无传感器扭转模态阻尼系统和方法
阅读：1027发布：2020-09-16
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1.一种连接到转换器的扭转模态阻尼控制器系统，所述转换器驱动机械地连接到传动系的电机，所述控制器系统包括：
输入接口，其构造成接收与所述转换器或所述电机的变量有关的测量数据；以及控制器，其连接到所述输入接口且构造成：
使用包括惯性值、阻尼值和刚度值的至少其中一个的机械模型，基于来自所述输入接口的数据计算沿所述传动系的轴的分段的至少一个动态转矩分量，
基于所述至少一个动态转矩分量为所述转换器生成控制数据，以用于阻尼在所述传动系中的扭转振荡，并且
将所述控制数据发送到所述转换器，以用于调制在所述转换器和所述电机之间交换的有效功率。
2.根据权利要求1所述的控制器系统，其特征在于，所述生成的控制数据构造成修改作为所述转换器的一部分的整流器的整流器延迟角。
3.根据权利要求1或2所述的控制器系统，其特征在于，所述生成的控制数据构造成修改作为所述转换器一部分的逆变器的逆变器延迟角。
4.根据权利要求1或2所述的控制器系统，其特征在于，接收的数据指示由所述转换器提供给所述电机的电流和电压。
5.根据权利要求1或2所述的控制器系统，其特征在于，接收的数据指示在所述转换器的整流器和逆变器之间的直流(DC)链路电流。
6.根据权利要求1或2所述的控制器系统，其特征在于，接收的数据指示所述电机的角位置、速度、加速度或转矩，并且所述生成的控制数据构造成修改作为所述转换器的一部分的逆变器的逆变器延迟角或整流器的整流器延迟角。
7.根据权利要求1或2所述的控制器系统，其特征在于，所述控制器被进一步构造成：
接收指示所述电机的角位置、速度、加速度或转矩的反馈数据；并且
基于指示所述转换器的电气变量的接收的数据和指示所述电机的角位置、速度、加速度或转矩的反馈数据而为所述转换器确定所述控制数据，以用于阻尼所述扭转振荡。
8.一种用于驱动机械地连接到传动系的电机的系统，所述系统包括：
整流器，其构造成接收来自电源的交流电流并将所述交流电流转化为直流电流；
直流链路，其连接到所述整流器且构造成传输所述直流电流；
逆变器，其连接到所述直流链路且构造成将所接收的直流电流变为交流电流；
输入接口，其构造成接收与所述直流链路或所述逆变器的电气变量有关的测量数据；
以及
控制器，其连接到所述输入接口且构造成：
使用包括惯性值、阻尼值和刚度值的至少其中一个的机械模型，基于来自所述输入接口的数据计算沿所述传动系的轴的分段的至少一个动态转矩分量，
基于所述至少一个动态转矩分量为所述整流器和/或逆变器生成控制数据，以用于阻尼在所述传动系中的扭转振荡，并且
将所述控制数据发送到所述整流器和/或逆变器，以用于调制在所述逆变器和所述电机之间交换的有效功率。
9.一种用于阻尼在机械地连接到传动系的电机中的扭转振动的方法，所述方法包括：
接收与驱动马达的转换器的电气变量有关的测量数据；
基于接收的数据计算沿所述传动系的轴的分段的至少一个动态转矩分量；
使用包括惯性值、阻尼值和刚度值的至少其中一个的机械模型，基于所述至少一个动态转矩分量为所述转换器生成控制数据，以用于阻尼所述扭转振动；
将所述控制数据发送到所述转换器，以用于调制在所述转换器和所述电机之间交换的有效功率。
10.一种连接到转换器的扭转模态阻尼控制器系统，所述转换器驱动机械地连接到传动系的电机，所述控制器系统包括：
输入接口，其构造成接收与所述传动系的涡轮机械的机械变量有关的测量数据；以及控制器，其连接到所述输入接口且构造成：
使用包括惯性值、阻尼值和刚度值的至少其中一个的机械模型，基于所述涡轮机械的机械变量计算沿所述传动系的轴的分段的至少一个动态转矩分量，
基于所述至少一个动态转矩分量为所述转换器生成控制数据，以用于阻尼在所述传动系中的扭转振荡，并且
将所述控制数据发送到所述转换器，以用于调制在所述转换器和所述电机之间交换的有效功率。
无传感器扭转模态阻尼系统和方法
技术领域
[0001] 本文所公开的主题的实施例大体上涉及方法和系统，并且更具体而言，涉及用于阻尼旋转系统中出现的扭转振动的机构和技术。
背景技术
[0002] 油气行业对于在可变速度下驱动各种机械具有不断增长的需求。这样的机械可包括压缩机、电动马达、膨胀器、燃气涡轮、泵等。变频电气驱动增加了能量效率并为机械提供了增加的灵活性。一种用于驱动例如大型气体压缩系(train)的方式是负载换相逆变器(LCI)。然而，由电力电子驱动系统引入的问题是由于电气谐波而在机械的转矩中产生脉动(ripple)成分。转矩的脉动成分可以在传动系的扭转固有频率下与机械系统相互作用，这是不期望的。
[0003] 扭转振荡或振动是在具有如例如在图1中所示附连到转子的各种质量体的转子中可能出现的振荡角运动。图1示出了具有燃气涡轮12、马达14、第一压缩机16和第二压缩机18的系统10。这些机械的轴连接到彼此，或者由这些机械共享单个轴。由于沿轴20分布的叶轮和其它质量体，轴20的旋转可以受到由附连到轴的质量体(例如叶轮)的不同速度的旋转而产生的扭转振荡的影响。
[0004] 如上所述，扭转振动通常由驱动例如马达的功率电子装置引入。图1示出了电网电源(电源)22，其向LCI 24提供电能，LCI 24继而驱动马达14的转子20。电网可以是隔离的发电机。为了阻尼(最小化)扭转振动，如图2所示(该图对应于转让给与本申请相同的受让人的美国专利No. 7,173,399的图1，该专利的全部公开内容以引用方式并入本文中)，逆变器控制器26可以设置到LCI 24的逆变器28并且可构造成引入逆变器延迟角变化(Δβ)以用于调制从逆变器28转移到马达14的有效功率的量。应当指出，术语“延迟角”在文献中被视为术语“点弧角”的同义词。为此，这些术语在本描述中被看作表示同样的东西并且可以互换地使用。不论考虑α或β调制，该假设都是正确的。备选地，整流器控制器30可以设置到整流器32并且可构造成引入整流器延迟角变化(Δα)以用于调制从发电机22转移到DC链路且因此转移到马达14的有效功率的量。应当指出，通过调制从发电机转移到马达的有效功率的量，可以阻尼扭转振动。
[0005] 两个控制器26和30作为输入接收分别来自传感器36和38的信号，并且这些信号指示由马达14和/或发电机22所经受的转矩。换言之，逆变器控制器26处理由传感器36感测的转矩值以用于产生逆变器延迟角变化(Δβ)，同时整流器控制器30处理由传感器38感测到的转矩值以用于产生整流器延迟角变化(Δα)。逆变器控制器26和整流器控制器30彼此独立，并且这些控制器可以在给定机械中一起或单独地实现，具体取决于连接的传动系的操作和系统灵敏度。图2显示，传感器36监测马达14的轴的一部分(分段)40，并且传感器38监测发电机22的轴42。图2还示出在整流器32和逆变器28之间的DC链路44。
[0006] 然而，测量诸如施加到旋转轴的机械转矩的机械性质对于高功率传动系来说可能是高成本或不可行的。有时，测量机械转矩是不可能的，因为轴是不可接近的，或者轴被爆炸性气氛所包围，例如在气体压缩应用中。因此，期望提供避免测量施加到旋转轴的机械转矩的系统和方法。发明内容
[0007] 根据一个示例性实施例，存在一种连接到转换器的扭转模态阻尼控制器，该转换器驱动机械连接到系的电机。控制器系统包括：输入接口，其构造成接收与转换器或电机的变量有关的测量数据；以及控制器，其连接到输入接口。控制器构造成：基于来自输入接口的数据计算沿系的轴的分段的至少一个动态转矩分量；基于该至少一个动态转矩分量为转换器生成控制数据以用于阻尼电机中的扭转振荡；以及将控制数据发送给转换器以用于调制在转换器和电机之间交换的有效功率。
[0008] 根据另一个示例性实施例，存在一种用于驱动机械连接到系的电机的系统。该系统包括：整流器，其构造成接收来自电源的交流电流并将交流电流转化为直流电流；直流链路，其连接到整流器且构造成传输直流电流；逆变器，其连接到直流链路且构造成将接收的直流电流变为交流电流；输入接口，其构造成接收与直流链路或逆变器的电气变量有关的测量数据；以及控制器，其连接到输入接口。控制器构造成：基于来自输入接口的数据计算沿系的轴的分段的至少一个动态转矩分量；基于该至少一个动态转矩分量为整流器和/或逆变器生成控制数据以用于阻尼电机中的扭转振荡；以及将控制数据发送给整流器和/或逆变器以用于调制在逆变器和电机之间交换的有效功率。
[0009] 根据示例性实施例，存在一种用于阻尼机械连接到系的电机中的扭转振动的方法。该方法包括：接收与驱动马达的转换器的电气参数有关的测量数据的步骤；基于接收的数据计算沿系的轴的分段的至少一个动态转矩分量；基于该至少一个动态转矩分量为转换器生成控制数据以用于阻尼扭转振动的步骤；以及将控制数据发送给转换器以用于调制在转换器和电机之间交换的有效功率的步骤。
[0010] 根据又一个示例性实施例，存在一种计算机可读介质，其包括计算机可执行指令，其中该指令在被执行时实现在此前的篇幅中讨论的用于阻尼扭转振动的方法。
[0011] 根据又一个示例性实施例，存在一种连接到转换器的扭转模态阻尼控制器系统，该转换器驱动机械连接到系的电机。控制器系统包括：输入接口，其构造成接收与系的涡轮机械的机械变量有关的测量数据；以及控制器，其连接到输入接口。控制器构造成：基于涡轮机械的机械变量计算沿系的轴的分段的至少一个动态转矩分量；基于该至少一个动态转矩分量为转换器生成控制数据以用于阻尼电机中的扭转振荡；以及将控制数据发送给转换器以用于调制在转换器和电机之间交换的有效功率。附图说明
[0013] 图1是连接到电机和两个压缩机的常规燃气涡轮的示意图；
[0014] 图2是连接到电动马达和机械负载的可变速度驱动系统的示意图，其包括整流器控制器和逆变器控制器；
[0015] 图3是根据示例性实施例由控制器控制的燃气涡轮、马达和负载的示意图；
[0016] 图4是根据示例性实施例的转换器和相关联的逻辑的示意图；
[0017] 图5是根据示例性实施例的转换器和相关联的逻辑的示意图；
[0018] 图6是示出具有禁用的阻尼控制器的轴的转矩的图表；
[0019] 图7是示出根据示例性实施例的具有启用的阻尼控制器的轴的转矩的图表；
[0020] 图8是根据示例性实施例的转换器和相关联的逻辑的示意图；
[0021] 图9是根据示例性实施例的控制器的示意图，其构造成控制转换器以用于阻尼扭转振动；
[0022] 图10是示出根据示例性实施例的用于阻尼扭转振动的方法的流程图；
[0024] 图12是多质量系统的示意图。
具体实施方式
[0025] 示例性实施例的下列描述参考了附图。不同图中的相同附图标记表示相同或类似的元件。下列详细描述不限制本发明。而是，本发明的范围由所附权利要求限定。为了简单起见，以下实施例结合由负载换相逆变器驱动的电动马达的术语和结构进行讨论。然而，接下来要讨论的实施例不限于这样的系统，而是可以应用(通过适当调整)于其它系统，该系统用如例如电压源逆变器(VSI)的其它装置驱动。
[0026] 在说明书全文中，对“一个实施例”或“实施例”的引用意味着结合实施例描述的特定特征、结构或特性包括在所公开的主题的至少一个实施例中。因此，在说明书全文中，在不同地方出现的短语“在一个实施例中”或“在实施例中”不一定指的是同一实施例。此外，在一个或多个实施例中，特定特征、结构或特性可以以任何合适的方式组合。
[0027] 根据示例性实施例，扭转模态阻尼控制器可构造成从电气测量值而不是电机(可以是马达或发电机)的轴获得信息并基于来自电气测量值的信息估计在所感测的传动系的所需轴位置处的扭转振动。扭转振动可以是轴的转矩、扭转角、扭转速度或扭转加速度中的动态分量。换言之，根据该示例性实施例，不存在直接监测在敏感传动系的专门轴位置上的动态转矩分量的传感器。如接下来将讨论的，在转换器处存在可以从其收集由控制器接收的信息的多个位置。
[0028] 根据图3所示的示例性实施例，系统50包括燃气涡轮52、马达54和负载56。涉及多个燃气涡轮和作为负载56的多个压缩机的其它构型是可能的。另外的构型可包括一个或多个膨胀器、一个或多个发电机、或具有旋转部分的其它机械，例如风力涡轮、齿轮箱。图3中所示的系统为示例性的且被简化以便更好地理解新型特征。然而，本领域技术人员将理解，具有更多或更少部件的其它系统可适于包括现在所讨论的新型特征。
[0029] 负载56可包括一个或多个压缩机或在油气行业中使用的其它机械。(与机械的转子和叶轮相关联的)各种质量体与轴58的连接使得系统50易于发生潜在的扭转振动。这些扭转振动可以扭曲轴58，这可以导致轴系统(根据具体情形，其可不仅包括一个或多个轴而且还可包括联接器和齿轮箱)的显著的寿命减少或甚至破坏。示例性实施例提供了用于减少扭转振动的机构。
[0030] 为了启动马达54，从电网或在在岛(island)或岛状电力系统的情况中的本地发电机60供应电能。为了以可变速度驱动马达54，在电网60和马达54之间设置了负载换相逆变器(LCI) 62。如图4所示，LCI 62包括连接到DC链路68的整流器66，DC链路68连接到逆变器70。整流器66、DC链路68和逆变器70是本领域已知的，并且这里不再进一步讨论它们的具体结构。如上所指，新型特征可以以适当的变化应用到VSI系统中。仅为了说明起见，参照图11示出并简单地讨论示例性VSI。图4表明，从电网60接收的电流和电压分别为三相电流和三相电压。通过整流器、逆变器和马达的电流和电压同样如此，并且在图4中通过符号“/3”表明了这一事实。然而，示例性实施例的新型特征可适用于构造成与三个以上的相一起工作的系统，例如6相和12相系统。
[0031] LCI 62还包括在图4中用带圆圈的A和带圆圈的V标示的电流传感器和电压传感器。例如，电流传感器72设置在DC链路68中以测量电流iDC。备选地，在DC链路中的电流基于在AC侧，例如电流传感器84或74，中进行的测量来估计，因为这些传感器相比DC传感器更廉价。另一个示例为电流传感器74和电压传感器76，电流传感器74测量由逆变器70提供给马达54的电流iabc，电压传感器76测量由逆变器70提供给马达54的电压vabc。应当指出，这些电流和电压作为输入提供给控制器78。术语“控制器”在本文中用来涵盖任何合适的数字、模拟或它们的组合的电路或处理单元以用于实现指定的控制功能。返回图3，应当指出，控制器78可以是LCI 62的一部分，或者可以是与LCI 62交换信号的独立式控制器。控制器78可以是扭转模态阻尼控制器。
[0032] 图4还显示，LCI控制器80基于各种基准(reference)82和从传感器84接收的电流idx生成整流器延迟角α以用于控制整流器66。另一个控制器86可用于为逆变器70生成逆变器延迟角β。此外，图4示出了用于整流器66的门控单元88和用于逆变器70的门控单元90，门控单元88和90基于从控制器80和86所接收的信息而直接控制整流器和逆变器。
[0033] 可选的传感器92可定位成紧邻马达54的轴以用于检测动态转矩分量，例如，存在于轴或轴的扭转位置中的转矩或轴的扭转速度或轴的扭转加速度。关于动态转矩分量的信息nx可以提供至控制器78、80和86。图4还示出求和框94和96，其将来自控制器78的信号加到由控制器80和86生成的信号上。
[0034] 根据图5所示的示例性实施例，扭转模态阻尼控制器78可接收在LCI 62或逆变器70的输出91处测量的电流iabc和电压vabc。基于这些值(没有关于马达的轴的测量转矩或速度或加速度的信息)，马达的气隙转矩被计算和馈入系统的机械模型。系统的机械模型可由若干微分方程表示，这些微分方程表示机械系统的动态行为且将电气参数链接到系统的机械参数。模型表示包括例如估计惯性、阻尼和刚度值(可通过现场测量验证)并允许计算轴的动态行为，例如扭转振荡。扭转模态阻尼的所需精度可以实现，因为扭转模态阻尼主要与动态转矩分量的相的精度相关，而振幅信息或绝对转矩值不太重要。
[0035] 就这一点而言，应当指出，电机的气隙转矩是在传动系的电气和机械系统之间的链路。电气系统中的所有谐波和间谐波(inter-harmonics)也在气隙转矩中可见。机械系统的固有频率下的间谐波可激励扭转振荡并潜在地导致机械系统中的动态转矩值高于轴的额定值。现有的扭转模态阻尼系统可以抵消这样的扭转振荡，但这些系统需要表示机械轴的动态转矩的信号，并且该信号从有效地监测例如马达的轴或马达的轴部件(例如，沿马达的轴安装的齿轮)的传感器获得。根据示例性实施例，由于动态转矩分量基于电气测量值评估，因此不需要这样的信号。然而，如下文将讨论的，某些示例性实施例描述了这样的情形：其中，在例如燃气涡轮的系统的其它部件处可得的机械测量值可用来确定马达的轴的动态转矩分量。
[0036] 换言之，根据示例性实施例的优点是施加扭转模态阻尼而不需要在机械系统中的扭转振动感测装置。因此，可以施加扭转模态阻尼而不必在电气或机械系统中安装附加的感测装置，因为能以相对低的成本提供当前的电压传感器和/或电流传感器和/或速度传感器。就这一点而言，应当指出，用于测量转矩的机械传感器对于高功率应用是昂贵的，并且有时不能将这些传感器添加到现有系统。因此，现有的扭转模态阻尼解决方案不能在这样的情况下实现，因为现有的扭转模态阻尼系统需要用于测量表示系统的机械参数的信号的传感器，该参数指示转矩。相反，图5的示例性实施例的方法是可靠、成本节约的且允许对现有系统进行改造。
[0037] 在接收图5中指示的电流和电压之后，控制器78可生成合适的信号(Δα和Δβ中的一个或多个)以用于控制整流器延迟角α和/或逆变器延迟角β。因此，根据图5所示的实施例，控制器78接收从逆变器70的输出91输入的电气信息以用于基于例如在专利No. 7,173,399中描述的阻尼原理计算各种延迟角。如图5所示，该示例性实施例为开环的，因为各种角度的修正不是基于连接到马达54的机械传动系的测量信号(反馈)而调整/验证的。此外，进行的模拟显示了当控制器78被启用时扭转振动的减少。图6示出当控制器78被禁用时马达
54的轴的转矩的振荡100对时间的函数关系，图7示出当控制器78例如在时间40s处被启用，同时机械传动系在可变速度操作下操作且横跨t=40s处的临界速度时，相同的振荡如何被减少。两幅图均绘制了在Y轴上的模拟转矩对X轴上的时间的图。
54的轴的转矩的振荡100对时间的函数关系，图7示出当控制器78例如在时间40s处被启用，同时机械传动系在可变速度操作下操作且横跨t=40s处的临界速度时，相同的振荡如何被减少。两幅图均绘制了在Y轴上的模拟转矩对X轴上的时间的图。
[0038] 根据图8中所示的另一个示例性实施例，控制器78可构造成基于从DC链路68所获得的电气量来计算延迟角变化Δα和/或Δβ中的一个或多个。应当指出，虽然图8示出单个DC链路68，但存在在整流器和逆变器之间使用多个DC链路的构型，并且这些DC链路中的一个或多个可以被测量，并且这些测量值可以提供至控制器78。更具体而言，电流iDC可以在DC链路68的电感器104处被测量，并且该值可以提供至控制器78。在一个应用中，仅单个电流测量值被用于馈送给控制器78。基于测量电流的值和系统的机械模型，控制器78可生成以上所指的延迟角变化。根据另一个示例性实施例，可基于在整流器66或逆变器70处进行的电流和/或电压测量来估计直流电流iDC。
[0039] 可以基于闭环构型修改由在参照图5和图8讨论的实施例中的任一个中的控制器78所计算的延迟角变化。闭环构型在图8中由虚线110示出，图8表明，马达54的轴的角速度可以用合适的传感器112来确定，并且该值可以提供至控制器78。基于该信息，可以用来自机械系统的反馈，例如通过利用现有高分辨率速度测量值(经典观测器)来提高模型的精度。速度测量值的质量可以甚至用自适应滤波算法来提高。在一个应用中，传感器112可测量马达54的轴的另一个参数，例如，在马达联接器处的旋转角度偏差。
[0040] 应当指出，以上讨论的实施例可以被改进，使得机械数据而不是电气数据被测量并提供至控制器78。备选地，可以测量机械数据和电气数据两者。对于这些情况来说，可以沿电动马达的所连接到的系的轴测量机械数据。机械数据可以在电动马达处测量或者可以在远离电动马达处(例如在燃气涡轮处)测量。
[0041] 现在参照图9讨论控制器78的结构。根据示例性实施例，控制器78可包括输入接口120，其连接到处理器、模拟电路、可重构FPGA卡等中的一个122。元件122构造成接收来自LCI 62的电气参数并计算延迟角变化。元件122可构造成存储机械模型128并将在输入接口
120处所接收的电气测量值输入到机械模型128以计算动态转矩分量中的一个或多个。基于一个或多个动态转矩分量，在阻尼控制单元130中生成阻尼控制信号，并且然后将输出信号发送至求和框和门控单元。根据另一个示例性实施例，控制器78可以是模拟电路、可重构FPGA卡或用于确定延迟角变化的其它专用电路。
120处所接收的电气测量值输入到机械模型128以计算动态转矩分量中的一个或多个。基于一个或多个动态转矩分量，在阻尼控制单元130中生成阻尼控制信号，并且然后将输出信号发送至求和框和门控单元。根据另一个示例性实施例，控制器78可以是模拟电路、可重构FPGA卡或用于确定延迟角变化的其它专用电路。
[0042] 在一个示例性实施例中，控制器78连续地接收来自各种电流和电压传感器的电气测量值，基于电气测量值计算动态转矩分量，并且基于动态转矩分量来连续地计算扭转阻尼信号。根据该示例性实施例，控制器不确定轴中是否存在扭转振动，而是基于所计算的动态转矩值来连续地计算扭转阻尼信号。然而，如果不存在扭转振动，则由控制器生成且发送至逆变器和/或整流器的扭转阻尼信号不影响逆变器和/或整流器，即，由阻尼信号所提供的角度变化可忽略不计。因此，根据该示例性实施例，仅当存在扭转振动时，信号才影响逆变器和/或整流器。
[0043] 根据图10所示的示例性实施例，存在一种用于阻尼连接到马达的机械中的扭转振动的方法。该方法包括：接收与驱动马达的转换器的电气参数有关的测量数据的步骤1000；基于所接收的数据计算沿系的轴的至少一个动态转矩分量的步骤1010；基于该至少一个动态转矩分量为转换器生成控制数据以用于阻尼扭转振动的步骤1020；以及将控制数据发送给转换器以用于调制在转换器和电机之间交换的有效功率的步骤1030。应当指出，甚至在某个时间段内的平均功率为零时，调制有效功率的表达也适用，即，在该时间段期间存在有效功率被调制的至少一个瞬间。
[0044] 根据图11所示的示例性实施例，VSI 140包括按如下顺序连接到彼此的整流器142、DC链路144和逆变器146。整流器142接收来自电源148的电网电压并可包括例如二极管桥或基于自换相半导体装置的有源前端。由整流器142所提供的直流电压被DC链路144中的电容器C滤波和平流。经滤波的直流电压接着被施加到逆变器146，逆变器146可包括自换相半导体装置，例如绝缘栅双极型晶体管(IGBT)，其生成待施加到马达150的交流电压。控制器152和154可以加上整流器控制器和逆变器控制器或与整流器控制器和逆变器控制器一体地设置到整流器142和逆变器146，以阻尼在马达150的轴上的扭转振动。整流器控制器
153和逆变器控制器155示出为连接到半导体装置中的一些，但应当理解，所有半导体装置都可以连接到控制器。控制器152和154可一起或单独地设置，并且它们构造成基于如参照图4和图5所讨论的电气测量值来确定动态转矩分量，并且影响内置整流器和逆变器控制的控制基准，例如转矩或电流控制基准。
153和逆变器控制器155示出为连接到半导体装置中的一些，但应当理解，所有半导体装置都可以连接到控制器。控制器152和154可一起或单独地设置，并且它们构造成基于如参照图4和图5所讨论的电气测量值来确定动态转矩分量，并且影响内置整流器和逆变器控制的控制基准，例如转矩或电流控制基准。
[0045] 根据图12所示的示例性实施例，一般化的多质量系统160可包括“n”个不同的质量体，其具有对应的惯性矩J1至Jn。例如，第一质量体可以对应于燃气涡轮，第二质量体可以对应于压缩机等，同时最后的质量体可以对应于电动马达。假设电动马达的轴对于诸如旋转位置、速度、加速度或转矩的机械测量不可接近。此外，假设燃气涡轮的轴可接近，并且以上指出的机械参数中的一个可以在燃气涡轮处直接测量。就这一点而言，应当指出，燃气涡轮通常具有测量轴的各种机械变量的高精度传感器以用于防止燃气涡轮受到可能的损坏。相反，常规马达不具有这些传感器，或者即使存在某些传感器，它们的测量精度也较差。
[0046] 整个机械系统的微分方程给出如下：
[0047] J(dθ2/dt2) + D(dθ/dt) + Kθ = Text，
[0048] 其中，J(扭转矩阵)、D(阻尼矩阵)和K(扭转刚度矩阵)为连接第一质量体的特性(例如，d10、d12、k12、J1)与其它质量体的特性的矩阵，并且Text为例如由马达施加到系统的外部(净)转矩。基于该机械系统模型，如果例如第一质量体的特性已知，则可以确定第“n”质量体的转矩或其它动态转矩分量。换言之，设置在燃气涡轮中的高精度传感器可用来测量燃气涡轮的轴的扭转位置、速度、加速度或转矩中的至少一个。基于该测量值，可由系统的处理器或控制器78计算马达(第“n”质量体)或传动系的另一分段的动态转矩分量，并且因此可以如上文已经讨论的那样为逆变器或整流器生成控制数据。
[0049] 换言之，根据该示例性实施例，控制器78需要从连接到马达的一个涡轮机械接收机械相关信息，并且基于该机械相关信息，控制器能够控制转换器以在马达中产生转矩以阻尼扭转振动。涡轮机械可不仅是燃气涡轮，而且是压缩机、膨胀器或其它已知的机械。在一个应用中，不需要用于进行阻尼的电气测量。然而，电气测量可与机械测量结合以用于实现阻尼。在一个应用中，施加阻尼的机械(阻尼机械)对于机械测量不可接近，并且阻尼机械的动态转矩分量通过在机械连接到阻尼机械的另一个机械上执行的机械测量来计算。
[0050] 所公开的示例性实施例提供了用于阻尼扭转振动的系统和方法。应当理解，该描述并非意图限制本发明。相反地，示例性实施例意图覆盖被包括在由所附权利要求所限定的本发明的精神和范围内的替代形式、修改和等同物。此外，在示例性实施例的详细描述中，提出了许多特定细节，以便提供对要求保护的本发明的全面理解。然而，本领域技术人员将会理解，各种实施例可以在没有这些特定细节的情况下实现。
[0051] 虽然本发明的示例性实施例的特征和要素在特定组合的实施例中被描述，但每个特征或要素可以在没有实施例的其它特征和要素的情况下单独使用，或者在有或没有本文所公开的其它特征和要素的情况下以不同组合使用。
[0052] 该书面描述用所公开的主题的示例来使本领域技术人员能实施本发明，包括制造和使用任何设备或系统以及执行任何合并的方法。本主题的可专利范围由权利要求所限定，并且可包括本领域技术人员所想到的其它示例。这些其它示例意图在权利要求的范围内。
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