[发明专利]使用状态观测器确定同步电机中转子的位置和速度的方法

说明书

本发明涉及使用状态观测器确定同步电机中转子的位置和速度的方法。本发明涉及一种使用电机的电流的状态观测器和输入的信号来确定同步电机(4)中转子的位置和速度的方法。因此，通过本发明，位置信息是准确的，尤其是在低速时，不需使用位置检测器。本发明还涉及一种用于控制同步电机的控制方法和系统(1)，其考虑到确定的转子位置(2)。

技术领域

本发明涉及同步电机的控制范围，尤其是用于机动车辆。

背景技术

同步电机包括旋转的部件，转子，以及静止的部件，定子。该转子可由永磁体或DC供电的线圈以及磁路组成，则它被称为电磁体。定子包括三相，每一相连接有至少一个线圈(也称为绕组)，并且这三个线圈被供以功率和电压。外力被用于旋转转子：定子线圈(绕组)中的交变电流所感应出的磁场导致转子旋转。该旋转场的速度被称为“同步速度”。

为了控制这种电机，实时了解转子的角位置和速度是重要的。实际上，以电机转矩矢量控制的常规方式使用关于位置的信息。被称为矢量控制是因为，对于产生应用所需转矩的机器，在其中流通的电流必须保持同相并且与转子的位置同步。因此，控制电机的装置将电压施加到电机的端子上，这些电压由转矩控制算法提供。

位置检测器，例如霍尔效应或感应类型的，通常用于了解转子的位置。然而，低成本的位置探测器不足够准确，尤其对于高转速，因此它们无法实现电机转矩的精确控制。另外，这些检测器可能遭遇故障或具有测量噪声，由此产生测量的不确定性。例如，位置检测器的使用被描述于英国专利申请GB-1,214,331A。另一个选择包括使用精确的位置检测器，诸如高分辨率增量编码器或称为分解器的绝对值检测器，基于旋转磁性元件的检测或基于光学干涉测量原理的检测器，但它们的主要缺点是昂贵。

现有技术的另一个方案是通过根据电测量估算物理量来重构转子的位置，物理量随着转子的位置而变化。位置的估算可被划分为两大类：

·基于电机控制中特定信号的输入，其需要在电机的端子上施加特定电压，从而根据对电机的电测量来确定位置。例如，法国专利申请FR-2,623,033A1描述了两个非供电相中短脉冲的输入。特定信号的输入包括关于电机控制的约束，其不能实现电机在运行期间的最优控制，

·在电机输入端不需要特定信号，它们仅基于其性能的通过实时估算器的数学描述，实时估算器也被称为观测器，但它的缺点是在接近零或低电机转速的情况下，不能提供精确的估算。例如，法国专利FR-2,781,318B1公开了一种估算转子的旋转角度的方法，这是通过根据由电压传感器提供的信号计算得到的。美国专利申请US2010-237,817A描述了观测器的使用，其利用等效电动势模型。

为了克服现有解决方案的缺点，已知的“组合”方案使用了用于低转速的位置检测器，以及用于高速的估算方法。例如，本申请人的申请号为FR-11/03,994的专利申请描述了这样一种组合方案，其具有一种算法来确定高转速电机的位置和速度。然而，这些组合的方案总是需要使用用于低电机转速的检测器。此外，现有技术的方案并不具有足够的精度用于控制电机，实际上，在开发出称为卡尔曼滤波观测器的观测器之前，它们中的一些采用近似法。此外，这些观测器中的一些需要许多复杂的计算。

本发明的目的在于采用一一种使用针对电机的电流状态观测器和信号的输入来确定同步电机转子的位置和速度的方法。因此，通过本发明，位置信息是准确的，尤其是在低速下，不需使用位置检测器。实际上，信号输入使描述了电机动态特性的模型可被观察，包括在停止时，并且有效地防止了测量噪音。

发明内容

本发明涉及一种确定凸极同步电机的转子的位置θ的方法，其中测量了所述电机的各相的电流i_m和电压U_m。该方法执行以下步骤：

a)施加一电压u_imp在所述电机的所述相上，