[发明专利]控制永磁电机

说明书

技术领域

本发明涉及控制永磁同步电机。

背景技术

已知，为了控制永磁同步电机，需要始终掌握其转子的位置。传统上，位置传感器用于测量电机的位置并且计算电机速度。使用这种传感器(和伴随传感器的处理器卡)的主要缺陷在于降低了系统的可靠性，其中，可靠性在航空领域中最为重要。这种解决方案的其它缺陷是加重了系统重量、增加大了系统体积并且增加了系统的总成本。

因此已经做了大量研究工作，以弃用这种位置传感器并且因此仅仅根据测量定子电流估计力学变量，

已经提出并且验证了若干方法，用于在不使用位置传感器的前提下控制中速和高速状态下的同步电机。这些方法是基于根据施加的电压、测量的电流和描述电机的方程式估算空载电磁力(EMF)矢量。因为EMF与速度成正比，所以还能够估算速度，然后仅仅通过对速度进行积分当然也能够获得位置。然而，因为EMF在电机停止时为零并且因为在低速条件下其被隐藏在测量噪声中，所以在这种操作范围内不再能够发现EMF。因此，基于估算EMF的方法不适于需要实施位置控制的应用。

为了估计低速条件以及停止状态时的位置，仅存的解决方案是根据转子位置使用定子电感值的变化。已经提出利用电感变化的若干方案。

·在第一种方法中，原理是每十个或者二十个脉宽调制(PWM)周期切断控制一次，并且注入高频信号(以高于电流调节器的通频带的频率)。注入的电压与测量的电流变化的比率能够估算电感，并且因为电感基于位置，所以还能够估计位置。在J.Kiel,A.Bünte,S.Beineke给出的在2002年9月发表的EPEPEMC,TP-053,Dubrovnik&Cavat中的“Sensorless torque control of permanent magnet synchronous machines over the whole operation range”描述了示例。

·在第二种方法中，在初始阶段中位置估计中的误差自身被估计。借助于校正器将这种误差调节趋于零。校正器的输出提供了速度估算，并且通过积分能够获得转子的估计位置。为了计算估计误差，比较在注入高频(HF)信号之后立即测量的电流与在没有注入高频信号的情况下理论上可获得的电流。

上述第一类型的方法具有以下缺陷：

·直接计算估算的位置，因此每次计算均将经受不连续性。因为根据转子位置计算基准电压，所以基准电压也将承受不连续性，这导致能造成损害的扭力震动。

·需要停止控制以实施估算。每十个或者二十个PWM周期(根据所需准确性)就有一个这样的周期专门用于注入高频信号以进行估算。

·在这种情况下，需要在进行估算时对定子电流进行大量采样。

上述第二种类型的方法具有以下缺陷：

·在那些方法中，测量的电流与应当理论获得的电流相比。为了能够达到此目的，为了使方法正确收敛，必须具有电动机的准确模型。因此它们变得取决于与电机参数相关的不确定性而且还取决于那些参数的变化。

·此外，那些方法仅仅应用于平滑转子电机。

因此，存在改进低速和零速状态下同步电机的控制的需求。

发明内容

本发明力图通过提出用于控制永磁同步电机的方法来满足这种需求，所述永磁同步电机具有转子和定子，所述方法包括：

·确定转子的估计位置的步骤；

·根据定子电流和转子的估计位置确定同相电流和正交电流的步骤；

·根据同相电流、正交电流、同相电流设定值和正交电流设定值确定同相电压设定值和正交电压设定值的步骤；

所述方法的特征在于其包括：

·确定第二同相电压设定值的步骤，所述第二同相电压设定值交替地等于第一同相电压设定值或者第一同相电压设定值加上预定周期信号；

·根据第二同相电压设定值、正交电压设定值和转子的估计位置确定定子电压设定值的步骤；

·根据定子电压设定值控制所述同步电机的步骤；

其中，确定转子的估计位置的步骤包括：

·根据当第二同相电压设定值等于第一同相电压设定值时的正交电流和当第二同相电压设定值等于第一同相电压设定值加上预定周期信号时的正交电流之间的差确定耦合项的步骤；

·根据所述耦合项确定转子转速的步骤；

·通过对转子转速进行积分确定转子的估计位置。

相应地，本发明提出了用于控制具有定子和转子的永磁同步电机的控制单元，所述控制单元包括：

·用于确定转子的估计位置的装置；