CN106462125B - 用于改善的场取向控制精确性的设备损耗模拟 - Google Patents

用于改善的场取向控制精确性的设备损耗模拟 Download PDF

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Abstract

提供了用于控制设备的控制器、方法和程序。比如，方法包括：确定损耗补偿电阻器的电阻值；采用电阻值，基于等效电路，更新至少一个控制公式；基于上述经更新的至少一个控制公式，控制上述设备。该电阻值表示设备中的多种电磁损耗，该电阻值可以根据反向电阻值而确定。

Description

用于改善的场取向控制精确性的设备损耗模拟
相关申请的交叉参考
按照美国专利法的35U.S.C.§119(e)的规定，本申请要求临时申请号为61/946,561的申请日为2014年2月28日的美国临时专利申请的优先权。上述的美国临时专利申请的全部内容和公开通过参考而引入，如同在这里全部列出一样。
技术领域
本发明涉及用于控制设备的控制器、控制系统、方法和程序。
背景技术
扭矩的场取向控制的目的在于控制电压以调节位于设备终端的电流，从而在设备转子处产生所需量的输出扭矩。设备具有电磁损耗和机械损耗。在模拟设备的等效电路中的电损耗时，在构成场取向控制所需的电流和转差率的关系的场合，除了电阻性损耗以外，其它所有都已被忽略。
发明内容
通过忽略这些损耗，上述场取向控制器的精确性可具有显著的误差，该误差趋向于在电动机驱动时使驱动装置产生不足的扭矩，并且在再生时产生过多的扭矩。这可使扭矩受到控制的电驱动装置性能不足。
于是，本发明公开了用于控制设备的控制器、控制系统、方法和程序。
本发明公开一种方法，该方法包括确定损耗补偿电阻器的电阻值；采用该电阻值，基于等效电路，更新至少一个控制公式；基于上述经更新的至少一个控制公式，控制上述设备。
该电阻值表示设备中的多种电磁损耗，该电阻值根据反向电阻值而确定，其中，该反向电阻值以基于速度的偏差和/或基于速度的斜率和转差速度为基础。上述设备可为电感设备或永久磁铁设备。
本发明还公开一种控制器，该控制器包括存储装置和处理器。该存储装置被构造为存储反向电阻值的表格。该反向电阻值以基于速度的斜率、基于速度的偏差和转差速度为基础。上述处理器被构造为采用经存储的反向电阻值的表格，以上述转差速度和操作速度为基础，确定损耗补偿电阻器的电阻值。该电阻值表示电感设备中的多种电磁损耗。上述处理器还被构造为采用上述电阻值，基于至少一个等效电路，更新至少一个控制公式。上述处理器还被构造为基于上述经更新的至少一个控制公式，控制上述电感设备。
本发明还公开一种控制器，该控制器包括存储装置和处理器。该存储装置被构造为存储反向电阻值的表格，该反向电阻值以基于速度的偏差为基础。上述处理器被构造为采用经存储的反向电阻值的表格，以操作速度为基础，确定损耗补偿电阻器的电阻值。该电阻值表示电感设备中的多种电磁损耗。上述处理器还被构造为采用上述电阻值，基于至少一个等效电路，更新至少一个控制公式。上述处理器还被构造为根据上述经更新的至少一个控制公式，控制上述永久磁铁设备。
本发明也公开一种计算机可读取的存储装置，该存储装置具有指令的程序，该指令在被处理器而执行时，其使该处理器执行：确定损耗补偿电阻器的电阻值；采用上述电阻值，基于等效电路，更新至少一个控制公式；基于上述经更新的至少一个控制公式，控制上述设备。该电阻值表示设备中的多种电磁损耗。该电阻值根据反向电阻值而确定，其中，该反向电阻值以基于速度的偏差和/或基于速度的斜率和滑移速度为基础。
附图说明
通过下面的具体描述结合附图，本领域的技术人员将会更清楚本发明的各种目的，特征和优点，在这些附图中：
图1A表示本发明的多个方面的电感设备的d轴线等效电路；
图1B表示本发明的多个方面的电感设备的q轴线等效电路；
图2A表示本发明的多个方面的永久磁铁设备的d轴线等效电路；
图2B表示本发明的多个方面的永久磁铁设备的q轴线等效电路；
图3表示本发明的多个方面的控制系统的方框图；
图4A表示与用于起动发电一体机的滑行试验的例子有关的图表，其为本发明的多个方面的永久磁铁设备的例子；
图4B表示针对本发明的多个方面的图4A所示的滑行试验而计算的反向电阻值的图表；
图5A表示与针对交流牵引电动机的2个滑行试验的例子有关的图表，其为本发明的多个方面的电感设备的例子；
图5B表示针对本发明的多个方面的图5A所示的滑行试验而计算的反向电阻值的图表；
图6表示与本发明的多个方面的于取样RPS点处的性能试验的例子有关的图表；
图7表示与本发明的多个方面的偏差和斜率例子有关的图表，该偏差和斜率用于计算反向电阻，该反向电阻可转换为损耗补偿电阻器的电阻值；
图8表示本发明的多个方面的控制器的方框图；
图9～10表示本发明的多个方面的用于确定损耗补偿电阻器的电阻值的方法；
图11表示本发明的多个方面的用于控制电感设备的方法；
图12表示本发明的多个方面的控制起动发电一体机的方法；
图13表示控制法则(law)图的例子。
具体实施方式
为了描述本发明，采用下述的符号：
brc 损耗偏差
fdq 复合矢量
Figure GDA0002255277030000041
固定架的实际矢量分量
Figure GDA0002255277030000042
固定架的Imag矢量分量
fd D轴线量
fq Q轴线量
Figure GDA0002255277030000043
经估计的量
f* 受到控制的量
λm 互磁通链链
λr 转子磁通链
λs 定子磁通链
ii 损耗电流
im 磁化电流
ir 转子电流
is 定子电流
Ldq DQ定子电感
Lm 互感
Lr 转子电感
Ls 定子电感
L1＝Lls 定子泄漏电感
L2＝Llr 转子泄漏电感
mrc 损耗斜率
ω 任意速度
ωe 电速度
ωr＝ωre 转子电速度
ωslip 转差速度
p 磁极
pL 损耗功率
Ri＝Rc 总损耗电阻
rr 转子电阻
rs 定子电阻
Figure GDA0002255277030000051
导数算符
σ 耦合系数
Te 电机转矩
vdc 直流连接电压
vs 定子电压量
可采用根据等效电路而推出的公式，模拟电感设备和永久磁铁设备。可采用下述的公式确定定子电压：
Figure GDA0002255277030000061
Figure GDA0002255277030000062
可采用下述的公式确定上述转子电压：
Figure GDA0002255277030000064
可采用下述的公式确定电流：
ids+idr＝idm (5)
iqs+iqr＝iqm (6)
可采用下述的公式确定定子磁通链：
λds＝λdm+L1ids (7)
λqs＝λqm+L1iqs (8)
可采用下述的公式确定转子磁通链：
λdr＝λdm+L2idr (9)
λqr＝λqm+L2iqr (10)
可采用下述的公式确定互磁通链：
λdm＝Lmidm (11)
λqm＝Lmiqm (12)
可采用下述的公式确定牵引模拟的所需扭矩输出：
Figure GDA0002255277030000065
可采用下述的公式确定用于获得所需的扭矩(针对在转子磁通取向下的Q轴线和D轴线)的命令电流：
Figure GDA0002255277030000071
Figure GDA0002255277030000072
可采用下述的公式确定在转子磁通取向下的转差速度(转差率)：
Figure GDA0002255277030000073
可采用下述的公式确定观测到的转子磁通取向下的D轴线磁通：
Figure GDA0002255277030000074
但是，上述公式基于等效电路，该等效电路忽略某些电磁损耗，比如PWM损耗、铁芯损耗、与杂散荷载损耗。根据本发明的多个方面，损耗补偿电阻器Ri(在这里也称为Rc)被添加到等效电路中从而说明这些损耗。
设备可按照2个模式操作：电动机驱动和发电机。图3表示2 个设备：交流牵引电动机310和起动发电一体机(ISG)350。该交流牵引电动机310为电感设备的例子。该起动发电一体机为永久磁铁设备的例子。
在该设备按照电动机驱动模式而操作时，将上述逆变器305A、 305B的电力提供给该设备。通过该设备而提供给输出轴的机械功率是逆变器305A、305B所提供的功率与电磁损耗和机械损耗之间的差。在该设备处于发电机模式时，从输出轴提供机械功率给该设备，该设备将电力提供给该逆变器305A、305B。输出轴所提供的机械功率与提供给该逆变器305A、305B的电力之间的差为电磁损耗和机械损耗。
图1A和图1B表示电感设备的等效电路。图1A为d轴线等效电路，图1B为q轴线等效电路，两者位于以速度ω而旋转的任意的参考架中。如该两个附图所示，包括损耗补偿电阻器Ri，其与互感Lm并联。在图1A中，定子被模拟为电阻器rs、定子泄漏电感Lls和交叉耦合定子磁通链λqs乘以速度。转子被模拟为电阻 rr、转子泄漏电感Llr和交叉耦合转子磁通链λqr乘以速度差。交叉耦合电压被设置为与损耗补偿电阻器串联。交叉耦合电压被模拟为速度乘以互磁通链λqm。
在图1B中，定子被模拟为电阻rs、定子泄漏电感Lls和交叉耦合定子磁通链λds乘以速度。转子被模拟为电阻rr、转子泄漏电感Llr和交叉耦合转子磁通链λdr乘以速度差。交叉耦合电压被设置为与损耗补偿电阻器串联。交叉耦合电压被模拟为速度乘以互磁通链λdm。
在后面具体地描述确定Ri的方法。
在本发明的一个方面中，根据图1A和图1B所示的电路，改进上述控制公式。该控制公式用于间接转子磁通取向控制方法。但是，可采用其它的控制方法。
比如，采用下述的公式确定气隙电压：
Figure GDA0002255277030000081
Figure GDA0002255277030000082
采用下述的公式确定电流：
ids+idr＝idm+idi (20)
iqs+iqr＝iqm+iqi (21)
iqi和idi反映基于损耗补偿电阻器Ri的损耗电流。
采用下述的公式确定在转子磁通取向损耗下的稳定状态电流：
Figure GDA0002255277030000092
采用下述的公式确定转差速度：
Figure GDA0002255277030000093
对于公式24，转子磁通与D轴线对齐，即，λqr＝0
公式24是根据下述的公式而推导出的。
Q轴线转子电压等于0：
Figure GDA0002255277030000094
根据公式24-1求解转差速度：
Figure GDA0002255277030000095
Q轴线转子磁通为：
λqr＝λqm+L2iqr (24-3)
从公式24-3去除互磁通：
λqr＝Lm(iqs+iqr-iqi)+L2iqr (24-4)
从公式24-4求解iqr：
Figure GDA0002255277030000101
通过将公式24-5代入24-2中的iqr确定转差速度。
在本发明的一个方面中，采用下述的公式确定转子磁通：
Figure GDA0002255277030000102
对于公式25，转子磁通与D轴线对齐，即，λqr＝0
公式25根据下述的公式而推导出：
D轴线转子电压等于零：
Figure GDA0002255277030000103
从公式25-1求解D轴线转子电流idr：
Figure GDA0002255277030000104
D轴线转子磁通为：
λdr＝λdm+L2idr (25-3)
从公式25-3中去除互磁通：
λdr＝Lm(ids+idr-idi)+L2idr (25-4)
从公式25-4求解idr：
公式25-2和25-5被设定为相互相等：
Figure GDA0002255277030000106
采用公式25-6求解D轴线磁通。
采用下述的公式确定产生所需的扭矩的经调节的电流：
Figure GDA0002255277030000111
Figure GDA0002255277030000112
在本发明的一个方面中，采用下述的公式确定观测到的互磁通：
Figure GDA0002255277030000113
在本发明的另一个方面中，采用电流和电压模拟转子磁通观测值。
采用下述的公式确定电流模拟转子磁通观测值：
Figure GDA0002255277030000114
Figure GDA0002255277030000115
采用下述的公式确定电压模拟转子磁通观测值：
Figure GDA0002255277030000116
Figure GDA0002255277030000117
图2A和图2B表示用于永久磁铁设备的等效电路。图2A针对d轴线，图2B针对q轴线。
图2A和图2B所示的等效电路包括损耗补偿电阻器Rc。对于已描述的目的，可相互更换地采用Rc和Ri。
通过参考的旋转架模拟等效电路。该参考架以永久磁铁设备的电速度而旋转。
将定子模拟为电阻器，将交叉耦合电压源像模拟为相应的电路中的电压源。比如，在图2A中，将交叉耦合电压模拟为转子的速度、定子(在架的旋转架中)的q轴线电流和q轴线电感(比如Lq)。如图2A所示，该等效电路包括定子电阻器rs，其与d轴线电感器 Ld串联。如图2B所示，该等效电路包括定子电阻器rs，其与q轴线电感器Lq串联。在图2B中，将交叉耦合电压模拟为转子的速度、定子(在架的旋转架中)的d轴线电流和d轴线电感(比如Ld)。在图2B中，将另一交叉耦合电压模拟为转子的速度和d轴线转子磁链。
采用下述公式确定该定子损耗：
Figure GDA0002255277030000121
Figure GDA0002255277030000122
采用下述公式确定稳定状态旋转损耗电流：
Figure GDA0002255277030000123
Figure GDA0002255277030000124
采用下述的公式确定用于产生所需的扭矩的经调节的电流：
Figure GDA0002255277030000125
Figure GDA0002255277030000126
采用下述的公式确定上述所观测到的定子磁通：
λdqs＝λdqr+Ldq(idqs-idqi) (39)
图3表示本发明的多个方面的控制系统的例子。如图3所示，该控制系统300可控制两个设备：交流牵引电动机310和起动发电一体机350。每个设备与逆变器305A、305B连接，逆变器305A 与交流牵引电动机310连接，逆变器305B与起动发电一体机350 连接。每个逆变器305A或305B的结构类似。逆变器305A包括控制器330A和一个或多个电流传感器335A。逆变器305B包括控制器330B和一个或多个电流传感器335B。上述电流传感器335A 和335B被构造为测定上述设备内部的经调节的电流，该设备为比如交流牵引电动机310和起动发电一体机350。上述逆变器305A 和305B连接到控制器330B针对能量存储装置(ESD)302。上述 ESD302可为高电压电池。
根据作为转差速度的函数的线性公式，确定反向电阻器值，其中，基于速度的斜率和偏差根据查询表而查询，该表形成并存储于逆变器305A和305B中的控制器330A和330B中，对于每个设备，具有一个表格。接着采用电阻器值查询表，以便计算等效电路的损耗补偿电阻器Ri或Rc并根据它，对公式18～39进行更新。上述电阻器值查询表取决于试验站的试验。
基于之前没有在场取向控制中说明的损耗确定损耗补偿电阻器Ri或Rc的值。在本发明的一个方面中，可根据一系列的滑行试验而确定某些损耗，比如PWM和铁芯损耗。在本发明的一个方面中进行滑行试验。
图9～10表示形成电阻值查询表的方法的。图9表示确定作为速度的函数的电阻偏差的方法。图10表示用于确定作为转差速度和速度的函数的电阻斜率的方法。
在步骤900，针对永久磁铁设备而进行滑行试验。下面的描述针对作为永久磁铁设备的例子的起动发电一体机。但是，该滑行试验可应用于任何永久磁铁设备。起动发电一体机仅仅用于描述性的目的。该滑行试验在试验工作台上进行。上述试验工作台包括电源(比如电池)、逆变器305B、速度传感器和起动发电一体机 350。驱动上述起动发电一体机350达到最大速度。然后，将上述起动发电一体机350调节到零电流(比如无扭矩)。降低上述起动发电一体机350的速度。
在本发明的一个方面中，通过传感器(比如RPS传感器)和上述控制器330B监视上述速度。上述速度的单位为弧度/秒。上述传感器可为旋转位置/速度传感器，比如编码器或解算器(resolver)。在本发明的另一方面中，从外部监视并计算上述速度和损耗，具有偏差的最终查询表上传到上述控制器330B中。
在步骤905，上述控制器330B确定由滑行试验而产生的损耗。根据伴随时间的推移的速度的变化，确定损耗。计算作为时间的函数的速度的导数，以便获得加速度。通过将该加速度与起动发电一体机350的惯性相乘，确定拖拽扭矩。通过将拖拽扭矩与起动发电一体机350的速度相乘，计算该损耗(W)。假定滑行试验期间的机械损耗是可忽略的，或必须从滑行试验中去除。在本发明的一个方面中，如果在特定的永久磁铁设备中预期显著的机械损耗，则通过进行另一滑行试验，隔离该机械损耗，在该另一滑行试验中，使转子上的磁铁退磁(具有惰性)，逆变器关闭，或失去性能。
图4A表示由起动发电一体机的滑行试验而产生的结果的例子。可见，损耗伴随起动发电一体机的速度而增加。在起动发电一体机的滑行试验的期间，上述逆变器工作。
在步骤910，采用下述的公式将已确定的损耗转变为反向电阻：
Figure GDA0002255277030000151
在本发明的一个方面中，上述控制器330B将上述损耗转换为反向电阻。在本发明的另一方面，上述转换是在外部进行的。
图4B表示作为基于图4A的确定的损耗的起动发电一体机 350的速度的函数的反向电阻。该反向电阻可转换为起动发电一体机350的损耗补偿电阻器的电阻器值。该电阻器值可存储于表格或图表中以用于后续使用。
以步骤915而开始，本滑行试验可用于电感设备，比如交流牵引电动机。该试验在试验工作台上进行。该试验工作台包括电源、逆变器305A、速度传感器和交流牵引电动机310。
在步骤915，针对交流牵引电动机310而进行第2滑行试验。下面的描述针对作为电感设备的例子的交流牵引电动机。但是，可将该滑行试验应用于任何的电感设备。交流牵引电动机310仅仅用于描述的目的。
在本滑行试验中，驱动交流牵引电动机310而达到最大速度。一旦达到最大速度，上述逆变器关闭。该试验获得机械损耗。
在步骤920进行另一滑行试验，其中，对交流牵引电动机310 发出不具有扭矩而具有最小磁通的命令。为了不获得扭矩，将q 轴线电流Iq调节到零。为了获得最小磁通，将d轴线电流调节到最小值。通过逆变器305A中的电压开关改变供给到交流牵引电动机310的电压，从而实现该电流调节。比如，最小磁通可为0.06Vs。但是，可采用另一最小值。该试验没有获得荷载损耗，该损耗包括机械损耗、铁芯损耗和PWM损耗。由于上述损耗的原因，电感装置(比如交流牵引电动机310)从全速减速为零速度。当该设备以最小磁通而空闲时，调节磁通电流。其具有相应的电磁损耗，包括通过铁的磁通造成的磁滞铁损耗和由波纹电流导致的涡电流损失，该纹波电流由上述逆变器内部的PWM施加。
通过上述传感器(比如RPS传感器)监视速度，该传感器将监视的速度输出给上述控制器330A。在本发明的另一个方面中，在外部监视和计算上述速度和损耗，将具有基于速度的斜率和偏差的最终查询表上传到上述控制器330A中。上述交流牵引电动机 310的滑行试验将机械损耗从PWM和铁芯损耗分隔开。
在步骤925，上述控制器330A确定由交流牵引电动机310的滑行试验产生的损耗。虽然在步骤915和920之后示出步骤925，但是，可将该损耗确定为单独试验的一部分。该损耗按照在上面描述的类似方式而确定。
图5A表示交流牵引电动机的2个滑行试验的结果的例子(曲线A-电动机关闭)(曲线B-最小磁通且没有扭矩)。上述2个曲线A 和B之间的差为PWM和铁芯损耗。在步骤930，上述控制器330A 计算2个曲线(A和B)之间的差，以便确定上述PWM和铁芯损耗。在本发明的另一个方面中，在外部计算上述差。
在步骤935，采用公式40，将上述已确定的损耗转换为反向电阻。上述PWM和铁芯损耗确定反向电阻的偏差。在本发明的一个方面中，上述控制器330A将上述损耗转换为反向电阻。在本发明的另一个方面中，上述转换是在外部进行的。
图5B表示反向电阻(比如，偏差)，其作为基于图5A的确定的损耗的，交流牵引电动机310的速度的函数。
针对0.06Vs的最小磁通，给出反向电阻曲线。
电感设备(比如交流牵引电动机)杂散荷载损耗可被确定为转差速度的函数。该杂散荷载损耗确定电阻斜率。对于永久磁铁设备(比如起动发电一体机)来说，没有基于转差的杂散荷载损耗，因为转差速度为零。
图10表示用于确定斜率(杂散荷载损耗)的方法。图10所示的步骤仅仅用于电感装置，比如交流牵引电动机。在本发明的一个方面中，采用与转差速度的线性关系确定该杂散荷载损耗。通过针对试验工作台上的各种速度对交流牵引电动机310的性能进行取样，确定该线性关系。
在本发明的一个方面中，采用至少12个取样点。所采用的取样点越多，所有速度的内插处理越精确。
性能试验的试验工作台包括电源、逆变器305A、交流牵引电动机310、速度传感器和安装于交流牵引电动机310的输出轴上的输出扭矩传感器。
通过与交流牵引电动机310连接的速度传感器而测定速度。通过与输出轴连接的输出扭矩传感器交流而测定牵引电动机310 的输出扭矩。在本发明的一个方面中，上述扭矩传感器可为应变仪。
在步骤1000，计数器设定为取样点的当前数量，比如12。对于在先的试验，在本发明的一个方面中，可通过上述控制器330A，实现已描述的功能。在本发明的另一方面中，试验站实现该功能。该计数器对取样点的数量进行计数。每当针对给定取样点而确定操作参数时，从该计数器的值中减1。
在步骤1005，上述控制器330A将命令发给交流牵引电动机 310，以便输出特定扭矩Tcmd。在本发明的另一方面中，试验站发出命令。在本发明的一个方面中，针对根据经测定的速度采用图 5B的曲线而确定的电阻(反向电阻)的偏差，设定初始估计的损耗电阻(步骤1025)。通过上述初始电阻值，对上述控制公式进行更新。该特定的扭矩为相同值的正扭矩和负扭矩。比如，该特定的扭矩可为100和－100。其目的在于获得基于指定的受到控制的扭矩的对称的实际扭矩。如果损耗补偿电阻器Ri的值正确地反映真实的损耗，则该受到控制的扭矩将会等于实际扭矩，该扭矩将会是对称的。上述控制器330A或试验站基于初始估计的损耗电阻，采用公式24，计算转差速度。采用上述初始估计的损耗电阻确定上述损耗电流iqi。
基于受到控制的扭矩，在步骤1010，上述输出扭矩传感器监视输出轴上的实际的输出扭矩。上述扭矩传感器320将经确定的扭矩输出给上述控制器330A或试验站(对于正和负的扭矩)。
在基本相同的时间，于步骤1015，上述速度传感器确定交流牵引电动机的速度。在步骤1020，上述控制器330A或试验站确定实际扭矩是否基本等于受到控制的扭矩。另外，上述控制器330A 或试验站确定上述扭矩是否对称。如果该实际扭矩不等于受到控制的扭矩，则改变初始估计的损耗电阻，以便使上述差为最小(在步骤1020为“否”)，采用上述控制公式中的改变的电阻，反复进行上述扭矩命令，以便命令受到控制的扭矩，比如，该过程返回到步骤1005。如果受到控制的扭矩与实际的扭矩之间的差大于零，则降低估计的电阻。如果受到控制的扭矩与实际的扭矩之间的差小于零，则增加估计的电阻。
受到控制的扭矩和实际扭矩之间的差由下述的公式确定：
Figure GDA0002255277030000181
Te为通过输出扭矩传感器而测定的实际扭矩。Te*为通过控制器330A或试验站而控制的扭矩或指定的扭矩。
Figure GDA0002255277030000182
为根据图5B所示的曲线而最初确定的估计的反向电阻。
Figure GDA0002255277030000191
为正确地反映损耗的损耗补偿电阻器的值。反复进行步骤1005～1020，直至通过上述输出扭矩传感器而测定的实际扭矩和受到控制的扭矩基本相等，并且该扭矩基本是对称的(在步骤1020，为“是”)。“基本上”基于输出扭矩传感器的精确度。
一旦通过输出扭矩传感器而测定的实际扭矩和受到控制的扭矩基本上相同并且该扭矩基本上是对称的，则在步骤1030，上述控制器330A或试验站形成用于取样点的表格。形成该表格中的新排，其具有经测定的RPS、受到控制的扭矩Tcmd，经计算的转差速度和估计的反向电阻值，其中，通过输出扭矩传感器而测定的实际扭矩和受到控制的扭矩基本上相等，并且上述扭矩对于每个取样点，是基本上对称的。
表1为12个取样点的结果的例子。
Figure GDA0002255277030000192
第1列是于步骤1015，通过速度传感器而测定的RPS。第2 列为于步骤1005通过上述控制器330A或试验站而得到的受到控制的扭矩。第3列为经计算的转差速度。第4列为估计的反向电阻值，其中，相对每个取样点，通过输出扭矩传感器测定的实际扭矩和受到控制的扭矩基本相等并且该扭矩是基本对称的。
在步骤1035，上述控制器330A或试验站从计数器中减1(S ＝S－1)。将其最终值与零进行比较。在步骤1040，上述控制器 330A或试验站确定上述最终值是否大于零。如果上述最终值大于零(在步骤1040，为“是”)，则反复进行该过程(比如，返回到另一取样点的步骤1005)。如果该最终值不大于零(在步骤1040，为“否”)，比如等于零，则已经对所有的取样点进行了处理。
在步骤1045，上述控制器330A或试验站对针对所有操作速度的斜率的反向电阻值进行内插处理。
在每个速度处，通过线性关联表格1和零转差滑行试验的转差/反向电阻对，计算该斜率和偏差。一旦该斜率和偏差对于表1 中的每个经试验的操作速度来说是已知的，则通过曲线拟合对所有速度的上述斜率和偏差进行内插处理。
图6表示12个取样点的反向电阻和转差之间的关系的例子 (曲线A～L)。上述零转差内插值基于上述的最小磁通滑行试验(图 5B所示)。根据表1中的经计算的转差速度和相应的反向电阻，确定每个线的第2点。绘制将该2个点连接的线。于是，可通过将该2个点连接的方式确定反向电阻相对于转差速度的斜率。图6 示出了12条线，其中，最低的RPS(比如52)呈现最大的反向电阻 (曲线A)。
图7表示用于全部操作速度(曲线B，比如斜率)的内插值的例子。曲线A从图5B所示的反向电阻而获得。一旦确定偏差曲线A 和斜率曲线B，则将该值存储于数据存储装置815中。如果通过试验站而计算该值，则采用输入接口将该值上传到上述数据存储装置中。上述值可被存储为表格或图表。
图11表示本发明的多个方面的，用于控制电感电动机(比如 AC牵引电动机310)的方法。该方法通过扭矩请求(电动机驱动模式)和再生能量请求(发电机模式)而引起。
在操作时，通过控制器330A，采用公式42确定上述反向电阻的值：
Figure GDA0002255277030000211
在该公式中，mrc表示图7的曲线B所示的斜率，brc表示图7 的曲线A所示的偏差。根据反向电阻的值而确定损耗补偿电阻器 Rc或Ri的电阻器值。
控制器330A采用通过公式42而计算的电阻值，更新图1A 和图1B所示的等效电路。
在转差速度改变和速度改变时，上述控制器330A连续地更新等效电路和控制公式。最初，在零转差时，采用用于偏差的上述反向电阻，在转差增加时，根据上述公式，更新上述反向电阻。
在步骤1100，上述控制器330A确定交流牵引电动机310的电流转差速度和速度。采用公式24计算该电流转差速度。该控制器330A从数据存储装置815中的一个，重新获得斜率和偏差值。采用已确定的作为关键的速度，上述控制器330A在步骤1105查询斜率和偏差。在步骤1110，上述控制器330A采用公式42计算反向电阻。上述控制器330A使反向电阻反向，以便确定上述损耗补偿电阻器Rc的值。
在步骤1115，上述控制器330A通过上述损耗补偿电阻器Ri的计算的值，更新图1A和图1B所示的等效电路。
在步骤1120，上述控制器330A采用上述损耗补偿电阻器Ri的计算的值，更新上述控制公式。
在步骤1125，采用适合的控制公式，计算实现所要求的扭矩和磁通所需的控制参数。
在步骤1130，上述控制器330A通过数据输出接口810，将上述控制信号输出给上述逆变器(在图中没有示出)中的电压开关，以便改变提供给调节电流的交流牵引电动机310的交流电压。
如上所述，在如上所述而确定扭矩的值时，可获得对称的扭矩。对称的扭矩指当交流牵引电动机310按照电动机驱动模式而操作时的损耗与当交流牵引电动机310按照发电机模式而操作时的损耗对于相应的速度来说基本相等。
在本发明的一个方面中，可改善上述驱动装置的扭矩精确度。比如，可使该精确度增加超过10％。
本发明的多个方面可应用于任何电感设备。本发明的多个方面可用于车辆(比如公交车、卡车、汽车)。在一个特定例子中，本发明的多个方面可用于混合动力车辆。
图12为本发明的多个方面的用于控制起动发电一体机350的方法。上述方法通过扭矩请求(在电动机驱动模式)和再生电源请求 (在发电机模式)而引起。
在步骤1200，上述控制器330B基于来自RPS传感器325B的信号，确定起动发电一体机350的速度。上述控制器330B从数据存储装置815中的一个，重新获得偏差值。在步骤1205，采用作为关键的已确定的速度，上述控制器330B查询上述偏差。于步骤 1210，上述控制器330B采用公式42，计算反向电阻。上述控制器330B将反向电阻反向，以便确定损耗补偿电阻器Rc的值。
在步骤1215，上述控制器330B通过损耗补偿电阻器Rc的计算的值，更新图2A和图2B所示的等效电路。
在步骤1220，上述控制器330B采用损耗补偿电阻器Rc的计算的值，更新上述控制公式，比如公式33～39。
在步骤1225，采用适合的控制公式而计算实现所要求的扭矩所需控制参数。在步骤1230，上述控制器330B通过数据输出接口810，将上述控制信号输出给上述逆变器(在图中没有示出)中的电压开关，以便改变提供给调节电流的起动发电一体机350的交流电压。
图13表示用于电感设备的转子磁通取向的控制的控制法则图的例子。如所描述的那样，从上述控制器输入上述扭矩请求。
基于上述扭矩请求，确定上述直流q轴线电流1302，经估计的设备参数1345包括经过测定的电流。
上述控制器330A基于上述扭矩要求和该设备的当前操作条件，产生磁通请求。上述控制器330A从产生的磁通请求和估计的设备参数1345，确定上述d轴线电流1303。
由转差角度计算器1340的计算的转差角度与q轴线和d轴线电流(直流)结合，并且输入到比例积分(PI)控制器1310中。该PI 控制器1310用于调节转子磁通架中的d和q轴线电流，并且输出 q轴线和d轴线的直流电压。逆变Clark Park变压器1315将直流电压值转变为三相电压(交流电压)。该PWM 1320对相同输出进行相位调制，将该经过调制的信号输出给3相桥1325。3相桥的输出被输入到电感设备(IM)(比如交流牵引电动机310)中。
上述RPS传感器325A(比如旋转位置传感器)附着在IM的转子上，以便将上述转子位置转换为电信号。
上述转子角度计算器1330将上述位置传感器反馈信号转换为转子角度。添加上述经计算的转差角度和上述经过转换的转子角度，以便产生转子磁通取向控制的电角度。该电角度输入到逆变 Clark Park变压器1315和Clark Park变压器1335中。Clark Park 变压器1335从3相桥1325接收2个3相电流，产生第3相位。然后，该Clark Park变压器将3相交流电流转变为处于稳定状态直流d轴线电流和q轴线电流。
为了通过转子磁通、设备参数和当前数值维持控制取向，(通过电流传感器测定的)设备中的电流用于实施转差速度。
图8表示本发明的多个方面中的相应的控制器330A和330B 的例子。上述控制器330A和330B包括处理部800。上述处理部 800执行在这里描述的功能。上述处理部800可为CPU或GPU。在本发明的一个方面中，上述处理部800被配置为执行存储于计算机可读取的装置(比如数据存储用的存储器815)中的一个或多个程序。上述计算机可读取的存储装置可为RAM817、永久存储器 818或移动存储器。比如，上述处理部800可执行可下载于RAM817 中的程序中的指令。上述处理部800可包括1个或多个处理单元。该控制器330A和330B还包括至少一个存储装置，比如但不限于 RAM817、ROM816和永久存储器818。
上述控制器330A和330B包括1个或多个外部界面，比如数据输入接口805和数据输出接口810。通过数据输入接口805从 RPS传感器325A和325B接收数据。传给开关的(在图中没有示出) 控制命令通过数据输出接口810而发送。图8还示出了输入装置 830和显示器825。这些部件是可选择的。
数据存储装置815为可存储信息的硬件中的任何部件，该信息比如但不限于数据、程序、指令、程序代码、和/或其它适合的信息，无论基于临时和/或基于永久。
在本发明的另一方面中，ASIC、微控制器、FPGA、PAL和 PLA可用作上述控制器330。
本发明的各个方面可作为在计算机或可由设备使用或读取的介质或一组介质中实现或存储的程序、软件、或计算机指令而体现，该一组介质使计算机或设备在于计算机，处理器和/或设备中执行时进行上述方法的步骤。还提供程序存储装置(比如计算机程序产品)，其可通过设备(比如计算机可读取的介质)而读取，以有形方式实现由该设备执行的指令的程序，以便实现在本说明书中描述的各种功能和方法。
计算机可读取的介质可为计算机可读取的存储装置或计算机可读取的信号介质。计算机可读取的存储装置可为比如磁的、光的、电子的、电磁的、红外的、或半导体系统、设备、或装置、或它们的任何适合的组合；但是，对于该计算机可读取的存储装置，除了不包括计算机可读取的信号介质的计算机可读取存储装置以外，并不限于这些例子。计算机可读取的存储装置的额外的例子可包括：便携计算机磁盘、硬盘、磁存储装置、便携的新型盘式只读存储器(CD-ROM)、随机存取存储器(RAM)、只读存储器 (ROM)、可擦写的可编程的只读的存储器(EPROM或闪存)、光存储装置、或它们的任何的适合组合；但是，该计算机可读取的存储装置也不限于这些例子。可包括或存储采用或连接执行指令的系统、设备或装置的程序的任何有形介质可以是计算机可读取的存储装置。
计算机可读取的信号介质可以包括传送的数据信号，在该信号中具有具体形式为计算机可读取的程序代码(比如但不限于在基带中或作为载波的一部分)。传送的数据信号可采用多个形式中的任何形式，其包括但不限于电磁的、光学的、或它们的适合的组合。计算机可读取的信号介质可为任何的计算机可读取的介质 (除了计算机可读取的存储装置以外)，该介质可传播、传送、发送程序，该程序采用或连接系统、设备或装置。在计算机可读取的信号介质中实现的程序代码可采用任何的适合的介质而发送，该任何的适合的介质包括但不限于无线、有线、光纤电缆，RF等，或它们的任何的适合的组合。
可用于本发明中的上述术语“控制系统”和“控制器”可包括固定和/或便携计算机硬件、软件、外部设备、和存储装置的各种组合。上述控制器和/或控制系统可包括多个单独部件，这些部件通过网络而链接，或以其它方式链接，以便协同地工作；或上述控制器和/或控制系统可包括1个或多个独立的部件。本发明的上述控制系统和/或上述控制器的上述硬件和软件可包括固定和/ 或便携装置，比如台式电脑、笔记本电脑、和/或服务器与服务器的网络(云)，并且可设置于上述那样的固定和/或便携装置中。
在这里所采用的术语仅仅用于描述特定的实施方式的目的，其并不是用于对本发明的范围进行限定，并不是用与详尽。对于本领域的技术人员来说，在不脱离本发明的范围和精神的情况下，许多改进和变化形式是显然的。

Claims (8)

1.一种用于控制设备的方法，该方法包括：
确定损耗补偿电阻器的电阻值，该电阻值表示电感设备中的多种电磁损耗，该电阻值根据反向电阻值而确定，其中，该反向电阻值以基于速度的偏差、基于速度的斜率和转差速度为基础；
采用电阻值，基于等效电路，更新至少一个控制公式；
基于上述经更新的至少一个控制公式，控制上述电感设备，
其中，通过下述方式，确定上述基于速度的偏差，该方式为：获得在将上述电感设备被控制到最小磁通时的操作速度的损耗与在上述电感设备停止时的操作速度的损耗之间的差，将操作速度的损耗之间的差转换为操作速度的反向电阻值；并且
通过多个估计的电阻而确定基于速度的斜率，通过下述方式，确定每个估计的电阻，该方式为：使受到控制的扭矩与采用电感设备的输出轴上或与输出轴连接的扭矩传感器测定的实际扭矩之间的差达到最小，该差是针对电感设备的特定速度和针对经计算的转差速度的，其中，针对其它的操作速度，对基于速度的斜率进行内插处理。
2.根据权利要求1所述的用于控制设备的方法，其中，上述多种电磁损耗包括铁芯损耗、杂散荷载和脉冲宽度调制(PWM)损耗。
3.根据权利要求1所述的用于控制设备的方法，其中，该方法还包括：在用于上述电感设备的至少一个等效电路中添加损耗补偿电阻器，该至少一个等效电路具有上述已确定的电阻值。
4.一种控制器，该控制器包括：
存储装置，该存储装置被构造为存储反向电阻值的表格，该反向电阻值以基于速度的偏差为基础；和
处理器，该处理器按照被构造为采用经存储的反向电阻值的表格，以操作速度为基础，确定损耗补偿电阻器的电阻值；该电阻值表示电感设备中的多种电磁损耗；采用上述电阻值，基于至少一个等效电路，更新至少一个控制公式；根据上述经更新的至少一个控制公式，控制上述设备，
其中，通过下述方式，确定上述基于速度的偏差，该方式为：获得在将上述电感设备被控制到最小磁通时的操作速度的损耗与在上述电感设备停止时的操作速度的损耗之间的差，将操作速度的损耗之间的差转换为操作速度的反向电阻值。
5.根据权利要求4所述的控制器，其中，该反向电阻值以基于速度的斜率、基于速度的偏差和转差速度为基础；并且该处理器被构造为采用经存储的反向电阻值的表格，以上述转差速度和操作速度为基础，确定损耗补偿电阻器的电阻值；该电阻值表示电感设备中的多种电磁损耗；采用上述电阻值，基于至少一个等效电路，更新至少一个控制公式；基于上述经更新的至少一个控制公式，控制上述电感设备，
并且，通过多个估计的电阻而确定基于速度的斜率，通过下述方式，确定每个估计的电阻，该方式为：使受到控制的扭矩与采用电感设备的输出轴上或与输出轴连接的扭矩传感器测定的实际扭矩之间的差达到最小，该差是针对电感设备的特定速度和针对经计算的转差速度的，其中，针对其它的操作速度，对基于速度的斜率进行内插处理。
6.根据权利要求5所述的控制器，其中，该处理器还被构造为在用于该电感设备的至少一个等效电路上添加损耗补偿电阻器。
7.根据权利要求5所述的控制器，其中，上述电感设备为交流牵引电动机。
8.一种计算机可读取的存储装置，该存储装置具有指令的程序，该指令在被处理器执行时使该处理器执行：
确定损耗补偿电阻器的电阻值，该电阻值表示电感设备中的多种电磁损耗，该电阻值根据反向电阻值而确定，其中，该反向电阻值以基于速度的偏差、基于速度的斜率和转差速度为基础；
采用电阻值，基于等效电路，更新至少一个控制公式；和
基于上述经更新的至少一个控制公式，控制上述电感设备，
其中，通过下述方式，确定上述基于速度的偏差，该方式为：获得在将上述电感设备被控制到最小磁通时的操作速度的损耗与在上述电感设备停止时的操作速度的损耗之间的差，将操作速度的损耗之间的差转换为操作速度的反向电阻值；并且
通过多个估计的电阻而确定基于速度的斜率，通过下述方式，确定每个估计的电阻，该方式为：使受到控制的扭矩与采用电感设备的输出轴上或与输出轴连接的扭矩传感器测定的实际扭矩之间的差达到最小，该差是针对电感设备的特定速度和针对经计算的转差速度的，其中，针对其它的操作速度，对基于速度的斜率进行内插处理。
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