FI116430B - Synchronous machine procedure - Google Patents
Synchronous machine procedure Download PDFInfo
- Publication number
- FI116430B FI116430B FI20031359A FI20031359A FI116430B FI 116430 B FI116430 B FI 116430B FI 20031359 A FI20031359 A FI 20031359A FI 20031359 A FI20031359 A FI 20031359A FI 116430 B FI116430 B FI 116430B
- Authority
- FI
- Finland
- Prior art keywords
- stator
- injection
- torque
- value
- inductance
- Prior art date
Links
Landscapes
- Control Of Ac Motors In General (AREA)
Description
1 U:.;hj1 U:.; Hj
Menetelmä tahtikoneen yhteydessäMethod in conjunction with a synchronous machine
Keksinnön tausta Tämän keksinnön kohteena on patenttivaatimuksen 1 johdanto-osan mukainen menetelmä tahtikoneen yhteydessä.BACKGROUND OF THE INVENTION The present invention relates to a method according to the preamble of claim 1 in connection with a synchronous machine.
5 Tahtikoneita, kuten muitakin pyöriviä sähkökoneita, ohjataan käyttö kohteesta riippuen mahdollisimman tarkasti ja luotettavasti. Aikaisemmin on ollut tunnettua toteuttaa tahtikoneen ohjaaminen perustuen suoraan takaisinkyt-kentään tahtikoneen roottorin akselilta. Takaisinkytkennän toteuttaminen vaatii kuitenkin mekaanisen anturin johdotuksineen. Mekaaninen anturi on tällaisen 10 moottorikäytön kriittinen osa, jolloin anturin rikkoontuminen tarkoittaa väistämättä käytön pysäyttämistä ja uuden anturin asentamista. Kustannusmielessä paras ratkaisu sähkömoottorikäyttöön onkin anturiton järjestelmä.5 As with other rotating electrical machines, synchronous machines are controlled as accurately and reliably as possible depending on the application. In the past, it has been known to implement control of a synchronous machine based directly on a feedback field from the rotor axis of the synchronous machine. However, the implementation of the feedback requires a mechanical sensor with wiring. A mechanical sensor is a critical part of such 10 motor drives, where sensor failure necessarily means stopping operation and installing a new sensor. In terms of cost, the best solution for electric motor use is a sensorless system.
Tyypilliset nykyaikaiset moottorinohjausmenetelmät perustuvat koneen matemaattiseen mallintamiseen. Tällaisen mallin, ja siitä saatavien suu-15 reiden perusteella on mahdollista määrittää myös roottorin asentokulma ja kulmanopeus, jolloin koneen ohjaus voidaan toteuttaa ilman suoraa takaisin-kytkentää. Tällaisissa anturittomissa järjestelmissä yhdeksi ongelmaksi muodostuu staattorikäämivuon tarkka estimoiminen. Staattorikäämivuo on sähkökoneen sisäinen suure, jonka arvolla on erityistä merkitystä vektorisäätöön tai : 20 suoraan vääntömomentin säätöön perustuvissa menetelmissä.Typical modern engine control methods are based on mathematical modeling of the machine. Based on such a model and the resulting mouths, it is also possible to determine the rotor position angle and angular velocity, whereby the control of the machine can be implemented without direct feedback. One problem in such sensorless systems is the accurate estimation of the stator winding flux. The stator winding flux is an internal quantity of an electrical machine, the value of which is of particular importance in methods based on vector control or direct torque control.
·; ·/; Staattorikäämivuon suunnan ja suuruuden estimoiminen on ongel- mallista erityisesti pienillä nopeuksilla johtuen mahdollisesti virheellisistä moot-torimallin parametreista. Staattorikäämivuota estimoidaan tyypillisesti staattori- • · ;. t jännitteen ja resistiivisen jännitehäviön aikaintegraalina • · 25 ^s = iUs-4£s)d' + ^s0- (1) • f : missä us on staattorin jännite, Rs on staattorin resistanssiestimaatti, is on ' · · · * staattorivirta ja ψ on staattorikäämivuon alkuarvo. Pienellä nopeudella staat- 30 torijännite us ja resistiivinen häviö Rsis ovat samaa suuruusluokkaa, ja virhe resistanssiestimaatissa Rs johtaa väärään staattorikäämivuoestimaattiin. Vek- » ·:·· torisäädön tapauksessa tämä voi johtaa stabiilisuusongelmiin, tai mitatun vir- ...·: ran ja estimoidun staattorikäämivuon perusteella laskettavan vääntömoment- tiestimaatin suureen virheeseen.·; · /; Estimating the direction and magnitude of the stator winding flux is problematic, especially at low speeds due to possibly incorrect engine model parameters. The stator winding flux is typically estimated by the stator • ·; t as a time integral of voltage and resistive voltage loss • · 25 ^ s = iUs-4 £ s) d '+ ^ s0- (1) • f: where us is the stator voltage, Rs is the stator resistance estimate, is is the stator current and ψ is the initial value of the stator winding flux. At low speed, the stator voltage and the resistive loss R ss are of the same magnitude, and the error in the resistance estimate Rs results in an incorrect stator winding estimate. This can lead to stability problems, or to a large error in the torque estimate calculated from the measured current and the stator winding flux.
1 1 i : Ο ϋ 21 1 i: Ο ϋ 2
Julkaisussa WO 9949564 on esitetty eräs menetelmä staattorivuon estimaatin keskipisteen korjaamiseksi. Julkaisun menetelmä perustuu staattorivuon ja staattorivirran pistetuloon, ja tämän menetelmän epäkohtana voidaan pitää menetelmään kuuluvasta alipäästösuodatuksesta aiheutuvaa hitautta eri-5 tyisesti momenttiaskelten yhteydessä. Lisäksi julkaisun menetelmä ei sovellu käytettäväksi nollanopeudella tai pienellä nopeudella, sillä vuo ja virrat ovat silloin lähes tasakomponentteja, jolloin virta- ja staattorivuovektorit eivät muodosta ympyrää, jonka keskipistettä menetelmän mukaisesti voitaisiin korjata.WO 9949564 discloses a method for correcting the center of a stator flux estimate. The method of the publication is based on the stator flux and the stator current dot product, and the disadvantage of this method can be considered to be the slowness caused by the low pass filtering of the method, especially in the case of torque steps. In addition, the method of publication is not suitable for use at zero speed or low speed, since the flow and currents are then nearly equilibrium, so that the current and stator flow vectors do not form a circle whose center can be corrected according to the method.
Eräs tapa roottorin asentokulman määrittämiseen on signaali-10 injektio, jolla tarkoitetaan erillisen signaalin lisäämistä johonkin koneeseen syötettävistä alkuperäisistä signaaleista. Signaali voidaan injektoida esimerkiksi koneeseen syötettäviin vaihejännitteisiin tai koneen vaihevirtoihin. Signaali-injektion avulla pyritään parantamaan asentoanturitonta säätöä vaikuttamalla moottorin käyttäytymiseen siten, että roottorikulman estimointi helpottuu.One way to determine the rotor position angle is to inject a signal 10, which means adding a separate signal from one of the original signals fed to the machine. The signal can be injected, for example, into phase voltages or phase currents supplied to the machine. Signal injection aims to improve positionless sensor control by influencing motor behavior to facilitate rotor angle estimation.
15 Koneen säätömenetelmä asettaa kuitenkin rajoituksensa signaali- injektiolle. Käytettäessä vektorisäätöä signaali-injektio toteutetaan yleensä injektoimalla signaali joko koneen vaihevirtoihin tai -jännitteisiin. Tämä ratkaisu ei kuitenkaan ole käyttökelpoinen suoraa vääntömomentin säätöä hyödyntävien menetelmien yhteydessä.15 However, the machine control method has its limitations for signal injection. When vector control is used, signal injection is generally accomplished by injecting the signal into either phase currents or voltages of the machine. However, this solution is not applicable in the case of methods using direct torque control.
20 Keksinnön lyhyt selostus : Tämän keksinnön tarkoituksena on aikaansaada menetelmä, jokaBRIEF DESCRIPTION OF THE INVENTION It is an object of the present invention to provide a process which
• « · I• «· I
:w välttää edellä mainitut epäkohdat, ja mahdollistaa tahtikoneen roottorikulman ja * * *t: kulmanopeuden määrittämisen yksinkertaisella ja luotettavalla tavalla. Tämä * · .. . tarkoitus saavutetaan keksinnön mukaisella menetelmällä, jolle on tunnus- 25 omaista se, mitä on sanottu itsenäisen patenttivaatimuksen 1 tunnusmerk- # » ’···' kiosassa.: w avoids the above disadvantages, and allows you to determine the rotor angle and * * * t: angular velocity of a synchronous machine in a simple and reliable manner. This * · ... the object is achieved by a method according to the invention which is characterized in what is stated in the characterizing part of the independent claim 1.
Suorassa vääntömomentin säädössä vaihtosuuntaajan lähtöjännit-i teet valitaan tunnetulla tavalla käyttäen kytkentätaulukkoa. Kytkentätaulukon tulosuureena ovat vuo- ja vääntömomenttiohjeet. Keksinnön mukaisessa me-30 netelmässä näihin ohjeisiin lisätään injektiosignaalit, joiden käyttäytymistä avonapaisessa koneessa määritetään staattorivirrasta ja staattorivuosta. Staat-In direct torque control, the inverter output voltages are selected in a known manner using a switching table. The resultant of the connection table is the flow and torque instructions. In the method of the invention, injection instructions are added to these instructions, the behavior of which in an open pole machine is determined by stator current and stator flux. static
1 I1 I
'! ‘ torivirran ja staattorivuon injektiotaajuisesta vasteesta voidaan edelleen määrit- ’: ‘ ‘: tää koneen roottorin todellisen asentokulman ja estimoidun asentokulman vä- ’ ’ ‘: listä eroa, ja toteuttaa sellainen säätöpiiri, joka korjaa tämän eron kaikilla kul- 35 manopeuksilla.'! Further, the difference between the actual torque current and the stator flux injection frequency response can be determined by:: providing a difference between the actual rotor position of the machine and the estimated position angle, and implementing a control circuit that corrects this difference at all angular velocities.
116430 3116430 3
Keksinnön mukaisella menetelmällä saadaan luotettavasti ja yksinkertaisesti korjattua roottorin asentokulman estimaatti, jolloin itse tahtikoneen säätäminen voidaan toteuttaa käyttäen suoraan vääntömomentin säätöön perustuvaa menetelmää ilman alhaisiin nopeuksiin liittyviä ongelmia.The method of the invention reliably and simply corrects the estimate of the rotor position angle, whereby the adjustment of the synchronous machine itself can be achieved using a method based directly on torque control without the problems of low speeds.
5 Kuvioiden lyhyt selostus5 Brief Description of the Drawings
Keksintöä selostetaan nyt lähemmin edullisten suoritusmuotojen yhteydessä, viitaten oheisiin piirroksiin, joista:The invention will now be further described in connection with preferred embodiments, with reference to the accompanying drawings, in which:
Kuvio 1 esittää kolmioaaltomaisia injektiosignaaleita;Figure 1 shows triangular injection signals;
Kuvio 2 esittää injektion aikaisia mittaushetkiä yhden jakson aikana; 10 Kuvio 3 esittää injektiokulman muodostumista;Figure 2 shows the measurement times during injection over one period; Figure 3 shows the formation of the injection angle;
Kuvio 4 esittää injektiosignaalien aiheuttama muutosta staattorivir-taan ja -vuohon;Figure 4 shows the change in stator current and flux caused by injection signals;
Kuvio 5 esittää induktanssimallissa käytettyä injektiokulmaa;Figure 5 shows the injection angle used in the inductance model;
Kuvio 6 esittää induktanssimallia; 15 Kuvio 7 esittää mitattujen induktanssien sovittamista induktanssi- malliin;Figure 6 shows an inductance model; Figure 7 shows the fit of the measured inductances to an inductance model;
Kuvio 8 esittää amplitudimoduloituja injektiosignaaleita;Figure 8 shows amplitude modulated injection signals;
Kuvio 9 esittää signaali-injektiota soveltavan menetelmän lohkokaaviota; ja :* *': 20 Kuvio 10 esittää signaali-injektion vuokaaviota.Fig. 9 is a block diagram of a method employing signal injection; and: * * ': FIG. 10 shows a signal injection flow diagram.
• * il· “*t Keksinnön yksityiskohtainen selostusDetailed Description of the Invention
| I| I
* *. Keksinnön mukainen menetelmä perustuu suoraan momentinsää- töön, jossa sähkökoneen ohjaaminen toteutetaan sinänsä tunnetulla tavalla : ·’ käyttäen hyödyksi niin kutsuttu optimikytkentätaulukkoa. Tämä taulukon perus- II· 25 teella valitaan kulloinkin käytettävä kytkentävektori S*, eli vaihtosuuntaajan lähdön kytkinkombinaatio. Kuviossa 9 on esitetty keksinnön mukainen mene-j t:’ j telmä yhdistettynä koko säätöjärjestelmään. Tässä järjestelmässä kytkentävek- tori S* muodostetaan käyttäen lähtötietoina staattorivirtavektoria iss, staattori- jännitevektoria uss, kulmanopeusestimaattia <vr, sekä vääntömomentin ja kää-*.’t 30 mivuon ohjearvoja ^ref, Tref, joihin ohjearvoihin lisätään keksinnön mukaisessa t · • , menetelmässä injektiosignaalit edempänä esitettävällä tavalla. Näiden lähtötie tojen avulla suoraan vääntömomenttisäätöön perustuvissa järjestelmissä lo-‘ : giikkapiiri 91 määrittää siis kytkentävektorin S* ja staattorivuovektorin estimaa tin . Kytkentävektori S* toteutetaan edelleen vaihtosuuntaajalla 92, joka oh- 116430 4 jaa järjestelmään kytkettyä moottoria 93. Vääntömomentin ohjearvo Tref saadaan kuvion 9 suoritusmuodossa nopeussäätäjältä 911, joka saa sisääntulonaan kulmanopeusohjeen <yref ja estimoidun kulmanopeuden tbm erotuksen, eli kulmanopeuden virheen.* *. The method according to the invention is based directly on the torque control, in which the control of the electrical machine is carried out in a manner known per se: · 'utilizing the so-called optimum switching table. This basic II · 25 table selects the switching vector S * to be used at any given time, that is, the inverter output switch combination. Figure 9 illustrates a process according to the invention in combination with the entire control system. In this system, the coupling vector S * is generated using the stator current vector iss, the stator voltage vector uss, the angular velocity estimate <vr, and the torque and roll - *. ' as described below. With these output data, in systems based directly on torque control, the logic circuit 91 thus determines the estimator of the coupling vector S * and the stator flux vector. The switching vector S * is further implemented by inverter 92 which controls the motor 93. connected to the system. In the embodiment of FIG. 9, the torque reference Tref is obtained from the speed controller 911, which inputs the difference
5 Käytettäessä koneen ohjaustapana suoraa momenttisäätöä voidaan signaali-injektio toteuttaa vektorisäätömenetelmästä poikkeavasti. Keksinnön menetelmän mukaisesti muodostetaan vääntömomentti-injektiosignaali 7inj ja lisätään tämä injektiosignaali vääntömomentin ohjearvoon Tref vääntömomentin ohjausarvon aikaansaamiseksi Tcnt. Edelleen keksinnön mukaisesti muodoste-10 taan käämivuoinjektiosignaali ^inj ja lisätään tämä signaali käämivuon ohjearvoon ^ref käämivuon ohjausarvon ψοη[ aikaansaamiseksi.5 When direct torque control is used as a machine control method, the signal injection may be performed in a manner different from the vector control method. According to the method of the invention, a torque injection signal 7inj is generated and this injection signal is added to the torque reference Tref to provide a torque control value Tcnt. Further, in accordance with the invention, a winding injection signal ^ inj is generated and this signal is added to the winding flow reference value ref ref to obtain a winding flow control value ψοη [.
Suorassa momenttisäädössä koneen ohjaus toteutetaan vuo- ja momenttiohjeilla ^ref, Tref jotka säätöjärjestelmä pyrkii toteuttamaan sopivat jännitevektorit valitsemalla. Koska koneen ottama virta ja jännite vaihtelevat 15 ohjearvoja seuraten, on injektiosignaalit mahdollista lisätä suoraan ohjearvoihin, jolloin koneen säätöjärjestelmä pyrkii seuraamaan alkuperäisten ohjeiden lisäksi myös ohjeisiin lisättyjä injektiosignaaleja. Tällöin koneen ottama virta ja jännite muuttuvat injektiosignaaleilla lisättyjä ohjearvoja, eli ohjausarvoja ^cnt,In direct torque control, the control of the machine is accomplished by the flow and torque instructions ^ ref, Tref, which the control system seeks to implement by selecting appropriate voltage vectors. Because the current and voltage drawn by the machine vary according to the setpoint values, it is possible to add the injection signals directly to the setpoint values, so that the machine control system will try to follow the injection instructions added to the instructions. In this case, the current drawn by the machine and the voltage change with the set values added by the injection signals, i.e. the control values ^ cnt,
Tcnt, seuraten.Tcnt, following.
20 Käytettäessä signaali-injektiomenetelmää on injektoitavan signaalin :t: : muoto tärkeä. Signaalin on oltava sellainen, että säätöjärjestelmä pystyy seu- i raamaan signaalin aiheuttamia muutoksia ohjearvoissa. Tällöin signaalin taa- juus muodostuu tärkeäksi tekijäksi. Jos signaalin taajuus on liian suuri, ei sää-töjärjestelmä pysty toteuttamaan koneen säätöä riittävällä tarkkuudella, jolloin 25 injektiosta saatava hyöty häviää. Näin ollen signaalissa tapahtuvat muutokset on tapahduttava sellaisella taajuudella, että säätöjärjestelmä pystyy toteuttamaan koneen ohjauksen. Tällöin keksinnön mukaisesti edullinen vaihtoehto injektoitavaksi signaaliksi on kolmioaaltosignaali, jonka taajuus on suurempi kuin j : koneen nimellistaajuus, mutta kuitenkin riittävän pieni koneen ohjauksen onnis- :···* 30 tumiseksi. Kuviossa 1 on esitetty koneen vuo- ja momenttiohjeisiin lisättävät kolmioaallon muotoiset injektiosignaalit Αψτβί, ATref. Näiden signaaleiden tuot- taminen on esitetty kuviossa 9 yksinkertaistetusti signaaligeneraattoreiden 94, , 95 muodossa.When using the signal injection method, the shape of the injected signal: t:: is important. The signal shall be such that the control system is capable of monitoring changes in the signal caused by the signal. In this case, the frequency of the signal becomes an important factor. If the frequency of the signal is too high, the control system will not be able to adjust the machine with sufficient accuracy, thus losing the benefit of 25 injections. Therefore, changes in the signal must occur at a frequency such that the control system is capable of controlling the machine. Thus, in accordance with the invention, the preferred alternative to the injectable signal is a triangular wave signal having a frequency greater than the nominal frequency of the machine but still small enough to successfully control the machine: ··· * 30. Figure 1 shows the triangular wave injection signals Αψτβί, ATref to be added to the machine flow and torque instructions. The production of these signals is shown in Figure 9 in simplified form in the form of signal generators 94, 95.
Keksinnön edullisen suoritusmuodon mukaisesti injektiosignaalit “ 35 ovat kolmioaaltoja, sillä kolmioaallon toteuttaminen on yksinkertaista ja säätö järjestelmän on helppo seurata ramppimaisia muutoksia signaalissa. Koska 116430 5 signaali-injektio toteutetaan osaksi säätöjärjestelmää, on kiinnitettävä huomiota tarvittavaan laskennan määrään, jolloin kolmioaaltosignaali on hyvä vaihtoehto.In accordance with a preferred embodiment of the invention, the injection signals 3535 are triangular waves because the implementation of the triangular wave is simple and the control system is easy to follow ramp-like changes in the signal. Since the 116430 5 signal injection is implemented as part of the control system, attention must be paid to the amount of computation required, which makes the triangular wave signal a good choice.
Tässä selityksessä viitataan keksinnön menetelmää kuvaavan kuvi-5 on 10 vuokaavioon ja tämän numerointiin siten, että numerot on sijoitettu sulkeisiin. Keksinnön menetelmän soveltaminen aloitetaan siten, että injektio käynnistetään (101). Tämä voidaan suorittaa samanaikaisesti kun tahtikonetta ohjaus aloitetaan. Injektion käynnistämisen jälkeen siirrytään vaiheeseen, jossa tarkkaillaan jatkuvasti koneen staattorivirran ja staattorivuon suuruutta 10 (102).Throughout this specification, reference is made to Figure 5 of the flowchart illustrating the method of the invention and to the numbering thereof, with the numbers placed in parentheses. Application of the method of the invention is initiated by initiating injection (101). This can be done at the same time as the synchronous machine control is started. Following the initiation of the injection, we proceed to the step of continuously monitoring the stator current and stator flux of the machine 10 (102).
Keksinnön suoritusmuodon mukaisesti koneesta mitataan injektion aikana vuosignaalin huippuarvojen kohdalla virrat (103), joiden avulla roottori-kulman estimaattia lähdetään laskemaan. Vuosignaalin huippuarvo määritetään yksinkertaisesti vertaamalla kahta perättäistä mitattua arvoa, ja näistä ar-15 voista päätellään vuosignaalin huippuarvo.According to an embodiment of the invention, currents (103) are used to measure the rotor angle estimate at the peak of the annual signal from the machine during injection. The peak value of the annual signal is simply determined by comparing two consecutive measured values, and from these values, the peak value of the annual signal is deduced.
Valittaessa injektiosignaaliksi kolmioaalto voidaan signaalin valinnassa vaikuttaa vielä sen taajuuteen sekä huippuarvoon. Vuo- ja momenttioh-jeeseen lisätään kumpaankin erillinen signaali, jolloin molempien signaalien taajuus ja huippuarvo ovat valittavissa. Momenttiin lisättävän signaalin taajuu-20 deksi valitaan puolet vuohon lisättävän signaalin taajuudesta.Selecting a triangular wave as the injection signal can still influence the frequency and the peak value of the signal. In the flow and torque instructions, a separate signal is added to each, whereby the frequency and peak value of both signals are selectable. The frequency-20 index of the signal to be added to the torque is selected at half the frequency of the signal to be added to the flux.
: Toteutettaessa signaali-injektio suoran momenttisäädön avulla ai- : heuttavat ohjearvoihin lisätyt injektiosignaalit muutoksen koneen ottamiin vai- hevirtoihin. Koska kone mallinnetaan avaruusvektorien avulla, mitataan injek-tiosignaalien huippuarvojen kohdalla koneen ottaman virran muutos kompo-25 nenttimuodossa staattorivirrasta. Mitatut virtakomponentit muunnetaan keksin- • · nön mukaisesti staattorikoordinaatistosta roottorikoordinaatistoon, sillä staatto-^koordinaatistossa esitetyt virta- ja vuovektorit muuttuvat sinimuotoisesti ajan funktiona. Näin ollen staattorikoordinaatistossa ajanhetkellä ti mitattu virtavek- • I · tori on eri kulmassa koordinaatiston α-akseliin nähden kuin ajanhetkellä *2 mi-30 tattu virtavektori. Muunnettaessa virtavektori roottorikoordinaatistoon saadaan alkuperäinen sinimuotoinen virtavektori esitettyä vakiosuureena. Roottorikoor-dinaatistoon muunnetussa virrassa näkyy lisäksi injektiosignaalin aiheuttamat , muutokset vakioarvoon lisättynä injektiosignaalin muotoisina.: When performing a signal injection via direct torque control: the injection signals added to the reference values cause a change in the phase currents taken by the machine. Because the machine is modeled using space vectors, the change in current drawn by the machine in the composite form from the stator current is measured at the peak values of the injection signals. According to the invention, the measured current components are converted from the stator coordinate system to the rotor coordinate system, since the current and flux vectors represented in the static coordinate system change sinusoidally as a function of time. Thus, in the stator coordinate system, the current vector measured at time t is • at a different angle to the α-axis of the coordinate system than the current vector measured at time * 2 mi-30. When converting a current vector to a rotor coordinate system, the original sinusoidal current vector can be represented as a constant. In addition, the current converted to the rotor coordinate system shows the changes caused by the injection signal, added to the constant value in the form of an injection signal.
Toinen tarvittava suure roottorikulman estimaattia laskettaessa on :35 staattorin käämivuon estimaatti u/s. Staattorin käämivuo estimaatti voidaan I—s laskea virtojen perusteella kaavan (1) avulla mitatuista virroista ja jännitteistä.Another variable needed to calculate the rotor angle estimate is: 35 stator winding flux estimates u / s. The estimate of the stator winding current can be calculated from the currents and voltages measured by equation (1) in I to s.
66
1164iC1164iC
Koska virta on mitattu keksinnön mukaisesti injektion aikana, näkyvät injek-tiosignaalin aiheuttamat muutokset myös käämivuossa. Käämivuo lasketaan ensin staattorikoordinaatistossa, jonka jälkeen se muunnetaan roottorikoor-dinaatistoon. Tällöin käämivuokin muodostuu vakiomuotoiseksi suureeksi, jos-5 sa on havaittavissa injektion aiheuttamat muutokset.Since the current is measured according to the invention during injection, the changes caused by the injection signal are also visible in the winding flux. The winding flux is first calculated in the stator coordinate system, after which it is converted to the rotor coordinate system. In this case, the coil flow becomes a standard quantity if changes in injection are observed.
Kuviossa 9 on esitetty huippuarvojen määrittäminen ja tallentaminen. Tahtikoneen 93 staattorivirtaa mitataan iss jatkuvasti, ja tämä muunnetaan muunnoselimellä 99 roottorikoordinaatistoon, jolloin saadaan aikaan staattori-virtavektori roottorikoordinaatistossa irs. Samoin staattorikäämivuon estimaatit) tia if/ss määritetään jatkuvasti, ja myös tämä suure siirretään roottorikoordinaatistoon käyttäen muunnoselintä 901, jolloin saadaan aikaan staattorikäämivuon estimaatti roottorikoordinaatistossa ψτ. Tallennuselimellä 902 määritetään vuon huippuarvon hetki, ja tallennetaan kyseisellä hetkellä vuon ja virran arvot (104).Figure 9 shows the determination and recording of peak values. The stator current of the synchronous machine 93 is continuously measured, and this is converted by the transform member 99 into the rotor coordinate system to provide a stator current vector in the rotor coordinate system irs. Likewise, the estimates of the stator winding flux) and if / ss are continuously determined, and this quantity is also transferred to the rotor coordinate system using the transform element 901 to provide an estimate of the stator winding flux in the rotor coordinate system ψτ. The recording element 902 determines the instant of the peak flux and stores the flux and current values at that instant (104).
15 Roottorikoordinaatistoon muunnettujen suureiden avulla on keksin nön mukaisesti mahdollista laskea muutostilan staattori-induktanssi eli transientti-induktanssi eri suunnissa roottorikulmaan nähden. Tällöin on laskettava kahden mitatun pisteen välinen ero, eli virran ja vuon muutos ohjearvosta in-jektiosignaalin huippuarvoon sekä positiiviseen (ohjearvoa kasvatettaessa) että . ; : 20 negatiiviseen (ohjearvoa pienennettäessä) suuntaan. Kuvio 2 esittää mittaus- : .·, pisteet sekä mittauspisteiden väliset muutokset signaaleissa. Kuviossa 2 injek- j*X tiosignaali on tarkoituksenmukaisesti piirretty huomattavan suureksi mittauspis- » * ‘ teiden hahmottamisen parantamiseksi. Keksinnön mukaisesti tallennuselin 902 .. , tallentaa vähintään kaksi arvoa sekä vuon että virran muutoksesta, jolloin muu- * * · :tt; 25 tos voidaan laskea.According to the invention, it is possible to calculate the stator inductance, or transient inductance, of the change state in different directions with respect to the rotor angle, by means of the quantities converted into the rotor coordinate system. In this case, calculate the difference between the two measured points, ie the change in current and flux from the reference to the peak value of the injection signal, both positive (when increasing the reference) and. ; : 20 in the negative (set point reduction) direction. Figure 2 shows the measurement: ·, points, and changes in the signals between the measurement points. In Figure 2, the injection signal is suitably plotted to improve the perception of the measuring points. According to the invention, the recording element 902 .., stores at least two values of both the change in flow and the current, thus changing * * ·; 25 tos can be calculated.
'*··' Laskettaessa muutosta positiiviseen suuntaan, lasketaan sekä vuon että virran muutos pisteiden 1 ja 2 välillä. Vastaavasti negatiiviseen suuntaan'* ··' When calculating the change in positive direction, the change in both flux and current between points 1 and 2 is calculated. Similarly in the negative direction
t It I
,; ; tapahtuvan muutoksen aikaiset muutokset virrassa ja vuossa lasketaan pistei- :, ’ ’: den 3 ja 4 välillä kuvion 2 mukaisesti.,; ; the changes in current and year during the change in the current are calculated between points 3, 4 of FIG. 2.
, v. 30 Muutosvirran ja muutosvuon avulla voidaan laskea induktanssin ar- 1 · vo komponenttimuodossa muutoksen suunnassa. Vaihevirtojen ja -jännittei- < den välillä voi olla vaihe-eroa. Tällöin vuo voi muuttua eri suuntaan kuin virta, t · ’ : joten vuosta on otettava projektio virran muutoksen suuntaan. Tällöin induk- tanssin laskenta kyseisessä suunnassa on mahdollista. Projektion matemaatti-35 nen määritelmä on 7 116430 (2) ” ^ " |*| " / jossa 47ja b ovat vektoreita ja γοη niiden välinen kulma, a on vekto-5 rin a projektio vektorille b., v. 30 The change current and the change flow can be used to calculate the value of the inductance in the component form in the direction of the change. There may be a phase difference between phase currents and voltages. In this case, the flow may change in a different direction from the current, t · ': so the year must be projected in the direction of the current change. In this case, it is possible to calculate the induction in that direction. The mathematical definition of projection is 7 116430 (2) “^" | * | "/ where 47 and b are vectors and γοη is the angle between them, a is the projection of vector 5 into a vector b.
Laskemalla muutosinduktanssi (105) virran muutoksen suunnassa projektion avulla saadaan : Αψ Δψ Δ/Jcosr —· (3) ^ |A£S|2 10 Tämä muutosinduktanssin laskenta on esitetty kuviossa 9 lohkossa 903. Vastaavalla tavalla muutosinduktanssi voidaan laskea poikkeamatta keksinnön suojapiiristä myös vuon muutoksen suuntaan.By calculating the change inductance (105) in the direction of current change, the projection gives: Αψ Δψ Δ / Jcosr - · (3) ^ | A £ S | 2 10 This calculation of the change inductance is shown in FIG. 9 at block 903. Similarly, the change inductance can in the direction of change.
Koska induktanssin laskenta suoritetaan suoritusmuodon mukaisesti 15 virran muutoksen suuntaan, on tarpeen kontrolloida virran muutoksen suuntaa. Virran muutoksen suuntaan voidaan vaikuttaa injektoimalla vuo- ja momenttire-ferenssiin erisuuruiset signaalit. Signaalien suhteen avulla voidaan kontrolloida virran muutos haluttuun suuntaan. Jos signaali-injektio tehdään ainoastaan vuo-ohjeeseen, seurauksena on virran ja vuon muuttuminen staattorivuovekto- !!V 20 rin suuntaisesti. Vastaavasti pelkkä injektio momenttiohjeeseen aiheuttaa 90° • · ' *. muutoksen staattorivuovektoriin nähden. Momenttisignaalin injektio ei kuiten- kaan siirry suoraan vuohon vaan laskettaessa vuossa tapahtuvaa muutosta on : huomioitava, että vuon q-komponenttiin vaikuttava osuus on laskettu moment- ti-injektiosta. Tämän osuuden voi laskea ratkaisemalla tunnetusta momentin 25 kaavasta :···: Te=^p('l/sdis<r¥sllisd) 3 (4) , ’ , — 3Γ pi}PPM hq ~ i^sq ^sd ^ sd hq ) i · 2.Since, according to the embodiment, the calculation of the inductance is performed in the direction of the current change, it is necessary to control the direction of the current change. The direction of the current change can be influenced by injecting signals of different magnitude into the flux and torque ferrule. The signal ratio can be used to control the current change in the desired direction. If the signal injection is only applied to the flow instruction, the result is a change in current and flux along the stator vector v20. Correspondingly, a mere injection into the torque reference causes 90 ° • · '*. change relative to the stator vector. However, the injection of the torque signal does not go directly to the flux, but when calculating the change in the year, it should be noted that the proportion of the flux q component is calculated from the torque injection. This proportion can be calculated by solving the known formula of torque 25: ···: Te = ^ p ('l / sdis <r ¥ sllisd) 3 (4),', - 3Γ pi} PPM hq ~ i ^ sq ^ sd ^ sd hq ) i · 2.
Λ vuon q-suuntaisen komponentin osuuden: • · 30 116430 8 Ψη=τ-7---V (5) όρ Vsd Ψ*Α~Ψ?Μ.Λ the proportion of the q-direction component: • · 30 116430 8 Ψη = τ-7 --- V (5) όρ Vsd Ψ * Α ~ Ψ? Μ.
^Lq Ld , missä p on koneen napapariluku, Te on sähköinen vääntömomentti, Lq on koneen määritetty q-suuntainen induktanssi, Ld on koneen määritetty d-5 suuntainen induktanssi ja y/PU on kestomagneettien tuottama käämivuo. Sijoittamalla kaavaan (5) momentin paikalle momenttisignaalin muutoksen A7jnj ja vuon d-suuntaisen komponentin paikalle vuosignaalin muutoksen saadaan ratkaistua momenttisignaalin aiheuttama muutos staattorivuohon.^ Lq Ld, where p is the number of poles of the machine, Te is the electric torque, Lq is the specified inductance in the q direction of the machine, Ld is the inductance in the d-5 direction of the machine and y / PU is the winding current produced by the permanent magnets. Placing the torque signal change A7jnj in the formula (5) and the annual signal change in the d-direction component of the flux can solve the torque signal change in the stator flux.
Momenttiohjeeseen injektoitavan signaalin taajuuden ollessa kek-10 sinnön edullisen suoritusmuodon mukaisesti puolet vuo-ohjeeseen injektoitavan signaalin taajuudesta on momenttiohje vuo-ohjeen positiivisen huippuarvon kohdalla joka toisella kerralla positiivinen ja joka toisella kerralla negatiivinen kuvion 1 mukaisesti. Näin ollen virran muutos on yhden momenttiin lisättävän signaalin jakson aikana joka toisella kerralla positiivinen ja joka toisella 15 kerralla negatiivinen. Tällöin induktanssin muutos tapahtuu vuorotellen positiiviseen ja negatiiviseen suuntaan. Keksinnön mukaisessa menetelmässä injek-tiosignaalin taajuus vuoinjektion osalta voi olla esimerkiksi 200 Hz ja momentti-injektion osalta 100 Hz.While the frequency of the signal injected into the torque reference is, according to a preferred embodiment of the invention, half the frequency of the signal injected into the flux reference, the positive peak of the flux reference is positive every other time and negative every other time. Thus, the change in current is positive every other time for one signal to be added to the torque and negative every other 15 times. In this case, the change in the inductance takes place alternately in the positive and negative directions. In the method according to the invention, the frequency of the injection signal may be, for example, 200 Hz for flux injection and 100 Hz for torque injection.
Kuvio 3 selventää injektiokulman muodostumisen. Kuvio 3 on esitet-20 ty tilanteessa, jossa staattorivuovektorin sijainti kompleksitasossa on a-akselin suuntaan. Tällöin momenttiohjeeseen lisättävän signaalin amplitudi on Atreu jo-' ka aiheuttaa vuovektoriin kaavalla (5) laskettavan muutoksen. Vuo-ohjeeseen lisättävän signaalin amplitudi on Δψχ&, joka siirtyy suoraan vuon d-suuntaiseen : komponenttiin. Injektiosignaalien muodostama injektiokulma voidaan ilmaista 25 trigonometrian avulla seuraavasti: : * · <9in; = arctan -— (6)Figure 3 illustrates the formation of the injection angle. Figure 3 illustrates a situation in which the position of the stator flux vector in the complex plane is in the direction of the α-axis. In this case, the amplitude of the signal to be added to the torque reference is Atreu, which causes a change in the flux vector calculated by equation (5). The amplitude of the signal to be added to the flow instruction is Δψχ &, which is transferred directly to the d-direction: component of the flow. The injection angle of the injection signals can be expressed by trigonometry as follows: * · <9in; = arctan -— (6)
O \^sdJO \ ^ sdJ
Tämä injektiokulman laskenta on esitetty kuvion 9 lohkokaavion loh- » · ' i ‘ 30 kossa 904.This calculation of the injection angle is shown in block 904 of the block diagram of FIG. 9.
Momenttiohjeeseen injektoitavan signaalin yhden jakson aikana saadaan siis yhteensä kaksi mittaustietoa induktanssien muutoksesta. Määrä voitaisiin helposti nostaa neljään, jos injektion suunta laskettaisiin myös sig- 9 116450 naalin muuttuessa huippuarvosta nollaan. Koska signaalien käyttäytymisessä ei tapahdu huomattavaa muutosta tässä tilanteessa, saadaan tarvittavaa laskennan määrää pienennettyä laskemalla ainoastaan kaksi injektiotietoa yhden jakson aikana.Thus, during a single period of the signal injected into the torque reference, a total of two measurements of inductance change are obtained. The number could easily be increased to four if the direction of injection were also lowered as the signal changed from peak to zero. Since there is no significant change in signal behavior in this situation, the amount of computation required can be reduced by computing only two injection data per cycle.
5 Ajateltaessa injektiosignaalien vaikutusta normaaleihin staattori- koordinaatistossa pyöriviin virta- ja vuovektoreihin, voidaan asiaa selventää kuvion 4 avulla. Kuviossa 4 staattorivuovektori on kiertynyt kulman θτ verran staattorikoordinaatiston α-akselista eli roottorin estimoitu kulma on θτ. Kuvion 4 hetkellä tapahtuva injektio aiheuttaisi kuvassa esitetyt muutokset virta- ja 10 vuovektoreihin. Tilannetta ajateltaessa on otettava huomioon staattorivirran ja -vuon pyörivä liike koordinaatistossa ajan funktiona, jolloin tilanteen esittäminen ja laskenta roottorikoordinaatistossa on perusteltua.5 When considering the effect of the injection signals on the normal current and flow vectors rotating in the stator coordinate system, this can be clarified with reference to Figure 4. In Fig. 4, the stator vector is rotated by an angle θτ on the α-axis of the stator coordinate system, i.e. the estimated rotor angle is θτ. The current injection of Figure 4 would cause the changes in the flow and flow vectors shown in the figure. When considering the situation, the rotational motion of the stator current and flux in the coordinate system must be taken into account as a function of time, so that the representation and calculation of the situation in the rotor coordinate system is justified.
Injektion avulla laskettujen muutosinduktanssien arvojen avulla voidaan keksinnön mukaisesti roottorin kulmaestimaatissa mahdollisesti esiintyvä 15 virhe korjata. Keksinnön menetelmän mukaisesti lasketaan induktanssimallia käyttäen induktanssin arvo staattorivirran tai staattorivuon muutosvektorin suunnassa ja verrataan muutosinduktanssia induktanssimallista laskettuun arvoon. Edelleen keksinnön mukaisesti tahtikoneen roottorikulman estimaattia korjataan mainittujen induktanssien vertailun perusteella.The values of the change inductances calculated by injection can, according to the invention, correct any error in the angular estimate of the rotor. According to the method of the invention, using an inductance model, calculating the inductance value in the direction of the stator current or stator flux in the direction of the change vector and comparing the change inductance with the value calculated from the inductance model. Further according to the invention, the rotor angle estimate of the synchronous machine is corrected based on a comparison of said inductances.
20 Keksinnön edullisen suoritusmuodon mukaisesti lasketut induktanssi*. sit sovitetaan (109) niin kutsuttuun induktanssimalliin, joka on laadittu koneesta etukäteen. Induktanssimalli voidaan ajatella d-ja q-suuntaisten induktanssien !.'V suhteiden vaihteluna roottorikulman funktiona. Tunnettaessa injektion suunta • * * '. ja tässä suunnassa laskettu induktanssi, voidaan induktanssin arvoa verrata 25 oletetulla kulmatiedolla laskettuun induktanssiarvoon. Arvojen erotessa toisis- • taan korjataan kulmaestimaattia siten, että kulmaestimaatti lähenee oikeaa ar-voa.Inductance * calculated according to a preferred embodiment of the invention. it is fitted (109) to a so-called inductance model prepared in advance from the machine. The inductance model can be thought of as the variation of the ratios of the inductances in the d and q directions as a function of rotor angle. When sensed, injection direction • * * '. and the inductance calculated in this direction, the value of the inductance can be compared with the inductance value calculated with 25 assumed angular data. As the values differ, the angle estimate is corrected so that the angle estimate approaches the correct value.
Induktanssimalli voidaan esittää tunnetulla tavalla kaavalla I » f t ; 30 Ls = Ls0 + Ls2cos20[n^, (7) !.! jossa /..,3'·'- (8) 35 Ls2=^i (9) 116430 10 ja flnj on roottorikoordinaatiston d-akselin ja injektion suunnan välinen kulma kuvion 5 mukaisesti.The inductance model can be represented in a known manner by the formula I »f t; $ 30 = Ls0 + Ls2cos20 [n ^, (7)!.! where /..,3'·'- (8) 35 Ls2 = ^ i (9) 116430 10 and flnj is the angle between the d-axis of the rotor coordinate system and the direction of injection, as shown in Figure 5.
Induktanssimallissa d-akseli on kiinnitetty mallin pienimpään arvoon, 5 joka on pitkittäisinduktanssin arvo. Maksimikohta on poikittaisinduktanssin arvolla 90° päässä pitkittäisinduktanssista. Kaavan (7) perusteella voidaan in-duktanssimalli esittää kulman funktiona kuvion 6 mukaisesti.In the inductance model, the d-axis is fixed to the lowest value of the model, 5 which is the value of the longitudinal inductance. The maximum point is at a transverse inductance value 90 ° from the longitudinal inductance. From the formula (7), the inductance model can be plotted as a function of angle according to Figure 6.
Induktanssimallin laskentaa voidaan tarvittaessa yksinkertaistaa tai tarkentaa. Yksinkertaistaminen onnistuu ajattelemalla mallissa olevat paramet-10 rit Lso ja Ls2 seuraavasti: Lso on yhden jakson keskiarvo ja Ls2 on puolet minimi-ja maksimiarvojen välisestä erotuksesta. Mallin tarkentaminen onnistuu huomioimalla mittauksissa esiintyvä kohina ja laskemalla kulmavirhe esimerkiksi epälineaarisella neliösummamenetelmällä. Neliösummamenetelmän avulla muodostettua mallia voidaan edelleen optimoida erilaisilla optimointikeinoilla.If necessary, the calculation of the inductance model can be simplified or refined. Simplification is achieved by considering the parametric parameters Lso and Ls2 in the model as follows: Lso is the average of one cycle and Ls2 is half the difference between the minimum and maximum values. The model can be refined by taking into account the noise in the measurements and calculating the angular error using, for example, the non-linear square sum method. The model formed by the square sum method can be further optimized by various optimization means.
15 Roottorikulman estimaatin korjaaminen tapahtuu suoritusmuodon mukaisesti sovittamalla halutussa suunnassa lasketut induktanssien arvot samassa suunnassa lasketun mallin arvoihin. Koska roottorikulman oletetaan aluksi olevan oikea eli roottorin kulma on jollakin menetelmällä pystytty luotettavasti arvioimaan, voidaan tämän kulmatiedon perusteella laskea ns. oikean 20 induktanssimallin arvot injektion suunnissa. Laskettaessa induktanssimallin ar-.... voja on otettava huomioon injektion todellinen suunta eli mallin arvot on lasket- . tava samassa suunnassa kuin todellinen injektion suunta. Jos injektion todelli- ;, V nen kulma muuttuu oletetusta injektiokulmasta, on laskettuja induktanssimallin : arvoja päivitettävä ajon aikana. Tämä tapahtuu laskemalla toteutunut injek- ’ ' 25 tiokulma mitatuista virran ja vuon arvoista ja käyttämällä tätä kulmaa mallin ar- : vojen laskennassa.The rotor angle estimate is corrected in accordance with the embodiment by fitting the calculated inductance values in the desired direction to the values of the model calculated in the same direction. Since the rotor angle is initially assumed to be correct, ie the rotor angle has been reliably estimated by some method, the so-called "angle" can be calculated from this angle information. values of the correct 20 inductance models in the injection directions. When calculating the values of the -.... inductance model, the true direction of the injection, ie the values of the model, must be taken into account. in the same direction as the actual injection direction. If the actual V injection angle changes from the assumed injection angle, the calculated inductance: values must be updated during the run. This is done by calculating the realized injection angle from the measured current and flux values and using this angle to calculate the model values.
Induktanssien laskennassa käytetään edullisesti alipäästösuodatus-ta, eli uutta laskettua arvoa ei käytetä suoraan vaan uusi arvo lasketaan edelli-: sen suodatetun arvon avulla. Suodatetun muutosinduktanssin arvo voidaan 30 laskea (106) suodattamattomasta arvosta käyttäen sinänsä tunnettua alipääs-tösuodatusmenetelmää seuraavasti: ^<9, fi lt (^ ) = ^<9, filt — l)+(^<9 (^ )—Filt ~ O) > 00) ,,..: τ 35 jossa k ilmaisee mittaushetken ja k-1 edellisen mittaushetken. Alipäästösuoda-tus on esitetty kuvion 9 lohkokaviossa lohkolla 905.Preferably, low pass filtering is used in the calculation of the inductances, i.e. the new calculated value is not used directly, but the new value is calculated by the previous filtered value. The value of the filtered change inductance can be calculated (106) from the unfiltered value using a low-pass filtering method known per se: ^ <9, fi (^) = ^ <9, filtr - 1) + (^ <9 (^) —Filt ~ O) > 00) ,, ..: τ 35 where k denotes the moment of measurement and k-1 the last moment of measurement. The low pass filtering is shown in the block diagram of FIG. 9 at block 905.
11643C11643C
1111
Induktanssimallissa käytettävää alipäästösuodatinta on mahdollista parantaa sinänsä tunnettujen menetelmien avulla. Soveltamalla tunnettua vai-heenjättösuodattimen yhtälöä induktanssiyhtälöön (10) saadaan: 4?,filt W = A?,fm (^~l)+ (k)~ -Vfiit “ 0) 5 Γι (11) + ^(Le(k)-Le(k-\)).It is possible to improve the low pass filter used in the inductance model by methods known per se. Applying the known phase-loss filter equation to the inductance equation (10) gives: 4?, Filtr W = A?, Fm (^ ~ l) + (k) ~ -Vfiit '0) 5 Γι (11) + ^ (Le (k) - Le (k \)).
ΓιΓι
Sovitettaessa mitattuja induktanssiarvoja malliin on huomioitava in-duktanssimallin jaksollisuus. Jaksollisuus voidaan ilmaista muodossa 10 - — ±ηπ<θ;η; < — ±ηπ, (12) 2 J 2 jossa n on positiivinen kokonaisluku. Tällöin kaikki injektiokulmat voidaan sovittaa annetulle välille siten, että injektiokulman arvot vaihtelevat välillä -π/2...π/2 kaavan (12) mukaisesti. Nyt injektiokulmaan vaikuttamalla voi-15 daan laskea mikä tahansa arvo induktanssimallin toteuttavalta käyrältä ja sovittaa se malliin.When fitting the measured inductance values to the model, the periodicity of the inductance model must be taken into account. The periodicity can be expressed as 10 - - ± ηπ <θ; η; <- ± ηπ, (12) 2 J 2 where n is a positive integer. Hereby, all injection angles can be adjusted to a given range such that the injection angle values range from -π / 2 to π / 2 according to formula (12). Now, by influencing the injection angle, any value from the curve implementing the inductance model can be calculated and fitted to the model.
Kuviossa 7 on esitetty kahden mittausarvon sovittaminen induktanssi’: simalliin. Injektio on kuviossa 7 toteutettu kulmilla <9pos ja 0neg. Mittausarvojen : virhe alkuperäiseen käyrään nähden on esitetty muuttujilla ALp0S ja AZ,negsekä j ' : 20 roottorikulmassa oleva virhe muuttujilla 0errl ja <9err2.Fig. 7 shows the fitting of two measured values to the inductance ': model. The injection is implemented in Fig. 7 at angles <9pos and 0neg. Measurement values: error relative to original curve are represented by ALp0S and AZ, neg and j ': 20 rotor angle error by 0err1 and <9err2.
Sovitettaessa laskettuja induktanssiarvoja induktanssikäyrään tulee : kiinnittää huomiota tarvittavaan tarkkuuteen. Yhden jakson aikana saadaan kaksi tai jopa neljä mittaustietoa virroista, joiden avulla induktanssit lasketaan.When fitting the calculated inductance values to the inductance curve, pay attention to the required accuracy. During one cycle, two or even four measurement data are obtained from the currents used to calculate the inductances.
Näissä tilanteissa injektion kulma on kuitenkin asetettu kiinteästi maksimissaan : 25 kahteen eri arvoon, jos positiiviseen suuntaan tehtävä injektio tapahtuu eri , ·. suuntaan kuin negatiiviseen suuntaan tehtävä. Tällöin kolmioaallon positiivisen • · puolijakson amplitudi on erisuuruinen kuin negatiivisen puoliaallon. Jotta root-torin kulmatiedon laskenta olisi luotettavaa ja tarkkaa, signaali-injektion aikana lasketaan edullisesti induktanssien arvoja eri injektiokulmilla ja sovitetaan nä-....: 30 mä arvot alkuperäiseen malliin.However, in these situations, the injection angle is fixed at a maximum of: 25 for two different values, if the injection in the positive direction is different, ·. in a direction rather than in a negative direction. In this case, the amplitude of the positive • · half-period of the triangle wave is different from that of the negative half-wave. For reliable and accurate calculation of the root torque angle information, inductance values are preferably calculated at various injection angles during signal injection and fitted to the original model.
.,: Ohjearvoihin lisättäviin injektiosignaaleihin voi toteuttaa yksinkertai sesti amplitudimodulaation, jolloin signaali-injektion kulmaa saadaan injektion aikana muutettua. Muutettaessa signaalien amplitudia aina jakson päättyessä 116430 12 (107) saadaan seuraavan jakson aikana tapahtuvan injektion kulma muuttumaan. Kun vuo-ohjeeseen injektoitavan signaalin amplitudia kasvatetaan eri suuntaan kuin momentti-ohjeeseen injektoitavan signaalin, saadaan muodostettua haluttu injektiokulmien sarja jaksojen välillä. Tämä onnistuu muuttamalla 5 (108) signaalien amplitudeja ennalta määritellyissä sykleissä..,: Injection signals to be added to the reference values can be simply amplitude modulated so that the angle of the signal injection can be changed during injection. By changing the amplitude of the signals at the end of each cycle, the angle of injection during the next period is changed. By increasing the amplitude of the signal injected into the flow guide in a different direction from that of the signal injected into the torque reference, a desired series of injection angles can be formed between cycles. This is accomplished by changing the amplitudes of the 5 (108) signals in predefined cycles.
Amplitudimoduloidut injektiosignaalit on esitetty kuviossa 8. Suoritusmuodon mukaisen amplitudimoduloidun signaali-injektion etuna on lisääntyvä tarkkuus, sillä tällöin saadaan useampi mittausarvo, joita sovitetaan malliin. Huonona puolena menetelmällä on sen vaatima aika, sillä laskettaessa induk-10 tansseja eri injektiokulmilla joudutaan odottamaan useampi jakso ennen mahdollista korjausta. Odotusaikaa voidaan kuitenkin edullisesti lyhentää muuttamalla menetelmää siten, että määritellään käytettävien mittausten määrä ja aina uuden mittausarvon tullessa vanhin mittausarvo hylätään. Tässä tilanteessa on helppo valita tarpeellinen määrä roottorikulman estimaatin korjaamiseen 15 käytettäviä mittaustietoja. Menetelmää käytettäessä pisin odotusaika on injektiota käynnistettäessä, jolloin joudutaan odottamaan, että tarvittava määrä mittaustietoja saadaan kerättyä.The amplitude modulated injection signals are shown in Fig. 8. The advantage of the amplitude modulated signal injection according to the embodiment is the increasing accuracy, since more measurement values are obtained which are fitted to the model. The downside to the method is the time it takes, as calculating induk-10 dances at different injection angles will require several cycles before any correction can be made. However, the waiting time can advantageously be reduced by changing the method so that the number of measurements to be used is determined and the oldest measurement value is discarded each time a new measurement value comes. In this situation, it is easy to select the required amount of measurement data to be used to correct the rotor angle estimate. When using the method, the longest waiting time is at the start of the injection, which means waiting for the required amount of measurement data to be collected.
Roottorikulman estimaatin muuttuessa virheelliseksi on mahdollista suorittaa virheen korjaaminen siten, että induktanssimallista saadut kulmavir-20 heiden arvot vain lasketaan yhteen ja virheiden keskiarvon avulla suoritetaan korjaus, jonka avulla pyritään saamaan kulma korjattua. Tällöin saattaa tapahtua tilanne, jossa kulmaestimaatti saavuttaa lähes oikean roottorikulman arvon ;;V kuten alkuperäisessäkin mallissa, mutta korjatun induktanssimallin sekä alku- : ·' peräisen mallin välillä on vaihesiirto. Tämä vaihesiirto aiheutuu siitä, että pel- * * 25 kän keskiarvon laskennan avulla ei ole mahdollista verrata korjatun kulmaesti- : maatin ja induktanssimallin välillä olevaa mahdollista vaihe-eroa. Mahdollinen vaihe-ero aiheutuu siitä, että keskiarvo ajautuu nollaan, mutta yksittäiset termit keskiarvon laskennassa eivät kuitenkaan ole nollia. Tällöin kyseinen korjaus-: menetelmä ei ole kelvollinen vaan on käytettävä esimerkiksi korrelaatiokorjaus- 30 ta, jonka avulla voidaan korjata myös mahdollinen vaihe-erovirhe.When the rotor angle estimate becomes erroneous, it is possible to perform an error correction such that the angular error values obtained from the inductance model are simply summed and the average error is corrected to obtain an angle correction. In this case, there may be a situation where the angular estimate reaches almost the correct rotor angle value ;; V as in the original model, but there is a phase shift between the corrected inductance model and the original: · 'model. This phase shift is due to the fact that it is not possible to compare the possible phase difference between the corrected angular ground and the inductance model by calculating the average of the * 25 cells only. A possible phase difference is due to the drift of the mean to zero, but the individual terms in the mean are not zero. In such a case, the correction method in question is not valid and, for example, a correlation correction must be used, which can also correct any phase difference error.
Korrelaation avulla voidaan sähkömoottorikäytöissä mitata viiveitä ja vaihesiirtoja sekä identifioida käyttöön liittyviä parametreja. Korrelaation mate-’ · · · ‘ maattinen määritelmä on 116430 13 Σ(χi-χhi-y) r = ~Tt1=1 - Ί k-----' (13) »1=1 V/=i jossa x on x-signaalin k:n näytteen keskiarvo ja y on y-signaalin k:n näytteen keskiarvo.Correlation can be used to measure delays and phase shifts in electric motor drives and to identify operating parameters. The mathematical definition of the correlation mate- '· · ·' is 116430 13 Σ (χi-χhi-y) r = ~ Tt1 = 1 - Ί k ----- '(13) »1 = 1 V / = i where x is is the average of k samples of the x signal and y is the average of k samples of the y signal.
5 Korrelaation r arvo sijoittuu välille Korrelaation ollessa yksi, ovat signaalit x ja y vaihtokomponenttiensa osalta täsmälleen samat. Jos korrelaatio on miinus yksi, on signaalien välillä 180° vaihe-ero, mutta muuten signaalien vaihtokomponentit ovat samanmuotoiset. Korrelaation ollessa nolla ei signaalien vaihtokomponenteilla ole mitään tekemistä toistensa kanssa. Sini-10 muotoisten signaalien tapauksessa tämä tarkoittaa signaaleilla olevan ±90° vaihe-ero. Korrelaatio lasketaan (110) keksinnön suoritusmuodon mukaisesti kuvion 9 lohkokaaviossa lohkolla 907.5 The value of the correlation r lies in the range When the correlation is one, the signals x and y are exactly the same for their exchange components. If the correlation is minus one, there is a 180 ° phase difference between the signals, but otherwise the signal exchange components are the same. With a correlation of zero, the signal exchange components have nothing to do with each other. For sine-10 shaped signals, this means that the signals have a phase difference of ± 90 °. The correlation is calculated (110) according to an embodiment of the invention in the block diagram of FIG. 9 by block 907.
Korrelaatiokaavaa ei aina tarvitse käyttää täydellisenä vaan kaavan soveltaminen riippuu tilanteesta. Kaikissa tilanteissa esimerkiksi jakajana oleva 15 skaalaustermi ei ole tarpeellinen, sillä korrelaation osoittajan arvon saatetaan tietää sijoittuvan varmasti sopivalle arvovälille ilman skaalaustakin. Tilanne on tällainen myös keksinnön mukaisen menetelmän yhteydessä, sillä korrelaation v : arvo pyritään ajamaan nollaan, jolloin skaalauksen puuttuminen aiheuttaa vain j.j * vahvistuksen vaihtelua vaihekulman korjauksessa.The correlation formula does not always need to be used in full, but the application of the formula depends on the situation. In all situations, for example, the scaling term 15 as a divisor is not necessary, since the value of the correlation indicator may be known to be well within the appropriate range without even scaling. This is also the case with the method of the invention, since the v: value of the correlation is driven to zero, whereby the lack of scaling causes only a gain of jj in the phase angle correction.
20 Sovellettaessa korrelaatiota roottorikulman estimointiin voidaan sig- •: · · · naalien x ja y määritellä olevan seuraavan muotoisia: «* · • * · • · x = a\ +b\ cos(20jnj) (14) • · ; 25 y = a2 + 62 sin(26»inj) (15) r t i20 Applying the correlation to the rotor angle estimation, the signals x and y can be defined to have the following form: x = a \ + b \ cos (20jnj) (14) • ·; 25 y = a2 + 62 sin (26 »inj) (15) r t i
Signaalia x vastaa suodatetun induktanssin arvo Le,fiit kaavan (10) :mukaisesti ja signaalin y ajatellaan olevan 90° vaihesiirrossa signaalin x kans-sa. Koska signaalin x ajatellaan toteuttavan induktanssimallin, on signaalin y 30 oltava samalla injektiokulmalla laskettu sinikäyrä, joka muodostetaan kuvion 9 , lohkokaaviossa lohkolla 906. Tällöin korrelaatiota laskettaessa korrelaation ar vo on nolla signaalien ollessa täsmälleen 90° vaihesiirrossa keskenään, muttaThe signal x corresponds to the filtered inductance value Le, fit according to formula (10): and the signal y is thought to be 90 ° in phase shift with the signal x. Since signal x is thought to implement an inductance model, signal y 30 must be a sinusoidal curve calculated at the same injection angle generated in block diagram 906 in FIG. 9. In this case,
11643C11643C
14 jos roottorikulman estimaatti on virheellinen, on korrelaation arvo nollasta poikkeava. Tällöin korrelaatio kertoo kulmavirheen suunnan ja suuruuden.14 if the rotor angle estimate is incorrect, the correlation value is non-zero. In this case, the correlation indicates the direction and magnitude of the angular error.
Mittaustietojen perusteella lasketaan induktanssien ero alkuperäisestä induktanssikäyrästä ja lasketaan sinimuotoisen signaalin avulla korrelaa-5 tio r. Korrelaation r poiketessa nollasta korjataan eroa kohti nollaa Pl-säätimen 97 (111) avulla, jolloin roottorikulmassa oleva virhe saadaan myös korjattua. Toisin sanoen, mikäli korrelaatio on nolla (112) kulmaa ei tarvitse korjata, sillä se on oikea. Mikäli taas korrelaatio poikkeaa nollasta, kulmaa korjataan (113) Pl-säätimellä. Pl-säätimen lähtösuureena on estimoidussa roottorikulmassa 10 oleva virhe θβπ. Tällöin roottorikulma voidaan ilmaista muodossa : θτ=θτ+θ,η. (16)Based on the measurement data, the difference of the inductances from the original inductance curve is calculated and a correlation-5 th r is calculated using a sinusoidal signal. As the correlation r deviates from zero, the difference towards zero is corrected by the P1 controller 97 (111), whereby the error in the rotor angle can also be corrected. In other words, if the correlation is zero (112) the angle need not be corrected as it is correct. If the correlation deviates from zero, the angle is corrected (113) by the P1 control. The output of the P1 controller is the error θβπ in the estimated rotor angle 10. Then the rotor angle can be expressed as: θτ = θτ + θ, η. (16)
Edellä kuvatun signaali-injektio menetelmän kokonaisuuden voi 15 parhaiten hahmottaa tarkastelemalla kuviota 9, jossa on esitetty käytetty säätöjärjestelmä, moottori ja vaihtosuuntaaja kokonaisuudessaan. Kuvassa on rajattu katkoviivalla signaali-injektion osuus 96.The whole of the signal injection method described above can best be understood by looking at Figure 9, which shows the control system, motor and inverter used in their entirety. The figure shows the dotted line 96 of the signal injection.
Kuviossa 9 esitetyssä suoritusmuodossa säätöjärjestelmässä roottorikulma §r estimoidaan estimoidun staattorivuon kulman Gs ja estimoidun 20 napakulman Ss erotuksena lohkossa 98. Napakulma Ss saadaan tunnetulla : *: ‘; tavalla estimoitua lohkossa 908 yhtälöllä • » t I · • I · ί V tmSs=--, (17) ·:··: \is\ ~Lsqts'1-s «· « • · # • · » t 25 missä L on vääntömomentin suhteellisarvo. Itse vääntömomentti estimoi-daan lohkossa 910 tunnetulla tavalla vuo- ja virtavektorin ristitulon avulla. : Roottorikulman estimaatin laskemiseen tarvittava staattorivuon kulman esti- (Il * maatti §s lasketaan lohkossa 912 staattorivuon estimaatista ψ*.In the embodiment shown in Figure 9, in the control system, the rotor angle? R is estimated as the difference between the estimated stator flux angle Gs and the estimated 20 pole angle Ss in block 98. The pole angle Ss is obtained by the known: *: '; estimated in block 908 by the equation • »t I · • I · ί V tmSs = -, (17) ·: ··: \ is \ ~ Lsqts'1-s« · «• · # • ·» t 25 where L is the relative value of the torque. The torque itself is estimated in block 910 in a known manner by the cross product of the flow and current vector. : Estimation of the stator flux angle needed to calculate the rotor angle estimate (Il * country §s is calculated in block 912 from the stator flux estimate ψ *.
Roottorikulmaa derivoidaan derivaattorilla 913, jolloin saadaan ai- ii.!t 30 kaan estimaatti roottorin sähköisestä kulmanopeudesta ώχ. Sähköinen kulmanopeus muunnetaan mekaaniseksi kulmanopeudeksi jakamalla se napa-: * pariluvulla p 909.The rotor angle is derivatized by the derivative 913 to obtain an estimate of the electric rotor angular velocity ώχ. The electric angular velocity is converted to a mechanical angular velocity by dividing it by: * p 909.
‘ : Keksinnön selitetyssä suoritusmuodossa vuoinjektiosignaalin taa juus on ollut suurempi kuin momentti-injektiosignaalin. On kuitenkin selvää, et-': In the described embodiment of the invention, the frequency of the flux injection signal has been higher than that of the torque injection signal. However, it is clear that
11643C11643C
15 tä keksinnön menetelmä voidaan toteuttaa myös siten, että momentti-injektiosignaalin taajuudeksi valitaan vuoinjektiosignaalia suurempi taajuus.The method of the invention may also be implemented by selecting a frequency higher than the flux injection signal as the frequency of the torque injection signal.
Alan ammattilaiselle on ilmeistä, että tekniikan kehittyessä keksinnön perusajatus voidaan toteuttaa monin eri tavoin. Keksintö ja sen suoritus-5 muodot eivät siten rajoitu yllä kuvattuihin esimerkkeihin vaan ne voivat vaihdella patenttivaatimusten puitteissa.It will be obvious to a person skilled in the art that as technology advances, the basic idea of the invention can be implemented in many different ways. The invention and its embodiments are thus not limited to the examples described above, but may vary within the scope of the claims.
< I t * t · i r i ti» t ♦ l • · » ·<I t * t · i r i ti »t ♦ l • ·» ·
Iti»· ♦ » · il» • · f · * » · I * * » »Iti »· ♦» · il »• · f · *» · I * * »»
It* I 4 · · lit t · 1 · 1It * I 4 · · lit t · 1 · 1
Claims (12)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
FI20031359A FI116430B (en) | 2003-09-22 | 2003-09-22 | Synchronous machine procedure |
Applications Claiming Priority (2)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
FI20031359A FI116430B (en) | 2003-09-22 | 2003-09-22 | Synchronous machine procedure |
FI20031359 | 2003-09-22 |
Publications (3)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
FI20031359A0 FI20031359A0 (en) | 2003-09-22 |
FI20031359A FI20031359A (en) | 2005-03-23 |
FI116430B true FI116430B (en) | 2005-11-15 |
Family
ID=27839022
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
FI20031359A FI116430B (en) | 2003-09-22 | 2003-09-22 | Synchronous machine procedure |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
FI (1) | FI116430B (en) |
-
2003
- 2003-09-22 FI FI20031359A patent/FI116430B/en not_active IP Right Cessation
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
FI20031359A (en) | 2005-03-23 |
FI20031359A0 (en) | 2003-09-22 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
US8169172B2 (en) | Synchronous disturbance suppression in a variable speed motor drive | |
KR101046802B1 (en) | Control device of AC rotor and electric constant measurement method of AC rotor using this controller | |
US6831439B2 (en) | Apparatus for measuring magnetic flux of synchronous reluctance motor and sensorless control system for the same motor | |
EP1808956B1 (en) | Driving apparatus and driving system for electric motor | |
US8461796B2 (en) | Motor drive circuit for driving a synchronous motor | |
EP2552015B1 (en) | A method of position sensorless control of an electrical machine | |
EP2706659A1 (en) | System for correcting an estimated position of a rotor of an electrical machine | |
JP5753474B2 (en) | Synchronous motor controller | |
EP2493066B1 (en) | Method and apparatus for estimating rotor angle and rotor speed of synchronous reluctance motor at start-up | |
KR20100068866A (en) | Sensorless control method of permanent magnet synchronous motor | |
CN110022107A (en) | A kind of position-sensor-free drive system current sensor fault-tolerance approach for making to correct based on current space vector error pro | |
KR20110112995A (en) | Rotor position estimation system and method for synchronous motor using a pll(phase locked loop) based incorporation of two sensorless algorithms | |
CN110445443A (en) | The control method and control system of internal permanent magnet synchronous motor position-sensor-free | |
EP2493067B1 (en) | Method and apparatus for estimating rotor angle of synchronous reluctance motor | |
CN112204873A (en) | Permanent magnet synchronous motor control device, electric vehicle and method for judging magnetic pole polarity of permanent magnet synchronous motor | |
DK2283572T3 (en) | CONTROL OR CONTROL PROCEDURE FOR A CONVERTER | |
KR101508815B1 (en) | Method for detecting a rotor position in Permanent Magnet Synchronous Motor | |
EP1755211A1 (en) | Resistance estimation of an AC electrical motor | |
FI116430B (en) | Synchronous machine procedure | |
KR102692299B1 (en) | Method of encoder error compensation for vector control of permanent magnet synchronous motor and system for performing the same | |
FI112736B (en) | Procedure in connection with the control of a synchronous machine | |
KR102409792B1 (en) | Control device of permanent magnet synchronization electric motor, microcomputer, electric motor system, and driving method of permanent magnet synchronization electric motor | |
CN116500437A (en) | Inductance detection method for reluctance motor and motor detection device | |
JP5744151B2 (en) | Electric motor driving apparatus and electric motor driving method | |
JP5652701B2 (en) | Motor drive control device |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
FG | Patent granted |
Ref document number: 116430 Country of ref document: FI |
|
PC | Transfer of assignment of patent |
Owner name: ABB SCHWEIZ AG |
|
MM | Patent lapsed |