CN103684136B - 控制装置以及用于求取同步电机的转子角的方法 - Google Patents

控制装置以及用于求取同步电机的转子角的方法 Download PDF

Info

Publication number
CN103684136B
CN103684136B CN201310409072.7A CN201310409072A CN103684136B CN 103684136 B CN103684136 B CN 103684136B CN 201310409072 A CN201310409072 A CN 201310409072A CN 103684136 B CN103684136 B CN 103684136B
Authority
CN
China
Prior art keywords
synchronous motor
angle
current
estimated value
basis
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Active
Application number
CN201310409072.7A
Other languages
English (en)
Other versions
CN103684136A (zh
Inventor
A.西达林加帕
S.保卢斯
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Robert Bosch GmbH
Original Assignee
Robert Bosch GmbH
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Robert Bosch GmbH filed Critical Robert Bosch GmbH
Publication of CN103684136A publication Critical patent/CN103684136A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN103684136B publication Critical patent/CN103684136B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02P—CONTROL OR REGULATION OF ELECTRIC MOTORS, ELECTRIC GENERATORS OR DYNAMO-ELECTRIC CONVERTERS; CONTROLLING TRANSFORMERS, REACTORS OR CHOKE COILS
    • H02P6/00—Arrangements for controlling synchronous motors or other dynamo-electric motors using electronic commutation dependent on the rotor position; Electronic commutators therefor
    • H02P6/14—Electronic commutators
    • H02P6/16—Circuit arrangements for detecting position
    • H02P6/18—Circuit arrangements for detecting position without separate position detecting elements
    • H02P6/185—Circuit arrangements for detecting position without separate position detecting elements using inductance sensing, e.g. pulse excitation
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60—VEHICLES IN GENERAL
    • B60L—PROPULSION OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; SUPPLYING ELECTRIC POWER FOR AUXILIARY EQUIPMENT OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRODYNAMIC BRAKE SYSTEMS FOR VEHICLES IN GENERAL; MAGNETIC SUSPENSION OR LEVITATION FOR VEHICLES; MONITORING OPERATING VARIABLES OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRIC SAFETY DEVICES FOR ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES
    • B60L15/00—Methods, circuits, or devices for controlling the traction-motor speed of electrically-propelled vehicles
    • B60L15/20—Methods, circuits, or devices for controlling the traction-motor speed of electrically-propelled vehicles for control of the vehicle or its driving motor to achieve a desired performance, e.g. speed, torque, programmed variation of speed
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60—VEHICLES IN GENERAL
    • B60L—PROPULSION OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; SUPPLYING ELECTRIC POWER FOR AUXILIARY EQUIPMENT OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRODYNAMIC BRAKE SYSTEMS FOR VEHICLES IN GENERAL; MAGNETIC SUSPENSION OR LEVITATION FOR VEHICLES; MONITORING OPERATING VARIABLES OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRIC SAFETY DEVICES FOR ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES
    • B60L50/00—Electric propulsion with power supplied within the vehicle
    • B60L50/50—Electric propulsion with power supplied within the vehicle using propulsion power supplied by batteries or fuel cells
    • B60L50/51—Electric propulsion with power supplied within the vehicle using propulsion power supplied by batteries or fuel cells characterised by AC-motors
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02P—CONTROL OR REGULATION OF ELECTRIC MOTORS, ELECTRIC GENERATORS OR DYNAMO-ELECTRIC CONVERTERS; CONTROLLING TRANSFORMERS, REACTORS OR CHOKE COILS
    • H02P21/00—Arrangements or methods for the control of electric machines by vector control, e.g. by control of field orientation
    • H02P21/14—Estimation or adaptation of machine parameters, e.g. flux, current or voltage
    • H02P21/18—Estimation of position or speed
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02P—CONTROL OR REGULATION OF ELECTRIC MOTORS, ELECTRIC GENERATORS OR DYNAMO-ELECTRIC CONVERTERS; CONTROLLING TRANSFORMERS, REACTORS OR CHOKE COILS
    • H02P21/00—Arrangements or methods for the control of electric machines by vector control, e.g. by control of field orientation
    • H02P21/24—Vector control not involving the use of rotor position or rotor speed sensors
    • H02P21/26—Rotor flux based control
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60—VEHICLES IN GENERAL
    • B60L—PROPULSION OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; SUPPLYING ELECTRIC POWER FOR AUXILIARY EQUIPMENT OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRODYNAMIC BRAKE SYSTEMS FOR VEHICLES IN GENERAL; MAGNETIC SUSPENSION OR LEVITATION FOR VEHICLES; MONITORING OPERATING VARIABLES OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRIC SAFETY DEVICES FOR ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES
    • B60L2220/00—Electrical machine types; Structures or applications thereof
    • B60L2220/10—Electrical machine types
    • B60L2220/14—Synchronous machines
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60—VEHICLES IN GENERAL
    • B60L—PROPULSION OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; SUPPLYING ELECTRIC POWER FOR AUXILIARY EQUIPMENT OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRODYNAMIC BRAKE SYSTEMS FOR VEHICLES IN GENERAL; MAGNETIC SUSPENSION OR LEVITATION FOR VEHICLES; MONITORING OPERATING VARIABLES OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRIC SAFETY DEVICES FOR ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES
    • B60L2240/00—Control parameters of input or output; Target parameters
    • B60L2240/40—Drive Train control parameters
    • B60L2240/42—Drive Train control parameters related to electric machines
    • B60L2240/421—Speed
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60—VEHICLES IN GENERAL
    • B60L—PROPULSION OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; SUPPLYING ELECTRIC POWER FOR AUXILIARY EQUIPMENT OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRODYNAMIC BRAKE SYSTEMS FOR VEHICLES IN GENERAL; MAGNETIC SUSPENSION OR LEVITATION FOR VEHICLES; MONITORING OPERATING VARIABLES OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRIC SAFETY DEVICES FOR ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES
    • B60L2240/00—Control parameters of input or output; Target parameters
    • B60L2240/40—Drive Train control parameters
    • B60L2240/42—Drive Train control parameters related to electric machines
    • B60L2240/423—Torque
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02P—CONTROL OR REGULATION OF ELECTRIC MOTORS, ELECTRIC GENERATORS OR DYNAMO-ELECTRIC CONVERTERS; CONTROLLING TRANSFORMERS, REACTORS OR CHOKE COILS
    • H02P2203/00—Indexing scheme relating to controlling arrangements characterised by the means for detecting the position of the rotor
    • H02P2203/03—Determination of the rotor position, e.g. initial rotor position, during standstill or low speed operation
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02P—CONTROL OR REGULATION OF ELECTRIC MOTORS, ELECTRIC GENERATORS OR DYNAMO-ELECTRIC CONVERTERS; CONTROLLING TRANSFORMERS, REACTORS OR CHOKE COILS
    • H02P2203/00—Indexing scheme relating to controlling arrangements characterised by the means for detecting the position of the rotor
    • H02P2203/11—Determination or estimation of the rotor position or other motor parameters based on the analysis of high frequency signals
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02T—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO TRANSPORTATION
    • Y02T10/00—Road transport of goods or passengers
    • Y02T10/60—Other road transportation technologies with climate change mitigation effect
    • Y02T10/64—Electric machine technologies in electromobility
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02T—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO TRANSPORTATION
    • Y02T10/00—Road transport of goods or passengers
    • Y02T10/60—Other road transportation technologies with climate change mitigation effect
    • Y02T10/70—Energy storage systems for electromobility, e.g. batteries
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02T—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO TRANSPORTATION
    • Y02T10/00—Road transport of goods or passengers
    • Y02T10/60—Other road transportation technologies with climate change mitigation effect
    • Y02T10/72—Electric energy management in electromobility

Abstract

本发明涉及一种用于求取同步电机的转子角的方法，具有以下步骤：确定用于所述同步电机的d轴的第一估算值；将至少一个相应地具有能够预先给定的脉冲持续时间和脉冲高度的精确电压脉冲对馈入到同步电机的定子中，其中精确电压脉冲对相应地沿着不同的方向与用于同步电机的d轴的第一估算值相隔相同的角度值；检测针对精确电压脉冲的取决于角度的精确电流响应；在相应的所检测的精确电流响应的基础上确定取决于角度的精确相位差；在取决于角度的精确电流响应的至少一部分的基础上确定第一估算曲线；在取决于角度的精确相位差的至少一部分的基础上确定第二估算曲线；并且在第一和/或第二估算曲线的基础上确定用于同步电机的d轴的精确的估算值。

Description

控制装置以及用于求取同步电机的转子角的方法
技术领域
本发明涉及一种控制装置以及一种用于尤其在电运行的车辆的电驱动系统的同步电机的停止状态中求取所述同步电机的转子角的方法。
背景技术
事实表明，在将来不仅对于固定的应用、例如风力设备或者太阳能设备来说而且在机动车、例如混合动力车或者电动车中都越来越多地使用电子系统，所述电子系统将新的蓄能技术与电驱动技术结合起来。
在调节例如电运行的车辆的电驱动系统中的同步电机时，对同步电机的转子相对于定子的相对位置的了解起主要作用。为了通过同步电机提供所要求的转矩，在所述电机的定子中形成旋转的电场，所述电场与所述转子同步旋转。为了形成这种场，需要转子的实际角度以进行调节。
一种用于确定转子角的可行方案在于，在所述同步电机中实现一种能够检测转子角的传感器。示例性的探测器类型是增量探测器、分解器、Vogt传感器以及数字的霍耳传感器。
另一种用于确定转子角的可行方案在于无探测器的确定方法。由1996年工业应用会议第31届IAS年会（Industry Applications Conference,1996,31st IAS AnnualMeeting）Schroedl,M的“Sensorless control of AC machines at low speed andstandstill based on the INFORM method”（基于INFORM方法对低速和停止状态下的交流电机的无传感器控制）、1995年工业应用会议第30届IAS年会Ostlund,M.和Brokemper,M.的“Initial rotor position detections for an integrated PM synchronous motordrive”（用于集成的永磁同步电机驱动的初始转子位置探测）、2003年电机和驱动器会议IEMDC’03（Electric Machines and Drives Conference 2003 IEMDC’03 ）Linke,M.、Kennel,R.和Holtz,J.的“Sensorless speed and position control of synchronousmachines using alternating carrier injection”（使用交替载波注入对同步电机进行无传感器的速度和位置控制）以及2010年IEEE国际工业技术会议（2010IEEEInternational Conference on Industrial Technology ICIT）Braun, M.、Lehmann,O.和Roth-Stielow,J.的“Sensorless rotor position estimation at standstill of highspeed PMSM drive with LC inverter output filter”（在带有LC逆变器输出滤波器的高速永磁同步电机驱动的静止状态下无传感器的转子位置估算）这些公开文献中例如公开了不同的用于无探测器地对同步电机的转子角进行角度确定的方法。
公开文献DE 10 2008 042 360 A1和WO/2009/047217 A2分别公开了借助于迭代的测试脉冲确定停止状态中的同步电机的转子角的方法。
发明内容
按照一个方面，本发明提供一种用于求取同步电机的转子角的方法，该方法具有以下步骤：确定用于所述同步电机的d轴的第一估算值；将至少一个相应地具有能够预先给定的脉冲持续时间和脉冲高度的精确电压脉冲对馈入到所述同步电机的定子中，其中所述精确电压脉冲对相应地沿着不同的方向与所述用于同步电机的d轴的第一估算值相隔相同的角度值；检测针对所述精确电压脉冲的取决于角度的精确电流响应；在相应的所检测的精确电流响应的基础上确定取决于角度的精确相位差；在所述取决于角度的精确电流响应的至少一部分的基础上确定第一估算曲线；在所述取决于角度的精确相位差的至少一部分的基础上确定第二估算曲线；并且在所述第一和/或第二估算曲线的基础上确定用于所述同步电机的d轴的精确的估算值。
按照另一个方面，本发明提供一种用于求取同步电机的转子角的控制装置，该控制装置设计用于实施按本发明的第一方面的方法。
按照另一个方面，本发明提供一种具有按本发明的控制装置和同步电机的电驱动系统，其中所述控制装置设计用于根据所求得的转子角来操控所述同步电机。
本发明的构思是，对尤其在停止状态中的同步电机实现无探测器的转子角确定。所述确定方法在此基于以能够预先给定的次序来产生测试电压脉冲，将所述测试电压脉冲馈入到同步电机的定子感应中。而后在所测量的电流响应的基础上，能够进行转子角确定。在此不仅能够为凸极电机而且能够为隐极电机确定转子角。所述过程能够按所要求的或者所期望的转子角确定的精度划分为两个测试阶段，其中在第一阶段中产生一个或者两个电压脉冲，从而在比较电流响应以及相电流相对于电压相位的相位差时，能够求得用于d轴的粗略的估算值。所述粗略的估算值而后能够在第二阶段中用于，将关于所估算的d轴对称地编组的电压脉冲对馈入到所述同步电机中并且通过拟合计算算法（Ausgleichsrechnungsalgorithmus）、例如所述电流响应或者相位差的线性回归来使用于d轴的粗略的估算值精确化。
这种处理方式的显著的优点在于，能够按所要求的或者所期望的精度将所要求的电压脉冲的数目降低到最低限度。替代地，相对于已知的方法，在脉冲数目保持相同的情况下能够提高角度确定的精度。此外，相对于已知的无探测器的方法，所述转子角确定方案的鲁棒性和可靠性得到显著改善。这实现了将所述转子角确定方案例如用在具有电驱动系统的批量车辆中。
除此以外，降低了所述转子确定方案与所使用的电流传感器的精度或者质量的相关性。由此能够使用更为便宜的电流传感器，这降低了所述电驱动系统的制造成本。此外，所述转子角确定方案能够在自诊断运行模式中实施，而不必进行外部的校准。
此外，存在着这样的优点，即在确定过程进行时没有形成值得一提的转矩，因而所述同步电机的转子的位置没有由于所加载的电压脉冲而变化或者显著变化。由此降低了通过所加载的电压脉冲引起的噪声生成或者废热生成。
尤其对于凸极电机来说以有利的方式通过以下方式降低在所述同步电机的停止状态中不期望的转矩形成的危险，即只能朝着所估算的d轴的方向来加载饱和脉冲。
按照所述按本发明的方法的一种实施方式，所述方法此外能够包括以下步骤：将多个相应地具有能够预先给定的脉冲持续时间和脉冲高度的校准电压脉冲馈入到所述同步电机的定子中；检测针对所述校准电压脉冲的取决于角度的校准电流响应；在相应的所检测的校准电流响应的基础上确定取决于角度的校准相位差；并且在所述取决于角度的校准电流响应或者校准相位差的基础上确定所述同步电机的电流响应特性曲线和相位差特性曲线。由此能够在运行所述电驱动系统期间总是一再对特性曲线进行再调整。
按照所述按本发明的方法的另一种实施方式，校准电压脉冲分别以关于所述定子角错开180°的脉冲对馈入到所述同步电机的定子中。由此减少将不期望的转矩输入到所述同步电机中的危险。
按照所述按本发明的方法的另一种实施方式，确定用于所述同步电机的转子角的初始估算值包括形成参与最小差的第一和第二估算值的平均值。
按照所述按本发明的方法的另一种实施方式，所述同步电机包括隐极电机，其中将至少两个使所述隐极电机处于饱和之中的初始电压脉冲馈入到所述隐极电机的定子中。
附图说明
本发明的实施方式的其他特征和优点从以下参照附图所作的说明中获得。
附图示出如下：
图1是具有按本发明的一种实施方式的同步电机的电驱动系统的示意图；
图2是按本发明的另一种实施方式的同步电机中的电压脉冲及其电流响应的示意图；
图3是用于按本发明的另一种实施方式的同步电机的电流响应的示意性的电流-时间图；
图4是用于按本发明的另一种实施方式的同步电机的电流与电压之间的相位差的示意性的相位差图；
图5是用于按本发明的另一种实施方式的隐极电机的电流响应的示意性的电流-时间图；
图6是用于按本发明的另一种实施方式的隐极电机的电流与电压之间的相位差的示意性的相位差图；
图7是用于按本发明的另一种实施方式的凸极电机的电流响应的示意性的电流-时间图；
图8是用于按本发明的另一种实施方式的凸极电机的电流与电压之间的相位差的示意性的相位差图；
图9是用于对按本发明的另一种实施方式的同步电机的转子的d轴进行估算的示意性的电流-时间图；
图10是用于对按本发明的另一种实施方式的同步电机的转子的d轴进行估算的示意性的相位差图；
图11是用于更为精确地确定按本发明的另一种实施方式的同步电机的转子的d轴的示意性的电流-时间图；
图12是用于更为精确地确定按本发明的另一种实施方式的同步电机的转子的d轴的示意性的相位差图；
图13是一种用于对按本发明的另一种实施方式的同步电机的转子角进行估算的方法的示意图；并且
图14是另一种用于确定按本发明的另一种实施方式的同步电机的转子角的方法的示意图。
相同的附图标记一般表示同类的或者起相同作用的组件。在附图中示出的示意性的信号曲线及参数曲线仅仅具有示例性的性质，在此出于简明的原因以理想化的方式描绘出所述示意性的信号曲线和参数曲线。不言而喻，在实际上由于有偏差的边界条件而可能产生有偏差的信号曲线和参数曲线，并且所示出的信号曲线和参数曲线仅仅用于说明本发明的原理和功能的方面。
本发明的意义上的同步电机是这样的电机，其中恒定磁化的动子或者转子同步地由周围的定片或者定子中的与时间相关的旋转磁场通过磁性的相互作用来驱动，从而使得所述转子与定子中的电压比同步地运动，也就是说，转速通过极对数取决于定子电压的频率。本发明的意义上的同步电机例如能够是交流电同步电机，所述交流电同步电机例如构造为具有转子和定子的外极电机或者内极电机。此外，本发明意义上的同步电机能够包括凸极电机或者隐极电机。隐极电机具有转子的不取决于轴的感应，而凸极电机则具有突出的极轴、也称为d轴，朝着所述极轴的方向由于较小的气隙主感应大于朝着极隙、也就是q轴的方向。下面提到的方法和控制装置原则上同样能够用于隐极电机和凸极电机，除非下面明确地参照对同步电机类型所作的不同的探讨。
具体实施方式
图1示出了具有同步电机101的电驱动系统100的示意图，能够将三相的交流电馈入到所述同步电机101中。在此，通过形式为脉冲逆变器102的逆变器将由直流中间电路103提供的直流电压逆变为三相的交流电压。所述直流中间电路103通过由串联的电池模块105构成的支路104来馈电。为了能够满足为相应的应用情况给定的对功率和能量的要求，经常在牵引电池104中串联布置多个电池模块105。
所述电机101例如能够是同步电机101，所述同步电机具有定子感应（Statorinduktivität）L。所述同步电机101例如是三相的同步电机。但是原则上也能够为所述同步电机设置其他数目的相位。在此在所述电驱动系统中对于所述同步电机101的调节起着主要的作用。为了通过同步电机提供所要求的转矩，在所述电机的定子中形成旋转电场，所述旋转电场与所述转子同步旋转。为了形成这种场，需要所述转子的实际的角度以进行所述调节。
因此，所述电驱动系统100包括控制装置10，该控制装置与所述同步电机101耦合并且该控制装置设计用于操控所述同步电机101或者对其运行进行调节。所述控制装置10为了进行这种操控或者调节而依赖于所述同步电机101的转子的相对于该同步电机101的定子的取决于时间的转子角。在此所述控制装置10能够在所述同步电机101的输入端接头上通过接口106来检测电运行参数。例如所述控制装置10能够设计用于在所述同步电机101的输入端上通过接口106来检测当前的相电流和/或当前的相电压。为了检测所述相电流和相电压，例如能够使用电流传感器、例如分路电阻、磁阻电阻、Sensier功率半导体或者霍耳传感器或者电压传感器。
参照图2到12阐述，以何种方式并且在考虑到哪些关联的情况下尤其在所述同步电机101的停止状态中实施对于同步电机101的转子角的求取过程。在此，所述控制装置10尤其能够实施关于图13和14所阐述的方法20或者30中的一种或者两种。
图2以时间曲线示出了凸极电机中的非饱和的电压脉冲U及其电流响应I的示意图。永久励磁的同步电机的纵向电流Id和横向电流Iq取决于朝极轴方向的转子感应Ld和朝极隙方向的转子感应Lq以及所加载的电压Ud或者Uq，情况如下：
,
。
这适用于所述同步电机的转子的停止状态并且在能够继续假设所述转子的电抗仅仅微不足道地取决于欧姆电阻时适用于转子磁通量时间上恒定的情况。此外基于，不在饱和状态中运行所述极靴，也就是说电流与磁通量之间的关系是线性的并且相应的感应不取决于电流强度。
因此，对于具有预先给定的持续时间和预先给定的恒定的强度的电压脉冲来说，所述电流线性地随着所述电压脉冲的持续时间上升直至最大值Imax。所述最大值Imax在此取决于相应的感应Ld或者Lq。
图3示出了电流最大值Imax的、也就是针对电压脉冲的电流响应I的沿着转子角β的相关性。所述转子角β是由q轴与主定子轴线围成的角。在相应地示出了取决于转子角β的参数曲线的图3到10中，在此用示图说明了相应地在完整的转子周转、也就是360°的范围内的转子角β。在此仅仅示例性地以负的q轴方向规定0°的基准角。因此也能够考虑，以其他的基准角规定转子角β。为了更好的定向，在图3到10中将角度90°注明为d轴方向或者极轴方向并且将角度180°注明为q轴方向或者极隙方向。
图4示出了电压脉冲U与电流响应I之间的相位差Δ的沿着用于凸极电机的转子角β的相关性。所述电流角β1在此定义为：
；
相应地，电压角βU定义为：
。
对于隐极电机来说，不仅仅对于电流响应I而且对于相位差Δ都产生一种仅仅在饱和状态中示出取决于转子角的特性的特性。这样的特性示例性地在图5和6中针对隐极电机的电流响应I和相位差Δ而示出。在出现较高的电流时，所述隐极电机的极靴饱和并且电流与磁通量之间的关系具有非线性特征，也就是说感应取决于电流强度和转子角。以第一近似数（对于转子角与电流强度的纯粹的相关性来说）产生在图5中示出的用于隐极电机的取决于转子角β的电流响应曲线I。图6示出了所述相位差Δ与转子角β的相应的相关性。
相反，对于凸极电机来说，通过不同的极轴感应和极隙感应Ld或者Lq引起的无饱和的角度相关性与带有饱和的角度相关性叠加。由此对于所述凸极电机来说根据转子角β产生在图7中示出的用于所述电流响应曲线I的曲线以及在图8中示出的用于相位差Δ的曲线。
为了能够确定或者估算所述转子的转子角β，在不同的方法步骤中分别将一个或者多个具有特定的长度和方向也就是关于定子坐标系的角度相关性的测试电压脉冲馈入到所述同步电机中并且求得相应的电流响应。所述电流响应例如能够通过对于最大的电流Imax的测量或者通过关于所述测试电压脉冲的持续时间对于电流强度的积分来确定。在确定了电流响应之后，能够在电压脉冲之间的能够预先给定的持续时间里通过对于脉冲逆变器的相应的操控来将所述同步电机转换到空转运行中，用于使加入到所述同步电机中的电流能够更快地减小。
而后从所检测到的电流响应以及所述电压脉冲中能够求得用于相应的测试电压脉冲的相位差。然后利用所述两个用于电流响应I和电位差Δ的测量值，借助于在图5到8中示出的取决于同步电机的类型的特性曲线来对所述转子角β进行估算。在图9到12中，在此相应示例性参照凸极电机，其中所述用来确定用于隐极电机的转子角β的方法在对相应的特性曲线进行调整的情况下在原理上类似地发挥功能。
首先能够在确定转子角的一开始对所述特性曲线进行校准。例如能够在制造电机的第一台样机之前就通过用特殊的模型进行的模拟来测试，相应的同步机是否在原理上适合于这里所示出的转子角确定方法。如果是这种情况，那就能够一次性地或者反复地例如在每次起动所述电驱动系统时实施校准程序，用于求得相应的同步电机的用于电流响应I和相位差Δ的特性曲线。
为此，能够将多个分别由两个具有固定的幅度的测试电压脉冲构成的脉冲对加载到所述同步电机上并且求得相应的电流响应。所述由测试电压脉冲构成的脉冲对应该相应地以相对彼此错开180°的方式来加载，用于避免将不期望的转矩输入到所述电机中。此外，通过180°的错开，能够加快所述同步电机中的电流的衰减。应该如此选择所述由测试电压脉冲构成的脉冲对的数目，使得其在电的旋转一圈的范围内均匀分布。在求取所述电流响应时，保存所属的额定电压和所属的中间电路电压。所检测到的电流而后取决于所保存的电压、所述同步电机的感应Ld和Lq以及当前的有待确定的转子角。
如果所述感应或者所述电压足以知悉或者能够识别，那就能够额外地通过已知的特性来对相应相一致的电压或者感应进行参数识别。
通过一次性的校准求得的特性曲线而后应该用作在图9和10中示出的初始的角度确定步骤的基础。
参照图9和10，能够在第一步骤中将初始电压脉冲加载到所述同步电机上，用于从所述用于电流响应I和相位差Δ的特性曲线中得到用于所述转子角β的第一估算值。为此，对于凸极电机来说能够选择非饱和的初始电压脉冲，以便没有在所述同步电机中产生转矩。相反，对于隐极电机来说，有必要使用饱和脉冲，用于驱动所述电机进入饱和状态之中，因为否则不能激发所述同步电机的取决于转子角的特性。
如能够从图9中得知的一样，所述初始电压脉冲引起所测量的电流响应Im。通过与用于电流响应I的特性曲线的比较，在处于0°与180°之间的角度范围内产生两个用于所述转子角β的第一估算值、也就是β1和β2。在图9所示出的实施例中，这两个角度分别大约是30°和大约150°。如能够从图10中得知的一样，所求得的相位差Δm与所述用于相位差Δ的特性曲线之间的比较同样引起两个用于所述转子角β的第二估算值、也就是β3和β4。在当前的实施例中，这两个角度分别大约是20°和大约60°。
而后分别在用于所述转子角β的第一估算值之一与第二估算值之一之间形成差-在当前的实施例中这相当于四个差（β1-β3、β4-β1、β3-β2以及β2-β4）。对于相应最小的差来说而后能够假设，所属的第一和第二估算值是最为精确的估算值。因此能够作为所述两个最为精确的估算值的平均值来形成初始估算值。
对于凸极电机来说，仅仅对处于0°与180°之间的转子角实施分辨，因为对于非饱和的电压脉冲来说从具有双倍的电的频率的定子的眼光看产生感应变化。相反，对于隐极电机来说，则相应地需要两个初始电压脉冲，用来确定用于所述转子角的初始估算值，因为对于饱和脉冲来说针对电流响应和相位差而言产生在360°的范围内周期性的特性。
在加载所述初始电压脉冲之后，而后能够精确化所述初始估算值。这一点例如能够是值得追求的，如果需要比所述初始的估算值鲁棒性更好的精确的转子角确定方法。用于精确化所述初始估算值的出发点是，在所述初始估算值的基础上确定用于d轴的第一估算值d1。
而后能够如在图11和12中示例性地示出的一样，将一个或者多个由精确电压脉冲构成的脉冲对加载到所述同步电机上，所述由精确电压脉冲构成的脉冲对相应对称地分布并且被分配给用于d轴的第一估算值d1。对于精确电压脉冲对来说，例如离开所述用于d轴的第一估算值d1的角间距x能够分别相同。在图11和12中分别示出了两个精确电压脉冲对，但是其中一般同样能够考虑2n个脉冲对，其中n＞1。
对于所述电流响应来说，在此产生精确电流值对M1和M2或者M3和M4。同样对于相位差来说产生精确相位差对N1和N2或者N3和N4。在借助于用于电流响应I的特性曲线来精确化时，在所估算的d轴的两侧上通过相应处于这一侧上的精确电流值M1和M3或者M2和M4来形成线性的回归。由此产生两条回归直线K1和K2，其交点的横坐标值表明一个精确的用于d轴的估算值d2。同样，通过所有精确相位差N1到N4能够作一条回归曲线，所述回归曲线的横坐标值对于为零的纵坐标值来说表明另一个精确的用于d轴的估算值d3。又例如能够在通过电流响应分析和相位差分析精确化的估算值d2和d3的基础上，例如通过求平均值方法来求得用于d轴的精确估算值。由此能够倒推出相应的用于所述转子角β的精确估算值。
作为在图11到12中所描绘的处理方式的替代方案或者补充方案，也能够为精确电流值对或者精确相位差对重新与所述用于电流响应I和相位差Δ的特性曲线进行比较。对于变化的中间电路电压来说，有时候也能够重新对所述电压脉冲对进行校准或者再调节。此外能够取代从所求得的精确电流值M1到M4或者所求得的精确相位差N1到N4中形成线性的回归曲线的做法而通过拟合计算例如通过借助于最小平方法进行的估算来相应地求得用于所述电流响应和相位差的估算曲线。
此外，也能够用所有所检测到的测量值来对所述电流响应曲线和相位差曲线进行曲线调整并且能够将两条经过调整的曲线的自变量与90°或者180°等同起来，用来求得用于d轴的精确估算值。
对于凸极电机来说，能够在精确化所述转子角估算值之后，沿着所求得的d轴方向相应地朝相反的方向额外地馈入两个饱和的电压脉冲，用于能够分辨180°误差。对于隐极电机来说，这一点不再有必要，因为已经在初始的步骤中馈入了两个饱和脉冲用于对转子进行精确的位置确定。
在结束所有确定步骤之后，能够通过所述电流响应与所述特性曲线的额定-实际值比较来为接下来的方法迭代对测试电压脉冲的电压大小进行再调节。在此能够求得用于所述中间电路电压的因数F，能够用该因数F对所述特性曲线进行校准，用于消除与波动的中间电路电压的相关性。
图13示出了一种用于求取同步电机尤其如在图1中示例性地示出的一样的同步电机101的转子角的方法20的示意图。在此，所述方法20能够基于结合图2到12所阐述的关联。在第一步骤21中，将至少一个具有能够预先给定的脉冲持续时间及脉冲高度的初始电压脉冲馈入到所述同步电机的定子中。在第二步骤22中检测相应的针对所述至少一个初始电压脉冲的电流响应Im。而后在步骤23中，在相应的所检测的电流响应Im的基础上确定相应的电位差Δm。
在步骤24和25中，一方面能够通过所述电流响应Im与所述同步电机的电流响应特性曲线I的比较求得至少一个第一估算值β1或者β2，并且另一方面能够通过所述相位差Δm与所述同步电机的相位差特性曲线Δ的比较来求得至少一个第二估算值β3或者β4。在所述估算值的基础上，能够在步骤26中分别在所述第一估算值β1、β2之一与所述第二估算值β3、β4之一之间形成多个差，从而在步骤27中能够在所确定的差中的具有最小值的差的基础上确定用于所述同步电机的转子角β的初始估算值。
如果有必要对所述转子角β进行更为精确的估算，则能够在所述用于转子角β的初始估算值的基础上确定用于所述同步电机的d轴的第一估算值d1。在此将至少一个相应地具有能够预先给定的脉冲持续时间和脉冲高度的精确电压脉冲对馈入到所述同步电机的定子中，其中所述精确电压脉冲对相应地沿着不同的方向与所述用于同步电机的d轴的第一估算值d1相隔相同的角度值-x或者+x。随后能够检测针对所述精确电压脉冲的取决于（转子）角度的精确电流响应，然后能够在所述取决于（转子）角度的精确电流响应的基础上确定取决于角度的精确相位差。
对于所述取决于角度的精确电流响应来说，能够在所述取决于角度的精确电流响应的至少一部分的基础上确定第一线性的回归曲线K1或者K2。同样，能够在所述取决于角度的精确相位差的至少一部分的基础上确定第二线性的回归曲线K3。这些第一和/或第二线性的回归曲线能够用来确定用于所述同步电机的d轴的精确的估算值d2。
图14示出了另一种用于求得同步电机尤其如在图1中示例性地示出的同步电机101的转子角的方法30的示意图。在此所述方法30能够基于结合图2到12所阐述的关联。在第一步骤31中，确定用于所述同步电机的d轴的第一估算值d1。在第二步骤32中将至少一个相应地具有能够预先给定的脉冲持续时间和脉冲高度的精确电压脉冲对馈入到所述同步电机的定子中，其中所述精确电压脉冲对相应地沿着不同的方向与所述用于同步电机的d轴的第一估算值d1相隔相同的角度值-x或者+x。在第三步骤33中检测针对所述精确电压脉冲的取决于角度的精确电流响应。
接着在步骤34中，能够在所述相应的所检测到的精确电流响应的基础上求得取决于（转子）角度的精确相位差。所述取决于（转子）角度的精确相位差而后用作用于步骤35和36的基础，在所述步骤35和36中在所述取决于角度的精确电流响应的至少一部分的基础上确定第一估算曲线或者线性的回归曲线，并且在所述取决于角度的精确相位差的至少一部分的基础上确定第二估算曲线或者线性的回归曲线。最后在步骤37中，能够在所述第一和/或第二估算曲线或者线性的回归曲线的基础上确定精确的用于所述同步电机的d轴的估算值d2。
在此所述估算曲线能够通过拟合计算例如通过借助于最小平方法进行的估算来求得。在此能够如结合图11和12所描述的那样示例性地使用第一阶的近似值也就是线性的拟合曲线。
图13和14的方法20和30能够以合适的方式相组合，从而能够根据对于所述转子角的初始的粗略估算借助于精确电压脉冲来精确化所述转子角。

Claims (9)

1.用于求取同步电机（101）的转子角（β）的方法（30），具有以下步骤：
-确定（31）用于所述同步电机（101）的有关d轴的角度的第一估算值（d1）；
-将至少一个相应地具有能够预先给定的脉冲持续时间和脉冲高度的精确电压脉冲对馈入（32）到所述同步电机（101）的定子中，其中所述精确电压脉冲对相应地沿着不同的方向与所述用于同步电机（101）的有关d轴的角度的第一估算值（d1）相隔相同的角度值（-x、+x）；
-检测（33）针对所述精确电压脉冲的取决于角度的精确电流响应（M1、M2、M3、M4）；
-在相应的所检测的精确电流响应（M1、M2、M3、M4）的基础上确定（34）取决于角度的精确相位差（N1、N2、N3、N4）；
-在所述取决于角度的精确电流响应（M1、M2、M3、M4）的至少一部分的基础上确定（35）第一估算曲线（K1、K2）；
在所述取决于角度的精确相位差（N1、N2、N3、N4）的至少一部分的基础上确定（36）第二估算曲线（K3）；并且
-在所述第一和/或第二估算曲线（K1、K2；K3）的基础上确定（37）用于所述同步电机（101）的有关d轴的角度的精确的估算值（d2）。
2.按权利要求1所述的方法（30），此外具有以下步骤：
-将至少一个具有能够预先给定的脉冲持续时间和脉冲高度的初始电压脉冲馈入到所述同步电机（101）的定子中；
-检测针对所述至少一个初始电压脉冲的相应的电流响应（Im）；
-在相应的所检测的电流响应（Im）的基础上确定相应的相位差（Δm）；
-通过所述电流响应（Im）与所述同步电机（101）的电流响应特性曲线（I）的比较来求得至少一个第一估算值（β1、β2）；
-通过所述相位差（Δm）与所述同步电机（101）的相位差特性曲线（Δ）的比较来求得至少一个第二估算值（β3、β4）；
-相应地在所述第一估算值（β1、β2）之一与所述第二估算值（β3、β4）之一之间形成多个差；
-在所确定的差中的具有最小值的差的基础上确定用于所述同步电机（101）的转子角（β）的初始估算值；并且
-在所述用于转子角（β）的初始估算值的基础上确定用于所述同步电机（101）的有关d轴的角度的第一估算值（d1）。
3.按权利要求1和2中任一项所述的方法（30），此外具有以下步骤：
-将多个相应地具有能够预先给定的脉冲持续时间和脉冲高度的校准电压脉冲馈入到所述同步电机（101）的定子中；
-检测针对所述校准电压脉冲的取决于角度的校准电流响应；
-在相应的所检测的校准电流响应的基础上确定所述取决于角度的校准相位差；并且
-在所述取决于角度的校准电流响应或者校准相位差的基础上确定所述同步电机（101）的电流响应特性曲线（I）和相位差特性曲线（Δ）。
4.按权利要求3所述的方法（30），其中将所述校准电压脉冲相应地以关于定子角错开180°的脉冲对馈入到所述同步电机（101）的定子中。
5.按权利要求2所述的方法（30），其中所述确定（27）用于所述同步电机（101）的转子角（β）的初始估算值包括形成参与最小差的第一和第二估算值（β1、β2、β3、β4）的平均值。
6.按权利要求5所述的方法（30），其中所述同步电机（101）包括隐极电机，并且其中将至少两个使所述隐极电机处于饱和之中的初始电压脉冲馈入到所述隐极电机的定子中。
7.按权利要求1到5中任一项所述的方法（30），其中所述第一和第二估算曲线分别包括线性的回归曲线（K1、K2；K3）。
8.用于求取同步电机（101）的转子角（β）的控制装置（10），其中所述控制装置（10）设计用于实施按权利要求1到7中任一项所述的方法（30）。
9.电驱动系统，具有：
按权利要求8所述的控制装置（10）；
以及与所述控制装置（10）耦合的同步电机（101）；
其中所述控制装置（10）设计用于根据所求得的转子角来操控所述同步电机（101）。
CN201310409072.7A 2012-09-10 2013-09-10 控制装置以及用于求取同步电机的转子角的方法 Active CN103684136B (zh)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE102012215960.6A DE102012215960A1 (de) 2012-09-10 2012-09-10 Steuereinrichtung und Verfahren zum Ermitteln des Rotorwinkels einer Synchronmaschine
DE102012215960.6 2012-09-10

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN103684136A CN103684136A (zh) 2014-03-26
CN103684136B true CN103684136B (zh) 2018-05-01

Family

ID=50153232

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201310409072.7A Active CN103684136B (zh) 2012-09-10 2013-09-10 控制装置以及用于求取同步电机的转子角的方法

Country Status (3)

Country Link
US (1) US9391552B2 (zh)
CN (1) CN103684136B (zh)
DE (1) DE102012215960A1 (zh)

Families Citing this family (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102012215962A1 (de) * 2012-09-10 2014-03-13 Robert Bosch Gmbh Steuereinrichtung und Verfahren zum Ermitteln des Rotorwinkels einer Synchronmaschine
JP6241460B2 (ja) * 2015-08-25 2017-12-06 株式会社デンソー 電動機の制御装置
DE102016211406A1 (de) * 2016-06-24 2017-12-28 Robert Bosch Gmbh Verfahren zur Regelung einer Synchronmaschine und Regelvorrichtung für eine Synchronmaschine
CN106643819B (zh) * 2016-11-09 2021-08-24 广东盈科电子有限公司 一种直流推杆电机定位方法
CN109831134B (zh) * 2017-11-22 2021-08-17 钱罗奋 电动汽车同步电机无失步转矩转速合并调节仿直流驱动法
JP7173775B2 (ja) * 2018-07-20 2022-11-16 ミネベアミツミ株式会社 モータ駆動制御装置及びモータの駆動制御方法
DE102019216831A1 (de) * 2019-10-31 2021-05-06 Robert Bosch Gmbh Verfahren und Vorrichtung zum Kalibrieren einer Ansteuerung einer elektrischen Maschine

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN102017390A (zh) * 2008-04-24 2011-04-13 通力股份公司 电机转子位置的确定
CN102132485A (zh) * 2007-10-09 2011-07-20 Nase电子工业公司 用于明确测定电机转子位置的方法和装置
CN102165682A (zh) * 2008-09-25 2011-08-24 罗伯特·博世有限公司 借助于迭代测试脉冲在停机状态下确定同步电机的转子角

Family Cites Families (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE10037972B4 (de) * 1999-08-05 2005-09-15 Sharp K.K. Vorrichtung und Verfahren zur Elektromotorsteuerung
US7932692B2 (en) * 2006-11-13 2011-04-26 Denso Corporation Control system for rotary electric machine with salient structure
WO2013018349A1 (ja) * 2011-08-03 2013-02-07 パナソニック株式会社 永久磁石型同期電動機のモータ定数算出方法およびモータ定数算出装置
US20130207588A1 (en) * 2012-02-15 2013-08-15 Samsung Electro-Mechanics Co., Ltd. Initial driving apparatus and method of two-phase srm

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN102132485A (zh) * 2007-10-09 2011-07-20 Nase电子工业公司 用于明确测定电机转子位置的方法和装置
CN102017390A (zh) * 2008-04-24 2011-04-13 通力股份公司 电机转子位置的确定
CN102165682A (zh) * 2008-09-25 2011-08-24 罗伯特·博世有限公司 借助于迭代测试脉冲在停机状态下确定同步电机的转子角

Also Published As

Publication number Publication date
DE102012215960A1 (de) 2014-03-13
US20140070746A1 (en) 2014-03-13
US9391552B2 (en) 2016-07-12
CN103684136A (zh) 2014-03-26

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN103684136B (zh) 控制装置以及用于求取同步电机的转子角的方法
US9935574B2 (en) Method for determining a rotor frequency and/or a rotor angle of a rotor of a reluctance machine, control device, and drive assembly
US9621093B2 (en) Motor control device
CN103684135B (zh) 用于获知同步机的转子角度的控制装置和方法
EP2693628A1 (en) Method for identifying inductance parameters of synchronous electric machine and realization system thereof
CN107769633B (zh) 确定无铁pmsm电机的转子的取向的方法和电机系统
EP2197099A3 (en) Operation of BLDC motors
KR102207375B1 (ko) 동기기용 조절 시스템 및 동기기의 작동 방법
De Viaene et al. Energy‐efficient sensorless load angle control of a BLDC motor using sinusoidal currents
CN102608550B (zh) 用于检测电动机中的永磁体的退化的方法和用于该方法的系统
US9673739B2 (en) Machine type identification
CN104713472B (zh) Pmsm转子角度识别
JP5314103B2 (ja) 永久磁石同期電動機駆動装置
US8115434B2 (en) High-speed self-cascaded electric machine
JP2008530972A (ja) ロータ位置検出
EP3826170A1 (en) Stall detection in sine wave driven motors
JP5743344B2 (ja) 同期電動機の制御装置
KR102619910B1 (ko) 상전압 검출을 이용한 브러시리스 직류모터 기동 제어방법 및 장치
US8907606B2 (en) Method and device for determining a rotor position of a synchronous machine
Li et al. Initial rotor position estimation of IPMSM based on improved rotating high frequency signal injection
Rambetius et al. Carrier signal based sensorless control of wound field synchronous machines using the rotor winding as the receiver: Rotating vs. alternating carrier
Feuersänger et al. Initial rotor position identification in medium voltage synchronous machines
US10804824B2 (en) Method and circuit arrangement for determining the position of a rotor in an electric motor
JP6517861B2 (ja) 永久磁石同期電動機駆動装置
van Treek et al. An automatic identification of phase inductance for operation of switched reluctance machines without position sensor

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
C10 Entry into substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
GR01 Patent grant
GR01 Patent grant