[发明专利]具有自适应磁链估计的马达控制系统和方法

说明书

本发明公开了一种通过估计磁链以确定同步马达的转子位置来控制同步马达的方法，包括：将该马达的一个定子绕组的电压应用到一个传递函数，该传递函数包括一个S域积分运算和一个纠错变量；处理该传递函数的一个输出，以补偿在该传递函数中所引入的所述纠错变量；产生一个所估计的磁链；基于所述所估计的磁链来计算转子位置的角度；将所计算的转子位置输入到控制器，以控制该转子的位置或速度；以及通过确定α轴电流和β轴电流并且将所述α轴电流和所述β轴电流应用到一个电流预测模型，来预测在下一个时间间隔处的一个定子电流值；以及预测q轴电流和d轴电流。本发明还公开了一种冷冻器系统。

本申请是申请日为2011年2月24日、申请号为201180012731.2(国际申请号为PCT/US2011/026045)、名称为“用于控制永磁同步马达的方法和系统”的发明专利申请的分案申请。

相关申请的交叉引用

本申请要求提交于2010年3月8日的题为“METHOD FOR CONTROLLING A PERMANENTMAGNET SYNCHRONOUS MOTOR”的美国临时专利申请No.61/311,420的优先权及其利益，该申请以引用方式纳入本文。

背景技术

本申请总体上涉及用于永磁马达的马达驱动器。本申请更具体地涉及用于控制高速永磁同步马达(PMSM)的方法和系统。

变速驱动器(VSD)被用来给加热、通风、空调和制冷(HVAC&R)系统中的多种马达类型提供动力。用于HVAC&R系统的常见类型的马达包括：感应马达、开关磁阻马达、以及其他能够应付在这样的HVAC&R系统中所要求的扭矩和速度范围的AC和DC马达。

永磁同步马达(PMSM)尤其有利于用在HVAC&R系统中，这是由于与常规AC感应马达相比，它们具有更高的效率和更高的功率密度。PMSM是使用永磁转子来运行的旋转电机(electric machine)。永磁转子可被配备有面贴式永磁体(surface mounted permanentmagnet)或被配备有具有不同配置或布置的内部永磁体。PMSM的定子可以类似于感应马达的定子。然而，完全不同的PMSM定子设计也是可以的，且可能有必要进行定子设计优化，尽管定子的拓扑结构可类似于感应马达。使用永磁体产生了大量的气隙磁通，这使得有可能设计高效率的PMSM。

由正弦电流驱动的PMSM被称为PMSM，而由矩形相位电流波形驱动的PMSM可被称为无刷直流(BLDC)机。PMSM和BLDC的转子结构可与面贴式永磁转子的结构相同。PMSM和BLDC都是由与给定的转子位置相耦合的定子电流驱动。所产生的定子磁链(flux linkage)和转子磁链(其由转子磁体产生)之间的角度，限定了马达的力矩，且从而限定了马达的速度。定子磁链的幅值以及定子磁链和转子磁链之间的角度都是可控的，从而最大化力矩或最小化损耗。为了最大化PMSM的性能并且保证系统的稳定性，该马达需要电力电子转换器(powerelectronics converter)来用于正常运行。

为了在运行PMSM时达到最大化的性能和控制，有必要确定转子位置。速度或位置传感器，或两者的组合，可被用来确定转子位置。然而，当暴露于恶劣环境中时，速度或位置传感器可能不会正常运行。此外，传感器的添加还增大了系统成本，并且在传感器发生故障时可能需要完全拆开PMSM。

对于高速和超高速应用，要求专用的速度和位置传感器，而专用的速度和位置传感器的可用性和成本可能会成为一个问题。已经提出许多不同种类的无传感器方案，以通过从一个测得的电变量来估计位置——例如通过从磁链得到转子位置信息——而去除速度或位置传感器。为了在PMSM的无传感器控制中进行转子位置估计，要求精确的磁通估计。当开关频率与基频的比值高且采样频率与基频的比值高时，现有的磁通估计的方法可能是足够的。然而，当以低的开关频率与基频的比值和低的采样频率与基频的比值运行时(对于高速或超高速PMSM驱动器，情况常常如此)，精确地估计磁链变得更为困难。因此，传统方法不再适用。