旋轉(zhuǎn)機(jī)控制裝置的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及抑制在旋轉(zhuǎn)機(jī)的旋轉(zhuǎn)中產(chǎn)生的轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)的旋轉(zhuǎn)機(jī)控制裝置。
【背景技術(shù)】
[0002] 作為旋轉(zhuǎn)機(jī)的PM馬達(dá)（Permanent Magnet Synchronous Motor :永磁同步馬達(dá)） 具有小型且高效這樣的特征，近年來，廣泛用于工業(yè)設(shè)備用等。但是，PM馬達(dá)在其構(gòu)造上在 感應(yīng)電壓中包含高次諧波分量，所以在產(chǎn)生轉(zhuǎn)矩中具有轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)。這可能成為引起振動(dòng)、噪 音、機(jī)械共振等問題的原因，所以需要使它降低的技術(shù)。
[0003] 作為降低技術(shù)，已知通過對(duì)電流指令重疊用于抑制轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)的補(bǔ)償信號(hào)來抑制轉(zhuǎn) 矩脈動(dòng)的技術(shù)（例如參照專利文獻(xiàn)1)。
[0004] 專利文獻(xiàn)1 :日本特開2006-288076號(hào)公報(bào)

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005] 以往的旋轉(zhuǎn)機(jī)控制裝置如以上那樣構(gòu)成，通過對(duì)電流指令重疊補(bǔ)償信號(hào)來抑制轉(zhuǎn) 矩脈動(dòng)，所以存在如下問題：在電流控制部的控制頻帶低于抑制對(duì)象的轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)的頻帶的 情況下，不輸出按照指令的補(bǔ)償信號(hào)，轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)抑制性能降低。轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)頻率與PM馬達(dá)的 旋轉(zhuǎn)速度成比例地增加，所以該問題在馬達(dá)在高速旋轉(zhuǎn)中的情況下特別重要。
[0006] 本發(fā)明是為了解決上述那樣的問題而完成的，其目的在于得到一種旋轉(zhuǎn)機(jī)控制裝 置，能夠在寬的范圍的速度域內(nèi)更有效地抑制轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)。
[0007] 本發(fā)明的旋轉(zhuǎn)機(jī)控制裝置具備轉(zhuǎn)矩補(bǔ)償部、電流控制部、電壓指令生成部以及相 位補(bǔ)償部，該旋轉(zhuǎn)機(jī)控制裝置通過根據(jù)從所述電壓指令生成部輸出的3相的驅(qū)動(dòng)電壓指令 而經(jīng)由電力變換器施加的驅(qū)動(dòng)電壓來控制旋轉(zhuǎn)機(jī)，其中，
[0008] 所述轉(zhuǎn)矩補(bǔ)償部具有電壓推測(cè)部、轉(zhuǎn)矩推測(cè)部、第1指令生成部以及第2指令生成 部，
[0009] 所述電壓推測(cè)部根據(jù)在所述旋轉(zhuǎn)機(jī)中流過的實(shí)際電流和所述驅(qū)動(dòng)電壓，推測(cè)所述 旋轉(zhuǎn)機(jī)的推測(cè)感應(yīng)電壓，
[0010] 所述轉(zhuǎn)矩推測(cè)部根據(jù)所述推測(cè)感應(yīng)電壓和所述實(shí)際電流，推測(cè)所述旋轉(zhuǎn)機(jī)的推測(cè) 轉(zhuǎn)矩，
[0011] 所述第1指令生成部根據(jù)所述推測(cè)轉(zhuǎn)矩，生成抑制所述旋轉(zhuǎn)機(jī)的轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)的第1 指令，
[0012] 所述第2指令生成部根據(jù)所述推測(cè)感應(yīng)電壓，生成抑制所述旋轉(zhuǎn)機(jī)的轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)的 第2指令，
[0013] 所述電流控制部通過所述第1指令來補(bǔ)償對(duì)從所述電力變換器向所述旋轉(zhuǎn)機(jī)供 給的電流進(jìn)行指示的q軸電流指令和所述實(shí)際電流的差來生成q軸電壓指令，
[0014] 所述電壓指令生成部通過所述第2指令來補(bǔ)償所述q軸電壓指令，根據(jù)補(bǔ)償了的 所述q軸電壓指令，生成所述3相的驅(qū)動(dòng)電壓指令，
[0015] 所述相位補(bǔ)償部補(bǔ)償所述第1指令以及第2指令的至少一方，來補(bǔ)償包括所述電 流控制部的電流控制系統(tǒng)的控制延遲和所述轉(zhuǎn)矩推測(cè)部的推測(cè)延遲的至少一方。
[0016] 本發(fā)明的旋轉(zhuǎn)機(jī)控制裝置如以上那樣構(gòu)成，所以能夠得到能夠在寬的范圍的速度 域內(nèi)更有效地抑制轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)的旋轉(zhuǎn)機(jī)控制裝置。
【附圖說明】
[0017] 圖1是示出本發(fā)明的實(shí)施方式1的旋轉(zhuǎn)機(jī)控制裝置的結(jié)構(gòu)的框圖。
[0018] 圖2是示出圖1的第1指令生成部的詳細(xì)結(jié)構(gòu)的框圖。
[0019] 圖3是示出圖1的第2指令生成部的詳細(xì)結(jié)構(gòu)的框圖。
[0020] 圖4是用于說明圖3的控制參數(shù)Kp的設(shè)定的圖。
[0021] 圖5是用于說明在本發(fā)明中補(bǔ)償?shù)碾娏ψ儞Q器的相位延遲的電壓波形圖。
[0022] 圖6是示出通過圖1所示的旋轉(zhuǎn)機(jī)控制裝置來進(jìn)行轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)抑制控制的情況的仿 真結(jié)果的圖。
[0023] 圖7是示出用于說明本發(fā)明的實(shí)施方式3的動(dòng)作的電流控制系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型的框 圖。
【具體實(shí)施方式】
[0024] 實(shí)施方式1.
[0025] 圖1~圖6是示出用于實(shí)施本發(fā)明的實(shí)施方式1的圖，圖1是示出旋轉(zhuǎn)機(jī)控制裝 置的結(jié)構(gòu)的框圖，圖2是示出圖1的第1指令生成部的詳細(xì)結(jié)構(gòu)的框圖，圖3是示出圖1的 第2指令生成部的詳細(xì)結(jié)構(gòu)的框圖。圖4是用于說明圖3的控制參數(shù)Kp的設(shè)定的圖，圖5 是用于說明在本發(fā)明中補(bǔ)償?shù)碾娏ψ儞Q器的相位延遲的電壓波形圖，圖6是示出通過圖1 所示的旋轉(zhuǎn)機(jī)控制裝置來進(jìn)行轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)抑制控制的情況的仿真結(jié)果的圖。
[0026] 在圖1中，旋轉(zhuǎn)機(jī)控制裝置具有：電流指令生成部1、電流控制部2、dq-三相變換 部3、電流檢測(cè)部5、三相-dq變換部6、推測(cè)部7、減法器8、9、加法器10、11、旋轉(zhuǎn)位置檢測(cè) 器（pulse generator :脈沖發(fā)生器）13、第1指令生成部100、第2指令生成部200。推測(cè) 部7推測(cè)作為旋轉(zhuǎn)機(jī)的PM馬達(dá)（Permanent Magnet Synchronous Motor:永磁同步馬達(dá)） (以下簡稱為馬達(dá)）12的轉(zhuǎn)矩以及感應(yīng)電壓。旋轉(zhuǎn)位置檢測(cè)器13檢測(cè)馬達(dá)的旋轉(zhuǎn)位置。第 1指令生成部100如圖2詳細(xì)所示，具有處理部101、運(yùn)算部102、103、運(yùn)算部105、106、加法 器107,生成用于抑制轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)的第1指令。處理部101具有提取部IOla以及相位補(bǔ)償部 l〇lb。提取部IOla提取推測(cè)轉(zhuǎn)矩τ的振動(dòng)分量（脈動(dòng)分量）。相位補(bǔ)償部IOlb根據(jù)用于 補(bǔ)償推測(cè)轉(zhuǎn)矩τ的相對(duì)于實(shí)際轉(zhuǎn)矩的推測(cè)延遲的補(bǔ)償設(shè)定值，補(bǔ)償由提取部IOla提取出 的推測(cè)轉(zhuǎn)矩τ的振動(dòng)分量的相位（詳細(xì)后述）。運(yùn)算部102、103運(yùn)算轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)振動(dòng)抑制 值。運(yùn)算部102、103分別具有減法器102a、103a、抑制控制部102b、103b。運(yùn)算部105、106 具有信號(hào)生成部l〇5a、106a、乘法器105b、106b。信號(hào)生成部105a、106a生成周期信號(hào)，一 并地補(bǔ)償電流控制系統(tǒng)的控制延遲。另外，推測(cè)部7、第1指令生成部100、第2指令生成部 200是本發(fā)明中的轉(zhuǎn)矩補(bǔ)償部。另外，第1指令生成部100以及第2指令生成部200兼任本 發(fā)明中的相位補(bǔ)償部（詳細(xì)后述）。由電流控制部2、dq-三相變換部3、推測(cè)部7、第1指 令生成部100構(gòu)成了本發(fā)明中的電流控制系統(tǒng)。推測(cè)部7是本發(fā)明中的電壓推測(cè)部以及轉(zhuǎn) 矩推測(cè)部，dq-三相變換部3以及加法器11是電壓指令生成部。提取部IOla是本發(fā)明中 的第1提取部，相位補(bǔ)償部IOlb是第1相位補(bǔ)償部。運(yùn)算部102、103是本發(fā)明中的第1運(yùn) 算部，運(yùn)算部105、106是第2運(yùn)算部。信號(hào)生成部105a、106a是本發(fā)明中的第2相位補(bǔ)償 部。
[0027] 第2指令生成部200如圖3詳細(xì)所示，具有處理部201、運(yùn)算部202、203、加法器 204、調(diào)節(jié)部205,生成用于抑制轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)的轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)的補(bǔ)償電壓指令即第2指令。處理部 201具有提取部201a以及相位補(bǔ)償部201b。提取部201a提取感應(yīng)電壓中的振動(dòng)分量。相 位補(bǔ)償部201b根據(jù)用于補(bǔ)償q軸感應(yīng)電壓推測(cè)值eq的相對(duì)于實(shí)際電壓的推測(cè)延遲的補(bǔ)償 設(shè)定值，補(bǔ)償由提取部201a提取出的感應(yīng)電壓中的振動(dòng)分量的相位（詳細(xì)后述）。運(yùn)算部 202、203分別具有信號(hào)生成部202a、203a、乘法器202b、203b，并運(yùn)算第2指令。信號(hào)生成部 202a、203a生成周期信號(hào)，補(bǔ)償電流控制系統(tǒng)的控制延遲。提取部201a是本發(fā)明中的第2 提取部，相位補(bǔ)償部201b是第3相位補(bǔ)償部。運(yùn)算部202、203是本發(fā)明中的第3運(yùn)算部。 信號(hào)生成部202a、203a是本發(fā)明中的第4相位補(bǔ)償部。
[0028] 接下來，說明動(dòng)作。在圖1中，通過加法器10將轉(zhuǎn)矩的設(shè)定值τ μ和作為轉(zhuǎn)矩脈 動(dòng)補(bǔ)償指令的相位補(bǔ)償了的第1指令τ + (詳細(xì)后述）相加，作為轉(zhuǎn)矩指令τ +輸出到 (提供給）電流指令生成部1。在電流指令生成部1中，根據(jù)轉(zhuǎn)矩指令τ+和馬達(dá)常數(shù)，運(yùn) 算q軸電流指令iq'輸出到減法器8。另外，在電流檢測(cè)部5中，檢測(cè)馬達(dá)12的實(shí)際電流 矢量i，輸出到三相-dq變換部6。然后，在三相-dq變換部6中，根據(jù)實(shí)際電流矢量i，運(yùn)算 q軸實(shí)際電流iq以及d軸實(shí)際電流id，q軸實(shí)際電流iq輸出到減法器8, d軸實(shí)際電流id 輸出到減法器9。
[0029] 在減法器8中，運(yùn)算q軸電流指令iq+和q軸實(shí)際電流iq的差，輸出到電流控制 部2。在減法器9中，運(yùn)算d軸電流指令i(T和d軸實(shí)際電流id的差，同樣地輸出到電流控 制部2。在電流控制部2中，運(yùn)算d軸電壓指令vcT以及q軸電壓指令vq% d軸電壓指令 vcT輸出到dq-三相變換部3。另外，通過加法器11將q軸電壓指令ν。和相位補(bǔ)償了的 第2指令vq%ip (詳細(xì)后述）相加，輸出到dq-三相變換部3。在dq-三相變換部3中，根 據(jù)d軸電壓指令vcT以及q軸電壓指令vq'運(yùn)算作為三相的驅(qū)動(dòng)電壓指令的電壓指令矢 量ν'輸出到電力變換器4。在電力變換器4中，依照電壓指令矢量V%輸出三相電壓，驅(qū) 動(dòng)馬達(dá)12,以產(chǎn)生與轉(zhuǎn)矩指令τ+相等的轉(zhuǎn)矩。
[0030] 以上是動(dòng)作的概略，而在本實(shí)施方式中，根據(jù)由推測(cè)部7、第1指令生成部100、第 2指令生成部200等求出的相位補(bǔ)償了的第1指令τ + _以及相位補(bǔ)償了的第2指令vq '1P來進(jìn)行控制的補(bǔ)償。以下，說明其詳請(qǐng)。在推測(cè)部7中，根據(jù)馬達(dá)常數(shù)、實(shí)際電流矢量 i、對(duì)馬達(dá)12的電壓指令矢量，、以及由編碼器等旋轉(zhuǎn)位置檢測(cè)器13檢測(cè)到的馬達(dá)的電角 Θ ，通過以下的運(yùn)算來推測(cè)作為馬達(dá)的推測(cè)感應(yīng)電壓的推測(cè)電壓矢量e。
[0031] [式 1]
[0032] 式 1
[0035] e = F (s) (v*- ((R+pL) 1+ ω reLJ) i)
[0036] 此處，R表示馬達(dá)的繞組電阻，L表示自感，Pm表示極對(duì)數(shù)，p表示微分算子，I表 示單位矩陣，J表示交錯(cuò)矩陣，F(xiàn) (s)表示低通濾波器的增益，〇"表示機(jī)械角速度，ω 表示 電角速度。雖然未圖示，但增益F(S)是在推測(cè)部7內(nèi)通過基于微處理器的軟件處理而實(shí)現(xiàn)