CN1225077C - 控制活动体的方法、活动体控制器以及活动体系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种由同步电机驱动的活动体控制器，包括：转子位置估计器，根据与提供给所述同步电机的电力相关的电量，估算所述同步电机转子的磁极位置，和活动体位置估计器，根据所述转子位置估计器所估计的磁极位置，估算所述活动体的位置。本发明还公开了一种控制由同步电机驱动的活动体的方法和一种活动体系统。

Description

控制活动体的方法、活动体控制器以及活动体系统

技术领域

本发明涉及一种控制活动体的方法、活动体控制器以及活动体系统。

背景技术

利用永磁铁产生磁场的同步电机，近年已应用于各种机械设备，旨在缩小设备尺寸，提高效率。

然而，为了控制同步电机的旋转，必须识别转子位置，即磁极位置，并要控制电源，为此要求有检测磁极位置的装置。例如，日本未公开的专利申请No.10-80188揭示的已有技术，要求一种磁极位置传感器。这类磁极位置检测器要设法使电机转轴与编码器转轴对准，或复杂而艰苦的保养。

为消除这类问题，已经研究了某些不用传感器而控制同步电机磁极位置的技术，如2000年日本工业应用学会会议论文“No，97：A New Position Sensor-less Control of Permanent Synchronous Motor Using Direct PositionEstimation pages 963-966”描述的。

图10示出一例按照磁极位置非传感器控制技术构制的永磁型同步电机控制系统。该控制系统包括：第一坐标变换器3a，通过输入电流检测器检测的电机相位检测电流值Iu与Iw，得到旋转坐标系统检测的电流值Id与Iq₁轴误差估计器36，通过输入检测的电流值Id与Iq，得到电机转子磁极位置θm与估计的磁场位置值θmc之间的误差Δθ；电机转速计算单元3c，通过输入误差θΔ，得到估计的电机转速ωm；转子位置估计器3d，通过输入估计的电机转速ωm，得到估计的磁极位置值θmc；电流指令计算单元3e，通过输入估计的电机转速ωm与电机转速指令值ωm*，得到电流指令值Id*与Iq*；输出电压指令计算单元3f，通过输入电流指令值Id*与Iq*，得到输出电压指令Vd*与Vq*；和第二坐标变换器3g，通过输入输出电压指令Vd*与vq*，得到驱动电机的驱动单元驱动指令Vu*、Vv*与Vw*。该实例用转子位置估计器3d得到的估计值θmc作为磁极位置，因而能不用磁极位置传感器而驱动永磁型同步电机。

上述技术能不用检测转子磁极位置的检测器而转动同步电机。

例如，日本未公开的专利申请No.2000-78878揭示出一例实用的活动体系统，它应用非传感器控制技术来控制同步电机的磁极位置。然而，该例要求用编码器作为活动体位置检测器，因而可将活动体系统本身控制得停止在某一固

发明内容

一种由同步电机驱动的活动体控制器，其特征在于，包括转子位置估计器，根据与提供给所述同步电机的电力相关的电量，估算所述同步电机转子的磁极位置，和活动体位置估计器，根据所述转子位置估计器所估计的磁极位置，估算所述活动体的位置。

一种控制由同步电机驱动的活动体的方法，其特征在于，包括以下步骤：根据与供给所述同步电机的电力相关的电量，估算所述同步电机转子的磁极位置，和根据上一步骤估算的所述磁极位置，估算所述活动体的位置。

一种活动体系统，其特征在于，包括由同步电机驱动的活动体，和控制器，用于控制所述同步电机的转速，使所述活动体的位置接近位置指令，所述控制器包括转子位置估计器，根据与供给所述同步电机的电力估算所述同步电机转子的磁极位置，相关的电量，活动体位置估算器，根据所述转子位置估计器估算的磁极位置，估算所述活动体的位置，和电机转速指令发生器，根据位置指令和所述活动体位置估计器估算的所述活动体的位置，控制所述同步电机的转速。

附图说明

图1是本发明第一实施例的活动体系统。

图2是本发明第二实施例的活动体系统。

图3是本发明第三实施例的活动体系统。

图4是本发明第四实施例的活动体系统。

图5是本发明第五实施例的活动体系统。

图6是本发明第六实施例的活动体系统。

图7是本发明第七实施例的活动体系统。

图8是本发明第八实施例的活动体系统。

图9是本发明第九实施例的活动体系统。

图10是表示同步电机驱动控制系统的结构的一例。

具体实施方式

实施例1

图1示出本发明第一实施例的活动体系统。图1中示出了产生驱动活动体4的力矩的同步电机1、向同步电机1提供电力的驱动单元2、控制驱动单元2的控制器3、活动体4以及以机械方法接至同步电机1并利用同步电机1产生的力矩驱动活动体4的活动体驱动装置5。另外，驱动单元2包括直流电源201、将直流电力从直流电源201转换为交流电的电力变换器202，以及检测供给同步电机1电流的电流检测器203。控制器3包括转子位置估计器301和驱动指令发生器302，前者根据电流检测器203检测的电流估计同步电机转子的磁极位置，而后者根据转子位置估计器301估计的磁极位置θmc，产生送给驱动单元2的驱动指令，使同步电机1的转速接近转速指令ωm*。另外，图中还示出了：活动体位置估计器6，它根据转子位置估计器301估计的磁极位置θmc，估计活动体4的位置；位置信息校正装置7，它输入活动体4的绝对位置信息，校正贮存在活动体位置估计器6里的活动体位置信息；和电机转速指令发生器8，它产生转速指令ωm*并将它送给驱动指令发生器302，使活动体位置估计器6得到的估计的活动体位置Xc接近活动体4的位置指令x*。图中还示了位置指示器9，它根据估计的活动体位置Xc产生活动体4的位置信息，并且显示该信息。

下面描述本发明第一实施例的活动体系统的操作状况。电力变换器202按照驱动指令发生器302产生的驱动指令，把直流电源201提供的直流电变换成交流电，并输出交流电转动同步电机1。活动体4把同步电机1通过f用作动力源而改变其位置。另外，转子位置估计器301利用电流检测器203的输出，估计同步电机1转子的位置θm，并输出估计的量θmc。这里可以预期有各种结构的控制器3，包括运用转子位置估计器301的位置估计方法，如图10所示的实施例便是其中的一种结构。

现在描述活动体位置估计器6。将说明同步电机1的转子位置θm与活动体4的位置X之间的相互关系。若活动体驱动装置5是驱动轮，而且驱动轮转一圈时，活动体4行进的距离为L，则同步电机1的转子转一圈时，活动体4行进的距离也是L，这说明，在X与θm之间存在着下式所示的关系。

其中，Xo指活动体初始位置。通常保持下式表示的关系。

θm＝θmc                                   (2)

因此，利用转子位置估计器301输出的估计位置θmc和公式(1)与(2)表示的关系，可以估计活动体4的位置X。具体而言，在活动体位置估计器6中，公式(3)可代替公式(1)获得估计位置Xc，在公式(3)中，位置X用估计的活动体位置Xc替代。

如上所述，该实施例可获得受同步电机驱动的活动体的位置信息，不必应用复杂的活动体位置检测器。另外，同步电机转子的磁极位置对应于活动体运行的距离。因此，可根据估计的磁极位置值，比较容易准确地估计活动体的位置。

下面描述位置信息校正装置7。如上所述，活动体位置估计器6估算出活动体4的位置，然而，由于驱动装置5的滑移或磨损破坏了公式(1)表示的关系，会在实际活动体位置X与估计的活动体位置Xc之间出现误差。在这方面，位置信息校正装置7输出活动体4的绝对位置信息，并输出对贮存在活动体位置估计器6中的活动体位置信息作校正的信息。绝对位置信息由位置信息校正位置7输入活动体位置估计器6，后者把新输入的绝对位置信息用作估计的活动体位置Xc。这样，即使在活动体4的实际位置与活动体位置估计器6得到的估计位置之间出现误差，也能校正估计位置并设定正确位置。因此，可以用位置信息校正装置7准确地估计活动体位置。

再者，电机转速指令发生器8输入活动体位置指令x*与估计的活动体位置Xc，产生送给同步电机1的转速指令ωm*，使估计的活动体位置Xc接近目标位置x*。若电机转速指令发生器8能在预定的固定点将电机转速指令减至0，就能控制活动体4的止动位置。这样，这种电动机转速指令发生器8不用活动体位置检测器就能控制活动体的位置。

另外，活动体位置指示器9输入估计的活动体位置Xc而产生活动体4的位置信息，并且指示该信息。这种活动体位置指示器9不用活动体位置检测器就能指示活动体的位置。

把永磁型同步电机用作同步电机1，还能减小活动体系统的尺寸并节能。

利用整流电路整流交流电的电源或电池可以用作直流电源201。另外，估计的转子位置量θmc不仅能根据电力变换器202的输出电流计算，还可根据输出电压、输入直流电流或直流电压计算。在这种情况下，要安装检测这些电量的检测器而不用电流检测器203，并且改变由包括转子位置估计器301的控制器3所执行的计算方法。还有，在图1实施例中，贮存在活动体位置估计器中的活动体位置信息，采用位置信息校正装置按照活动体的绝对位置信息校正。该方法适用于这样一些情况，即活动体位置不仅用估计的转子位置来估计，还要用检测的转子位置值或检测的或者估计的转子转数值来估计。

实施例2

图2示出本发明第二实施例的活动体系统。在该例中，电梯吊舱401和平衡锤402通过滑轮51由同步电机1驱动。其它单元的操作情况与第一实施例说明的情况一样。该实施例可以检测与控制电梯吊舱401或平衡锤402的位置，不使用同步电机1的磁极位置检测器或者电梯吊舱401或平衡锤402的位置检测器。

在图2实施例中，当把电机装在电梯转轴的底部或顶部时，而且如果要求磁极位置检测器，则很难调换、安装或调整磁极位置检测器。本实施例消除了这一问题。

实施例3

图3示出本发明第三实施例的活动体系统。在本例中，电梯舱门403是活动体，舱门驱动单元502是驱动装置5，舱门403通过舱门驱动单元502由同步电机1驱动。其它单元的操作与第一实施例中说明的一样。在安装空间极小而且有限时，该实施例增大了设备安置空间，节省了安装空间。

若将图3实施例应用于另一种由同步电机驱动但不是电梯舱门的门，可得到同样效果。

实施例4

图4示出本发明第四实施例的活动体系统。本例中，将活动体系统应用于轮椅相配的自动电梯，其中轮椅相配的阶极404是活动体，阶级驱动装置503是驱动装置5，同步电机1通过阶极驱动装置503驱动包括轮椅相配阶级404的自动电梯阶级。其它单元的操作与第一实施例中说明的一样。

在图4所示连接成环形的阶级中间，轮椅相配自动电梯具有这样一种功能，即在一个位置以水平方向至少对准两个或三个轮椅相配阶级404，可将轮椅放在这些阶级上。例如，当按下轮椅请求按钮时，轮椅相配有自动电梯即活动体系统的控制器利用活动体位置估计器6估算轮椅相配阶级404的位置，并让这些阶级在自动电梯进口止动。本实施例可以检测阶级的位置，不使用沿平行阶级的方向突出的位置检测器，因而能缩小自动电梯的宽度，最佳地利用安装自动电梯的建筑物的空间。

实施例5

图5示出本发明第五实施例的活动体系统。本例中，轨上运输工具405是活动体，驱动轮504是驱动装置，其它单元的操作与第一实施例说明的一样。常用的普通信号系统可以分辨指定的停用段内存在的列车，但是无法检测同一停用段内的列车位置或列车数量。相反地，本实施例可获得每辆列车的位置信息，因而可以不使用特别精密的位置检测器得到停用段上存在的多辆列车的位置信息，结果可实现交通量高度稠密的列车运行方案。

实施例6

图6示出本发明第六实施例的活动体系统。本例中，位置信息校正装置7包括：位于活动体4运行区内的固定点701；绝对位置信息提供装置702，当活动体4绕过固定点701时，把得到的位置信息作为绝对位置信息提供；和信息提供装置703，用于输入绝对位置信息并输出位置信息，以校正贮存在活动体位置估计器6里的绝对位置信息。

在图6实施例中，若活动体位置估计器6估算的活动体4位置出错，就按下述方法校正该估计位置。在规定的位置，如在活动体止动位置的前后，设置多个包括金属屏蔽板等的固定点701，在活动体一侧安装包括位置检测器(positector)等的绝对位置信息提供装置702。绝对位置信息提供装置702在与固定点701相对时受到遮挡，读出已制成表格的绝对位置信息，并改写贮存在活动体位置估计器6里的位置信息。在活动体约过规定位置时，这样就能一致而准确地估算活动体的位置。本实施例补偿了光滑或磨损的驱动装置5造成的误差，因而活动体位置估计器6的位置估算变得高度可靠而精确。

实施例7

图7示出本发明第七实施例的活动体系统。本例中，对图6实施例增添了校正操作切换装置704。当活动体位置估计器6估算出活动体4存在于固定点701附近的活动体存在检测区内时，校正操作切换装置704受到相对于固定点701的绝对位置信息提供装置702的遮挡，通过校正信息提供装置703作位置信息校正操作。这样使绝对位置信息提供装置702只在最初作校正操作的区域附近操作，因而能减少噪声引起的故障。

另外，为了提高在预定位置使活动体止动的精度，建议把图6和7所示的固定点701设在下列的位置：当活动体是电梯吊舱时，位于各楼层的前面；当活动体是电梯舱门时，位于全开或全关一端；在活动体系统是轮椅相配自动电梯时，位于自动电梯的入口或出口。

实施例8

图8示出本发明第八实施例的活动体系统。本例中，位置信息校正装置7包括固定点701、绝对位置信息提供装置702、可输出校正位置信息使活动体位置估计器6能校正估计位置的校正信息提供装置703，以及在初始状态输出校正位置信息的初始位置设定装置705。

接着描述图8实施例的初始位置设定操作。在接通电源激励系统时，起初设定公式(1)里的值Xo。具体而言，接通电源后，活动体缓慢地移至运行范围的终点。在得到初始绝对位置信息后，初始位置设定装置705对贮存在活动体位置估计器6里的值Xo初始化。之后，为了测量固定点位置，以不超过驱动装置的速度转一圈，在得到对应于各固定点绝对位置的位置信息时，就完成了初始位置信息设定。例如，当活动体是电梯吊舱或平衡锤时，就在电梯升降井顶部或底部开始初始位置设定操作。在活动体是轨上运输工具时，当始发站的固定点与绝对位置信息提供装置702相对时，开始初始位置设定操作。本实施例不要求事先设计与设定多个固定点的绝对位置，而且容易建立位置信息校正系统。

实施例9

图9示出本发明第九实施例的活动体系统。本例中，位置信息校正装置7包括绝对位置信息提供装置702、校正信息提供装置703、校正操作切换装置704和卫星706。

下面描述图9实施例的操作。绝对位置信息提供装置702从卫星706获得绝对位置信息，并输出该信息。当活动体位置估计器6估计活动体4已到达运行区内的预定点时，校正操作切换装置704接受绝对位置信息提供装置702输出的绝对位置信息，并通过校正信息提供装置703作位置信息校正操作。该实施例能校正活动体位置估计器6获得的估计位置的偏移，不必在活动体运行区内设置固定点。另外，可用地面安装的无线电台代替卫星，作为绝对位置信息提供装置获取绝对位置信息的手段。

另外，如上述任一实施例所示，根据活动体绝对位置信息校正活动体位置估计器所估计的活动体位置或设定活动体位置初始值的方法，可以应用于这样的场合，即活动体位置不仅按照估计的转子位置来估算，还根据检测的转子位置值或者检测或估算的转子转数值来估算。

本发明能不用活动体位置检测器而检测活动体位置。另外，用绝对位置信息校正估计的活动体位置，还提高了活动体位置估计的精度与可靠性。

Claims (12)

1.一种由同步电机驱动的活动体控制器，其特征在于，包括

转子位置估计器，根据与提供给所述同步电机的电力相关的电量，估算所述同步电机转子的磁极位置，和

活动体位置估计器，根据所述转子位置估计器所估计的磁极位置，估算所述活动体的位置。

2.如权利要求1所述的活动体控制器，其特征在于，还包括

电机转速指令发生器，根据位置指令和所述活动体位置估计器所估算的所述活动体的位置，控制所述同步电机的转速。

3.如权利要求1或2所述的活动体控制器，其特征在于，还包括

活动体位置指示器，显示所述活动体位置估计器所估算的所述活动体的位置。

4.如权利要求1或2所述的活动体控制器，其特征在于，还包括

位置信息校正装置，根据所述活动体通过安置在其运行区内的固定点时获得的绝对位置信息，校正所述活动体位置估计器所估算的所述活动体的位置。

5.如权利要求4所述的活动体控制器，其特征在于，

所述位置信息校正装置在所述活动体出现在所述固定点附近时启动校正操作。

6.如权利要求1或2所述的活动体控制器，其特征在于，

所述活动体位置估计器所估算的所述活动体的位置初始值，根据所述活动体通过安置在其运行区内的固定点时获得的绝对位置信息设定。

7.一种控制由同步电机驱动的活动体的方法，其特征在于，包括以下步骤：

根据与供给所述同步电机的电力相关的电量，估算所述同步电机转子的磁极位置，和

根据上一步骤估算的所述磁极位置，估算所述活动体的位置。

8.如权利要求7所述的控制活动体的方法，其特征在于，还包括以下步骤：

根据所述活动体通过安置在其运行区内的固定点时获得的绝对位置信息，校正所述第二步骤估算的所述活动体的位置。

9.如权利要求7所述的控制活动体的方法，其特征在于，还包括以下步骤：

根据所述活动体通过安置在其运行区内的固定点时获得的绝对位置信息，设定所述第一步骤估算的所述活动体位置的初始值。

10.一种活动体系统，其特征在于，包括

由同步电机驱动的活动体，和

控制器，用于控制所述同步电机的转速，使所述活动体的位置接近位置指令，

所述控制器包括

转子位置估计器，根据与供给所述同步电机的电力相关的电量，估算所述同步电机转子的磁极位置，

活动体位置估算器，根据所述转子位置估计器估算的磁极位置，估算所述活动体的位置，和

电机转速指令发生器，根据位置指令和所述活动体位置估计器估算的所述活动体的位置，控制所述同步电机的转速。

11.如权利要求10所述的活动体系统，其特征在于，还包括

位置信息校正装置，根据所述活动体通过安置在其运行区内的固定点时获得的绝对位置信息，校正所述活动体位置估计器所估算的所述活动体位置。

12.如权利要求10所述的活动体系统，其特征在于，

所述活动体位置估计器所估算的所述活动体位置的初始值，根据所述活动体通过安置在其运行区内的固定点时获得的绝对位置信息设定。

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