CN103840725A - 永磁同步电机转子位置偏差测量装置及方法 - Google Patents

永磁同步电机转子位置偏差测量装置及方法 Download PDF

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    • H02P2203/11Determination or estimation of the rotor position or other motor parameters based on the analysis of high frequency signals

Abstract

本发明揭露一种永磁同步电机转子位置偏差测量装置及方法。永磁同步电机转子位置偏差测量装置包含控制单元、功率变换单元、转子位置观测器及计算单元。控制单元接收d轴直流电压信号以及q轴交流电压信号,并接收转子位置初始值及高频信号,以输出三相指令信号。功率变换单元接收三相指令信号,并输出三相控制信号用以控制电机。转子位置观测器接收相应于电机操作的三相反馈信号,并产生转子位置估算值。计算单元对所述转子位置初始值及所述转子位置估算值进行运算,以产生转子位置偏差值。

Description

永磁同步电机转子位置偏差测量装置及方法

技术领域

[0001] 本发明内容是有关于一种永磁同步电机,且特别是有关于一种永磁同步电机转子的位置测量装置。

背景技术

[0002] 一般而言,无刷电机依据不同的反电动势大致上可分为永磁同步电机以及直流无刷电机。具体地来说,永磁同步电机具有弦波反电动势,且可配合弦波定子电流以产生定转矩。

[0003] 然而,当永磁同步电机操作时,其在旋转坐标系(d_q轴)下的d轴和q轴磁路之间存在耦合,因此其真实的电感矩阵相较于d轴和q轴上经解耦分析后的电感矩阵并不相同,导致利用电机凸极模型来观测或估算转子位置角度的方法会产生一定的角度偏差,进而影响控制效果,尤其会影响在重载情况下的控制性能。

[0004] 为了解决上述问题,现有技术大多采用分析电磁场的方法,亦即对已知的电机本体参数进行分析计算,以得到交叉饱和电感值或者不同d_q轴电流情况下的角度误差值,借此进行角度的补偿。

[0005] 然而,前述方法所需的计算量很大,并须依赖准确的电机本体参数,但电机本体参数往往又难以准确地获得,因此前述方法无法普遍适用。

[0006] 其次,在实际测量因饱和效应引起的角度偏差的方法中,通常需要注入具不同幅值的电压或电流,因此会产生一定的转矩,而为了使电机保持静止状态,故需要采用外部设备(如:机械抱闸装置)将电机锁住,如此一来,实际操作上会存在使用不便和效率不佳等问题,亦使得测量方法具有条件限制,限制在某些场合的应用,使用上较不具弹性,并直接提高了应用前述测量方法的难度。

发明内容

[0007] 本发明内容是关于一种永磁同步电机转子位置偏差测量装置及方法,借以改善测量位置(或角度)偏差的方式中必须采用外部设备(如:机械抱闸装置)而造成不便的问题,并借此使测量位置(或角度)偏差的方式能普遍适用于各种场合。

[0008] 本发明内容的一实施方式是关于一种永磁同步电机转子位置偏差测量装置,其包含一控制单元、一功率变换单元、一转子位置观测器以及一计算单元。控制单元用以接收一旋转坐标系下的d轴直流电压信号以及q轴交流电压信号,并用以接收一转子位置初始值及一高频信号,以输出一三相指令信号。功率变换单元用以接收所述三相指令信号,并输出一三相控制信号用以控制所述电机。转子位置观测器用以接收相应于所述电机操作的三相电流反馈信号,并产生一转子位置估算值。计算单元用以对所述转子位置初始值以及所述转子位置估算值进行运算,以产生一转子位置偏差值。

[0009] 在本发明一实施例中,控制单元还包含一旋转至静止坐标变换单元以及一两相至三相坐标变换单元。旋转至静止坐标变换单元用以接收所述d轴直流电压信号以及q轴交流电压信号,并输出一静止坐标系下的0轴电压信号以及13轴电压信号。两相至三相坐标变换单元用以接收所述0轴电压信号以及所述13轴电压信号分别与一三相对称的旋转高频交流信号叠加后的0轴调节信号及13轴调节信号,并输出所述三相指令信号。

[0010] 在本发明另一实施例中,控制单元还包含旋转至静止坐标变换单元以及两相至三相坐标变换单元。旋转至静止坐标变换单元用以接收所述(1轴直流电压信号与一脉振高频交流信号叠加后的信号、所述(1轴交流电压信号以及所述转子位置初始值,并输出静止坐标系下的0轴电压信号及13轴电压信号。两相至三相坐标变换单元用以接收所述0轴调节信号及13轴调节信号,并输出所述三相指令信号。

[0011] 在本发明又一实施例中,控制单元还包含旋转至静止坐标变换单元以及两相至三相坐标变换单元。旋转至静止坐标变换单元用以接收(1轴直流电压信号、(1轴交流电压信号以及转子位置初始值,并输出静止坐标系下的0轴电压信号及13轴电压信号。两相至三相坐标变换单元用以接收0轴电压信号及13轴电压信号,并输出三相电压信号。前述三相电压信号于非零电压向量方向上与一脉冲宽度调变信号相叠加从而得到所述三相指令信号,且在一控制周期内所述脉冲宽度调变信号的电压合成矢量为零。

[0012] 在本发明次一实施例中,所述功率变换单元为一两电平变换器。

[0013] 在本发明又一实施例中,所述功率变换单元为一电压源型逆变器

[0014] 其次,所述转子位置观测器可为一旋转注入式观测器、一脉振注入式观测器或是一脉冲宽度调变注入式观测器。

[0015] 在本发明再一实施例中,前述测量装置还包含一坐标变换单元,其用以接收所述转子位置初始值以及所述三相电流反馈信号,并输出一 (1轴电流反馈信号和一 (1轴电流反

馈信号。

[0016] 在本发明另一实施例中,前述测量装置还包含一第一调节单元以及一第二调节单元。第一调节单元用以接收一 (1轴直流电流信号以及所述(1轴电流反馈信号,并输出所述(1轴直流电压信号。第二调节单元用以接收一 (1轴交流电流信号以及所述(1轴电流反馈信号,并输出所述(1轴交流电压信号。

[0017] 另外,于所述(1轴直流电压信号以及所述(1轴交流电压信号均为零的情形下,所述转子位置观测器输出的转子位置估算值可为所述转子位置初始值。

[0018] 其次,所述(1轴交流电压信号或所述高频信号可为正弦波信号、三角波信号、方波信号或者梯形波信号,而且所述(1轴直流电压信号可为具可变幅值的直流电压信号,或者所述(1轴交流电压信号可为具可变幅值的交流电压信号。

[0019] 又,在一实施例中,所述(1轴直流电压信号的位准大于零。

[0020] 在本发明又一实施例中,前述(1轴交流电压信号的频率介于永磁同步电机额定频率的十分之一至4倍之间。其次,前述(1轴交流电压信号的频率可为永磁同步电机额定频率的二分之一。

[0021] 在本发明再次一实施例中,当所述(1轴直流电压信号保持恒定时,不同的(1轴交流电压信号所对应的转子角度偏差值形成一条连续曲线。

[0022] 在本发明又再一实施例中,不同幅值的所述(1轴直流电压信号与不同幅值的所述(1轴交流电压信号所对应的转子角度偏差值形成三维查阅数据表。

[0023] 本发明内容的另一实施方式是关于一种永磁同步电机转子位置偏差测量方法,其包含:依据一转子位置初始值及一高频信号将一旋转坐标系下的d轴直流电压信号以及q轴交流电压信号变换为一三相指令信号;将所述三相指令信号变换为一三相控制信号用以控制所述电机;依据相应于所述电机的操作的三相电流反馈信号产生一转子位置估算值;以及对所述转子位置初始值以及所述转子位置估算值进行运算,以产生一转子位置偏差值。

[0024] 在本发明一实施例中,将所述d轴直流电压信号以及所述q轴交流电压信号变换为所述三相指令信号的步骤还包含:通过一旋转至静止坐标变换单元将所述d轴直流电压信号以及所述q轴交流电压信号变换为一静止坐标系下的α轴电压信号以及β轴电压信号;以及通过一两相至三相坐标变换单元将所述α轴电压信号以及所述β轴电压信号分别与一三相对称的旋转高频交流信号叠加后的α轴调节信号以及所述β轴调节信号变换为所述三相指令信号。

[0025] 在本发明另一实施例中,将所述d轴直流电压信号以及所述q轴交流电压信号变换为所述三相指令信号的步骤还包含:通过一旋转至静止坐标变换单元将所述d轴直流电压信号与一脉振高频交流信号叠加后的信号以及所述q轴交流电压信号变换为一静止坐标系下的α轴电压信号以及β轴电压信号;以及通过一两相至三相坐标变换单元将所述α轴电压信号以及所述β轴电压信号变换为所述三相指令信号。

[0026] 在本发明又一实施例中,将所述d轴直流电压信号以及所述q轴交流电压信号变换为所述三相指令信号的步骤还包含:通过一旋转至静止坐标变换单元将所述d轴直流电压信号以及所述q轴交流电压信号变换为一静止坐标系下的α轴电压信号以及β轴电压信号;通过一两相至三相坐标变换单元将所述α轴电压信号以及所述β轴电压信号变换为所述三相电压信号;以及将所述三相电压信号于非零电压向量方向上与一脉冲宽度调变信号相叠加,从而得到所述三相指令信号,其中在一控制周期内所述脉冲宽度调变信号的电压合成矢量为零。

[0027] 在本发明次一实施例中,将所述三相指令信号变换为所述三相控制信号的步骤是通过一两电平变换器来实现。

[0028] 在本发明再一实施例中,前述测量方法还可包含:依据所述转子位置初始值通过一坐标变换单元将所述三相反馈信号变换为一 d轴反馈信号和一 q轴反馈信号。

[0029] 在本发明另一实施例中,前述测量方法还可包含:依据所述d轴电流反馈信号将一 d轴直流电流信号变换为所述d轴直流电压信号;以及依据所述q轴电流反馈信号将一q轴交流电流信号变换为所述q轴交流电压信号。

[0030] 另外,于所述d轴直流电压信号以及所述q轴交流电压信号均为零的情形下,产生的转子位置估算值可为所述转子位置初始值。

[0031] 其次,所述q轴交流电压信号或所述高频信号可为正弦波信号、三角波信号、方波信号或者梯形波信号,而且所述d轴直流电压信号可为具可变幅值的直流电压信号,或者所述q轴交流电压信号可为具可变幅值的交流电压信号。又,在一实施例中,所述d轴直流电压信号的位准大于零。

[0032] 根据本发明的技术内容,应用前述永磁同步电机转子位置偏差测量装置及方法,不仅可于整个位置(或角度)补偿值的测量过程中,免去任何外部设备(如:机械抱闸装置)的使用,即可使电机保持在静止状态,而且更可使测量方式更加简便、效率更佳,且亦较具弹性。如此一来,实现整个位置(或角度)补偿值的测量过程便可节省时间和成本,亦使其能普遍适用于各种应用场合。

[0033] 本发明内容旨在提供本发明的简化摘要,以使阅读者对本发明具备基本的理解。此发明内容并非本发明的完整概述,且其用意并非在指出本发明实施例的重要(或关键)元件或界定本发明的范围。

附图说明

[0034] 图1是依照本发明实施例绘示一种电机转子位置偏差测量装置的示意图;

[0035] 图2是依照本发明实施例绘示一种测量过程中转子位置偏差的波形示意图;

[0036] 图3是依照本发明实施例绘示不同(1轴交流信号下转子位置偏差的波形示意图;

[0037] 图4是依照本发明实施例绘示一种位置偏差拟合曲线的示意图;

[0038] 图5是依照本发明实施例绘示一种如图1所示的控制单元的示意图;

[0039] 图6是依照本发明实施例绘示一种旋转高频交流信号的波形示意图;

[0040] 图7是依照本发明另一实施例绘示一种如图1所示的控制单元的示意图;

[0041] 图8是依照本发明实施例绘示一种脉振高频交流信号的波形示意图;

[0042] 图9是依照本发明次一实施例绘示一种如图1所示的控制单元的示意图;

[0043] 图10是依照本发明实施例绘示一种采用脉冲宽度调变信号注入方式的空间矢量示意图;

[0044] 图11是依照本发明另一实施例绘示一种电机转子位置偏差测量装置的示意图;

[0045] 图12是依照本发明实施例绘示一种电机转子位置偏差测量方法的流程图。

[0046]【主要元件符号说明】

[0047] 100、1000:测量装置

[0048] 105:永磁同步电机

[0049]:控制单元

[0050] 120:功率变换单元

[0051] 130:转子位置观测器

[0052] 140:计算单元[0053] 150:坐标变换单元

[0054] 160:高频信号产生单元

[0055] 162、164:调节单元

[0056] 510、710、910:旋转至静止坐标变换单元

[0057] 520,720,920:两相至三相坐标变换单元

[0058] 31、32、33、34:步骤

具体实施方式

[0059] 下文是举实施例配合所附附图作详细说明,但所提供的实施例并非用以限制本发明所涵盖的范围,而结构运作的描述非用以限制其执行的顺序,任何由元件重新组合的结构,所产生具有均等功效的装置,皆为本发明所涵盖的范围。此外,附图仅以说明为目的,并未依照原尺寸作图。为使便于理解,下述说明中相同元件将以相同的符号标示来说明。转子位置初始值9,心及一高频信号册,借。在一实施例中,转子位置初始值、心是号II#,借以将转子轴锁住,而控制单元110曲直流电压信号11产以及(1轴交流电压信号

7 0

[制单元110,用以接收前述三相指令信号,

›用以控制永磁同步电机105。转子位置观收相应于永磁同步电机105的操作的三相2生一转子位置估算值9 &。另,计算单元专子位置初始值9 以及所述转子位置估1 0丨也),以产生一转子位置偏差值9 611。机械抱闸装置)将电机锁住,如此才能使电[偏差或位置偏差,因此操作上会存在使用件限制,使用上较不具弹性。

施例中,主要是以转子位置初始值(或是给[的直流信号,借以将转子轴锁住,并于(1轴信号或者其它类型的交流信号。另外,依据不同注入方式(如:旋转注入、脉振注入、脉冲宽度调变注入、…等)所进行的电机转子位置(或角度)偏差测量程序,高频信号册也可以是正弦波信号、三角波信号、方波信号、梯形波信号或者其它相应类型的高频交流信号,亦即本领域所属技术人员可以选择适合的交流信号作为(1轴交流电压信号II#或是高频信号册,在此不以前述类型的交流信号为限。

[0070] 其次,(1轴交流电压信号II#的频率可介于永磁同步电机105额定频率的十分之一至4倍之间,且较佳地,^轴交流电压信号II#的频率可为永磁同步电机105额定频率的二分之一。

[0071] 此外,功率变换单元120可以是一电压源型逆变器,或是其它可用以将指令信号01、013› 00变换为控制信号113、%、11。的元件或装置。

[0072] 需说明的是,上述及下列关于转子位置的数值,可以代表实际转子的位置,也可以代表转子相对于轴线的角度,并由角度来表示转子当前所在位置,在此仅是例示而已,并非用以限定本发明。

[0073] 此外,.可以先检测取得前述转子位置初始值0 ,而后将转子位置初始值0作为(1轴方向供直流电压信号11#于其上给定,亦可在任意位置或角度(如:给定角度0° )上给定直流电压信号113,将永磁同步电机105从未知的位置拉至给定的角度,使其发生180。以内的转动,而后将此给定角度作为转子位置初始值,同时作为转子轴锁住后的(1轴方向。

[0074] 在一实施例中,如图1所示,在转子初始位置的检测过程中,于(1轴直流电压信号11^以及(1轴交流电压信 号11疗均为零(亦即控制单元110接收高频信号册而不接收信号11^和110)的情形下,转子位置观测器130相应输出的转子位置估算值0说即作为转子位置初始值9 直接输入控制单元110。

[0075] 在另一实施例中,如图1所示,测量装置100可还包含一坐标变换单元150。坐标变换单元150用以接收转子位置初始值0 631以及三相反馈信号(即信号13、1,),并相应地输出一 (1轴反馈信号4和一 (1轴反馈信号、,以供对照于所产生的转子位置偏差值9…,其中前述(1轴反馈信号1,以及(1轴反馈信号、为电流信号。

[0076] 实作上,坐标变换单元150可以是三相至两相及静止至旋转坐标变换单元,其中三相(3-6-(3)至两相(0 -13 )坐标变换即是本领域技术所称的“01犯'匕变换”,而静止(0-13 )至旋转((1-(0坐标变换即是本领域技术所称的“ 变换”;换言之,坐标变换单元150可以是01犯^6-?犯^变换单元,用以将三相反馈信号13、1^1。变换为旋转坐标系下的(1轴反馈信号1,和(1轴反馈信号

[0077] 在次一实施例中,如图1所示,测量装置100可还包含一高频信号产生单元160,其用以依据不同注入方式(如:旋转注入、脉振注入、脉冲宽度调变注入、…等)产生相应的高频信号册。

[0078] 另一方面,前述(1轴交流电压信号1!疗可以是具可变幅值的交流电压信号。图3是依照本发明实施例绘示不同(1轴交流信号下转子位置偏差的波形示意图。如图3所示,于(1轴交流信号具不同幅值(如幅值八、幅值8、幅值0的情形下,可以分别进行转子位置偏差的测量,进一步得到不同(1轴交流信号下的转子位置偏差值。如此一来,于(1轴上注入具某一幅值的直流信号,且在(1轴上分别注入具不同幅值的交流给定信号,便可以得到对应于不同饱和状态的多个转子位置偏差值。

[0079] 其次,前述d轴直流电压信号Ud*亦可以是具可变幅值的直流电压信号。据此,当d轴上注入具一特定幅值的直流信号时,可以得到对应于q轴上不同交流给定信号的一组转子位置偏差值,而当d轴上注入具另一特定幅值的直流信号时,可以得到对应于q轴上不同交流给定信号的另一组转子位置偏差值。

[0080] 举例来说,图4是依照本发明实施例绘示一种位置偏差拟合曲线的示意图,其中曲线Cl代表d轴上注入具幅值idl的直流信号,曲线C2代表d轴上注入具幅值id2的直流信号。具体来说,当前述d轴直流电压信号Ud*保持恒定时,不同的q轴交流电压信号Uq*所对应的转子角度偏差值可拟合形成一条连续曲线。如图4所示,当d轴上注入具幅值idl的直流信号时,可以得到对应于q轴上不同交流给定信号的多个离散的转子位置偏差值,且这些转子位置偏差值可经线性拟合成偏差曲线Cl ;同样地,当d轴上注入具幅值id2的直流信号时,可以得到对应于q轴上不同交流给定信号的多个离散的转子位置偏差值,且这些转子位置偏差值可经线性拟合为偏差曲线C2。如此一来,便可于d轴上注入多个具不同幅值的直流信号,并相应地于q轴上注入多个具不同幅值的交流信号,借此获取多个偏差曲线,以利后续与给定的d轴直流信号和q轴交流信号对照,方便找出相应的位置(或角度)偏差值,进而实现相应的位置(或角度)补偿。换言之,不同幅值的d轴直流电压信号ud*、不同幅值的q轴交流电压信号Uq*及其所对应的转子角度偏差值,三者可以形成相应的三维查阅数据表。

[0081] 图5是依照本发明实施例绘示一种如图1所示的控制单元的示意图。如图5所示,控制单元IlOa还可包含一旋转至静止坐标变换单元510以及一两相至三相坐标变换单元520,其中类似前述“Clarke变换”和“Park变换”所代表的含义,旋转至静止坐标变换单元510可以是本领域技术所称的“反Park变换单元”,两相至三相坐标变换单元520可以是本领域技术所称的“反Clarke变换单元”。

[0082] 旋转至静止坐标变换单元510用以接收d轴直流电压信号ud*、q轴交流电压信号Uq*以及所述转子位置初始值Qinit,并输出静止坐标系(α-β轴)下的α轴电压信号Ua以及β轴电压信号ue。两相至三相坐标变换单元520则用以接收α轴电压信号Ua以及β轴电压信号U0分别与高频信号HF叠加后的α轴调节信号ua*及β轴调节信号ue*,并输出三相指令信号Ca、Cb、Ce。

[0083] 在本实施例中,控制单元IlOa可应用于依据旋转注入方式所进行的电机转子位置偏差测量,且高频信号HF可以是一三相对称的旋转高频交流信号。图6是依照本发明实施例绘示一种旋转高频交流信号的波形示意图,其中信号Ua以及Ue分别代表α轴及β轴上的旋转高频交流信号,且此旋转高频交流信号可为正弦波信号、三角波信号、方波信号、梯形波信号或者其它类型的交流信号。

[0084] 前述三相对称的旋转高频交流信号分别与α轴电压信号Ua以及β轴电压信号U0叠加后(例如:形成α轴调节信号ua*和β轴调节信号Ue*)注入两相至三相坐标变换单元520,接着两相至三相坐标变换单元520再将调节信号ua*和ue*变换为三相指令信号Ca、Cb、Ce。此外,基于控制单元IlOa可应用于依据旋转注入方式所进行的偏差测量程序,图1所示的转子位置观测器130可以相应地为一旋转注入式观测器。

[0085] 图7是依照本发明另一实施例绘示一种如图1所示的控制单元的示意图。如图7所示,控制单元IlOb同样可包含旋转至静止坐标变换单元710以及两相至三相坐标变换单元720,其中旋转至静止坐标变换单元710用以接收d轴直流电压信号ud*与高频信号HF叠加后的信号、q轴交流电压信号uq*以及所述转子位置初始值Θ init,并输出静止坐标系(α-β轴)下的α轴电压信号Ua以及β轴电压信号U0,两相至三相坐标变换单元720则用以接收α轴电压信号Ua以及β轴电压信号Ue,并输出三相指令信号Ca、Cb、Ce。

[0086] 在本实施例中,控制单元IlOb可应用于依据脉振注入方式所进行的电机转子位置偏差测量,且高频信号HF可以是一脉振高频交流信号。图8是依照本发明实施例绘示一种脉振高频交流信号的波形示意图,其中信号Ud代表d轴上的脉振高频交流信号,且此脉振高频交流信号可为正弦波信号、三角波信号、方波信号、梯形波信号或者其它类型的交流信号。

[0087] 前述脉振高频交流信号可于d轴上与d轴直流电压信号Ud*叠加后再注入旋转至静止坐标变换单元710,接着由旋转至静止坐标变换单元710将相应的叠加信号和q轴交流电压信号uq*变换为α轴电压信号u α以及β轴电压信号Ue。此外,基于控制单兀IlOb可应用于依据脉振注入方式所进行的偏差测量程序,图1所示的转子位置观测器130可以相应地为一脉振注入式观测器。

[0088] 图9是依照本发明次一实施例绘示一种如图1所示的控制单元的示意图。如图9所示,控制单元IlOc同样可包含旋转至静止坐标变换单元910以及两相至三相坐标变换单元920,其中旋转至静止坐标变换单元910用以接收d轴直流电压信号ud*、q轴交流电压信号Uq*以及所述转子位置初始值Qinit,并输出静止坐标系下的α轴电压信号ua以及β轴电压信号U0,两相至三相坐标变换单元920则用以接收α轴电压信号Ua以及β轴电压信号Ue,并输出三相电压信号Ca*、Cb*、Ce*。

[0089] 在本实施例中,控制单元IlOc可应用于依据脉冲宽度调变(PWM)注入方式所进行的电机转子位置偏差测量,且高频信号HF可以是一脉冲宽度调变信号,其与两相至三相坐标变换单元920所输出的三相电压信号(如:电压信号Ca*、Cb*、Cc*)叠加后形成三相指令信号Ca、Cb、Ce供注入前述图1所示的功率变换单元120。此外,前述三相电压信号Ca*、Cb*、Cc*于非零电压向量方向上与脉冲宽度调变信号HF相叠加从而得到三相指令信号Ca、Cb、Ce,且在一控制周期内脉冲宽度调变信号的电压合成矢量为零。其次,基于控制单元IlOc可应用于依据脉冲宽度调变注入方式所进行的偏差测量程序,图1所示的转子位置观测器130可以相应地为一脉冲宽度调变注入式观测器。

[0090] 图10是依照本发明实施例绘示一种采用脉冲宽度调变信号注入方式的空间矢量示意图。如图10所示,并以图1所示的功率变换单元120为两电平变换器(包含与三相A、B、C相应的桥臂开关)的情形为例,假设与三相A、B、C对应的上桥臂开关(如:IGBT)其导通时状态为1,且其关断时状态为0,则A相上桥臂导通且B、C相上桥臂关断时对应的状态为+A(IOO);相反地,A相上桥臂关断且B、C相上桥臂导通时对应的状态为-A(Oll);以此类推,B相上桥臂导通且A、C相上桥臂关断时对应的状态为+B(OlO)出相上桥臂关断且A、C相上桥臂导通时对应的状态为-B(IOl);(:相上桥臂导通且A、B相上桥臂关断时对应的状态为+C(OOl);(:相上桥臂关断且A、B相上桥臂导通时对应的状态为-C(IlO);另全导通及全关断时对应的状态分别为(000)和(111),总计有六个非零电压矢量和两个零电压矢量。前述脉冲宽度调变信号在非零电压矢量方向上分别与指令信号Ca*、Cb*、Ce*叠加后注入110和坐标变换单元150,用以接收一 轴9,并依据9轴交流电流给定信号I,以及9号V。

?比例-积分-微分$10)调节器、起停式号的调节器。在一实施例中,调节单元162置中的两路调节通道分别输出(1轴直流电

户位置偏差测量方法,此方法可应用于如前超见,下述关于电机转子位置偏差测量方法(如图1、5、7、9、11所示实施例)作说明,但

机转子位置偏差测量方法的流程图。如图1高频信号册将旋转坐标系((1-(1轴)下的(1芝换为三相指令信号(包括指令信号6X13、相控制信号(包括控制信号113、用以妾着,依据相应于电机的操作的三相反馈信的0轴电压信号11。以及13轴电压信号110,以及通过两相至三相坐标变换单元720将所述‹!轴电压信号11。以及所述6轴电压信号1½变换为三相指令信号(^、(^、(^。

[0098] 再者,一并参照图9,在次一实施例中,前述高频信号册可为脉冲宽度调变信号,且前述步骤51还可包含:通过旋转至静止坐标变换单元910将所述(1轴直流电压信号11产以及(1轴交流电压信号II#变换为静止坐标系下的0轴电压信号11。以及13轴电压信号110,并通过两相至三相坐标变换单元920将0轴电压信号I!。以及13轴电压信号110变换为三相电压信号以及将三相电压信号0^、于非零电压向量方向上与一脉冲宽度调变信号册相叠加,从而得到三相指令信号(¾XI(^,其中在一控制周期内前述脉冲宽度调变信号册的电压合成矢量为零。

[0099] 于前述步骤32中,将三相指令信号变换为三相控制信号的步骤可通过一两电平变换器来实现,但不以此为限。

[0100] 另外,如图1和图12所示,前述电机转子位置偏差测量方法还可包含:依据转子位置初始值9 —通过坐标变换单元150将三相反馈信号(包括反馈信号13、丨。)变换为(1轴反馈信号1,和(1轴反馈信号、以供对照于所产生的转子位置偏差值9…,其中(1轴反馈信号1,以及(1轴反馈信号、为电流信号。

[0101] 此外,一并参照图11,前述测量方法还可包含:依据(1轴反馈信号将(1轴直流电流信号1产变换为(1轴直流电压信号II#,以及依据(1轴反馈信号、将(1轴交流电流信号I#变换为(1轴交流电压信号II#。在一实施例中,前述(1轴反馈信号、及前述(1轴反馈信号4为电流信号。

[0102] 在一实施例中,(1轴直流电压信号II#的位准大于零,使得相应的三相控制信号(包括控制信号可据以产生,借 此将永磁同步电机105的转子轴锁住。

[0103] 实作上,(1轴交流电压信号I!#可以是正弦波信号、三角波信号、方波信号、梯形波信号或者其它类型的交流信号。另外,依据不同注入方式(如:旋转注入、脉振注入、脉冲宽度调变注入、…等)所进行的电机转子位置(或角度)偏差测量程序,高频信号册也可以是正弦波信号、三角波信号、方波信号、梯形波信号或者其它相应类型的高频交流信号,亦即本领域所属技术人员可以选择适合的交流信号作为(1轴交流电压信号II#或是高频信号册,在此不以前述类型的交流信号为限。

[0104] 此外,类似前述,在转子初始位置的检测过程中,于(1轴直流电压信号11产以及(1轴交流电压信号11疗均为零(亦即控制单元110接收高频信号册而不接收信号II#和1^)的情形下,产生的转子位置估算值9 631可作为转子位置初始值^心。另一方面,前述(1轴直流电压信号II#可以是具可变幅值的直流电压信号,且前述9轴交流电压信号11,可以是具可变幅值的交流电压信号。

[0105] 在前述实施例中所提及的步骤,除特别叙明其顺序者外,均可依实际需要调整其前后顺序,甚至可同时或部分同时执行,图12所示的流程图仅为一实施例,并非用以限定本发明。

[0106] 由上述本发明的实施例可知,应用前述电机转子位置偏差测量装置及方法,不仅可于整个位置(或角度)补偿值的测量过程中,免去任何外部设备(如:机械抱闸装置)的使用,即可使电机保持在静止状态,而且更可使测量方式更加简便、效率更佳,且亦较具弹性。如此一来,实现整个位置(或角度)补偿值的测量过程便可节省时间和成本,亦使其能普遍适用于各种应用场合。

[0107] 虽然本发明已以实施方式揭露如上,然其并非用以限定本发明,任何本领域具通常知识者,在不脱离本发明的精神和范围内,当可作各种的更动与润饰,因此本发明的保护范围当视所附的权利要求书所界定的范围为准。

Claims (26)

1.一种永磁同步电机转子位置偏差测量装置,其特征在于,包含: 一控制单元,用以接收一旋转坐标系下的(1轴直流电压信号以及(1轴交流电压信号,并用以接收一转子位置初始值及一高频信号,以输出一三相指令信号; 一功率变换单元,用以接收所述三相指令信号,并输出一三相控制信号用以控制所述电机; 一转子位置观测器,用以接收相应于所述电机的操作的三相电流反馈信号,并产生一转子位置估算值;以及 一计算单元,用以对所述转子位置初始值以及所述转子位置估算值进行运算,以产生一转子位置偏差值。
2.根据权利要求1所述的测量装置,其特征在于,所述控制单元还包含:一旋转至静止坐标变换单元,用以接收所述(1轴直流电压信号、(1轴交流电压信号以及所述转子位置初始值,并输出一静止坐标系下的0轴电压信号以及13轴电压信号;以及一两相至三相坐标变换单元,用以接收所述0轴电压信号以及所述卩轴电压信号分别与一三相对称的旋转高频交流信号叠加后的0轴调节信号及13轴调节信号,并输出所述三相指令信号。
3.根据权利要求1所述的测量装置,其特征在于,所述控制单元还包含: 一旋转至静止坐标变换单元,用以接收所述(1轴直流电压信号与一脉振高频交流信号叠加后的信号、所述(1轴交流电压信号以及所述转子位置初始值,并输出一静止坐标系下的0轴电压信号及13轴电压信号;以及 一两相至三相坐标变换单元,用以接收所述0轴电压信号及13轴电压信号,并输出所述三相指令信号。
4.根据权利要求1所述的测量装置,其特征在于,所述控制单元还包含: 一旋转至静止坐标变换单元,用以接收所述(1轴直流电压信号、所述(1轴交流电压信号以及所述转子位置初始值,并输出一静止坐标系下的0轴电压信号及13轴电压信号;以及一两相至三相坐标变换单元,用以接收所述0轴电压信号及13轴电压信号,并输出三相电压信号; 其中,所述三相电压信号于非零电压向量方向上与一脉冲宽度调变信号相叠加从而得到所述三相指令信号,且在一控制周期内所述脉冲宽度调变信号的电压合成矢量为零。
5.根据权利要求1所述的测量装置,其特征在于,所述功率变换单元为一两电平变换器。
6.根据权利要求5所述的测量装置,其特征在于,所述功率变换单元为一电压源型逆变器。
7.根据权利要求1所述的测量装置,其特征在于,所述转子位置观测器为一旋转注入式观测器、一脉振注入式观测器或是一脉冲宽度调变注入式观测器。
8.根据权利要求1所述的测量装置,其特征在于,还包含: 一坐标变换单元,用以接收所述转子位置初始值以及所述三相电流反馈信号,并输出一 (1轴电流反馈信号和一 (1轴电流反馈信号。
9.根据权利要求8所述的测量装置,其特征在于,还包含: 一第一调节单元,用以接收一 (1轴直流电流信号以及所述(1轴电流反馈信号,并输出所述d轴直流电压信号;以及 一第二调节单元,用以接收一 q轴交流电流信号以及所述q轴电流反馈信号,并输出所述q轴交流电压信号。
10.根据权利要求1所述的测量装置,其特征在于,于所述d轴直流电压信号以及所述q轴交流电压信号均为零的情形下,所述转子位置观测器输出的转子位置估算值为所述转子位置初始值。
11.根据权利要求1所述的测量装置,其特征在于,所述q轴交流电压信号或所述高频信号为正弦波信号、三角波信号、方波信号或者梯形波信号。
12.根据权利要求11所述的测量装置,其特征在于,所述q轴交流电压信号的频率介于所述永磁同步电机额定频率的十分之一至4倍之间。
13.根据权利要求12所述的测量装置,其特征在于,所述q轴交流电压信号的频率为所述永磁同步电机额定频率的二分之一。
14.根据权利要求1所述的测量装置,其特征在于,当所述d轴直流电压信号保持恒定时,不同的q轴交流电压信号所对应的转子角度偏差值形成一条连续曲线。
15.根据权利要求1所述的测量装置,其特征在于,不同幅值的所述d轴直流电压信号与不同幅值的所述q轴交流电压信号所对应的转子角度偏差值形成三维查阅数据表。
16.根据权利要求1所述的测量装置,其特征在于,所述d轴直流电压信号的位准大于零。
17.—种永磁同步电机转子位置偏差测量方法,其特征在于,包含: 依据一转子位置初始值及一高频信号将一旋转坐标系下的d轴直流电压信号以及q轴交流电压信号变换为一三相指令信号; 将所述三相指令信号变换为一三相控制信号用以控制所述电机; 依据相应于所述电机的操作的三相电流反馈信号产生一转子位置估算值;以及 对所述转子位置初始值以及所述转子位置估算值进行运算,以产生一转子位置偏差值。
18.根据权利要求17所述的测量方法,其特征在于,将所述d轴直流电压信号以及所述q轴交流电压信号变换为所述三相指令信号的步骤还包含: 通过一旋转至静止坐标变换单元将所述d轴直流电压信号以及所述q轴交流电压信号变换为一静止坐标系下的α轴电压信号以及β轴电压信号;以及 通过一两相至三相坐标变换单元将所述α轴电压信号以及所述β轴电压信号分别与一三相对称的旋转高频交流信号叠加后的α轴调节信号以及所述β轴调节信号变换为所述三相指令信号。
19.根据权利要求17所述的测量方法,其特征在于,将所述d轴直流电压信号以及所述q轴交流电压信号变换为所述三相指令信号的步骤还包含: 通过一旋转至静止坐标变换单元将所述d轴直流电压信号与一脉振高频交流信号叠加后的信号以及所述q轴交流电压信号变换为一静止坐标系下的α轴电压信号以及β轴电压信号;以及 通过一两相至三相坐标变换单元将所述α轴电压信号以及所述β轴电压信号变换为所述三相指令信号。
20.根据权利要求17所述的测量方法,其特征在于,将所述(1轴直流电压信号以及所述^轴交流电压信号变换为所述三相指令信号的步骤还包含: 通过一旋转至静止坐标变换单元将所述(1轴直流电压信号以及所述(1轴交流电压信号变换为一静止坐标系下的轴电压信号以及6轴电压信号; 通过一两相至三相坐标变换单元将所述0轴电压信号以及所述卩轴电压信号变换为所述三相电压信号;以及 将所述三相电压信号于非零电压向量方向上与一脉冲宽度调变信号相叠加,从而得到所述三相指令信号,其中在一控制周期内所述脉冲宽度调变信号的电压合成矢量为零。
21.根据权利要求17所述的测量方法,其特征在于,将所述三相指令信号变换为所述三相控制信号的步骤是通过一两电平变换器来实现。
22.根据权利要求17所述的测量方法,其特征在于,还包含: 依据所述转子位置初始值通过一坐标变换单元将所述三相电流反馈信号变换为一 (1轴电流反馈信号和一 (1轴电流反馈信号。
23.根据 权利要求22所述的测量方法,其特征在于,还包含: 依据所述(1轴电流反馈信号将一 (1轴直流电流信号变换为所述(1轴直流电压信号;以及 依据所述(1轴电流反馈信号将一 (1轴交流电流信号变换为所述(1轴交流电压信号。
24.根据权利要求17所述的测量方法,其特征在于,于所述(1轴直流电压信号以及所述(1轴交流电压信号均为零的情形下,产生的转子位置估算值为所述转子位置初始值。
25.根据权利要求17所述的测量方法,其特征在于,所述轴交流电压信号或所述高频信号为正弦波信号、三角波信号、方波信号或者梯形波信号。
26.根据权利要求17所述的测量方法,其特征在于,所述(1轴直流电压信号的位准大于零。
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