CN105610366B - 用于电机的控制方法、控制装置和电机 - Google Patents

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Abstract

电机的第一有源部件借助换向器接通到供电电压上并由此加载交流电流系统的电流。为控制装置预设速度理论值。其根据该值更新基本整流角。其根据交流电流系统的电流和整流角度确定纵向和横向电流，它们与电机第二有源部件相关。控制装置将横向电流理论值和横向电流送给横向电流调节器，其由此确定横向电压理论值。控制装置将纵向电流理论值和纵向电流送给纵向电流调节器，其由此确定纵向电压理论值。控制装置根据纵向、横向电压理论值和整流角度确定对于交流电压系统的要由换向器输出给第一有源部件的电压表征性的数据并为换向器预设该数据。控制装置利用基本整流角度和衰减整流角度确定整流角度，其利用横向和纵向电压理论值确定衰减整流角度。

Description

用于电机的控制方法、控制装置和电机
技术领域
本发明涉及一种用于电机的控制方法，
-其中电机的第一有源部件借助于换向器接通到供电电压上，使得第一有源部件加载交流电流系统的电流，
-其中为控制换向器的控制装置预设速度理论值，
-其中控制装置根据速度理论值更新基本整流角度，
-其中控制装置根据交流电流系统的所述电流和整流角度确定纵向电流和横向电流，
-其中纵向电流和横向电流与电机的同第一有源部件共同作用的第二有源部件相关，
-其中控制装置将横向电流理论值和横向电流输送给横向电流调节器，所述横向电流调节器从中确定横向电压理论值，
-其中控制装置将纵向电流理论值和纵向电流输送给纵向电流调节器，所述纵向电流调节器从中确定纵向电压理论值，
-其中控制装置根据纵向电压理论值、横向电压理论值和整流角度确定对于交流电压系统的要由换向器输出给第一有源部件的电压表征性的数据并且为换向器预设该数据，
-其中控制装置利用基本整流角度和衰减整流角度确定整流角度。
本发明还涉及一种计算机程序，所述计算机程序包括机器代码，所述机器代码能够由换向器的控制装置处理，其中机器代码的处理通过控制装置引起，即控制装置根据这种控制方法来控制换向器。
此外，本发明涉及一种用于换向器的控制装置。
本发明还涉及一种电机，
-其中电机具有第一有源部件，
-其中第一有源部件借助于换向器接通到供电电压上，使得第一有源部件加载交流电流系统的电流，
-其中换向器由控制装置控制。
背景技术
用于电机的控制方法在不同的设计方案中已知。因此，例如对于同步电机，特别已知所谓的调节运行(geregelter Betrieb)。在调节运行中对第一有源部件加载横向电流，所述横向电流精确地大至使得通过横向电流引起电机的第二有源部件相对于第一有源部件的运动。调节运行例如在DE 101 50 318 A1和DE 101 50 319 C1中为线性运行的前提。在DE 10 2008 008 602 A1中也以调节运行为前提。
对于同步电机还已知所谓的控制运行(gesteuerter Betrieb)。在控制运行中，用纵向电流加载第一有源部件，所述纵向电流设计的足够大，以便安全地引起电机的第二有源部件相对于第一有源部件的运动。横向电流保持得尽可能小或者通过预设相应的横向电流阈值来预先控制。通过相应于期望的运动续接纵向电流，第二有源部件相对于第一有源部件的相对运动跟随通过纵向电流引起的磁场。然而在控制运行中-实际上通常也称作为I/f运行-能够造成机械振动，所述机械振动叠加给第二有源部件相对于第一有源部件的期望的相对运动。在许多情况下，需要这种振动的衰减。用于衰减这种振动的可行性本身是已知的。纯示例地参考DE 195 19 238 A1。
现有技术的方法不能无瑕疵地在整个速度范围中工作。
发明内容
本发明的目的在于：实现如下可行性，借助所述可行性可以以简单的方式在整个速度范围中进行相对运动的有效的振动衰减。
所述目的通过一种控制方法来实现。
根据本发明，通过如下方式构成开始提出类型的控制方法：控制装置利用纵向电压理论值还有横向电压理论值确定衰减整流角度。
优选地，横向电压理论值用第一系数加权并且以该形式用于确定衰减整流角度。横向电压理论值在加权之前或之后经受滤波，特别带通滤波。
优选地，纵向电压理论值用第二系数加权，并且然后积分。将积分的结果用于确定衰减整流角度。纵向电压理论值在积分之前经受滤波，特别带通滤波。
优选地，用于确定衰减整流角度的控制装置附加地应用速度理论值。特别可行的是，控制装置为了确定衰减整流角度对速度理论值用第一特性参量加权，并且将加权的结果从横向电压理论值中减去。
替选地或附加地-优选附加地-可行的是：纵向电压理论值用第二系数加权并且除以速度理论值，然后进行积分并且将积分的结果用于确定衰减整流角度。在该情况下，优选纵向电压理论值在除以速度理论值之前经受滤波。
优选地，用于确定衰减整流角度的控制装置附加地应用横向电流理论值。特别可行的是：控制装置对横向电流理论值用第二特性参量加权，并且将加权的结果从横向电压理论值中减去。
可行的是：为控制装置附加地预设加速理论值，并且控制装置根据加速理论值确定横向电流理论值。
替选地，控制方法能够在旋转电机中或在线性电驱动器中应用。
此外，所述目的通过一种计算机程序实现。根据本发明，开头提到类型的计算机程序设计为，机器代码的处理通过控制装置引起，即控制装置依据根据本发明的控制方法来控制换向器。
此外，所述目的通过一种控制装置来实现。根据本发明，该控制装置利用根据本发明的计算机程序编程。
所述目的还通过一种电机来实现。根据本发明，该控制装置根据本发明构成。
附图说明
结合实施例的下述描述，本发明的上文所描述的特性、特征和优点以及如何实现这些的方式和方法变得更加清楚且显而易见，其中所述实施例结合附图详细阐述。在此以示意图示出：
图1示出电机，
图2示出换向器的控制装置，
图3示出图2的控制装置的修改形式，
图4示出振动衰减模块，和
图5示出另一振动衰减模块。
具体实施方式
根据图1，电机1具有第一有源部件2。第一有源部件2借助于换向器3接通到供电电压U上。由此，第一有源部件2加载交流电流系统的电流IR、IS、IT。通常，交流电流系统构成为三相交流系统。然而在例外情况下，也能够存在四相或五相。
换向器3由控制装置4控制。控制装置4借助计算机程序5编程。计算机程序5能够例如经由数据载体6(纯示例地，图中1将USB存储棒作为数据载体6示出)输送给控制装置4。计算机程序5包括机器代码7，所述机器代码能够由控制装置4处理。通过控制装置4处理机器代码7引起：控制装置4根据下面结合另外的附图详细阐述的控制方法来控制换向器3。
根据图2，为控制装置4预设速度理论值v*。将速度理论值v*输送给积分器8。借助于积分器8，控制装置4根据速度理论值v*更新基本整流角度ε1。
基本整流角度ε1在图2的设计方案的范围内同时也与整流角度ε相对应。预计到稍后图3的实施方案，因此下面在基本整流角度ε1和整流角度ε之间进行区分。
此外，借助于相应的传感器为由控制装置4控制的换向器3检测交流电流系统的电流IR、IS、IT并且输送给控制装置4。将检测到的电流IR、IS和IT输送给确定模块9。借助于确定模块9换算成正交的电流分量IA、IB。电流分量IA、IB与第一有源部件2或换向器3相关。换算对于本领域技术人员通常是已知的并且是熟练的。
控制装置4根据正交的电流分量IA、IB和整流角度ε确定纵向电流ID和横向电流IQ。为了该目的，将正交的电流分量IA、IB概括成复参量(电流空间分量)并且以该形式输送给乘法器10。电流分量IA对应于复参量的实数部分，电流分量IB对应于复数参量的虚数部分。此外，将复数参量e-jε输送给乘法器10。乘法器10执行(复数)乘法。复数乘法的结果是另一复数参量，所述复数参量的实部和虚部与纵向电流ID和横向电流IQ对应一致。这两种电流ID、IQ因此同样彼此正交。然而所述电流与电机1的第二有源部件11(见图1)相关。该换算对于本领域技术人员通常也是已知的并且是熟练的。
在控制运行中，所确定的电流ID、IQ严格地说不必实际上与同第二有源部件11相关的实数电流相对应。因为为了精确地运算，可能必须识别第二有源部件11相对于第一有源部件2的位置。然而这不是这种情况。然而实际上，所阐述的处理方法引起电机1的符合规定的运行。
第二有源部件11与第一有源部件2共同作用。特别地，这两种有源部件2、11能够相对彼此运动。在旋转电机1的情况下，第一有源部件2通常对应于电机1的定子，第二有源部件11对应于电机1的转子或电枢。在线性电驱动的情况下，第一有源部件2对应于线性驱动器的初级部件，第二有源部件11对应于线性驱动器的次级部件。
控制装置4将横向电流理论值IQ*和横向电流IQ输送给横向电流调节器13。特别地，首先在结点14中形成横向电流理论值IQ*和横向电流IQ的差，并且将所述差输送给横向电流调节器13。横向电流调节器13从横向电流理论值IQ*和横向电流IQ中确定横向电压理论值UQ*。可行的是：控制装置4的横向电流理论值IQ*事先是已知的，例如恒定地具有数值零。替选地，可以从外部预设控制装置4的横向电流理论值IQ*，或者由控制装置4从速度理论值v*中导出。替选地又可行的是：为控制装置4-除了速度理论值v*-预设加速理论值a*。在该情况下，控制装置4在另一确定模块12中以已知的方式根据加速理论值a*确定横向电流理论值IQ*。
以类似的方式，控制装置4为纵向电流调节器15输送纵向电流理论值ID*和纵向电流ID。特别地，能够首先在结点16中形成纵向电流理论值ID*和纵向电流ID的差，并且将所述差输送给纵向电流调节器15。纵向电流调节器15从纵向电流理论值ID*和纵向电流ID中确定纵向电压理论值UD*。纵向电流理论值ID*能够根据需要确定。
横向电流调节器13能够根据需要构成，例如构成为PI调节器。以类似的方式也能够根据需要构成纵向电流调节器15，例如构成为PI调节器。通常，横向电流调节器13和纵向电流调节器15以同样方法构成并且以相同方式参数化。
控制装置4根据纵向电压理论值UD*、横向电压理论值UQ*和整流角度ε确定对于交流电压系统的电压UR*、US*、UT*表征性的数据。电压UR*、US*、UT*是应由换向器3输出给第一有源部件2的电压。
为了确定表征性的数据，纵向电压理论值UD*和横向电压理论值UQ*输送给另一结点17。在输送至结点17之前，将横向电压理论值UQ*与虚部单元j相乘。结点17的输出信号因此是复数参量，所述复数参量的实部与纵向电压理论值UD*相对应，并且复数参量的虚部与横向电压理论值UQ*(电压空间矢量)相对应。在结点17中确定的复数参量被输送给乘法器18。此外，将复数参量ejε输送给乘法器18。乘法器18执行(复数)乘法。复数乘法的结果是另一复数参量，所述复数参量的实部和虚部与正交的电压分量UA*、UB*相对应。然而其不再与第二有源部件11相关，而是与第一部件2相关。该换算对于本领域技术人员通常也是已知的并且是熟练的。
电压分量UA*、UB*已经对于电压UR*、US*、UT*是特征性的，所述电压必须由换向器3输出给第一有源部件2。因此可行的是：控制装置4为换向器3预设电压分量UA*、UB*。
然而，预设其他表征性的数据同样是可行的。特别地，控制装置4能够借助于确定模块19执行将电压分量UA*、UB*换算成要输出的电压U*的绝对值和相位φ。所述数据也对于由换向器3输出给第一有源部件2的电压UR*、US*、UT*是表征性的。也可行的是：控制装置4直接地确定电压UR*、US*、UT*本身，并且为换向器3预设。这两种换算对于本领域技术人员通常也是已知的并且是熟练的。
表征性的数据-即电压分量UA*、UB*或电压U*的相位φ和绝对值或者电压UR*、US*、UT*本身-由控制装置4为换向器3预设。
上面结合图2阐述的处理方法本身对于本领域技术人员通常是已知的。此外，在控制运行中通常将横向电流理论值IQ*设定为数值0，或者根据预先限定的函数预先控制。对于纵向电流理论值ID*通常足够的是：其预设得足够大并且还保持恒定。横向电流理论值IQ*的预设能够明确地实现。替选可行的是：横向电流理论值IQ*通过加速理论值a*或通过运行模式“控制运行”本身确定。
图3从开端起示出与图2相同的部件。然而附加地，存在振动衰减模块20和结点21。根据图3，将纵向电压理论值UD*和横向电压理论值UQ*输送给振动衰减模块20。控制装置4借助于振动衰减模块20确定衰减整流角度ε2。衰减整流角度ε2的确定利用纵向电压理论值UD*和横向电压理论值UQ*实现。该确定如下地实现，即克服叠加给第二有源部件11相对于第一有源部件2的期望的运动的机械振动。这两种有源部件2、11的期望的运动通过速度理论值v*限定。在结点21中，控制装置4形成基本整流角度ε1和衰减整流角度ε2的和。求和的结果对应于整流角度ε。
图4示出振动衰减模块20的优选的设计方案。
根据图4，将横向电压理论值UQ*在乘法器22中与第一系数k1相乘进而相应地加权。以该形式，横向电压理论值UQ*用于确定衰减整流角度ε2。特别地，将加权结果输送给结点23。此外，将从纵向电压理论值UD*中确定的参量输送给结点23。为了该目的，将纵向电压理论值UD*首先在乘法器24中与第二系数k2相乘进而相应地加权。于是，(加权的)纵向电压理论值UD*借助于积分器25积分。积分的结构用于确定衰减整流角度ε2。特别地，将积分的结果输送给结点23。在结点23中实现输送给结点23的这两种参量的求和。
优选地，横向电压理论值UQ*在滤波器26中经受滤波。替选地，滤波能够在用第一系数k1加权之前或之后实现。此外优选地，纵向电压理论值UD*也在积分之前在滤波器27中经受滤波。替选地，滤波能够在用第二系数k2加权之前或之后实现。
滤波器26、27中的滤波能够根据需要构成。特别地，其能够分别为带通滤波。特别地，借助于滤波从相应的信号中移除电压理论值UD*、UQ*的相同的直流分量。此外，能够从相应的信号中滤除其他的干扰参量。
图4也示出振动衰减模块20的另外的优选的实施方案。
因此，例如也将速度理论值v*附加地输送给振动衰减模块20。振动衰减模块20在确定衰减整流角度ε2时应用速度理论值v*。例如根据图4中的示意图，能够利用第一特性参量kE对速度理论值v*加权，并且将加权的结果在结点28中从横向电压理论值UQ*中减去。第一特性参量kE能够通过第一有源部件2的电特性参量确定。
替选地或附加地-优选附加地-可行的是：将横向电流理论值IQ*输送给振动衰减模块20。在该情况下，在确定衰减整流角度ε2时，振动衰减模块20应用横向电流理论值IQ*。例如，根据图4中的示意图，能够对横向电流理论值IQ*用第二特性参量R加权，并且将加权的结果在结点28中从横向电压理论值UQ*中减去。第二特性参量R能够例如通过第一有源部件2的绕组的绕组电阻来确定，特别地与该绕组电阻一致。
图5示出图4的振动衰减模块20的变化。与图4的振动衰减模块20的差异基本上在于：将数值k2/v*作为因数输送给乘法器24。因此，在结果中甚至还对纵向电压理论值UD*用第二系数k2加权。然而附加地，纵向电压理论值UD*除以速度理论值v*。此后才在积分器25中实现积分。如在图4中的设计方案中那样，纵向电压理论值UD*也能够经受滤波。在该情况下，滤波在除以速度理论值v*之前实现。
因此，综上所述，本发明涉及如下事实：
电机的第一有源部件2借助于换向器3接通到供电电压U上并且由此加载交流电流系统的电流IR、IS、IT。为控制装置4预设速度理论值v*。控制装置4根据速度理论值v*更新基本整流角度ε1。所述控制装置根据交流电流系统的电流IR、IS、IT和整流角度ε确定纵向电流ID和横向电流IQ，这两种电流与电机的第二有源部件11相关。控制装置4将横向电流理论值和横向电流IQ输送给横向电流调节器13，所述横向电流调节器从中确定横向电压理论值UQ*。控制装置4将纵向电流理论值ID*和纵向电流ID输送给纵向电流调节器15，所述纵向电流调节器从中确定纵向电压理论值UD*。控制装置4根据纵向电压理论值UD*、横向电压理论值UQ*和整流角度ε确定对于交流电压系统的要由换向器3输出给第一有源部件2的电压UR*、US*、UT*表征性的数据，并且为换向器3预设所述数据。控制装置4利用基本整流角度ε1和衰减整流角度ε2确定整流角度ε，所述控制装置利用横向电压理论值UQ*还有纵向电压理论值UD*确定所述衰减整流角度。
本发明具有许多优点。特别地，以简单地方式在控制运行中可以有效地衰减电机1的第二有源部件11相对于电机1的第一有源部件2的振动。本发明的处理方法能够容易地在现有的控制装置4中通过相应地调整运行软件来改装。
尽管详细地通过优选的实施例详细阐述和描述本发明，然而本发明不通过公开的实例来限制，并且能够由本领域技术人员从中推导出其他的变型形式，而没有偏离本发明的保护范围。

Claims (16)

1.一种用于电机的控制方法，
其中所述电机的第一有源部件(2)借助于换向器(3)接通到供电电压(U)上，使得所述第一有源部件(2)加载交流电流系统的电流(IR，IS，IT)，
其中为控制所述换向器(3)的控制装置(4)预设速度理论值(v*)，
其中所述控制装置(4)根据所述速度理论值(v*)更新基本整流角度(ε1)，
其中所述控制装置(4)根据所述交流电流系统的所述电流(IR，IS，IT)和整流角度(ε)确定纵向电流(ID)和横向电流(IQ)，其中所述纵向电流(ID)和所述横向电流(IQ)与所述电机的同所述第一有源部件(2)共同作用的第二有源部件(11)相关，
其中所述控制装置(4)将横向电流理论值(IQ*)和所述横向电流(IQ)输送给横向电流调节器(13)，所述横向电流调节器从中确定横向电压理论值(UQ*)，
其中所述控制装置(4)将纵向电流理论值(ID*)和所述纵向电流(ID)输送给纵向电流调节器(15)，所述纵向电流调节器从中确定纵向电压理论值(UD*)，
其中所述控制装置(4)根据所述纵向电压理论值(UD*)、所述横向电压理论值(UQ*)和所述整流角度(ε)确定对于交流电压系统的要由所述换向器(3)输出给所述第一有源部件(2)的电压(UR*，US*，UT*)表征性的数据并且为所述换向器(3)预设该数据，
其中所述控制装置(4)利用所述基本整流角度(ε1)和衰减整流角度(ε2)确定所述整流角度(ε)，
其中所述控制装置(4)利用所述横向电压理论值(UQ*)还有所述纵向电压理论值(UD*)确定所述衰减整流角度(ε2)，
所述横向电压理论值(UQ*)用第一系数(k1)加权并且以该加权形式确定所述衰减整流角度(ε2)。
2.根据权利要求1所述的控制方法，其特征在于，所述横向电压理论值(UQ*)在加权之前或之后经受滤波。
3.根据权利要求1或2所述的控制方法，其特征在于，所述纵向电压理论值(UD*)用第二系数(k2)加权，然后积分，并且将积分的结果用于确定所述衰减整流角度(ε2)。
4.根据权利要求3所述的控制方法，其特征在于，所述纵向电压理论值(UD*)在所述积分之前经受滤波。
5.根据权利要求1或2所述的控制方法，其特征在于，用于确定所述衰减整流角度(ε2)的所述控制装置(4)附加地应用所述速度理论值(v*)。
6.根据权利要求5所述的控制方法，其特征在于，所述控制装置(4)为了确定所述衰减整流角度(ε2)对所述速度理论值(v*)用第一特性参量(kE)加权，并且将加权的结果从所述横向电压理论值(UQ*)中减去。
7.根据权利要求5所述的控制方法，其特征在于，所述纵向电压理论值(UD*)用第二系数(k2)加权并且除以所述速度理论值(v*)，然后积分，并且将积分的结果用于确定所述衰减整流角度(ε2)。
8.根据权利要求6所述的控制方法，其特征在于，所述纵向电压理论值(UD*)用第二系数(k2)加权并且除以所述速度理论值(v*)，然后积分，并且将积分的结果用于确定所述衰减整流角度(ε2)。
9.根据权利要求7所述的控制方法，其特征在于，所述纵向电压理论值(UD*)在除以所述速度理论值(v*)之前经受滤波。
10.根据权利要求8所述的控制方法，其特征在于，所述纵向电压理论值(UD*)在除以所述速度理论值(v*)之前经受滤波。
11.根据权利要求1或2所述的控制方法，其特征在于，用于确定所述衰减整流角度(ε2)的所述控制装置(4)附加地应用所述横向电流理论值(IQ*)。
12.根据权利要求11所述的控制方法，其特征在于，所述控制装置(4)对所述横向电流理论值(IQ*)用第二特性参量(R)加权，并且将加权的结果从所述横向电压理论值(UQ*)中减去。
13.根据权利要求1或2所述的控制方法，其特征在于，所述控制装置(4)附加地预设加速理论值(a*)，并且所述控制装置(4)根据所述加速理论值(a*)确定所述横向电流理论值(IQ*)。
14.根据权利要求1或2所述的控制方法，其特征在于，在旋转电机中或在线性电驱动器中应用所述控制方法。
15.一种用于换向器(3)的控制装置，其特征在于，所述控制装置根据权利要求1-14中任一项所述的控制方法来控制所述换向器(3)。
16.一种电机，
其中所述电机具有第一有源部件(2)，
其中所述第一有源部件(2)借助于换向器(3)接通到供电电压(U)上，使得所述第一有源部件(2)加载交流电流系统的电流(IR，IS，IT)，
其中所述换向器(3)由所述控制装置(4)控制，
其特征在于，
所述控制装置(4)构成为根据权利要求15所述的控制装置。
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