專利名稱：電動(dòng)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(dòng)機(jī)參數(shù)變動(dòng)的影響而進(jìn)行高效的電動(dòng)機(jī)控制的電動(dòng)機(jī) 控制裝置。
背景技術(shù)：
作為高效地驅(qū)動(dòng)具有磁凸極性的電動(dòng)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(duì)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(guò)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(guò)(3)式求出。
例如，日本公開(kāi)公報(bào)特開(kāi)2003-259680號(hào)中公開(kāi)有下述技術(shù)。在電動(dòng)機(jī)的電流指 令值由Is給予時(shí)，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(duì)每個(gè)軸電流進(jìn)行電流控制。另外，在q軸電流指令值由、給予時(shí)，代入 (3)式將d軸電流指令值作為id來(lái)求出，對(duì)每個(gè)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(dòng)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(lái)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(kāi)公報(bào)特開(kāi)2000-209886號(hào)中公開(kāi)有以下技術(shù)，使用對(duì)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(shí)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(zhǎng)時(shí)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(dòng)，則電流也發(fā)生變動(dòng)，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(dòng)機(jī)控制裝置以及其控制方法，使電動(dòng)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(shí)，不受 電動(dòng)機(jī)參數(shù)變動(dòng)的影響。根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施方式，電動(dòng)機(jī)控制裝置不使用電動(dòng)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(dòng)機(jī)的產(chǎn)生轉(zhuǎn)矩、電動(dòng)機(jī)電 流或功率損失的變動(dòng)量生成電流相位角。根據(jù)本發(fā)明的另一個(gè)實(shí)施方式，電動(dòng)機(jī)控制裝置具備使用根據(jù)指令電壓與電動(dòng) 機(jī)電流運(yùn)算的電動(dòng)機(jī)功率來(lái)運(yùn)算轉(zhuǎn)矩變動(dòng)量的轉(zhuǎn)矩變動(dòng)量運(yùn)算器；及根據(jù)轉(zhuǎn)矩變動(dòng)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(cè)信號(hào)。根據(jù)本發(fā)明的其他另一個(gè)實(shí)施方式，電動(dòng)機(jī)控制裝置具備運(yùn)算電動(dòng)機(jī)的電流變 動(dòng)量的電流變動(dòng)量運(yùn)算器；及根據(jù)電流變動(dòng)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(gè)實(shí)施方式，電動(dòng)機(jī)控制裝置具備使用根據(jù)指令電壓與 電動(dòng)機(jī)電流運(yùn)算的電動(dòng)機(jī)功率來(lái)運(yùn)算功率損失變動(dòng)量的功率損失變動(dòng)量運(yùn)算器；及根據(jù)功 率損失變動(dòng)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(cè)信 號(hào)。根據(jù)一個(gè)實(shí)施方案，電動(dòng)機(jī)控制裝置的控制方法使用電動(dòng)機(jī)功率及交流探測(cè)信號(hào) 運(yùn)算轉(zhuǎn)矩變動(dòng)量，使轉(zhuǎn)矩變動(dòng)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(cè)信號(hào)來(lái)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(gè)實(shí)施方案，電動(dòng)機(jī)控制裝置的控制方法使電動(dòng)機(jī)電流的變動(dòng)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(gè)實(shí)施方案，電動(dòng)機(jī)控制裝置的控制方法使用電動(dòng)機(jī)功率及交流探 測(cè)信號(hào)運(yùn)算功率損失變動(dòng)量，使功率損失變動(dòng)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(cè)信號(hào)來(lái)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(guò)參照附圖并考慮以下的詳細(xì)說(shuō)明，可以更加容易地理解并得到該發(fā)明的更優(yōu) 秀的評(píng)價(jià)與多的付隨利益。圖1是第1實(shí)施方式所涉及的電動(dòng)機(jī)控制裝置I的框圖。圖2是說(shuō)明第1實(shí)施方式所涉及的轉(zhuǎn)矩變動(dòng)量運(yùn)算器的圖。圖3是第2實(shí)施方式所涉及的電動(dòng)機(jī)控制裝置J的框圖。圖4是說(shuō)明第2實(shí)施方式所涉及的電流變動(dòng)量運(yùn)算器的圖。圖5是第3實(shí)施方式所涉及的電動(dòng)機(jī)控制裝置K的框圖。圖6是說(shuō)明第3實(shí)施方式所涉及的電流變動(dòng)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(dòng)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(dòng)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(dòng)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(duì)本發(fā)明的實(shí)施方式進(jìn)行說(shuō)明。在各圖中，對(duì)同樣的構(gòu)成要素標(biāo)注 相同的符號(hào)。圖1是本發(fā)明的第1實(shí)施方式所涉及的電動(dòng)機(jī)控制裝置I的框圖。電動(dòng)機(jī)控制裝置I具備作為負(fù)荷的電動(dòng)機(jī)101 ；檢測(cè)流通于電動(dòng)機(jī)101的相電流 的電流檢測(cè)器102 ；及檢測(cè)電動(dòng)機(jī)101位置的位置檢測(cè)器103。而且，電動(dòng)機(jī)控制裝置I具備向電動(dòng)機(jī)101外加后述的電壓指令(vdref^qref) 的變頻器部104 ；及將檢測(cè)出的相電流向電動(dòng)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(dòng)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(cè)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(dòng)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(dòng)量S T的轉(zhuǎn)矩變動(dòng)量運(yùn)算器110。而且，電動(dòng)機(jī)控制裝置I具備根據(jù)轉(zhuǎn)矩變動(dòng)量δ T來(lái)生成相位角θ avg的相位角 生成器111與輸出探測(cè)信號(hào)Sincoht的信號(hào)發(fā)生器112 ；使探測(cè)信號(hào)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(guò)以下而實(shí)現(xiàn)在電流相位角θ (以下也簡(jiǎn)稱為相 位角θ )疊加交流探測(cè)信號(hào)，用使對(duì)應(yīng)于電流振幅的相位角θ的偏微分成零的相位角來(lái)控 制產(chǎn)生相同轉(zhuǎn)矩T的條件下的電流矢量。另外，通過(guò)根據(jù)該相位角θ將電流矢量向d軸與 q軸分配來(lái)進(jìn)行電流控制，從而用最小電流對(duì)產(chǎn)生的轉(zhuǎn)矩進(jìn)行控制。換言之，對(duì)相同輸出電 流成最大轉(zhuǎn)矩的工作點(diǎn)是對(duì)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(guò) 在該工作點(diǎn)進(jìn)行控制來(lái)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(shuō)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(shí)，詳細(xì)說(shuō)明怎樣利用在相位角θ疊加的探測(cè)信號(hào) sin ωht來(lái)實(shí)現(xiàn)最大轉(zhuǎn)矩控制。如果使疊加探測(cè)信號(hào)sin ht之前的相位角為θ avg，探測(cè)信號(hào)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(cè)信號(hào)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(guò)電壓ν與電流Is的內(nèi)積運(yùn)算，可以如⑶式求出電動(dòng)機(jī)功率Pe
Pe = Vdid+Vqiq... (8)
如果將電動(dòng)機(jī)電壓電流方程式即(9)式代入到⑶式，則電動(dòng)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(cāng) 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(wú)功功率，第4項(xiàng)+第5項(xiàng)
表示電動(dòng)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(dòng)機(jī)的極對(duì)數(shù)PPn，以(14)式表示電動(dòng)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(dòng)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(chéng)
PPn 9Θ(16)式表示如果可以提取δ Τ，則可以檢測(cè)出單位相位角θ的轉(zhuǎn)矩變動(dòng)量。在此，首先使用帶通濾波器(BPF)從電動(dòng)機(jī)功率&中只提取fh(= h/2Ji)的頻 率帶的信號(hào)成分。如(17)式所示，電動(dòng)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(wú)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(hào)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(lái)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(dòng)量運(yùn)算器110的控制框圖。轉(zhuǎn)矩變動(dòng)量運(yùn)算器110具備電動(dòng)機(jī)功 率運(yùn)算器201與轉(zhuǎn)矩變動(dòng)量提取器202。電動(dòng)機(jī)功率運(yùn)算器201將電壓指令值vdref、vqref與檢測(cè)電流id、iq作為輸入， 使用上述(8)式運(yùn)算電動(dòng)機(jī)功率Pe。轉(zhuǎn)矩變動(dòng)量提取器202具備提取探測(cè)信號(hào)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(hào)中乘算探測(cè)信號(hào)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(dòng)量提取器202將電動(dòng)力功率Pe與探測(cè)信號(hào)sin ω ht作為輸入，通過(guò)對(duì)應(yīng) 于上述原理說(shuō)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(dòng)量成 比例的成分S T來(lái)作為轉(zhuǎn)矩變動(dòng)量運(yùn)算器110的輸出。返回到圖1接著進(jìn)行說(shuō)明。相位角生成器111是作為可調(diào)節(jié)收斂時(shí)間的積分器而構(gòu)成的控制器，使轉(zhuǎn)矩變動(dòng) 量運(yùn)算器110輸出的轉(zhuǎn)矩變動(dòng)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(shí)間常數(shù)來(lái) 調(diào)節(jié)收斂時(shí)間。這樣，相位角生成器111在電動(dòng)機(jī)控制所需的收斂時(shí)間向單位相位角θ ayg的轉(zhuǎn)矩 變動(dòng)量成零的工作點(diǎn)確實(shí)地收斂。
8
加算器114將使探測(cè)信號(hào)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(cè)信號(hào)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(shí)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(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)。這樣，電動(dòng)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(shí)，不受電動(dòng)機(jī)參數(shù)變動(dòng)的影響的高效的電動(dòng) 機(jī)控制。圖3是第2實(shí)施方式的電動(dòng)機(jī)控制裝置J的框圖。第1實(shí)施例是對(duì)被給予的電流 指令執(zhí)行電流控制，求出此時(shí)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(duì)被 給予的速度指令實(shí)施速度控制，對(duì)維持用于對(duì)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(shí)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(dòng)機(jī)控制裝置J在第1實(shí)施方式的電動(dòng)機(jī)控 制裝置I中追加速度檢測(cè)器313、減算器314及速度控制器315，另外代替轉(zhuǎn)矩變動(dòng)量運(yùn)算 器110而具備電流變動(dòng)量運(yùn)算器310，去除信號(hào)發(fā)生器112、增益運(yùn)算器113及加算器114。 對(duì)于與第1實(shí)施方式的相同之處則省略說(shuō)明，并使用相同符號(hào)。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(hào)、輸 出信號(hào)不同。另外，信號(hào)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(dòng)量可從使用電流檢測(cè)器102而得到的檢 測(cè)電流中直接得到。速度檢測(cè)器313對(duì)通過(guò)位置檢測(cè)器103檢測(cè)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(guò)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(dòng)量運(yùn)算器310的控制框圖。電流變動(dòng)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(guò)(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(lái)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(lái)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(dòng)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(shuō)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(shí)間的積分器而
9構(gòu)成的控制器，使電流變動(dòng)量運(yùn)算器310輸出的電流變動(dòng)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(shí) 間的調(diào)節(jié)也可以根據(jù)這些控制器增益與積分時(shí)間常數(shù)來(lái)定電動(dòng)機(jī)控制所需的收斂時(shí)間。這樣，電動(dòng)機(jī)控制裝置J實(shí)現(xiàn)了不采用使用電動(dòng)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(dòng)機(jī)參數(shù)變動(dòng)的影響的高效的電 動(dòng)機(jī)控制。圖5是第3實(shí)施方式的電動(dòng)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(dòng)機(jī)控制裝置K在第1實(shí)施方式的電動(dòng) 機(jī)控制裝置I上追加有速度檢測(cè)器313、轉(zhuǎn)矩波動(dòng)補(bǔ)償器515、加算器516。省略說(shuō)明與第1 實(shí)施方式相同處，并使用了相同符號(hào)。并且，雖然功率損失變動(dòng)量運(yùn)算器510與轉(zhuǎn)矩變動(dòng)量運(yùn)算器110是相同的構(gòu)成，但 是由于轉(zhuǎn)矩波動(dòng)補(bǔ)償器515的作用而輸出信號(hào)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(hào)不同，因此是不同的符號(hào)。在第3實(shí)施方式中實(shí)現(xiàn)考慮到電動(dòng)機(jī)鐵損的最大效率控制。如果考慮電動(dòng)機(jī)鐵損Pi,則根據(jù)因銅損P。、機(jī)械輸出Pt、探測(cè)信號(hào)而變動(dòng)的機(jī)械輸 出變動(dòng)量S Pt與功率損失變動(dòng)量δρω，(10)式的電動(dòng)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(dòng)量δ Pt與在第1實(shí)施方式中說(shuō)明的轉(zhuǎn)矩變動(dòng)量成比例 (δ Pt - St)。雖然功率損失變動(dòng)量δ Pm在鐵損為零時(shí)對(duì)于δ Pt是較小值，但是在鐵損大 時(shí)，對(duì)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(dòng)機(jī)時(shí)，由于 在提取轉(zhuǎn)矩變動(dòng)量時(shí)功率損失變動(dòng)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(guò)速度求 出的轉(zhuǎn)矩變動(dòng)成為零的轉(zhuǎn)矩波動(dòng)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(dòng)量運(yùn)算器510與轉(zhuǎn)矩變動(dòng)量運(yùn) 算器110是完全相同的構(gòu)成，但是其輸出信號(hào)卻是功率損失變動(dòng)量δ pm。在第1實(shí)施方式中使(19)式表示的轉(zhuǎn)矩變動(dòng)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(dòng)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(dòng)補(bǔ)償器515的控制框圖。轉(zhuǎn)矩波動(dòng)補(bǔ)償器515具備帶通濾波器 (BPF) 501、速度波動(dòng)差分器502、符號(hào)反轉(zhuǎn)器503、轉(zhuǎn)矩波動(dòng)控制器504。帶通濾波器(BPF)501從檢測(cè)的速度ω中提取與探測(cè)信號(hào)Sincoht具有的頻率相 同的頻率成分fh。速度波動(dòng)差分器502將被保存的在上一次運(yùn)算周期中的速度波動(dòng)《h(K-l)與在 這次運(yùn)算周期中運(yùn)算的速度波動(dòng)《h(K)的差作為與轉(zhuǎn)矩波動(dòng)成比例的信號(hào)Th(K)來(lái)進(jìn)行
10運(yùn)算。符號(hào)反轉(zhuǎn)器503使與轉(zhuǎn)矩波動(dòng)成比例的信號(hào)Th⑷的符號(hào)反轉(zhuǎn)。轉(zhuǎn)矩波動(dòng)控制器504是作為可調(diào)節(jié)收斂時(shí)間的積分器而構(gòu)成的控制器。該控制器 使與轉(zhuǎn)矩波動(dòng)成比例的信號(hào)Th(K)成零地進(jìn)行控制，輸出轉(zhuǎn)矩波動(dòng)補(bǔ)償電流Ish。并且，轉(zhuǎn) 矩波動(dòng)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(shí) 間常數(shù)來(lái)調(diào)節(jié)收斂時(shí)間。返回到圖5接著進(jìn)行說(shuō)明。加算器516在電流指令值Isref上加算轉(zhuǎn)矩波動(dòng)補(bǔ)償器515輸出的轉(zhuǎn)矩波動(dòng)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(shí)間的積分器而構(gòu)成的控制器。該控制器 使功率損失變動(dòng)量運(yùn)算器510輸出的功率損失變動(dòng)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(shí)間常數(shù)來(lái)調(diào)節(jié)收斂時(shí)間。這樣，相位角生成器511在電動(dòng)機(jī)控制所需的收斂時(shí)間向單位相位角θ avg的功率 損失變動(dòng)量成零的工作點(diǎn)確實(shí)地收斂。加算器114將使探測(cè)信號(hào)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(dòng)機(jī)控制裝置K實(shí)現(xiàn)了在不采用使用電動(dòng)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(dòng)機(jī)參 數(shù)變動(dòng)影響的高效的電動(dòng)機(jī)控制。圖7是表示第4實(shí)施方式所涉及的電動(dòng)機(jī)控制裝置I控制方法的流程圖。按順序 說(shuō)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(guò)規(guī)定時(shí)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(dòng)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(guò)變頻器部104輸出到電動(dòng)
機(jī)101。電動(dòng)機(jī)電流id、使用對(duì)由電流檢測(cè)器102檢測(cè)出的電動(dòng)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(dòng)機(jī)電 流id、、來(lái)運(yùn)算電動(dòng)機(jī)功率IV其次，在步驟ST4中，使用電動(dòng)機(jī)功率Pe及在步驟ST6中說(shuō)明的交流信號(hào)來(lái)運(yùn)算 轉(zhuǎn)矩變動(dòng)量δΤ。該步驟由從電動(dòng)機(jī)功率Pe中提取在步驟ST6中說(shuō)明的交流信號(hào)具有的 頻率成分的步驟；在該提取信號(hào)上乘算所述交流信號(hào)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(dòng)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(dòng)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(hào)而作為相位角指
并且，由于在第1實(shí)施方式中詳細(xì)說(shuō)明了上述動(dòng)作，因此在此省略其說(shuō)明。由于這樣實(shí)施本發(fā)明第4實(shí)施方式的電動(dòng)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(dòng)機(jī)控制裝置J控制方法的流程圖。按順序 說(shuō)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(dòng)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(guò)規(guī)定時(shí)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(dòng)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(guò)變頻器部104輸出到電動(dòng)
機(jī)101。電動(dòng)機(jī)電流id、使用對(duì)由電流檢測(cè)器102檢測(cè)出的電動(dòng)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(dòng)量運(yùn)算器310使用在步驟ST3中運(yùn)算的電動(dòng)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(lái)運(yùn)算電動(dòng)機(jī)電流的變動(dòng)量8ls。 該步驟由算出電動(dòng)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(dòng)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(dòng)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(shuō)明了上述動(dòng)作，因此在此省略其說(shuō)明。由于這樣實(shí)施本發(fā)明第5實(shí)施方式的電動(dòng)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(dòng)機(jī)控制裝置K控制方法的流程圖。按順序 說(shuō)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(guò)規(guī)定時(shí)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(dòng)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(guò)變頻器部104輸出到電動(dòng)
機(jī)101。電動(dòng)機(jī)電流id、使用對(duì)由電流檢測(cè)器102檢測(cè)出的電動(dòng)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(dòng)機(jī)電 流id、、來(lái)運(yùn)算電動(dòng)機(jī)功率IV其次，在步驟ST4中，使用電動(dòng)機(jī)功率Pe及在步驟ST6中說(shuō)明的交流信號(hào)來(lái)運(yùn)算 功率損失變動(dòng)量SPm。該步驟由從電動(dòng)機(jī)功率Pe中提取在步驟ST6中說(shuō)明的交流信號(hào)具 有的頻率成分的步驟；在該提取信號(hào)中乘算所述交流信號(hào)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(dòng)量運(yùn)算器510進(jìn)行步驟ST3及ST4。
12
其次，在步驟ST5中，相位角生成器511使功率損失變動(dòng)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(hào)而作為相位角指 令值Θ μ。其次，在步驟ST7中，轉(zhuǎn)矩波動(dòng)補(bǔ)償器515通過(guò)速度ω運(yùn)算轉(zhuǎn)矩波動(dòng)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(dòng)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(shuō)明了上述動(dòng)作，因此在此省略其說(shuō)明。由于這樣實(shí)施本發(fā)明第6實(shí)施方式的電動(dòng)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(dòng)機(jī)功率運(yùn)算器201，在具有電壓傳感器時(shí)也可以使用檢測(cè)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(dòng)機(jī)的相電壓與相電流來(lái)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(cè)器313也可以是使用電壓指令、電流檢測(cè)等 并根據(jù)電動(dòng)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(guò) 具體說(shuō)明的方法之外的方法來(lái)實(shí)施本發(fā)明。
1權(quán)利要求
一種電動(dòng)機(jī)控制裝置，其特征在于，具備輸出指令電壓來(lái)驅(qū)動(dòng)電動(dòng)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(dòng)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(dòng)機(jī)電流運(yùn)算電動(dòng)機(jī)功率，使用該電動(dòng)機(jī)功率運(yùn)算轉(zhuǎn)矩變動(dòng)量的轉(zhuǎn)矩變動(dòng)量運(yùn)算器；及根據(jù)所述轉(zhuǎn)矩變動(dòng)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(hào)后的值。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電動(dòng)機(jī)控制裝置，其特征在于，所述轉(zhuǎn)矩變動(dòng)量運(yùn)算器具備 從所述電動(dòng)機(jī)功率中提取所述交流信號(hào)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(hào)中乘算所述交流信號(hào)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(dòng)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(dòng)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(dòng)機(jī)控制裝置，其特征在于，利用所述電動(dòng)機(jī)功率的機(jī)械輸出的所述交流信號(hào)所具有的頻率成分的振幅來(lái)算出所 述轉(zhuǎn)矩變動(dòng)量。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電動(dòng)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(dòng)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(duì)每個(gè)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(dòng)機(jī)控制裝置，其特征在于，具備 輸出指令電壓來(lái)驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)的變頻器部；使被給予的指令速度與所述電動(dòng)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(dòng)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(dòng)機(jī)電流的變動(dòng)量的電流變動(dòng)量運(yùn)算器； 及根據(jù)所述電流變動(dòng)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(dòng)機(jī)控制裝置，其特征在于，所述電流變動(dòng)量運(yùn)算器具備 用所述電動(dòng)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(dòng)機(jī)控制裝置，其特征在于，所述相位角生成器使所述電動(dòng)機(jī)電流的變動(dòng)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(dòng)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(dòng)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(duì)每個(gè)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(dòng)機(jī)控制裝置，其特征在于，具備 輸出指令電壓來(lái)驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)的變頻器部；使用所述電動(dòng)機(jī)的速度運(yùn)算轉(zhuǎn)矩波動(dòng)補(bǔ)償電流值的轉(zhuǎn)矩波動(dòng)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(dòng)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(dòng)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(dòng)機(jī)電流運(yùn)算電動(dòng)機(jī)功率，使用該電動(dòng)機(jī)功率運(yùn)算功率損 失變動(dòng)量的功率損失變動(dòng)量運(yùn)算器；及根據(jù)所述功率損失變動(dòng)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(hào)后的值。
11.根據(jù)權(quán)利要求10所述的電動(dòng)機(jī)控制裝置，其特征在于，所述功率損失變動(dòng)量運(yùn)算 器具備從所述電動(dòng)機(jī)功率中提取所述交流信號(hào)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(hào)中乘算所述交流信號(hào)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(dòng)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(dòng)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(dòng)機(jī)控制裝置，其特征在于，使用在所述電動(dòng)機(jī)功率的功率損失中所述交流信號(hào)具有的頻率成分的振幅來(lái)算出所 述功率損失變動(dòng)量。
14.根據(jù)權(quán)利要求10所述的電動(dòng)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(dòng)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(duì)每個(gè)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(dòng)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(dòng)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(dòng)機(jī)電流運(yùn)算電動(dòng)機(jī)功率，使用電動(dòng)機(jī)功率運(yùn)算轉(zhuǎn)矩變動(dòng)量的轉(zhuǎn)矩變動(dòng)量運(yùn)算器；及根據(jù)轉(zhuǎn)矩變動(dòng)量生成相位角的相位角生成器。
文檔編號(hào)H02P23/14GK101902196SQ20101017279
公開(kāi)日2010年12月1日 申請(qǐng)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(qǐng)人:株式會(huì)社安川電機(jī);金成旻;薛承基