[發(fā)明專利]用于電機(jī)控制的利用開環(huán)位置的混合閉環(huán)速度控制

在審

• 申請?zhí)枺?/td>: 201380040596.1
• 申請日: 2013-07-10
• 公開（公告）號: CN104508972A
• 公開（公告）日: 2015-04-08
• 發(fā)明（設(shè)計）人: J·韋;J·吉爾德斯;J·M·索恩
• 申請（專利權(quán)）人: 卡特彼勒公司
• 主分類號: H02P25/08
• 分類號: H02P25/08
• 代理公司: 北京市金杜律師事務(wù)所 11256
• 代理人: 蘇娟

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明一般涉及電機(jī)，并且更具體地涉及用于控制電機(jī)的速度的系統(tǒng)和方法。

背景技術(shù)

電機(jī)例如發(fā)電系統(tǒng)、發(fā)電機(jī)組等通常用于將一種形式的能量轉(zhuǎn)換成另一種形式的能量，并且可在電動模式下操作以將電能轉(zhuǎn)化成機(jī)械能或旋轉(zhuǎn)動能，或在發(fā)電模式下操作以將機(jī)械能或旋轉(zhuǎn)能轉(zhuǎn)換成電能。在可與電驅(qū)動組件一起使用的各種類型的機(jī)器中，開關(guān)磁阻(SR)機(jī)器由于其穩(wěn)定性和高性價比已經(jīng)受到了廣泛的關(guān)注。雖然當(dāng)前現(xiàn)有的用于控制這種電機(jī)的系統(tǒng)和方法提供了足夠的控制，但是仍然有需要改進(jìn)的地方。

為了高效地操作機(jī)器的電驅(qū)動裝置，不僅在高的操作速度而且在零操作速度或低的操作速度中，精確地監(jiān)測轉(zhuǎn)子相對于與電驅(qū)動裝置相關(guān)聯(lián)的機(jī)器的定子的速度和/或位置是重要的。傳統(tǒng)的電驅(qū)動裝置通過使用高分辨率速度輪以在這種較低的操作速度下操作或經(jīng)常改變其旋轉(zhuǎn)方向從而檢測轉(zhuǎn)子的絕對位置，高分辨率速度輪聯(lián)接在傳統(tǒng)的電驅(qū)動裝置上并設(shè)置有多個齒，多個齒可以通過近距離傳感器的某種形式來檢測。然而，根據(jù)所需用途或應(yīng)用，并不是所有機(jī)器可以能夠使用這種高分辨率速度輪，而是，可能需要使用具有繞其設(shè)置的較少的齒的低分辨率速度輪。

使用這種低分辨率速度輪使得電驅(qū)動系統(tǒng)很難精確地確定絕對轉(zhuǎn)子速度或位置以及產(chǎn)生足夠的轉(zhuǎn)矩，特別是當(dāng)在零速或低速操作時，例如在發(fā)動機(jī)啟動例程期間。在一些這種設(shè)計中，在零速或接近于零速處計算初始轉(zhuǎn)子位置，依賴其中的進(jìn)一步的計算和傳感器反饋以在機(jī)器的操作期間跟蹤絕對轉(zhuǎn)子位置。然而，由于使用的速度輪的低分辨率與傳感器相關(guān)聯(lián)的限制，初始轉(zhuǎn)子位置計算可能是不準(zhǔn)確的。由于機(jī)器的跟蹤和整體控制的完整性依賴于初始轉(zhuǎn)子位置的精確性，因此可對不準(zhǔn)確的初始轉(zhuǎn)子位置讀數(shù)產(chǎn)生的任何偏移不進(jìn)行糾正，這可以進(jìn)一步導(dǎo)致較差的機(jī)械性能或完全阻止機(jī)器的操作。

相應(yīng)地，需要提供簡單并且更可靠的方法來控制具有較低分辨率的速度輪的電機(jī)的操作速度。所公開的系統(tǒng)和方法旨在解決上述需要中一個或多個并克服現(xiàn)有技術(shù)的不足。

發(fā)明內(nèi)容

在本發(fā)明的一個方面，提供了一種控制具有轉(zhuǎn)子和定子的電機(jī)的速度的方法。該方法可以包括以下步驟：監(jiān)測轉(zhuǎn)子的期望速度和測量速度，基于期望速度和測量速度產(chǎn)生轉(zhuǎn)矩指令，以及基于轉(zhuǎn)矩指令、轉(zhuǎn)子的測量速度和估計位置的混合閉環(huán)分析來控制流入定子的相電流。轉(zhuǎn)子的估計位置至少部分地自期望速度推導(dǎo)得出。

在本發(fā)明的另一方面，提供了一種控制具有轉(zhuǎn)子和定子的電機(jī)的速度的方法。該方法可以包括以下步驟：監(jiān)測轉(zhuǎn)子的期望速度和測量速度，基于期望速度和測量速度產(chǎn)生轉(zhuǎn)矩指令，至少部分地基于期望速度確定轉(zhuǎn)子的估計位置，以及基于轉(zhuǎn)矩指令、轉(zhuǎn)子的測量速度和估計位置的混合閉環(huán)分析來確定用于控制流入定子中的每一個相的相電流的電流控制參數(shù)。

在本發(fā)明的又一方面，提供了一種用于控制具有轉(zhuǎn)子和定子的電機(jī)的速度的控制系統(tǒng)。該控制系統(tǒng)可以包括操作性地聯(lián)接到定子的變換器電路，以及與定子和變換器電路中的每一個相連通的控制器。變換器電路可包括選擇性地連通電流與定子的每一個相的多個開關(guān)。控制器被配置為基于期望速度和測量速度之間的差異產(chǎn)生轉(zhuǎn)矩指令，并基于轉(zhuǎn)矩指令、轉(zhuǎn)子的測量速度和估計位置的混合閉環(huán)分析來控制開關(guān)。轉(zhuǎn)子的估計位置可至少部分地自期望速度推導(dǎo)得出。

附圖說明

圖1是應(yīng)用于電機(jī)的電驅(qū)動裝置的速度控制系統(tǒng)的示例性實(shí)施例的示意圖；

圖2是使用混合閉環(huán)/開環(huán)控制方案控制電機(jī)的方法的流程圖；

圖3是用于控制電機(jī)的相電流的混合閉環(huán)控制方案的示意圖；以及

圖4是用于控制電機(jī)的相電流的閉環(huán)控制方案的示意圖。

具體實(shí)施方式

現(xiàn)在將詳細(xì)地參考特定實(shí)施例或特征，其中的示例在附圖中示出。通常，在所有附圖中將使用相應(yīng)的附圖標(biāo)記表示相同或相應(yīng)的零件。

圖1示意性地示出了一個示例性電驅(qū)動裝置100，電驅(qū)動裝置100可以用來在動力源102和一個或多個電力負(fù)載裝置104之間傳輸動力。該動力源102可包括例如柴油發(fā)動機(jī)、汽油發(fā)動機(jī)、天然氣發(fā)動機(jī)或通常與機(jī)動機(jī)器一起使用的任何其他能源。動力源102也可結(jié)合固定應(yīng)用使用，并且包括例如風(fēng)車、水電站壩、電池、燃料電池、或者任何其他合適的能源。負(fù)載裝置104可以包括接收電能的一個或多個裝置或部件。例如，關(guān)于工業(yè)作業(yè)機(jī)器或機(jī)動作業(yè)車輛，負(fù)載裝置104可以包括用于操作機(jī)器的工具的一個或多個馬達(dá)和/或用于引起車輛運(yùn)動的一個或多個牽引馬達(dá)。