永磁同步電動機的控制裝置及電動機控制系統的製作方法
2023-12-03 16:00:56 5
專利名稱：永磁同步電動機的控制裝置及電動機控制系統的製作方法
技術領域：
本發明涉及一種同定永磁同步電動機的繞組電阻值與感應電壓係數 的控制裝置及電動機控制系統。
背景技術：
在省略位置傳感器而控制電動機的無傳感器矢量控制方法中，使用電
動機常數的同定(identify)技術。例如，在專利文獻l中公開了設置逆感 應電壓係數同定器，使用電動機輸入電壓Vqest、流過電動機的電流Idest 和Iqest、電動機的旋轉角速度col、電動機繞組的電阻分量R、 d軸電感 分量Ld，由數學式(1)所示的計算進行逆電壓係數O的同定計算的技術。
以上參數由在電動機的旋轉坐標軸中坐標轉換得到，該電動機的旋轉坐標 軸由永磁同步電動機的電動機軸推導器得到的軸誤差與逆變器的旋轉坐
標軸求出。
(數學式(1))
々-丄(Vq改—ovLd.Id改一R,Iq故).............. . (1)
專利文獻1:特開2004-7924號公報
專利文獻l的技術目的在於，通過在電動機控制計算部使用由逆電壓 常數同定器得到的逆電壓係數①，實現在電動機的輸出轉矩的最佳操作點 中的驅動。因此，使用位置無傳感器控制時，無法涉及到成為重大問題的 "在低速區域中的電阻值的設定誤差的影響或同定方法"等。
發明內容
因此，本發明的目的在於提供一種在低速區域和高速區域的兩個區域 中能夠同定電動機常數的永磁同步電動機的控制裝置及電動機控制系統。 為了解決所述課題，本發明的方法為一種永磁同步電動機的控制裝置(100)，具有輸出控制與永磁同步電動機(1)連接的電力轉換器(2)
的控制信號的矢量控制部(150)、推導作為積分所述永磁同步電動機的
速度推導值而求出的相位推導值與所述永磁同步電動機的相位值的偏差
的軸誤差信息的軸誤差推導計算部(4)、以使所述軸誤差推導計算部計 算出的推導值一致於軸誤差信息的指令值的方式進行控制的速度推導計 算部(5)，其特徵在於，具有電動機常數同定計算部(14)，其使用所 述軸誤差推導計算部計算出的q軸電壓分量值(X)與速度推導值(wl) 或速度指令值，同定所述永磁同步電動機的電動機常數，並向所述矢量控 制部反映同定的電動機同定常數。另外，括弧內的內容是例示。
根據該特徵，使用根據繞組電阻值的設定誤差AR和q軸電流推導值 Iqc的乘積與所述速度推導值"l和感應電壓係數K^的乘積之和計算的q 軸電壓分量值(X= (R- (R*+AIT) ) *Iqc+"l 'Ke)、速度推導值"l 或速度指令值，同定電動機常數。q軸電壓分量值X在速度推導值"l的值 為大的"高速區域"時，忽略繞組電阻值R的項(R- (R*+AIT) ) *Iqc， 在速度推導值"l的值為小的"低速區域"時，由繞組電阻值R的項(R-(R*+AIT) ) 'Iqc支配。
艮P， (l)在低速區域中，從軸誤差推導計算的q軸電壓分量值減去"速 度推導值與感應電壓係數的設定值的乘積"，基於該減法運算結果的差值， 能夠同定永磁同步電動機的繞組電阻值，(2)在高速區域中，基於軸誤 差推導計算的q軸電壓分量值與"速度推導值與感應電壓係數的設定值的 乘積"的比率，能夠同定永磁同步電動機的感應電壓係數。
另外，所謂"低速區域"，是電阻的設定值與感應電壓係數的比率乘 以q軸的電流指令值或電流檢測值，並能夠任意設定該乘法運算結果的積 值為額定旋轉速度的數％以下的值的第1速度設定電平值以下，所謂"高速 區域"，是電阻的設定值與感應電壓係數的比率乘以q軸的電流指令值或 電流檢測值，並能夠任意設定該乘法運算結果的積值為額定旋轉速度的數 十％以上的值的第2速度設定電平值以上。
根據本發明，能夠在低速區域和高速區域的兩個區域中同定電動機系 數。因此，在低速區域中能夠得到抑制失調現象的高穩定化，在高速區域 中能提高速度控制精度並能夠得到高精度化。
圖1是本發明的第1實施方式的電動機控制系統的整體結構圖。
圖2是不適用本發明時在低速區域中的控制特性圖(R=R*)。 圖3是不適用本發明時在低速區域中的控制特性圖(R=1.2XR*)。 圖4是不適用本發明時在高速區域中的控制特性圖(Ke=Ke*)。 圖5是不適用本發明時在高速區域中的控制特性圖(Ke=0.8XKe*)。 圖6是包括在電動機常數同定計算部中的低速區域用信號產生部的說 明圖。
圖7是在低速區域中執行的電動機常數同定計算部的說明圖。 圖8是包括在電動機常數同定計算部中的高速區域用信號產生部的說 明圖。
圖9是在高速區域中執行的電動機常數同定計算部的說明圖。 圖10是第1實施方式的在低速區域中的控制特性圖(R=1.2XR*)。 圖11是第1實施方式的在高速區域中的控制特性圖(K^0.8XKe"。 圖12是表示本發明的第2實施方式的電動機控制系統的整體結構圖。 圖13是表示本發明的第3實施方式的電動機控制系統的整體結構圖。
圖中l一永磁同步電動機；2—電力轉換器；3—電流檢測器；4一軸 誤差推導計算部；5 —速度推導計算部；6 —相位計算部；7 —坐標轉換部；
8—d軸電流指令產生部；9、 9a—d軸電流控制計算部；10_轉矩/電流轉 換部；11、 lla—q軸電流控制計算部；12、 12a、 12b —矢量控制計算部； 13 —坐標轉換部；14一電動機常數同定計算部；15、 16、 146 —加法器； 21—直流電源；100、 110、 120 —控制裝置；141一低速區域用信號產生器；
142 —判定部；143、 147_乘法器；144 —積分器；145、 149一切換部；148 一除法計算部；150、 152、 154 —矢量控制部；200、 210、 220—電動機控 制系統。
具體實施例方式
(第1實施方式)
圖1是本發明的第1實施方式的電動機控制系統的整體結構圖。圖1的電動機控制系統200的構成為具有永磁同步電動機1、電力
轉換器2、電流檢測器3、直流電源21、控制裝置IOO，控制裝置100的 矢量控制部150以轉矩指令t *作為目標值進行dq矢量控制。
永磁同步電動機1按照內置永磁體的轉子在定子的內部進行旋轉的方 式而構成，由電動機常數(R、 Ld、 Lq、 Ke)規定勵磁軸(d軸)和轉矩 軸(q軸)的電壓電流特性。電力轉換器2通過比較電壓指令值Vu*、 Vv*、 Vw+與三角波，輸出PWM調製了直流電壓的三相交流電壓。電流檢測器 3檢測流過永磁同步電動機1的3相交流電流Iu、 Iv、 Iw。直流電源21向 電力轉換器2提供直流電力。
控制裝置100由ROM (Read Only Memory) 、 RAM (Random Access Memory)、以及CPU (Central Processing Unit)構成，具有軸誤差推導計 算部4、速度推導計算部5、電動機常數同定計算部14、矢量控制部150， 矢量控制部150具有相位計算部6、坐標轉換部7、 d軸電流指令產生部8、 d軸電流控制計算部9、轉矩/電流轉換部10、 q軸電流控制計算部ll、矢 量控制計算部12a、坐標轉換部13、加法器15、 16的各功能。
軸誤差推導計算部4使用d軸電壓指令值Vd*、 q軸電壓指令值Vq*、 d軸電流檢測值Idc、 q軸電流檢測值Iqc、速度推導值"l、以及"繞組電
阻值的設定誤差(r-r*)的同定信ara"進行作為控制的基準軸e^與電 動機的磁通量軸e之間的相位誤差的軸誤差△ e (= e C*- e )的推導計算，
輸出軸誤差推導值A 0c和q軸電壓分量值"X"。
速度推導計算部5輸出PLL控制了的速度推導值"1，使得軸誤差推
導值A ec與作為軸誤差指令值的"零" 一致。
相位計算部6積分計算速度推導值"l，從而計算永磁同步電動機1 的旋轉相位指令值e c*。坐標轉換部7基於3相交流電流Iu、 Iv、 Iw的檢 測值Iuc、 Ivc、 Iwc與永磁同步電動機1的旋轉相位指令值90*，輸出d 軸電流檢測值Idc、 q軸電流檢測值Iqc。 d軸電流指令產生部8輸出d軸 電流指令值IW，除減弱勵磁之外輸出"0"。
轉矩/電流轉換部10根據感應電壓係數Ke除以設定值K^的值(感 應電壓係數Ke與設定值K^之間的比率)的同定值KeA—gain,使由上位 得到的轉矩指令值t *轉換為q軸電流指令值Iq。d軸電流控制計算部9根據第1的d軸電流指令值Ic^與d軸電流檢測 值Idc之間的偏差，計算第2的d軸電流指令值Id**。
q軸電流控制計算部11根據第1的q軸電流指令值^1*與q軸電流檢 測值Iqc之間的偏差，計算第2的q軸電流指令值Iq**。
這裡，使d軸電流控制計算部9、 q軸電流控制計算部ll作為由"比 例計算+積分計算"或"積分計算"構成的結構。
矢量控制計算部12a使用第2的d軸電流指令值Id**、第2的q軸電 流指令值Iq**、速度推導值oH、以及電動機常數的設定值(R*、 Ld*、 Lq*、 Ke*)計算電壓指令值Vd、 Vq*。
坐標轉換部13使用電壓指令值Vd*、 Vq+和旋轉相位指令值0 c*，計 算3相交流的電壓指令值VW、 Vv*、 Vw*。
電動機常數同定計算部14使用在軸誤差推導計算部4的內部中計算 的q軸電壓分量值"X"、速度推導值"l、以及感應電壓係數Ke的設定 值Ke、計算繞組電阻值的設定誤差的同定值AR 感應電壓係數Ke與 設定值Ke+之間的比率KeA—gain。
最初，對電壓控制與相位控制的基本操作進行說明。
首先，轉矩/電流轉換部IO使用數學式(2)使從上位得到的轉矩指令 值t *轉換為q軸的電流指令值Iq*。 (數學式(2))
Iq.=^-—— ....................(2)
5 Pm' Ke* KeA^gain
其中
Pm:永磁同步電動機的極對數；
Ke*:感應電壓係數Ke的設定值；
KeA—gain:感應電壓係數Ke與設定值Ket的比率的同定值(Ke/ Ke*)。 其次，d軸電流控制計算部9和q軸電流控制計算部11使用第1電流
指令值Id、 k^與電流檢測值Idc、 Iqc，計算用於矢量控制計算的中間的
第2電流指令值Id^、 Iq**。
在矢量控制計算部12a中，使用第2電流指令值Id**、 Iq"與速度推
導值"l、以及永磁同步電動機l的常數設定值(R*、 Ld*、 Lq*、 Ke*)，計算數學式(3)所示的電壓指令值Vf、 Vq*，控制電力轉換器2的電壓 指令值VW、 Vv*、 Vw*。 (數學式(3))
畫Vd"formula see original document page 9r:繞組電阻值； Ld: d軸電感值； Lq: q軸電感值。
另一方面，對於相位控制的基本操作，在軸誤差推導計算部4中，使 用d軸電壓指令值VW、 q軸電壓指令值Vqf、電流檢測值Idc和Iqc、速 度推導值"l、永磁同步電動機1的常數設定值(r*、 Lq*)、以及"繞組
電阻值的設定誤差(r-r*)的同定但ara"，進行作為旋轉相位指令值e c^與旋轉相位值e的偏差的軸誤差值A e^e^-e)的推導計算。使用數 學式(4)計算軸誤差推導值A ec。
(數學式(4))
△9c = tan-
Vd*—(R. + AR>Idc + CD' .Lq'-Iqc
、Vq—(R, + AR" Iqc—co,. Lq' 'ldc,
速度推導計算部5通過PLL控制推導相位誤差值A 9c成為"零
使用數學式(5)計算速度推導值oU。 (數學式(5))
Ki、
(4)
co, = —A9c.(Kp十一)
s
(5)
其中
Kp:比例增益； Ki:積分增益；
S:拉普拉斯(Laplace)計算因子。
在相位計算部6中，使用速度推導值col，由數學式(6)所示的計算
控制旋轉相位推導值e^。
(數學式(6))1 s
以上是矢量控制部150的電壓控制與相位控制的基本操作。
下面，說明未設置作為本實施方式的特徵結構的"電動機常數同定計
算部14"而固定了矢量控制部150的設定值時的控制特性。
在圖1的控制裝置中，進行低速區域(額定旋轉速度的數％左右)中
的一個定速運轉，給出斜坡(ramp)狀變化的負載轉矩^L。
這時，圖2、圖3表示基於永磁同步電動機1的繞組電阻值、軸誤差
推導計算部4、和矢量控制計算部12a的設定值11*的誤差(有/無)的控
制特性。
在低速區域中，永磁同步電動機1的繞組電阻值R的變動成為影響穩 定性的很大問題。
圖2是設定永磁同步電動機1的繞組電阻值R、軸誤差推導計算部4、 和矢量控制計算部12&中的設定值&*一致時(R=R*)的控制特性，橫軸 為時間"s"。永磁同步電動機l以10%速度旋轉時，在圖2 (a)的A點 到B點之間，給出了斜坡狀的負載轉矩TL (0—100%)。
在負載轉矩TL變化的區間(A點到B點)中，圖2 (b)所示的旋轉 速度wr從10%速度下降到2%速度，但在B點以後，旋轉速度回到原來 的速度並以10%速度穩定運轉。
但是，在運轉中負載轉矩t L增加的高負載運轉或持續進入負載轉矩 TL的狀態時，永磁同步電動機l的繞組電阻值R因發熱而增加，並會產 生設定誤差(R-R*)。
圖3是增加了20。/。的繞組電阻值R時(R-1.2XR*)的控制特性，橫 軸為時間"s"。圖3 (a)中，負載轉矩TL直線增加時，在圖3 (b)的 C點中，永磁同步電動機1的旋轉速度降低，陷入無法運轉的狀態(失調)。
在11>11*的狀態中產生設定誤差(R-R*)時，作為軸誤差推導計算部 4的q軸電壓分量的分母值"X"會變大，速度推導值"l的推導精度惡化 是失調的原因(永磁同步電動機1的旋轉速度"r的變化大，但是速度推 導值"l的變化幅度小)。
另外，同樣地，高速區域(額定旋轉速度的數十％以上)中，將在一 個定速運轉中斜坡狀變化的負載轉矩t L賦予到永磁同步電動機1時，永磁同步電動機l的感應電壓係數Ke的變動成為問題。
在高速區域中，負載轉矩在運轉中增加的高負載運轉或持續進入負載 轉矩TL的狀態時，感應電壓係數Ke會下降，永磁同步電動機l會產生 設定誤差(Ke-Ke*)。
在圖1的電動機控制系統200不設置電動機常數同定計算部14時， 進行高速區域(額定旋轉速度的數十％以上)的等速運轉，給出斜坡狀變
化的負載轉矩TL。
圖4是永磁同步電動機l的感應電壓係數Ke與設定在轉矩/電流轉換 部10、以及矢量控制計算部12a上的設定值Ke申一致時(Ke=Ke*)的控 制特性。永磁同步電動機1 (圖1)以固定的100。/。速度的旋轉速度"r運 轉時，從D點到E點之間，給出斜坡狀的負載轉矩TL (0—100%)。
在負載轉矩t L變化的區間(D點到E點)，旋轉速度"r下降到92%， 但是E點以後旋轉速度"r回到原來的速度，以100%速度高精度運轉。
圖5是感應電壓係數Ke減少了20Q/。時(Ke=0.8Ke*)的控制特性圖。 即使產生感應電壓係數的誤差(Ke-Ke*)也能穩定運轉，但是在F點到G 點之間，如圖5 (b)所示的旋轉速度"r與圖4時(Ke=Ke*)相比約下降 了 2%。原因是在控制系統中使用設定值KeH十算了 q軸電流指令值Iq、 該旋轉速度"r的偏差大到負載的慣性值很小的程度。即，慣性值低時， 旋轉速度"r的偏差變成了數十M。
這樣，在低速區域中，存在因繞組電阻值的設定誤差(R-R*)而使控 制特性惡化的問題，在高速區域中存在因感應電壓係數的設定誤差 (Ke-Ke*)而使控制特性惡化的問題。
以下開始對成為本發明的特徵的"電動機常數的同定原理"進行說明。
在矢量控制計算部12a中，計算數學式(3)所示的電壓指令值Vd、
Vq*。另外，使用永磁同步電動機1的d軸電流Id、 q軸電流Iq、以及電
動機常數(R、 Ld、 Lq、 Ke)表示永磁同步電動機1的施加電壓Vd、 Vq時
有如下關係。
(數學式(7))
formula see original document page 11在這裡，進行PLL控制使得軸誤差A 9=0時，由於數學式(3)與數 學式(7)的右邊一致，因此能夠用數學式(8)表示d軸電流控制計算部 9與q軸電流控制計算部11的輸出值Id"與Iq^。 (數學式(8))
(R.R.+co,2.Ld.Lq.).Idc + o), .(R.Lq'.R''Lq).lqc + Lq'.(Ke-Ke')—
R'2+co,2'Ld'-Lq. (R.R'+co,2-Ld..Lq).Iqc + to, .(R''Ld-R'Ld').Idc + cvr'-(Ke-Ke.)
R'2+o)|2.Ld*-Lq,
另外，通過設定d軸電流kP為"0"，變成: (數學式(9))
(8)Id.
V
(0, .(R.Lq'-R'.Lq)-Iqc + g),、Lq'-(Ke-Ke') R.2+co,2-Ld'-Lq.
(R.R'+co,2.Ld''Lq).Iqc + (o， r. - (Ke陽Ke.)
(9)
R"+a),2.Ld'.Lq'
在這裡，關注軸誤差推導計算部4的計算。
在軸誤差推導計算部4中，由於使用數學式(4)計算了軸誤差推導 值A 9c，因此設1€1*=1&、 Iq*=Iqc、 col="r，將數學式(3)以及數學式 (9)代入到數學式(4)時，能夠用數學式(10)表示軸誤差計算值A e
c(
(數學式(10)) 廣
△6c = taiT1
co， .(Lq*—Lq).Iqc
R—(R'+AR").Iqc + co' .Ke
(1 0)
這裡，為了在"低速區域"與"高速區域"中檢査數學式(10)的分 母中出現的q軸電壓分量值X- (R- (R*+ARA) ) 'Iqc+col Ke的參數 靈敏度，考慮不進行電動機常數同定計算時(ARA=0， Ke—gain=l)的q 軸電壓分量值X0。
首先，對"低速區域"進行檢査。
如數學式(11)所示，可知數學式(10)的分母中出現的q軸電壓分 量值"XQ" (ARA=0)包括繞組電阻值的設定誤差(R-R*)。 (數學式(11))formula see original document page 13
針對繞組電阻值的設定誤差(R-R*)整理q軸電壓分量值XO時，變成 (數學式(12))
formula see original document page 13
因此，將同定的繞組電阻值的設定誤差(R-R*)作為AR 在軸誤差 推導計算部4中，如果進行考慮到ARA的數學式(4)的計算時，構成反 饋循環，能夠使用分母中出現的q軸電壓分量值"X"進行設定誤差ARA 的同定。formula see original document page 13這裡，K是積分增益。
數學式(10)的分母中出現的q軸電壓分量值"X"使用△ RA= (R-R*) 變成數學式(14)。 (數學式(14))
formula see original document page 13
而且，永磁同步電動機1的旋轉速度"r在零附近非常小，且在數學 式(15)的關係成立的範圍時，變成 (數學式(15))formula see original document page 13也能替代數學式(13) (數學式(16))
計算數學式(16)formula see original document page 13
艮P，在低速區域的區間中，使用數學式(10)的分母中出現的q軸電 壓分量值"X"，能夠同定永磁同步電動機1的繞組電阻值R。使用該同定值ARA進行軸誤差推導計算時，能夠實現相對於繞組電阻值R的變化穩 健且高穩定的控制特性。
另一方面，在高速區域的區間中，數學式(17)所示的關係成立。 (數學式(17))
這樣，軸誤差推導計算部4的分母值中出現的q軸電壓分量值"X" 變成數學式(18)。 (數學式(18))
X Ke, ...........................(18)
因此，根據數學式(19)進行永磁同步電動機1的感應電壓係數Ke 與設定值K^的比率(Ke/Ke*)的同定計算。 (數學式(19))
KeA_gain = ~.......................(19)
co.Ke
這裡，將數學式(18)代入到數學式(19)時，可知同定值Ke二gain 的值變成數學式(20)。 (數學式(20))
KeA_gain = ~^r ........................(2 0)
Ke
通常，使用感應電壓係數的設定值Ke、由數學式(21)計算q軸電 流指令值Iq、
(數學式(21))
Iq、"^^ ............(2 1)
2.Pm.Ke' 2
在本實施方式中，使用感應電壓係數Ke與設定值K^的比率(Ke/Ke" 的同定值KeA—gain,進行數學式(22)的計算。 (數學式(22))formula see original document page 15
~~ .....................(2 2)
formula see original document page 15
艮P，在高速區域的區間中，也能使用軸誤差計算部4的分母中出現的 q軸電壓分量值"X"同定感應電壓係數Ke與設定值K^的比率(Ke/K^)。
使用該比率的同定值Ke:gain進行轉矩/電流轉換時，能夠在感應電 壓係數的變化中實現穩健的控制特性。以上為"電動機常數的同定原理"。
下面，對控制裝置100的結構進行說明。
首先，使用圖6、圖7說明在低速區域的區間中執行的"繞組電阻值 R的同定計算"。
低速區域用信號產生器141包括電動機常數同定計算部14 (圖l)， 輸入速度推導值w 1，通過比較速度推導值"1與低速區域檢測電平(level) (low—modjvl)，生成數學式(23 )的關係的判定標誌(flag)(low—mod_flg)。 (數學式(23))
、^Iow mod lvl:low mod flg = 0) , 、
1 — — — — & ..............(2 3)
、 <low—mod—lvl: low—mod—flg = 1」
電動機常數同定計算部14在判定標誌為"1"時判斷為低速區域，進 行繞組電阻值的同定計算。
另外，低速區域檢測電平需要滿足數學式(24)的關係。 (數學式(24))
formula see original document page 15 ..................(2 4)
這裡，Iq_min—lvl是規定的電流電平值，為能夠執行同定計算的電流 檢測電平即可，具體而言，是額定電流的數[%]左右。
使用圖7，針對"繞組電阻值R的同定計算的處理"進行說明。
電動機常數同定計算部14具有判定部142、乘法器143、加法器146、 積分器144、切換部145。
判定部142輸入q軸電流檢測值Iqc，並與規定的電流電平(I^min一lvl)進行比較，生成數學式(25)的關係的判定標誌(i—mod一flg—1) (數學式(25))
廣Iqc ^ Iqjnin一lvl: imod—flg—1 = 1 、 、Iqc< Iq_min—lvl: i一mod—flg一l = 0,
(2 5)
乘法器143在速度推導值wl上乘以作為感應電壓係數的設定值的常 數Ke*。加法器146從q軸電壓分量值X減去基於乘法器143的乘法運算 結果的積值Ke*X " 1。積分器144K/s倍積分加法器146的輸出信號，輸 出輸出值AR—1。
切換部145在判定部142的判定標誌(i—modjlg—1)為"1"時，輸 出作為積分計算部144的輸出值的AR一1，在判定標誌(i—mod—flg_l)為 "0"時，輸出作為切換部145的輸出的同定計算值AR的前一次值AR一2。
其次，使用圖8、圖9說明在高速區域中執行的"感應電壓係數Ke 的同定計算"。
高速區域用信號產生部146輸入速度推導值"1 ，比較速度推導值co 1 與高速區域檢測電平(high—mod—lvl)，生成數學式(26)的判定標誌 (high—mod—flg )。 (數學式(26))
、^ high mod—lvl: high—mod—flg = 1) (26) 、co〈high一mod—lvl: high—mod—flg = 0」
電動機常數同定計算部14在判定標誌為"1"時，判斷為高速區域的 區間，進行感應電壓係數的同定計算。
這裡，高速區域檢測電平需要滿足數學式(27)的關係。 (數學式(27))
，.， ，，，R*. Iq_min lvl , 、
high—mod—lvl -^~ — ...............(27)
— — Ke
使用圖9，對"感應電壓係數Ke的同定計算的處理"進行說明。 電動機常數同定計算部14具有乘法器147、除法計算部148、和切換 部149，使用q軸電壓分量值"X"、以及速度推導值"l，計算同定值 Ke:gain。乘法器147對速度推導值o) 1與感應電壓係數Ke的設定值Ke* 進行乘法運算。除法計算部148基於數學式(19)，將q軸電壓分量值"X"除以乘法器147的乘法運算結果"l *Ke*。
切換部149在判定標誌(high—mod—flg)為"1"時，輸出作為除法計 算部148的輸出值的KeA—gain—1，在判定標誌(high—mod—flg)為"0"時， 輸出作為切換部149的輸出的感應電壓係數的設定比(Ke/Ke*)的同定計 算值KeA—gain的前一次值Ke二gain一2。
圖10、圖11為進行本實施方式的"電動機常數的同定計算"時的特 性圖。
圖IO為低速區域的控制特性圖，橫軸表示時間[s]。圖10 (a)表示永 磁同步電動機1的繞組電阻值R比設定值R4曾加了 20%時(R=1.2XR*) 的負載轉矩TL，圖10 (b)表示旋轉速度"i"，圖10 (c)的虛線表示繞. 組電阻值R，圖10 (c)的實線表示(設定值I^+同定值AR)。
在圖10 (c)的用0圈住的H區域中進行ARA的推導計算。
在該H區域以外，作為"同定值ARA與設定值I^的加法運算值"的 實線與"虛線"表示的"永磁同步電動機1的繞組電阻值R" —致(1.0 —1.2) 。 S卩，不會陷入如圖3所示的無法運轉的狀態(失調)中，能夠實 現穩定的控制特性。
圖11是高速區域的控制特性圖，表示永磁同步電動機1的感應電壓 係數Ke減少了20。/。時(Ke=0.8XKe*)的負載轉矩t L (圖11 (a))、 旋轉速度"r (圖11 (b))、感應電壓係數Ke (圖11 (c)的虛線)、感 應電壓係數的設定比(KeA—gainXKe*)(圖ll (c)的實線)。
在圖11 (c)的用O圈住的I區域中執行基於本實施方式的設定值 Ke:gain的推導計算。
在該I區域以外可知，作為"Ke二gain與K^的乘法運算值"的實線 與"虛線"表示的"永磁同步電動機1的感應電壓係數Ke" —致(1.0— 0.8)。
艮卩，在圖11 (b)中，旋轉速度"r為92%，不會成為如圖5 (b)所 示的進一步降低2%旋轉速度的狀態，能夠實現高精度的控制。 (第2實施方式)
第1實施方式是使用電動機常數同定計算部14的輸出值(ARA， KeA—gain)修正轉矩/電流轉換部10與軸誤差推導計算部4的電動機常數—Vd.-
-《
(R*+ARA)+ —co,.Lq. ovLd' (R'+AlO
+
(2 8)
的方式，使用輸出值(ARA， Ke:gain)，也能適用於矢量控制計算部12 的設定值。
圖12的整體結構圖的各構成要素變成矢量控制計算部12a變更為矢 量控制計算部12b。即，除了電動機控制系統210具有控制裝置110、控 制裝置110具有矢量控制部152、矢量控制部152具有矢量控制計算部12b 之外，與圖1相同。
矢量控制計算部12b輸出如數學式(28)所示的d軸電壓指令值Vf 和q軸電壓指令值Vq、 (數學式(28))
— ——o -to,. Ke*. ke'一gain
根據本實施方式，通過矢量控制計算部12b使用永磁同步電動機1的 常數的同定值(ARA， KeA—gain)進行計算，能夠實現高精度的矢量控制 系統。
(第3實施方式)
第1實施方式是使用電動機常數同定計算部14的輸出值(ARA， Ke二gain)對轉矩/電流轉換部10與軸誤差推導計算部4的電動機常數進 行修正的方式，但是使用輸出值AR 也能適用於d軸電流控制計算部9 以及q軸電流控制計算部11的控制增益的計算。
在圖13的整體結構圖中，除了電動機控制系統220具有控制裝置120， 控制裝置120具有矢量控制部154，矢量控制部154具有d軸電流控制計 算部9a以及q軸電流控制計算部1 la之外，其它與圖1相同。
如數學式(29)所示，若使用同定的永磁同步電動機l的常數的同定 值RA修正d軸電流控制計算部9a以及q軸電流控制計算部11a的控制增 益(Kp—d， Kp—q)，則能實現高應答轉矩控制系統。 (數學式(29))formula see original document page 19其中-
Kp一d:第2的d軸電流控制計算用的比例增益，Ki—d:積分增益； Kp—q:第2的q軸電流控制計算用的比例增益，Ki_q:積分增益； "c一acr:電流控制應答角頻率[rad/s]。 (變形例)
本發明不僅限於所述的實施方式，例如，還能有以下的各種變形。
(1) 在第1實施方式至第3實施方式中，基於第1電流指令值(Id*， Iq*)與電流檢測值(Idc， Iqc)生成第2電流指令值(Id**， Iq**)，並 使用該電流指令值進行了矢量控制計算，
a) 基於第1電流指令值(Id*， Iq*)與電流檢測值(Idc， Iqc)生成 電壓補正值(AVd*， AVq*)，使用該電壓補正值(AVd*， AVq*)、 第1電流指令值(Id*， Iq*)、速度推導值"l、永磁同步電動機1的常數， 根據數學式(30)也能夠計算電壓指令值(AVd*， AVq*)，另外，
b) 使用第l的d軸的電流指令IW (=0) 、 q軸的電流檢測值Iqc的 遲一步信號Iqctd、速度指令值"一、永磁同步電動機l的常數，根據數學 式(31)也能夠計算電壓指令值Vf、 Vq*。
(2) 第1實施方式至第3實施方式是檢測在高價電流檢測器3中檢 測出的3相交流電流Iu、 Iv、 Iw的方式，但是由流過安裝在電力轉換器2 的過電流檢測用的單分流電阻的直流電流，再現3相電動機電流IiT、 1/、 IwA，也能對應於使用該再現電流值的"低成本系統"。
(數學式(30))formula see original document page 19(30)
(數學式(31))formula see original document page 20
(3 1)
根據本實施方式，在永磁同步電動機的矢量控制方式的實際運轉之前 或實際運轉中，通過同定因周圍溫度而變化的電動機的繞組電阻值與感應 電壓係數，且自動修正設定在控制系統的電動機的常數值，能夠提供高精 度且高應答的控制特性。
(3)由於所述各實施方式是轉矩指令控制，因此電動機常數同定計 算部14使用速度推導值"1同定了電動機常數，但是在速度指令控制的情 況下，也能使用速度指令值同定電動機常數。
權利要求
1、一種永磁同步電動機的控制裝置，其具有矢量控制部，其生成控制與永磁同步電動機連接的電力轉換器的控制信號；軸誤差推導計算部，其推導作為積分所述永磁同步電動機的速度推導值而求出的相位推導值與所述永磁同步電動機的相位值之間的偏差的軸誤差信息；和速度推導計算部，其控制使所述軸誤差推導計算部計算出的推導值與軸誤差信息的指令值一致，該永磁同步電動機的控制裝置的特徵在於，具有電動機常數同定計算部，其使用所述軸誤差推導計算部計算出的q軸電壓分量值與速度推導值或速度指令值，同定所述永磁同步電動機的電動機常數，並向所述矢量控制部反映同定的電動機同定常數。
2、 根據權利要求l所述的永磁同步電動機的控制裝置，其特徵在於 根據繞組電阻值的設定誤差和q軸電流推導值的乘積與所述速度推導值和感應電壓係數的乘積之和計算所述q軸電壓分量值。
3、 根據權利要求l所述的永磁同步電動機的控制裝置，其特徵在於 所述電動機常數同定計算部，在所述速度推導值或所述速度指令值表示比所述速度低的低速區域時，同定所述永磁同步電動機的繞組電阻值， 在所述速度推導值或所述速度指令值表示所述速度以上的高速區域時，同 定所述永磁同步電動機的感應電壓係數與所述矢量控制部的設定值的比 率。
4、 根據 權利要求l所述的永磁同步電動機的控制裝置，其特徵在於 在所述低速區域中，對速度推導值或速度指令值與感應電壓係數的設定值進行乘法運算，從所述q軸電壓分量值中減去該乘法運算結果的積值， 使用該減法運算結果的差值進行比例積分計算，將該比例積分計算值加上 所述軸誤差推導計算部的電阻的設定值；在所述高速區域中，對速度推導值或速度指令值與感應電壓係數的設 定值進行乘法運算，計算該乘法運算結果的積值與所述軸誤差推導計算部 計算的q軸電壓分量值的比率，基於該比率，修正所述永磁同步電動機的 轉矩係數的設定值。
5、 根據權利要求l所述的永磁同步電動機的控制裝置，其特徵在於: 所述矢量控制部使用所述電動機常數同定計算部同定的電動機同定常數，修正所述永磁同步電動機的設定值。
6、 根據權利要求l所述的永磁同步電動機的控制裝置，其特徵在於: 所述矢量控制部使用所述電動機常數同定計算部同定的電動機同定常數，修正控制增益。
7、 一種電動機控制系統，其具有永磁同步電動機；連接到該永磁 同步電動機的電力轉換器；和生成控制該電力轉換器的控制信號的控制裝 置，所述控制裝置具有矢量控制部，其輸出所述控制信號；軸誤差推導計算部，其推導作為積分所述永磁同步電動機的速度推導值而求出的相位推導值與所述永磁同步電動機的相位值之間的偏差的軸誤差信息；和速度 推導計算部，其控制使所述軸誤差推導計算部計算出的推導值與軸誤差信 息的指令值一致，該電動機控制系統的特徵在於，具有電動機常數同定計算部，其使用所述軸誤差推導計算部計算出的q軸 電壓分量值與速度推導值或速度指令值，同定所述永磁同步電動機的電動 機常數，並向所述矢量控制部反映同定的電動機同定常數。
全文摘要
本發明提供一種永磁同步電動機的控制裝置及電動機控制系統。在低速區域與高速區域的兩個區域中同定電動機常數。電動機控制系統(200)具有永磁同步電動機(1)、電力轉換器(2)、輸出控制電力轉換器(2)的控制信號的矢量控制部(150)、推導作為積分永磁同步電動機的速度推導值而求出的相位推導值與所述永磁同步電動機的相位值之間偏差的軸誤差信息的軸誤差推導計算部(4)、速度推導計算部(5)，其特徵在於，具有電動機常數同定計算部(14)，其使用軸誤差推導計算部(4)計算出的q軸電壓分量值(X)與速度推導值(ω1)或速度指令值，同定永磁同步電動機(1)的電動機常數，向矢量控制部反映同定的電動機同定常數。
文檔編號H02P21/14GK101615883SQ20091015088
公開日2009年12月30日 申請日期2009年6月25日 優先權日2008年6月25日
發明者戶張和明, 隅田悟士, 青柳滋久 申請人:株式會社日立製作所