專利名稱：用瞬態(tài)激勵進行基于瞬態(tài)的電動機速度估計的系統(tǒng)和方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明一般涉及電動機控制，尤其涉及用瞬態(tài)激勵進行用于閉環(huán)電動機控制的基于瞬態(tài)的速度估計。
背景技術(shù)：
在許多工業(yè)自動化應(yīng)用中，期望根據(jù)指定的速度曲線來啟動和停止AC電動機。電動機控制系統(tǒng)已被開發(fā)并用于在使用可變頻率驅(qū)動啟動期間控制電動機的速度和其它性能方面?；蛘撸袘?yīng)電動機系統(tǒng)常常包括軟啟動器，以在啟動和停止期間激勵定子繞組，且一旦電動機達到正常工作速度則繞過該軟啟動控制。為了在啟動和停止期間準確地控制電動機速度，必須測量或估計轉(zhuǎn)子的實際轉(zhuǎn)速。許多電動機控制系統(tǒng)采用機械地耦合到電動機軸的某種形式的轉(zhuǎn)速計或其它傳感器器件來產(chǎn)生表示電動機速度的反饋信號，然后該信號可以用于啟動、停止和穩(wěn)態(tài)操作期間對電動機的反饋控制。然而，此類外部傳感器增加了成本和重量并且需要維護。因此，已提出了利用速度估計裝置來基于所測得的電動機信號推導(dǎo)速度估計值的無傳感器系統(tǒng)。在所提出的某些無傳感器估計方法中，測量定子繞組電流的過零次數(shù)，并分析連續(xù)的過零點之間的相應(yīng)相角誤差，以產(chǎn)生與轉(zhuǎn)子速度理想地相關(guān)的信號頻率。然而，實驗顯示所檢測到的信號的強度只夠在小部分的速度范圍內(nèi)進行可靠的速度識別，且所測得的信號容易被電源擾動所破壞。因此，需要用于電動機控制應(yīng)用的、特別是用于在啟動和停止期間控制電動機速度的改進的電動機控制裝置和無傳感器速度估計技術(shù)和系統(tǒng)。

發(fā)明內(nèi)容
現(xiàn)在概述本發(fā)明的一個或多個方面以便于本發(fā)明的基本理解，其中此概述不是本發(fā)明的詳盡綜覽，并且既不旨在確定本發(fā)明的某些要素，也不旨在界定本發(fā)明的范圍。此概述的主要目的確切而言是在稍后給出的更為詳細的說明之前以簡化形式給出本發(fā)明的一些概念。本發(fā)明涉及根據(jù)所測得的電動機瞬態(tài)來估計電動機速度并激勵或再激勵電動機瞬態(tài)以在整個電動機速度范圍內(nèi)維持繼續(xù)無傳感器速度估計的能力的AC電動機控制系統(tǒng)、啟動控制器以及電動機控制方法。以此方式，通過在AC電動機中引入瞬態(tài)，所測得的瞬態(tài)信號被有效地放大或再激勵以便于基本上在整個電動機速度范圍里都能進行穩(wěn)健的速度估計，由此降低了速度估計對電源擾動的敏感度。瞬態(tài)激勵可以與任何數(shù)目的與電動機速度相關(guān)的可測量瞬態(tài)信號結(jié)合使用，從而本發(fā)明的技術(shù)在使用實際上任何形式的基于瞬態(tài)的速度估計值來控制AC感應(yīng)電動機以在啟動、停止和穩(wěn)態(tài)受控操作期間進行閉環(huán)型電動機控制時特別有用。
根據(jù)本發(fā)明的一個或多個方面，設(shè)置了用于操作AC感應(yīng)電動機的AC電動機開關(guān)系統(tǒng)和電動機速度控制系統(tǒng)。該開關(guān)系統(tǒng)包括根據(jù)開關(guān)控制信號將電動機引線選擇性地耦合至AC電源的開關(guān)器件。電動機速度控制系統(tǒng)包括用于在啟動和停止期間根據(jù)所期望的速度曲線并根據(jù)轉(zhuǎn)子速度估計值提供控制電動機速度的輸出的電動機控制器，并且一開關(guān)控制系統(tǒng)在啟動和停止期間根據(jù)電動機控制器的輸出提供開關(guān)控制信號。該電動機速度控制系統(tǒng)還包括瞬態(tài)激勵系統(tǒng)，用于選擇性地修改至少一個開關(guān)控制信號來激勵電動機瞬態(tài)；以及基于瞬態(tài)的速度估計系統(tǒng)，用于從開關(guān)系統(tǒng)接收反饋并至少部分根據(jù)反饋信號或值提供轉(zhuǎn)子速度估計值。在一個實施例中，基于瞬態(tài)的速度估計系統(tǒng)測量與電動機瞬態(tài)相關(guān)聯(lián)的一個或多個瞬態(tài)速度相關(guān)信號，并至少部分基于該瞬態(tài)速度相關(guān)信號確定轉(zhuǎn)子速度估計值。
速度估計系統(tǒng)可測量一個或多個任何類型的速度相關(guān)信號，包括但不限于相位誤差、相位滯后、峰值電流、電壓積分、電動機繞組電壓、開關(guān)器件電壓以及電壓過零信號等?？梢允褂萌魏涡问降乃矐B(tài)激勵，其中某些實施例涉及開關(guān)控制信號脈沖流的修改。在某些例子中，瞬態(tài)激勵系統(tǒng)選擇性地從開關(guān)控制信號脈沖流去除單個的脈沖或成對脈沖以激勵電動機瞬態(tài)，或選擇性地修改開關(guān)控制信號中的選中脈沖之間的間隔以激勵電動機瞬態(tài)。另外，還可以根據(jù)調(diào)制波形，例如正弦波、方波、鋸齒波等進行脈沖流修改，或可以至少部分基于轉(zhuǎn)子速度估計值來修改。另外，在某些實現(xiàn)中，該系統(tǒng)還可以提供在啟用瞬態(tài)激勵系統(tǒng)之前選擇性地初始化電動機中的轉(zhuǎn)子磁通的轉(zhuǎn)子磁通初始化系統(tǒng)。
本發(fā)明的其它方面涉及用于在啟動和停止期間控制電動機速度的方法，這些方法包括向開關(guān)系統(tǒng)提供開關(guān)控制信號以將電動機的引線選擇性地耦合至AC電源以控制電動機速度，選擇性地修改這些開關(guān)控制信號中的一個或多個以激勵一電動機瞬態(tài)，測量與該電動機瞬態(tài)相關(guān)聯(lián)的瞬態(tài)速度相關(guān)信號，并至少部分根據(jù)該瞬態(tài)速度相關(guān)信號提供轉(zhuǎn)子速度估計值。在某些實現(xiàn)中，開關(guān)控制信號的選擇性修改包括從開關(guān)控制信號選擇性地去除單個的脈沖以激勵電動機瞬態(tài)，或修改開關(guān)控制信號中選中的脈沖之間的間隔以激勵電動機瞬態(tài)。這些方法還可包括在選擇性地修改開關(guān)控制信號之前選擇性地初始化電動機中的轉(zhuǎn)子磁通。另外，還可以例如通過定期修改開關(guān)控制信號來激勵電動機瞬態(tài)或根據(jù)所測得的瞬態(tài)速度相關(guān)信號的振幅，從而在任何合適的時間進行瞬態(tài)激勵以允許用于速度估計的可接受的對電動機瞬態(tài)的測量，


以下說明書和附圖詳細闡述了本發(fā)明的某些示例性實現(xiàn)，它們指示可實現(xiàn)本發(fā)明的原理的幾種示例性方式。然而，所示的例子并不是本發(fā)明的許多可能的實施例的窮舉。本發(fā)明的其它目的、優(yōu)點和新穎特征將在以下結(jié)合附圖對本發(fā)明的詳細說明中闡述。
圖1是示出根據(jù)本發(fā)明的一個或多個方面的具有用于驅(qū)動感應(yīng)電動機的電動機速度控制系統(tǒng)的、包括基于瞬態(tài)的速度估計系統(tǒng)和瞬態(tài)激勵系統(tǒng)的示例性電動機控制系統(tǒng)的詳細示意圖；圖2是示出圖1的電動機中的三相電流曲線的圖；圖3是示出圖1的系統(tǒng)中的3條相線對中性線電源電壓曲線和開關(guān)控制信號的圖；圖4A是示出在圖1的系統(tǒng)中選擇性地去除開關(guān)控制信號中的脈沖對以激勵電動機相位誤差信號的圖；圖4B是示出在圖1的系統(tǒng)中選擇性地去除開關(guān)控制信號中的脈沖對中的單個脈沖以激勵電動機相位誤差信號的圖；圖4C和4D是示出在圖1的系統(tǒng)中選擇地修改開關(guān)控制脈沖之間的間隔以激勵電動機誤差信號的的圖；圖5是示出圖1的系統(tǒng)中通過選擇性地去除脈沖對來進行定期瞬態(tài)激勵的圖；圖6是示出根據(jù)本發(fā)明的使用基于瞬態(tài)的速度估計值和選擇性瞬態(tài)激勵在啟動期間控制感應(yīng)電動機的速度的示例性方法的流程圖；圖7是示出根據(jù)本發(fā)明的包括在瞬態(tài)激勵之前初始化轉(zhuǎn)子磁通在內(nèi)的啟動電動機控制的另一示例性方法的流程圖；以及圖8是示出根據(jù)本發(fā)明的使用基于瞬態(tài)的速度估計值和選擇性瞬態(tài)激勵在停止期間控制感應(yīng)電動機的速度的示例性方法的流程圖。
具體實施例方式
現(xiàn)在參見附圖，下面結(jié)合

本發(fā)明的幾個實施例或?qū)崿F(xiàn)，其中在所有附圖中使用相同的標號來標示相似的要素，下面在三相WYE連接的感應(yīng)電動機用速度控制的背景中示出和說明本發(fā)明，但本發(fā)明不限于所示的例子并且能用于控制任意相位數(shù)、任意繞組結(jié)構(gòu)(WYE或△形)和任意控制器結(jié)構(gòu)(相線或△形內(nèi)(Inside-the-Delta))的AC電動機。以下所示的實施例便于使用從速度相關(guān)電動機瞬態(tài)信號推導(dǎo)出的基于瞬態(tài)的速度估計值在啟動和停止期間閉環(huán)控制電動機速度而不需外部轉(zhuǎn)速計或其它速度傳感器，并且能在任何類型的電動機控制裝置中實現(xiàn)以提供一般不受電源擾動影響的無傳感器閉環(huán)速度控制，從而實現(xiàn)用于無負載和有負載操作的線性斜坡或其它所期望的速度控制曲線或操作模式，包括但不限于限流模式、軟啟動模式、帶沖擊啟動(kickstart)的限流模式、帶沖擊啟動(kickstart)的軟啟動模式等。
首先參照圖1，根據(jù)本發(fā)明的一個或多個方面，示例性電動機控制系統(tǒng)100設(shè)有具有基于瞬態(tài)的速度估計系統(tǒng)120a和瞬態(tài)激勵系統(tǒng)120b的電動機速度控制系統(tǒng)120。電動機速度控制系統(tǒng)120還包括開關(guān)控制電路或系統(tǒng)124、以及向開關(guān)控制系統(tǒng)124提供用于根據(jù)諸如以線性斜坡為一例的速度曲線128進行速度控制的控制器輸出125a的電動機控制器125。另外，該示例性電動機速度控制器120包括一任選的轉(zhuǎn)子磁通初始化系統(tǒng)126?？梢栽谌魏魏线m的硬件、軟件或其組合中實現(xiàn)電動機速度控制系統(tǒng)120的各種部件。電動機控制系統(tǒng)100通過具有分別耦合在AC電源106的電源線A、B和C與電動機104的引線R、S和T之間的三對SCR開關(guān)器件110a、110b、110c的開關(guān)系統(tǒng)110的受控操作選擇性地從三相AC電源106向多相感應(yīng)電動機104供電。雖然示為SCR型開關(guān)110a-110c，但是可以將任何類型的電開關(guān)器件用于系統(tǒng)110中并用于旁路開關(guān)112。根據(jù)相應(yīng)的開關(guān)控制信號122操作各個開關(guān)器件110來選擇性地將相應(yīng)的電動機引線耦合至AC電源以將部分電源電壓施加于電動機繞組以生成/產(chǎn)生電動機相電流IR、IS和IT。所示系統(tǒng)100中的相位耦合還包括可任選的旁路開關(guān)112a、112b和112c，以通過當速度估計值ω’r到達閾值114a時根據(jù)來自旁路控制部件114的旁路控制信號116將電動機引線R、S和T直接連接至AC電源線A、B和C來在啟動之后選擇性地旁路開關(guān)對110a、110b和110c，但所示控制系統(tǒng)100的旁路特征不是本發(fā)明的嚴格必要條件。
開關(guān)系統(tǒng)110由電動機速度控制系統(tǒng)120操作以在啟動期間控制電動機速度，其中控制系統(tǒng)120包括根據(jù)來自開關(guān)系統(tǒng)110的一個或多個反饋信號或值118(例如，測得的電壓、電流等)提供轉(zhuǎn)子(定子)速度估計值ω’r的基于瞬態(tài)的速度估計系統(tǒng)120a等。所測得的電動機反饋信號118包括能與電動機速度相關(guān)的瞬態(tài)信息，藉此速度估計系統(tǒng)120a可用于從反饋118中提取一種或多種速度相關(guān)瞬態(tài)信號，以推導(dǎo)或提供在以下更詳細地示出和描述的速度估計值ω’r。發(fā)明人認識到某些速度相關(guān)信號的特征是暫時的并隨著時間衰減，和/或只在電動機速度范圍的一部分中才可被可靠地識別。為了解決這一困難，示例性電動機速度控制器120包括與開關(guān)控制系統(tǒng)124可操作地耦合以選擇性地修改開關(guān)控制信號122中的一個或多個以激勵或再激勵電動機瞬態(tài)從而提高速度估計系統(tǒng)120a對來自反饋118的瞬態(tài)速度相關(guān)反饋信號的可測性的瞬態(tài)激勵系統(tǒng)120b。因此，可以有利地將本發(fā)明的這種瞬態(tài)激勵特征用于幫助確?；谒矐B(tài)的估計系統(tǒng)120a即使在存在電源擾動時也能在電動機104的整個速度范圍中從反饋118可靠地取得可測速度相關(guān)信號信息。電動機速度控制系統(tǒng)120及其包括基于瞬態(tài)的速度估計和激勵系統(tǒng)120a和120b在內(nèi)的各種部件可以分別實現(xiàn)為任何合適的硬件、軟件和/或其組合。
示例性控制系統(tǒng)120還提供具有提供分別用于在電動機104的啟動和停止期間根據(jù)來自電動機控制器125的一個或多個控制輸出信號125a控制開關(guān)器件110a、110b和110c的操作的多個開關(guān)控制信號122a、122b、122c的電路和/或其它合適的硬件或軟件的開關(guān)控制系統(tǒng)或電路124。電動機控制器可以實現(xiàn)為根據(jù)反饋118和來自速度估計系統(tǒng)120a的所估計的電動機速度信號ω’r來控制電動機104的任何適合的控制器或調(diào)節(jié)器。另外，電動機控制器125可以用包括控制轉(zhuǎn)矩、速度、位置等的多種不同模式或控制方案工作，其中在所示的諸例子中，示例性電動機控制器125在啟動和停止期間根據(jù)用戶定義的速度曲線128控制感應(yīng)電動機104的速度，雖然該特定電動機控制方案或應(yīng)用不是本發(fā)明嚴格的必要條件。開關(guān)控制系統(tǒng)124在電動機啟動和停止期間(以及可任選地在其后)工作來提供合適的開關(guān)信號122以根據(jù)電動機控制輸出125a來操作電動機124，其中開關(guān)控制124可提供脈寬調(diào)制(PWM)或其它形式的開關(guān)定時控制。另外，可由瞬態(tài)激勵系統(tǒng)120b選擇性地修改開關(guān)控制信號122以如以下更詳細地闡述的選擇性地激勵或再激勵一個或多個瞬態(tài)。
速度估計系統(tǒng)120a以大致連續(xù)的方式工作以向電動機控制器125提供用于與在啟動和停止期間的任一給定點處所期望的速度曲線128相比較的速度估計值ω’r。在所示的系統(tǒng)100中，速度估計系統(tǒng)120a測量反饋118中的至少一個瞬態(tài)速度相關(guān)信號，其中該瞬態(tài)速度相關(guān)信號與一電動機瞬態(tài)相關(guān)聯(lián)。然后，系統(tǒng)120a至少部分根據(jù)該瞬態(tài)速度相關(guān)信號來確定電動機速度估計值ω’r。以下在基于根據(jù)電動機相電壓信號中的起動點和過零點所確定的一個或多個速度相關(guān)瞬態(tài)相位誤差信號的速度估計值的背景中示出本發(fā)明的電動機控制的諸方面，但本發(fā)明不限于使用任何特定的速度相關(guān)信號進行速度估計。在此方面，可以使用任何合適的速度相關(guān)信號來進行基于瞬態(tài)的速度估計，這些速度相關(guān)信號包括但不限于相位誤差信號、相位滯后信號、峰值電流信號、電壓積分信號、電動機繞組電壓信號、開關(guān)器件電壓和電壓過零信號。
還參見圖2和3，圖2中的曲線200示出圖1的電動機控制系統(tǒng)100中的三條電動機相電流曲線IS、IR和IT，圖3顯示分別示出圖1的系統(tǒng)100中的的3條相線對中性線電源電壓曲線VAN、VBN和VCN以及相應(yīng)的開關(guān)控制信號122a、122b和122c的曲線圖300。圖2中的電動機電流波形IS、IR和IT是通過分別向開關(guān)系統(tǒng)110受控地提供開關(guān)信號122a、122b和122c選擇性地將電源相位A、B和C連接至電動機引線R、S和T的結(jié)果。如從圖3最能看出的，示例性開關(guān)控制系統(tǒng)124提供脈沖序列或流形式的開關(guān)信號122，并且在此例中，提供在每一脈沖對中包括第一(前導(dǎo))脈沖402和第二(拖尾)脈沖404且第一脈沖402始于起動點(FR、FS、FT、FR’、FS’和FT’)的脈沖對形式的開關(guān)信號122。這些脈沖對被重復(fù)成具有根據(jù)來自電動機控制器125的輸出125a(圖1)以閉環(huán)方式變化的起動角(相應(yīng)電源相電壓波形的正值部分的起始與起動時間F之間的角)的脈沖對序列。
在一個可能的實施例中，基于瞬態(tài)的速度估計系統(tǒng)120a測量反饋相電流信號118(圖2中的IS、IR和IT)或開關(guān)器件電壓，并使用過零點確定電動機速度ω’r。在此情形中，誤差信號組被生成并在時域中進行分析，然后在速度估計系統(tǒng)120a中產(chǎn)生速度相關(guān)信號頻率。在圖2的曲線圖200中，相R、S和T的正值電動機電流過零點(相應(yīng)SCR開關(guān)器件110被關(guān)斷的時刻)分別指示為ZR、ZS和ZT，且與相反(例如負值)電流方向相關(guān)聯(lián)的相應(yīng)過零點表示為ZR’、ZS’和ZT’。類似地，正值和負值半周期的起動點分別指示為FR、FS和FT和FR’、FS’和FT’，表示根據(jù)來自開關(guān)控制系統(tǒng)124的開關(guān)信號122最初接通(例如通過前導(dǎo)脈沖402)SCR的控制的時刻。
可以從時刻ZR、ZS、ZT、ZR’、ZS’、ZT’、FR、FS、FT、FR’、FS’和FT’的測量推導(dǎo)出某種相角型瞬態(tài)速度相關(guān)信號。在一個例子中，可以使用60度檢測技術(shù)，其中取得三相電動機電流的2個相鄰過零點之間的時間差，并減去電源周期T的1/6以得到相位差值。在此60度檢測技術(shù)中，以時間為單位的相位間隔誤差信號可以展開成(1)ZS’-ZT-T/6，(2)ZR-ZS’-T/6，(3)ZT’-ZR-T/6等。已發(fā)現(xiàn)這些相位誤差值的頻率指示轉(zhuǎn)子速度ω’r(例如，相位誤差信號頻率可與轉(zhuǎn)差頻率相關(guān))，并且速度估計系統(tǒng)120a相應(yīng)地提供估計值ω’r。在另一可能的實現(xiàn)中，可以通過測量并計算數(shù)據(jù)點(1)ZR’-ZR-T/2，(2)ZS’-ZS-T/2，(3)ZT’-ZT-T/2等來使用180度檢測，其中180度檢測的概念可以擴展到360度檢測、540度檢測、720度檢測等，在高速范圍內(nèi)優(yōu)選較高度數(shù)以增加信號大小。
可以從反饋118推導(dǎo)出其它可能的速度相關(guān)信號并將它們用于根據(jù)本發(fā)明的電動機速度估計，這些速度相關(guān)信號包括但不限于例如相位滯后、峰值電流、電壓積分、電動機繞組電壓、開關(guān)器件電壓和電壓過零信號?？梢陨上辔粶笮盘?，用于推導(dǎo)估計的轉(zhuǎn)子速度ω’r，其中速度估計系統(tǒng)120a測量每一單個相位上的電源電壓過零Zv和關(guān)斷Z之間的時間延遲(例如，ZR-ZVR，ZS-ZVS，ZT-ZVT等)。在此技術(shù)中，從平均延遲減去這些單個延遲值，所得的諸點產(chǎn)生一具有指示轉(zhuǎn)子速度ω’r的AC分量的信號，其中該信號的均值或DC偏移量隨起動角并隨電動機負載的變化而變化。
速度估計系統(tǒng)120a所能使用的另一瞬態(tài)速度相關(guān)信號是電流振幅信號，其中以一采樣頻率采樣反饋118的三相電動機電流IR、IS和IT，并確定最大絕對電流值。所得的信號具有隨起動角變化并且能通過取當前信號與過去信號之間的差來去除的大DC分量，其中過去和當前采樣之間所采用的間隔對經(jīng)修改的電流振幅信號的頻譜有影響。實際上，可以將任一延遲用于此DC分量去除以取得具有指示轉(zhuǎn)子速度ω’r的可辨識頻率分量的信號。在一個可能的實施例中，據(jù)信在理想的電源條件下，1/6電源周期的倍數(shù)將產(chǎn)生一個清楚的信號。
另一可能的速度相關(guān)瞬態(tài)信號可以在諸如相線對中性線電動機電壓等電動機端電壓積分中找到。在速度估計器120a中使用積分軟件或硬件積分電路，在相應(yīng)的傳導(dǎo)(例如起動)時間的開始處將相應(yīng)積分器的輸出復(fù)位，采樣每一SCR傳導(dǎo)周期的結(jié)尾處的該積分的絕對值，并將其用于速度計算。在這點上，發(fā)明人已發(fā)現(xiàn)電壓積分信號包括與在上述原始電流振幅技術(shù)中所得到的類似的DC偏移量，并且可以通過以類似的方式從先前值中減去該DC偏移量來去除它。另外，在電壓積分技術(shù)中，發(fā)明人已發(fā)現(xiàn)當起動角大且發(fā)動機電流小時在電壓積分信號中可能產(chǎn)生錯誤，其中在預(yù)期的傳導(dǎo)周期的中心附近發(fā)生電流過零，而在該點處測得的電壓一般將不同于相線電壓。因此，在此技術(shù)中，最好避免在該條件下工作。
其它可能的速度相關(guān)瞬態(tài)信號包括電動機繞組電壓、開關(guān)器件電壓以及電壓過零信號。該電動機繞組電壓可以在SCR關(guān)斷期間(例如，在“陷波”期)從反饋118測得。在一個實現(xiàn)中，當SCR開關(guān)器件110關(guān)斷時，在每一陷波期期間，優(yōu)選地在過零點之后的某個非零時間對此繞組電壓采樣一次以避免由緩沖電路的操作引起的攝動或其它開關(guān)擾動。在此技術(shù)中，在所有三相的每一陷波期中采樣的電動機繞組電壓絕對值可以用于確定速度相關(guān)信號，且通過用與以上結(jié)合電流振幅信號方法說明的類似方式執(zhí)行適當?shù)腄C偏移量去除，就可從該信號推導(dǎo)出轉(zhuǎn)子速度ω’r。
通過在開關(guān)器件關(guān)斷時在“陷波”期期間測量跨開關(guān)器件110的電壓(例如，在開關(guān)系統(tǒng)110的一個實現(xiàn)中為跨SCR 110的電壓)可以得到另一速度相關(guān)瞬態(tài)信號。在此情形中，這些電壓信號的振幅隨著對應(yīng)于轉(zhuǎn)子速度ω’r的頻率而變化。可以在每一陷波期期間，優(yōu)選地在SCR被關(guān)斷之后的某個非零時間對陷波電壓采樣一次以避免在測得的電壓信號中的任何緩沖相關(guān)振蕩期間測量。在一個實現(xiàn)中，可以在所有三相的每一陷波期采樣陷波電壓的絕對值以形成一信號組，從而通過諸如上述電流振幅信號方法等合適的技術(shù)去除任何DC分量來在速度估計系統(tǒng)120a中確定轉(zhuǎn)差速度。然后，可在速度估計系統(tǒng)120a中從轉(zhuǎn)差速度容易地推導(dǎo)出轉(zhuǎn)子速度ω’r。
可以從相對相電壓過零時刻的測量推導(dǎo)出另一速度相關(guān)瞬態(tài)信號。在一個例子中，可以使用180度檢測技術(shù)，其中取得每一相上兩個相鄰過零點之間的時間差并減去平均電源周期T的一半以得到速度相關(guān)信號。在此技術(shù)中，速度相關(guān)信號可展開成(1)ZVA’-ZVA-T/2，(2)ZVB-ZVB’-T/2，(3)ZVC’-ZVC-T/2。此速度相關(guān)信號的頻率指示轉(zhuǎn)子速度ω’r，且速度估計系統(tǒng)120a相應(yīng)地提供估計值ω’r。
現(xiàn)在參見圖4A-4D和5，可使用任何合適的技術(shù)來使用瞬態(tài)激勵系統(tǒng)120b選擇性地修改開關(guān)控制信號122中的一個或多個，從而選擇性地激勵/再激勵一電動機瞬態(tài)，籍此基于瞬態(tài)的速度估計系統(tǒng)120a即使在存在電源噪聲或擾動時也可以可靠的方式在關(guān)注的速度范圍上推導(dǎo)出電動機速度估計值ω’r。如以上結(jié)合圖3所討論的，通過來自開關(guān)控制系統(tǒng)124的開關(guān)信號122a、122b和122c將電源相位A、B和C選擇性地連接至電動機引線R、S和T來產(chǎn)生電動機電流IR、IS和IT，其中可以使用與開關(guān)控制系統(tǒng)124操作地耦合的瞬態(tài)激勵系統(tǒng)120b修改信號122或其生成。在所示的實施例中，開關(guān)控制系統(tǒng)124提供以始于起動點(FR、FS、FT、FR’、FS’和FT’)的前導(dǎo)脈沖402后面跟著拖尾脈沖402的脈沖對提供的脈沖序列或流402、404(例如，以上的圖3)形式的開關(guān)信號122，以防止實際電流過零之前的無意(早發(fā))SCR關(guān)斷。在此實現(xiàn)中，脈沖對重復(fù)成具有根據(jù)來自電動機控制器125的閉環(huán)電動機控制器輸出125a(圖1)確定的起動角的脈沖對序列。
圖4A中的圖400中示出第一實施例，其中瞬態(tài)激勵系統(tǒng)120b用于選擇性地阻止開關(guān)控制系統(tǒng)124提供某些脈沖，從而從開關(guān)控制信號122中選擇性地去除單個的脈沖由此來激勵電動機瞬態(tài)。另外，在圖4A的例子中，激勵系統(tǒng)120b使得圈起的時間段410中的脈沖對被去除。此脈沖對的去除引起電動機104中的瞬態(tài)激勵，導(dǎo)致速度相關(guān)電動機瞬態(tài)信號的激勵或再激勵，例如導(dǎo)致反饋118中的可測量或可辨識速度相關(guān)信號的上述或其它電動機瞬態(tài)。再參見圖5，示出了單個電動機相位R的示例性成對起動脈沖流122a以及從所驅(qū)動的電動機104的反饋118推導(dǎo)出的示例性相位誤差信號曲線500，其中通過選擇性地去除部分410處的脈沖對402、404來周期性地在時間T0、T1、T2等進行電動機瞬態(tài)的選擇性激勵，其中在此例中將約1Hz的激勵周期用于50Hz的電源頻率。如圖500中可見，周期性地去除起動脈沖對402、404使得相位誤差信號的振幅明顯增大，從而本發(fā)明不拘于電源干擾和電動機速度地提供可測量的瞬態(tài)信號強度，從而便于在臨界電動機啟動和停止周期期間及其之后(如需要)進行穩(wěn)健的、準確的無傳感器速度估計。
可以選擇其它適合的周期來進行周期性的瞬態(tài)激勵，以確保能由基于瞬態(tài)的速度估計系統(tǒng)120a從電動機反饋118得到可測的瞬態(tài)速度相關(guān)信號。在其它可能的實現(xiàn)中，瞬態(tài)激勵不必是周期性的。在這一點上，瞬態(tài)激勵系統(tǒng)120b選擇性地修改開關(guān)控制信號122以至少部分根據(jù)所測得的瞬態(tài)速度相關(guān)信號的振幅來激勵電動機瞬態(tài)。因此，系統(tǒng)120b可以確定瞬態(tài)速度相關(guān)信號振幅已下降到預(yù)定閾值以下，且激勵系統(tǒng)120b相應(yīng)地作出反應(yīng)以再激勵瞬態(tài)。以此方式，可以在按需的基礎(chǔ)上通過系統(tǒng)120b進行激勵。
圖4B的圖420中示出另一瞬態(tài)激勵的例子，其中瞬態(tài)激勵系統(tǒng)120b在選擇性地去除時間430處形成選中的脈沖對的2個脈沖中的一個。在此例中，系統(tǒng)120b使得去除前導(dǎo)脈沖402，但其它實現(xiàn)還可涉及去除拖尾脈沖404。圖4C和4D的圖440和460中示出其它例子，其中由瞬態(tài)激勵系統(tǒng)120b分別在時間段450和470分別修改(例如，增大或減小)前導(dǎo)和拖尾脈沖402和404之間的時間間隔。
在其它可能的實現(xiàn)中，可以修改(例如，增大或減小)連續(xù)脈沖對的前導(dǎo)和拖尾脈沖402、404的間隔以激勵電動機瞬態(tài)。另外，可以根據(jù)諸如正弦波、方波、三角鋸齒波等調(diào)制波形或其它調(diào)制波形來進行修改。在一優(yōu)選的例子中，將前導(dǎo)脈沖402增大或減小較小量的時間以提供一個或多個相位R、S和/或T中的起動角的基本上連續(xù)的變化。注意到與上述整個脈沖402、404被去除或脈沖位置(例如，間隔修改)相當大的例子相比，連續(xù)脈沖或脈沖對的微小修改可以緩解對起動角的大改變同時仍使得再激勵可測量速度相關(guān)電動機瞬態(tài)用于系統(tǒng)120a的速度估計。此選擇性修改可以根據(jù)調(diào)制波形或作為速度信號ω’r的函數(shù)進行。在一個可能的例子中，可以提供增益項用于與速度估計值ω’r相乘以確定起動角修改以及相移，其中相移還可以是速度估計值ω’r的頻率的函數(shù)。
根據(jù)本發(fā)明的基于瞬態(tài)的速度估計和激勵方面的另一示例性實現(xiàn)，圖1的電動機控制系統(tǒng)100還包括可任選的轉(zhuǎn)子磁通初始化系統(tǒng)或部件126，它可以是可用于在啟用瞬態(tài)激勵系統(tǒng)120b之前的啟動期間選擇性地初始化電動機104中的轉(zhuǎn)子磁通的任何合適的硬件和/或軟件。在這點上，對于示例性三相電動機104，轉(zhuǎn)子磁通初始化系統(tǒng)126可適用于使開關(guān)控制系統(tǒng)124選擇性地啟用選擇開關(guān)器件110中的數(shù)個從而向電動機相位R、S和T中僅兩個相位施加電源電壓數(shù)個電源周期以在電動機104中選擇性地將轉(zhuǎn)子磁通初始化至預(yù)定電平TH1 126a。一旦這樣建立了轉(zhuǎn)子磁通，就可以如上所述地啟動正常開關(guān)脈沖流和選擇性瞬態(tài)激勵操作。在這點上，在啟動時，初始轉(zhuǎn)子磁通初始化可以在低速范圍內(nèi)有利地改善初始速度估計值，其中發(fā)明人已認識到在缺乏這種磁通初始化的情況下由于電動機104中的低初始轉(zhuǎn)子磁通值，某些電動機瞬態(tài)可能難以測量。
現(xiàn)在參見圖6和7，本發(fā)明的其它方面涉及用于在啟動期間控制電動機速度的方法，其中圖6示出一示例性啟動方法600。雖然以下以一系列動作或事件的形式示出和說明了本發(fā)明的示例性方法600和其它方法，但是將理解本發(fā)明的各種方法不受所示的如在本文中具體闡述的動作或事件的次序的限制。在這點上，除了在下文具體規(guī)定的以外，某些動作或事件還可以以與本文所示和所述的不同的次序發(fā)生和/或與其它動作和事件同時發(fā)生，且實現(xiàn)根據(jù)本發(fā)明的過程和方法不要求所示的所有步驟。另外，為了在AC電動機的控制中提供改善的無傳感器電動機速度估計，可以在任何合適的硬件、軟件或其組合中實現(xiàn)所示的方法600和本發(fā)明的其它方法，但本發(fā)明不限于本文所示和所述的特定應(yīng)用和實現(xiàn)。
圖6的方法600始于602，且開關(guān)信號(例如，開關(guān)上述系統(tǒng)100中的控制信號122)始于604。開關(guān)信號可以在604和其后的啟動和/或以任意合適方式在整個電動機操作期間諸如通過向開關(guān)系統(tǒng)110提供用于選擇性地將電動機引線R、S、T耦合至AC電源106以根據(jù)所期望的啟動速度曲線128和根據(jù)上述示例性例子100中的轉(zhuǎn)子速度估計值ω’r來控制電動機速度的多個開關(guān)控制信號122來提供?？梢詰?yīng)用任意形式的開關(guān)信號，包括但不限于在上述實施例或其它實施例中例示的脈沖序列或流或多個脈沖的其它編組。
方法600還包括在610選擇性地修改開關(guān)控制信號122中的至少一個以激勵速度相關(guān)信號中的瞬態(tài)，該速度相關(guān)信號可以是例如諸如相位誤差信號、相位滯后信號、峰值電流信號、電壓積分信號、電動機繞組電壓信號、開關(guān)器件電壓和電壓過零信號等任何合適的信號。在610中的選擇性修改可以取用于激勵與速度相關(guān)信號相關(guān)聯(lián)的電動機瞬態(tài)的任何合適的形式。在上述基于脈沖的開關(guān)控制信號的情形中，幾個可能的例子提供了從開關(guān)控制信號中選擇性地去除單個的脈沖，選擇性地修改開關(guān)控制信號中的選中脈沖之間的間隔，從開關(guān)控制信號中選擇性地去除選中的脈沖對，從開關(guān)控制信號的選中的脈沖對中選擇性地去除一個脈沖，選擇性地修改開關(guān)控制信號中的選中的脈沖對的兩個脈沖之間的間隔，和/或修改開關(guān)控制信號中的連續(xù)脈沖對的脈沖之間的間隔以激勵電動機瞬態(tài)。
在612中，測量與電動機瞬態(tài)相關(guān)聯(lián)的速度相關(guān)信號，且在614中至少部分基于所測得的瞬態(tài)速度相關(guān)信號提供轉(zhuǎn)子速度估計值。然后在616中根據(jù)所期望的速度曲線128并根據(jù)轉(zhuǎn)子速度估計值ω’r來控制諸開關(guān)。在620中可任選地進行轉(zhuǎn)子速度是否已達到穩(wěn)態(tài)的確定，且如果沒有(620中為否)，則繼續(xù)上述610至616的處理。否則(620中為是)，則電動機啟動在622中完成，其中替換實施例可以用持續(xù)的速度估計和瞬態(tài)激勵在穩(wěn)態(tài)操作期間繼續(xù)提供開關(guān)控制信號。
圖7中示出另一示例性電動機速度控制方法700，該方法始于702。在此例中，在703中向一對電動機繞組施加電壓以在704中開始開關(guān)信號以及在710中選擇性地修改開關(guān)信號施加以用于電動機瞬態(tài)激勵之前初始化電動機106中的轉(zhuǎn)子磁通。然后，方法700通常如圖6的例子中那樣進行，在712中測量一個或多個速度相關(guān)信號，并在714中根據(jù)其估計轉(zhuǎn)子速度。在716中，根據(jù)所期望的速度曲線128和所估計的轉(zhuǎn)子速度ω’r來控制諸開關(guān)。方法700還包括在720中確定轉(zhuǎn)子速度是否日達到穩(wěn)態(tài)。如果沒有(720中為否)，則方法700返回至上述710至716，否則(620中為是)在722中電動機啟動完成。
現(xiàn)在參見圖8，本發(fā)明的各方面還可應(yīng)用于在停止期間控制電動機速度，如在始于802的停止控制方法800中所例示的。開關(guān)信號(例如，上述信號122)在804中開始，例如當圖1中的旁路控制系統(tǒng)114在開關(guān)信號122的控制下使用開關(guān)系統(tǒng)110根據(jù)所期望的速度曲線128停用旁路信號116以開始受控的電動機停止那樣。開關(guān)信號122可以在804中及其后的停止期間以任何合適方式提供，用于在系統(tǒng)100中根據(jù)所期望的停止速度曲線128并根據(jù)基于瞬態(tài)的轉(zhuǎn)子速度估計值ω’r選擇性地將電動機引線R、S、T耦合至AC電源106以控制電動機速度。另外，和上述啟動例子一樣，可以應(yīng)用任何形式的開關(guān)信號122，包括但不限于脈沖序列或流或?qū)蚨鄠€脈沖的其它編組。方法800還包括在810中選擇性地修改開關(guān)控制信號122中的至少一個以如上對圖6所述地激勵速度相關(guān)信號中的瞬態(tài)。在812中測量與電動機瞬態(tài)相關(guān)聯(lián)的速度相關(guān)信號，并在814中至少部分基于所測得的瞬態(tài)速度相關(guān)信號來提供轉(zhuǎn)子速度估計值。然后，在816中根據(jù)所期望的速度曲線128和轉(zhuǎn)子速度估計值ω’r來控制開關(guān)，并在820中可任選地確定轉(zhuǎn)子速度是否已達到0。如果沒有(820中為否)，則繼續(xù)上述810-816的處理，且如果是這樣(820中為是)，則在822中電動機停止完成。
上述例子僅僅示出本發(fā)明的各方面的幾個可能的實施例，其中本領(lǐng)域的其它技術(shù)人員在閱讀和理解本說明書和附圖后將可想到等效的變更和/或修改。尤其是關(guān)于上述部件(組件、器件、系統(tǒng)、電路等)執(zhí)行的各種功能，用于說明這些部件的術(shù)語(包括對“裝置”的引用)旨在對應(yīng)于執(zhí)行所述部件的指定功能(即，功能上等效)的諸如硬件、軟件或其組合等的任何部件，即使其在結(jié)構(gòu)上不等效于公開的執(zhí)行本發(fā)明的所示實現(xiàn)中的功能的結(jié)構(gòu)，除非另行指出。另外，雖然已參照幾個實現(xiàn)之一公開了本發(fā)明的特定特征，但這種特征也可以如可能期望的并有利于任一給定或特定應(yīng)用地與其它實現(xiàn)的一個或多個特征相結(jié)合。同樣，就術(shù)語“包括”、“包含”、“有”、“具有”、“帶有”或其變形在詳細說明和/或權(quán)利要求書中使用的程度來說，這些術(shù)語旨在與術(shù)語“包含”類似的方式表示包含。
權(quán)利要求
1.一種用于操作AC感應(yīng)電動機的AC電動機控制系統(tǒng)，所述電動機控制系統(tǒng)包括開關(guān)系統(tǒng)，包括耦合在AC電源與感應(yīng)電動機之間的多個開關(guān)器件，各個所述開關(guān)器件用于根據(jù)相應(yīng)的開關(guān)控制信號選擇性地將相應(yīng)的電動機引線耦合至所述AC電源；電動機控制器，用于提供電動機控制器輸出以在啟動和停止期間根據(jù)所期望的速度曲線并根據(jù)轉(zhuǎn)子速度估計值來控制轉(zhuǎn)子速度；開關(guān)控制系統(tǒng)，用于提供多個開關(guān)控制信號以在所述電動機的啟動和停止期間根據(jù)所述控制器輸出來控制所述開關(guān)系統(tǒng)的開關(guān)器件的操作；瞬態(tài)激勵系統(tǒng)，與所述開關(guān)控制系統(tǒng)可操作地耦合，用于選擇性地修改至少一個開關(guān)控制信號以激勵電動機瞬態(tài)；以及基于瞬態(tài)的速度估計系統(tǒng)，與所述開關(guān)系統(tǒng)和所述電動機速度控制系統(tǒng)可操作地耦合，所述基于瞬態(tài)的速度估計系統(tǒng)用于從所述開關(guān)系統(tǒng)接收至少一個反饋信號或值，并至少部分根據(jù)所述反饋信號或值提供所述轉(zhuǎn)子速度估計值。
2.如權(quán)利要求1所述的電動機控制系統(tǒng)，其特征在于，所述基于瞬態(tài)的速度估計系統(tǒng)測量所述至少一個反饋信號或值中的至少一個瞬態(tài)速度相關(guān)信號，所述瞬態(tài)速度相關(guān)信號與所述電動機瞬態(tài)相關(guān)聯(lián)，所述基于瞬態(tài)的速度估計系統(tǒng)至少部分根據(jù)所述瞬態(tài)速度相關(guān)信號來確定所述轉(zhuǎn)子速度估計值，且其中所述瞬態(tài)速度相關(guān)信號是相位誤差信號、相位滯后信號、峰值電流信號、電壓積分信號、電動機繞組電壓信號、開關(guān)器件電壓以及電壓過零信號之一。
3.如權(quán)利要求1所述的電動機控制系統(tǒng)，其特征在于，所述至少一個開關(guān)控制信號包括用于控制所述開關(guān)器件中相應(yīng)的一個的脈沖序列，且所述瞬態(tài)激勵系統(tǒng)從所述開關(guān)控制信號中選擇性地去除若干單個的脈沖以激勵電動機瞬態(tài)。
4.如權(quán)利要求1所述的電動機控制系統(tǒng)，其特征在于，所述至少一個開關(guān)控制信號包括用于控制所述開關(guān)器件中相應(yīng)的一個的脈沖序列，且所述瞬態(tài)激勵系統(tǒng)選擇性地修改所述開關(guān)控制信號中的選中脈沖之間的間隔以激勵電動機瞬態(tài)。
5.如權(quán)利要求1所述的電動機控制系統(tǒng)，其特征在于，所述至少一個開關(guān)控制信號包括用于控制所述開關(guān)器件中相應(yīng)的一個的脈沖對序列，且所述瞬態(tài)激勵系統(tǒng)從所述開關(guān)控制信號中選擇性地去除選中的脈沖對以激勵電動機瞬態(tài)。
6.如權(quán)利要求1所述的電動機控制系統(tǒng)，其特征在于，所述至少一個開關(guān)控制信號包括用于控制所述開關(guān)器件中相應(yīng)的一個的脈沖對序列，且所述瞬態(tài)激勵系統(tǒng)從所述開關(guān)控制信號的選中的脈沖對中選擇性地去除一個脈沖以激勵電動機瞬態(tài)。
7.如權(quán)利要求1所述的電動機控制系統(tǒng)，其特征在于，所述至少一個開關(guān)控制信號包括用于控制所述開關(guān)器件中相應(yīng)的一個的脈沖對序列，且所述瞬態(tài)激勵系統(tǒng)選擇性地修改所述開關(guān)控制信號中的選中脈沖對的脈沖之間的間隔以激勵電動機瞬態(tài)。
8.如權(quán)利要求7所述的電動機控制系統(tǒng)，其特征在于，所述瞬態(tài)激勵系統(tǒng)選擇性地加大所述開關(guān)控制信號中的選中脈沖對的脈沖之間的間隔以激勵電動機瞬態(tài)。
9.如權(quán)利要求7所述的電動機控制系統(tǒng)，其特征在于，所述瞬態(tài)激勵系統(tǒng)選擇性地減小所述開關(guān)控制信號中的選中脈沖對的脈沖之間的間隔以激勵電動機瞬態(tài)。
10.如權(quán)利要求1所述的電動機控制系統(tǒng)，其特征在于，所述至少一個開關(guān)控制信號包括用于控制所述開關(guān)器件中相應(yīng)的一個的脈沖對序列，且所述瞬態(tài)激勵系統(tǒng)選擇性地修改所述開關(guān)控制信號中的連續(xù)脈沖對的脈沖之間的間隔以激勵電動機瞬態(tài)。
11.如權(quán)利要求10所述的電動機控制系統(tǒng)，其特征在于，所述瞬態(tài)激勵系統(tǒng)至少部分基于所述轉(zhuǎn)子速度估計值來選擇性地加大或減小所述開關(guān)控制信號中的連續(xù)脈沖對的脈沖之間的間隔以激勵電動機瞬態(tài)。
12.如權(quán)利要求10所述的電動機控制系統(tǒng)，其特征在于，所述瞬態(tài)激勵系統(tǒng)至少部分基于一調(diào)制波形來選擇性地加大或減小所述開關(guān)控制信號中的連續(xù)脈沖對的脈沖之間的間隔以激勵電動機瞬態(tài)。
13.如權(quán)利要求12所述的電動機控制系統(tǒng)，其特征在于，所述調(diào)制波形是正弦波、方波或鋸齒波之一。
14.如權(quán)利要求1所述的電動機控制系統(tǒng)，其特征在于，還包括轉(zhuǎn)子磁通初始化系統(tǒng)，所述轉(zhuǎn)子磁通初始化系統(tǒng)與所述開關(guān)控制系統(tǒng)可操作地耦合，用于在啟用所述瞬態(tài)激勵系統(tǒng)之前在啟動期間選擇性地初始化所述電動機中的轉(zhuǎn)子磁通。
15.如權(quán)利要求14所述的電動機控制系統(tǒng)，其特征在于，所述電動機是三相電動機且所述轉(zhuǎn)子磁通初始化系統(tǒng)使所述開關(guān)控制系統(tǒng)選擇性地啟用所述開關(guān)器件中所選中的數(shù)個，以使得僅對電動機相位中的兩個施加電壓若干個電源周期，以在啟用所述瞬態(tài)激勵系統(tǒng)之前在啟動期間選擇性地初始化所述電動機中的轉(zhuǎn)子磁通。
16.如權(quán)利要求1所述的電動機控制系統(tǒng)，其特征在于，所述瞬態(tài)激勵系統(tǒng)周期性地修改所述至少一個開關(guān)控制信號以激勵電動機瞬態(tài)。
17.如權(quán)利要求1所述的電動機控制系統(tǒng)，其特征在于，所述基于瞬態(tài)的速度估計系統(tǒng)測量所述至少一個反饋信號或值中的至少一個瞬態(tài)速度相關(guān)信號，所述瞬態(tài)速度相關(guān)信號與所述電動機瞬態(tài)相關(guān)聯(lián)，且所述瞬態(tài)激勵系統(tǒng)至少部分根據(jù)所測得的瞬態(tài)速度相關(guān)信號的振幅選擇性地修改至少一個開關(guān)控制信號以激勵電動機瞬態(tài)。
18.一種可操作地與電動機控制器的開關(guān)系統(tǒng)耦合用于在啟動或停止期間控制被驅(qū)動電動機速度的電動機速度控制系統(tǒng)，所述電動機速度控制系統(tǒng)包括電動機控制器，用于提供電動機控制器輸出以在啟動和停止期間根據(jù)所期望的速度曲線并根據(jù)轉(zhuǎn)子速度估計值來控制所述電動機速度；開關(guān)控制系統(tǒng)，用于提供多個開關(guān)控制信號以在所述電動機的啟動和停止期間根據(jù)所述控制器輸出來控制所述開關(guān)系統(tǒng)的多個開關(guān)器件的操作；瞬態(tài)激勵系統(tǒng)，與所述開關(guān)控制系統(tǒng)可操作地耦合，用于選擇性地修改至少一個開關(guān)控制信號，以激勵電動機瞬態(tài)；以及基于瞬態(tài)的速度估計系統(tǒng)，用于從所述開關(guān)系統(tǒng)接收至少一個反饋信號或值并至少部分地根據(jù)所述反饋信號或值向所述電動機控制器提供所述轉(zhuǎn)子速度估計值。
19.如權(quán)利要求18所述的電動機速度控制系統(tǒng)，其特征在于，所述基于瞬態(tài)的速度估計系統(tǒng)測量所述至少一個反饋信號或值中的至少一個瞬態(tài)速度相關(guān)信號，所述瞬態(tài)速度相關(guān)信號與所述電動機瞬態(tài)相關(guān)聯(lián)，所述基于瞬態(tài)的速度估計系統(tǒng)至少部分地根據(jù)所述瞬態(tài)速度相關(guān)信號來確定所述轉(zhuǎn)子速度估計值，且其中所述瞬態(tài)速度相關(guān)信號是相位誤差信號、相位滯后信號、峰值電流信號、電壓積分信號、電動機繞組電壓信號、開關(guān)器件電壓信號以及電壓過零信號之一。
20.如權(quán)利要求18所述的電動機速度控制系統(tǒng)，其特征在于，還包括一與所述開關(guān)控制系統(tǒng)可操作地耦合的轉(zhuǎn)子磁通初始化系統(tǒng)，用于在啟用所述瞬態(tài)激勵系統(tǒng)之前在啟動或停止期間選擇性地初始化轉(zhuǎn)子磁通。
21.如權(quán)利要求20所述的電動機速度控制系統(tǒng)，其特征在于，所述電動機是三相電動機，且所述轉(zhuǎn)子磁通初始化系統(tǒng)使所述開關(guān)控制系統(tǒng)選擇性地啟用所述開關(guān)器件中所選中的數(shù)個，以使得僅對電動機相位中的兩個施加電壓若干電源周期，以在啟用所述瞬態(tài)激勵系統(tǒng)之前在啟動期間選擇性地初始化所述電動機中的轉(zhuǎn)子磁通。
22.如權(quán)利要求18所述的電動機速度控制系統(tǒng)，其特征在于，所述瞬態(tài)激勵系統(tǒng)周期性地修改所述至少一個開關(guān)控制信號以激勵電動機瞬態(tài)。
23.如權(quán)利要求18所述的電動機速度控制系統(tǒng)，其特征在于，所述基于瞬態(tài)的速度估計系統(tǒng)測量所述至少一個反饋信號或值中的至少一個瞬態(tài)速度相關(guān)信號，所述瞬態(tài)速度相關(guān)信號與所述電動機瞬態(tài)相關(guān)聯(lián)，且所述瞬態(tài)激勵系統(tǒng)至少部分地根據(jù)所測得的瞬態(tài)速度相關(guān)信號的振幅選擇性地修改所述至少一個開關(guān)控制信號以激勵電動機瞬態(tài)。
24.一種用于在啟動或停止期間控制AC電動機的速度的方法，所述方法包括向開關(guān)系統(tǒng)提供多個開關(guān)控制信號，用于在啟動和停止期間根據(jù)所期望的速度曲線并根據(jù)轉(zhuǎn)子速度估計值將電動機引線選擇性地耦合至AC電源以控制所述電動機速度；選擇性地修改所述開關(guān)控制信號中的至少一個以激勵電動機瞬態(tài)；測量與所述電動機瞬態(tài)相關(guān)聯(lián)的瞬態(tài)速度相關(guān)信號；以及至少部分地根據(jù)所述瞬態(tài)速度相關(guān)信號來提供所述轉(zhuǎn)子速度估計值。
25.如權(quán)利要求24所述的方法，其特征在于，所測得的瞬態(tài)速度相關(guān)信號是相位誤差信號、相位滯后信號、峰值電流信號、電壓積分信號、電動機繞組電壓信號、開關(guān)器件電壓以及電壓過零信號之一。
26.如權(quán)利要求24所述的方法，其特征在于，所述開關(guān)控制信號作為脈沖序列提供，且其中選擇性地修改所述開關(guān)控制信號中的至少一個包括從所述開關(guān)控制信號選擇性地去除若干單個的脈沖以激勵電動機瞬態(tài)。
27.如權(quán)利要求24所述的方法，其特征在于，所述開關(guān)控制信號作為脈沖序列提供，且其中選擇性地修改所述開關(guān)控制信號中的至少一個包括修改所述開關(guān)控制信號中的選中脈沖之間的間隔以激勵電動機瞬態(tài)。
28.如權(quán)利要求24所述的方法，其特征在于，所述開關(guān)控制信號作為脈沖對序列提供，且其中選擇性地修改所述開關(guān)控制信號中的至少一個包括從所述開關(guān)控制信號中去除選中的脈沖對以激勵電動機瞬態(tài)。
29.如權(quán)利要求24所述的方法，其特征在于，所述開關(guān)控制信號作為脈沖對序列提供，且其中選擇性地修改所述開關(guān)控制信號中的至少一個包括從所述開關(guān)控制信號的選中的脈沖對中去除一個脈沖以激勵電動機瞬態(tài)。
30.如權(quán)利要求24所述的方法，其特征在于，所述開關(guān)控制信號作為脈沖對序列提供，且其中選擇性地修改所述開關(guān)控制信號中的至少一個包括修改所述開關(guān)控制信號中的選中脈沖對的脈沖之間的間隔以激勵電動機瞬態(tài)。
31.如權(quán)利要求24所述的方法，其特征在于，所述開關(guān)控制信號作為脈沖對序列提供，且其中選擇性地修改所述開關(guān)控制信號中的至少一個包括修改所述開關(guān)控制信號中的連續(xù)脈沖對的脈沖之間的間隔以激勵電動機瞬態(tài)。
32.如權(quán)利要求24所述的方法，其特征在于，還包括在選擇性地修改所述開關(guān)控制信號中的至少一個之前在啟動期間選擇性地初始化所述電動機中的轉(zhuǎn)子磁通。
33.如權(quán)利要求24所述的方法，其特征在于，選擇性地修改所述開關(guān)控制信號中的至少一個包括周期性地修改所述開關(guān)控制信號以激勵電動機瞬態(tài)。
34.如權(quán)利要求24所述的方法，其特征在于，選擇性地修改所述開關(guān)控制信號中的至少一個包括至少部分地根據(jù)所測得的瞬態(tài)速度相關(guān)信號的振幅來選擇性地修改所述開關(guān)控制信號中的至少一個。
全文摘要
提出了一種AC電動機控制系統(tǒng)和速度控制器，包括基于所測得的速度相關(guān)電動機瞬態(tài)信號提供轉(zhuǎn)子速度估計值的基于瞬態(tài)的速度估計系統(tǒng)，以及選擇性地修改至少一個開關(guān)控制信號以激勵所測得的電動機瞬態(tài)的瞬態(tài)激勵系統(tǒng)。所測得的速度相關(guān)瞬態(tài)可包括相位誤差信號、相位滯后信號、峰值電流信號、電壓積分信號、電動機繞組電壓信號、開關(guān)器件電壓信號以及電壓過零信號，且開關(guān)信號修改可包括從開關(guān)控制脈沖流去除選中的脈沖或選擇性地修改諸脈沖之間的間隔以再激勵電動機瞬態(tài)。
文檔編號H02P27/00GK101064493SQ20071010261
公開日2007年10月31日 申請日期2007年4月23日 優(yōu)先權(quán)日2006年4月24日
發(fā)明者陸海慧, T·A·諾德哈爾, D·M·麥瑟史密斯 申請人:洛克威爾自動控制技術(shù)股份有限公司