專利名稱：交流電動機的速度控制裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種交流電動機的速度控制裝置。
背景技術(shù)：
在專利文獻I中記載了下述技術(shù)，即，在交流電動機的速度控制裝置中，在將q軸電壓成分從q軸電流控制器向q軸電壓限制器輸出的情況下，使q軸電壓限制器的輸入輸出值通過減法器而得到其偏差，從而求出q軸電壓飽和量，根據(jù)q軸電壓飽和量求出d軸電流指令修正量，并對d軸電流進行修正。由此，根據(jù)專利文獻1，即使在交流電動機中速度成為高速旋轉(zhuǎn)的情況下，也可以抑制與轉(zhuǎn)速成正比增加的穩(wěn)態(tài)感應電壓飽和的發(fā)生，因此，可以提高交流電動機的控制穩(wěn)定性。專利文獻I :日本專利第4507493號公報

發(fā)明內(nèi)容
在專利文獻I所記載的速度控制裝置中，為了抑制穩(wěn)態(tài)感應電壓飽和，而利用全部作為q軸電壓限制器的輸入輸出值的偏差求出的q軸電壓飽和量，求出d軸電流指令修正量。即，可以認為進行的是針對包含穩(wěn)態(tài)電壓成分和過渡電壓成分的q軸電壓飽和量，假定為過渡電壓成分足夠小的修正(校正)。但是，在q軸電壓飽和量中的過渡電壓成分的比例變大為無法忽視的程度的情況下，如果相對于d軸電流進行假定為過渡電壓成分足夠小的修正(校正)，則該校正容易成為d軸電流(磁通軸電流)的過補償。如果引起d軸電流(磁通軸電流)的過補償，則可能使交流電動機的電動機扭矩衰減。本發(fā)明就是鑒于上述情況而提出的，其目的在于，獲得一種交流電動機的速度控制裝置，其可以抑制磁通軸電流的過補償。為了解決上述課題，實現(xiàn)目的，本發(fā)明的I個側(cè)面所涉及的交流電動機的速度控制裝置具有電流控制器，該電流控制器將交流電動機的電流分解為旋轉(zhuǎn)的正交2軸坐標上的2個成分、即磁通軸電流和扭矩軸電流，并對它們各自進行比例積分控制，該交流電動機的速度控制裝置的特征在于，具有扭矩軸電壓限制器，其將從扭矩軸電流控制器輸出的扭矩軸電壓成分，限制為小于或等于規(guī)定的值，該扭矩軸電流控制器對扭矩軸電流進行比例積分控制；第I減法器，其根據(jù)從所述扭矩軸電流控制器輸出的扭矩軸電壓成分和從所述扭矩軸電壓限制器輸出的扭矩軸電壓指令，求出扭矩軸電壓飽和量；校正部，其利用由推定器推定出的扭矩軸過渡電壓飽和量，對所述求出的扭矩軸電壓飽和量進行校正；第I積分器，其對所述校正后的扭矩軸電壓飽和量進行保存；磁通軸電流指令修正器，其根據(jù)所述保存的扭矩軸電壓飽和量和正交2軸坐標的旋轉(zhuǎn)角速度，求出磁通軸電流指令修正量并輸出；以及第2減法器，其從磁通軸電流指令中減去所述磁通軸電流指令修正量，求出磁通軸電流指令修正指令并輸出。發(fā)明的效果
根據(jù)本發(fā)明，由于可以針對用于求出磁通軸電流指令修正量的扭矩軸電壓飽和量進行校正，以減少過渡電壓飽和量的影響，所以可以抑制磁通軸電流指令修正量過度地變大，可以抑制磁通軸電流的過補償。


圖I是表示實施方式I所涉及的速度控制裝置的結(jié)構(gòu)的圖。
圖2是表示實施方式I中的校正部的結(jié)構(gòu)的圖。
圖3是表示實施方式I中的推定器的結(jié)構(gòu)的圖。
圖4是用于說明實施方式I的效果的圖。
圖5是表示實施方式I的變形例中的推定器的結(jié)構(gòu)的圖。
圖6是表示實施方式2中的校正部的結(jié)構(gòu)的圖。
圖7是表示實施方式2的變形例中的校正部的結(jié)構(gòu)的圖。
圖8是表示實施方式3所涉及的速度控制裝置的結(jié)構(gòu)的圖。
圖9是表示實施方式3中的推定器的結(jié)構(gòu)的圖。
圖10是表示實施方式3中的推定器的結(jié)構(gòu)的圖。
圖11是表示基本形式所涉及的速度控制裝置的結(jié)構(gòu)的圖。
圖12是表示基本形式所涉及的速度控制裝置的動作的圖。
圖13是表示基本形式所涉及的速度控制裝置的動作的圖。
具體實施方式
下面，基于附圖，詳細說明本發(fā)明所涉及的速度控制裝置的實施方式。此外，本發(fā)明并不受本實施方式限定。
實施方式I
首先，在對實施方式I所涉及的速度控制裝置進行說明之前，對實施方式I所涉及的速度控制裝置的基本形式進行說明。使用圖11，對基本形式所涉及的速度控制裝置900 的結(jié)構(gòu)進行說明。
速度控制裝置900通過對永磁體型的同步式交流電動機(以下，簡稱為交流電動機)PM的電流(即，繞組電流)進行控制，從而對交流電動機PM內(nèi)的轉(zhuǎn)子相對于定子的旋轉(zhuǎn)速度進行控制。速度控制裝置900在對交流電動機PM的電流進行控制時，進行下述矢量控制，即，將交流電動機PM的電流分解為旋轉(zhuǎn)的正交2軸坐標(以下稱為dq軸坐標)上的成分即磁通軸(以下稱為d軸)成分和扭矩軸(以下稱為q軸)成分，并分別進行控制。
具體地說，速度控制裝置900具有下述結(jié)構(gòu)要素。
PWM逆變器22基于電壓指令Vu*、Vv*、Vw*，向交流電動機PM供給電力。S卩，PWM 逆變器22基于電壓指令Vu*、Vv*、Vw*，將直流電變換為交流電，將包含U相電流iu、V相電流iv、W相電流iw的交流電向交流電動機PM供給。電流檢測器23a、23b、23c分別對交流電動機PM的U相電流iu、V相電流iv、W相電流iw進行檢測，并向3相2相坐標變換器29供5口 O
速度檢測器24對交流電動機PM內(nèi)的轉(zhuǎn)子的旋轉(zhuǎn)速度進行檢測。坐標旋轉(zhuǎn)角速度運算器40使由速度檢測器24檢測出的旋轉(zhuǎn)速度《r乘以系數(shù)，對dq軸坐標的旋轉(zhuǎn)角速度ω進行運算，并向積分器28以及d軸電流指令修正器905供給。積分器28對旋轉(zhuǎn)角速度ω進行積分，求出dq軸坐標的相位角Θ，并向3相2相坐標變換器29以及2相3相坐標變換器38供給。
3相2相坐標變換器29基于dq軸坐標的相位角Θ，將UVW軸坐標系(固定坐標系)中的電流矢量(iu，iv，iw)坐標變換為dq軸坐標系(旋轉(zhuǎn)坐標系)中的電流矢量(id, g。即，3相2相坐標變換器29將由電流檢測器23a、23b、23c檢測出的U相電流iu、V相電流iv、W相電流iw分解為dq軸坐標上的d軸電流(d相電流)id和q軸電流(q相電流) iq,并分別向減法器34、36輸出。
減法器32從上位控制器(未圖示)接收速度指令ω#，從速度檢測器24接收旋轉(zhuǎn)速度ω-減法器32從速度指令ω#中減去旋轉(zhuǎn)速度求出速度指令ω#和旋轉(zhuǎn)速度《r之間的速度偏差^，并向速度控制器33輸出。速度控制器33以速度偏差ew成為O 的方式進行PI控制，作為PI控制的結(jié)果將q軸電流成分i/向q軸電壓限制器42輸出。
減法器34從減法器907接收后述的d軸電流修正指令id*emd，從3相2相坐標變換器29接收d軸電流id。減法器34從d軸電流修正指令id*emd中減去d軸電流id，求出d 軸電流修正指令I(lǐng)d^md和d軸電流id的電流偏差eid，并向d軸電流控制器35輸出。d軸電流控制器35以使電流偏差eid成為O的方式進行PI控制，作為PI控制的結(jié)果將d軸電壓成分V/向d軸電壓限制器43輸出。
減法器36從q軸電流限制器42接收q軸電流指令i,*，從3相2相坐標變換器29 接收q軸電流iq。減法器36從q軸電流指令iq*中減去q軸電流i,，求出q軸電流指令iq* 和q軸電流的電流偏差eiq，并向q軸電流控制器37輸出。q軸電流控制器37以使電流偏差eiq成為O的方式進行PI控制，作為PI控制的結(jié)果將q軸電壓成分\，向q軸電壓限制器44輸出ο
2相3相坐標變換器38基于dq軸坐標的相位角Θ，將dq軸坐標系(旋轉(zhuǎn)坐標系)中的電壓矢量(vd*，vq*)坐標變換為UVW軸坐標系(固定坐標系)中的電壓矢量(Vu*， Vv*、Vw*)。即，2相3相坐標變換器38分別從d軸電壓限制器43以及q軸電壓限制器44 接收d軸電壓指令Vd*以及q軸電壓指令V,*。2相3相坐標變換器38將d軸電壓指令Vd* 和q軸電壓指令Vq*變換為3相交流坐標上的電壓指令Vu*、Vv*、Vw*,并作為電壓指令向 PWM逆變器22輸出。
q軸電流限制器42將從速度控制器33輸出的q軸電流成分i/限制在規(guī)定的范圍內(nèi)，并將其結(jié)果作為q軸電流指令iq*而輸出。d軸電壓限制器43將從d軸電流控制器 35輸出的d軸電壓成分V/限制在規(guī)定的范圍內(nèi)，并將其結(jié)果作為d軸電壓指令Vd*而輸出。q軸電壓限制器44將從q軸電流控制器37輸出的q軸電壓成分V/限制在規(guī)定的范圍內(nèi)，并將其結(jié)果作為q軸電壓指令Vq*而輸出。
減法器2從q軸電流控制器37接收q軸電壓成分V/，從q軸電壓限制器44接收 q軸電壓指令V,*。即，減法器2接收q軸電壓限制器44的輸入輸出值。減法器2從q軸電壓成分V/中減去q軸電壓指令Vq*，將q軸電壓成分\，和q軸電壓指令V,*的偏差作為q 軸電壓飽和量Λ V,而求出，并向積分器904輸出。積分器904在保存q軸電壓飽和量AVq 的同時進行積分，將作為積分結(jié)果保存的q軸電壓飽和量AV/向d軸電流指令修正器905 輸出。
d軸電流指令修正器905從積分器904接收所保存的q軸電壓飽和量A V/，從旋轉(zhuǎn)角速度運算器40接收dq軸坐標的旋轉(zhuǎn)角速度d軸電流指令修正器905基于q軸電壓飽和量AV/和dq軸坐標的旋轉(zhuǎn)角速度《，求出d軸電流指令修正量Aid，并向減法器907輸出。d軸電流指令生成部46生成任意的d軸電流指令id*，并向減法器907輸出。減法器907從d軸電流指令生成部46接收d軸電流指令id*，從d軸電流指令修正器905接收d軸電流指令修正量A id。減法器907從d軸電流指令id*中減去d軸電流指令修正量A id，對d軸電流指令id*進行修正，作為修正結(jié)果將d軸電流修正指令if-向減法器34輸出。下面，使用圖12及圖13，說明基本形式所涉及的速度控制裝置900的動作。在以下的速度控制裝置900的動作說明中，將由速度檢測器24檢測出的旋轉(zhuǎn)速度《 r,作為表示電動機的電角速度的參數(shù)而記作ore。在交流電動機(永磁體型同步式電動機)PM的矢量控制中，d軸(磁通軸)電壓 指令V/以及q軸(扭矩軸)電壓指令V/根據(jù)矢量控制的電壓方程式而由下述公式I、公式2表示。V = (R+sLd)id-wreLqiq 公式 IV = (R+sLq) iq+ co re (小 /Pffl+Ldid) 公式 2在公式1、2中，V/是q軸電壓指令(電動機施加電壓)。R是電動機電樞電阻。s是拉普拉斯運算符(與微分相當^過渡成分)。Lq是q軸電感(q軸電動機電樞電感)。
是q軸電流(q軸電動機電流)。 是交流電動機PM中的轉(zhuǎn)子的電氣旋轉(zhuǎn)速度(電動機角速度)。0是磁通鏈數(shù)量。Ld是d軸電感(d軸電動機電樞電感)。id是d軸電流(d軸電動機電流)。如圖12所示，由于向逆變器供給的電壓存在限制，所以如果將其最大值設(shè)定為Vmax,則d軸電壓指令V/以及q軸電壓指令\，分別以d軸電壓極限Vd*Um以及q軸電壓極限進行限制。S卩，最大電壓和dq軸電壓極限之間的關(guān)系由下述公式3表示。f ( (V d * L i m) 2 + (V CL * L i m) 2 ) ^ VjytAX 公式 3這時，電壓指令Vd*、Vq*的限制由下述公式4、公式5表示。if V/ 彡 Vd*LimVd* = V/elseVd* = sgn(Vd’)Vd*Lini 公式 4if V ( WmVq* = VelseVq* = sgn (V/ )Vq*Lim
公式 5在高速旋轉(zhuǎn)時，如果旋轉(zhuǎn)角速度變大，電壓方程式(公式I、公式2)的右邊第2項成為主導，則d軸電壓指令Vd*以及q軸電壓指令Vq*容易以d軸電壓極限Vd*Um以及q軸電壓極限Vq*Um進行限制。通常將該現(xiàn)象稱為電壓飽和。通常已知在交流電動機PM的矢量控制中，如果發(fā)生電壓飽和，則交流電動機PM成為振蕩式的響應或變得不穩(wěn)定。特別地，由于q軸電壓指令Vq*存在《 M 0 /Pm這一感應電壓項，所以越是高速旋轉(zhuǎn)則越容易電壓飽和，也產(chǎn)生扭矩不足等，因此，必須實施電壓飽和對策。例如，考慮執(zhí)行下述的電壓飽和對策。即，在交流電動機PM進行高速旋轉(zhuǎn)的情況下，假定電壓方程式(公式1，公式2)的右邊第2項的絕對值與第I項的絕對值相比足夠大，以下述方式改寫電壓方程式。即，如下述的公式6以及公式7所示進行假定，將電壓方程式如下述的公式8以及公式9所示進行改寫。
I (R+sLd)id| << 公式 6I (R+sLq) iq I < < I Co re (小 /Pm+Ldid) 公式 7_] V =- reLqiq 公式 8V = re(^/Pm+Ldid) 公式 9由于d軸電壓飽和量AVd是從d軸電壓指令(d軸電壓成分)Vd’中減去利用限制器對d軸電壓指令進行限制后的值Vd*而得到的，所以下述公式10成立。AVd = V/ -Vd* 公式 10如果向該d軸電壓飽和量AVd中代入設(shè)想為高速旋轉(zhuǎn)穩(wěn)定狀態(tài)的d軸電壓指令V，即由公式8表示的V/，則成為下述的公式11。AVd = -coreLqiq-Vd* 公式 11這時，為了電壓飽和對策，(由于《、L無法進行操作)將q軸電流i,以Aiq進行操作，以使d軸電壓飽和量AVd成為O。即，以使下述的公式12成立的方式，將d軸電流id以Aid進行操作。O = -OreLq(iq- A iq) -Vd* 公式 12如果為了導出使d軸電壓飽和量AVd為0的校正量A ^而將公式12展開并變形，則成為下述的公式13。 - wreLq A iq = -OreLqiq-Vd* 公式 13由于設(shè)想為高速旋轉(zhuǎn)穩(wěn)定狀態(tài)的d軸電壓指令由上述的公式8表示，所以如果將公式8代入公式13，則成為下述的公式14。
- reLqAiq = V/ -Vd*
· · ·公式 14
如果將公式10代入公式14并進行整理，則成為下述的公式15。
Aiq = -AVd/( reLq)
· · ·公式 15
利用公式15，得到對q軸電流指令i,進行補償?shù)男Ｕ俊?br> 另外,對于q軸電壓飽和量AVq也相同地求出校正量。即，q軸電壓飽和量AVq 如下述的公式16所示，根據(jù)q軸電壓指令(q軸電壓成分)Vq’和利用限制器對q軸電壓指令進行限制后的值Vtl*的差而得到。
AVq-V/ -Vq*
· · ·公式 16
如果向該q軸電壓飽和量AVq中代入設(shè)想為高速旋轉(zhuǎn)穩(wěn)定狀態(tài)的q軸電壓指令 V；，即由公式9表示的q軸電壓指令\，，則成為下述的公式17。
AVq= ωΜ(φ/Ρπ+Ι^)-ν
· · ·公式 17
這時，為了電壓飽和對策，(由于《、L無法進行操作)將d軸電流^以Aid進行操作，以使q軸電壓飽和量AVq成為O。即，以使下述的公式18成立的方式，將d軸電流id 以Aid進行操作。
O = ω re ( φ /Pm+Ld (id_ Δ id)) -Vq*
· · ·公式 18
如果為了導出使q軸電壓飽和量Λ '為O的校正量Λ id而將公式18展開并變形，則成為下述的公式19。
ω reLd Aid= ω re ( φ /Pm+Ldid) _Vq*
· · ·公式 19
由于設(shè)想為高速旋轉(zhuǎn)穩(wěn)定狀態(tài)的q軸電壓指令由上述的公式9表示，所以如果將公式9代入公式19，則成為下述的公式20。
coreLdAid = V -Vq*
· · 公式 20
如果將公式16代入公式20并進行整理，則成為下述的公式21。
Δ id = AVq/(CoreLd)
· · 公式 21
利用公式21，得到對d軸電流指令id進行補償?shù)男Ｕ俊?br> 在如圖11所示的基本形式所涉及的速度控制裝置900中，使用例如由公式21表示的d軸電流指令修正量Aid，對d軸電流指令id*進行校正(修正)，從而避免由電壓飽和引起的不穩(wěn)定及扭矩不足。
在基本形式所涉及的速度控制裝置900中，由于如上述所示設(shè)想為高速旋轉(zhuǎn)時的穩(wěn)態(tài)運轉(zhuǎn)，所以在為了對d軸電流指令id*進行校正而取得的q軸電壓飽和量Λ V,中，如公式9所示，僅包含由高速轉(zhuǎn)速引起的穩(wěn)態(tài)電壓飽和量。即，根據(jù)從q軸電流控制器37輸出的q軸電壓指令V,’和從q軸電壓限制器輸出的限制后的q軸電壓指令V,*之間的差，求出q軸電壓飽和量AVq。在這里，從q軸電流控制器37輸出的q軸電壓指令V/在通常的PI控制的情況下，由下述的公式22表示。V/ = (Kcp+Kci/s) (iq*-iq) 公式 22公式22中的q軸電流i,可以根據(jù)電壓方程式(公式2)而求出，但如果電壓方程式(公式2)進行變形，則如下述的公式23所示分為過渡電壓項和穩(wěn)態(tài)電壓項。\，= {sLqiq} + {Riq+ w re (/Pm+Ldid)} 公式 23
公式23中的第I個括號{}內(nèi)為過渡電壓項，第2個括號{}內(nèi)為穩(wěn)態(tài)電壓項。因此,將公式23變形而得到的q軸電流iq也如公式24所示成為包含過渡成分的形式。
V q — CO r e ( <p / P m +Ld i d.)i q =~—--
(R+ S L q) 公式 24在公式24中的分母中sLq的部分成為過渡成分。即，在基本形式所涉及的速度控制裝置900中，可以認為進行的是如公式2、9、16、21所示，針對包含穩(wěn)態(tài)電壓成分和過渡電壓成分的q軸電壓飽和量A V,，假定為過渡電壓成分足夠小的修正(校正)。 但是，在q軸電壓飽和量A Vq中的過渡電壓成分的比例變大至無法忽視的程度的情況下，如果針對d軸電流進行假定為過渡電壓成分足夠小的修正(校正)，則該校正容易成為d軸電流(磁通軸電流)的過補償。即，如果將過渡電壓成分設(shè)為AVqt、穩(wěn)態(tài)電壓成分設(shè)為A Vqs,則q軸電壓飽和量A Vq由下述的公式25表不。AVq= A Vqt+A Vqs 公式 25在公式25中，q軸電壓飽和量A Vq中的過渡電壓成分A Vqt的比例變大至無法忽視的程度的情況下，如果如公式21所示，使用q軸電壓飽和量A Vq求出d軸電流指令修正量A id，則由于d軸電流指令修正量Aid過度地變大，所以容易成為d軸電流(磁通軸電流)的過補償。如果引起d軸電流(磁通軸電流)的過補償，則可能使交流電動機的電動機扭矩衰減。例如，如圖13所示，在電動機速度變化時(例如由點劃線包圍的區(qū)域)，存在q軸電流衰減的傾向。這表示，在電動機速度變化時，存在交流電動機的電動機扭矩衰減的傾向。下面，使用圖I，說明實施方式I所涉及的速度控制裝置I。下面，以與基本形式所涉及的速度控制裝置900不同的部分為中心進行說明。速度控制裝置I具有推定器6、校正部3、積分器4、d軸電流指令修正器5以及減法器7。推定器6從3相2相坐標變換器29接收d軸電流id，從速度檢測器24接收旋轉(zhuǎn)速度(電動機角速度)從q軸電流控制器37接收q軸電壓成分\，。推定器6基于d軸電流id、旋轉(zhuǎn)速度、以及q軸電壓成分V/，推定q軸過渡電壓飽和量A Vqt，并向校正部3輸出。
校正部3從減法器2接收q軸電壓飽和量Λ'，從推定器6接收q軸過渡電壓飽和量Λ Vqt。校正部3利用q軸過渡電壓飽和量AVqt對q軸電壓飽和量AVq進行校正，以減少過渡電壓飽和量的影響。例如，校正部3從q軸電壓飽和量AVq中減去q軸過渡電壓飽和量AVqt。然后，校正部3將校正后的q軸電壓飽和量AVqs向積分器4輸出。
積分器4在對q軸電壓飽和量Λ Vqs進行保存的同時進行積分，將積分后的q軸電壓飽和量Λ Vq/向d軸電流指令修正器5輸出。
d軸電流指令修正器5從積分器4接收積分后的q軸電壓飽和量M J ,從旋轉(zhuǎn)角速度運算器40接收dq軸坐標的旋轉(zhuǎn)角速度ω。d軸電流指令修正器5基于q軸電壓飽和量AVqs’和dq軸坐標的旋轉(zhuǎn)角速度ω，求出d軸電流指令修正量Aid并向減法器7輸出。
減法器7從d軸電流指令生成部46接收d軸電流指令id*，從d軸電流指令修正器5接收d軸電流指令修正量Λ id。減法器7從d軸電流指令id*中減去d軸電流指令修正量Λ id，對d軸電流指令id*進行修正，作為修正結(jié)果將d軸電流修正指令id*Md向減法器34輸出ο
下面，使用圖2，說明校正部3的結(jié)構(gòu)。圖2是表示校正部3的結(jié)構(gòu)的圖。
校正部3例如具有減法器3a。減法器3a從減法器2 (參照圖I)接收q軸電壓飽和量Λ V,，從推定器6 (參照圖I)接收q軸過渡電壓飽和量AVqt。減法器3a從q軸電壓飽和量AVq中減去q軸過渡電壓飽和量Λ Vqt，將減法結(jié)果作為q軸電壓飽和量Mqs向積分器4(參照圖I)輸出。
下面，使用圖3，說明推定器6的結(jié)構(gòu)。圖3是表示推定器6的結(jié)構(gòu)的圖。
推定器6具有乘除法器6a、乘法器6g、加法器6b、乘法器6c、減法器6d、限制器6e、 以及減法器6f。乘除法器6a求出磁通鏈數(shù)量Φ除以極對數(shù)量Pm所得到的值“Φ/Pm”， 并向加法器6b輸出。乘法器6g求出d軸電流id與d軸電感Ld相乘所得到的值“idLd”，并向加法器6b輸出。加法器6b將值“ Φ /Pm”和值“IdLd"相加后的值“ Φ /Pm+idLd”向乘法器6c輸出。乘法器6c將值“ <i)/Pm+idLd”與旋轉(zhuǎn)速度(電動機電角速度)相乘后的值 “《^(小外111+1(^)”向減法器6(1輸出。減法器6d將從q軸電壓成分(扭矩軸電壓指令) Vq’中減去值“《M((j5/Pm+idLd)”后的值“(R+sLji/’作為q軸過渡電壓Vqs ’而求出，并向限制器6e以及減法器6f輸出。限制器6e將從減法器6d輸出的q軸過渡電壓Vqs’限制在規(guī)定的范圍內(nèi)，并將其結(jié)果作為q軸過渡電壓指令Vqs*而輸出。減法器6f從q軸過渡電壓 Vq/中減去q軸過渡電壓指令Vqs*,求出q軸過渡電壓飽和量Mqt并輸出。
如上述所示，在實施方式I中，校正部3利用q軸過渡電壓飽和量Λ Vqt，對q軸電壓飽和量AVq進行校正。由此，可以針對用于求出d軸電流指令修正量Aid的q軸電壓飽和量進行校正，以減少過渡電壓飽和量的影響，因此，可以抑制d軸電流指令修正量AidS 度地變大，可以抑制d軸電流(磁通軸電流)的過補償。其結(jié)果，可以減少交流電動機的電動機扭矩的衰減。
例如，如圖4所示，可以使在電動機速度變化時(例如由點劃線包圍的區(qū)域)的q 軸電流i,的衰減，與沒有利用過渡電壓飽和量進行校正的情況(參照圖13)相比減少。由此，在電動機速度變化時，可以減少交流電動機的電動機扭矩的衰減。
另外，在實施方式I中，校正部3通過從q軸電壓飽和量AVq中減去q軸過渡電壓飽和量A Vqt，從而利用q軸過渡電壓飽和量AVqt對q軸電壓飽和量A Vq進行校正。由此，可以如圖2所示利用簡單的結(jié)構(gòu)實現(xiàn)校正部3。此外，在速度控制裝置100中，也可以取代推定器6 (參照圖3)而具有如圖5所示的推定器106。圖5所示的推定器106從q軸電流限制器42接收q軸電流指令iq*,基于q軸電流指令iq*，推定q軸過渡電壓飽和量AVqt并向校正部3輸出。具體地說，推定器106具有減法器106a、控制增益106b、限制器106c、積分器106e以及減法器106d。減法器106a將從q軸電流指令iq*中減去q軸電流變化推定值A(chǔ) 后的值i/向控制增益106b輸出?？刂圃鲆?06b利用增益(CoccLtl)對值i/進行放大，將其結(jié)果sLA作為q軸過渡電壓Vqs’向限制器106c以及減法器106d輸出。限制器106c將從控制增益106b輸出的q軸過渡電壓\s，限制在規(guī)定的范圍內(nèi)，將其結(jié)果作為q軸過渡電壓指令Vqs*向減法器106d以及積分器106e輸出。積分器106e對q軸過渡電壓指令Vqs*進行積分，并且乘以規(guī)定的系數(shù)(1/L,)，求出q軸電流變化推定值A(chǔ)iq，并向減法器106a輸出。減法器106d從q軸過渡電壓Vqs’中減去q軸過渡電壓指令Vqs*,求出q軸過渡電壓飽和量AVqt并輸出。實施方式2下面，說明實施方式2所涉及的速度控制裝置200。下面，以與實施方式I不同的部分為中心進行說明。在實施方式I中，設(shè)想了 q軸電壓飽和量AVq中的過渡電壓成分的比例變大為無法忽視的程度的情況，校正部3通過從q軸電壓飽和量AVq中減去q軸過渡電壓飽和量A Vqt，從而利用q軸過渡電壓飽和量AVqt對q軸電壓飽和量AVq進行校正。另一方面，認為q軸電壓飽和量AVq中的過渡電壓成分的比例無法被忽視的程度，如公式7所示依賴于q軸電感L,。因此，在實施方式2中，可以與q軸電感Lq大到何種程度相對應，使基于q軸過渡電壓飽和量A Vqt獲得的校正量變化。具體地說，速度控制裝置200中的校正部203如圖6所示，具有系數(shù)器203c、乘法器203b以及減法器203a。系數(shù)器203c與q軸電感Lq的值相對應而確定系數(shù)K的值。例如，系數(shù)器203c具有將q軸電感Lq的多個值和系數(shù)K的多個值相關(guān)聯(lián)的系數(shù)表。例如，系數(shù)器203c通過參照系數(shù)表，在q軸電感Lq為電感值Lql的情況下，將系數(shù)K確定為值K1 (例如=I)，在q軸電感Lq為電感值Lq2 (< Lql)的情況下，將系數(shù)K確定為值K2 ( < K1, > 0)，在q軸電感Lq為電感值Lq3 ( < Lq3)的情況下，將系數(shù)K確定為值K3 ( < K2,> 0)?；蛘?，例如系數(shù)器203c具有q軸電感Lq的閾值Lqth。例如，系數(shù)器203c將q軸電感Lq的值和閾值Lqth進行比較，在q軸電感Lq的值比閾值Lqth大的情況下，將系數(shù)K確定為值K1 (例如=I)，在q軸電感Lq的值小于或等于閾值Lqth的情況下，將系數(shù)K確定為值K2((K1)O)0乘法器203b從推定器6接收q軸過渡電壓飽和量A Vqt,從系數(shù)器203c接收系數(shù)K。乘法器203b使q軸過渡電壓飽和量A Vqt與系數(shù)K相乘，并將其結(jié)果作為校正量K A Vqt向減法器203a輸出。減法器203a從減法器2 (參照圖I)接收q軸電壓飽和量A V,，從乘法器203b接收校正量KAVqt。減法器203a從q軸電壓飽和量A Vq中減去校正量K A Vqt。如上述所示，在實施方式2中，校正部203在q軸電感為第I電感值的情況下，從扭矩軸電壓飽和量中減去q軸過渡電壓飽和量與第I系數(shù)相乘后得到的第I校正量，在q軸電感為比第I電感值小的第2電感值的情況下，從扭矩軸電壓飽和量中減去q軸過渡電壓飽和量與比第I系數(shù)小的第2系數(shù)相乘后得到的第2校正量。由此，可以與q軸電壓飽和量AVq中的過渡電壓成分的比例無法被忽視的程度相對應，使校正量變化，所以可以減少與校正相伴的誤差的影響。其結(jié)果，可以進一步抑制d軸電流(磁通軸電流)的過補償。此外，速度控制裝置200i也可以與q軸電流的時間變化率大到何種程度相對應，使基于q軸過渡電壓飽和量AVqt獲得的校正量可變。具體地說，速度控制裝置200i中的校正部203i如圖7所示，具有運算部203di、系數(shù)器203ci、乘法器203b，以及減法器203a。
運算部203di從3相2相坐標變換器29接收q軸電流i,。運算部203di對q軸電流i,的時間變化率進行運算，并將其運算結(jié)果Si,向系數(shù)器203ci輸出。系數(shù)器203ci與q軸電流的時間變化率siq的值相對應而確定系數(shù)K的值。例如，系數(shù)器203ci具有將q軸電流的時間變化率siq的多個值和系數(shù)K的多個值相關(guān)聯(lián)的系數(shù)表。例如，系數(shù)器203ci通過參照系數(shù)表，從而在q軸電流i,的時間變化率Siq為變化率Siql的情況下，將系數(shù)K確定為值K1 (例如=I)，在q軸電流的時間變化率Siq為變化率Siq2 ( < siql)的情況下，將系數(shù)K確定為值K2 ( < K1, > 0)，在q軸電流的時間變化率Siq為變化率Siq3 ( < siq2)的情況下，將系數(shù)K確定為值K3 ( < K2, > 0)?；蛘?，例如系數(shù)器203ci具有q軸電流的時間變化率siq的閾值Siqth。例如，系數(shù)器203ci將q軸電流的時間變化率Siq的值和閾值Siqth進行比較，在q軸電流的時間變化率Si,的值大于閾值Siqth的情況下，將系數(shù)K確定為值K1 (例如=I)，在q軸電流的時間變化率Si,的值小于或等于閾值Siqth的情況下，將系數(shù)K確定為值K2( < K1, > 0)。如上述所示，校正部203i在q軸電流的時間變化率為第I變化率的情況下，從扭矩軸電壓飽和量中減去q軸過渡電壓飽和量與第I系數(shù)相乘后得到的第I校正量，在q軸電流的時間變化率為比第I變化率小的第2變化率的情況下，從q軸電壓飽和量中減去q軸過渡電壓飽和量與比第I系數(shù)小的第2系數(shù)相乘后得到的第2校正量。由此，可以與q軸電壓飽和量AVq中的過渡電壓成分的比例無法被忽視的程度相對應，使校正量變化，所以可以減少與校正相伴的誤差的影響。其結(jié)果，可以進一步抑制d軸電流(磁通軸電流)的過補償。或者，速度控制裝置200i也可以與q軸電感Lq和q軸電流的時間變化率之間的積大到何種程度相對應，使基于q軸過渡電壓飽和量AVqt獲得的校正量變化。具體地說，速度控制裝置200i中的校正部203i如圖7所示，具有運算部203di、系數(shù)器203ci、乘法器203b以及減法器203a。運算部203di從3相2相坐標變換器29接收q軸電流i,。運算部203di對q軸電流i,的時間變化率進行運算，并且對q軸電感Lq和q軸電流i,的時間變化率之間的積進行運算，將其運算結(jié)果Sl^iq向系數(shù)器203ci輸出。 系數(shù)器203ci與q軸電感Lq和q軸電流的時間變化率之積sL丄的值相對應而確定系數(shù)K的值。
例如，系數(shù)器203ci具有將積sL^i,的多個值和系數(shù)K的多個值相關(guān)聯(lián)的系數(shù)表。 例如，系數(shù)器203ci通過參照系數(shù)表，從而在積SL&為值Sl^iql的情況下，將系數(shù)K確定為值K1 (例如=I)，在積sLA為值Sl^iq2 ( < sLqliql)的情況下，將系數(shù)K確定為值K2 ( < K1, > O)，在積sLA為值Sl^iq3 ( < sLq2iq2)的情況下，將系數(shù)K確定為值K3( < K2, > O)。
或者，例如系數(shù)器203ci具有積sLA的閾值例如，系數(shù)器203ci將積 sLqiq的值和閾值Sl^hiqth進行比較，在積sLA的值比閾值Sl^hiqth大的情況下，將系數(shù)K確定為值K1 (例如=I)，在積sL^i,的值小于或等于閾值SLqtl^th的情況下，將系數(shù)K確定為值 K2( < K1) O)。
如上述所示，校正部203i在q軸電感和q軸電流的時間變化率之積為第I值的情況下，從扭矩軸電壓飽和量中減去q軸過渡電壓飽和量與第I系數(shù)相乘后得到的第I校正量，在q軸電感和q軸電流的時間變化率之積為比第I值小的第2值的情況下，從q軸電壓飽和量中減去q軸過渡電壓飽和量與比第I系數(shù)小的第2系數(shù)相乘后得到的第2校正量。 由此，可以與q軸電壓飽和量AVq中的過渡電壓成分的比例無法被忽視的程度相對應，使校正量變化，所以可以減少與校正相伴的誤差的影響。其結(jié)果，可以進一步抑制d軸電流 (磁通軸電流)的過補償。
實施方式3
下面，說明實施方式3所涉及的速度控制裝置300。下面，以與實施方式I不同的部分為中心進行說明。
在實施方式I中，著眼于由于q軸電壓的變化量較大，所以基于q軸電壓的飽和量對d軸電流進行修正(校正)的情況，由校正部3利用q軸過渡電壓飽和量Λ Vqt對q軸電壓飽和量Λ Vq進行校正。
另一方面，即使不是q軸電壓那樣的變化程度，d軸電壓也是變化的。因此，在實施方式3中，對于基于d軸電壓的飽和量對q軸電流進行修正(校正)的情況，也構(gòu)成為由校正部313利用d軸過渡電壓飽和量AVdt對d軸電壓飽和量AVd進行校正。
具體地說，速度控制裝置300具有推定器316、校正部313、積分器314、q軸電流指令修正器315以及減法器317。
推定器316從3相2相坐標變換器29接收q軸電流i,，從速度檢測器24接收旋轉(zhuǎn)速度(電動機電角速度)從d軸電流控制器35接收d軸電壓成分V/。推定器316 基于q軸電流、旋轉(zhuǎn)速度以及d軸電壓成分V/，推定d軸過渡電壓飽和量Λ Vdt，并向校正部313輸出。
校正部313從減法器312接收d軸電壓飽和量Λ Vd，從推定器316接收d軸過渡電壓飽和量AVdt。校正部313利用d軸過渡電壓飽和量AVdt對(1軸電壓飽和量八％進行校正，以減少過渡電壓飽和量的影響。例如，校正部313從d軸電壓飽和量AVd中減去d 軸過渡電壓飽和量AVdt。然后，校正部313將校正后的d軸電壓飽和量AVds向積分器314 輸出。
積分器314在對d軸電壓飽和量Λ Vds進行保存的同時進行積分，將積分后的d軸電壓飽和量AVds’向q軸電流指令修正器315輸出。
q軸電流指令修正器315從積分器314接收積分后的d軸電壓飽和量Λ Vds’，從旋轉(zhuǎn)角速度運算器40接收dq軸坐標的旋轉(zhuǎn)角速度ω。q軸電流指令修正器315基于d軸電壓飽和量Λ Vds’和dq軸坐標的旋轉(zhuǎn)角速度ω，求出q軸電流指令修正量Λ i,并向減法器 317輸出。
減法器317從q軸電流限制器42接收q軸電流指令i,*，從q軸電流指令修正器 315接收q軸電流指令修正量Λ iQO減法器317從q軸電流指令iq*中減去q軸電流指令修正量Λ ，對q軸電流指令iq*進行修正，作為修正結(jié)果將q軸電流修正指令i,*-向減法器36輸出。
如上述所示，在實施方式3中，校正部313利用d軸過渡電壓飽和量AVdt對(1軸電壓飽和量AVd進行校正。由此，可以針對用于求出q軸電流指令修正量Aiq的d軸電壓飽和量進行校正，以減少過渡電壓飽和量的影響，所以可以抑制q軸電流指令修正量Λ iq 過度地變大，可以抑制q軸電流(扭矩軸電流)的過補償。其結(jié)果，可以進一步減少交流電動機的電動機扭矩的衰減。
此外，校正部313的內(nèi)部結(jié)構(gòu)可以與實施方式I相同，也可以與實施方式2相同。 另外，推定器316的內(nèi)部結(jié)構(gòu)可以是圖9所示的結(jié)構(gòu)，也可以是圖10所示的結(jié)構(gòu)。
工業(yè)實用性
如上述所示，本發(fā)明所涉及的速度控制裝置適用于交流電動機的速度控制。
權(quán)利要求
1.ー種交流電動機的速度控制裝置，其具有電流控制器，該電流控制器將交流電動機的電流分解為旋轉(zhuǎn)的正交2軸坐標上的2個成分、即磁通軸電流和扭矩軸電流，并對它們各自進行比例積分控制， 該交流電動機的速度控制裝置的特征在于，具有 扭矩軸電壓限制器，其將從扭矩軸電流控制器輸出的扭矩軸電壓成分，限制為小于或等于規(guī)定的值，該扭矩軸電流控制器對扭矩軸電流進行比例積分控制； 第I減法器，其根據(jù)從所述扭矩軸電流控制器輸出的扭矩軸電壓成分和從所述扭矩軸電壓限制器輸出的扭矩軸電壓指令，求出扭矩軸電壓飽和量； 校正部，其利用由推定器推定出的扭矩軸過渡電壓飽和量，對所述求出的扭矩軸電壓飽和量進行校正； 第I積分器，其對所述校正后的扭矩軸電壓飽和量進行保存； 磁通軸電流指令修正器，其根據(jù)所述保存的扭矩軸電壓飽和量和正交2軸坐標的旋轉(zhuǎn)角速度，求出磁通軸電流指令修正量并輸出；以及 第2減法器，其從磁通軸電流指令中減去所述磁通軸電流指令修正量，求出磁通軸電流指令修正指令并輸出。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的交流電動機的速度控制裝置，其特征在干， 所述校正部從所述求出的扭矩軸電壓飽和量中減去所述扭矩軸過渡電壓飽和量。
3.根據(jù)權(quán)利要求I所述的交流電動機的速度控制裝置，其特征在干， 所述校正部在扭矩軸電感為第I電感值的情況下，從所述求出的扭矩軸電壓飽和量中，減去所述扭矩軸過渡電壓飽和量與第I系數(shù)相乘后得到的第I校正量，在扭矩軸電感為比所述第I電感值小的第2電感值的情況下，從所述求出的扭矩軸電壓飽和量中，減去所述扭矩軸過渡電壓飽和量與比所述第I系數(shù)小的第2系數(shù)相乘后得到的第2校正量。
4.根據(jù)權(quán)利要求I所述的交流電動機的速度控制裝置，其特征在干， 所述校正部在扭矩軸電流的時間變化率為第I變化率的情況下，從所述求出的扭矩軸電壓飽和量中，減去所述扭矩軸過渡電壓飽和量與第I系數(shù)相乘后得到的第I校正量，在扭矩軸電流的時間變化率為比所述第I變化率小的第2變化率的情況下，從所述求出的扭矩軸電壓飽和量中，減去所述扭矩軸過渡電壓飽和量與比所述第I系數(shù)小的第2系數(shù)相乘后得到的第2校正量。
5.根據(jù)權(quán)利要求I所述的交流電動機的速度控制裝置，其特征在干， 所述校正部在扭矩軸電感和扭矩軸電流的時間變化率之積為第I值的情況下，從所述求出的扭矩軸電壓飽和量中，減去所述扭矩軸過渡電壓飽和量與第I系數(shù)相乘后得到的第I校正量，在扭矩軸電感和扭矩軸電流的時間變化率之積為比所述第I值小的第2值的情況下，從所述求出的扭矩軸電壓飽和量中，減去所述扭矩軸過渡電壓飽和量與比所述第I系數(shù)小的第2系數(shù)相乘后得到的第2校正量。
6.根據(jù)權(quán)利要求I至5中任一項所述的交流電動機的速度控制裝置，其特征在于，還具有 磁通軸電壓限制器，其將從磁通軸電流控制器輸出的磁通軸電壓成分，限制為小于或等于規(guī)定的值，該磁通軸電流控制器對磁通軸電流進行比例積分控制； 第3減法器，其根據(jù)從所述磁通軸電流控制器輸出的磁通軸電壓成分和從所述磁通軸電壓限制器輸出的磁通軸電壓指令，求出磁通軸電壓飽和量； 第2校正部，其利用由第2推定器推定出的磁通軸過渡電壓飽和量，對所述求出的磁通軸電壓飽和量進行校正； 第2積分器，其對所述校正后的磁通軸電壓飽和量進行保存； 扭矩軸電流指令修正器，其根據(jù)所述保存的磁通軸電壓飽和量和正交2軸坐標的旋轉(zhuǎn)角速度，求出扭矩軸電流指令修正量并輸出；以及 第4減法器，其從扭矩軸電流指令中減去所述扭矩軸電流指令修正量，求出扭矩軸電流指令修正指令并輸出。
全文摘要
本發(fā)明用于抑制磁通軸電流的過補償。交流電動機的速度控制裝置具有扭矩軸電壓限制器，將從用于扭矩軸電流的比例積分控制的扭矩軸電流控制器輸出的扭矩軸電壓成分限制為規(guī)定值以下；第1減法器，根據(jù)扭矩軸電流控制器輸出的扭矩軸電壓成分和扭矩軸電壓限制器輸出的扭矩軸電壓指令求出扭矩軸電壓飽和量；校正部，利用由推定器推定的扭矩軸過渡電壓飽和量對求出的扭矩軸電壓飽和量進行校正；第1積分器，保存校正后的扭矩軸電壓飽和量；磁通軸電流指令修正器，根據(jù)保存的扭矩軸電壓飽和量和正交2軸坐標的旋轉(zhuǎn)角速度求出磁通軸電流指令修正量并輸出；第2減法器，從磁通軸電流指令中減去磁通軸電流指令修正量，求出磁通軸電流指令修正指令并輸出。
文檔編號H02P21/14GK102983804SQ20121000917
公開日2013年3月20日 申請日期2012年1月12日 優(yōu)先權(quán)日2011年9月2日
發(fā)明者江頭洋一 申請人:三菱電機株式會社