente é determinado que resulta em produção de torque máximo no motor elétrico 103, enquanto os limites de corrente/tensão do motor elétrico 103 são observados. Como também mencionado acima, há várias respostas de degrau que podem ser avaliadas. Uma das respostas de degrau pode ser uma resposta a comandos de corrente que resultam em um torque gerado do motor elétrico 103 variar entre 0% a 95% de torque de motor máximo. Outra resposta de degrau pode ser uma resposta a comandos de corrente que resultam em um torque gerado do motor elétrico 103 variar entre 0% a 95% do torque máximo de geração. Outra resposta de degrau pode ser uma resposta a comandos de corrente que resultam em um torque gerado do motor elétrico 103 variar entre 95% de torque de motor máximo a 95% do torque de geração máximo. Além disso, outra resposta de degrau pode ser uma resposta a comandos de corrente que resultam em um torque gerado do motor elétrico 103 variar entre 95% de torque de geração máximo a 95% do torque de motor máximo.
[00108] Para cada uma das respostas de degrau descritas acima, um primeiro comando de corrente e um segundo comando de corrente semelhante àquele descrito na modalidade anterior de exemplo, podem ser providos e a corrente de eixo geométrico d Id real e corrente de eixo geométrico q Iq real do motor elétrico 103 podem ser observadas para determinar se qualquer mudança nos valores de corrente de eixo geométrico d Id real e corrente de eixo geométrico q Iq real rastreiam as mudanças nos valores de corrente comandada de eixo geométrico d Id e corrente comandada de eixo geométrico q Iq próximo bastante (por exemplo, baseado no período de tempo de limiar, descrito acima).
[00109] Além das várias respostas de degrau avaliadas, um desempenho de estado estável do motor elétrico 103 também pode ser avaliado. Em uma modalidade de exemplo, o desempenho de estado estável do motor elétrico 103 pode ser determinado como segue.
[00110] Um transdutor de corrente pode ser utilizado para avaliar o desempenho de estado estável do motor elétrico 103 a cada uma das frequências de comutação determinadas. Um método de avaliação pode ser chamado o método de corrente trifásica média. De acordo com o método de corrente trifásica, cada uma das correntes trifásicas dos enrolamentos de máquina (por exemplo, IA, IB e IC) pode ser medida e um valor médio disso pode ser obtido. Se, a cada uma das frequências de comutação determinadas, o valor médio estiver dentro de um certo limiar do comando de corrente, então o transdutor de corrente determina que o desempenho de estado estável do motor elétrico 103 é aceitável. Se não, os ganhos determinados são ajustados tal que a corrente trifásica média seja trazida dentro do certo limiar do comando de corrente. O certo limiar pode ser um parâmetro de projeto que é configurável e pode ser determinado baseado em estudos empíricos.
[00111] Outro método que pode ser utilizado pelo transdutor de corrente é o método de desequilíbrio de corrente. De acordo com o método de desequilíbrio de corrente, uma diferença entre a máxima e mínima das correntes trifásicas é determinada e a diferença resultante é dividida pela média das correntes trifásicas. Se a relação resultante, a cada uma das frequências de comutação determinadas estiver dentro de um limiar (por exemplo, 1%, 2%, etc.) do comando de corrente, então é determinado que o desempenho de estado estável do motor elétrico 103 é aceitável. Se não, os ganhos determinados são ajustados tal que a relação da diferença entre a máxima e mínima das correntes trifásicas e a média das correntes trifásicas, esteja dentro do limiar. O limiar pode ser um parâmetro de projeto que é configurável e pode ser determinado baseado em estudos empíricos.
[00112] Em uma modalidade de exemplo e como outro método, a cada uma das frequências de comutação determinadas, uma distorção harmônica total (THD) e uma corrente de raiz média quadrada (RMS) de cada fase do motor elétrico 103 é medida em resposta a comandos de corrente para gerar 100% de torques de geração de motor. Se a corrente RMS medida e THD estiverem dentro de limiares apropriados das correntes comandadas a cada uma das frequências de comutação determinadas (por exemplo, dentro de 1% e/ou 10% da corrente comandada), então é determinado que o desempenho de estado estável do motor elétrico 103 é aceitável. Se não, os ganhos determinados podem ser ajustados tal que a corrente RMS medida e THD estejam dentro dos limiares designados. Os limiares podem ser parâmetros de projeto que são configuráveis e podem ser determinados baseado em estudos empíricos.
[00113] Modalidades de exemplo sendo descritas assim, será óbvio que as mesmas podem ser variadas em muitas formas. Tais variações não serão consideradas como uma partida do espírito e extensão de modalidades de exemplo, e todas as tais modificações como seria óbvio a alguém qualificado na técnica são pretendidas estarem incluídas dentro da extensão das reivindicações.
Claims (18)
1. Unidade de controle de motor, caracterizada pelo fato de que: um processador (101-2) configurado para sintonizar um regulador de corrente regulando um suprimento de corrente elétrica para um motor elétrico (103) por, determinar uma pluralidade de variáveis, a pluralidade de variáveis incluindo um valor de resistência de estator, um primeiro valor de indutância e um segundo valor de indutância, o valor de resistência de estator sendo um valor de resistência de uma fase de estator do motor elétrico (103), o primeiro valor de indutância sendo uma indutância de eixo geométrico d do motor elétrico e o segundo valor de indutância sendo uma indutância de eixo geométrico q do motor elétrico; determinar uma pluralidade de ganhos por, determinar uma pluralidade de frequências de comutação associadas com a velocidade de motor elétrico (103), determinar um valor de resistência virtual baseado no valor de resistor de estator determinado, para cada uma da pluralidade de frequências de comutação, determinar um primeiro e segundo ganhos proporcionais baseado no primeiro e segundo valores de indutância determinados, e determinar um primeiro e segundo ganhos integrais baseado em um respectivo do primeiro e segundo ganhos proporcionais, a resistência virtual determinada e o valor de resistência de estator determinado, o primeiro e segundo ganhos proporcionais associados com cada uma da pluralidade de frequências de comutação formando uma pluralidade de ganhos; gerar comandos de corrente para operar o motor elétrico (103) baseado na pluralidade determinada de ganhos.
2. Unidade de controle de motor de acordo com reivindicação 1, caracterizada pelo fato de que o processador (101-2) está configurado para determinar o valor de resistência de estator, por determinar um primeiro valor de resistência do estator quando uma velocidade do motor elétrico (103) é zero e uma corrente fluindo pelo motor elétrico é positiva, determinar um segundo valor de resistência do estator quando a velocidade do motor elétrico (103) é zero e a corrente fluindo pelo motor elétrico é negativa, e calcular em média o primeiro e segundo valores de resistência para obter o valor de resistência de estator.
3. Unidade de controle de motor de acordo com reivindicação 1, caracterizada pelo fato de que o processador (101-2) está configurado para determinar o primeiro valor de indutância, por determinar um tempo para uma magnitude de uma corrente de eixo geométrico d fluindo pelo motor elétrico (103) mudar entre limites inferior e superior com relação a um ponto de referência, e determinar o primeiro valor de indutância baseado no tempo determinado, um valor de tensão correspondendo ao ponto de referência estabelecido e na mudança da magnitude da corrente de eixo geométrico d.
4. Unidade de controle de motor de acordo com reivindicação 3, caracterizada pelo fato de que o processador (101-2) está configurado para determinar o primeiro valor de indutância baseado no tempo determinado, no valor de tensão correspondendo ao ponto de referência estabelecido, na mudança da magnitude da corrente de eixo geométrico d e na resistência de estator determinada.
5. Unidade de controle de motor de acordo com reivindicação 1, caracterizada pelo fato de que o processador (101-2) está configurado para determinar o segundo valor de indutância, por determinar um tempo para uma magnitude de uma corrente de eixo geométrico q fluindo pelo motor elétrico (103) para mudar entre limites inferior e superior com relação a um ponto de referência, e determinar o segundo valor de indutância baseado no tempo determinado, um valor de tensão correspondendo ao ponto de referência estabelecido e na mudança da magnitude da corrente de eixo geométrico q.
6. Unidade de controle de motor de acordo com reivindicação 5, caracterizada pelo fato de que o processador (101-2) está configurado para determinar o segundo valor de indutância baseado no tempo determinado, no valor de tensão correspondendo ao ponto de referência estabelecido, na mudança da magnitude da corrente de eixo geométrico q e na resistência de estator determinada.
7. Unidade de controle de motor de acordo com reivindicação 1, caracterizada pelo fato de que o processador (101-2) está ademais configurado para, determinar, a cada uma da pluralidade de frequências de comutação, se o regulador de corrente satisfaz uma exigência de desempenho usando os correspondentes da pluralidade de ganhos determinados; e ajustar os correspondentes da pluralidade de ganhos determinados baseado em se o regulador de corrente satisfaz a exigência de desempenho a cada uma da pluralidade de frequências de comutação.
8. Unidade de controle de motor de acordo com reivindicação 7, caracterizada pelo fato de que o processador (101-2) determina se o regulador de corrente satisfaz a exigência de desempenho ao, determinar uma primeira relação entre um comando de corrente de eixo geométrico d dos comandos de corrente gerados e uma corrente de eixo geométrico d real do motor elétrico (103), determinar uma segunda relação entre um comando de corrente de eixo geométrico q dos comandos de corrente gerados e uma corrente de eixo geométrico q real do motor elétrico (103), e determinar que o regulador de corrente satisfaz os critérios de desempenho se a primeira e segunda relações estiverem dentro de um limiar.
9. Unidade de controle de motor de acordo com reivindicação 1, caracterizada pelo fato de que o processador (101-2) está ademais configurado para suprir os comandos de corrente gerados a um inversor (102) que converte os comandos de corrente a tensões trifásicas para executar o motor elétrico (103).
10. Método para sintonizar um regulador de corrente regulando um suprimento de corrente elétrica para um motor elétrico (103), o método caracterizado pelo fato de que compreende: determinar uma pluralidade de variáveis, a pluralidade de variáveis incluindo um valor de resistência de estator, um primeiro valor de indutância e um segundo valor de indutância, o valor de resistência de estator sendo um valor de resistência de uma fase de estator do motor elétrico (103), o primeiro valor de indutância sendo uma indutância de eixo geométrico d do motor elétrico e o segundo valor de indutância sendo uma indutância de eixo geométrico q do motor elétrico; determinar uma pluralidade de ganhos por, determinar uma pluralidade de frequências de comutação associadas com a velocidade de motor elétrico (103), determinar um valor de resistência virtual baseado no valor de resistor de estator determinado, para cada uma da pluralidade de frequências de comutação, determinar um primeiro e segundo ganhos proporcionais baseado no primeiro e segundo valores de indutância determinados, e determinar um primeiro e segundo ganhos integrais baseado em um respectivo do primeiro e segundo ganhos proporcionais, a resistência virtual determinada e o valor de resistência de estator determinado, o primeiro e segundo ganhos proporcionais associados com cada uma da pluralidade de frequências de comutação formando uma pluralidade de ganhos; gerar comandos de corrente para operar o motor elétrico (103) baseado na pluralidade determinada de ganhos.
11. Método de acordo com reivindicação 10, caracterizado pelo fato de que a determinação da pluralidade de variáveis determina o valor de resistência de estator ao, determinar um primeiro valor de resistência do estator quando uma velocidade do motor elétrico (103) é zero e uma corrente fluindo pelo motor elétrico é positiva, determinar um segundo valor de resistência do estator quando a velocidade do motor elétrico é zero e a corrente fluindo pelo motor elétrico é negativa, e calcular em média o primeiro e segundo valores de resistência para obter o valor de resistência de estator.
12. Método de acordo com reivindicação 10, caracterizado pelo fato de que a determinação da pluralidade de variáveis determina o primeiro valor de indutância ao, determinar um tempo para uma magnitude de uma corrente de eixo geométrico d fluindo pelo motor elétrico (1030 mudar entre limites inferior e superior com relação a um ponto de referência, e determinar o primeiro valor de indutância baseado no tempo determinado, um valor de tensão correspondendo ao ponto de referência estabelecido e na mudança da magnitude da corrente de eixo geométrico d.
13. Método de acordo com reivindicação 12, caracterizado pelo fato de que a determinação da pluralidade de variáveis determina o primeiro valor de indutância baseado no tempo determinado, no valor de tensão correspondendo ao ponto de referência estabelecido, na mudança da magnitude da corrente de eixo geométrico d e na resistência de estator determinada.
14. Método de acordo com reivindicação 10, caracterizado pelo fato de que a determinação da pluralidade de variáveis determina o segundo valor de indutância ao, determinar um tempo para uma magnitude de uma corrente de eixo geométrico q fluindo pelo motor elétrico (103) para mudar entre limites inferior e superior com relação a um ponto de referência, e determinar o segundo valor de indutância baseado no tempo determinado, um valor de tensão correspondendo ao ponto de referência estabelecido e a mudança da magnitude da corrente de eixo geométrico q.
15. Método de acordo com reivindicação 14, caracterizado pelo fato de que a determinação da pluralidade de variáveis determina o segundo valor de indutância baseado no tempo determinado, no valor de tensão correspondendo ao ponto de referência estabelecido, na mudança da magnitude da corrente de eixo geométrico q e na resistência de estator determinada.
16. Método de acordo com reivindicação 10, caracterizado pelo fato de que compreende adicionalmente: determinar, a cada uma da pluralidade de frequências de comutação, se o regulador de corrente satisfaz uma exigência de desempenho usando os correspondentes da pluralidade de ganhos determinados; e ajustar os correspondentes da pluralidade de ganhos determinados baseado em se o regulador de corrente satisfaz a exigência de desempenho a cada uma da pluralidade de frequências de comutação.
17. Método de acordo com reivindicação 16, caracterizado pelo fato de que a determinação se o regulador de corrente satisfaz a exigência de desempenho inclui, determinar uma primeira relação entre um comando de corrente de eixo geométrico d dos comandos de corrente gerados e uma corrente de eixo geométrico d real do motor elétrico (103), determinar uma segunda relação entre um comando de corrente de eixo geométrico q dos comandos de corrente gerados e uma corrente de eixo geométrico q real do motor elétrico, e determinar que o regulador de corrente satisfaz os critérios de desempenho se a primeira e segunda relações estiverem dentro de um limiar.
18. Método de acordo com reivindicação 10, caracterizado pelo fato de que compreende: suprir os comandos de corrente a um inversor que converte os comandos de corrente a tensões trifásicas para executar o motor elétrico (103).
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