[發明專利]無需為電機進行電流采樣的無傳感器磁場定向控制(FOC)

有效

• 申請號: 201380042966.5
• 申請日: 2013-08-13
• 公開（公告）號: CN104584417B
• 公開（公告）日: 2017-09-05
• 發明（設計）人: L·秦;T·L·小梅休;S·K·拉馬納坦
• 申請（專利權）人: 德克薩斯儀器股份有限公司
• 主分類號: H02P6/18
• 分類號: H02P6/18
• 代理公司: 北京紀凱知識產權代理有限公司11245
• 代理人: 趙蓉民

技術領域

本公開總體涉及電機控制器。更具體地，本公開涉及無需為電機進行電流采樣的無傳感器磁場定向控制(FOC)。

背景技術

永磁同步電機(PMSM)、無刷直流電機(BLDC)、開關磁阻電機、步進電機、以及感應電機代表可以使用磁場定向(filed-oriented)控制(FOC)技術控制的電機類型。這些類型的電機通常包括轉動的轉子和靜止的定子。這些電機通常由將直流(DC)輸入轉化成交流(AC)輸出的逆變器供電。

在FOC技術中，對逆變器的各種輸出進行控制以便調整電機的操作。“無傳感器”FOC指的是一種方案，該方案中電機的一個或多個特性(例如電機速度或轉子位置)是推導出的而不是使用電機上的傳感器直接測量得的。在一些無傳感器FOC技術中，向逆變器提供DC輸入的DC總線上的電壓及由逆變器提供的兩相或三相電流的樣本被使用。在其他無傳感器FOC技術中，由于DC總線的電流包括三相電流信息，DC總線上的電流被測量并使用。由于這些方法使用電流樣本，它們通常要求使用一個或多個模數轉換器和一個或多個運算放大器來捕獲這些電流樣本。

發明內容

本申請提供了用于無需為電機進行電流采樣的無傳感器磁場定向控制(FOC)的方法和裝置。

在第一示例中，一種裝置包括無傳感器磁場定向控制(FOC)電機控制器。該電機控制器包括脈寬調制(PWM)控制器，該脈寬調制控制器被配置為生成PWM信號并且將這些PWM信號提供給逆變器。電機控制器還包括角度采樣器，該角度采樣器被配置為接收控制的電壓角度信號并且響應于觸發事件將該控制的電壓角度信號提供作為輸出信號。觸發事件是基于與逆變器的輸入或輸出關聯的電壓或電流的。電機控制器進一步包括第一組合器，被配置為將(i)前饋電壓角度信號與(ii)基于該輸出信號的第二信號進行組合。第一組合器被配置為生成控制的電壓角度信號。此外，電機控制器包括第二組合器，該第二組合器被配置為將前饋電壓振幅信號與第二信號進行組合。

在第二示例中，一種系統包括被配置為向電機供電的逆變器和無傳感器磁場定向控制(FOC)電機控制器。該電機控制器包括脈度調制(PWM)控制器，該脈度調制控制器被配置為生成PWM信號并且向該逆變器提供這些PWM信號。該電機控制器還包括角度采樣器，該角度采樣器被配置為接收控制的電壓角度信號并且響應于觸發事件將控制的電壓角度信號提供作為輸出信號。觸發事件是基于與逆變器的輸入或輸出關聯的電壓或電流的。電機控制器進一步包括第一組合器，該第一組合器被配置為將(i)前饋電壓角度信號與(ii)基于該輸出信號的第二信號進行組合。該第一組合器被配置為生成控制的電壓角度信號。此外，電機控制器包括第二組合器，該第二組合器被配置為將前饋電壓振幅信號與第二信號進行組合。

在第三示例中，一種方法包括為向電機供電的逆變器生成脈寬調制(PWM)信號以及使用無傳感器磁場定向控制調整這些PWM信號的生成。調整PWM信號的生成包括接收與電機關聯的控制的電壓角度信號以及響應于觸發事件輸出該控制的電壓角度信號。觸發事件是基于與逆變器的輸入或輸出關聯的電壓或電流的。調整PWM信號的生成還包括使用控制的電壓角度信號識別角度誤差。調整PWM信號的生成進一步包括通過將(i)前饋電壓角度信號與(ii)基于角度誤差的第二信號進行組合來生成電壓命令的相位角信號。控制的電壓角度信號表示相位角信號。此外，調整PWM信號的生成包括通過將前饋電壓振幅信號與第二信號進行組合來生成電壓命令的電壓信號，其中這些PWM信號是基于電壓命令生成的。

附圖說明

圖1根據本公開說明一種支持無需為電機進行電流采樣的無傳感器磁場定向控制(FOC)的示例系統；

圖2至圖4根據本公開說明一種支持無需為電機進行電流采樣的無傳感器FOC的示例電機控制器及相關細節；以及

圖5根據本公開說明一種用于無需為電機進行電流采樣的無傳感器FOC的示例方法。

具體實施方式

圖1根據本公開說明一種支持無需為電機進行電流采樣的無傳感器磁場定向控制(FOC)的示例系統100。如圖1所示，系統100包括電源102、逆變器104和電機106。電源102表示向逆變器104提供直流電力的直流(DC)電源。電源102包括用于提供DC電力的任何適當結構，例如一個或多個電池、燃料電池、太陽能電池或其他DC電源。