用於控制活塞壓氣機的操作的裝置和方法
2023-10-05 18:43:04 2
專利名稱：用於控制活塞壓氣機的操作的裝置和方法
技術領域：
本發明涉及用於控制活塞壓氣機的操作的裝置和方法，尤其涉及用於控制活塞壓氣機的操作的裝置和方法，其能夠通過利用搜索線圈所感應的反電動勢估計衝程來減小衝程估計誤差，以及去除由於壓氣機發動機(下文被稱作發動機)中的電阻和電感而引起的誤差。
背景技術：
圖1是說明根據傳統技術的活塞壓氣機的操作控制裝置的方框圖。如圖1所示，該活塞壓氣機的操作控制裝置包括電流檢測器150，用於檢測提供給發動機的電流；電壓檢測器140，用於檢測提供給發動機的電壓；衝程估計器130，用於基於檢測的電流、電壓和發動機常數估計衝程；比較器100，用於將估計的衝程和預設的衝程參考值進行比較，並根據比較結果輸出一個差值；以及控制器110，用於通過根據所述差值改變提供給發動機的電壓，控制壓氣機的衝程。
下文中，將參考附圖2，描述活塞壓氣機的控制裝置的操作。
首先，電流檢測器150檢測提供給發動機的電流，以及電壓檢測器140檢測提供給發動機的電壓。這裡，衝程估計器130利用公式1，通過代入檢測的電流值、檢測的電壓值和發動機常數而計算衝程估計值，並將計算的衝程估計值提供給比較器100。X=1(VM-Ri-Li)dt]]>----------------------------公式1這裡，R是發動機的電阻，L是發動機的電感，α是發動機常數。
然後，比較器100比較衝程估計值和衝程參考值，並根據比較結果將差值提供給控制器110。控制器110通過基於所述差值改變提供給發動機的電壓而控制衝程。
更詳細地，當衝程參考值大於衝程估計值時，控制器110增加發動機供應電壓，以及當衝程參考值小於衝程估計值時，控制器110減小發動機供應電壓。
然而，在傳統的活塞壓氣機的操作控制方法中，因為衝程控制是通過利用所有的發動機參數(發動機常數、電阻、電感等)估計衝程而執行的，所以由於參數的非線性和誤差而增加了估計的衝程中的誤差。
發明內容
為了解決上述問題，本發明的目的在於提供一種用於控制活塞壓氣機的操作的裝置和方法，其能夠通過利用搜索線圈所感應的反電動勢估計衝程，通過不考慮所有發動機參數中的電感和電阻的誤差，而減小衝程估計誤差。
為實現上述目的，根據本發明的活塞壓氣機的操作控制裝置包括壓氣機，其中放置了搜索線圈；第一衝程估計器，用於通過使用提供給壓氣機的發動機的電壓、電流和發動機常數來估計第一衝程；相位差檢測器，用於檢測第一衝程的相位和提供給發動機的電流的相位之間的相位差值；搜索線圈電壓檢測器，用於根據相位差檢測器中檢測的相位差，檢測提供給搜索線圈兩端的電壓；反電動勢提取器，用於根據相位差檢測器中檢測的相位差，提取由搜索線圈感應的反電動勢；第二衝程估計器，用於通過使用提取的反電動勢估計第二衝程；以及控制器，用於比較第二衝程估計值和衝程參考值，並根據比較結果改變提供給發動機的電壓或壓氣機的操作頻率。
另外，根據本發明的活塞壓氣機的操作控制方法包括通過使用提供給壓氣機的發動機的電流和電壓以及發動機常數來估計第一衝程估計值；計算第一衝程估計值的相位和提供給發動機的電流的相位之間的相位差，並判斷該相位差是否是90°；當該相位差是90°時，通過使用提供給搜索線圈的兩端的電壓來檢測反電動勢，並利用該反電動勢估計第二衝程估計值；以及比較第二衝程估計值和衝程參考值，並根據比較結果改變提供給發動機的電壓。
被包括以提供對本發明進一步的理解的附圖組成說明書的一部分，其說明了本發明的實施例，並與描述一起解釋本發明的原理，其中圖1是根據傳統技術的活塞壓氣機的操作控制裝置的方框圖；圖2是說明根據傳統技術的活塞壓氣機的操作控制方法的流程圖；圖3是根據本發明的活塞壓氣機的操作控制裝置的方框圖；
圖4是說明根據本發明的活塞壓氣機的操作控制方法的流程圖；以及圖5是例舉根據本發明計算搜索線圈所感應的反電動勢的方法的模擬圖。
具體實施例方式
在根據本發明的用於控制活塞壓氣機的操作的裝置和方法中，在通過與傳統技術相同的方法計算衝程估計值之後，為了減小由於在估計值計算中所使用的電感和電阻元件而引起的誤差，將計算的衝程的相位和提供給發動機的電流的相位進行比較。當在比較結果中相位差是90°時，估計新的衝程，當在比較結果中相位差不是90°時，改變提供給發動機的操作頻率，因此可以提高衝程控制的精度。
更詳細地，在利用提供給發動機的電壓和電流以及發動機常數檢測第一衝程估計值之後，計算該第一衝程估計值的相位和提供給發動機的電流的相位之間的差。這裡，當相位差是90°時，檢測提供給搜索線圈的兩端的電壓的相位和大小。以及，在檢測提供給發動機的電流的相位之後，通過使用該電流的相位，計算輸入至發動機的電壓所引起的磁通量(下文被稱作發動機的磁通量)的相位，以及計算該磁通量的相位和提供給搜索線圈的兩端的電壓的相位之間的差。
此後，通過使用該磁通量的相位和電壓的相位之間的差值，檢測搜索線圈所感應的反電動勢的大小(下文被稱作反電動勢)，利用該反電動勢的大小計算第二衝程估計值，將該第二衝程估計值和衝程參考值進行比較，根據比較結果改變提供給發動機的電壓，並因此控制衝程。
同時，當第一衝程估計值的相位和發動機電流的相位之間的差值不是90°時，更詳細地，當該相位差大於90°時，增加操作頻率，當該相位差小於90°時，減小操作頻率。
下面將參考附圖描述根據本發明的用於控制活塞壓氣機的操作的裝置和方法。
圖3是根據本發明的活塞壓氣機的操作控制裝置的方框圖。如圖3所示，該操作控制裝置包括電壓檢測器390，用於檢測提供給壓氣機300的發動機的電壓；電流檢測器380，用於檢測提供給發動機的電流；第一衝程估計器370，用於通過使用電壓、電流和發動機的常數估計第一衝程；相位差檢測器360，用於檢測來自第一衝程估計器的衝程估計值的相位和發動機電流的相位之間的差值；搜索線圈電壓檢測器350，用於根據檢測的相位差檢測提供給搜索線圈的電壓；反電動勢提取器340，用於通過接收檢測的電壓而提取反電動勢；第二衝程估計器，用於通過使用該反電動勢而估計第二衝程；比較器310，用於比較該第二衝程估計值和衝程參考值，並根據比較結果輸出比較值；以及控制器320，用於通過根據來自比較器310的比較結果而改變提供給發動機的電壓，控制衝程。
這裡，搜索線圈電壓檢測器350所檢測的電壓是發動機的磁通量和反電動勢的總和，並可以通過下面的公式2計算。另外，可通過發動機本身的基本信息獲得下面的公式3，並且E2的相位具有與提供給發動機的電流的相位相同的形狀。通過使用公式2和3，可獲得下面的公式4。所述反電動勢提取器340通過使用公式4來計算反電動勢。E1=NdAdt+x]]>----------------------------公式2E2=NdAdt]]>----------------------------公式3E3＝αx ----------------------------公式4這裡，N是繞發動機纏繞的線圈的數目，ΦA是發動機的磁通量，α是發動機常數，以及x=(=dxdt)]]>是活塞速度。
因此，通過將表示反電動勢提取器340中計算的反電動勢的公式4代入下面的公式5，可獲得第二衝程估計值。x=1(x)dt]]>----------------------------公式5這裡，x是第二衝程估計值。
下面將參考附圖4和5，描述本發明的活塞壓氣機的操作控制方法。
首先，如步驟S410所示，電流檢測器380檢測提供給發動機的電流，以及電壓檢測器390檢測提供給發動機的電壓。這裡，如步驟S420所示，第一衝程估計器370通過使用公式1，利用該電流和電壓以及發動機的常數計算第一衝程估計值，並將其提供給相位差檢測器360。
如步驟S430所示，該相位差檢測器360據此檢測第一衝程估計值的相位和提供給發動機的電流的相位之間的相位差，並將其提供給控制器320。然後，如步驟S450和S460所示，當該相位差大於90°時，控制器320增加提供給壓氣機的操作頻率，如步驟S450和S470所示，當該相位差小於90°時，控制器320減小提供給壓氣機的操作頻率，並因此控制壓氣機300的衝程。
如步驟S440和S441所示，當相位差檢測器360中檢測的相位是90°時，控制器320將搜索線圈電壓檢測器350檢測的、提供給搜索線圈的兩端的電壓，提供給反電動勢提取器340。這裡，提供給搜索線圈兩端的電壓是發動機的磁通量和反電動勢的總和，可由公式2計算。
然後，反電動勢提取器340從提供給搜索線圈兩端的電壓中僅提取反電動勢，並將其提供給第二衝程估計器330。這裡，如圖5所示，該反電動勢提取器340通過公式2和3使用公式4計算反電動勢。
換言之，通過使用E1和E2的大小和相位，可計算E3的大小和相位。更詳細地，通過使用提供給搜索線圈的兩端的電壓的相位(E1的相位)和發動機磁通量的相位(E2的相位)之間的差，可檢測反電動勢(E3)的大小和相位。這裡，因為E2的相位和E3的相位之間的差是90°，反電動勢(E3)的大小與提供給搜索線圈兩端的電壓(E1)的大小具有sinθ關係。這裡，如步驟S442和S443所示，θ是發動機磁通量的相位和提供給搜索線圈兩端的電壓的相位之間的差。
然後，第二衝程估計器330利用反電動勢(E3)估計第二衝程，並將其提供給比較器310。這裡，如步驟S444所示，可由公式5計算第二衝程估計值。
比較器310據此比較第二衝程估計值和衝程參考值，並根據比較結果將差值信號提供給控制器320，以及控制器320通過改變提供給發動機的電壓而控制衝程。更詳細地，如步驟S445和S446所示，當衝程參考值大於該第二衝程估計值時，控制器320增加發動機供應電壓，如步驟S445和S447所示，當衝程參考值小於第二衝程估計值時，控制器320減小發動機供應電壓。
如上所述，在本發明中，檢測搜索線圈所感應的反電動勢之後，通過利用該反電動勢估計衝程，不需要考慮發動機參數中的電感和電阻的誤差，因此可以減小衝程估計誤差。
權利要求
1.在其中放置了搜索線圈的壓氣機的操作控制裝置中，一種活塞壓氣機的操作控制裝置，包括第一衝程估計器，用於通過使用提供給壓氣機的發動機的電壓、電流和發動機常數來估計第一衝程；相位差檢測器，用於檢測第一衝程的相位和提供給發動機的電流的相位之間的相位差值；搜索線圈電壓檢測器，用於根據相位差檢測器中檢測的相位差，檢測提供給搜索線圈兩端的電壓；反電動勢提取器，用於根據相位差檢測器中檢測的相位差，提取由搜索線圈感應的反電動勢；第二衝程估計器，用於通過使用提取的反電動勢估計第二衝程；以及控制器，用於比較第二衝程估計值和衝程參考值，並根據比較結果改變提供給發動機的電壓或壓氣機的操作頻率。
2.如權利要求1所述的裝置，其中，所述第一衝程估計器通過使用下面的公式估計衝程估計值，X=1(VM-Ri-Li)dt]]>這裡，R是發動機的電阻，L是發動機的電感，α是發動機常數。
3.如權利要求1所述的裝置，其中，當所述第一衝程估計值的相位和提供給發動機的電流的相位之間的差是90°時，所述控制器檢測提供給所述搜索線圈兩端的電壓。
4.如權利要求1所述的裝置，其中，當所述第一衝程估計值的相位和提供給發動機的電流的相位之間的差值不是90°時，所述控制器改變發動機的操作頻率。
5.如權利要求1所述的裝置，其中，所述搜索線圈電壓檢測器通過使用下面的公式檢測提供給搜索線圈兩端的電壓，E1=NdAdt+x]]>這裡，N是繞發動機纏繞的線圈的數目，ΦA是發動機的磁通量，α是發動機常數，以及x是活塞速度。
6.如權利要求1所述的裝置，其中，所述反電動勢提取器通過使用下面的公式，從提供給搜索線圈兩端的電壓中，僅提取反電動勢，E3＝αx這裡，α是發動機常數，以及x是活塞速度。
7.如權利要求6所述的裝置，其中，通過將提供給搜索線圈兩端的電壓的大小乘以sinθ來計算所述反電動勢的大小，這裡，θ是發動機磁通量的相位和提供給搜索線圈兩端的電壓的相位之間的差。
8.如權利要求1所述的裝置，其中，所述第二衝程估計器通過使用下面的公式來估計第二衝程，x=1(x)dt]]>這裡，α是發動機常數，以及x是第二衝程估計值。
9.在其中放置了搜索線圈的壓氣機的操作控制方法中，一種活塞壓氣機的操作控制方法，包括以下步驟通過使用提供給壓氣機的發動機的電流和電壓以及發動機常數來估計第一衝程估計值；計算第一衝程估計值的相位和提供給發動機的電流的相位之間的相位差，並判斷該相位差是否是90°；當該相位差是90°時，通過使用提供給搜索線圈的兩端的電壓來檢測反電動勢，並利用該反電動勢估計第二衝程估計值；以及比較第二衝程估計值和衝程參考值，並根據比較結果改變提供給發動機的電壓。
10.如權利要求9所述的方法，其中，當所述第一衝程估計值的相位和提供給發動機的電流的相位之間的相位差大於90°時，增加壓氣機的操作頻率。
11.如權利要求9所述的方法，其中，當所述第一衝程估計值的相位和提供給發動機的電流的相位之間的相位差小於90°時，減小壓氣機的操作頻率。
12.如權利要求9所述的方法，其中，判斷所述第二衝程估計值的步驟包括以下子步驟檢測提供給搜索線圈兩端的電壓的大小和相位；利用提供給發動機的電流的相位，計算發動機磁通量的相位；通過使用計算的磁通量的相位和提供給搜索線圈兩端的電壓的相位之間的相位差，計算反電動勢的大小；以及利用計算的反電動勢的大小來計算第二衝程估計值。
13.如權利要求12所述的方法，其中，通過將提供給搜索線圈兩端的電壓的大小乘以sinθ來計算所述反電動勢的大小，這裡，θ是發動機磁通量的相位和提供給搜索線圈兩端的電壓的相位之間的差。
14.如權利要求9所述的方法，其中，所述電壓改變步驟包括以下子步驟比較第二衝程估計值和衝程參考值；以及當在比較結果中所述衝程參考值大於所述第二衝程估計值時，增加提供給發動機的電壓。
15.如權利要求14所述的方法，其中，所述改變步驟還包括以下子步驟當在比較結果中所述衝程參考值小於所述第二衝程估計值時，減小提供給發動機的電壓。
全文摘要
一種用於控制活塞壓氣機的操作的裝置和方法，其能夠通過利用搜索線圈所感應的反電動勢來估計衝程，而減小由於壓氣機發動機的電阻和電感所引起的衝程估計誤差，通過不考慮發動機參數中的電感和電阻的誤差，可以減小衝程估計誤差。
文檔編號F04B35/00GK1490523SQ03145340
公開日2004年4月21日 申請日期2003年7月4日 優先權日2002年10月15日
發明者成知原, 李徹雄, 劉載有, 李爀, 金炯鎮 申請人:Lg電子株式會社