電力驅(qū)動(dòng)中的可變電壓補(bǔ)償方法和系統(tǒng)技術(shù)方案

本發(fā)明專利技術(shù)涉及可變電壓補(bǔ)償，其中一開(kāi)關(guān)磁阻驅(qū)動(dòng)器由一電壓源供電，該電壓源與確定的用于驅(qū)動(dòng)器控制規(guī)則的電壓不同。控制系統(tǒng)通過(guò)同時(shí)對(duì)速度和轉(zhuǎn)矩值進(jìn)行修正來(lái)對(duì)上述不同進(jìn)行補(bǔ)償，其中速度和轉(zhuǎn)矩值被用來(lái)確定驅(qū)動(dòng)所要求的負(fù)載的正確觸發(fā)角。該系統(tǒng)可工作于出現(xiàn)有較寬電壓變化范圍的環(huán)境中并與驅(qū)動(dòng)器的轉(zhuǎn)矩／速度曲線的形狀無(wú)關(guān)。（*該技術(shù)在2022年保護(hù)過(guò)期，可自由使用*）

【技術(shù)實(shí)現(xiàn)步驟摘要】
?可變電壓補(bǔ)償
本專利技術(shù)一般涉及電力驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)中的直流鏈路電壓偏差的補(bǔ)償方法和裝置。特別的，本專利技術(shù)涉及開(kāi)關(guān)磁阻驅(qū)動(dòng)器的運(yùn)行方式，該開(kāi)關(guān)磁阻驅(qū)動(dòng)器能周期地讀取與某一直流鏈路電壓相對(duì)應(yīng)的一個(gè)值，調(diào)節(jié)一速度指示信號(hào)用于補(bǔ)償在直流鏈路中出現(xiàn)的電壓變化。補(bǔ)償速度信號(hào)被送至一控制器中，在該控制器中，對(duì)開(kāi)關(guān)磁阻驅(qū)動(dòng)器線圈中的能量變化做補(bǔ)償。
技術(shù)介紹
有關(guān)開(kāi)關(guān)磁阻電機(jī)的設(shè)計(jì)和操作方面的理論已廣為人知并多有論述，例如，在文章“開(kāi)關(guān)磁阻電動(dòng)機(jī)和驅(qū)動(dòng)器的特點(diǎn)、設(shè)計(jì)和應(yīng)用”，作者是Stephenson和Blake，于1993年6月21-24日，在德國(guó)Nuremberg舉行的PCIM?93年年會(huì)及展覽會(huì)上進(jìn)行了公開(kāi)，在此引述；作為參考。下文對(duì)開(kāi)關(guān)磁阻驅(qū)動(dòng)控制器的常用結(jié)構(gòu)和操作的理解和描述僅是出于本專利技術(shù)
技術(shù)介紹
需要之目的。開(kāi)關(guān)磁阻電動(dòng)機(jī)在電動(dòng)機(jī)的活動(dòng)部分(稱轉(zhuǎn)子)一般沒(méi)有繞組或永磁鐵。大多數(shù)開(kāi)關(guān)磁阻電動(dòng)機(jī)的靜止部分(稱定子)包括在定子的磁極上纏繞的線圈，其中通有單向電流。在其中一種類型的開(kāi)關(guān)磁阻電動(dòng)機(jī)中，繞在相對(duì)定子磁極上的線圈以串聯(lián)或并聯(lián)的方式連接以形成實(shí)際上是多相的開(kāi)關(guān)磁阻電動(dòng)機(jī)的單向繞組。按事先確定的，即與轉(zhuǎn)子角位置相同步的順序，對(duì)每項(xiàng)繞組加電壓產(chǎn)生運(yùn)動(dòng)力矩，這樣當(dāng)定子和轉(zhuǎn)子的磁極相接近時(shí)就能產(chǎn)生相互吸引的電磁力。同樣的，當(dāng)定子和轉(zhuǎn)子的磁極分開(kāi)時(shí)的周期的某段時(shí)間里設(shè)置脈沖電壓，也可產(chǎn)生作用力。在典型的操作方式中，每次當(dāng)開(kāi)關(guān)磁阻電機(jī)相繞組被激勵(lì)時(shí)，通過(guò)相繞組產(chǎn)生磁通量，從而在轉(zhuǎn)子磁極上產(chǎn)生引力。圖1示意性地示出了現(xiàn)有技術(shù)中一典型的驅(qū)動(dòng)裝置，用于驅(qū)動(dòng)負(fù)載-->19。其中包括一直流電源11，可以是電池或是整流并濾波的交流電源。電源11經(jīng)一直流鏈路，以線10所示，輸出直流電壓。電源轉(zhuǎn)換器13在電子控制單元14的控制下在電動(dòng)機(jī)12的相繞組16之間進(jìn)行切換。電流傳感器18用于向控制器提供電流反饋信號(hào)。在本申請(qǐng)中，向開(kāi)關(guān)磁阻電機(jī)中輸出的直流電壓(或來(lái)自一電池，整流器或其它)被稱為“直流鏈路電壓”。為保證驅(qū)動(dòng)器正常工作，切換應(yīng)與轉(zhuǎn)子的旋轉(zhuǎn)角準(zhǔn)確地保持同步。開(kāi)關(guān)磁阻電機(jī)的性能在一定程度上取決于與轉(zhuǎn)子位置相關(guān)的相激勵(lì)的精確定時(shí)。對(duì)轉(zhuǎn)子位置的檢測(cè)通常通過(guò)傳感器15獲得，如圖1所示，例如通過(guò)安裝在電機(jī)轉(zhuǎn)子上的旋轉(zhuǎn)齒狀盤，與安裝在定子上的光學(xué)傳感器或磁性傳感器相配合。產(chǎn)生能指示出轉(zhuǎn)子相對(duì)于定子的位置的脈沖序列并將其輸出給控制電路14，用于產(chǎn)生精確的相激勵(lì)。為維持開(kāi)關(guān)磁阻電機(jī)產(chǎn)生的速度和相關(guān)轉(zhuǎn)矩，有必要精確控制電壓作用在相繞組上的時(shí)刻。然而，在交流電壓輸出中出現(xiàn)的變化以及在驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)工作的電力環(huán)境中出現(xiàn)的變化，都會(huì)造成直流鏈路電壓隨時(shí)間的變化而變化。由于電源電壓的明顯變化，因此以忽略電源電壓變化的控制方法可明顯減弱用戶所要求的對(duì)電機(jī)的控制能力。這是因?yàn)椋上嗬@組產(chǎn)生的磁通量直接與所施加的電壓有關(guān)。因此，電源電壓中的變化就可導(dǎo)致相繞組產(chǎn)生的磁通量多于或少于所希望得到的磁通量。電動(dòng)機(jī)中，磁通量的這種不希望的變化會(huì)導(dǎo)致性能的降低。在眾所周知的開(kāi)關(guān)磁阻驅(qū)動(dòng)器中，電動(dòng)機(jī)的速度，所需的轉(zhuǎn)矩和在對(duì)相繞組加電壓的時(shí)間之間的相互關(guān)系可通過(guò)一被稱為是特性化的處理過(guò)程憑經(jīng)驗(yàn)確定，其中，電動(dòng)機(jī)的操作參數(shù)是在很寬的工作條件下確定。之后，這些操作參數(shù)被存儲(chǔ)在一個(gè)被稱為控制規(guī)則表的模擬或數(shù)字電路中。典型地，數(shù)字控制規(guī)則表只是某種類型存儲(chǔ)器中的一系列存儲(chǔ)位置，其中每個(gè)存儲(chǔ)對(duì)應(yīng)于控制圖上的一個(gè)點(diǎn)。對(duì)于此點(diǎn)，典型系統(tǒng)存儲(chǔ)有適用于該工作點(diǎn)的啟動(dòng)角、關(guān)閉角和可能的自由旋轉(zhuǎn)角。這些參數(shù)可存儲(chǔ)在表中的相鄰位置上。或者，該表可進(jìn)一步劃分并被認(rèn)為是由一系列的-->子表組成，每個(gè)子表中的值對(duì)應(yīng)于其中一個(gè)參數(shù)。控制規(guī)則表的一個(gè)例子如圖2所示。在這個(gè)例子中，轉(zhuǎn)矩在任意速度上被離散成128個(gè)值，即，在任一個(gè)選定的速度上，該速度的100％的轉(zhuǎn)矩對(duì)應(yīng)于第128個(gè)存儲(chǔ)位置，50％的轉(zhuǎn)矩對(duì)應(yīng)于第64個(gè)存儲(chǔ)位置，等等。類似的，該速度也被離散，在本例子中，速度被離散為256個(gè)值。表中的每個(gè)位置上存儲(chǔ)了用于使電機(jī)產(chǎn)生相應(yīng)速度和轉(zhuǎn)矩的控制的多個(gè)參數(shù)A。如上所述，參數(shù)A中的每個(gè)或是一系列控制參數(shù)或是單個(gè)的控制參數(shù)，并且表中的每個(gè)位置還包含有一可指向其他表格的指針，用于搜尋其他的參數(shù)。也可以使用在現(xiàn)有技術(shù)中已知的用于存儲(chǔ)數(shù)據(jù)的其他方法，如16×16位置的稀疏矩陣以及一些用于實(shí)時(shí)確定適當(dāng)參數(shù)值的插值方法。圖3和圖4是對(duì)應(yīng)于控制規(guī)則表的控制圖的例子。其中，水平軸代表速度值，最大到256個(gè)單位，該值是驅(qū)動(dòng)器所能達(dá)到的最大速度。實(shí)線代表在任意速度上可得到的最大轉(zhuǎn)矩值。圖上任意一點(diǎn)對(duì)應(yīng)于控制規(guī)則表上的一個(gè)位置，在該位置中，包含有在該點(diǎn)操作所需的參數(shù)。圖3的例子示出了一個(gè)具有相對(duì)恒定轉(zhuǎn)矩輸出的系統(tǒng)，而圖4的例子示出了轉(zhuǎn)矩輸出隨速度明顯變化的系統(tǒng)。在驅(qū)動(dòng)器工作過(guò)程中，控制系統(tǒng)向控制規(guī)則表輸入表征電動(dòng)機(jī)速度的信號(hào)和所需要的轉(zhuǎn)矩，以尋找出適合此操作狀態(tài)的觸發(fā)角。這些觸發(fā)角用于對(duì)切換進(jìn)行控制，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)對(duì)相繞組激勵(lì)的控制。采用具有控制規(guī)則表的電動(dòng)機(jī)控制器已被廣泛熟知，在此不再詳細(xì)描述。為最小化特性化的處理過(guò)程的工作量，通常的做法是在該過(guò)程中保持直流鏈路電壓恒定。考慮到當(dāng)把驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)安裝于一工作環(huán)境中時(shí)，直流鏈路電壓的變化較有代表性，因此，特性化常是在假設(shè)直流電壓處于最低期望值時(shí)獲得的。換句話說(shuō)，特性化是在假設(shè)直流鏈路電壓工作在最差的情況下獲得的。這種類型的特性化在一定程度上是不合乎需要的，因?yàn)槠涫窃诩俣ㄗ顗牡膱?chǎng)合下(而這種假定場(chǎng)合是很少發(fā)生的)而不是在所需要的最佳直流鏈路值的情況下做出的對(duì)開(kāi)關(guān)磁阻驅(qū)動(dòng)器的特性化，而驅(qū)動(dòng)效率在所需最佳鏈路值的情況下將達(dá)到最高。此外，工作電壓的增-->加會(huì)導(dǎo)致所得轉(zhuǎn)矩和電流的增加，從而導(dǎo)致驅(qū)動(dòng)器的零部件過(guò)熱或失效。對(duì)于有些驅(qū)動(dòng)器，可在其處于最佳直流鏈路電壓時(shí)進(jìn)行特性化，但對(duì)于此類驅(qū)動(dòng)器，必須在運(yùn)轉(zhuǎn)過(guò)程中對(duì)直流鏈路電壓發(fā)生的變化給予補(bǔ)償，否則驅(qū)動(dòng)器性能會(huì)減弱，特別是在低電源電壓情況下。一些開(kāi)關(guān)磁阻驅(qū)動(dòng)器使用模擬系統(tǒng)對(duì)直流鏈路電壓的變化進(jìn)行補(bǔ)償。總的來(lái)說(shuō)，這些系統(tǒng)是通過(guò)調(diào)節(jié)輸入到控制規(guī)則表中的速度信號(hào)來(lái)對(duì)直流鏈路電壓變化進(jìn)行補(bǔ)償?shù)模虼溯斎氲娇刂破髦械乃俣刃盘?hào)不是電動(dòng)機(jī)的實(shí)際速度而是由代表直流鏈路電壓的一個(gè)信號(hào)對(duì)實(shí)際速度信號(hào)進(jìn)行修正而得到的一個(gè)修正速度信號(hào)。有些驅(qū)動(dòng)裝置采用一些數(shù)字方法對(duì)電壓變化進(jìn)行補(bǔ)償。例如，在美國(guó)專利US?5724477(Webster等)中(其已轉(zhuǎn)讓給本申請(qǐng)人，在此引述作為參考)，公開(kāi)了一種直流鏈路補(bǔ)償方法，其通過(guò)一模數(shù)轉(zhuǎn)換器ADC對(duì)直流鏈路電壓進(jìn)行數(shù)字采樣來(lái)檢測(cè)電壓的變化。圖5是Webster提出的開(kāi)關(guān)磁阻驅(qū)動(dòng)器的模型，其中通過(guò)ADC17對(duì)直流鏈路電壓進(jìn)行采樣，采樣電壓反饋給控制中14，在控制器14中，特性化電壓與測(cè)量的工作電壓之間的比率用于修正實(shí)際轉(zhuǎn)子速度以產(chǎn)生一補(bǔ)償速度參數(shù)，用此補(bǔ)償速度參數(shù)對(duì)控制規(guī)則表進(jìn)行詢問(wèn)，這意味著與所測(cè)得的直流鏈路電壓10相反地調(diào)節(jié)補(bǔ)償速度信號(hào)。舉例來(lái)說(shuō)，直流鏈路電壓的增加會(huì)得到一較小的估計(jì)補(bǔ)償速度信號(hào)，而當(dāng)直流鏈路電壓降低時(shí)則會(huì)得到一較大的估計(jì)補(bǔ)償速度信號(hào)。補(bǔ)償速度信號(hào)進(jìn)而被控制器14使用，作為控制規(guī)則表的索引并用于選擇適當(dāng)?shù)挠|發(fā)角。作為Webster所提本文檔來(lái)自技高網(wǎng)...

【技術(shù)保護(hù)點(diǎn)】
一種在電力驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)中對(duì)實(shí)際直流鏈路電壓與一參考直流鏈路電壓的偏差進(jìn)行補(bǔ)償?shù)姆椒ǎ龅碾娏︱?qū)動(dòng)系統(tǒng)包括一電機(jī)控制器，其根據(jù)轉(zhuǎn)矩需求信號(hào)控制電機(jī)，所述的電機(jī)包括一轉(zhuǎn)子和一帶有繞組的定子，在該電機(jī)工作的過(guò)程中，轉(zhuǎn)子以實(shí)際轉(zhuǎn)子速度旋轉(zhuǎn)，其中電機(jī)控制器有選擇地將實(shí)際直流鏈路電壓加到定子繞組中，該方法包括步驟： 對(duì)所述的實(shí)際直流鏈路電壓進(jìn)行采樣； 對(duì)所述的實(shí)際轉(zhuǎn)子速度進(jìn)行采樣； 根據(jù)實(shí)際直流鏈路電壓確定補(bǔ)償速度信號(hào)； 根據(jù)實(shí)際直流鏈路電壓確定補(bǔ)償轉(zhuǎn)矩需求信號(hào)；以及 根據(jù)所得到的補(bǔ)償速度和補(bǔ)償轉(zhuǎn)矩需求信號(hào)對(duì)施加在定子繞組上的實(shí)際直流鏈路電壓進(jìn)行控制。

【技術(shù)特征摘要】
GB 2001-3-6 0105502.91.一種在電力驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)中對(duì)實(shí)際直流鏈路電壓與一參考直流鏈路電壓的偏差進(jìn)行補(bǔ)償?shù)姆椒ǎ龅碾娏︱?qū)動(dòng)系統(tǒng)包括一電機(jī)控制器，其根據(jù)轉(zhuǎn)矩需求信號(hào)控制電機(jī)，所述的電機(jī)包括一轉(zhuǎn)子和一帶有繞組的定子，在該電機(jī)工作的過(guò)程中，轉(zhuǎn)子以實(shí)際轉(zhuǎn)子速度旋轉(zhuǎn)，其中電機(jī)控制器有選擇地將實(shí)際直流鏈路電壓加到定子繞組中，該方法包括步驟：對(duì)所述的實(shí)際直流鏈路電壓進(jìn)行采樣；對(duì)所述的實(shí)際轉(zhuǎn)子速度進(jìn)行采樣；根據(jù)實(shí)際直流鏈路電壓確定補(bǔ)償速度信號(hào)；根據(jù)實(shí)際直流鏈路電壓確定補(bǔ)償轉(zhuǎn)矩需求信號(hào)；以及根據(jù)所得到的補(bǔ)償速度和補(bǔ)償轉(zhuǎn)矩需求信號(hào)對(duì)施加在定子繞組上的實(shí)際直流鏈路電壓進(jìn)行控制。2.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于所述的確定補(bǔ)償速度信號(hào)的步驟包括產(chǎn)生一速度補(bǔ)償因子和對(duì)實(shí)際速度進(jìn)行修正的步驟，例如，用實(shí)際速度與所述的速度補(bǔ)償因子相乘來(lái)實(shí)際速度進(jìn)行修正。3.如權(quán)利要求2所述的方法，其特征在于所述的速度補(bǔ)償因子對(duì)應(yīng)于參考直流鏈路電壓和實(shí)際直流鏈路電壓之間的比率。4.如前述權(quán)利要求中的任一項(xiàng)所述的方法，其特征在于所述的確定補(bǔ)償轉(zhuǎn)矩需求信號(hào)的步驟包括產(chǎn)生一轉(zhuǎn)矩補(bǔ)償因子和對(duì)實(shí)際轉(zhuǎn)矩需求信號(hào)進(jìn)行修正的步驟，例如，用實(shí)際轉(zhuǎn)矩需求信號(hào)與所述的轉(zhuǎn)矩補(bǔ)償因子相乘來(lái)對(duì)實(shí)際轉(zhuǎn)矩需求信號(hào)進(jìn)行修正。5.如權(quán)利要求4所述的方法，其特征在于所述的轉(zhuǎn)矩補(bǔ)償因子對(duì)應(yīng)于參考直流鏈路電壓與實(shí)際直流鏈路電壓之間的比率。6.如權(quán)利要求4所述的方法，其特征在于所述的轉(zhuǎn)矩補(bǔ)償因子取決于在未補(bǔ)償速度時(shí)所允許的最大轉(zhuǎn)矩需求和在補(bǔ)償速度時(shí)所允許的最大轉(zhuǎn)矩需求之間的比率。7.如權(quán)利要求6所述的方法，其特征在于作為速度函數(shù)的電機(jī)的轉(zhuǎn)矩需求值被存儲(chǔ)在一控制規(guī)則表中，該控制規(guī)則表包括多個(gè)位置，表中的每個(gè)位置對(duì)應(yīng)于預(yù)先確定的轉(zhuǎn)矩需求值，其中所述的通過(guò)轉(zhuǎn)矩補(bǔ)償因子對(duì)實(shí)際轉(zhuǎn)矩需求進(jìn)行修正的步驟被通過(guò)轉(zhuǎn)矩補(bǔ)償因子對(duì)實(shí)際轉(zhuǎn)矩需求的控制表位置進(jìn)行修正的步驟所代替，由此確定在補(bǔ)償速度時(shí)補(bǔ)償轉(zhuǎn)矩需求值的控制表位置。8.一種在電力驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)中對(duì)實(shí)際直流鏈路電壓與一參考直流鏈路電壓的偏差進(jìn)行補(bǔ)償?shù)南到y(tǒng)，所述的電力驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)包括一電機(jī)控制器，其根據(jù)速度信號(hào)控制電機(jī)，所述的電機(jī)包括一轉(zhuǎn)子和一帶有繞組的定子，在工作過(guò)程中，轉(zhuǎn)子以實(shí)際轉(zhuǎn)子速度旋轉(zhuǎn)，其中電機(jī)控制器有選擇地將實(shí)際直流鏈路電壓加到定子繞組中，該系統(tǒng)包括：用于對(duì)所述的實(shí)際直流鏈路電壓進(jìn)行采樣的裝置；用于對(duì)所述的實(shí)際轉(zhuǎn)子速度進(jìn)行采樣的裝置；根據(jù)所述的實(shí)際直流鏈路電壓確定補(bǔ)償速度信號(hào)的裝置；根據(jù)所述的實(shí)際直流鏈路電壓確定補(bǔ)償轉(zhuǎn)矩需求信號(hào)的裝置；用于將所述的補(bǔ)償速度信號(hào)和所述的補(bǔ)償轉(zhuǎn)矩需求信號(hào)發(fā)送到電機(jī)控制器的裝置；和使用所述的補(bǔ)償速度信號(hào)和轉(zhuǎn)矩需求信號(hào)控制施加于定子繞組上的直流鏈路電壓的裝置。9.如權(quán)利要求8所述的系統(tǒng)，其特征在于所述的確定補(bǔ)償速度信號(hào)的裝置包括產(chǎn)生一速度補(bǔ)償因子的和通過(guò)所述的速度補(bǔ)償因子對(duì)實(shí)際速度進(jìn)行修正的裝置。10.如權(quán)利要求9所述的系統(tǒng)，其特...

【專利技術(shù)屬性】
技術(shù)研發(fā)人員：米切爾L麥克萊蘭德，喬納森R奎恩，
申請(qǐng)(專利權(quán))人：開(kāi)關(guān)磁阻驅(qū)動(dòng)有限公司，
類型：發(fā)明
國(guó)別省市：GB[英國(guó)]