[發明專利]具有自適應磁鏈估計的馬達控制系統和方法

有效

• 申請號: 201610086180.9
• 申請日: 2011-02-24
• 公開（公告）號: CN105591583B
• 公開（公告）日: 2019-06-28
• 發明（設計）人: 吳志嶠;I·杰德瑞克
• 申請（專利權）人: 江森自控科技公司
• 主分類號: H02P21/18
• 分類號: H02P21/18;H02P25/024;H02P25/03
• 代理公司: 上海脫穎律師事務所 31259
• 代理人: 脫穎

本發明公開了一種通過估計磁鏈以確定同步馬達的轉子位置來控制同步馬達的方法，包括：將該馬達的一個定子繞組的電壓應用到一個傳遞函數，該傳遞函數包括一個S域積分運算和一個糾錯變量；處理該傳遞函數的一個輸出，以補償在該傳遞函數中所引入的所述糾錯變量；產生一個所估計的磁鏈；基于所述所估計的磁鏈來計算轉子位置的角度；將所計算的轉子位置輸入到控制器，以控制該轉子的位置或速度；以及通過確定α軸電流和β軸電流并且將所述α軸電流和所述β軸電流應用到一個電流預測模型，來預測在下一個時間間隔處的一個定子電流值；以及預測q軸電流和d軸電流。本發明還公開了一種冷凍器系統。

本申請是申請日為2011年2月24日、申請號為201180012731.2(國際申請號為PCT/US2011/026045)、名稱為“用于控制永磁同步馬達的方法和系統”的發明專利申請的分案申請。

相關申請的交叉引用

本申請要求提交于2010年3月8日的題為“METHOD FOR CONTROLLING A PERMANENTMAGNET SYNCHRONOUS MOTOR”的美國臨時專利申請No.61/311,420的優先權及其利益，該申請以引用方式納入本文。

背景技術

本申請總體上涉及用于永磁馬達的馬達驅動器。本申請更具體地涉及用于控制高速永磁同步馬達(PMSM)的方法和系統。

變速驅動器(VSD)被用來給加熱、通風、空調和制冷(HVAC&R)系統中的多種馬達類型提供動力。用于HVAC&R系統的常見類型的馬達包括：感應馬達、開關磁阻馬達、以及其他能夠應付在這樣的HVAC&R系統中所要求的扭矩和速度范圍的AC和DC馬達。

永磁同步馬達(PMSM)尤其有利于用在HVAC&R系統中，這是由于與常規AC感應馬達相比，它們具有更高的效率和更高的功率密度。PMSM是使用永磁轉子來運行的旋轉電機(electric machine)。永磁轉子可被配備有面貼式永磁體(surface mounted permanentmagnet)或被配備有具有不同配置或布置的內部永磁體。PMSM的定子可以類似于感應馬達的定子。然而，完全不同的PMSM定子設計也是可以的，且可能有必要進行定子設計優化，盡管定子的拓撲結構可類似于感應馬達。使用永磁體產生了大量的氣隙磁通，這使得有可能設計高效率的PMSM。

由正弦電流驅動的PMSM被稱為PMSM，而由矩形相位電流波形驅動的PMSM可被稱為無刷直流(BLDC)機。PMSM和BLDC的轉子結構可與面貼式永磁轉子的結構相同。PMSM和BLDC都是由與給定的轉子位置相耦合的定子電流驅動。所產生的定子磁鏈(flux linkage)和轉子磁鏈(其由轉子磁體產生)之間的角度，限定了馬達的力矩，且從而限定了馬達的速度。定子磁鏈的幅值以及定子磁鏈和轉子磁鏈之間的角度都是可控的，從而最大化力矩或最小化損耗。為了最大化PMSM的性能并且保證系統的穩定性，該馬達需要電力電子轉換器(powerelectronics converter)來用于正常運行。

為了在運行PMSM時達到最大化的性能和控制，有必要確定轉子位置。速度或位置傳感器，或兩者的組合，可被用來確定轉子位置。然而，當暴露于惡劣環境中時，速度或位置傳感器可能不會正常運行。此外，傳感器的添加還增大了系統成本，并且在傳感器發生故障時可能需要完全拆開PMSM。

對于高速和超高速應用，要求專用的速度和位置傳感器，而專用的速度和位置傳感器的可用性和成本可能會成為一個問題。已經提出許多不同種類的無傳感器方案，以通過從一個測得的電變量來估計位置——例如通過從磁鏈得到轉子位置信息——而去除速度或位置傳感器。為了在PMSM的無傳感器控制中進行轉子位置估計，要求精確的磁通估計。當開關頻率與基頻的比值高且采樣頻率與基頻的比值高時，現有的磁通估計的方法可能是足夠的。然而，當以低的開關頻率與基頻的比值和低的采樣頻率與基頻的比值運行時(對于高速或超高速PMSM驅動器，情況常常如此)，精確地估計磁鏈變得更為困難。因此，傳統方法不再適用。