CN1489822A - 电梯中永磁同步电机的无编码器运行方法和设备 - Google Patents

Abstract

分别利用d轴和q轴电流反馈回路的d轴电流和q轴电流来控制永磁同步电机。通过向d轴电流注入第一信号和观测在q轴电流反馈回路中的响应来确定所述电机的速度和位置。q轴电流反馈信号的部分使用与第一信号相差90度的第二信号进行解调。被解调的信号在被观测器控制器接收之前，最好发送到低通滤波器进行滤波。观测器控制器输出用于调节d轴电流反馈信号的位置估计和用于调节q轴电流的速度估计。

Description

电梯中永磁同步电机的无编码器运行方法和设备

发明领域

本发明涉及感知电梯电机位置的领域，具体涉及不使用编码器而感知电机位置。

发明背景

在交流(AC)驱动的电机控制行业中，不使用任何机械的位置或速度传感器具有相当多的益处。这样的运行模式通常称为无传感器控制。由于轴传感器昂贵、容易损坏，并要求附加布线，所以从电机控制配置中去掉轴传感器就可能降低系统的成本，提高整体可靠性。

只有当施加的定子波形，一般地是电压，具有与转子位置相对应的相位，同步AC电机才能实现希望的转矩输出。于是，知道转子位置对电梯驱动的平滑运行就很必要了。

本发明使用永磁同步电机(PMSM)的特性来判定电机的位置。电机依赖于电磁学的两个基本原理。第一是每当电流通过导线时，在导线周围产生强度与电流大小成正比的电磁场，第二是每当导线穿过磁场而运动时，将在导线中产生电流，电流依赖于磁场强度、导线尺寸以及导线穿过磁场运动的速度和距离。

PMSM电机是一种AC电机，包括被称为定子的静止部分和被称为转子的旋转部分。在定子上安装导线绕组和南-北磁极以使在绕组中产生的AC电流产生沿着定子旋转的磁场。旋转磁场将在转子中感应出电流。感应出的转子电流将产生追赶旋转的定子磁场的磁场，从而使得依附于轴上的转子旋转。该磁场的旋转速度称为电机的同步转速。转子磁场试图追上旋转的定子磁场，但是随着当它接近与定子对准时，旋转磁场将不再切割转子导体，这样感应电流将减小并且转子磁场将减弱。于是转子将减速，并且将滑到低于定子旋转磁场的速度。由于转子减速，旋转磁场将切割更多的导体，使得转子电流和磁场再次增加，再继续追赶定子磁场。同步电机在稳态时趋于在接近常值的速度下运行，该常值速度依赖于所施加的AC电压的频率。AC电机转矩是所施加AC电压的幅值和相位的函数。

已经尝试快速和可靠地确定同步电机转子位置的方法。T.Aihara，A.Toba，T.Yanase，A.Mashimo和K.Endo在题目为“Sensorless TorqueControl of Salient-Pole Synchrinous Motor at Zero-Speed Operation(零速运行时凸极同步电机的无传感器转矩控制)”的论文，1999年IEEE学报电力电子分册的第14卷第10期上202到208页，描述了一种使用PMSM的反电动势的无传感器位置和速度控制。电压信号被加到d轴，并观测q电流的响应。使用快速付立叶变换(FFT)进行处理。

M.，J.Corley和R.，D.Lorenz在题目为“Rotor Position and VelocityEstimation for a PMSM at Standstill and High Speed(在静止和高速时对PSMS的转子位置和速度估计)”的论文，1996年IEEE IAS年会论文集36到41页，描述了给两个轴注入探测信号(但是主要在d轴，在论文中标为q轴)，随后将q电流用于确定位置。该算法表明了静态偏移量。

两个题目均为“Method and Apporatus for Transducerless Positionand Velocity Estimation in Drives for AC Machine(AC电机驱动中无传感器位置置和速度估计的方法和设备)”，专利号为5,585,709和5,565,752(Jansen等)的美国专利中描述了在电机定子绕组的基本驱动频率上加入高频信号的方法。

J.M.Kim，S.J.Kang和S.K.Sul在题目为“Vector Control of InteriorPMSM Without a Shaft Sensor(无轴传感器的PMSM内部矢量控制)”的论文，1997年的应用电力电子会议的743到748页中，描述了一种控制方法，其中通过在q轴注入探测电流信号来调节开关模式，并且处理电压响应来估计位置误差。这就意味着被注入的频率必须在电流调节器的带宽内。

题目为“Sensorless Field Orientation Control Method of anInduction Machine by High Frequency Signal Injection(利用高频信号注入的感应电机无传感器磁场定向控制的方法)”、专利号为5,886,498(Sul等)的美国专利描述了在与基本定子频率同步旋转的参考框架中注入脉动高频信号。

题目为“Electrical Angle Detecting Apparatus and Driving Systemof Synchronous Motor Using the Same(电角度检测设备和使用电角度检测设备的同步电机驱动系统)”、专利号为5,608,300(Kawabata等)的美国专利，以及题目为“Motor Control Apparatus and Method forControlling Motor(控制电机的电机控制设备和方法)”、专利号为5,952,810(Yamada等)的美国专利中考虑到了阶跃和正弦信号注入到电机中的情况。在注入正弦的情况下，使用带通滤波器来提取出响应的重要部分。这些说明集中在转子的初始位置检测上。

题目为“Sensorless Control System and Method of Permanent MagnetSynchronous Motor(永磁同步电机的无传感器控制系统和方法)”、专利号为5,903,128(Sakakibara等)的美国专利中描述了调节供电电压以便能从系统的响应来推断位置。但是，这种调节是相当简单的(一个或两个脉冲)，所以可能产生有限的性能。

发明概述

简而言之，分别利用d轴电流和q轴电流与d轴电流和q轴电流反馈回路来控制永磁同步电机。在以下将详细说明的本发明的一个实施例中，通过注入第一信号到d轴电流，并观测q轴电流反馈回路中的响应来确定电机的速度和位置。q轴电流反馈信号的部分使用与第一信号相差90度的第二信号解调。被解调的信号在观测器控制器接收之前最好先发送到低通滤波器。观测器控制器输出用来调节d轴电流反馈信号的位置估计以及用来调节q轴电流的速度估计。

依据本发明的实施例，确定永磁同步电机速度和位置的设备包括：向电机提供d轴电流的d轴电流装置，d轴电流装置包括d轴电流反馈回路；向电机提供q轴电流的q轴电流装置，q轴电流装置包括q轴电流反馈回路；向d轴电流装置注入第一信号的装置；位置估计装置，用于测量对被注入的第一信号响应的反馈电流以确定电机的估计位置；以及速度估计装置，用于测量对被注入的第一信号响应的反馈电流，以确定电机的估计速度。

依据本发明的一个实施例，确定永磁同步电机速度和位置的方法包括步骤：(a)向电机提供d轴电流，包括提供d轴电流反馈回路；(b)向电机提供q轴电流，包括提供q轴电流反馈回路；(c)在d轴电流反馈回路之外向d轴电流注入第一信号；(d)测量对被注入的第一信号响应的反馈电流以确定电机的估计位置；以及(f)测量对注入的第一信号响应的反馈电流以确定电机的估计速度。

附图简述

图1表示在本发明的一个实施例中使用的观测器控制器。

图2表示本发明的无编码器驱动实施例的控制电路。

图3表示与参考速度比较，利用本发明所获得的速度估计。

图4A表示依据本发明的控制电路的另一个实施例。

图4B表示依据本发明的控制电路的再一个实施例。

图5A表示依据本发明的控制电路的再一个实施例。

图5B表示依据本发明的控制电路的再一个实施例。

本发明的详细说明

数学模型

电机的建模假定是标准的，包括磁路线性、磁极和相位几何对称，不计齿转矩，并且互感和自感都具有偶次谐波(空间的)。我们假设只有直流(DC)和二次谐波分量，因为包含高次谐波，只能使由永磁体产生的磁通向量变得复杂。在这些假定下，可以写出在估计的同步框架中电机的电气子系统模型。设 $L_{\mathrm{\Σ}}=\frac{L_d+L_q}{2}$ 和 $L_{\mathrm{\Δ}}=\frac{L_d-L_q}{2},$ 其中L_Σ是d轴和q轴电感的平均值，而L_Δ是d轴和q轴电感的差值。带有“帽子”的量(如 )表示(x的)估计值，并且带有“～”符号的量表示误差，如 $\tilde{x}=x-\hat{x}.$ 于是可以写出电气子系统模型为

$\left[\begin{array}{c}{v}_d\\ v_q\end{array}\right]\left(t\right)=\left[\begin{array}{cc}R& \\ & R\end{array}\right]\left[\begin{array}{c}{i}_d\\ i_q\end{array}\right]+\left[\begin{array}{cc}{L}_{\mathrm{\Σ}}+L_{\mathrm{\Δ}}\cos 2\widetilde{\mathrm{\θ}}& -L_{\mathrm{\Δ}}\sin 2\widetilde{\mathrm{\θ}}\\ -L_{\mathrm{\Δ}}\sin 2\widetilde{\mathrm{\θ}}& L_{\mathrm{\Σ}}-L_{\mathrm{\Δ}}\cos 2\widetilde{\mathrm{\θ}}\end{array}\right]\frac{d}{\mathrm{dt}}\left[\begin{array}{c}{i}_d\\ i_q\end{array}\right]+$

$\widehat{\mathrm{\ω}}\left[\begin{array}{cc}{L}_{\mathrm{\Δ}}\sin 2\widetilde{\mathrm{\θ}}& -L_{\mathrm{\Σ}}+L_{\mathrm{\Δ}}\cos 2\widetilde{\mathrm{\θ}}\\ L_{\mathrm{\Σ}}+L_{\mathrm{\Δ}}\cos 2\widetilde{\mathrm{\θ}}& -L_{\mathrm{\Δ}}\sin 2\widetilde{\mathrm{\θ}}\end{array}\right]\left[\begin{array}{c}{i}_d\\ i_q\end{array}\right]+2\widetilde{\mathrm{\ω}}{L}_{\mathrm{\Δ}}\left[\begin{array}{cc}-\sin 2\widetilde{\mathrm{\θ}}& -\cos 2\widetilde{\mathrm{\θ}}\\ -\cos 2\widetilde{\mathrm{\θ}}& \sin 2\widetilde{\mathrm{\θ}}\end{array}\right]\left[\begin{array}{c}{i}_d\\ i_q\end{array}\right]$

$+\mathrm{\ω}\left[\begin{array}{cc}\cos \widetilde{\mathrm{\θ}}& \sin \widetilde{\mathrm{\θ}}\\ -\sin \widetilde{\mathrm{\θ}}& \cos \widetilde{\mathrm{\θ}}\end{array}\right]\left[\begin{array}{c}0\\ \mathrm{\Φ}\end{array}\right]$ 方程(1)

机械子系统的模型为(H表示运动惯量，P表示极对数)

$\frac{H}{P}\frac{\mathrm{d\ω}}{\mathrm{dt}}=L_{\mathrm{\Δ}}{\left[\begin{array}{c}{i}_d\\ i_q\end{array}\right]}^T\left[\begin{array}{cc}\sin 2\widetilde{\mathrm{\θ}}& \cos 2\widetilde{\mathrm{\θ}}\\ \cos 2\widetilde{\mathrm{\θ}}& -\sin 2\widetilde{\mathrm{\θ}}\end{array}\right]\left[\begin{array}{c}{i}_d\\ i_q\end{array}\right]+{\left[\begin{array}{c}{i}_d\\ i_q\end{array}\right]}^T\left[\begin{array}{cc}\cos \widetilde{\mathrm{\θ}}& \sin \widetilde{\mathrm{\θ}}\\ -\sin \widetilde{\mathrm{\θ}}& \cos \widetilde{\mathrm{\θ}}\end{array}\right]\left[\begin{array}{c}0\\ \mathrm{\Φ}\end{array}\right]-\mathrm{B\ω}-{\mathrm{\τ}}_{\mathrm{Load}}$

其中 $\frac{\mathrm{d\ω}}{\mathrm{dt}}=\mathrm{\θ},\frac{d\widehat{\mathrm{\θ}}}{\mathrm{dt}}=\widehat{\mathrm{\ω}}$ 方程(2)

我们考虑参数估计中只使用电气子系统的情况，因为机械子系统在参数估计上太慢。注意，原理上，我们使用标准的估计推理，就能够从方程1中找到未知量(位置和电气参数)：测量电气量(电压和电流)，处理信号以获得导数的良好的逼近(如利用静态滤波器或者其它的有限带宽微分法)，并估计未知参数(如利用最小二乘法)。主要问题是我们需要持续的激励，也就是信号应该有足够的变化(在正常运行时)以便能够进行估计。但是，这个条件实际上一般是不满足的，并且，我们对使能够估计的电压和电流的调节感兴趣，同时保持高能量效率运行。接下来的问题是输入设计问题，也就是我们应该选择什么作为ν_d(t)和ν_q(t)，以便能从给出的方程中可靠地估计出位置 和电参数R，L_Σ，L_Δ。这种“注入”应该不影响在低频(DC)时出现的能量转换。

本发明的实施例以如下形式，在存在的电机控制命令中叠一个电压信号： $\left[\begin{array}{c}{V}_d^i\\ V_q^i\end{array}\right]=\left[\begin{array}{cc}{V}_d& \cos \left({\mathrm{\ω}}_{i}t\right)\\ V_d& \sin \left({\mathrm{\ω}}_{i}t\right)\end{array}\right].$ 优选实施例使用叠加的电压信号为 $\left[\begin{array}{c}{V}_d^i\\ V_q^i\end{array}\right]=\left[\begin{array}{cc}{V}_d& \cos \left({\mathrm{\ω}}_{i}t\right)\\ 0& \end{array}\right],$ 也就是V_d sin(ω_it)＝0。注意到在没有位置误差( $\widetilde{\mathrm{\θ}}=0$ )的情况下，产生转矩的电流没有变化( $i_q^i=0$ )。实际上，注入的频率ω_i是在800-850Hz的数量级。注意到超过一般电梯驱动的运行范围，方程(1)的最后一项，即反电动势一项，在注入频率ω_i时可以忽略。从方程(1)，在注入频率处的电流满足以下的方程：

$\left[\begin{array}{c}{I}_d^i\\ I_q^i\end{array}\right]=\frac{1}{(L_{\mathrm{\Σ}}^2-L_{\mathrm{\Δ}}^2)({\widehat{\mathrm{\ω}}}^2-{\mathrm{\ω}}_i^2)+4L_{\mathrm{\Δ}}^2\widetilde{\mathrm{\ω}}(\widehat{\mathrm{\ω}}-\widetilde{\mathrm{\ω}})+R^2+2j{\mathrm{\ω}}_i{L}_{\mathrm{\Σ}}R}\left[\begin{array}{cc}{L}_{11}& L_{12}\\ L_{21}& L_{22}\end{array}\right]\left[\begin{array}{c}{V}_d^i\\ V_q^i\end{array}\right]$

                       方程(3)

其中矩阵复数如下：

$L_{11}=j{\mathrm{\ω}}_i\left(L_{\mathrm{\Σ}}{-L}_{\mathrm{\Δ}}\cos 2\widetilde{\mathrm{\θ}}\right)-\widehat{\mathrm{\ω}}{L}_{\mathrm{\Δ}}\sin 2\widetilde{\mathrm{\θ}}+2\widetilde{\mathrm{\ω}}{L}_{\mathrm{\Δ}}\sin 2\widetilde{\mathrm{\θ}}+R$

$L_{12}={\mathrm{j\ω}}_i{L}_{\mathrm{\Δ}}\sin 2\widetilde{\mathrm{\θ}}+\widehat{\mathrm{\ω}}(L_{\mathrm{\Σ}}-L_{\mathrm{\Δ}}\cos 2\widetilde{\mathrm{\θ}})+2\widetilde{\mathrm{\ω}}{L}_{\mathrm{\Δ}}\cos 2\widetilde{\mathrm{\θ}}$

$L_{21}={\mathrm{j\ω}}_i{L}_{\mathrm{\Δ}}\sin 2\widetilde{\mathrm{\θ}}+\widehat{\mathrm{\ω}}(L_{\mathrm{\Σ}}-L_{\mathrm{\Δ}}\cos 2\widetilde{\mathrm{\θ}})+2\widetilde{\mathrm{\ω}}{L}_{\mathrm{\Δ}}\cos 2\widetilde{\mathrm{\θ}}$

$L_{22}={\mathrm{j\ω}}_i(L_{\mathrm{\Σ}}+L_{\mathrm{\Δ}}\cos 2\widetilde{\mathrm{\θ}})+\widehat{\mathrm{\ω}}{L}_{\mathrm{\Δ}}\sin 2\widetilde{\mathrm{\θ}}-2\widetilde{\mathrm{\ω}}{L}_{\mathrm{\Δ}}\sin 2\widetilde{\mathrm{\θ}}+R$

在估计方案中，可以从L₂₁项中推出位置误差。对L₂₁虚部的计算能使在高速运行区域速度关系曲线的影响最小。注意，电阻实际上对增大分母的相位有重要影响，可能使估计具有挑战性。但是，可以选择注入的频率，以使涉及ω_i的项在所有表达式中占主要地位。更进一步，可以计算希望运行点的典型延迟，并且随后再补偿。在我们的试验中，使用足够高的注入频率( ${\mathrm{\ω}}_i/{\mathrm{\ω}}_{\mathrm{rated}}\≅20$ )以改善信噪比。

注意到当电压前馈信号被注入到d轴(d＝直轴或磁轴)时，于是在注入信号频率处的d轴信号相位和q轴(q＝交轴或转矩轴)信号值可以通过电流调节器中的反馈电流来改变。为防止注入信号的失真，在注入前馈电压之前使用足够带宽的陷波滤波器。还注意到估计框架中的q轴反馈电流包含了在注入频率处的位置误差信息。一种使这种误差趋于零的有效方法是使用观测器。

参孝图1，所示的观测器控制器10具有一个输入 $\mathrm{\α}\widetilde{\mathrm{\θ}}(\widetilde{\mathrm{\θ}}=\mathrm{\θ}-\widehat{\mathrm{\θ}}),$ 为位置误差。输入

由放大器12放大，并分别通过积分器14和放大器16。放大器16和积分器14的输出在18上合成。输出18通过积分器20，并在通过积分器24之前与放大器16的输出在22上合成。积分器24的输出是位置估计值

而频率估计值 从积分器20的输出得到。观测器代替了现有技术中的编码器。观测器改变了位置估计

使得位置误差信号在它的输入上趋于零，也就是估计的转子位置趋于接近实际的转子位置。观测器估计(观测)电机轴的位置和速度以及在电梯电机的需求和由电力电子提供的需求之间失配转矩量。按照现在的情况，该观测器不同于为相同目的设计的其它观测器。对K_p、K_I和β的选取使特征多项式s³+βs²+K_ps+K_i满足动态要求。K_p是系统的比例常数，而K_I是系统的积分常数。在此情况下，使用了磁极定位方法，我们选择所有以20rad/sec放置的磁极。无传感器控制算法初始化所需的信息最初可从单独的初始位置检测算法获得的，例如，在专利号为5,608,300(Kawabata等)的美国专利或专利号为5,952,810(Yamada等)的美国专利中描述了一种算法，也就是，在每当电梯提升刹车之前执行。

参考图2，示出本发明无编码器驱动的实施例的控制电路30。永磁同步电机32由PWM(脉宽调制)转换器34的输出来控制。电机32输出一个实际的位置θ和实际的转速ω。电流传感器36、38、40感知PWM转换器24的输出，并且它们的输出一般是在3/2变换块42中由软件来转换的，在3/2转换块中测量信号在静止框架中由3相转换成2相。这2相信号乘以静止的同步变换矩阵，以同步框架转换块44。观测器控制器10的输出

被输入到该变换矩阵中。在求和节点46，从参考电流I_ref ^d减去块44输出的d轴反馈电流 其结果通过d轴电流调整器58和滤掉ω_i的陷波滤波器60。在求和节点62，陷波滤波器60的输出注入一个注入电压V_dcos(ω_it)，然后进入同步到静止框架变换块64，在那里变换该信号以便被PWM转换器34理解。

在求和节点50，从参考频率ω_ref减去观测器控制器10输出的频率估计 将输出发送给比例积分控制器52。在求和节点48，从比例积分控制器52的输出减去块44输出的q轴反馈电流 然后进入q轴电流调节器54。调节器54的输出通过滤掉ω_i的陷波滤波器56。陷波滤波器56的输出进入静止框架变换块64，在那里变换该信号以便被PWM转换器34理解。

与被注入信号V_dcos(ω_it)相差90度相位的解调信号sin(ω_it)在节点66与q轴反馈电流

合成，然后通过低通滤波器68。从低通滤波器68输出的信号是输入到观测器10的信号

参考图3，利用本发明获得的速度估计与我们想跟踪的参考速度相比较。利用本发明获得的速度估计与使用编码器的速度估计几乎相同。

检查图1和图2的电路，我们注意到位置θ的变化比电气参数(基于负载的电感)的变化快很多。于是，导致多级估计过程，其中，机械参数，即位置是在最快块中估计的，而电气参数(和可能是速度)则以较低的速率来估计。还注意到电气参数的估计(在已知位置的条件下)是一个线性问题。附加的实施例包括(1)时变的ω_i，可能具有噪声衰减的随机分量，(2)以多于一个的频率ω_i进行注入，以改善估计问题的条件，以及(3)在两个轴上(即 $V_q^i\≠0$ )都注入以改善估计问题的条件。注意到我们使用了稳态关系来建立电气子系统模型，所以，对于几个循环(如10个)的ω_i，注入频率ω_i必须保持接近于固定值。

注入信号的目的是扩展被注入信号的频谱，使得它不是纯频率，而是更象噪声，所以对顾客和/或用户干扰较少。在图2中，时变信号，如任选的ω_i0+sin(ωt)代替了所有的ω_i的情况。该频率的第一直流(dc)项频率是常值，而正弦部分是缓慢变化的信号。这具有使被注入信号听起来象噪声而不是谐波的效果。

参考图4A-4B，在求和节点62可选地注入两个频率V_d1cos(ω_i1t)+V_d2cos(ω_i2t)。这需要改变反馈回路，在反馈回路中，分别将解调信号sin(ω_i1t)和sin(ω_i2t)在节点72和74单独与q轴反馈电流 合成，然后通过低通滤波器68。附加的频率可以相似的方式来注入。

参考图5A-5B，在两个轴上注入信号以改善在LPF之后获得的信号的信噪比，并用于估计电机的所有感应分量。在方程(3)中描述了感应分量L₁₁、L₁₂、L₂₁和L₂₂。L₁₂、L₂₁能产生驱动控制器观测器10需要的误差信号，而L₁₁、L₂₂能确定d轴和q轴的电感量。这些(L₁₁和L₂₂)电感量还可用于设计电流调节器和用于确定无传感器运行估计的品质。除了在求和节点62给d轴注入电压V_dcos(ω_idt)外，还在求和节点76给q轴注入一个附加的注入电压V_qsin(ω_iqt)。这两个注入的频率可以相同也可以不同。

在图5B中表示了反馈回路中的必需的变化。处理两个轴电流I_d和I_q。解调的信号sin(ω_idt)、cos(ω_iqt)分别在节点78与q轴反馈电流 合成，在节点80与d轴反馈电流

合成，然后加到到求和节点86,再通过低通滤波器68。另外，解调信号sin(ω_idt)、cos(ω_iqt)分别在节点82与q轴反馈电流 合成，在节点84与d轴反馈电流 合成，然后在和节点88中被减掉，再用来在块90中确定L_Δ。L_Δ的确定提供关于本发明的方法是否仍然能可靠使用的信息。这是优选的，因为电机带有负载，转子铁芯饱和，并且L_Δ接近于为零，这对估计的品质是没有好处的。因此对L_Δ的监视可确定本发明的方法可靠使用的程度。

我们相信以下的特点是唯一的：(1)估计的多级属性(快速循环中的位置、慢速循环时的电气参数)，(2)电气参数可用于主驱动控制器，还可用于估计器本身，因为减少了对运行中机械参数变化的依赖，(3)多于一种频率的注入，(4)注入时变频率，可选择随机分量，以及(5)在两个轴上注入不同的信号，可选择具有不同频率的信号。

注意到，与现有技术不同，被注入滤波器的滤波出现在陷波滤波器56、60中，而不是在反馈回路中。这是一个很重要的不同，在具有一些接近注入频率的光谱内容的命令信号情况下，这是一点重要的差别。这样的信号分量，即潜在退化估计处理的信号分量，由陷波滤波器来消除。

虽然参考特定的优选实施例和附图对本发明进行了说明，但是，本领域的普通技术人员应该理解本发明并不局限于这些优选实施例，在不偏离本发明的权利要求书所定义的范围，可以对其做各种修改等等。

Claims (24)

1.一种判定永磁同步电机速度和位置的设备，包括：

d轴电流装置，向所述电机提供d轴电流；

所述d轴电流装置包括一个d轴电流反馈回路：

q轴电流装置，向所述电机提供q轴电流；

所述q轴电流装置包括一个q轴电流反馈回路：

向所述d轴电流装置注入第一信号的装置；

位置估计装置，用于测量对所述注入的第一信号响应的反馈电流，以确定所述电机的估计位置；以及

速度估计装置，用于测量对所述注入的第一信号响应的反馈电流，以确定所述电机的估计速度。

2.依据权利要求1的设备，还包括：

传感装置，用于感知控制所述电机的3相控制信号中的电流；

第一变换装置，用于将所述被感知的电流变换为2相静止框架信号；

第二变换装置，用于将所述静止框架的信号变换为同步框架信号；以及

观测器控制器，用于从所述q轴电流反馈回路接收输入，并向第二变换装置提供位置估计。

3.依据权利要求1的设备，还包括观测器控制器，用于从所述q轴电流反馈回路接收输入，并向q轴电流装置提供速度估计。

4.依据权利要求3的设备，还包括：

传感装置，用于感知控制所述电机的3相控制信号中的电流；

第一变换装置，用于将所述被感知的电流变换为2相静止框架信号；

第二变换装置，用于将所述静止框架信号变换为同步框架信号；并且

所述观测器控制器向第二变换装置提供位置估计。

5.依据权利要求4的设备，还包括第一解调装置，其中，从所述q轴电流反馈回路到所述观测器控制器的所述输入，在进入所述观测器控制器之前使用第二信号进行解调，所述第二信号与所述第一信号相差90度相位。

6.依据权利要求5的设备，其中从所述q轴电流反馈回路到所述观测器控制器的所述被解调的输入，在进入所述观测器控制器之前先通过低通滤波器。

7.依据权利要求5的设备，其中所述d轴电流装置包括在所述第一信号的频率处的第一陷波滤波器，所述q轴电流装置包括在所述第一信号的所述频率处的第二陷波滤波器，其中所述第一陷波滤波器放置在所述d轴电流反馈回路的外部，而所述第二陷波滤波器放置在所述q轴电流反馈回路的外部。

8.依据权利要求5的设备，其中所述第一信号具有时变频率。

9.依据权利要求5的设备，还包括：

用于向所述d轴电流装置注入第三信号的装置；

第二解调装置，使用第四信号解调所述q轴电流反馈回路；以及

求和装置，用于对从所述第一和第二解调装置的输出求和，并将所述求和装置的输出发送给所述观测器控制器。

10.依据权利要求5的设备，还包括：

用于向所述q轴电流装置注入第三信号的装置；

第二解调装置，使用第四信号解调所述d轴电流反馈回路；以及

求和装置，用于对所述第一和第二解调装置的输出求和，并将所述求和装置的输出发送给所述观测器控制器。

11.依据权利要求10的设备，还包括：

第三解调装置，使用所述第四信号解调所述q轴电流反馈回路；

第四解调装置，使用所述第二信号解调所述d轴电流反馈回路；

第二求和装置，用于从所述第三解调装置的输出中减去所述第四解调装置的输出，以及

装置，响应所述第二求和装置的输出，为所述d轴电流装置和q轴电流装置确定微分电感值。

12.依据权利要求4的设备，其中

所述观测器控制器接收所述输入，并在第一、第二和第三支路中处理所述输入；

所述第一支路的第一部分将所述输入信号放大第一常数倍；

所述第二支路利用第二常数积分所述输入信号；

所述第二支路的输出和所述第一部分的输出在所述第一支路的第二部分中被合成为第一合成信号；

所述第一合成信号被积分以产生积分的第一合成信号，其中从所述积分的第一合成信号中进行所述速度估计；

所述第三支路将所述输入信号放大第三常数倍；

在所述第一支路的第三部分中，将所述第三支路的输出和所述积分的第一合成信号合成以产生第二合成信号；以及

所述第二合成信号被积分以产生所述位置估计。

13.一种用于确定永磁同步电机速度和位置的方法，包括步骤：

向所述电机提供d轴电流，包括提供d轴电流反馈回路；

向所述电机提供q轴电流，包括提供q轴电流反馈回路；

在d轴电流反馈回路之外，向所述的d轴电流注入第一信号；

测量对所述注入的第一信号响应的反馈电流，以确定所述电机的估计位置；以及

测量对所述注入的第一信号的反馈电流，以确定所述电机的估计速度。

14.依据权利要求13的方法，还包括步骤：

感知在控制所述电机的3相控制信号中的电流；

将所感知的电流变换成2相静止框架信号；

将所述的静止框架信号变换成同步框架信号；以及

从所述q轴电流反馈回路接收输入，并提供位置估计，该位置估计用在将所述静止框架信号变换成同步框架信号的步骤中。

15.依据权利要求13的方法，还包括步骤：

从所述q轴电流反馈回路接收输入；

根据从所述q轴电流反馈回路来的所述输入提供速度估计；

对所述速度估计和用于提供q轴电流步骤中的参考频率进行合成。

16.依据权利要求15的方法，还包括步骤：

感知在控制所述电机的3相控制信号中的电流；

将被感知的电流变换成2相静止框架信号；

将所述的静止框架信号变换成同步框架信号；以及

根据从所述q轴电流反馈回路的输入，提供位置估计，该位置估计用于将所述静止框架信号变换成同步框架信号的步骤中。

17.依据权利要求16的方法，还包括步骤：在使用从所述q轴电流反馈回路来的所述输入之前，使用第二信号来解调q轴反馈电流，以确定所述速度估计和所述位置估计，所述第二信号与所述第一信号相差90度相位。

18.依据权利要求17的方法，还包括步骤：在使用从所述q轴电流反馈回路来的所述输入之前，将所述被解调的q轴反馈电流通过低通滤波器，以确定所述速度估计和所述位置估计。

19.依据权利要求17的方法，其中所述提供d轴电流的步骤包括滤掉所述第一信号的频率的步骤，而提供q轴电流的所述步骤包括滤掉所述第一信号的所述频率，其中，滤掉所述第一信号的频率的步骤是在所述d轴电流反馈回路和q轴电流反馈回路之外实现的。

20.依据权利要求17的方法，其中所述第一信号具有时变频率。

21.依据权利要求17的方法，还包括步骤：

向所述d轴电流注入第三信号；

使用第四信号来解调所述q轴电流反馈回路；

对使用所述第二和第四信号解调步骤来的输出求和；以及

向所述观测器控制器发送所述求和步骤的输出。

22.依据权利要求17的方法，还包括步骤：

向所述q轴电流注入第三信号；

使用第四信号解调所述d轴电流反馈回路；

对使用所述第二和第四信号解调步骤来的输出求和；以及

向所述观测器控制器发送所述求和步骤的输出。

23.依据权利要求22的方法，还包括：

使用所述第四信号来解调所述q轴电流反馈回路；

使用所述第二信号来解调所述d轴电流反馈回路；

从使用所述第四信号解调步骤的输出中减掉使用所述第二信号解调步骤的输出；以及

根据前述的步骤，确定所述d轴电流和所述q轴电流的差值电感值。

24.依据权利要求17的方法，其中提供所述速度估计和所述位置估计的所述步骤包括：

接收所述输入并在第一、第二和第三支路中处理所述输入；

在所述第一支路的第一部分中，将所述输入信号放大第一常数倍；

在所述第二支路中，利用第二常数来积分所述输入信号；

在所述第一支路的第二部分中，将所述第二支路的输出和所述第一部分的输出合成为第一合成信号；

将所述第一合成信号积分以产生积分的第一合成信号，其中，从所述积分的第一合成信号中做所述速度估计；

在所述第三支路将所述输入放大第三常数倍；

在所述第一支路的第三部分将所述第三支路的输出与所述积分的第一合成信号合成，以产生第二合成信号；以及

将所述第二合成的信号积分以产生所述的位置估计。

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