專利名稱：永磁同步電機的矢量控制裝置、常數(shù)顯示系統(tǒng)和變換器模塊的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及永久磁鐵同步電動機的矢量控制方式。
背景技術(shù)：
作為永久磁鐵同步電動機的矢量控制方式中的電動機常數(shù)的等同(日文同定)技術(shù)，如日本特開2001-145399號專利公報中記載的那樣，記載了將電壓檢測器安裝在功率變換器上，計算d軸和q軸的電壓檢測值，并由下述的3個步驟來等同電動機常數(shù)的技術(shù)。
(1)根據(jù)矢量控制中的q軸(轉(zhuǎn)矩)分量的電壓指令值和電壓檢測值的偏差，等同電動機的感應(yīng)電壓系數(shù)。
(2)根據(jù)d軸(磁通量)分量的電壓指令值和電壓檢測值的偏差，等同電動機電阻值。
(3)當(dāng)在上述(2)中等同的電動機電阻值超過限制值時，切換成根據(jù)d軸分量的電壓偏差，等同q軸電感的操作。
日本特開2001-145399號專利公報發(fā)明內(nèi)容在日本特開2001-145399號專利公報所記載的方法中，必須有專用于功率變換器的電壓檢測器，另外擔(dān)心由于電壓偏離等，“電動機常數(shù)的等同精度”惡化，從而有關(guān)控制特性惡化的問題。
本發(fā)明的目的在于提供一種能夠不新附加檢測器等而實現(xiàn)“高精度、高響應(yīng)的轉(zhuǎn)矩控制”的“永久磁鐵同步電動機的矢量控制裝置”。
本發(fā)明的特征是使用永久磁鐵同步電動機的有效功率或無效功率、頻率指令值和電流值，
在低速區(qū)域中，(1)設(shè)置將d軸電流控制在“零”和“正”(或“負”)這至少2個階段上的區(qū)間，使用在“零”和“正”(或“負”)這2個區(qū)間中的有效功率的偏差和d軸電流值，來等同“電動機的電阻值”。
在中高速區(qū)域中，(2)將d軸電流控制為“零”，使用該區(qū)間中的無效功率、頻率計算值和q軸電流值，來等同“電動機的q軸電感值”。
(3)設(shè)置將d軸電流控制在“正”和“負”這至少2個階段上的區(qū)間，使用在“正”和“負”這2個區(qū)間中的無效功率的偏差、頻率計算值和d軸電流值，來等同“電動機的感應(yīng)電壓系數(shù)”。
(4)設(shè)置將d軸電流控制在“正”、“負”和“零”這至少3個階段上的區(qū)間，使用在3個區(qū)間中的無效功率的相加值、頻率計算值和d軸電流值，來等同“電動機的d軸電感值”。
(5)使用這些電動機常數(shù)的等同值，自動修正用于電壓指令計算的控制常數(shù)，或在用于生成中間的電流指令值和電壓指令值的電流控制輸出值的計算中所使用的控制增益。
根據(jù)本發(fā)明，能夠提供實現(xiàn)高精度、高響應(yīng)的轉(zhuǎn)矩控制的永久磁鐵同步電動機的矢量控制裝置。


圖1是表示本發(fā)明的一個實施例的永久磁鐵電動機的矢量控制裝置的結(jié)構(gòu)圖。
圖2是當(dāng)電動機的電感值和在矢量計算中設(shè)定的電感設(shè)定值一致時的電流控制特性(Ld*＝Ld，Lq*＝Lq)。
圖3是當(dāng)電動機的電感值和在矢量計算中設(shè)定的電感設(shè)定值不一致時的電流控制特性(Ld*＝0.5×Ld，Lq*＝0.5×Lq)。
圖4是圖1的控制裝置中的電動機常數(shù)等同計算單元11的說明圖。
圖5是圖1的控制裝置中的電動機常數(shù)等同計算單元11的說明圖。
圖6是圖1的控制裝置中的電動機常數(shù)等同計算單元11的說明圖。
圖7是圖1的控制裝置中的電動機常數(shù)等同計算單元11的說明圖。
圖8是圖1的控制裝置中的電動機常數(shù)等同計算單元11的說明圖。
圖9是圖1的控制裝置中的電動機常數(shù)等同計算單元11的說明圖。
圖10是圖1的控制裝置中的電動機常數(shù)等同計算單元11的說明圖。
圖11是表示本發(fā)明的其它實施例的永久磁鐵同步電動機的矢量控制裝置的結(jié)構(gòu)圖。
圖12是表示本發(fā)明的其它實施例的永久磁鐵同步電動機的矢量控制裝置的結(jié)構(gòu)圖。
圖13是表示本發(fā)明的其它實施例的永久磁鐵同步電動機的矢量控制裝置的結(jié)構(gòu)圖。
圖14是表示本發(fā)明的其它實施例的永久磁鐵同步電動機的矢量控制裝置的結(jié)構(gòu)圖。
圖15是表示本發(fā)明的實施方式的結(jié)構(gòu)圖的一個例子。
具體實施例方式
本發(fā)明涉及與永久磁鐵同步電動機的矢量控制方式有關(guān)，通過在緊鄰實際運轉(zhuǎn)之前和實際運轉(zhuǎn)中，等同電動機常數(shù)，并且自動修正設(shè)定在控制系統(tǒng)中的電動機常數(shù)，來實現(xiàn)高精度、高響應(yīng)的轉(zhuǎn)矩控制的技術(shù)。
下面我們使用附圖詳細說明本發(fā)明的實施例。
圖1表示作為本發(fā)明的一個實施例的永久磁鐵同步電動機的矢量控制裝置的結(jié)構(gòu)例。1是永久磁鐵同步電動機，2是輸出與三相交流的電壓指令值Vu*、Vv*、Vw*成比例的電壓的功率變換器，21是直流電源，3是能夠檢測三相交流電流Iu、Iv、Iw的電流檢測器，4是能夠檢測電動機的位置θ的位置檢測器，5是根據(jù)位置檢測值θc計算頻率計算值ω1*的頻率計算單元，6是根據(jù)三相交流的電流檢測值Iuc、Ivc、Iwc和位置檢測值θc輸出d軸和q軸的電流檢測值Idc、Iqc的坐標變換單元，7是設(shè)定第一d軸電流指令值Id*的d軸電流指令設(shè)定單元，8是根據(jù)第一d軸電流指令值Id*和d軸電流檢測值Idc的偏差，輸出中間的第二電流指令值Id**的d軸電流指令計算單元，9是根據(jù)從前級(日文上位)給予的第一q軸電流指令值Iq*和q軸電流檢測值Iqc的偏差，輸出中間的第二q軸電流指令值Iq**的q軸電流指令計算單元，10是利用電壓指令值Vdc*、Vqc*和電流檢測值Idc、Iqc，計算永久磁鐵同步電動機1的無效功率和有效功率，輸出無效功率計算值Pc和有效功率計算值Qc的功率計算單元，11是利用無效功率Pc、有效功率Qc和電流檢測值Idc、Iqc，計算永久磁鐵同步電動機1的電阻的等同值R^、d軸和q軸電感的等同值Ld^、Lq^、感應(yīng)電壓系數(shù)的等同值Ke^的電動機常數(shù)等同計算單元，12是使用中間的第二d軸和q軸的電流指令值Id**、Iq**、頻率計算值ω1*和電動機常數(shù)的設(shè)定值(R*、Ld*、Lq*、Ke*)或電動機常數(shù)等同計算單元11的輸出值(R^、Ld^、Lq^、Ke^)，輸出電壓指令值Vdc*、Vqc*的矢量控制計算單元，13是由電壓指令值Vdc*、Vqc*和位置檢測值θc輸出三相交流電壓指令值Vu*、Vv*、Vw*的坐標變換單元。
首先，記述永久磁鐵同步電動機的矢量控制裝置中的電壓和相位的基本控制方法。
電壓控制的基本操作是在d軸和q軸的電流指令計算單元8和9中，使用從上位給予的第一電流指令值Id*、Iq*和電流檢測值Idc、Iqc，計算用于矢量控制計算的中間的第二電流指令值Id**、Iq**。
在矢量控制計算單元12中，使用第二電流指令值Id**、Iq**、頻率指令值ω1*和電動機常數(shù)的設(shè)定值，計算公式(1)所示的電壓指令值Vd**、Vq**，并控制功率變換器的電壓指令值Vu*、Vv*、Vw*。
Vdc*Vqc*=R*-ω1*·Lq*ω1*·Ld*R*·Id**Iq**+0ω1*·Ke*---(1)]]>其中，R電阻值，Ldd軸電感值，Lqq軸電感值，Ke感應(yīng)電壓系數(shù)，*設(shè)定值。
另一方面，關(guān)于相位控制的基本操作，在位置檢測器4中得到永久磁鐵同步電動機1的位置檢測值θc。在頻率計算單元5中，根據(jù)該位置檢測值θc計算公式(2)所示的頻率計算值ω1*。
ω1*=ddtΔθ---(2)]]>另外，通過將坐標變換單元6和13的基準相位當(dāng)作位置檢測值θc，控制永久磁鐵同步電動機1的相位。
以上是永久磁鐵同步電動機的矢量控制裝置中電壓控制和相位控制的基本操作。
下面，記述當(dāng)不設(shè)置作為本發(fā)明特征的電動機常數(shù)等同計算單元11時(電動機常數(shù)的設(shè)定值為R*、Ld*、Lq*、Ke*)的控制特性。
圖2、圖3表示在圖1的控制裝置中，當(dāng)存在電動機常數(shù)的設(shè)定誤差時的電流階躍響應(yīng)特性。
圖2是永久磁鐵同步電動機1在d軸和q軸的電感值Ld、Lq和在矢量控制計算單元12中設(shè)定的設(shè)定值Ld*、Lq*一致時(Ld*＝Ld，Lq*＝Lq)的特性。
當(dāng)電動機以一定速度運轉(zhuǎn)時，可知當(dāng)在時間為0.1[s]的A點，以虛線所示的方式使q軸電流指令值Iq*發(fā)生階躍變化時，q軸的電流檢測值Iqc以1.6[ms]的響應(yīng)時間，沒有過沖地快速跟蹤。
另一方面，在表示當(dāng)電動機的電感值Ld、Lq和設(shè)定值Ld*、Lq*不一致時(Ld*＝0.5×Ld，Lq*＝0.5×Lq)的特性的圖3中，可知對指令值Iq*，q軸電流檢測值Iqc的跟蹤變慢，同時還發(fā)生過沖。
即，當(dāng)存在電動機常數(shù)的設(shè)定誤差時，對電流指令值的跟蹤特性惡化，與此相隨產(chǎn)生關(guān)于轉(zhuǎn)矩響應(yīng)、轉(zhuǎn)矩精度惡化的問題。
下面，說明利用了永久磁鐵同步電動機1的有效功率和無效功率的“電動機常數(shù)的等同原理”。
當(dāng)使用電動機電流Id、Iq和電動機常數(shù)表示加在永久磁鐵同步電動機1的d軸和q軸上的施加電壓Vd、Vq時，得到公式(3)。
VdVq=R-ω1·Lqω1·LdR·IdIq+0ω1·Ke---(3)]]>首先，說明著眼于有效功率P的“電阻R的等同原理”。
永久磁鐵同步電動機1的有效功率P能夠用公式(4)表示。
P＝Vd·Id+Vq·Iq (4)這里，通過公式(3)、(4)，得到公式(5)。
P＝(R·Id-ω1·Lq·Iq)·Id+(R·Iq+ω1·Ld·Id+ω1·Ke)·Iq＝R·(Id2+Iq2)+ω1·Iq·(Ke+(Ld-Lq)·Id) (5)另外，當(dāng)令在控制側(cè)計算出的有效功率為Pc時，得到公式(6)。
Pc＝Vdc*·Idc+Vqc*·Iqc (6)當(dāng)使電動機軸和控制軸一致(有效功率P和有效功率計算值Pc一致)，在公式(5)中，使電動機電流Id、Iq為電流檢測值Idc、Iqc，電動機頻率ω1為頻率計算值ω1*時，得到公式(7)。
Pc=R·(Idc2+Iqc2)+ω1*·Iqc·(Ke+(Ld-Lq)·Idc)---(7)]]>在公式(7)中，如果頻率計算值ω1*在“零”附近，則得到公式(8)。
Pc[ω1*≈0]=R·(Idc2+Iqc2)---(8)]]>其中，在設(shè)置了將第一d軸電流指令值Id*設(shè)定在“零”以及“正”或“負”這2個區(qū)段上的區(qū)間時，令在各個區(qū)段中發(fā)生的有效功率為Pc[Idc＝0]、Pc[Idc≠0]，進行公式(9)的計算，[公式9]Pc[Idc≠0]-Pc[Idc＝0]＝R·Idc2(9)由公式(10)，能夠計算電阻R的等同值R^。
R^=Pc[Idc>0]-Pc[Idc=0]Idc2---(10)]]>下面，說明著眼于無效功率Q的“d軸和q軸的電感Ld、Lq和感應(yīng)電壓系數(shù)Ke的等同原理”。
永久磁鐵同步電動機1的無效功率Q能夠用公式(11)表示。
Q＝Vd·Iq+Vq·Id(11)這里，通過公式(3)、(11)，得到公式(12)。
Q＝(R·Id-ω1·Lq·Iq)·Iq-(R·Iq+ω1·Ld·Id+ω1·Ke)·Id＝-ω1·(Lq+Iq2+Ld·Id2+Ke·Id) (12)另外，當(dāng)令在控制側(cè)計算的無效功率為Qc時，得到公式(13)。
Qc＝Vdc*·Iqc-Vqc*·Idc (13)這里，當(dāng)使電動機軸和控制軸一致，在公式(12)中，使電動機電流Id、Iq為電流檢測值Idc、Iqc，電動機頻率ω1為頻率計算值ω1*時，得到公式(14)。
Qc＝-ω1*·(Lq·Iqc2+Ld·Idc2+Ke·Idc) (14)在公式(14)中，可知在無效功率計算值Qc中包含著電動機常數(shù)的d軸和q軸電感Ld、Lq及感應(yīng)電壓系數(shù)Ke。
第一，說明“q軸電感Lq的等同原理”。
當(dāng)在圖1中的d軸電流指令設(shè)定單元7中，將d軸電流指令值Id*設(shè)定為“零”，這時，令由功率計算單元10計算的無效功率計算值Qc為Qc[Idc＝0]時，得到公式(15)。
Qc[Idc=0]=-ω1*·(Lq·Idc2)---(15)]]>能夠用公式(16)計算q軸電感Lq的等同值Lq^。
Lq^=|Qc[Idc=0]|ω1*·Iqc2---(16)]]>第二，我們說明“感應(yīng)電壓系數(shù)Ke的等同原理”。
在設(shè)置了將第一d軸電流指令值Id*設(shè)定在“正”和“負”這2個區(qū)段上的區(qū)間的情況下，當(dāng)使用在各個區(qū)間中計算得到的無效功率計算值Qc[Idc＞0]、Qc[Idc＜0]，進行公式(17)的計算時，[公式17]Qc[Idc＞0]-Qc[Idc＜0]＝-2·ω1*·Ke·|Idc| (17)可由公式(18)，計算感應(yīng)電壓系數(shù)Ke的等同值Ke^。
Ke^=|Qc[Idc>0]-Qc[Idc<0]|2·ω1*·|Idc|---(18)]]>第三，說明“d軸電感Ld的等同原理”。這次，使用無效功率計算值Qc[Idc＞0]、Qc[Idc＜0]，進行公式(19)的計算，[公式19]Qc[Idc>0]+Qc[Idc<0]=-2·ω1*·(Ld·Idc2+Lq·Iqc2)---(19)]]>這里，由公式(15)和公式(19)，得到公式(20)。
Qc[Idc>0]+Qc[Idc<0]+2·Qc[Idc=0]=-2·ω1*·Ld·Idc2---(20)]]>可由公式(21)計算d軸電感Ld的等同值Ld^。
Ld^=|Qc[Idc>0]+Qc[Idc<0]+2·Qc[Idc=0]|2·ω1*·Idc2---(21)]]>以上是關(guān)于“電動機常數(shù)的等同原理”的說明。
這里，我們使用圖1、圖4、圖5說明作為本發(fā)明特征的“電動機常數(shù)等同計算單元11的結(jié)構(gòu)”。
首先，說明作為本發(fā)明特征的在“低速度區(qū)域”的區(qū)間中實施的“電阻R的等同計算”。
在圖4中，將頻率計算值ω1*輸入到用于判斷“低速度區(qū)域”區(qū)間的信號發(fā)生單元111中。在信號發(fā)生單元111中，比較ω1*和低速度區(qū)域檢測電平(low_mod_lvl)，利用公式(22)的關(guān)系，作成判定標志(low_mod_flg)。
ω1*≥low_mod_|v|:low_mod_flg=0ω1*<low_mod_|v|:low_mod_flg=1---(22)]]>當(dāng)判定標志為“1”時，判斷為低速度區(qū)域，并進行電阻R的等同計算。
這里，低速度區(qū)域檢測電平為電動機額定轉(zhuǎn)數(shù)的百分之幾以下的值。
另外，在圖1的d軸電流指令設(shè)定單元7中，將d軸電流指令值Id*設(shè)定在“零”和“正”(或“負”)這至少2個階段上。
下面，使用圖5說明“電阻R的等同計算”的具體內(nèi)容。
將作為將d軸電流指令值Id*設(shè)定為“正”時功率計算單元10的輸出信號的有效功率計算值Pc[Idc≠0]、和作為將d軸電流指令值Id*設(shè)定為“零”時功率計算單元10的輸出信號的計算得到的Pc[Idc＝0]兩者輸入到減法單元112中，然后將它的輸出信號，與作為乘法單元113的輸出信號的d軸電流檢測值Idc的平方值一起，輸入到除法單元114。除法單元114的輸出信號成為電阻R的等同值R^。
第二，使用圖6到圖10說明在“中高速區(qū)域”的區(qū)間中實施的“d軸和q軸電感Ld、Lq和感應(yīng)電壓系數(shù)Ke的等同計算”。
將頻率計算值ω1*輸入到用于判斷“中高速區(qū)域”區(qū)間的信號發(fā)生單元115中。在信號發(fā)生單元115中，比較ω1*和中高速區(qū)域檢測電平(high_mod_lvl)，使用公式(23)的關(guān)系，作成判定標志(high_mod_flg)。

ω1*≥high_mod_|v|:low_mod_flg=1ω1*<high_mod_|v|:low_mod_flg=0---(23)]]>當(dāng)判定標志為“1”時，判斷為“中高速區(qū)域”區(qū)間，并進行“電感值和感應(yīng)電壓系數(shù)”的等同計算。這里，中高速區(qū)域檢測電平為電動機額定轉(zhuǎn)數(shù)的約百分之十以上的值。
圖7表示第一d軸電流指令值Id*的設(shè)定模式和3個(Ld、Lq、Ke)等同區(qū)間的關(guān)系。
在Idc為“零”區(qū)間(A區(qū)間)中，等同q軸電感Lq，其次，在Idc為“正”和“負”區(qū)間(B區(qū)間)中，等同d軸電感Ld和感應(yīng)電壓系數(shù)Ke。
下面使用圖8～圖10來進行說明。
首先，使用圖8說明“q軸電感Lq的等同計算”。
將d軸電流檢測值Idc輸入到乘法單元116，輸出Idc的平方值。將頻率計算值ω1*和乘法單元116的輸出信號輸入到乘法單元117。
將作為將d軸電流指令值Id*設(shè)定為“零”時功率計算單元10的輸出信號的Qc[Idc＝0]和乘法單元117的輸出信號輸入到除法單元118中。
除法單元118的輸出信號成為q軸電感Lq的等同值Lq^。
第二，使用圖9說明“感應(yīng)電壓系數(shù)Ke的等同計算”。
將作為將d軸電流指令值Id*設(shè)定為“正”時功率計算單元10的輸出的無效功率Qc[Idc＞0]、和作為將d軸電流指令值Id*設(shè)定為“負”時功率計算單元10的輸出的Qc[Idc＜0]輸入到減法單元119，然后將它的輸出信號輸入到絕對值計算單元1110中。
另外，將d軸電流檢測值Idc和頻率計算值ω1*輸入到乘法單元1111中，然后將它的輸出信號乘以作為常數(shù)值的“2”，與前面的絕對值計算單元1110的輸出信號一起，輸入到除法單元1113中。
除法單元1113的輸出信號成為感應(yīng)電壓系數(shù)Ke的等同值Ke^。
第三，使用圖10說明“d軸電感Ld的等同計算”。將作為將d軸電流指令值Id*設(shè)定為“正”時功率計算單元10的輸出的無效功率Pc[Idc＞0]、作為將d軸電流指令值Id*設(shè)定為“負”時功率計算單元10的輸出的Pc[Idc＜0]、和在作為將d軸電流指令值Id*設(shè)定為“零”時的功率計算單元10的輸出的Pc[Idc＝0]上乘以作為常數(shù)值1115的“2”得到的值這三個值輸入到減法單元1114。然后將它的輸出信號輸入到絕對值計算單元1116。
另外，將d軸電流檢測值Idc輸入到乘法單元1117，輸出Idc的平方值。將頻率計算值ω1*和乘法單元1117的輸出信號輸入到乘法單元1118。將它的輸出信號乘以作為常數(shù)值1119的“2”，與前面的絕對值計算單元1116的輸出信號一起，輸入到除法單元1120中。
除法單元1120的輸出信號成為d軸電感Ld的等同值Ld^。
這里，通過在矢量控制計算單元12中，使用通過計算求得的永久磁鐵同步電動機1的等同值，計算公式(24)所示的電壓指令值Vdc*、Vqc*，控制功率變換器的電壓指令值Vu*、Vv*、Vw*，從而能夠提供在緊臨實際運轉(zhuǎn)之前和實際運轉(zhuǎn)中，實現(xiàn)高精度、高響應(yīng)的轉(zhuǎn)矩控制的永久磁鐵同步電動機的矢量控制裝置。
Vdc*Vqc*=R^-ω1*·Lq^ω1*·Ld^R^·Id**Iq**+0ω1*·Ke^---(24)]]>[第2實施例]在第1實施例中，是使用電動機常數(shù)等同計算單元11的輸出值(R^、Ld^、Lq^、Ke^)，來設(shè)定矢量控制計算單元12的電動機常數(shù)的方式，但是也可以應(yīng)用于使用11的輸出值修正第二d軸和q軸電流指令計算單元8a、9a的控制增益中。
圖11表示該實施例。在圖11中，1～7、10～13、21與圖1相同。
如公式(25)所示，如果使用等同后的電動機常數(shù)(R^，Ld^，Lq^)，修正電流指令計算單元8a、9a的控制增益(Kp_d，Ki_d，Kp_q，Ki_q)，則能夠?qū)崿F(xiàn)高精度，高響應(yīng)的轉(zhuǎn)矩控制系統(tǒng)。
Kp_d=ωc_acr·Ld^R^,Ki_d=ωc_acrKp_q=ωc_acr·Lq^R^,Ki_q=ωc_acr---(25)]]>
這里，Kp_d第二d軸電流指令計算用的比例增益，Ki_d積分增益，Kp_q第二q軸電流指令計算用的比例增益，Ki_q積分增益，ωc_acr電流控制響應(yīng)角頻率[rad/s]。
圖12表示本發(fā)明的其它實施例。本實施例是使用從前級給予的電流指令值和電流檢測值的偏差，校正矢量控制計算的輸出值Vdc*、Vqc*的永久磁鐵同步電動機的矢量控制裝置。
在圖12中，1～7、10、11、13、21與圖1相同。8b是計算d軸的校正電壓ΔVd以使d軸電流指令值Id*和d軸電流檢測值Idc一致的d軸電流控制計算單元，9b是計算q軸的校正電壓ΔVq以使q軸電流指令值Iq*和q軸電流檢測值Iqc一致的q軸電流控制計算單元，12′是使用d軸和q軸的電流指令值Id*、Iq*、頻率計算值ω1*和電動機常數(shù)等同計算單元11的輸出值(R^、Ld^、Lq^、Ke^)，來輸出電壓指令值Vdc*、Vqc*的矢量控制計算單元。
與前面的實施例中所示的圖1的不同點是在于在d軸和q軸的電流控制計算單元8b、9b中，計算電壓校正值ΔVd、ΔVq，以使電流檢測值Idc、Iqc與從上位給予的電流指令值Id*、Iq*一致的方式。
另外在矢量控制計算單元12′中，使用電流指令值Id*、Iq*、頻率指令值ω1*和電動機常數(shù)的等同值來計算公式(26)所示的電壓指令基準值Vdc*、Vqc*，[公式26]Vdc*Vqc*=R^-ω1*·Lq^ω1*·Ld^R^·Id*Iq*+0ω1*·Ke^---(26)]]>如公式(27)所示，計算功率變換器的電壓指令值Vdc*′、Vqc*′。
Vdc*′Vqc*′=Vdc*Vqc*+ΔVdΔVq---(27)]]>可以明了的是即便在這種矢量控制計算中，也與上述實施例同樣地操作，得到同樣的效果。

在第3實施例中，是使用電動機常數(shù)等同計算單元11的輸出值(R^、Ld^、Lq^、Ke^)來設(shè)定矢量控制計算單元12′的電動機常數(shù)的方式，但是也能夠應(yīng)用于使用11的輸出值來修正d軸和q軸的電流指令計算單元8c、9c的控制增益。
圖13表示該實施例。在圖13中，1～7、10、11、12′、13、21與圖12相同。
如公式(28)所示，如果使用等同后的電動機常數(shù)(R^、Ld^、Lq^)來修正電流指令計算單元8c、9c的控制增益(Kp_d1，Ki_d1，Kp_q1，Ki_q1)，則能夠?qū)崿F(xiàn)高精度，高響應(yīng)的轉(zhuǎn)矩控制系統(tǒng)。
Kp_d1=ωc_acr·Ld^,Ki_d1=ωc_acr·R^Kp_q1=ωc_acr·Lq^,Ki_q1=ωc_acr·R^---(28)]]>這里，Kp_d1d軸電流控制計算用的比例增益，Ki_d1積分增益，Kp_q1q軸電流控制計算用的比例增益，Ki_q1積分增益，ωc_acr電流控制響應(yīng)角頻率[rad/s]。
在第1實施例中，是使用高價的電流檢測器3檢測三相交流電流Iu～Iw的方式，但是也能夠應(yīng)用于使用廉價的電流檢測器進行電流檢測的控制裝置。
圖14表示本實施例。在圖14中，1、2、4～13、21與圖1相同。14是根據(jù)流過功率變換器的輸入母線的直流電流IDC，推定流過永久磁鐵同步電動機1的三相交流電流Iu、Iv、Iw的電流再現(xiàn)單元。
使用該推定電流值Iu^、Iv^、Iw^，在坐標變換單元6中，計算d軸和q軸電流檢測值Idc、Iqc?？擅髁说氖羌幢阍谶@種沒有電流傳感器的系統(tǒng)中也能夠一面實現(xiàn)廉價，一面與上述實施例同樣地操作，得到同樣的效果。
另外，可以明了的是即便應(yīng)用于第2、第3、第4實施例，也能夠一面實現(xiàn)廉價，一面與上述實施例同樣地操作，得到同樣的效果。
用圖15說明將本發(fā)明應(yīng)用于模塊的例子。本實施例表示第6實施例的實施方式。
這里，使用單芯片微處理器(日語1チツプマイコン)構(gòu)成頻率計算單元5、座標變換單元6、d軸電流指令設(shè)定單元7、d軸電流指令計算單元8、q軸電流指令計算單元9、功率計算單元10、電動機常數(shù)等同計算單元11、矢量控制計算單元12，坐標變換單元13。
另外，上述單芯片微處理器和功率變換器成為內(nèi)置于在同一基板上構(gòu)成的1個模塊內(nèi)的形態(tài)。這里所謂的模塊指的是“標準化的結(jié)構(gòu)單位”的意思，由可以分離的硬件/軟件的部件構(gòu)成。另外，在制造上，優(yōu)選在同一基板上被構(gòu)成，但是并不限定于同一基板。因此，也可以構(gòu)成在內(nèi)藏于同一框體中的多個電路基板上。即便在其它的實施例中也能夠采取同樣的方式結(jié)構(gòu)。
在此前的實施例中，由電動機常數(shù)等同計算單元11計算電動機常數(shù)，然后等同矢量控制計算單元的電動機常數(shù)，但是也可以考慮由電動機常數(shù)等同計算單元11計算電動機常數(shù)，并將它們顯示出來。
由此，能夠使永久磁鐵電動機的特性變化可視化。另外，通過可視化能夠識別永久磁鐵電動機的惡化程度。而且，也實現(xiàn)了當(dāng)發(fā)生某種程度的惡化時知曉交換電動機時期這樣的效果。
權(quán)利要求
1.一種永久磁鐵同步電動機的矢量控制裝置，根據(jù)d軸和q軸的電流指令值和電流檢測值、頻率計算值和電動機常數(shù)的設(shè)定值，對功率變換器的輸出電壓值進行控制，其特征在于使用頻率計算值、電流檢測值以及根據(jù)上述功率變換器的輸出電壓值和電流檢測值求得的有效功率或無效功率，來等同上述電動機常數(shù)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的永久磁鐵同步電動機的矢量控制裝置，其特征在于在低速區(qū)域中，設(shè)置將d軸電流指令值設(shè)定在“正”或“負”以及“零”這至少2個階段上的區(qū)間，從d軸電流指令值在“正”或“負”區(qū)間上的有效功率中減去在“零”區(qū)間上的有效功率，通過用“正”或“負”的d軸電流檢測值的平方值除該相減值，來等同上述電動機的電阻值。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的永久磁鐵同步電動機的矢量控制裝置，其特征在于在中高速區(qū)域中，將d軸電流指令值設(shè)定為“零”，通過用頻率計算值與q軸電流檢測值的平方值相乘所得的相乘值除無效功率的絕對值，來等同上述電動機的q值電感值。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的永久磁鐵同步電動機的矢量控制裝置，其特征在于在中高速區(qū)域中，設(shè)置將d軸電流指令值設(shè)定在“正”和“負”這至少2個階段上的區(qū)間，并且從d軸電流指令值在“正”區(qū)間上的無效功率中減去在“負”區(qū)間上的無效功率，通過用頻率計算值和d軸電流檢測值相乘所得的相乘值的2倍除該相減值的絕對值，來等同電動機的感應(yīng)電壓系數(shù)值。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的永久磁鐵同步電動機的矢量控制裝置，其特征在于在中高速區(qū)域中，設(shè)置將d軸電流指令值設(shè)定在“正”、“負”和“零”這至少3個階段上的區(qū)間；將d軸電流指令值在“正”區(qū)間上的無效功率的絕對值、在“負”區(qū)間上的無效功率的絕對值和在“零”區(qū)間上的無效功率的絕對值的2倍值相加起來，通過用將頻率計算值與d軸電流檢測值的平方值相乘所得的相乘值的2倍值除該相加值，來等同電動機的d軸電感值。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的永久磁鐵同步電動機的矢量控制裝置，其特征在于功率變換器的輸出電壓值是根據(jù)基于d軸和q軸的電流指令值和電流檢測值計算得到的第2電流指令值、電動機常數(shù)和頻率計算值計算出來的。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的永久磁鐵同步電動機的矢量控制裝置，其特征在于功率變換器的輸出電壓值是使用第一d軸和q軸的電流指令值、頻率計算值和電動機常數(shù)而計算得到的矢量控制計算單元的輸出值與以跟蹤上述第一電流指令值的方式控制電動機的電流檢測值的電流控制計算單元的輸出值相加的相加值。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的永久磁鐵同步電動機的矢量控制裝置，其特征在于使用由等同計算所得到的電動機常數(shù)，修正在功率變換器的輸出電壓值的計算中所使用的電動機常數(shù)的設(shè)定值。
9.根據(jù)權(quán)利要求6所述的永久磁鐵同步電動機的矢量控制裝置，其特征在于使用由等同計算得到的電動機常數(shù)，來修正用于計算第2電流指令值的控制增益。
10.根據(jù)權(quán)利要求7所述的永久磁鐵同步電動機的矢量控制裝置，其特征在于使用由等同計算得到的電動機常數(shù)，來修正用于計算電流控制計算單元的輸出值的控制增益。
11.根據(jù)權(quán)利要求1所述的永久磁鐵同步電動機的矢量控制裝置，其特征在于上述電流檢測值是利用功率變換器的輸入母線直流電流檢測值來再現(xiàn)電動機電流的電流值。
12.一種變換器模塊，具有根據(jù)d軸和q軸的電流指令值和電流檢測值、頻率計算值和電動機常數(shù)的設(shè)定值，來控制功率變換器的輸出電壓值的永久磁鐵同步電動機的矢量控制裝置；以及上述功率變換器，其特征在于使用頻率計算值、電流檢測值和根據(jù)上述功率變換器的輸出電壓值和電流檢測值求得的有效功率或無效功率，來等同上述電動機常數(shù)。
13.一種永久磁鐵同步電動機常數(shù)顯示系統(tǒng)，具有根據(jù)d軸和q軸的電流指令值和電流檢測值、頻率計算值和電動機常數(shù)的設(shè)定值，來控制功率變換器的輸出電壓值的永久磁鐵同步電動機的控制裝置；以及顯示裝置，其特征在于還具有電動機常數(shù)計算單元，使用頻率計算值、電流檢測值和根據(jù)上述功率變換器的輸出電壓值和電流檢測值求得的有效功率或無效功率，來求得電動機常數(shù)，在顯示裝置上顯示出上述電動機常數(shù)。
全文摘要
本發(fā)明的課題是在永久磁鐵同步電動機的矢量控制方式中，在緊臨實際運轉(zhuǎn)之前和實際運轉(zhuǎn)中，等同電動機常數(shù)。本發(fā)明的特征是在根據(jù)d軸和q軸的電流指令值和電流檢測值、頻率計算值和電動機常數(shù)的設(shè)定值，控制功率變換器的輸出電壓值的永久磁鐵同步電動機的矢量控制裝置中，使用從上述功率變換器的輸出電壓值和電流檢測值求得的有效功率或無效功率、頻率計算值和電流檢測值，來等同上述電動機常數(shù)。
文檔編號H02P21/14GK1976212SQ200610163618
公開日2007年6月6日 申請日期2006年12月1日 優(yōu)先權(quán)日2005年12月2日
發(fā)明者戶張和明, 遠藤常博 申請人:株式會社日立制作所