Pm電動機的電流控制增益調整方法、電流控制方法以及控制裝置的製作方法
2023-06-26 03:35:46 1
專利名稱：Pm電動機的電流控制增益調整方法、電流控制方法以及控制裝置的製作方法
技術領域：
本發明涉及一種具有檢測電動機電流來進行控制的電流控制系統的PM電動機的電流控制增益調整方法、電流控制方法以及控制裝置。
背景技術：
近年來，開發了一種利用矢量控制來進行速度控制的PM電動機的控制裝置。下面，使用圖10來說明通過矢量控制來進行速度控制的以往的PM電動機的控制
>J-U ρ α裝直。圖10是表示以往的PM電動機的電動機控制裝置的結構的框圖。如圖10所示，PM電動機的電動機控制裝置至少由PM電動機101、速度運算部103、速度控制部104、電流檢測器105、電流坐標轉換部106、d軸電流控制部107、q軸電流控制部108、電壓坐標轉換部109以及逆變器(inverter) 110構成。而且，圖10所示的PM電動機的電動機控制裝置通過下面示出的動作來驅動PM電動機101。 BP,PM電動機101中安裝有位置檢測器102，來檢測PM電動機101的轉動位置。速度運算部103基於由位置檢測器102檢測出的位置信息來計算PM電動機101的速度com。速度控制部104以速度ωπι與所提供的速度指令ω*之間的偏差為輸入來計算q軸電流指令Iq*，使得由速度運算部103計算出的PM電動機101的速度ωπι追隨該速度指令ω*。此時，速度控制部104例如利用比例積分控制來進行動作。電流坐標轉換部106對由電流檢測器105檢測出的電動機電流的檢測值進行坐標轉換，計算並輸出d軸電流Id和q軸電流Iq，其中，該d軸電流Id是與PM電動機101的磁極軸同方向的成分，該q軸電流Iq是相對於d軸垂直的方向的成分。然後，d軸電流控制部107計算並輸出d軸電壓指令Vd*,使得d軸電流Id追隨預先提供的d軸電流指令Id*。另外，q軸電流控制部108計算並輸出q軸電壓指令Vq*，使得q軸電流Iq追隨q軸電流指令Iq*。此時，d軸電流控制部107和q軸電流控制部108例如利用比例積分控制來進行動作。然後，電壓坐標轉換部109製作基於d軸電壓指令Vd*和q軸電壓指令Vq*的三相的電壓指令。逆變器110基於由電壓坐標轉換部109製作出的電壓指令來驅動PM電動機 101。此時，在以往的PM電動機的驅動裝置中，為了穩定地驅動PM電動機，需要適當地設定d軸電流控制部107和q軸電流控制部108的電流控制增益，來實現穩定的電流控制。另外，為了得到PM電動機的高的速度控制性，期望將作為速度控制系統的小迴路(MinorLoop)的電流控制系統的電流控制增益設定得儘可能高。因此，在以往的PM電動機的控制裝置中，公開了一些對電流控制增益進行調整的技術(例如參照專利文獻I)。專利文獻I所公開的技術以感應電動機為對象，使用作為包括負載的等效電路的電路常數(電動機常數)的電阻值和電感值以及控制延遲時間，基於運算式來唯一地確定電流控制增益。另外，求出電阻值、電感值等電動機常數的另一技術例如在專利文獻2中公開。根據專利文獻2，首先，基於使直流電流流過PM電動機101時的輸入電壓和輸入電流來求出電阻值。接著，提取使交流電流流過PM電動機101時的輸入電壓和輸入電流的基波成分，基於輸入電壓和輸入電流各自的大小以及輸入電壓與輸入電流的相位差來求出電感值。然後，基於所求出的電阻值和電感值來求出電流控制增益。然而，在專利文獻I中，需要預先調查作為等效電路常數的電阻值和電感值。另夕卜，由於利用固定式來計算用於決定電流控制的響應性的截止頻率，因此有時未必能將電流響應性發揮到最大限度。另一方面，在專利文獻2中，能夠測量作為專利文獻I的課題的電動機常數。但是，到為了求出繞組電阻而在PM電動機101中流動的直流電流變為穩定狀態為止，需要時間。另外，存在以下的問題等:由於使用各自分開的試驗信號來測量電阻值和電感值，因此測量中需要時間。專利文獻1:日本特開平9-84378號公報專利文獻2:日本特開2000-312498號公報
發明內容
本發明的PM電動機的電流控制增益調整方法具有以下步驟:對PM電動機施加包
含直流成分和多個頻率成分的電壓；檢測與施加電壓相應地流動的電動機電流；以及使用
作為施加電壓與電動機電流的關係的頻率特性來計算穩定且電流響應性高的電流控制增.、
Mo由此，能夠在短時間內調整穩定且電流響應性高的電流控制增益。
圖1是表示本發明的實施方式I中的PM電動機的電動機控制裝置的結構的框圖。圖2是表示本發明的實施方式I中的電流增益調整部調整電流控制增益的處理流程的流程圖。圖3是說明PM電動機的單相通電狀態的等效電路圖。圖4A是表示PM電動機的傳遞函數(增益)的頻率特性的圖。圖4B是表示PM電動機的傳遞函數(相位)的頻率特性的圖。圖5A是表示電流控制開環頻率特性的圖。圖5B是表示電流控制開環頻率特性的圖。圖6是表示本發明的實施方式2中的電流增益調整部調整電流控制增益的處理流程的流程圖。圖7是表示該實施方式中的電動機電流與電氣時間常數的關係的圖。圖8是表示本發明的實施方式3中的PM電動機的電動機控制裝置的結構的框圖。圖9是表示本發明的實施方式3中的處理流程的流程圖。圖10是表示以往的PM電動機的電動機控制裝置的結構的框圖。
具體實施例方式
下面，參照附圖來說明本發明的實施方式。此外，本發明並不限定於本實施方式。(實施方式I)下面，使用圖1來說明本發明的實施方式I中的PM電動機的電流控制增益調整方法和電動機控制裝置。圖1是表示本發明的實施方式I中的PM電動機的電動機控制裝置的結構的框圖。如圖1所示，本實施方式的PM電動機的電動機控制裝置至少由PM電動機1、速度運算部3、速度控制部4、電流檢測器5、電流坐標轉換部6、d軸電流控制部7、q軸電流控制部8、電壓坐標轉換部9、逆變器10、電流增益調整部11以及電壓指令切換部12構成。即，圖1所示的PM電動機的電動機控制裝置通過下面示出的動作來驅動PM電動機I。也就是說，PM電動機I中安裝有位置檢測器2，來檢測PM電動機I的轉動位置。速度運算部3基於由位置檢測器2檢測出的PM電動機I的轉動位置信息來計算PM電動機速度ωπι。速度控制部4以使由速度運算部3運算出的電動機速度com追隨速度指令ω*的方式進行控制，來計算並輸出q軸電流指令Iq*。電流檢測器5檢測流過PM電動機I的電動機電流。電流坐標轉換部6將電流檢測器5所檢測出的電動機電流轉換為d軸電流Id、q軸電流Iq並輸出。d軸電流控制部7以使由電流坐標轉換部6轉換得到的d軸電流Id追隨d軸電流指令Id*的方式進行控制，來計算並輸出d軸電壓指令Vd*。q軸電流控制部8以使由電流坐標轉換部6轉換得到的q軸電流Iq追隨q軸電流指令Iq*的方式進行控制，來計算並輸出Q軸電壓指令Vq*。電壓坐標轉換部9將d軸電壓指令Vd*和q軸電壓指令Vq*指令轉換為三相的電壓指令。逆變器10將與所輸入的三相的電壓指令相應的電壓施加到PM電動機I。電流增益調整部11進行電流控制增益的調整處理，對d軸電流控制部7和q軸電流控制部8進行設定。然後，電壓指令切換部12在電壓坐標轉換部9的輸出與電流增益調整部11的輸出之間進行切換，以作為向逆變器10輸入的三相的電壓指令。此外，在進行通常的PM電動機I的速度控制時，電壓指令切換部12被切換為圖1中示出的A側，在進行電流控制增益調整時被切換為圖1中示出的B偵U。接著，具體說明PM電動機I的電流控制增益調整方法。首先，將PM電動機I的電動機驅動裝置的電壓指令切換部12切換到B偵彳。然後，電流增益調整部11對施加於PM電動機I的逆變器10的輸出的電流控制增益進行調整。下面，使用圖2至圖4B，並參照圖1來具體說明電流增益調整部11的動作和作用。圖2是表示本發明的實施方式I中的電流增益調整部調整電流控制增益的處理流程的流程圖。圖3是說明PM電動機的單相通電狀態的等效電路圖。圖4A是表示PM電動機的傳遞函數(增益)的頻率特性的圖。圖4B是表示PM電動機的傳遞函數(相位)的頻率特性的圖。如圖2所示，首先，當開始電流控制增益的調整處理時，為了將PM電動機I的轉子引入到規定的位置而生成並輸出引入電壓指令(步驟S101)。這是為了預先將PM電動機I的轉子固定在規定的位置，是因為，PM電動機I由於轉子中存在磁體而有時會由於電壓的施加而轉子被轉動。因此，優選的是電動機常數的計算在PM電動機I的轉子靜止的狀態下進行。因此，首先，基於引入電壓指令對PM電動機I的例如U相施加Va的直流電壓、並對V相、W相施加-Va/2的直流電壓，將PM電動機I的轉子引入到規定的位置。此外，直流電壓Va例如被設定為在施加電壓時流動PM電動機I的額定電流程度的電流時的電壓，以使得PM電動機I的轉子充分地被引入到規定的位置。此時，將PM電動機I的轉子引入到規定的位置後的PM電動機I的等效電路如圖3所示。也就是說,如圖3所示，由於PM電動機I的轉子未轉動，因此PM電動機I的等效電路由相電阻R和相電感L形成，U-VW之間被施加單相的電壓。由此，成為電流軸(d軸)與磁極軸一致的狀態。接著，生成為了計算電動機常數而施加的作為施加電壓的電壓指令Vs (t)(步驟S102)。具體地說，生成如(式I)所示那樣的、將直流成分VO與具有多個頻率成分的Vn (t)相加得到的電壓指令Vs⑴。此時，作為電壓指令Vn⑴,例如使用M序列信號(MaximumLength Sequence Signal:最大長度序列信號)。此外，關於生成將VO與Vn相加得到的電壓指令Vs (t)的理由，在後面敘述。[式I]Vs(t)=V0+Vn(t)然後，基於所生成的電壓指令Vs (t)，與引入時同樣地向逆變器10的例如U相輸出Vs⑴的電壓指令Vs (t)、並向V相和W相輸出-Vs⑴/2的電壓指令Vs⑴，使得U-VW之間被施加單相的電壓。此時，根據電壓指令Vs (t)流過PM電動機I的電動機電流流過與磁極軸相同的d軸，因此不產生使PM電動機I的轉子轉動的轉矩。由此，能夠在使PM電動機I的轉子靜止的狀態下進行用於計算電動機常數的數據測量。接著，對通過步驟S102施加的電壓指令Vs (t)和作為電壓指令Vs (t)的響應的電動機電流Is (t)進行採樣，並作為時間序列數據取入(步驟S103)。在這種情況下，電動機電流Is (t)為與在U-VW之間施加的單相的施加電壓相對的電動機電流，因此會採樣得到U相的電動機電流。接著，作為電壓指令Vs(t)與電動機電流Is(t)之間的關係，求出從電壓指令Vs (t)向電動機電流Is(t)的傳遞函數H(S)的頻率特性(步驟S104)。此外，能夠通過對電壓指令Vs⑴和電動機電流Is⑴進行FFT (Fast Fourier Transform:快速傅立葉變換)處理等來得到傳遞函數H(S)的頻率特性。接著，基於傳遞函數H(S)的頻率特性來提取作為PM電動機的電動機常數的電氣時間常數L/R和相電阻R。施加電壓指令Vs(t)時的PM電動機的等效電路如圖3所示，用(式2)式來表示傳遞函數H(S)。[式2]
權利要求
1.一種PM電動機的電流控制增益調整方法，具有以下步驟: 電壓施加步驟，對PM電動機施加包含直流成分和多個頻率成分的施加電壓； 電動機電流檢測步驟，檢測與通過上述電壓施加步驟施加的上述施加電壓相應地流動的電動機電流； 電動機頻率特性運算步驟，基於上述施加電壓和上述電動機電流來運算頻率特性；以及 電流控制增益調整步驟，基於通過上述電動機頻率特性運算步驟得到的頻率特性來調整電流控制增益。
2.根據權利要求1所述的PM電動機的電流控制增益調整方法，其特徵在於， 上述電壓施加步驟施加直流成分不同的多個上述施加電壓， 上述電動機頻率特性運算步驟基於上述電壓施加步驟的結果來運算不同的多個頻率特性， 上述電流控制增益調整步驟針對上述不同的多個頻率特性調整電流控制增益。
3.—種PM電動機的電流控制方法，具有以下步驟: 電壓施加步驟，對PM電動機施加直流成分不同的包含多個頻率成分的施加電壓；電動機電流檢測步驟，檢測與通過上述電壓施加步驟施加的上述施加電壓相應地流動的電動機電流； 電動機頻率特性運算步驟，基於上述施加電壓和上述電動機電流來運算不同的多個頻率特性； 電流控制增益調整步驟，基於通過上述電動機頻率特性運算步驟得到的上述不同的多個頻率特性來調整電流控制增益；以及 電流控制增益圖製作步驟，將通過上述電流控制增益調整步驟調整後的上述電流控制增益與所檢測出的上述電動機電流的平均值相關聯地進行存儲來製作電流控制增益圖，其中，在驅動上述PM電動機時，基於所存儲的上述電流控制增益圖來設定與電動機電流指令或所檢測出的上述電動機電流相關聯的上述電流控制增益，從而控制上述電動機電流。
4.一種PM電動機的控制裝置，具有根據權利要求1或權利要求2所述的PM電動機的電流控制增益調整方法。
5.一種PM電動機的控制裝置，具有根據權利要求3所述的PM電動機的電流控制方法。
全文摘要
本發明具有以下步驟電壓施加步驟，對PM電動機施加包含直流成分和多個頻率成分的施加電壓；電動機電流檢測步驟，檢測與施加電壓相應地流動的電動機電流；以及電流控制增益調整步驟，基於施加電壓和電動機電流的頻率特性來計算電流控制增益。由此，能夠在短時間內調整穩定且電流響應性高的電流控制增益。
文檔編號H02P6/12GK103155399SQ20118004867
公開日2013年6月12日 申請日期2011年9月28日 優先權日2010年10月8日
發明者田澤徹, 西園勝 申請人:松下電器產業株式會社