馬達(dá)控制裝置與其控制方法制造方法及圖紙

本發(fā)明專利技術(shù)提供一種馬達(dá)控制裝置與其控制方法，即使在功率轉(zhuǎn)換電路的直流母線電壓變動(dòng)時(shí)，也一直以最大電壓進(jìn)行運(yùn)轉(zhuǎn)而實(shí)現(xiàn)高效化。具體而講，在具備：ｄ、ｑ軸電流指令運(yùn)算部（１、２）；ｄｑ轉(zhuǎn)換部（９）；電流控制部（３）；調(diào)制波指令運(yùn)算部（５）；及ＰＷＭ生成部（６）的馬達(dá)控制裝置中，具備：限制第１調(diào)制波指令而生成第２調(diào)制波指令的調(diào)制波指令限制部（１３）；通過第１調(diào)制波指令與調(diào)制波指令限制部的限制值求出調(diào)制率飽和度的調(diào)制率飽和度運(yùn)算部（１４）；及根據(jù)調(diào)制率飽和度補(bǔ)正ｄ軸電流指令值的弱磁控制部（４）。

【技術(shù)實(shí)現(xiàn)步驟摘要】
【國外來華專利技術(shù)】
本專利技術(shù)涉及一種在馬達(dá)的電壓飽和時(shí)進(jìn)行弱磁控制的馬達(dá)控制裝置。
技術(shù)介紹
雖然馬達(dá)根據(jù)速度而感應(yīng)電壓增加，對(duì)于電源如果電壓指令飽和，則轉(zhuǎn)矩?zé)o法產(chǎn) 生，速度不提高，但是通過降低d軸電流指令可以使轉(zhuǎn)矩產(chǎn)生，可以擴(kuò)大速度控制范圍。在 感應(yīng)電動(dòng)機(jī)的情況下，在通常范圍內(nèi)，作為伴隨磁通指令的d軸電流，如果遇到電壓飽和， 則降低d軸電流。在表面安裝永磁式同步電動(dòng)機(jī)(SPMSM)中，通常使d軸電流為0，在電壓 飽和范圍內(nèi)使負(fù)的d軸電流流通。在內(nèi)置式永磁同步電動(dòng)機(jī)(IPMSM)中，雖然在通常范圍 為了高效運(yùn)轉(zhuǎn)而使負(fù)的d軸電流流通，但是在電壓飽和范圍內(nèi)，在該電流加算負(fù)的電流。在此，對(duì)弱磁控制的原理進(jìn)行說明。在感應(yīng)電動(dòng)機(jī)或勵(lì)磁繞組同步電動(dòng)機(jī)中可以 通過勵(lì)磁電流指令控制磁通。另一方面，雖然在永磁同步電動(dòng)機(jī)(SPMSM、IPMSM)中無法直 接控制勵(lì)磁磁通，但是通過使負(fù)的d軸電流流通，可以利用d軸電樞反作用弓|起的減磁效果 來減少d軸方向的磁通，可以進(jìn)行弱磁控制。由于嚴(yán)格地講不是控制勵(lì)磁，因此也有稱之為 弱磁通控制的情況。下面以同步電動(dòng)機(jī)為例進(jìn)行說明。用dq坐標(biāo)系表示同步電動(dòng)機(jī)的電壓電流方程 式如下。 但，p 微分算子Id、Iq:d、q 軸電流Vd、Vq:d、q 軸電壓 馬達(dá)的電角速度R:電樞阻抗Ld、Lq:d、q 軸電感O 電樞交鏈磁通另外，轉(zhuǎn)矩如下式。T = P{OIq+(Ld-Lq)IdIq}(2)但，Kt 轉(zhuǎn)矩常數(shù)，P 極對(duì)數(shù)從(1)式，全交鏈磁通①^引起的感應(yīng)電壓％，使R+pLx項(xiàng)為0而成為 由此感應(yīng)電壓與dq軸電流的關(guān)系為 可以知道如果在(4)式中轉(zhuǎn)速《為一定，則如果左邊第1項(xiàng)在Id > -0/Ld的范 圍內(nèi)使Id向負(fù)的方向增大絕對(duì)值，就可以降低感應(yīng)電壓。 另一方面，3相PWM變頻器(將PWM生成部+功率轉(zhuǎn)換電路稱之為PWM變頻器)的 輸出有限度。如果使功率轉(zhuǎn)換電路的直流母線電壓為VDe，則在各相的輸出為正弦波時(shí)，如 果正弦波的最大值超過可輸出的最大電壓(士VDC/2)，則不能輸出超過部分的電壓。另一方 面，如果在輸出電壓上疊加輸出頻率的3次高次諧波，則在VDe與相間電流的最大值相一致 時(shí)，也就是說在電壓執(zhí)行值成如下式時(shí)，成為不發(fā)生變形地可輸出的最大電壓。 (5)如果使正弦波的最大值與最大電壓相一致時(shí)的調(diào)制率為1，則疊加3次高次諧波 成分時(shí)的調(diào)制率成為2/( V3)。由此以實(shí)效值處理電壓時(shí)，可以如下式地求出調(diào)制率虬。但，通過實(shí)施過調(diào)補(bǔ)正，全部相都可以輸出到成為開或關(guān)的步驟6為止，此時(shí)的調(diào) 制率成為大約1. 27 ( = 4/ ji )。以該值為基礎(chǔ)而定在運(yùn)算弱磁控制時(shí)的最大電壓。現(xiàn)有的弱磁控制將⑷式的感應(yīng)電壓％設(shè)定為最大值V。_，通過解與⑵式的聯(lián) 立方程式來定Id、Iq。但是，可以通過從最大電壓V_中減去最大電流時(shí)的阻抗損失部 分RI_而求出V_x。另外在通過微型電子計(jì)算機(jī)進(jìn)行控制時(shí)，由于從CPU負(fù)載率的關(guān)系考 慮實(shí)時(shí)解聯(lián)立方程式比較困難，因此事先根據(jù)速度與轉(zhuǎn)矩計(jì)算(2)式(4)式聯(lián)立方程式的 解而進(jìn)行表格化，在進(jìn)行控制運(yùn)算時(shí)根據(jù)速度與轉(zhuǎn)矩從表格中定Id、Iq(例如，參照非專利 文獻(xiàn)1)。但是，由于該方法存在當(dāng)馬達(dá)常數(shù)設(shè)定值與實(shí)際不同時(shí)不能正確地限制電壓的問 題，因此在一般的馬達(dá)控制裝置中，通過比較Vi與設(shè)定的最大電壓V_而實(shí)施I控制或PI 控制，以此來補(bǔ)正d軸電流指令，從而將輸出電壓控制成與最大電壓相一致。如果用公式表 示，則成為(7)式。 但，KP 比例增益，& 積分增益。在此，從(4)式也可以知道，之所以將右邊的電壓誤差用速度進(jìn)行除算(1/ )，是 為了將電壓轉(zhuǎn)換成磁通的水準(zhǔn)。由于d軸電流與磁通變化是比例關(guān)系，因此這樣就可以不 受轉(zhuǎn)速影響地使控制響應(yīng)成為一定(例如，參照非專利文獻(xiàn)2)。或者，也有以下方法，通過最大電壓V_與d軸電壓指令V/求出 通過取該值與q軸電壓指令的差來進(jìn)行PI控制，從而補(bǔ)正d軸電流指令(例如，參照專利文獻(xiàn)1)。另外，作為不使用電壓指令的方法，有在電力轉(zhuǎn)換單元設(shè)置檢測(cè)電壓飽和的單元 來判斷是否形成電壓飽和，通過在檢測(cè)到電壓飽和時(shí)積分負(fù)的固定值，且在未檢測(cè)到飽和 時(shí)積分正的固定值來補(bǔ)正d軸電流指令的方法(例如，參照專利文獻(xiàn)2)。另外，有這樣的方法，在電力轉(zhuǎn)換器的輸出電壓飽和時(shí)，用q軸電壓指令值與電流 檢測(cè)的偏差來運(yùn)算控制的基準(zhǔn)軸與馬達(dá)的基準(zhǔn)軸的偏差即相位誤差的指令值，使用該相位 誤差的指令值修正電力轉(zhuǎn)換器的輸出電壓指令值，實(shí)現(xiàn)高精度、高響應(yīng)的轉(zhuǎn)矩控制(例如， 參照專利文獻(xiàn)3)。非專利文獻(xiàn)1 武田洋次、松井信行、森本茂雄、本田幸夫著“埋入式磁體同步電動(dòng) 機(jī)的設(shè)計(jì)與控制” OHM公司，平成13年10月25日，p26-27非專利文獻(xiàn)2 :Bon-Ho Bae、Nitin Patel,Steven Schulz、Seung_Ki Sul 著“新領(lǐng) 域弱化技術(shù)的高凸極永磁電機(jī)”，2003年IEEE工業(yè)應(yīng)用會(huì)議、2003年10月13日專利文獻(xiàn)1 日本國特開2006-254572號(hào)公報(bào)(第6-7頁，圖1)專利文獻(xiàn)2 日本國特開2003-209996號(hào)公報(bào)(第4_6頁，圖1)專利文獻(xiàn)3 日本國特開2007-252052號(hào)公報(bào)(第4-7頁，圖1)現(xiàn)有的馬達(dá)控制裝置的弱磁控制由于是事先設(shè)定最大電壓，使電壓指令與該值相 一致地補(bǔ)正d軸電流指令，因此在像電池等功率轉(zhuǎn)換電路的直流母線電壓VDe變動(dòng)這樣的情 況下，存在PWM變頻器可輸出的最大電壓與設(shè)定的最大電壓相異而不能充分發(fā)揮功能的情 況。也就是說，對(duì)于設(shè)定的最大電壓，如果直流母線電壓VDe降低，則電壓飽和而無法產(chǎn)生轉(zhuǎn) 矩，從而使速度不提高，相反，如果VDe高于設(shè)想的電壓，則由于雖然電壓有富余卻使電流流 通，因此存在效率不佳的問題。另外，由于是根據(jù)與最大電壓的偏差進(jìn)行運(yùn)算，因此有必要 使設(shè)定的最大電壓低于PWM變頻器可輸出的最大電壓，即使沒有直流母線電壓的變動(dòng)，也 存在電壓利用率不佳、效率不佳的問題。另外，在檢測(cè)電壓飽和的方法中存在有由于轉(zhuǎn)速或電源電壓變動(dòng)而弱磁控制的響 應(yīng)性變化的問題。另外，在電壓飽和時(shí)使用相位誤差指令值的方法中存在以下問題，由于需要切換 控制，需進(jìn)行復(fù)雜處理，以表面安裝永磁式同步電動(dòng)機(jī)(SPMSM)等不利用磁阻轉(zhuǎn)矩的電動(dòng) 機(jī)為前提，因此難以應(yīng)用于利用磁阻的電動(dòng)機(jī)。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路
本專利技術(shù)是基于上述問題而進(jìn)行的，目的在于提供一種馬達(dá)控制裝置與其控制方 法，其即使在功率轉(zhuǎn)換電路的直流母線電壓變動(dòng)的情況下，也一直以最大電壓運(yùn)轉(zhuǎn)并實(shí)現(xiàn) 高效化。為了解決上述問題，本專利技術(shù)如以下構(gòu)成。技術(shù)方案1所述的專利技術(shù)為，一種馬達(dá)控制裝置，其具備在以馬達(dá)的磁通方向?yàn)榛?準(zhǔn)而設(shè)定的dq坐標(biāo)系中根據(jù)轉(zhuǎn)矩指令運(yùn)算d軸電流指令及q軸電流指令；dq轉(zhuǎn)換部，將馬 達(dá)電流檢測(cè)值轉(zhuǎn)換成dq坐標(biāo)系且運(yùn)算d軸電流值與q軸電流值；電流控制部，使所述d軸 電流值和所述q軸電流值與所述d軸電流指令和所述q軸電流指令相一致地運(yùn)算dq軸電 壓指令；調(diào)制波指令運(yùn)算部，根據(jù)所述dq軸電壓指令與功率轉(zhuǎn)換電路的直流母線電壓求出第1調(diào)制波指令；及PWM生成部，根據(jù)第2調(diào)制波指令與PWM載波信號(hào)生成PWM模式，其特 征為，具備調(diào)制波指令限制部，限制所述第1調(diào)制波指令而生成所述第2調(diào)本文檔來自技高網(wǎng)...

【技術(shù)保護(hù)點(diǎn)】
一種馬達(dá)控制裝置，其具備：電流指令運(yùn)算部，在以馬達(dá)的磁通方向?yàn)榛鶞?zhǔn)而設(shè)定的ｄｑ坐標(biāo)系中根據(jù)轉(zhuǎn)矩指令運(yùn)算ｄ軸電流指令及ｑ軸電流指令；ｄｑ轉(zhuǎn)換部，將馬達(dá)電流檢測(cè)值轉(zhuǎn)換成ｄｑ坐標(biāo)系且運(yùn)算ｄ軸電流值與ｑ軸電流值；電流控制部，使所述ｄ軸電流值和所述ｑ軸電流值與所述ｄ軸電流指令和所述ｑ軸電流指令相一致地運(yùn)算ｄｑ軸電壓指令；調(diào)制波指令運(yùn)算部，根據(jù)所述ｄｑ軸電壓指令與功率轉(zhuǎn)換電路的直流母線電壓求出第１調(diào)制波指令；及ＰＷＭ生成部，根據(jù)第２調(diào)制波指令與ＰＷＭ載波信號(hào)生成ＰＷＭ模式，其特征為，具備：調(diào)制波指令限制部，限制所述第１調(diào)制波指令而生成所述第２調(diào)制波指令；調(diào)制率飽和度運(yùn)算部，通過所述第１調(diào)制波指令與所述調(diào)制波指令限制部的限制值求出調(diào)制率飽和度；及弱磁控制部，根據(jù)所述調(diào)制率飽和度補(bǔ)正所述ｄ軸電流指令值。

【技術(shù)特征摘要】
【國外來華專利技術(shù)】JP 2007-11-15 2007-296988一種馬達(dá)控制裝置，其具備電流指令運(yùn)算部，在以馬達(dá)的磁通方向?yàn)榛鶞?zhǔn)而設(shè)定的dq坐標(biāo)系中根據(jù)轉(zhuǎn)矩指令運(yùn)算d軸電流指令及q軸電流指令；dq轉(zhuǎn)換部，將馬達(dá)電流檢測(cè)值轉(zhuǎn)換成dq坐標(biāo)系且運(yùn)算d軸電流值與q軸電流值；電流控制部，使所述d軸電流值和所述q軸電流值與所述d軸電流指令和所述q軸電流指令相一致地運(yùn)算dq軸電壓指令；調(diào)制波指令運(yùn)算部，根據(jù)所述dq軸電壓指令與功率轉(zhuǎn)換電路的直流母線電壓求出第1調(diào)制波指令；及PWM生成部，根據(jù)第2調(diào)制波指令與PWM載波信號(hào)生成PWM模式，其特征為，具備調(diào)制波指令限制部，限制所述第1調(diào)制波指令而生成所述第2調(diào)制波指令；調(diào)制率飽和度運(yùn)算部，通過所述第1調(diào)制波指令與所述調(diào)制波指令限制部的限制值求出調(diào)制率飽和度；及弱磁控制部，根據(jù)所述調(diào)制率飽和度補(bǔ)正所述d軸電流指令值。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的馬達(dá)控制裝置，其特征為，所述第1調(diào)制波指令作為每個(gè)馬達(dá) 輸出相的調(diào)制波指令，所述調(diào)制波指令限制部將馬達(dá)輸出相的調(diào)制波的最大值與最小值作 為限制值，使所述第1調(diào)制波指令處于所述最大值與所述最小值之間地進(jìn)行限制而求出每 個(gè)馬達(dá)輸出相的第2調(diào)制波指令，所述調(diào)制率飽和度運(yùn)算部合成從所述第1調(diào)制波指令與 所述調(diào)制波指令限制部的限制值得出的每個(gè)馬達(dá)輸出相的調(diào)制波差分值來求出調(diào)制率飽 和度。3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的馬達(dá)控制裝置，其特征為，所述第1調(diào)制波指令作為通過所述 dq軸電壓指令和所述直流母線電壓求出的第1調(diào)制率指令與通過所述dq軸電壓指令和表 示馬達(dá)磁通方向的相位求出的輸出相位，所述調(diào)制波指令限制部以任意設(shè)定的調(diào)制率限制 值對(duì)所述調(diào)制波指令進(jìn)行限制而求出第2調(diào)制率指令，根據(jù)所述第2調(diào)制率指令與所述輸 出相位求出每個(gè)馬達(dá)輸出相的第2調(diào)制波指令，所述調(diào)制率飽和度運(yùn)算部根據(jù)所述第1調(diào) 制率指令與所述調(diào)制率限制值的差分值求出調(diào)制率飽和度。4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的馬達(dá)控制裝置，其特征為，所述第1調(diào)制波指令作為通過所 述dq軸電壓指令和所述直流母線電壓求出的第1調(diào)制率指令和dq軸成分的調(diào)制波指令， 所述調(diào)制波指令限制部以任意設(shè)定的調(diào)制率限制值對(duì)所述調(diào)制波指令進(jìn)行限制而求出第2 調(diào)制率指令，根據(jù)所述第2調(diào)制率指令與所述dq軸成分的調(diào)制波指令求出每個(gè)馬達(dá)輸出相 的第2調(diào)制波指令，所述調(diào)制率飽和度運(yùn)算部根據(jù)所述第1調(diào)制率指令與所述調(diào)制率限制 值的差分值求出調(diào)制率飽和度。5.根據(jù)權(quán)利要求3或4所述的馬達(dá)控制裝置，其特征為，所述調(diào)制波指令限制部對(duì)所 述第1調(diào)制波指令或所述第2調(diào)制率指令實(shí)施過調(diào)補(bǔ)正而求出第2調(diào)制波指令，使所述第 2調(diào)制率指令與實(shí)際所輸出的調(diào)制率相一致。6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的馬達(dá)控制裝置，其特征為，所述弱磁控制部根據(jù)所述調(diào)制率 飽和度通過進(jìn)行PI控制運(yùn)算或I控制運(yùn)算求出d軸電流補(bǔ)正量，并補(bǔ)正所述d軸電流指令。7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的馬達(dá)控制裝置，其特征為，根據(jù)由所述弱磁控制部補(bǔ)正的d軸 電流指令值與馬達(dá)控制裝置可輸出的最大電流值限制所述q軸電流指令，以使不超過所述 最大電流值。8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的馬達(dá)控制裝置，其特征為，具備通過所述第1調(diào)制波指令與所 述第2調(diào)制波指令與所述直流母線電壓求出在dq坐標(biāo)系中的dq軸電壓偏差量的dq軸電 壓偏差運(yùn)算部，電流控制部根據(jù)所述dq軸電壓偏差量停止進(jìn)行積分或補(bǔ)正積分值。9.一種馬達(dá)控制裝置的控制...

【專利技術(shù)屬性】
技術(shù)研發(fā)人員：森本進(jìn)也，高木護(hù)，
申請(qǐng)(專利權(quán))人：株式會(huì)社安川電機(jī)，
類型：發(fā)明
國別省市：JP[日本]