專利名稱：電動機控制裝置以及控制失控檢測方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及檢測在不需要脈沖編碼器等速度檢測器的控制方式下的交流電動機的控制失控狀態(tài)的控制裝置。
背景技術(shù)：
以往，作為驅(qū)動交流電動機的控制裝置，公知有基于可變電壓可變頻率的速度控制，并且，把供給交流電動機的一次電流分解為與轉(zhuǎn)矩直接相關(guān)的激磁電流(產(chǎn)生磁通的電流)和轉(zhuǎn)矩電流(產(chǎn)生轉(zhuǎn)矩的電流)進行控制的矢量控制方式已經(jīng)實現(xiàn)了實用化。由于矢量控制方式是公知的技術(shù)，因此省略其說明。
作為進行對這種感應電動機的失控(控制失控)進行檢測的無傳感器控制裝置，例如有在專利文獻特開平11-8990號公報(段落 ～ )所公開的“感應電動機的無傳感器控制裝置”。
其適用于瞬間空間磁通矢量控制法，并且適用于在感應電動機的至少2相上安裝電壓傳感器，檢測U、V、W各相的瞬時一次電壓的控制裝置，當一次磁通的角速度加速到大大超過轉(zhuǎn)子的角速度的控制范圍時，轉(zhuǎn)差頻率增大，不能獲得必要的轉(zhuǎn)矩，使電動機失控，由此，在一次磁通的角速度大于判定值時，判定為是控制失控狀態(tài)。
另外，以往作為不需要脈沖編碼器等的速度檢測器的轉(zhuǎn)差頻率式控制方式的檢測交流電動機的失控狀態(tài)的控制裝置，有圖4所示的無PG矢量控制裝置。
圖中，電壓型變頻器1把從直流電源提供的直流電壓按照PWM控制方式轉(zhuǎn)換成任意頻率的交流電壓。電壓型變頻器1的各相U、V、W的交流輸出端與交流電動機2連接。流入交流電動機2的各相的電流由電流檢測器4-1～4-3檢測出。
在矢量控制裝置3中，設(shè)有d-q轉(zhuǎn)換器，其檢測交流電動機2的一次電流，進行坐標轉(zhuǎn)換，并輸出轉(zhuǎn)矩電流反饋值Iq和激磁電流反饋值Id。并且，設(shè)有轉(zhuǎn)矩電流控制電路(ACRq)7-1、和控制激磁電流方向電壓，使來自磁通控制器10的激磁電流指令值Id*與來自d-q轉(zhuǎn)換器5的激磁電流反饋值Id相一致的激磁電流控制電路(ACRd)7-2。該轉(zhuǎn)矩電流控制電路(ACRq)7-1把速度控制電路(ASR)11的輸出值作為電流指令值Iq*，用于把該Iq*和d-q轉(zhuǎn)換器5輸出的轉(zhuǎn)矩電流反饋值Iq控制成相互一致，所設(shè)置的速度控制電路(ASR)11用于使從指令發(fā)生器14輸入的速度指令值ωr*和來自速度推定器8的速度推定值ωr^(傘形標記“^”之前的記號表示“推定值”。以后也同樣)相互一致。
另外，省略了對基于交流電動機2所產(chǎn)生的感應電壓、一次電阻r1、漏電抗1而產(chǎn)生的反電動勢的電壓進行補償?shù)难a償電路。電壓指令運算器6把轉(zhuǎn)矩電流控制電路7-1和激磁電流控制電路7-2的輸出與各個反電動勢的電壓補償值之和(Vqref、Vdref)利用積分器12輸出的相位θ進行坐標轉(zhuǎn)換，計算出U、V、W各相的電壓指令(Vu*、Vv*、Vw*)，成為電壓指令矢量[v1]([]內(nèi)表示“矢量”，以后也同樣)。
此外，d-q轉(zhuǎn)換器5電壓指令運算器6分別利用下面的式1和式2進行運算。
IdfbIqfb=cosθsinθ-sinθcosθ10001/3-1/3IwIuIv...(1)]]>Vw*Vu*Vv*=10-1/23/2-1/2-3/2cosθ-sinθsinθcosθVdrefVqref...(2)]]>另外，轉(zhuǎn)差頻率指令運算器15根據(jù)磁通指令發(fā)生器9的輸出φ*、轉(zhuǎn)矩電流指令值Iq*和所設(shè)定的二次電阻r2(未圖示)求出轉(zhuǎn)差頻率指令值ωs*，通過由加法器13加上來自速度推定器8的速度推定值ωr^，計算出一次頻率指令值ω1*，通過積分器12計算出相位θ。
速度推定器8根據(jù)上述的電壓指令矢量[v1]、一次電流矢量[i1]推算出交流電動機的磁通φ、速度ωr。交流電動機的磁通φ例如可利用下面的式3求出。
φ^＝∫([v1*]-r1·[i1]-ω·I·[i1])dt (3)控制失控檢測器17使用通過式3求出的交流電動機的磁通φ^(表示推定值)，根據(jù)檢測出的1、交流電動機磁通φ^在相對磁通指令值φ*具有大于等于規(guī)定值的偏差的狀態(tài)下持續(xù)了大于等于規(guī)定的時間；2、交流電動機磁通φ^在規(guī)定的單位時間內(nèi)進行了大于等于規(guī)定次數(shù)的超過規(guī)定值的振動；的交流電動機磁通φ^的表現(xiàn)，判斷控制失控狀態(tài)，如果判斷為控制失控，則輸出通電切斷信號，使其停止運轉(zhuǎn)。
這是基于以下的觀點所考慮的，即，由于如果矢量控制成立，則交流電動機磁通φ^的大小除了過渡狀態(tài)，與指令值φ*非常一致，所以如果檢測出不滿足該條件的交流電動機的磁通，便可判斷為是控制失控的狀態(tài)。
但是，在上述的技術(shù)中，在專利文獻1所記載的感應電動機的無傳感器控制裝置中存在著如下的問題，即，不能適用于把在所推定的速度上加上轉(zhuǎn)差頻率的一次頻率作為輸出頻率的轉(zhuǎn)差頻率型控制方式；不能適用于不具備檢測U、V、W各相的瞬時一次電壓的電壓傳感器的控制裝置，以及不能檢測出低速區(qū)域中的控制失控狀態(tài)。
另外，在第2以往的電動機控制裝置中存在著如下的問題，即，不能適用于不求出交流電動機磁通或不需要求出的控制方法；為了判斷控制失控狀態(tài)而必須決定的規(guī)定值多；為了防止誤檢測而延長了檢測時間，結(jié)果，在用于如吊車那樣的在垂直方向動作的用途中，將導致吊落。

發(fā)明內(nèi)容
因此，本發(fā)明的目的是提供一種電動機控制裝置和控制失控檢測方法，可適用于不需要電壓傳感器、不求出交流電動機磁通的控制方法中，無論上低速還是高速，都能夠在短時間內(nèi)可靠地檢測出控制失控的狀態(tài)。
為了達到上述的目的，本發(fā)明之1提供一種電動機控制裝置，其不使用脈沖編碼器等的速度檢測器，而具有控制失控狀態(tài)檢測器，該控制失控狀態(tài)檢測器把交流電動機的電壓、電流坐標轉(zhuǎn)換到d、q2軸上并進行控制，并且根據(jù)電壓或電流的d、q成分檢測出控制失控狀態(tài)，其特征在于，在所述控制失控狀態(tài)檢測器使用電流的d成分、即激磁電流反饋值Id、和q成分、即轉(zhuǎn)矩電流反饋值Iq，根據(jù)θi＝tan-1(Iq/Id)所計算出的值大于等于規(guī)定值時，判斷為是控制失控狀態(tài)。
根據(jù)該電動機控制裝置，可如下所述地檢測出在不使用脈沖編碼器等的速度檢測器進行控制的控制方式中的交流電動機的控制失控狀態(tài)。
即，以控制相位θ進行交流電動機的一次電流矢量(i1)的坐標轉(zhuǎn)換而得到的電流反饋值Iq和激磁電流反饋值Id，只要相對交流電動機相位θM能夠正確地控制相位θ，則本來應通過直流量檢測。但是，在轉(zhuǎn)矩電流反饋值Iq和激磁電流反饋值Id是通過交流量檢測，且通過旋轉(zhuǎn)d-q軸進行檢測時，該旋轉(zhuǎn)速度是交流電動機相位θM與控制相位θ的時間變化的部分。由于該時間變化的部分的累計量就是控制相位θ與交流電動機的實際相位θM的乖離量，所以可根據(jù)該累計量是否超過了規(guī)定值來檢測出控制失控狀態(tài)。
而且，本發(fā)明之2提供一種電動機控制裝置，其不使用脈沖編碼器等的速度檢測器，而具有控制失控狀態(tài)檢測器，該控制失控狀態(tài)檢測器把交流電動機的電壓、電流坐標轉(zhuǎn)換到d、q2軸上并進行控制，并且根據(jù)電壓或電流的d、q成分檢測出控制失控狀態(tài)，其特征在于，在所述控制失控狀態(tài)檢測器使用電壓的d成分、即激磁電流方向電壓指令值Vd*和q成分、即轉(zhuǎn)矩電流方向電壓指令值Vq*，根據(jù)θv＝tan-1(Vq*/Vd*)所計算出的值大于等于規(guī)定值時，判斷為是控制失控狀態(tài)。
根據(jù)該電動機控制裝置，與本發(fā)明之1相同，取代Iq和Id而使用激磁電流方向電壓指令值Vd*和轉(zhuǎn)矩電流方向電壓指令值Vq*，可檢測出交流電動機的控制失控狀態(tài)。
另外，本發(fā)明之3提供一種電動機控制裝置的控制失控檢測方法，在電動機控制裝置中，把交流電動機的電壓、電流坐標轉(zhuǎn)換到d、q2軸上并進行控制，并且根據(jù)電壓或電流的d、q成分檢測控制失控狀態(tài)，其特征在于，在使用電流的d成分、即激磁電流反饋值Id和q成分、即轉(zhuǎn)矩電流反饋值Iq，根據(jù)θi＝tan-1(Iq/Id)所計算出的值大于等于規(guī)定值時，判斷為是控制失控狀態(tài)。
根據(jù)該電動機控制裝置的控制失控檢測方法，在本來應被作為直流量檢測出來的電流反饋值Iq、Id被作為交流量通過在d-q軸上旋轉(zhuǎn)來檢測時，由于其旋轉(zhuǎn)速度是交流電動機相位θM與控制相位θ的時間變化的部分，該時間變化的部分的累計量就是控制相位θ與交流電動機的實際相位θM的乖離量，所以可根據(jù)該累計量是否超過了規(guī)定值來檢測出控制失控狀態(tài)。
另外，本發(fā)明之4提供一種電動機控制裝置的控制失控檢測方法，在電動機控制裝置中，把交流電動機的電壓、電流坐標轉(zhuǎn)換到d、q2軸上并進行控制，并且根據(jù)電壓或電流的d、q成分檢測控制失控狀態(tài)，其特征在于，在使用電壓的d成分、即激磁電流方向電壓指令值Vd*和q成分、即轉(zhuǎn)矩電流方向電壓指令值Vq*，根據(jù)θv＝tan-1(Vq*/Vd*)所計算出的值大于等于規(guī)定值時，判斷為是控制失控狀態(tài)。
根據(jù)該電動機控制裝置的控制失控檢測方法，與本發(fā)明之3同樣，取代Iq和Id，而使用激磁電流方向電壓指令值Vd*和轉(zhuǎn)矩電流方向電壓指令值Vq*，檢測出交流電動機的控制失控狀態(tài)。


圖1是表示本發(fā)明第1實施方式的電動機控制裝置的方框圖。
圖2是表示電動機控制裝置中的控制失控狀態(tài)的檢測算法的圖。
圖3是表示本發(fā)明第2實施方式的電動機控制裝置中的控制失控狀態(tài)的檢測算法的圖。
圖4是表示以往的電動機控制裝置的方框圖。
圖中1-電壓型PWM變頻器；2-交流電動機；3-矢量控制裝置；4-電流檢測器；5-d-q轉(zhuǎn)換器；6-電壓指令運算器；7-電流控制器；8-速度推定器；9-磁通指令發(fā)生器；10-磁通控制器；11-速度控制器；12-積分器；13-加法器；14-指令發(fā)生器；15-轉(zhuǎn)差頻率指令運算器；16-直流電源；17、17’-控制失控檢測器。
具體實施例方式
下面，參照附圖，對本發(fā)明的第1實施方式進行詳細說明。
圖1是表示本發(fā)明第1實施方式的電動機控制裝置的方框圖。
在圖1中，與以往例的圖4的不同之處是把控制失控檢測器17變更為17’。
所變更的控制失控檢測器17’從d-q轉(zhuǎn)換器5把轉(zhuǎn)矩電流反饋值Iq、激磁電流反饋值Id作為輸入值，在交流電動機內(nèi)的旋轉(zhuǎn)磁場的相位，即交流電動機相位θM與從積分器12輸出的控制相位θ發(fā)生偏差時，判斷為控制失控狀態(tài)。
此外，在圖1中，對其他的與圖3中的相同的構(gòu)成要素賦予相同的符號，并省略重復的說明。
下面，對動作進行說明首先，使用圖2所示的檢測算法對控制失控狀態(tài)的檢測順序進行說明。
如果控制狀態(tài)不在基本塊中，即如果在控制中，則計算出θi＝tan-1(Iq/Id)，累計單位時間的變化量(與上一次值的差)(步驟20)。如上所述，由于該累計量是交流電動機相位θM與控制相位θ之差，所以，在該累計量的絕對值達到大于等于規(guī)定值時，判斷為控制失控(步驟30)。
另外，如果小于等于規(guī)定值，則保存θi(步驟40)。此外，控制狀態(tài)如果在基本塊中，則清除偏差量和θi的上次的值(步驟50)。
該規(guī)定值根據(jù)θi在正常動作時能夠取得的值的范圍、和到被判斷為控制失控之前容許交流電動機進行幾次轉(zhuǎn)動的條件來決定，通常是根據(jù)后者，在電角為1周期～2周期(360度～720度)、4極電動機中，設(shè)定機械角小于等于一周。
根據(jù)上述的結(jié)構(gòu)可檢測出控制失控的狀態(tài)。
下面，參照附圖對第2實施方式進行說明。
圖3是表示本發(fā)明第2實施方式的電動機控制裝置中的失控狀態(tài)的檢測算法的圖。
此外，第2實施方式與第1實施方式的不同之處是，相對第1實施方式的根據(jù)電流Iq、Id輸入進行運算的情況，第2實施方式是根據(jù)電壓指令值Vq*、Vd*進行運算，對于圖1的控制失控檢測器17’在第2實施方式中暫且把控制失控檢測器標記為17”，這樣，由于只是運算方法不同，因此，關(guān)于第2實施方式的方框圖與圖1相同，所以不做特別的圖示。
下面，對動作進行說明一般的情況下，在矢量控制成立時，如果轉(zhuǎn)矩電流方向電壓指令值Vq*與轉(zhuǎn)矩電流方向電壓的實際值Vq；激磁電流方向電壓指令值Vd*與激磁電流方向電壓的實際值Vd為一致，則以下的式(4)、式(5)成立。
Vq*=E+3·R1·Iq+3·ω1·I·Id+ACRq---(4)]]>Vd*=3·R1·Id-3·ω1·I·Id+ACRd---(5)]]>此外，ACRq、ACRd表示轉(zhuǎn)矩電流控制電路(ACRq)7-1、激磁電流控制電路(ACRd)7-2的輸出值。
轉(zhuǎn)矩電流反饋值Iq、激磁電流反饋值Id如果變成交流量，則根據(jù)式4、式5可知，由于轉(zhuǎn)矩電流方向電壓指令值Vq*和激磁電流方向電壓指令值Vd*也變成交流量，所以tan-1(Vq*/Vd*)與tan-1(Iq*/Id*)同樣，在d-q軸上進行相應于交流電動機的θM和θ的時間變化量的旋轉(zhuǎn)。
這樣，由于即使使用tan-1(Vq*/Vd*)也可以檢測出控制失控狀態(tài)，所以在第1實施方式的控制失控檢測器17’中取代tan-1(Iq/Id)而使用tan-1(Vq*/Vd*)，可達到完全同樣的效果。
下面，參照圖3對其檢測步驟進行說明。
首先，如果是在控制中，進行θv＝tan-1(Vq*/Vd*)的計算，累計單位時間的變化量(步驟120)。
在該累計量的絕對值大于等于規(guī)定值時判斷為是控制失控狀態(tài)(步驟130)。
另外，如果小于規(guī)定值則保存θv(步驟140)。
另外，在最初的判斷時，如果控制狀態(tài)是在基本塊中，將偏差量和上次值清零(步驟150)。
至此，對本發(fā)明的適用于矢量控制方式的電動機控制裝置進行了說明，但由于Iq不一定必須是轉(zhuǎn)矩電流值、Id不一定必須是激磁電流值，所以只要是通過把檢測出的一次電流進行在d-q軸上的坐標轉(zhuǎn)換來求出Id、Iq的控制方式，可完全同樣適用，并且對于Vd、Vq也是同樣。
另外，作為交流電動機的一例，對適用于感應電動機的控制裝置進行了說明，但同樣也可以完全適用于內(nèi)置磁鐵型電動機中。
如上所述，根據(jù)本發(fā)明，通過進行使用了例如電流的d成分的激磁電流反饋值Id和電流的q成分的轉(zhuǎn)矩電流反饋值Iq、或者激磁電流方向電壓指令值Vd*和轉(zhuǎn)矩電流方向電壓指令值Vq*這樣的電動機的控制量的簡單的計算，可在短時間內(nèi)正確地判斷出控制失控狀態(tài)，因此，尤其可提高如吊車那樣的在垂直方向上動作的機械的安全性。
權(quán)利要求
1.一種電動機控制裝置，不使用脈沖編碼器等的速度檢測器，而具有控制失控狀態(tài)檢測器，該控制失控狀態(tài)檢測器把交流電動機的電壓、電流坐標轉(zhuǎn)換到d、q的2軸上并進行控制，并且根據(jù)電壓或電流的d、q成分檢測出控制失控狀態(tài)，其特征在于，在所述控制失控狀態(tài)檢測器使用電流的d成分、即激磁電流反饋值Id和q成分、即轉(zhuǎn)矩電流反饋值Iq，根據(jù)θi＝tan-1(Iq/Id)所計算出的值大于等于規(guī)定值時，判斷為是控制失控狀態(tài)。
2.一種電動機控制裝置，不使用脈沖編碼器等的速度檢測器，而具有控制失控狀態(tài)檢測器，該控制失控狀態(tài)檢測器把交流電動機的電壓、電流坐標轉(zhuǎn)換到d、q的2軸上并進行控制，并且根據(jù)電壓或電流的d、q成分檢測出控制失控狀態(tài)，其特征在于，在所述控制失控狀態(tài)檢測器使用電壓的d成分、即激磁電流方向電壓指令值Vd*和q成分、即轉(zhuǎn)矩電流方向電壓指令值Vq*，根據(jù)θv＝tan-1(Vq*/Vd*)所計算出的值大于等于規(guī)定值時，判斷為是控制失控狀態(tài)。
3.一種電動機控制裝置的控制失控檢測方法，在電動機控制裝置中，把交流電動機的電壓、電流坐標轉(zhuǎn)換到d、q的2軸上并進行控制，并且根據(jù)電壓或電流的d、q成分檢測控制失控狀態(tài)，其特征在于，在使用電流的d成分、即激磁電流反饋值Id和q成分、即轉(zhuǎn)矩電流反饋值Iq，根據(jù)θi＝tan-1(Iq/Id)所計算出的值大于等于規(guī)定值時，判斷為是控制失控狀態(tài)。
4.一種電動機控制裝置的控制失控檢測方法，在電動機控制裝置中，把交流電動機的電壓、電流坐標轉(zhuǎn)換到d、q的2軸上并進行控制，并且根據(jù)電壓或電流的d、q成分檢測控制失控狀態(tài)，其特征在于，在使用電壓的d成分、即激磁電流方向電壓指令值Vd*和q成分、即轉(zhuǎn)矩電流方向電壓指令值Vq*，根據(jù)θv＝tan-1(Vq*/Vd*)所計算出的值大于等于規(guī)定值時，判斷為是控制失控狀態(tài)。
全文摘要
本發(fā)明提供一種電動機控制裝置，其通過使用電動機的控制量的簡單計算，能夠在短時間內(nèi)正確地檢測出控制失控狀態(tài)，從而可提高吊車等的安全性。根據(jù)本發(fā)明，在把交流電動機的電壓、電流坐標轉(zhuǎn)換到d、q2軸上并進行控制，并且根據(jù)電壓或電流的d、q成分檢測出控制失控狀態(tài)的電動機控制裝置中，在使用電流的d成分、即激磁電流反饋值Id、和q成分、即轉(zhuǎn)矩電流反饋值Iq，根據(jù)θi＝tan
文檔編號H02PGK1748358SQ200480003999
公開日2006年3月15日 申請日期2004年2月6日 優(yōu)先權(quán)日2003年2月12日
發(fā)明者山本陽一 申請人:株式會社安川電機