專利名稱：電動機(jī)控制裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種不受電動機(jī)參數(shù)變動的影響而進(jìn)行高效的電動機(jī)控制的電動機(jī) 控制裝置。
背景技術(shù)：
作為高效地驅(qū)動具有磁凸極性的電動機(jī)的方法，公知有最大轉(zhuǎn)矩控制技術(shù)。最大 轉(zhuǎn)矩控制是指對于相同大小的輸出電流使產(chǎn)生轉(zhuǎn)矩最大化。輸出電流指令被分配到d軸電 流(影響磁通的電流)與q軸電流(影響轉(zhuǎn)矩的電流)，根據(jù)被分配的電流指令執(zhí)行電流控 制。可使用電流振幅Is、d軸電感Ld、q軸電感Lq、感應(yīng)電壓常數(shù)Oa，通過⑴式得到提供 最大轉(zhuǎn)矩條件的最適合的電流相位角β (q軸到電流矢量的相位角)。 另外，d軸電流id可使用(2)式的電流關(guān)系式通過(3)式求出。
例如，日本公開公報(bào)特開2003-259680號中公開有下述技術(shù)。在電動機(jī)的電流指 令值由Is給予時，根據(jù)相位角β及(2)式的關(guān)系，將電流指令的振幅Is分配到d軸電流 id與q軸電流，對每個軸電流進(jìn)行電流控制。另外，在q軸電流指令值由、給予時，代入 (3)式將d軸電流指令值作為id來求出，對每個軸電流進(jìn)行電流控制。這樣，預(yù)先根據(jù)直接運(yùn)算或電動機(jī)參數(shù)將成最大轉(zhuǎn)矩的電流相位角、或者d軸電 流id與q軸電流的關(guān)系式進(jìn)行數(shù)據(jù)表格化而求出，用這些來運(yùn)算d軸電流指令值與q軸 電流指令值，實(shí)現(xiàn)最大轉(zhuǎn)矩。另外，例如在日本公開公報(bào)特開2000-209886號中公開有以下技術(shù)，使用對應(yīng)于 轉(zhuǎn)子位置的電壓的通電相位信息與電流信息，每隔規(guī)定時間就以一定量的相位變化量使通 電相位發(fā)生變化，接近成最小電流的電流相位角。上述控制裝置第1，由于使成最小電流的通電相位以一定量進(jìn)行變化，因此到達(dá)成 最小電流的電流相位角需要較長時間。而且，由于不以用于迅速到達(dá)目標(biāo)值的指標(biāo)進(jìn)行控 制，因此向成最小電流的電流相位角的收斂并不好。第2，在成最小電流的通電相位附近，如果通電相位以相位變更量的幅度發(fā)生變 動，則電流也發(fā)生變動，控制狀態(tài)不穩(wěn)定。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種電動機(jī)控制裝置以及其控制方法，使電動機(jī)控制的工作點(diǎn)迅速地向成最大轉(zhuǎn)矩、成最小電流或成最小功率損失的電流相位角收斂的同時，不受 電動機(jī)參數(shù)變動的影響。根據(jù)本發(fā)明的一個實(shí)施方式，電動機(jī)控制裝置不使用電動機(jī)參數(shù)便求出實(shí)現(xiàn)最大 轉(zhuǎn)矩控制、最小電流控制或最小功率損失的電流相位角，根據(jù)電動機(jī)的產(chǎn)生轉(zhuǎn)矩、電動機(jī)電 流或功率損失的變動量生成電流相位角。根據(jù)本發(fā)明的另一個實(shí)施方式，電動機(jī)控制裝置具備使用根據(jù)指令電壓與電動 機(jī)電流運(yùn)算的電動機(jī)功率來運(yùn)算轉(zhuǎn)矩變動量的轉(zhuǎn)矩變動量運(yùn)算器；及根據(jù)轉(zhuǎn)矩變動量生成 電流相位角的相位角生成器，在所生成的電流相位角上加算交流探測信號。根據(jù)本發(fā)明的其他另一個實(shí)施方式，電動機(jī)控制裝置具備運(yùn)算電動機(jī)的電流變 動量的電流變動量運(yùn)算器；及根據(jù)電流變動量生成電流相位角的相位角生成器。根據(jù)本發(fā)明的其他另一個實(shí)施方式，電動機(jī)控制裝置具備使用根據(jù)指令電壓與 電動機(jī)電流運(yùn)算的電動機(jī)功率來運(yùn)算功率損失變動量的功率損失變動量運(yùn)算器；及根據(jù)功 率損失變動量生成電流相位角的相位角生成器，在所生成的電流相位角上加算交流探測信 號。根據(jù)一個實(shí)施方案，電動機(jī)控制裝置的控制方法使用電動機(jī)功率及交流探測信號 運(yùn)算轉(zhuǎn)矩變動量，使轉(zhuǎn)矩變動量成零地進(jìn)行控制而生成電流相位角，在所生成的電流相位 角上加算交流探測信號來求出相位角指令，根據(jù)該相位角指令進(jìn)行電流控制。根據(jù)另一個實(shí)施方案，電動機(jī)控制裝置的控制方法使電動機(jī)電流的變動量成零地 進(jìn)行控制而生成電流相位角，根據(jù)所生成的電流相位角將指令電流分配到d軸、q軸成分， 根據(jù)該分配的指令電流進(jìn)行電流控制。根據(jù)其他另一個實(shí)施方案，電動機(jī)控制裝置的控制方法使用電動機(jī)功率及交流探 測信號運(yùn)算功率損失變動量，使功率損失變動量成零地進(jìn)行控制而生成電流相位角，在所 生成的電流相位角上加算交流探測信號來求出相位角指令，根據(jù)該相位角指令進(jìn)行電流控 制。


通過參照附圖并考慮以下的詳細(xì)說明，可以更加容易地理解并得到該發(fā)明的更優(yōu) 秀的評價與多的付隨利益。圖1是第1實(shí)施方式所涉及的電動機(jī)控制裝置I的框圖。圖2是說明第1實(shí)施方式所涉及的轉(zhuǎn)矩變動量運(yùn)算器的圖。圖3是第2實(shí)施方式所涉及的電動機(jī)控制裝置J的框圖。圖4是說明第2實(shí)施方式所涉及的電流變動量運(yùn)算器的圖。圖5是第3實(shí)施方式所涉及的電動機(jī)控制裝置K的框圖。圖6是說明第3實(shí)施方式所涉及的電流變動量運(yùn)算器的圖。圖7是表示第4實(shí)施方式所涉及的電動機(jī)控制裝置I控制方法的流程圖。圖8是表示第5實(shí)施方式所涉及的電動機(jī)控制裝置J控制方法的流程圖。圖9是表示第6實(shí)施方式所涉及的電動機(jī)控制裝置K控制方法的流程圖。
具體實(shí)施例方式以下參照附圖對本發(fā)明的實(shí)施方式進(jìn)行說明。在各圖中，對同樣的構(gòu)成要素標(biāo)注 相同的符號。圖1是本發(fā)明的第1實(shí)施方式所涉及的電動機(jī)控制裝置I的框圖。電動機(jī)控制裝置I具備作為負(fù)荷的電動機(jī)101 ；檢測流通于電動機(jī)101的相電流 的電流檢測器102 ；及檢測電動機(jī)101位置的位置檢測器103。而且，電動機(jī)控制裝置I具備向電動機(jī)101外加后述的電壓指令(vdref^qref) 的變頻器部104 ；及將檢測出的相電流向電動機(jī)101磁通方向(d軸)id與垂直于該d軸的 方向(q軸)、進(jìn)行坐標(biāo)變換的坐標(biāo)變換器105。而且，電動機(jī)控制裝置I具備使后述的電流指令分配器109的輸出即d軸電流指 令值idref及q軸電流指令值iqref與檢測電流值id、各自的差Δ id、Δ iq成零地進(jìn)行 控制并輸出電壓指令(vdrefjqref)的電流控制器106;從idref減去id輸出Δ id的減算 器107 ；及從iqref減去輸出Δ iq的減算器108。而且，電動機(jī)控制裝置I具備根據(jù)相位角指令值θ ref將被給予的電流振幅指令 值Isref分配到d軸與q軸各自的電流指令值(idref、iqref)的電流指令分配器109 ；及 運(yùn)算轉(zhuǎn)矩變動量S T的轉(zhuǎn)矩變動量運(yùn)算器110。而且，電動機(jī)控制裝置I具備根據(jù)轉(zhuǎn)矩變動量δ T來生成相位角θ avg的相位角 生成器111與輸出探測信號Sincoht的信號發(fā)生器112 ；使探測信號sin ht成Amag倍而 輸出的增益乘算器113 ；及加算增益乘算器113的輸出與相位角θ avg而輸出相位角指令值
的加算器114。本實(shí)施方式的最大轉(zhuǎn)矩控制通過以下而實(shí)現(xiàn)在電流相位角θ (以下也簡稱為相 位角θ )疊加交流探測信號，用使對應(yīng)于電流振幅的相位角θ的偏微分成零的相位角來控 制產(chǎn)生相同轉(zhuǎn)矩T的條件下的電流矢量。另外，通過根據(jù)該相位角θ將電流矢量向d軸與 q軸分配來進(jìn)行電流控制，從而用最小電流對產(chǎn)生的轉(zhuǎn)矩進(jìn)行控制。換言之，對相同輸出電 流成最大轉(zhuǎn)矩的工作點(diǎn)是對于產(chǎn)生轉(zhuǎn)矩的相位角θ的偏微分成零(3Τ/βθ=0)的點(diǎn)，通過 在該工作點(diǎn)進(jìn)行控制來實(shí)施本實(shí)施方式。并且，所述(1)式中的最適合的電流相位角β與下面說明的相位角θ的關(guān)系為 β = 90 度-θ。下面，在導(dǎo)出具體算式的同時，詳細(xì)說明怎樣利用在相位角θ疊加的探測信號 sin ωht來實(shí)現(xiàn)最大轉(zhuǎn)矩控制。如果使疊加探測信號sin ht之前的相位角為θ avg，探測信號Sincoht的振幅為 Amag，角頻率為《h，則疊加后的相位角θ成為(4)式。θ = 0avg+Afflagsin ht…(4)如果用該相位角θ分配電流Is，則d軸電流id、q軸電流成為(5)式。id = IsCOS θ = IsCOS (θ avg+Amag sinoht)... (5)iq = Is sin θ = Is sin ( θ avg+Amag sin ht)如果將探測信號的振幅Amag設(shè)定成足夠小，則(6)式成立。cos (Amag sincoht)絲 1, sin(Amag sincoht) ^ Amag sincoht ... (6)
如果將(6)式代入(5)式，則d軸電流id、q軸電流可以變形為(7)式。
id = Is cos( θ avg+Amag sinoht)
=Is {cos θ avg cos (Amag sin ω ht)-sin θ avg sin (Amag sincoht)} =Is cos θ avg-IsAmag sincoht · sin θ avg iq = Is sin( θ avg+Amag sinoht)... (7)
=Is {sin θ avg cos (Amag sin ω ht)+cos θ avg sin (Amag sincoht)}^ Is sin θ avg+Is Amag sinoht · cos θ avg而且，通過電壓ν與電流Is的內(nèi)積運(yùn)算，可以如⑶式求出電動機(jī)功率Pe
Pe = Vdid+Vqiq... (8)
如果將電動機(jī)電壓電流方程式即(9)式代入到⑶式，則電動機(jī)功率Pe成為(10)式。 vd = RJd + Lc^-C0LJq
di …⑶ vq=RJq+Lq-^ + wLdid+coOa
弋=Kd2d + i2q) + Ld 倉 id +Lq-^- iq + HLd 一 Lq)idiq + ωΦ^ · ·. (10)
由于(10)式的第1項(xiàng)表示銅損，第2項(xiàng)+第3項(xiàng)表示無功功率，第4項(xiàng)+第5項(xiàng)
表示電動機(jī)的機(jī)械輸出，因此分別成為(11)式、(12)式、(13)式。RsQ2d + i2q) = RSI(1 + A2mag Sin2 ω,
ρ T^A2'"(ID= Rj] + s \ 啊(1 _ cos 2coht)
didiιLd id +Lq-^ iq =-(Ld- Lq )IS AmagCOtl - sin 20avg cos mht+\(Ld 徹2 0^g + Lq cos2 Gmg 忙AmogCOh sin 2o)htw(Ld -LJiJ9 +ωΦ^ =LfLd - Lq )l] ^sinIOavg(\ - ^ψ) + ωΦαΙ, SinOw
(12)
+ -W(Ld-Lq)I2sA2ma-Sinieavg cos2wht
(13)
4 -a -q,-s-mag 2 jfw^ -
+ -LqJI^ cos29avg +ΦαΙ5 cosOaJoiAmag sinmht
另一方面，使用電動機(jī)的極對數(shù)PPn，以(14)式表示電動機(jī)的產(chǎn)生轉(zhuǎn)矩Τ。T = ppn{ (Ld-Lq) idiq+Oaiq}... (14)在將(7)式代入到(14)式后，如果求出產(chǎn)生轉(zhuǎn)矩T的單位相位角eavg的變動部 分(偏微分)，則得到(15)式。PPn iL" ~ L1 Sin C0S + Sin ^ }. . . (15)二 pp\Ld - Lq)l]Cosieavg + Φ又cos^J在此，如果使在(13)式表示的機(jī)械輸出中的Sincoht的振幅為δ T，則δ T使用 (15)式可以變形為(16)式。
δ T= ^Lg…(誠
PPn 9Θ(16)式表示如果可以提取δ Τ，則可以檢測出單位相位角θ的轉(zhuǎn)矩變動量。在此，首先使用帶通濾波器(BPF)從電動機(jī)功率&中只提取fh(= h/2Ji)的頻 率帶的信號成分。如(17)式所示，電動機(jī)功率PJAfh頻率帶中除了 δΤ(第2項(xiàng))之外， 在(12)式中表示的無功功率部分(第1項(xiàng))也被提取一部分。
(fh 的頻率成分)=-(Ld — L11)” A歸goh ^sin2eavg cos coht + δΤ sin o)ht · · · “O在此，由于只提取與正弦信號即Sincoht相同的頻率成分，因此乘算Sincoht。
(fh的頻率成分)XSin6^
2 1 2 = -(Ld- Lq )IS AmagCOh - sin 29avg cos ωΗ sin o)ht + 5Γ sin ωΗ
2 ".(18)
, 1 , = ~(Ld - Lq )IS AmagCOh -sin IOavg sin 2ω + δΓ(\- cos ωΗ )根據(jù)(18)式可知，由于直流成分只是δ τ,因此可以使用低通濾波器(LPF)來提取 δ T0如果使用表示該低通濾波器功能的函數(shù)LPF□，則(18)式可以表示為(19)式。LPF[(fh 的頻率成分)Xsincoht] = δ T... (19)如果使該δ T成零地生成相位角θ，則可以實(shí)現(xiàn)最大轉(zhuǎn)矩控制。這樣求出相位角 θ就是本發(fā)明的基本原理。圖2是轉(zhuǎn)矩變動量運(yùn)算器110的控制框圖。轉(zhuǎn)矩變動量運(yùn)算器110具備電動機(jī)功 率運(yùn)算器201與轉(zhuǎn)矩變動量提取器202。電動機(jī)功率運(yùn)算器201將電壓指令值vdref、vqref與檢測電流id、iq作為輸入， 使用上述(8)式運(yùn)算電動機(jī)功率Pe。轉(zhuǎn)矩變動量提取器202具備提取探測信號sin ht具有的相同頻率成分fh的帶 通濾波器(BPF)；在由該帶通濾波器(BPF)提取的信號中乘算探測信號sin ht的乘算器； 及從該乘算結(jié)果中只提取直流成分的低通濾波器(LPF)。轉(zhuǎn)矩變動量提取器202將電動力功率Pe與探測信號sin ω ht作為輸入，通過對應(yīng) 于上述原理說明中的(17)、(18)、(19)式的運(yùn)算，提取與單位相位角eavg的轉(zhuǎn)矩變動量成 比例的成分S T來作為轉(zhuǎn)矩變動量運(yùn)算器110的輸出。返回到圖1接著進(jìn)行說明。相位角生成器111是作為可調(diào)節(jié)收斂時間的積分器而構(gòu)成的控制器，使轉(zhuǎn)矩變動 量運(yùn)算器110輸出的轉(zhuǎn)矩變動量δT成零地進(jìn)行控制并輸出相位角eavg。并且，相位角生 成器ill也可以由比例積分器、比例積分微分器構(gòu)成，根據(jù)控制器增益與積分時間常數(shù)來 調(diào)節(jié)收斂時間。這樣，相位角生成器111在電動機(jī)控制所需的收斂時間向單位相位角θ ayg的轉(zhuǎn)矩 變動量成零的工作點(diǎn)確實(shí)地收斂。
8
加算器114將使探測信號sin ω ht成Amag倍而輸出的增益乘算器113的輸出與相 位角θ avg進(jìn)行加算，將實(shí)現(xiàn)最大轉(zhuǎn)矩控制的相位角指令值θ ref向電流指令分配器109輸
出ο并且，探測信號Sincoht具有的頻率fh優(yōu)選設(shè)定在例如在進(jìn)行其他控制與電流控 制時的各自的響應(yīng)頻率之間，以便與其他控制器的響應(yīng)頻率不一致，不影響電動機(jī)驅(qū)動。這樣，電動機(jī)控制裝置I實(shí)現(xiàn)了在不采用使用參數(shù)的直接運(yùn)算或表格而使電流相 位角迅速地向成最大轉(zhuǎn)矩的工作點(diǎn)收斂的同時，不受電動機(jī)參數(shù)變動的影響的高效的電動 機(jī)控制。圖3是第2實(shí)施方式的電動機(jī)控制裝置J的框圖。第1實(shí)施例是對被給予的電流 指令執(zhí)行電流控制，求出此時的轉(zhuǎn)矩最大點(diǎn)的相位角的構(gòu)成，與此相比，第2實(shí)施例是對被 給予的速度指令實(shí)施速度控制，對維持用于對負(fù)荷保持等速的轉(zhuǎn)矩的電流指令執(zhí)行電流控 制，求出此時的電流最小點(diǎn)的相位角的構(gòu)成。伴隨該構(gòu)成的差異，本實(shí)施方式的電動機(jī)控制裝置J在第1實(shí)施方式的電動機(jī)控 制裝置I中追加速度檢測器313、減算器314及速度控制器315，另外代替轉(zhuǎn)矩變動量運(yùn)算 器110而具備電流變動量運(yùn)算器310，去除信號發(fā)生器112、增益運(yùn)算器113及加算器114。 對于與第1實(shí)施方式的相同之處則省略說明，并使用相同符號。并且，相位角生成器311雖然與相位角生成器111是相同構(gòu)成，但是輸入信號、輸 出信號不同。另外，信號發(fā)生器112、增益運(yùn)算器113及加算器114之所以能夠去除，是因?yàn)?在第2實(shí)施方式中，用于進(jìn)行相位運(yùn)算的電流變動量可從使用電流檢測器102而得到的檢 測電流中直接得到。速度檢測器313對通過位置檢測器103檢測的位置進(jìn)行微分運(yùn)算而得到速度ω。速度控制器315通過減算器314運(yùn)算被給予的速度指令值《ref與速度ω的偏 差，控制成其值成為零，輸出電流指令I(lǐng)sref。在該控制運(yùn)算中使用比例積分器或比例積分 微分器等。圖4是電流變動量運(yùn)算器310的控制框圖。電流變動量運(yùn)算器310具備電流振幅 運(yùn)算器401、電流差分器402、相位差分器403、除算器404。電流振幅運(yùn)算器401使用被輸入的d軸、q軸電流ipi,，通過(20)式運(yùn)算電流振
幅值Is。Is =^ji2d+I2g ... (20)電流差分器402將所保存的上一次運(yùn)算周期中的電流振幅值Is(k_l)與這次運(yùn)算 周期中運(yùn)算的電流振幅值Is(k)的差作為電流振幅差分值來進(jìn)行運(yùn)算。相位差分器403保存上一次被輸入的相位角指令值θ ref(k-l)，將與這次被輸入 的相位角指令值0Mf(k)的差作為相位角差分值來進(jìn)行運(yùn)算。如(21)式所示，除算器404用電流振幅差分值除以相位角差分值，求出單位相位
角指令值θ &的電流變動量δ Is，向相位角生成器311輸出。
_7] 5Is 二 以)-M-D…⑶
L 」5 9ref{k)-eref{k-\)返回到圖3接著進(jìn)行說明。與相位角生成器111相同，相位角生成器311是作為可調(diào)節(jié)收斂時間的積分器而
9構(gòu)成的控制器，使電流變動量運(yùn)算器310輸出的電流變動量δ Is成零地進(jìn)行控制，輸出相 位角指令值Θ&。并且，相位角生成器311由比例積分器或比例積分微分器構(gòu)成。收斂時 間的調(diào)節(jié)也可以根據(jù)這些控制器增益與積分時間常數(shù)來定電動機(jī)控制所需的收斂時間。這樣，電動機(jī)控制裝置J實(shí)現(xiàn)了不采用使用電動機(jī)參數(shù)的直接運(yùn)算或函數(shù)表而使 電流相位角迅速向成為最小電流的工作點(diǎn)收斂，且不受電動機(jī)參數(shù)變動的影響的高效的電 動機(jī)控制。圖5是第3實(shí)施方式的電動機(jī)控制裝置K的框圖。第1實(shí)施方式是求出轉(zhuǎn)矩最大 點(diǎn)的相位角的構(gòu)成，而第3實(shí)施方式是求出功率損失最小點(diǎn)的相位角的構(gòu)成。伴隨該構(gòu)成上的差異，第3實(shí)施方式的電動機(jī)控制裝置K在第1實(shí)施方式的電動 機(jī)控制裝置I上追加有速度檢測器313、轉(zhuǎn)矩波動補(bǔ)償器515、加算器516。省略說明與第1 實(shí)施方式相同處，并使用了相同符號。并且，雖然功率損失變動量運(yùn)算器510與轉(zhuǎn)矩變動量運(yùn)算器110是相同的構(gòu)成，但 是由于轉(zhuǎn)矩波動補(bǔ)償器515的作用而輸出信號相異，雖然相位角生成器511與相位角生成 器111是相同的構(gòu)成，但是由于輸入信號不同，因此是不同的符號。在第3實(shí)施方式中實(shí)現(xiàn)考慮到電動機(jī)鐵損的最大效率控制。如果考慮電動機(jī)鐵損Pi,則根據(jù)因銅損P。、機(jī)械輸出Pt、探測信號而變動的機(jī)械輸 出變動量S Pt與功率損失變動量δρω，(10)式的電動機(jī)功率Pe如(22)式表示。Pe = P^Pi+P,+ δ P111+ δ Pt· · · (22)機(jī)械輸出變動量δ Pt與在第1實(shí)施方式中說明的轉(zhuǎn)矩變動量成比例 (δ Pt - St)。雖然功率損失變動量δ Pm在鐵損為零時對于δ Pt是較小值，但是在鐵損大 時，對于S Pt卻是不能忽略的較大值。在將第1實(shí)施方式應(yīng)用于鐵損大的電動機(jī)時，由于 在提取轉(zhuǎn)矩變動量時功率損失變動量進(jìn)行干擾，因此最大轉(zhuǎn)矩的工作點(diǎn)不能成為最大效率 的工作點(diǎn)。因此，為了更高精度地實(shí)現(xiàn)最大功率，在第3實(shí)施方式中是進(jìn)行最小功率損失控 制，而不是進(jìn)行最大轉(zhuǎn)矩控制。為了能夠?qū)崿F(xiàn)，在電流控制器的外側(cè)環(huán)路附加使通過速度求 出的轉(zhuǎn)矩變動成為零的轉(zhuǎn)矩波動補(bǔ)償器。其結(jié)果，由于δ Pt成為零，因此雖然功率損失變動量運(yùn)算器510與轉(zhuǎn)矩變動量運(yùn) 算器110是完全相同的構(gòu)成，但是其輸出信號卻是功率損失變動量δ pm。在第1實(shí)施方式中使(19)式表示的轉(zhuǎn)矩變動量δ t成零地生成相位角θ avg，與此 同樣，在第3實(shí)施方式中如(23)式所示地運(yùn)算功率損失變動量δΡω。δΡω = LPF[(Pe 中的 fh 的頻率)Xsincoht)]. · · (23)在第3實(shí)施方式中的基本原理是使該δρω成零地生成相位角eavg，實(shí)現(xiàn)最小功率 損失控制產(chǎn)生的最大效率。圖6是轉(zhuǎn)矩波動補(bǔ)償器515的控制框圖。轉(zhuǎn)矩波動補(bǔ)償器515具備帶通濾波器 (BPF) 501、速度波動差分器502、符號反轉(zhuǎn)器503、轉(zhuǎn)矩波動控制器504。帶通濾波器(BPF)501從檢測的速度ω中提取與探測信號Sincoht具有的頻率相 同的頻率成分fh。速度波動差分器502將被保存的在上一次運(yùn)算周期中的速度波動《h(K-l)與在 這次運(yùn)算周期中運(yùn)算的速度波動《h(K)的差作為與轉(zhuǎn)矩波動成比例的信號Th(K)來進(jìn)行
10運(yùn)算。符號反轉(zhuǎn)器503使與轉(zhuǎn)矩波動成比例的信號Th⑷的符號反轉(zhuǎn)。轉(zhuǎn)矩波動控制器504是作為可調(diào)節(jié)收斂時間的積分器而構(gòu)成的控制器。該控制器 使與轉(zhuǎn)矩波動成比例的信號Th(K)成零地進(jìn)行控制，輸出轉(zhuǎn)矩波動補(bǔ)償電流Ish。并且，轉(zhuǎn) 矩波動控制器504也可以由比例積分器或比例積分微分器構(gòu)成，根據(jù)控制器增益與積分時 間常數(shù)來調(diào)節(jié)收斂時間。返回到圖5接著進(jìn)行說明。加算器516在電流指令值Isref上加算轉(zhuǎn)矩波動補(bǔ)償器515輸出的轉(zhuǎn)矩波動補(bǔ)償 電流Ish，輸出新的電流指令值Is’ ref0相位角生成器511是作為可調(diào)節(jié)收斂時間的積分器而構(gòu)成的控制器。該控制器 使功率損失變動量運(yùn)算器510輸出的功率損失變動量δ Pm成零地進(jìn)行控制，輸出相位角 θ avg。并且，相位角生成器511也可以由比例積分器或比例積分微分器構(gòu)成，根據(jù)控制器增 益與積分時間常數(shù)來調(diào)節(jié)收斂時間。這樣，相位角生成器511在電動機(jī)控制所需的收斂時間向單位相位角θ avg的功率 損失變動量成零的工作點(diǎn)確實(shí)地收斂。加算器114將使探測信號sin ω ht成Amag倍而輸出的增益乘算器113的輸出與相 位角θ avg進(jìn)行加算，將實(shí)現(xiàn)最小功率損失控制的相位角指令值θ 向電流指令分配器109 輸出。這樣，第3實(shí)施方式的電動機(jī)控制裝置K實(shí)現(xiàn)了在不采用使用電動機(jī)參數(shù)的直接 運(yùn)算或函數(shù)表格而使電流相位角迅速地向成最小功率損失的工作點(diǎn)收斂，且不受電動機(jī)參 數(shù)變動影響的高效的電動機(jī)控制。圖7是表示第4實(shí)施方式所涉及的電動機(jī)控制裝置I控制方法的流程圖。按順序 說明各處理步驟。在步驟STl中，電流指令分配器109根據(jù)相位角指令值將被給予的指令電流 Isref分配到指令電流idref、iqref。雖然每經(jīng)過規(guī)定時間就實(shí)施用流程圖表示的一系列 處理，但是該相位角指令值θ ref使用在后述步驟ST6中上一次運(yùn)算的值。其次，在步驟ST2中，電流控制器106使指令電流idref、iqref與電動機(jī)電流id、 相一致地進(jìn)行電流控制而算出指令電壓vdref、vqref，并通過變頻器部104輸出到電動
機(jī)101。電動機(jī)電流id、使用對由電流檢測器102檢測出的電動機(jī)的相電流進(jìn)行坐標(biāo)變 換而得到的d-q坐標(biāo)系中的id、iq。并且，由坐標(biāo)變換器105進(jìn)行坐標(biāo)變換。其次，在步驟ST3中，使用在步驟ST2中運(yùn)算的指令電壓vdref、vqref與電動機(jī)電 流id、、來運(yùn)算電動機(jī)功率IV其次，在步驟ST4中，使用電動機(jī)功率Pe及在步驟ST6中說明的交流信號來運(yùn)算 轉(zhuǎn)矩變動量δΤ。該步驟由從電動機(jī)功率Pe中提取在步驟ST6中說明的交流信號具有的 頻率成分的步驟；在該提取信號上乘算所述交流信號的步驟；及提取該乘算值的直流成分 的步驟構(gòu)成。并且，由轉(zhuǎn)矩變動量運(yùn)算器110進(jìn)行步驟ST3及步驟ST4。其次，在步驟ST5中，相位角生成器111使轉(zhuǎn)矩變動量δ T成零地進(jìn)行控制，作為 其結(jié)果生成相位角eavg。其次，在步驟ST6中，加算器114在相位角θ avR上加算交流信號而作為相位角指
并且，由于在第1實(shí)施方式中詳細(xì)說明了上述動作，因此在此省略其說明。由于這樣實(shí)施本發(fā)明第4實(shí)施方式的電動機(jī)控制裝置的控制方法，因此收到與第 1實(shí)施方式相同的作用效果。并且，處理順序并不局限于此。圖8是表示第5實(shí)施方式所涉及的電動機(jī)控制裝置J控制方法的流程圖。按順序 說明各處理步驟。在步驟STl中，速度控制器315使被給予的指令速度《ref與電動機(jī)速度ω相一 致地輸出指令電流Isref。其次，在步驟ST2中，電流指令分配器109根據(jù)相位角指令值將指令電流 Isref分配到指令電流idref、iqref。雖然每經(jīng)過規(guī)定時間就實(shí)施用流程圖表示的一系列 處理，但是該相位角指令值θ %使用在后述步驟ST5中上一次運(yùn)算的值。其次，在步驟ST3中，電流控制器106使指令電流idref、iqref與電動機(jī)電流id、 相一致地進(jìn)行電流控制而算出指令電壓vdref、vqref，并通過變頻器部104輸出到電動
機(jī)101。電動機(jī)電流id、使用對由電流檢測器102檢測出的電動機(jī)的相電流進(jìn)行坐標(biāo)變 換而得到的d-q坐標(biāo)系中的id、iq。并且，由坐標(biāo)變換器105進(jìn)行坐標(biāo)變換。其次，在步驟ST4中，電流變動量運(yùn)算器310使用在步驟ST3中運(yùn)算的電動機(jī)電流 id、與在后述的步驟ST5中運(yùn)算的相位角指令值θ 來運(yùn)算電動機(jī)電流的變動量8ls。 該步驟由算出電動機(jī)電流id、iq的振幅變化量的步驟；及以相位角指令值θ ref的變化量 進(jìn)行除算而運(yùn)算變動量δ Is的步驟構(gòu)成。其次，在步驟ST5中，相位角生成器311使電流變動量δ 13成零地進(jìn)行控制，作為 其結(jié)果生成相位角指令值θ μ。并且，由于在第2實(shí)施方式中詳細(xì)說明了上述動作，因此在此省略其說明。由于這樣實(shí)施本發(fā)明第5實(shí)施方式的電動機(jī)控制裝置的控制方法，因此收到與第 2實(shí)施方式相同的作用效果。并且，處理順序并不局限于此。圖9是表示第6實(shí)施方式所涉及的電動機(jī)控制裝置K控制方法的流程圖。按順序 說明各處理步驟。在步驟STl中，電流指令分配器109根據(jù)相位角指令值θ ref將指令電流Is’ ref 分配到指令電流idref、iqref。雖然每經(jīng)過規(guī)定時間就實(shí)施用流程圖表示的一系列處理， 但是該相位角指令值θ ref使用在后述步驟ST6中上一次運(yùn)算的值。其次，在步驟ST2中，電流控制器106使指令電流idref、iqref與電動機(jī)電流id、 相一致地進(jìn)行電流控制而算出指令電壓vdref、vqref，并通過變頻器部104輸出到電動
機(jī)101。電動機(jī)電流id、使用對由電流檢測器102檢測出的電動機(jī)的相電流進(jìn)行坐標(biāo)變 換而得到的d-q坐標(biāo)系中的id、iq。并且，由坐標(biāo)變換器105進(jìn)行坐標(biāo)變換。其次，在步驟ST3中，使用在步驟ST2中運(yùn)算的指令電壓vdref、vqref與電動機(jī)電 流id、、來運(yùn)算電動機(jī)功率IV其次，在步驟ST4中，使用電動機(jī)功率Pe及在步驟ST6中說明的交流信號來運(yùn)算 功率損失變動量SPm。該步驟由從電動機(jī)功率Pe中提取在步驟ST6中說明的交流信號具 有的頻率成分的步驟；在該提取信號中乘算所述交流信號的步驟；及提取該乘算值的直流 成分的步驟構(gòu)成。并且，由功率損失變動量運(yùn)算器510進(jìn)行步驟ST3及ST4。
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其次，在步驟ST5中，相位角生成器511使功率損失變動量δ Pm成零地進(jìn)行控制， 作為其結(jié)果生成相位角eavg。其次，在步驟ST6中，加算器114在相位角θ avg上加算交流信號而作為相位角指 令值Θ μ。其次，在步驟ST7中，轉(zhuǎn)矩波動補(bǔ)償器515通過速度ω運(yùn)算轉(zhuǎn)矩波動補(bǔ)償電流 Ish0其次，在步驟ST8中，加算器516在被給予的指令電流Isref上加算轉(zhuǎn)矩波動補(bǔ)償 電流Ish，并作為新的電流指令I(lǐng)s’ ref0并且，由于在第3實(shí)施方式中詳細(xì)說明了上述動作，因此在此省略其說明。由于這樣實(shí)施本發(fā)明第6實(shí)施方式的電動機(jī)控制裝置的控制方法，因此收到與第 3實(shí)施方式相同的作用效果。并且，處理順序并不局限于此。并且，本發(fā)明并不局限于上述的實(shí)施方式，可以適當(dāng)?shù)剡M(jìn)行變形。例如，第1及第 3實(shí)施方式的電動機(jī)功率運(yùn)算器201，在具有電壓傳感器時也可以使用檢測出的電壓，也可 以使用電流指令值idref、iqref。而且，也可以是使用電動機(jī)的相電壓與相電流來同樣地 進(jìn)行運(yùn)算的構(gòu)成。另外，第2及第3實(shí)施方式的速度檢測器313也可以是使用電壓指令、電流檢測等 并根據(jù)電動機(jī)的電氣方程式進(jìn)行速度運(yùn)算的構(gòu)成。顯然，由于從上所述可以知道本發(fā)明可以進(jìn)行更多的變更或變化，因此可以通過 具體說明的方法之外的方法來實(shí)施本發(fā)明。
1權(quán)利要求
一種電動機(jī)控制裝置，其特征在于，具備輸出指令電壓來驅(qū)動電動機(jī)的變頻器部；根據(jù)相位角指令值將被給予的指令電流振幅值分配到指令電流的電流指令分配器；使所述指令電流與流通于所述電動機(jī)的電流相一致地進(jìn)行電流控制而輸出所述指令電壓的電流控制器；根據(jù)所述指令電壓與所述電動機(jī)電流運(yùn)算電動機(jī)功率，使用該電動機(jī)功率運(yùn)算轉(zhuǎn)矩變動量的轉(zhuǎn)矩變動量運(yùn)算器；及根據(jù)所述轉(zhuǎn)矩變動量生成相位角的相位角生成器，所述相位角指令值是在所述相位角上加算交流信號后的值。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電動機(jī)控制裝置，其特征在于，所述轉(zhuǎn)矩變動量運(yùn)算器具備 從所述電動機(jī)功率中提取所述交流信號具有的頻率成分的帶通濾波器；在該帶通濾波器的提取信號中乘算所述交流信號的乘算器； 及提取該乘算器輸出的直流成分的低通濾波器。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電動機(jī)控制裝置，其特征在于， 所述相位角生成器使所述轉(zhuǎn)矩變動量成零地生成所述相位角。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電動機(jī)控制裝置，其特征在于，利用所述電動機(jī)功率的機(jī)械輸出的所述交流信號所具有的頻率成分的振幅來算出所 述轉(zhuǎn)矩變動量。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電動機(jī)控制裝置，其特征在于，所述電流指令分配器分配所述電動機(jī)磁通方向d軸與垂直于該d軸的方向q軸的指令 電流，所述電流控制器對每個所述d軸與q軸進(jìn)行電流控制而輸出所述指令電壓。
6.一種電動機(jī)控制裝置，其特征在于，具備 輸出指令電壓來驅(qū)動電動機(jī)的變頻器部；使被給予的指令速度與所述電動機(jī)速度相一致地輸出指令電流振幅值的速度控制器；根據(jù)相位角指令值將所述指令電流振幅值分配到指令電流的電流指令分配器； 使所述指令電流與流通于所述電動機(jī)的電流相一致地進(jìn)行電流控制而輸出所述指令 電壓的電流控制器；運(yùn)算所述電動機(jī)電流的變動量的電流變動量運(yùn)算器； 及根據(jù)所述電流變動量生成所述相位角指令值的相位角生成器。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的電動機(jī)控制裝置，其特征在于，所述電流變動量運(yùn)算器具備 用所述電動機(jī)電流振幅的變化量除以所述相位角指令值的變化量的除算器；
8.根據(jù)權(quán)利要求6所述的電動機(jī)控制裝置，其特征在于，所述相位角生成器使所述電動機(jī)電流的變動量成零地生成所述相位角指令值。
9.根據(jù)權(quán)利要求6所述的電動機(jī)控制裝置，其特征在于，所述電流指令分配器分配所述電動機(jī)磁通方向d軸與垂直于該d軸的方向q軸的指令 電流，所述電流控制器對每個所述d軸與q軸進(jìn)行電流控制而輸出所述指令電壓。
10.一種電動機(jī)控制裝置，其特征在于，具備 輸出指令電壓來驅(qū)動電動機(jī)的變頻器部；使用所述電動機(jī)的速度運(yùn)算轉(zhuǎn)矩波動補(bǔ)償電流值的轉(zhuǎn)矩波動補(bǔ)償器； 根據(jù)相位角指令值將被給予的指令電流振幅值與所述轉(zhuǎn)矩波動補(bǔ)償電流值的加算值 分配到指令電流的電流指令分配器；使所述指令電流與流通于所述電動機(jī)的電流相一致地進(jìn)行電流控制而輸出所述指令 電壓的電流控制器；根據(jù)所述指令電壓與所述電動機(jī)電流運(yùn)算電動機(jī)功率，使用該電動機(jī)功率運(yùn)算功率損 失變動量的功率損失變動量運(yùn)算器；及根據(jù)所述功率損失變動量生成相位角的相位角生成器， 其中，所述相位角指令值是在所述相位角上加算交流信號后的值。
11.根據(jù)權(quán)利要求10所述的電動機(jī)控制裝置，其特征在于，所述功率損失變動量運(yùn)算 器具備從所述電動機(jī)功率中提取所述交流信號具有的頻率成分的帶通濾波器； 在該帶通濾波器的提取信號中乘算所述交流信號的乘算器； 及提取該乘算器輸出的直流成分的低通濾波器。
12.根據(jù)權(quán)利要求10所述的電動機(jī)控制裝置，其特征在于，所述相位角生成器使所述功率損失變動量成零地生成所述相位角。
13.根據(jù)權(quán)利要求10所述的電動機(jī)控制裝置，其特征在于，使用在所述電動機(jī)功率的功率損失中所述交流信號具有的頻率成分的振幅來算出所 述功率損失變動量。
14.根據(jù)權(quán)利要求10所述的電動機(jī)控制裝置，其特征在于，所述電流指令分配器分配到所述電動機(jī)磁通方向d軸與垂直于該d軸的方向q軸的指 令電流，所述電流控制器對每個所述d軸與q軸進(jìn)行電流控制而輸出所述指令電壓。
全文摘要
本發(fā)明提供一種電動機(jī)控制裝置，具體為，其具備根據(jù)相位角指令值將被給予的指令電流振幅值分配到指令電流的電流指令分配器；使指令電流與流通于電動機(jī)的電流相一致地進(jìn)行電流控制而輸出指令電壓的電流控制器；根據(jù)指令電壓與電動機(jī)電流運(yùn)算電動機(jī)功率，使用電動機(jī)功率運(yùn)算轉(zhuǎn)矩變動量的轉(zhuǎn)矩變動量運(yùn)算器；及根據(jù)轉(zhuǎn)矩變動量生成相位角的相位角生成器。
文檔編號H02P23/14GK101902196SQ20101017279
公開日2010年12月1日 申請日期2010年5月11日 優(yōu)先權(quán)日2009年5月13日
發(fā)明者井手耕三, 森本進(jìn)也, 薛承基, 金成旻 申請人:株式會社安川電機(jī);金成旻;薛承基