永磁同步電機轉(zhuǎn)子位置偏差測量裝置及方法
【專利摘要】本發(fā)明揭露一種永磁同步電機轉(zhuǎn)子位置偏差測量裝置及方法。永磁同步電機轉(zhuǎn)子位置偏差測量裝置包含控制單元、功率變換單元、轉(zhuǎn)子位置觀測器及計算單元?？刂茊卧邮誨軸直流電壓信號以及q軸交流電壓信號，并接收轉(zhuǎn)子位置初始值及高頻信號，以輸出三相指令信號。功率變換單元接收三相指令信號，并輸出三相控制信號用以控制電機。轉(zhuǎn)子位置觀測器接收相應(yīng)于電機操作的三相反饋信號，并產(chǎn)生轉(zhuǎn)子位置估算值。計算單元對所述轉(zhuǎn)子位置初始值及所述轉(zhuǎn)子位置估算值進行運算，以產(chǎn)生轉(zhuǎn)子位置偏差值。
【專利說明】永磁同步電機轉(zhuǎn)子位置偏差測量裝置及方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本
【發(fā)明內(nèi)容】
是有關(guān)于一種永磁同步電機，且特別是有關(guān)于一種永磁同步電機轉(zhuǎn)子的位置測量裝置。
【背景技術(shù)】
[0002]一般而言，無刷電機依據(jù)不同的反電動勢大致上可分為永磁同步電機以及直流無刷電機。具體地來說，永磁同步電機具有弦波反電動勢，且可配合弦波定子電流以產(chǎn)生定轉(zhuǎn)矩。
[0003]然而，當(dāng)永磁同步電機操作時，其在旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系(d_q軸)下的d軸和q軸磁路之間存在耦合，因此其真實的電感矩陣相較于d軸和q軸上經(jīng)解耦分析后的電感矩陣并不相同，導(dǎo)致利用電機凸極模型來觀測或估算轉(zhuǎn)子位置角度的方法會產(chǎn)生一定的角度偏差，進而影響控制效果，尤其會影響在重載情況下的控制性能。
[0004]為了解決上述問題，現(xiàn)有技術(shù)大多采用分析電磁場的方法，亦即對已知的電機本體參數(shù)進行分析計算，以得到交叉飽和電感值或者不同d_q軸電流情況下的角度誤差值，借此進行角度的補償。
[0005]然而，前述方法所需的計算量很大，并須依賴準(zhǔn)確的電機本體參數(shù)，但電機本體參數(shù)往往又難以準(zhǔn)確地獲得，因此前述方法無法普遍適用。
[0006]其次，在實際測量因飽和效應(yīng)引起的角度偏差的方法中，通常需要注入具不同幅值的電壓或電流，因此會產(chǎn)生一定的轉(zhuǎn)矩，而為了使電機保持靜止?fàn)顟B(tài)，故需要采用外部設(shè)備(如:機械抱閘裝置)將電機鎖住，如此一來，實際操作上會存在使用不便和效率不佳等問題，亦使得測量方法具有條件限制，限制在某些場合的應(yīng)用，使用上較不具彈性，并直接提高了應(yīng)用前述測量方法的難度。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0007]本
【發(fā)明內(nèi)容】
是關(guān)于一種永磁同步電機轉(zhuǎn)子位置偏差測量裝置及方法，借以改善測量位置(或角度)偏差的方式中必須采用外部設(shè)備(如:機械抱閘裝置)而造成不便的問題，并借此使測量位置(或角度)偏差的方式能普遍適用于各種場合。
[0008]本
【發(fā)明內(nèi)容】
的一實施方式是關(guān)于一種永磁同步電機轉(zhuǎn)子位置偏差測量裝置，其包含一控制單元、一功率變換單元、一轉(zhuǎn)子位置觀測器以及一計算單元?？刂茊卧靡越邮找恍D(zhuǎn)坐標(biāo)系下的d軸直流電壓信號以及q軸交流電壓信號，并用以接收一轉(zhuǎn)子位置初始值及一高頻信號，以輸出一三相指令信號。功率變換單元用以接收所述三相指令信號，并輸出一三相控制信號用以控制所述電機。轉(zhuǎn)子位置觀測器用以接收相應(yīng)于所述電機操作的三相電流反饋信號，并產(chǎn)生一轉(zhuǎn)子位置估算值。計算單元用以對所述轉(zhuǎn)子位置初始值以及所述轉(zhuǎn)子位置估算值進行運算，以產(chǎn)生一轉(zhuǎn)子位置偏差值。
[0009]在本發(fā)明一實施例中，控制單元還包含一旋轉(zhuǎn)至靜止坐標(biāo)變換單元以及一兩相至三相坐標(biāo)變換單元。旋轉(zhuǎn)至靜止坐標(biāo)變換單元用以接收所述d軸直流電壓信號以及q軸交流電壓信號，并輸出一靜止坐標(biāo)系下的0軸電壓信號以及13軸電壓信號。兩相至三相坐標(biāo)變換單元用以接收所述0軸電壓信號以及所述13軸電壓信號分別與一三相對稱的旋轉(zhuǎn)高頻交流信號疊加后的0軸調(diào)節(jié)信號及13軸調(diào)節(jié)信號，并輸出所述三相指令信號。
[0010]在本發(fā)明另一實施例中，控制單元還包含旋轉(zhuǎn)至靜止坐標(biāo)變換單元以及兩相至三相坐標(biāo)變換單元。旋轉(zhuǎn)至靜止坐標(biāo)變換單元用以接收所述(1軸直流電壓信號與一脈振高頻交流信號疊加后的信號、所述(1軸交流電壓信號以及所述轉(zhuǎn)子位置初始值，并輸出靜止坐標(biāo)系下的0軸電壓信號及13軸電壓信號。兩相至三相坐標(biāo)變換單元用以接收所述0軸調(diào)節(jié)信號及13軸調(diào)節(jié)信號，并輸出所述三相指令信號。
[0011]在本發(fā)明又一實施例中，控制單元還包含旋轉(zhuǎn)至靜止坐標(biāo)變換單元以及兩相至三相坐標(biāo)變換單元。旋轉(zhuǎn)至靜止坐標(biāo)變換單元用以接收(1軸直流電壓信號、(1軸交流電壓信號以及轉(zhuǎn)子位置初始值，并輸出靜止坐標(biāo)系下的0軸電壓信號及13軸電壓信號。兩相至三相坐標(biāo)變換單元用以接收0軸電壓信號及13軸電壓信號，并輸出三相電壓信號。前述三相電壓信號于非零電壓向量方向上與一脈沖寬度調(diào)變信號相疊加從而得到所述三相指令信號，且在一控制周期內(nèi)所述脈沖寬度調(diào)變信號的電壓合成矢量為零。
[0012]在本發(fā)明次一實施例中，所述功率變換單元為一兩電平變換器。
[0013]在本發(fā)明又一實施例中，所述功率變換單元為一電壓源型逆變器
[0014]其次，所述轉(zhuǎn)子位置觀測器可為一旋轉(zhuǎn)注入式觀測器、一脈振注入式觀測器或是一脈沖寬度調(diào)變注入式觀測器。
[0015]在本發(fā)明再一實施例中，前述測量裝置還包含一坐標(biāo)變換單元，其用以接收所述轉(zhuǎn)子位置初始值以及所述三相電流反饋信號，并輸出一 (1軸電流反饋信號和一 (1軸電流反
饋信號。
[0016]在本發(fā)明另一實施例中，前述測量裝置還包含一第一調(diào)節(jié)單元以及一第二調(diào)節(jié)單元。第一調(diào)節(jié)單元用以接收一 (1軸直流電流信號以及所述(1軸電流反饋信號，并輸出所述(1軸直流電壓信號。第二調(diào)節(jié)單元用以接收一 (1軸交流電流信號以及所述(1軸電流反饋信號，并輸出所述(1軸交流電壓信號。
[0017]另外，于所述(1軸直流電壓信號以及所述(1軸交流電壓信號均為零的情形下，所述轉(zhuǎn)子位置觀測器輸出的轉(zhuǎn)子位置估算值可為所述轉(zhuǎn)子位置初始值。
[0018]其次，所述(1軸交流電壓信號或所述高頻信號可為正弦波信號、三角波信號、方波信號或者梯形波信號，而且所述(1軸直流電壓信號可為具可變幅值的直流電壓信號，或者所述(1軸交流電壓信號可為具可變幅值的交流電壓信號。
[0019]又，在一實施例中，所述(1軸直流電壓信號的位準(zhǔn)大于零。
[0020]在本發(fā)明又一實施例中，前述(1軸交流電壓信號的頻率介于永磁同步電機額定頻率的十分之一至4倍之間。其次，前述(1軸交流電壓信號的頻率可為永磁同步電機額定頻率的二分之一。
[0021]在本發(fā)明再次一實施例中，當(dāng)所述(1軸直流電壓信號保持恒定時，不同的(1軸交流電壓信號所對應(yīng)的轉(zhuǎn)子角度偏差值形成一條連續(xù)曲線。
[0022]在本發(fā)明又再一實施例中，不同幅值的所述(1軸直流電壓信號與不同幅值的所述(1軸交流電壓信號所對應(yīng)的轉(zhuǎn)子角度偏差值形成三維查閱數(shù)據(jù)表。
[0023]本
【發(fā)明內(nèi)容】
的另一實施方式是關(guān)于一種永磁同步電機轉(zhuǎn)子位置偏差測量方法，其包含:依據(jù)一轉(zhuǎn)子位置初始值及一高頻信號將一旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系下的d軸直流電壓信號以及q軸交流電壓信號變換為一三相指令信號；將所述三相指令信號變換為一三相控制信號用以控制所述電機；依據(jù)相應(yīng)于所述電機的操作的三相電流反饋信號產(chǎn)生一轉(zhuǎn)子位置估算值；以及對所述轉(zhuǎn)子位置初始值以及所述轉(zhuǎn)子位置估算值進行運算，以產(chǎn)生一轉(zhuǎn)子位置偏差值。
[0024]在本發(fā)明一實施例中，將所述d軸直流電壓信號以及所述q軸交流電壓信號變換為所述三相指令信號的步驟還包含:通過一旋轉(zhuǎn)至靜止坐標(biāo)變換單元將所述d軸直流電壓信號以及所述q軸交流電壓信號變換為一靜止坐標(biāo)系下的α軸電壓信號以及β軸電壓信號；以及通過一兩相至三相坐標(biāo)變換單元將所述α軸電壓信號以及所述β軸電壓信號分別與一三相對稱的旋轉(zhuǎn)高頻交流信號疊加后的α軸調(diào)節(jié)信號以及所述β軸調(diào)節(jié)信號變換為所述三相指令信號。
[0025]在本發(fā)明另一實施例中，將所述d軸直流電壓信號以及所述q軸交流電壓信號變換為所述三相指令信號的步驟還包含:通過一旋轉(zhuǎn)至靜止坐標(biāo)變換單元將所述d軸直流電壓信號與一脈振高頻交流信號疊加后的信號以及所述q軸交流電壓信號變換為一靜止坐標(biāo)系下的α軸電壓信號以及β軸電壓信號；以及通過一兩相至三相坐標(biāo)變換單元將所述α軸電壓信號以及所述β軸電壓信號變換為所述三相指令信號。
[0026]在本發(fā)明又一實施例中，將所述d軸直流電壓信號以及所述q軸交流電壓信號變換為所述三相指令信號的步驟還包含:通過一旋轉(zhuǎn)至靜止坐標(biāo)變換單元將所述d軸直流電壓信號以及所述q軸交流電壓信號變換為一靜止坐標(biāo)系下的α軸電壓信號以及β軸電壓信號；通過一兩相至三相坐標(biāo)變換單元將所述α軸電壓信號以及所述β軸電壓信號變換為所述三相電壓信號；以及將所述三相電壓信號于非零電壓向量方向上與一脈沖寬度調(diào)變信號相疊加，從而得到所述三相指令信號，其中在一控制周期內(nèi)所述脈沖寬度調(diào)變信號的電壓合成矢量為零。
[0027]在本發(fā)明次一實施例中，將所述三相指令信號變換為所述三相控制信號的步驟是通過一兩電平變換器來實現(xiàn)。
[0028]在本發(fā)明再一實施例中，前述測量方法還可包含:依據(jù)所述轉(zhuǎn)子位置初始值通過一坐標(biāo)變換單元將所述三相反饋信號變換為一 d軸反饋信號和一 q軸反饋信號。
[0029]在本發(fā)明另一實施例中，前述測量方法還可包含:依據(jù)所述d軸電流反饋信號將一 d軸直流電流信號變換為所述d軸直流電壓信號；以及依據(jù)所述q軸電流反饋信號將一q軸交流電流信號變換為所述q軸交流電壓信號。
[0030]另外，于所述d軸直流電壓信號以及所述q軸交流電壓信號均為零的情形下，產(chǎn)生的轉(zhuǎn)子位置估算值可為所述轉(zhuǎn)子位置初始值。
[0031]其次，所述q軸交流電壓信號或所述高頻信號可為正弦波信號、三角波信號、方波信號或者梯形波信號，而且所述d軸直流電壓信號可為具可變幅值的直流電壓信號，或者所述q軸交流電壓信號可為具可變幅值的交流電壓信號。又，在一實施例中，所述d軸直流電壓信號的位準(zhǔn)大于零。
[0032]根據(jù)本發(fā)明的技術(shù)內(nèi)容，應(yīng)用前述永磁同步電機轉(zhuǎn)子位置偏差測量裝置及方法，不僅可于整個位置(或角度)補償值的測量過程中，免去任何外部設(shè)備(如:機械抱閘裝置)的使用，即可使電機保持在靜止?fàn)顟B(tài)，而且更可使測量方式更加簡便、效率更佳，且亦較具彈性。如此一來，實現(xiàn)整個位置(或角度)補償值的測量過程便可節(jié)省時間和成本，亦使其能普遍適用于各種應(yīng)用場合。
[0033]本
【發(fā)明內(nèi)容】
旨在提供本發(fā)明的簡化摘要，以使閱讀者對本發(fā)明具備基本的理解。此
【發(fā)明內(nèi)容】
并非本發(fā)明的完整概述，且其用意并非在指出本發(fā)明實施例的重要(或關(guān)鍵)元件或界定本發(fā)明的范圍。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0034]圖1是依照本發(fā)明實施例繪示一種電機轉(zhuǎn)子位置偏差測量裝置的示意圖；
[0035]圖2是依照本發(fā)明實施例繪示一種測量過程中轉(zhuǎn)子位置偏差的波形示意圖；
[0036]圖3是依照本發(fā)明實施例繪示不同(1軸交流信號下轉(zhuǎn)子位置偏差的波形示意圖；
[0037]圖4是依照本發(fā)明實施例繪示一種位置偏差擬合曲線的示意圖；
[0038]圖5是依照本發(fā)明實施例繪示一種如圖1所示的控制單元的示意圖；
[0039]圖6是依照本發(fā)明實施例繪示一種旋轉(zhuǎn)高頻交流信號的波形示意圖；
[0040]圖7是依照本發(fā)明另一實施例繪示一種如圖1所示的控制單元的示意圖；
[0041]圖8是依照本發(fā)明實施例繪示一種脈振高頻交流信號的波形示意圖；
[0042]圖9是依照本發(fā)明次一實施例繪示一種如圖1所示的控制單元的示意圖；
[0043]圖10是依照本發(fā)明實施例繪示一種采用脈沖寬度調(diào)變信號注入方式的空間矢量示意圖；
[0044]圖11是依照本發(fā)明另一實施例繪示一種電機轉(zhuǎn)子位置偏差測量裝置的示意圖；
[0045]圖12是依照本發(fā)明實施例繪示一種電機轉(zhuǎn)子位置偏差測量方法的流程圖。
[0046]【主要元件符號說明】
[0047]100、1000:測量裝置
[0048]105:永磁同步電機
[0049]:控制單元
[0050]120:功率變換單元
[0051]130:轉(zhuǎn)子位置觀測器
[0052]140:計算單元[0053]150:坐標(biāo)變換單元
[0054]160:高頻信號產(chǎn)生單元
[0055]162、164:調(diào)節(jié)單元
[0056]510、710、910:旋轉(zhuǎn)至靜止坐標(biāo)變換單元
[0057]520,720,920:兩相至三相坐標(biāo)變換單元
[0058]31、32、33、34:步驟
【具體實施方式】
[0059]下文是舉實施例配合所附附圖作詳細(xì)說明，但所提供的實施例并非用以限制本發(fā)明所涵蓋的范圍，而結(jié)構(gòu)運作的描述非用以限制其執(zhí)行的順序，任何由元件重新組合的結(jié)構(gòu)，所產(chǎn)生具有均等功效的裝置，皆為本發(fā)明所涵蓋的范圍。此外，附圖僅以說明為目的，并未依照原尺寸作圖。為使便于理解，下述說明中相同元件將以相同的符號標(biāo)示來說明。轉(zhuǎn)子位置初始值9,心及一高頻信號冊，借。在一實施例中，轉(zhuǎn)子位置初始值、心是號II#，借以將轉(zhuǎn)子軸鎖住，而控制單元110曲直流電壓信號11產(chǎn)以及(1軸交流電壓信號
7 0
[制單元110，用以接收前述三相指令信號，
?用以控制永磁同步電機105。轉(zhuǎn)子位置觀收相應(yīng)于永磁同步電機105的操作的三相2生一轉(zhuǎn)子位置估算值9 &。另，計算單元專子位置初始值9 以及所述轉(zhuǎn)子位置估1 0丨也)，以產(chǎn)生一轉(zhuǎn)子位置偏差值9 611。機械抱閘裝置)將電機鎖住，如此才能使電[偏差或位置偏差，因此操作上會存在使用件限制，使用上較不具彈性。
施例中，主要是以轉(zhuǎn)子位置初始值(或是給[的直流信號，借以將轉(zhuǎn)子軸鎖住，并于(1軸信號或者其它類型的交流信號。另外，依據(jù)不同注入方式(如:旋轉(zhuǎn)注入、脈振注入、脈沖寬度調(diào)變注入、…等)所進行的電機轉(zhuǎn)子位置(或角度)偏差測量程序，高頻信號冊也可以是正弦波信號、三角波信號、方波信號、梯形波信號或者其它相應(yīng)類型的高頻交流信號，亦即本領(lǐng)域所屬技術(shù)人員可以選擇適合的交流信號作為(1軸交流電壓信號II#或是高頻信號冊，在此不以前述類型的交流信號為限。
[0070]其次，(1軸交流電壓信號II#的頻率可介于永磁同步電機105額定頻率的十分之一至4倍之間，且較佳地，^軸交流電壓信號II#的頻率可為永磁同步電機105額定頻率的二分之一。
[0071]此外，功率變換單元120可以是一電壓源型逆變器，或是其它可用以將指令信號01、013? 00變換為控制信號113、％、11。的元件或裝置。
[0072]需說明的是，上述及下列關(guān)于轉(zhuǎn)子位置的數(shù)值，可以代表實際轉(zhuǎn)子的位置，也可以代表轉(zhuǎn)子相對于軸線的角度，并由角度來表示轉(zhuǎn)子當(dāng)前所在位置，在此僅是例示而已，并非用以限定本發(fā)明。
[0073]此外，.可以先檢測取得前述轉(zhuǎn)子位置初始值0 ，而后將轉(zhuǎn)子位置初始值0作為(1軸方向供直流電壓信號11#于其上給定，亦可在任意位置或角度(如:給定角度0° )上給定直流電壓信號113，將永磁同步電機105從未知的位置拉至給定的角度，使其發(fā)生180。以內(nèi)的轉(zhuǎn)動，而后將此給定角度作為轉(zhuǎn)子位置初始值，同時作為轉(zhuǎn)子軸鎖住后的(1軸方向。
[0074]在一實施例中，如圖1所示，在轉(zhuǎn)子初始位置的檢測過程中，于(1軸直流電壓信號11^以及(1軸交流電壓信 號11療均為零(亦即控制單元110接收高頻信號冊而不接收信號11^和110)的情形下，轉(zhuǎn)子位置觀測器130相應(yīng)輸出的轉(zhuǎn)子位置估算值0說即作為轉(zhuǎn)子位置初始值9 直接輸入控制單元110。
[0075]在另一實施例中，如圖1所示，測量裝置100可還包含一坐標(biāo)變換單元150。坐標(biāo)變換單元150用以接收轉(zhuǎn)子位置初始值0 631以及三相反饋信號(即信號13、1,),并相應(yīng)地輸出一 (1軸反饋信號4和一 (1軸反饋信號、，以供對照于所產(chǎn)生的轉(zhuǎn)子位置偏差值9…，其中前述(1軸反饋信號1,以及(1軸反饋信號、為電流信號。
[0076]實作上，坐標(biāo)變換單元150可以是三相至兩相及靜止至旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)變換單元，其中三相(3-6-(3)至兩相(0 -13 )坐標(biāo)變換即是本領(lǐng)域技術(shù)所稱的“01犯'匕變換”，而靜止(0-13 )至旋轉(zhuǎn)((1-(0坐標(biāo)變換即是本領(lǐng)域技術(shù)所稱的“ 變換”;換言之，坐標(biāo)變換單元150可以是01犯^6-？犯^變換單元，用以將三相反饋信號13、1^1。變換為旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系下的(1軸反饋信號1,和(1軸反饋信號
[0077]在次一實施例中，如圖1所示，測量裝置100可還包含一高頻信號產(chǎn)生單元160，其用以依據(jù)不同注入方式(如:旋轉(zhuǎn)注入、脈振注入、脈沖寬度調(diào)變注入、…等)產(chǎn)生相應(yīng)的高頻信號冊。
[0078]另一方面，前述(1軸交流電壓信號1！療可以是具可變幅值的交流電壓信號。圖3是依照本發(fā)明實施例繪示不同(1軸交流信號下轉(zhuǎn)子位置偏差的波形示意圖。如圖3所示，于(1軸交流信號具不同幅值(如幅值八、幅值8、幅值0的情形下，可以分別進行轉(zhuǎn)子位置偏差的測量，進一步得到不同(1軸交流信號下的轉(zhuǎn)子位置偏差值。如此一來，于(1軸上注入具某一幅值的直流信號，且在(1軸上分別注入具不同幅值的交流給定信號，便可以得到對應(yīng)于不同飽和狀態(tài)的多個轉(zhuǎn)子位置偏差值。
[0079]其次，前述d軸直流電壓信號Ud*亦可以是具可變幅值的直流電壓信號。據(jù)此，當(dāng)d軸上注入具一特定幅值的直流信號時，可以得到對應(yīng)于q軸上不同交流給定信號的一組轉(zhuǎn)子位置偏差值，而當(dāng)d軸上注入具另一特定幅值的直流信號時，可以得到對應(yīng)于q軸上不同交流給定信號的另一組轉(zhuǎn)子位置偏差值。
[0080]舉例來說，圖4是依照本發(fā)明實施例繪示一種位置偏差擬合曲線的示意圖，其中曲線Cl代表d軸上注入具幅值idl的直流信號，曲線C2代表d軸上注入具幅值id2的直流信號。具體來說，當(dāng)前述d軸直流電壓信號Ud*保持恒定時，不同的q軸交流電壓信號Uq*所對應(yīng)的轉(zhuǎn)子角度偏差值可擬合形成一條連續(xù)曲線。如圖4所示，當(dāng)d軸上注入具幅值idl的直流信號時，可以得到對應(yīng)于q軸上不同交流給定信號的多個離散的轉(zhuǎn)子位置偏差值，且這些轉(zhuǎn)子位置偏差值可經(jīng)線性擬合成偏差曲線Cl ;同樣地，當(dāng)d軸上注入具幅值id2的直流信號時，可以得到對應(yīng)于q軸上不同交流給定信號的多個離散的轉(zhuǎn)子位置偏差值，且這些轉(zhuǎn)子位置偏差值可經(jīng)線性擬合為偏差曲線C2。如此一來，便可于d軸上注入多個具不同幅值的直流信號，并相應(yīng)地于q軸上注入多個具不同幅值的交流信號，借此獲取多個偏差曲線，以利后續(xù)與給定的d軸直流信號和q軸交流信號對照，方便找出相應(yīng)的位置(或角度)偏差值，進而實現(xiàn)相應(yīng)的位置(或角度)補償。換言之，不同幅值的d軸直流電壓信號ud*、不同幅值的q軸交流電壓信號Uq*及其所對應(yīng)的轉(zhuǎn)子角度偏差值，三者可以形成相應(yīng)的三維查閱數(shù)據(jù)表。
[0081]圖5是依照本發(fā)明實施例繪示一種如圖1所示的控制單元的示意圖。如圖5所示，控制單元IlOa還可包含一旋轉(zhuǎn)至靜止坐標(biāo)變換單元510以及一兩相至三相坐標(biāo)變換單元520，其中類似前述“Clarke變換”和“Park變換”所代表的含義，旋轉(zhuǎn)至靜止坐標(biāo)變換單元510可以是本領(lǐng)域技術(shù)所稱的“反Park變換單元”，兩相至三相坐標(biāo)變換單元520可以是本領(lǐng)域技術(shù)所稱的“反Clarke變換單元”。
[0082]旋轉(zhuǎn)至靜止坐標(biāo)變換單元510用以接收d軸直流電壓信號ud*、q軸交流電壓信號Uq*以及所述轉(zhuǎn)子位置初始值Qinit，并輸出靜止坐標(biāo)系(α-β軸)下的α軸電壓信號Ua以及β軸電壓信號ue。兩相至三相坐標(biāo)變換單元520則用以接收α軸電壓信號Ua以及β軸電壓信號U0分別與高頻信號HF疊加后的α軸調(diào)節(jié)信號ua*及β軸調(diào)節(jié)信號ue*，并輸出三相指令信號Ca、Cb、Ce。
[0083]在本實施例中，控制單元IlOa可應(yīng)用于依據(jù)旋轉(zhuǎn)注入方式所進行的電機轉(zhuǎn)子位置偏差測量，且高頻信號HF可以是一三相對稱的旋轉(zhuǎn)高頻交流信號。圖6是依照本發(fā)明實施例繪示一種旋轉(zhuǎn)高頻交流信號的波形示意圖，其中信號Ua以及Ue分別代表α軸及β軸上的旋轉(zhuǎn)高頻交流信號，且此旋轉(zhuǎn)高頻交流信號可為正弦波信號、三角波信號、方波信號、梯形波信號或者其它類型的交流信號。
[0084]前述三相對稱的旋轉(zhuǎn)高頻交流信號分別與α軸電壓信號Ua以及β軸電壓信號U0疊加后(例如:形成α軸調(diào)節(jié)信號ua*和β軸調(diào)節(jié)信號Ue*)注入兩相至三相坐標(biāo)變換單元520，接著兩相至三相坐標(biāo)變換單元520再將調(diào)節(jié)信號ua*和ue*變換為三相指令信號Ca、Cb、Ce。此外，基于控制單元IlOa可應(yīng)用于依據(jù)旋轉(zhuǎn)注入方式所進行的偏差測量程序，圖1所示的轉(zhuǎn)子位置觀測器130可以相應(yīng)地為一旋轉(zhuǎn)注入式觀測器。
[0085]圖7是依照本發(fā)明另一實施例繪示一種如圖1所示的控制單元的示意圖。如圖7所示，控制單元IlOb同樣可包含旋轉(zhuǎn)至靜止坐標(biāo)變換單元710以及兩相至三相坐標(biāo)變換單元720，其中旋轉(zhuǎn)至靜止坐標(biāo)變換單元710用以接收d軸直流電壓信號ud*與高頻信號HF疊加后的信號、q軸交流電壓信號uq*以及所述轉(zhuǎn)子位置初始值Θ init，并輸出靜止坐標(biāo)系(α-β軸)下的α軸電壓信號Ua以及β軸電壓信號U0，兩相至三相坐標(biāo)變換單元720則用以接收α軸電壓信號Ua以及β軸電壓信號Ue,并輸出三相指令信號Ca、Cb、Ce。
[0086]在本實施例中，控制單元IlOb可應(yīng)用于依據(jù)脈振注入方式所進行的電機轉(zhuǎn)子位置偏差測量，且高頻信號HF可以是一脈振高頻交流信號。圖8是依照本發(fā)明實施例繪示一種脈振高頻交流信號的波形示意圖，其中信號Ud代表d軸上的脈振高頻交流信號，且此脈振高頻交流信號可為正弦波信號、三角波信號、方波信號、梯形波信號或者其它類型的交流信號。
[0087]前述脈振高頻交流信號可于d軸上與d軸直流電壓信號Ud*疊加后再注入旋轉(zhuǎn)至靜止坐標(biāo)變換單元710,接著由旋轉(zhuǎn)至靜止坐標(biāo)變換單元710將相應(yīng)的疊加信號和q軸交流電壓信號uq*變換為α軸電壓信號u α以及β軸電壓信號Ue。此外,基于控制單兀IlOb可應(yīng)用于依據(jù)脈振注入方式所進行的偏差測量程序，圖1所示的轉(zhuǎn)子位置觀測器130可以相應(yīng)地為一脈振注入式觀測器。
[0088]圖9是依照本發(fā)明次一實施例繪示一種如圖1所示的控制單元的示意圖。如圖9所示，控制單元IlOc同樣可包含旋轉(zhuǎn)至靜止坐標(biāo)變換單元910以及兩相至三相坐標(biāo)變換單元920，其中旋轉(zhuǎn)至靜止坐標(biāo)變換單元910用以接收d軸直流電壓信號ud*、q軸交流電壓信號Uq*以及所述轉(zhuǎn)子位置初始值Qinit，并輸出靜止坐標(biāo)系下的α軸電壓信號ua以及β軸電壓信號U0，兩相至三相坐標(biāo)變換單元920則用以接收α軸電壓信號Ua以及β軸電壓信號Ue,并輸出三相電壓信號Ca*、Cb*、Ce*。
[0089]在本實施例中，控制單元IlOc可應(yīng)用于依據(jù)脈沖寬度調(diào)變(PWM)注入方式所進行的電機轉(zhuǎn)子位置偏差測量，且高頻信號HF可以是一脈沖寬度調(diào)變信號，其與兩相至三相坐標(biāo)變換單元920所輸出的三相電壓信號(如:電壓信號Ca*、Cb*、Cc*)疊加后形成三相指令信號Ca、Cb、Ce供注入前述圖1所示的功率變換單元120。此外，前述三相電壓信號Ca*、Cb*、Cc*于非零電壓向量方向上與脈沖寬度調(diào)變信號HF相疊加從而得到三相指令信號Ca、Cb、Ce，且在一控制周期內(nèi)脈沖寬度調(diào)變信號的電壓合成矢量為零。其次，基于控制單元IlOc可應(yīng)用于依據(jù)脈沖寬度調(diào)變注入方式所進行的偏差測量程序，圖1所示的轉(zhuǎn)子位置觀測器130可以相應(yīng)地為一脈沖寬度調(diào)變注入式觀測器。
[0090]圖10是依照本發(fā)明實施例繪示一種采用脈沖寬度調(diào)變信號注入方式的空間矢量示意圖。如圖10所示,并以圖1所示的功率變換單元120為兩電平變換器(包含與三相A、B、C相應(yīng)的橋臂開關(guān))的情形為例，假設(shè)與三相A、B、C對應(yīng)的上橋臂開關(guān)(如:IGBT)其導(dǎo)通時狀態(tài)為1，且其關(guān)斷時狀態(tài)為0，則A相上橋臂導(dǎo)通且B、C相上橋臂關(guān)斷時對應(yīng)的狀態(tài)為+A(IOO);相反地，A相上橋臂關(guān)斷且B、C相上橋臂導(dǎo)通時對應(yīng)的狀態(tài)為-A(Oll);以此類推，B相上橋臂導(dǎo)通且A、C相上橋臂關(guān)斷時對應(yīng)的狀態(tài)為+B(OlO)出相上橋臂關(guān)斷且A、C相上橋臂導(dǎo)通時對應(yīng)的狀態(tài)為-B(IOl);(:相上橋臂導(dǎo)通且A、B相上橋臂關(guān)斷時對應(yīng)的狀態(tài)為+C(OOl);(:相上橋臂關(guān)斷且A、B相上橋臂導(dǎo)通時對應(yīng)的狀態(tài)為-C(IlO);另全導(dǎo)通及全關(guān)斷時對應(yīng)的狀態(tài)分別為(000)和(111)，總計有六個非零電壓矢量和兩個零電壓矢量。前述脈沖寬度調(diào)變信號在非零電壓矢量方向上分別與指令信號Ca*、Cb*、Ce*疊加后注入110和坐標(biāo)變換單元150，用以接收一 軸9，并依據(jù)9軸交流電流給定信號I，以及9號V。
？比例-積分-微分$10)調(diào)節(jié)器、起停式號的調(diào)節(jié)器。在一實施例中，調(diào)節(jié)單元162置中的兩路調(diào)節(jié)通道分別輸出(1軸直流電
戶位置偏差測量方法，此方法可應(yīng)用于如前超見，下述關(guān)于電機轉(zhuǎn)子位置偏差測量方法(如圖1、5、7、9、11所示實施例)作說明，但
機轉(zhuǎn)子位置偏差測量方法的流程圖。如圖1高頻信號冊將旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系((1-(1軸)下的(1芝換為三相指令信號(包括指令信號6X13、相控制信號(包括控制信號113、用以妾著，依據(jù)相應(yīng)于電機的操作的三相反饋信的0軸電壓信號11。以及13軸電壓信號110，以及通過兩相至三相坐標(biāo)變換單元720將所述?！軸電壓信號11。以及所述6軸電壓信號1?變換為三相指令信號(^、(^、(^。
[0098]再者，一并參照圖9，在次一實施例中，前述高頻信號冊可為脈沖寬度調(diào)變信號，且前述步驟51還可包含:通過旋轉(zhuǎn)至靜止坐標(biāo)變換單元910將所述(1軸直流電壓信號11產(chǎn)以及(1軸交流電壓信號II#變換為靜止坐標(biāo)系下的0軸電壓信號11。以及13軸電壓信號110，并通過兩相至三相坐標(biāo)變換單元920將0軸電壓信號I！。以及13軸電壓信號110變換為三相電壓信號以及將三相電壓信號0^、于非零電壓向量方向上與一脈沖寬度調(diào)變信號冊相疊加，從而得到三相指令信號(?XI(^，其中在一控制周期內(nèi)前述脈沖寬度調(diào)變信號冊的電壓合成矢量為零。
[0099]于前述步驟32中，將三相指令信號變換為三相控制信號的步驟可通過一兩電平變換器來實現(xiàn)，但不以此為限。
[0100]另外，如圖1和圖12所示，前述電機轉(zhuǎn)子位置偏差測量方法還可包含:依據(jù)轉(zhuǎn)子位置初始值9 —通過坐標(biāo)變換單元150將三相反饋信號(包括反饋信號13、丨。)變換為(1軸反饋信號1,和(1軸反饋信號、以供對照于所產(chǎn)生的轉(zhuǎn)子位置偏差值9…，其中(1軸反饋信號1,以及(1軸反饋信號、為電流信號。
[0101]此外，一并參照圖11，前述測量方法還可包含:依據(jù)(1軸反饋信號將(1軸直流電流信號1產(chǎn)變換為(1軸直流電壓信號II#，以及依據(jù)(1軸反饋信號、將(1軸交流電流信號I#變換為(1軸交流電壓信號II#。在一實施例中，前述(1軸反饋信號、及前述(1軸反饋信號4為電流信號。
[0102]在一實施例中，(1軸直流電壓信號II#的位準(zhǔn)大于零，使得相應(yīng)的三相控制信號(包括控制信號可據(jù)以產(chǎn)生，借 此將永磁同步電機105的轉(zhuǎn)子軸鎖住。
[0103]實作上，(1軸交流電壓信號I！#可以是正弦波信號、三角波信號、方波信號、梯形波信號或者其它類型的交流信號。另外，依據(jù)不同注入方式(如:旋轉(zhuǎn)注入、脈振注入、脈沖寬度調(diào)變注入、…等)所進行的電機轉(zhuǎn)子位置(或角度)偏差測量程序，高頻信號冊也可以是正弦波信號、三角波信號、方波信號、梯形波信號或者其它相應(yīng)類型的高頻交流信號，亦即本領(lǐng)域所屬技術(shù)人員可以選擇適合的交流信號作為(1軸交流電壓信號II#或是高頻信號冊，在此不以前述類型的交流信號為限。
[0104]此外，類似前述，在轉(zhuǎn)子初始位置的檢測過程中，于(1軸直流電壓信號11產(chǎn)以及(1軸交流電壓信號11療均為零(亦即控制單元110接收高頻信號冊而不接收信號II#和1^)的情形下，產(chǎn)生的轉(zhuǎn)子位置估算值9 631可作為轉(zhuǎn)子位置初始值^心。另一方面，前述(1軸直流電壓信號II#可以是具可變幅值的直流電壓信號，且前述9軸交流電壓信號11，可以是具可變幅值的交流電壓信號。
[0105]在前述實施例中所提及的步驟，除特別敘明其順序者外，均可依實際需要調(diào)整其前后順序，甚至可同時或部分同時執(zhí)行，圖12所示的流程圖僅為一實施例，并非用以限定本發(fā)明。
[0106]由上述本發(fā)明的實施例可知，應(yīng)用前述電機轉(zhuǎn)子位置偏差測量裝置及方法，不僅可于整個位置(或角度)補償值的測量過程中，免去任何外部設(shè)備(如:機械抱閘裝置)的使用，即可使電機保持在靜止?fàn)顟B(tài)，而且更可使測量方式更加簡便、效率更佳，且亦較具彈性。如此一來，實現(xiàn)整個位置(或角度)補償值的測量過程便可節(jié)省時間和成本，亦使其能普遍適用于各種應(yīng)用場合。
[0107]雖然本發(fā)明已以實施方式揭露如上，然其并非用以限定本發(fā)明，任何本領(lǐng)域具通常知識者，在不脫離本發(fā)明的精神和范圍內(nèi)，當(dāng)可作各種的更動與潤飾，因此本發(fā)明的保護范圍當(dāng)視所附的權(quán)利要求書所界定的范圍為準(zhǔn)。
【權(quán)利要求】
1.一種永磁同步電機轉(zhuǎn)子位置偏差測量裝置，其特征在于，包含: 一控制單元，用以接收一旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系下的(1軸直流電壓信號以及(1軸交流電壓信號，并用以接收一轉(zhuǎn)子位置初始值及一高頻信號，以輸出一三相指令信號； 一功率變換單元，用以接收所述三相指令信號，并輸出一三相控制信號用以控制所述電機； 一轉(zhuǎn)子位置觀測器，用以接收相應(yīng)于所述電機的操作的三相電流反饋信號，并產(chǎn)生一轉(zhuǎn)子位置估算值；以及 一計算單元，用以對所述轉(zhuǎn)子位置初始值以及所述轉(zhuǎn)子位置估算值進行運算，以產(chǎn)生一轉(zhuǎn)子位置偏差值。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的測量裝置，其特征在于，所述控制單元還包含:一旋轉(zhuǎn)至靜止坐標(biāo)變換單元，用以接收所述(1軸直流電壓信號、(1軸交流電壓信號以及所述轉(zhuǎn)子位置初始值，并輸出一靜止坐標(biāo)系下的0軸電壓信號以及13軸電壓信號；以及一兩相至三相坐標(biāo)變換單元，用以接收所述0軸電壓信號以及所述卩軸電壓信號分別與一三相對稱的旋轉(zhuǎn)高頻交流信號疊加后的0軸調(diào)節(jié)信號及13軸調(diào)節(jié)信號，并輸出所述三相指令信號。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的測量裝置，其特征在于，所述控制單元還包含: 一旋轉(zhuǎn)至靜止坐標(biāo)變換單元，用以接收所述(1軸直流電壓信號與一脈振高頻交流信號疊加后的信號、所述(1軸交流電壓信號以及所述轉(zhuǎn)子位置初始值，并輸出一靜止坐標(biāo)系下的0軸電壓信號及13軸電壓信號；以及 一兩相至三相坐標(biāo)變換單元，用以接收所述0軸電壓信號及13軸電壓信號，并輸出所述三相指令信號。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的測量裝置，其特征在于，所述控制單元還包含: 一旋轉(zhuǎn)至靜止坐標(biāo)變換單元，用以接收所述(1軸直流電壓信號、所述(1軸交流電壓信號以及所述轉(zhuǎn)子位置初始值，并輸出一靜止坐標(biāo)系下的0軸電壓信號及13軸電壓信號；以及一兩相至三相坐標(biāo)變換單元，用以接收所述0軸電壓信號及13軸電壓信號，并輸出三相電壓信號； 其中，所述三相電壓信號于非零電壓向量方向上與一脈沖寬度調(diào)變信號相疊加從而得到所述三相指令信號，且在一控制周期內(nèi)所述脈沖寬度調(diào)變信號的電壓合成矢量為零。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的測量裝置，其特征在于，所述功率變換單元為一兩電平變換器。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的測量裝置，其特征在于，所述功率變換單元為一電壓源型逆變器。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的測量裝置，其特征在于，所述轉(zhuǎn)子位置觀測器為一旋轉(zhuǎn)注入式觀測器、一脈振注入式觀測器或是一脈沖寬度調(diào)變注入式觀測器。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的測量裝置，其特征在于，還包含: 一坐標(biāo)變換單元，用以接收所述轉(zhuǎn)子位置初始值以及所述三相電流反饋信號，并輸出一 (1軸電流反饋信號和一 (1軸電流反饋信號。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的測量裝置，其特征在于，還包含: 一第一調(diào)節(jié)單元，用以接收一 (1軸直流電流信號以及所述(1軸電流反饋信號，并輸出所述d軸直流電壓信號；以及 一第二調(diào)節(jié)單元，用以接收一 q軸交流電流信號以及所述q軸電流反饋信號，并輸出所述q軸交流電壓信號。
10.根據(jù)權(quán)利要求1所述的測量裝置，其特征在于，于所述d軸直流電壓信號以及所述q軸交流電壓信號均為零的情形下，所述轉(zhuǎn)子位置觀測器輸出的轉(zhuǎn)子位置估算值為所述轉(zhuǎn)子位置初始值。
11.根據(jù)權(quán)利要求1所述的測量裝置，其特征在于，所述q軸交流電壓信號或所述高頻信號為正弦波信號、三角波信號、方波信號或者梯形波信號。
12.根據(jù)權(quán)利要求11所述的測量裝置，其特征在于，所述q軸交流電壓信號的頻率介于所述永磁同步電機額定頻率的十分之一至4倍之間。
13.根據(jù)權(quán)利要求12所述的測量裝置，其特征在于，所述q軸交流電壓信號的頻率為所述永磁同步電機額定頻率的二分之一。
14.根據(jù)權(quán)利要求1所述的測量裝置，其特征在于，當(dāng)所述d軸直流電壓信號保持恒定時，不同的q軸交流電壓信號所對應(yīng)的轉(zhuǎn)子角度偏差值形成一條連續(xù)曲線。
15.根據(jù)權(quán)利要求1所述的測量裝置，其特征在于，不同幅值的所述d軸直流電壓信號與不同幅值的所述q軸交流電壓信號所對應(yīng)的轉(zhuǎn)子角度偏差值形成三維查閱數(shù)據(jù)表。
16.根據(jù)權(quán)利要求1所述的測量裝置，其特征在于，所述d軸直流電壓信號的位準(zhǔn)大于零。
17.—種永磁同步電機轉(zhuǎn)子位置偏差測量方法，其特征在于，包含: 依據(jù)一轉(zhuǎn)子位置初始值及一高頻信號將一旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系下的d軸直流電壓信號以及q軸交流電壓信號變換為一三相指令信號； 將所述三相指令信號變換為一三相控制信號用以控制所述電機； 依據(jù)相應(yīng)于所述電機的操作的三相電流反饋信號產(chǎn)生一轉(zhuǎn)子位置估算值；以及 對所述轉(zhuǎn)子位置初始值以及所述轉(zhuǎn)子位置估算值進行運算，以產(chǎn)生一轉(zhuǎn)子位置偏差值。
18.根據(jù)權(quán)利要求17所述的測量方法，其特征在于，將所述d軸直流電壓信號以及所述q軸交流電壓信號變換為所述三相指令信號的步驟還包含: 通過一旋轉(zhuǎn)至靜止坐標(biāo)變換單元將所述d軸直流電壓信號以及所述q軸交流電壓信號變換為一靜止坐標(biāo)系下的α軸電壓信號以及β軸電壓信號；以及 通過一兩相至三相坐標(biāo)變換單元將所述α軸電壓信號以及所述β軸電壓信號分別與一三相對稱的旋轉(zhuǎn)高頻交流信號疊加后的α軸調(diào)節(jié)信號以及所述β軸調(diào)節(jié)信號變換為所述三相指令信號。
19.根據(jù)權(quán)利要求17所述的測量方法，其特征在于，將所述d軸直流電壓信號以及所述q軸交流電壓信號變換為所述三相指令信號的步驟還包含: 通過一旋轉(zhuǎn)至靜止坐標(biāo)變換單元將所述d軸直流電壓信號與一脈振高頻交流信號疊加后的信號以及所述q軸交流電壓信號變換為一靜止坐標(biāo)系下的α軸電壓信號以及β軸電壓信號；以及 通過一兩相至三相坐標(biāo)變換單元將所述α軸電壓信號以及所述β軸電壓信號變換為所述三相指令信號。
20.根據(jù)權(quán)利要求17所述的測量方法，其特征在于，將所述(1軸直流電壓信號以及所述^軸交流電壓信號變換為所述三相指令信號的步驟還包含: 通過一旋轉(zhuǎn)至靜止坐標(biāo)變換單元將所述(1軸直流電壓信號以及所述(1軸交流電壓信號變換為一靜止坐標(biāo)系下的軸電壓信號以及6軸電壓信號； 通過一兩相至三相坐標(biāo)變換單元將所述0軸電壓信號以及所述卩軸電壓信號變換為所述三相電壓信號；以及 將所述三相電壓信號于非零電壓向量方向上與一脈沖寬度調(diào)變信號相疊加，從而得到所述三相指令信號，其中在一控制周期內(nèi)所述脈沖寬度調(diào)變信號的電壓合成矢量為零。
21.根據(jù)權(quán)利要求17所述的測量方法，其特征在于，將所述三相指令信號變換為所述三相控制信號的步驟是通過一兩電平變換器來實現(xiàn)。
22.根據(jù)權(quán)利要求17所述的測量方法，其特征在于，還包含: 依據(jù)所述轉(zhuǎn)子位置初始值通過一坐標(biāo)變換單元將所述三相電流反饋信號變換為一 (1軸電流反饋信號和一 (1軸電流反饋信號。
23.根據(jù) 權(quán)利要求22所述的測量方法，其特征在于，還包含: 依據(jù)所述(1軸電流反饋信號將一 (1軸直流電流信號變換為所述(1軸直流電壓信號；以及 依據(jù)所述(1軸電流反饋信號將一 (1軸交流電流信號變換為所述(1軸交流電壓信號。
24.根據(jù)權(quán)利要求17所述的測量方法，其特征在于，于所述(1軸直流電壓信號以及所述(1軸交流電壓信號均為零的情形下，產(chǎn)生的轉(zhuǎn)子位置估算值為所述轉(zhuǎn)子位置初始值。
25.根據(jù)權(quán)利要求17所述的測量方法，其特征在于，所述軸交流電壓信號或所述高頻信號為正弦波信號、三角波信號、方波信號或者梯形波信號。
26.根據(jù)權(quán)利要求17所述的測量方法，其特征在于，所述(1軸直流電壓信號的位準(zhǔn)大于零。
【文檔編號】H02P6/16GK103840725SQ201210486905
【公開日】2014年6月4日 申請日期:2012年11月26日 優(yōu)先權(quán)日:2012年11月26日
【發(fā)明者】張嘉敏, 李錦庚 申請人:臺達電子工業(yè)股份有限公司