電動(dòng)機(jī)控制裝置制造方法
【專(zhuān)利摘要】設(shè)置有：扭矩極限輸出部，其對(duì)電動(dòng)機(jī)消耗電力在規(guī)定的電動(dòng)機(jī)電力極限值以?xún)?nèi)、且所述電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)所需的電壓振幅在規(guī)定的電壓極限值以?xún)?nèi)的扭矩極限值進(jìn)行輸出；位置指令生成部，其根據(jù)所述扭矩極限值而生成針對(duì)目標(biāo)位置的位置指令；以及電力·電壓限制部，其基于電動(dòng)機(jī)消耗電力的相對(duì)于電動(dòng)機(jī)消耗電力極限值的超過(guò)量進(jìn)行校對(duì)電動(dòng)機(jī)扭矩電流的處理、以及基于電動(dòng)機(jī)扭矩對(duì)應(yīng)電壓的相對(duì)于電動(dòng)機(jī)扭矩對(duì)應(yīng)電壓極限值的超過(guò)量而進(jìn)行校正電動(dòng)機(jī)勵(lì)磁電流的處理處理。由此，能夠?qū)㈦妱?dòng)機(jī)的消耗電力及電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)所需的電壓抑制在規(guī)定的范圍內(nèi)。
【專(zhuān)利說(shuō)明】電動(dòng)機(jī)控制裝置
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及經(jīng)由逆變器而驅(qū)動(dòng)控制電動(dòng)機(jī)的電動(dòng)機(jī)控制裝置。
【背景技術(shù)】
[0002]電動(dòng)機(jī)控制裝置生成使逆變器具備的開(kāi)關(guān)元件進(jìn)行接通.斷開(kāi)動(dòng)作的控制信號(hào)。通過(guò)開(kāi)關(guān)元件根據(jù)來(lái)自電動(dòng)機(jī)控制裝置的控制信號(hào)而進(jìn)行接通.斷開(kāi)動(dòng)作，逆變器將直流電源的輸出電力變換為交流電力并供給至電動(dòng)機(jī)。由此，控制電動(dòng)機(jī)以使其位置、速度或者扭矩成為希望的值。在這種電動(dòng)機(jī)中，采用感應(yīng)電動(dòng)機(jī)及永磁同步電動(dòng)機(jī)等。
[0003]作為逆變器的直流電源的例子，有對(duì)來(lái)自3相交流電源的電力進(jìn)行整流并輸出的二極管轉(zhuǎn)換器、對(duì)來(lái)自電池、電容器的電力進(jìn)行電壓電平變換并輸出的DC/DC轉(zhuǎn)換器等。
[0004]這種直流電源通常存在可輸出的電力、電壓的上限、且需要在該范圍內(nèi)使用。例如，電池、電容器根據(jù)其壽命及積蓄能量等確定可輸出的電力的上限。對(duì)于DC/DC轉(zhuǎn)換器、二極管轉(zhuǎn)換器而言，自身能夠處理的電壓值、電流值等的規(guī)格與前述上限相當(dāng)。并且，在二極管轉(zhuǎn)換器中，是作為其他制約要因的3相交流電源的電源設(shè)備容量。因此，逆變器能夠輸出的電力也受到制約。在該制約中，不僅存在因逆變器自身的規(guī)格引起的制約，也有應(yīng)該使輸出的交流電力小于或等于所述直流電源的輸出電力的制約。
[0005]另外，在逆變器中，由于借助于半導(dǎo)體開(kāi)關(guān)元件的接通?斷開(kāi)動(dòng)作而將直流電源的直流電壓供給至電動(dòng)機(jī)，因此無(wú)法將超過(guò)來(lái)自直流電源的直流電壓的電壓供給至電動(dòng)機(jī)。由此，與上述的電力相同 ，逆變器能夠輸出的電壓也受到制約。根據(jù)以上的理由，在電動(dòng)機(jī)控制裝置中，需要在由直流電源、逆變器規(guī)格確定的電力及電壓的制約范圍內(nèi)控制電動(dòng)機(jī)。
[0006]針對(duì)該課題，例如在專(zhuān)利文獻(xiàn)I中，公開(kāi)有如下技術(shù)，即，預(yù)先考慮電動(dòng)機(jī)的動(dòng)作定時(shí)和電源的供給電力，生成假想了電動(dòng)機(jī)的加速度(扭矩)及電動(dòng)機(jī)速度的限制的位置指令。如果采用該技術(shù)，則能夠?qū)㈦妱?dòng)機(jī)的加減速所需的電力抑制在規(guī)定的范圍內(nèi)。
[0007]專(zhuān)利文獻(xiàn)1:日本特開(kāi)2002 - 272153號(hào)公報(bào)

【發(fā)明內(nèi)容】

[0008]但是，在專(zhuān)利文獻(xiàn)I所公開(kāi)的技術(shù)中，在考慮電動(dòng)機(jī)消耗的電力時(shí)并未考慮電動(dòng)機(jī)的損耗。由此，例如在應(yīng)用于損耗大的電動(dòng)機(jī)的情況下，存在直流電源應(yīng)該供給的電力超過(guò)可輸出的電力的上限的可能性。
[0009]另外，在專(zhuān)利文獻(xiàn)I所公開(kāi)的技術(shù)中，未考慮電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)所需的電壓。由此，例如有電動(dòng)機(jī)高速運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)產(chǎn)生感應(yīng)電壓、并超過(guò)逆變器可供給電壓而產(chǎn)生電壓飽和的可能性。
[0010]在產(chǎn)生這些電力.電壓不足的情況下，會(huì)導(dǎo)致產(chǎn)生扭矩不足、位置控制或速度控制的精度下降或不穩(wěn)定的問(wèn)題。另外，當(dāng)作為避免電壓飽和的方法而使弱電流流過(guò)時(shí)，由于因弱電流引起的銅損增加，因此導(dǎo)致發(fā)生不能夠同時(shí)滿(mǎn)足前述的電力和電壓的制約的情況。
[0011]本發(fā)明就是鑒于上述而提出的，其目的是獲得一種能夠?qū)㈦妱?dòng)機(jī)的消耗電力及電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)所需的電壓抑制在規(guī)定范圍內(nèi)的電動(dòng)機(jī)控制裝置。[0012]為了解決上述的課題、實(shí)現(xiàn)目的，本發(fā)明提供一種電動(dòng)機(jī)控制裝置，其具備:位置指令生成部，其輸出用于使電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)子位置追隨目標(biāo)位置的位置指令；位置控制部，其進(jìn)行控制以使所述電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)子位置和所述位置指令兩者一致，且輸出電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子速度指令；以及扭矩極限輸出部，其輸出作為所述電動(dòng)機(jī)的容許扭矩的扭矩極限值，所述扭矩極限輸出部根據(jù)所述電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)子速度，輸出使所述電動(dòng)機(jī)的驅(qū)動(dòng)所需的消耗電力在規(guī)定的電動(dòng)機(jī)電力極限值以?xún)?nèi)、且使所述電動(dòng)機(jī)的驅(qū)動(dòng)所需的電壓振幅在規(guī)定的電壓極限以?xún)?nèi)的所述扭矩極限值，所述位置指令生成部根據(jù)所述扭矩極限值而生成所述位置指令。
[0013]發(fā)明的效果
[0014]根據(jù)本發(fā)明，發(fā)揮能夠?qū)㈦妱?dòng)機(jī)的消耗電力及電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)所需的電壓抑制在規(guī)定的范圍內(nèi)的效果。
【專(zhuān)利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0015]圖1是表示基于本發(fā)明的實(shí)施方式I的電動(dòng)機(jī)控制裝置的結(jié)構(gòu)的框圖。
[0016]圖2是表示圖1所示的扭矩極限輸出部的結(jié)構(gòu)例的框圖。
[0017]圖3是表示圖1所示的扭矩極限輸出部的其他結(jié)構(gòu)例的框圖。
[0018]圖4是說(shuō)明在圖1所示的位置指令生成部中，加減速設(shè)定部判斷電動(dòng)機(jī)模型的加速.減速的順序的流程圖。
[0019]圖5是表示在圖3所示的扭矩極限輸出部的扭矩表的計(jì)算例的圖。
[0020]圖6是表示基于本發(fā)明的實(shí)施方式2的電動(dòng)機(jī)控制裝置的結(jié)構(gòu)的框圖。
[0021]圖7是表示作為本發(fā)明的實(shí)施方式3，在圖3所示的扭矩極限輸出部中的扭矩表的計(jì)算例的圖。
【具體實(shí)施方式】
[0022]下面，基于附圖對(duì)本發(fā)明涉及的電動(dòng)機(jī)控制裝置的實(shí)施方式進(jìn)行詳細(xì)說(shuō)明。此外，本發(fā)明并不限定于該實(shí)施方式。
[0023]實(shí)施方式1.[0024]圖1是表示基于本發(fā)明的實(shí)施方式I的電動(dòng)機(jī)控制裝置的結(jié)構(gòu)的框圖?；诒緦?shí)施方式I的電動(dòng)機(jī)控制裝置Ia具備位置控制的結(jié)構(gòu)，該位置控制的結(jié)構(gòu)將電動(dòng)機(jī)5的消耗電力以及電動(dòng)機(jī)5的驅(qū)動(dòng)所需的電壓分別抑制在小于或等于規(guī)定值，將電動(dòng)機(jī)5的轉(zhuǎn)子位置控制在目標(biāo)位置。
[0025]在圖1中，逆變器3通過(guò)根據(jù)來(lái)自本實(shí)施方式I涉及的電動(dòng)機(jī)控制裝置Ia的開(kāi)關(guān)指令9而進(jìn)行開(kāi)關(guān)元件3a的接通?斷開(kāi)動(dòng)作，從而將直流電源2的輸出電力變換為交流電力，并供給至電動(dòng)機(jī)5。將由安裝在逆變器3和電動(dòng)機(jī)5之間的電源電纜上的電流檢測(cè)器4檢測(cè)出的檢測(cè)電動(dòng)機(jī)電流8作為反饋信號(hào)而輸入至電動(dòng)機(jī)控制裝置Ia中。另外，將由安裝在電動(dòng)機(jī)5上的位置檢測(cè)器6檢測(cè)出的檢測(cè)電動(dòng)機(jī)位置7作為反饋信號(hào)而輸入至電動(dòng)機(jī)控制裝置la。
[0026] 在本實(shí)施方式I中，電動(dòng)機(jī)5是磁體埋入型同步電動(dòng)機(jī)(IPM)。IPM的驅(qū)動(dòng)控制是通過(guò)如下方式進(jìn)行的，即，在由d軸和與該d軸正交的q軸構(gòu)成的2軸正交旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)上，將該電動(dòng)機(jī)電流分解為d軸上的電流成分(勵(lì)磁電流成分)和q軸上的電流成分(扭矩電流成分)而處理，其中，d軸是與IPM轉(zhuǎn)子的永磁體的磁束矢量的方向一致的軸。
[0027]在IPM的驅(qū)動(dòng)控制所使用的dq軸坐標(biāo)上的電路方程式由式(I)表示。此外，在式
(I)中，Vd為d軸電壓、V,為q軸電壓、R為線(xiàn)圈電阻、Ld為d軸電感成分、Lq為q軸電感成分、Φ為感應(yīng)電壓常數(shù)、為電氣角頻率(電動(dòng)機(jī)旋轉(zhuǎn)速度的極對(duì)數(shù)倍)、ρ為極對(duì)數(shù)、Id為勵(lì)磁(弱)電流、Iq為扭矩電流。
[0028]【數(shù)學(xué)式I】
【權(quán)利要求】
1.一種電動(dòng)機(jī)控制裝置，其特征在于， 該電動(dòng)機(jī)控制裝置具備:位置指令生成部，其輸出用于使電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)子位置追隨目標(biāo)位置的位置指令；位置控制部，其進(jìn)行控制以使所述電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)子位置和所述位置指令兩者一致，且輸出電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子速度指令；以及扭矩極限輸出部，其輸出作為所述電動(dòng)機(jī)的容許扭矩的扭矩極限值， 所述扭矩極限輸出部根據(jù)所述電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)子速度，輸出使所述電動(dòng)機(jī)的驅(qū)動(dòng)所需的消耗電力在規(guī)定的電動(dòng)機(jī)電力極限值以?xún)?nèi)、且使所述電動(dòng)機(jī)的驅(qū)動(dòng)所需的電壓振幅在規(guī)定的電壓極限以?xún)?nèi)的所述扭矩極限值， 所述位置指令生成部根據(jù)所述扭矩極限值而生成所述位置指令。
2.一種電動(dòng)機(jī)控制裝置，其特征在于， 該電動(dòng)機(jī)控制裝置具備:速度指令生成部，其輸出用于使電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)子速度追隨目標(biāo)速度的速度指令；速度控制部，其進(jìn)行控制以使所述電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)子速度和所述速度指令兩者一致，且輸出電動(dòng)機(jī)扭矩指令；以及扭矩極限輸出部，其輸出作為電動(dòng)機(jī)的容許扭矩的扭矩極限值， 所述扭矩極限輸出部根據(jù)所述電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)子速度，輸出使所述電動(dòng)機(jī)的消耗電力在規(guī)定的電動(dòng)機(jī)電力極限值以?xún)?nèi)、且使所述電動(dòng)機(jī)的驅(qū)動(dòng)所需的電壓振幅在規(guī)定的電壓極限以?xún)?nèi)的所述扭矩極限值， 所述速度指令生成部根據(jù)所述扭矩極限值而生成所述速度指令。
3.—種電動(dòng)機(jī)控制裝置， 其將電動(dòng)機(jī)電流分解為2軸正交旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)上的成分即勵(lì)磁電流成分及扭矩電流成分而進(jìn)行處理， 所述電動(dòng)機(jī)控制裝置的特征在于， 其包括電力.電壓限制部， 該電力.電壓限制部具備:電力計(jì)算部，其計(jì)算所述電動(dòng)機(jī)的消耗電力；電力限制部，其將所述電力計(jì)算部計(jì)算出的電動(dòng)機(jī)消耗電力限制在規(guī)定的電動(dòng)機(jī)電力極限值以?xún)?nèi)；扭矩對(duì)應(yīng)電壓極限值計(jì)算部，其計(jì)算所述電動(dòng)機(jī)的扭矩對(duì)應(yīng)電壓極限值；以及電壓限制部，其將所述電動(dòng)機(jī)的驅(qū)動(dòng)電壓限制在規(guī)定的電動(dòng)機(jī)電壓極限值以?xún)?nèi)， 所述電力限制部根據(jù)所述電動(dòng)機(jī)消耗電力的相對(duì)于所述電動(dòng)機(jī)電力極限值的超過(guò)量，校正電動(dòng)機(jī)扭矩電流， 所述扭矩對(duì)應(yīng)電壓極限值計(jì)算部基于所述電動(dòng)機(jī)電壓極限值和所述電動(dòng)機(jī)的勵(lì)磁對(duì)應(yīng)電壓，計(jì)算所述電動(dòng)機(jī)的扭矩對(duì)應(yīng)電壓極限值， 所述電壓限制部根據(jù)電動(dòng)機(jī)扭矩對(duì)應(yīng)電壓的相對(duì)于所述扭矩對(duì)應(yīng)電壓極限值計(jì)算部計(jì)算出的電動(dòng)機(jī)的扭矩對(duì)應(yīng)電壓極限值的超過(guò)量，校正電動(dòng)機(jī)勵(lì)磁電流。
4.一種電動(dòng)機(jī)控制裝置， 其將電動(dòng)機(jī)電流分解為2軸正交旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)上的成分即勵(lì)磁電流成分及扭矩電流成分而進(jìn)行處理， 所述電動(dòng)機(jī)控制裝置的特征在于， 其包括扭矩極限輸出部， 該扭矩極限輸出部具備電動(dòng)機(jī)模型部和模型電力.模型電壓限制部，并且根據(jù)電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子速度而輸出作為所述電動(dòng)機(jī)的容許扭矩的扭矩極限值， 扭矩極限輸出部中的所述模型電力.模型電壓限制部具備:電動(dòng)機(jī)模型電力計(jì)算部，其計(jì)算電動(dòng)機(jī)模型消耗電力；電動(dòng)機(jī)模型電力限制部，其將所述電動(dòng)機(jī)模型電力計(jì)算部計(jì)算出的電動(dòng)機(jī)模型消耗電力限制在規(guī)定的電動(dòng)機(jī)電力極限值以?xún)?nèi)；電動(dòng)機(jī)模型扭矩對(duì)應(yīng)電壓極限值計(jì)算部，其計(jì)算電動(dòng)機(jī)模型的扭矩對(duì)應(yīng)電壓極限值；以及電動(dòng)機(jī)模型電壓限制部，其將電動(dòng)機(jī)模型驅(qū)動(dòng)電壓限制在規(guī)定的電動(dòng)機(jī)電壓極限值以?xún)?nèi)， 所述電動(dòng)機(jī)模型電力限制部根據(jù)所述電動(dòng)機(jī)模型消耗電力的相對(duì)于所述電動(dòng)機(jī)電力極限值的超過(guò)量，校正電動(dòng)機(jī)模型扭矩電流， 所述電動(dòng)機(jī)模型扭矩電壓極限值計(jì)算部基于所述電動(dòng)機(jī)電壓極限值及電動(dòng)機(jī)模型的勵(lì)磁對(duì)應(yīng)電壓，計(jì)算電動(dòng)機(jī)模型的扭矩對(duì)應(yīng)電壓極限值， 所述電動(dòng)機(jī)模型電壓限制部針對(duì)每個(gè)電動(dòng)機(jī)旋轉(zhuǎn)速度，實(shí)施根據(jù)所述電動(dòng)機(jī)模型扭矩對(duì)應(yīng)電壓的相對(duì)于所述電動(dòng)機(jī)模型扭矩對(duì)應(yīng)電壓極限值的超過(guò)量而校正電動(dòng)機(jī)模型勵(lì)磁電流的處理，并基于通過(guò)所述校正處理而獲得的電動(dòng)機(jī)模型的扭矩電流和電動(dòng)機(jī)模型的勵(lì)磁電流而計(jì)算電動(dòng)機(jī)模型的扭矩，將所述計(jì)算出的電動(dòng)機(jī)模型的扭矩作為扭矩極限值而輸出。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的電動(dòng)機(jī)控制裝置，其特征在于， 扭矩極限輸出部具備存儲(chǔ)與電動(dòng)機(jī)旋轉(zhuǎn)速度對(duì)應(yīng)的扭矩極限值的扭矩表，在電動(dòng)機(jī)運(yùn)行開(kāi)始前、或者變更所述電力極限值的定時(shí)或者變更所述電壓極限值的定時(shí)，實(shí)施基于所述電動(dòng)機(jī)模型和所述模型 電力.模型電壓限制部的處理，并將獲得的扭矩極限值記載在所述扭矩表中，在電動(dòng)機(jī)運(yùn)行中，根據(jù)電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子速度而輸出所述扭矩表中所記載的扭矩極限值。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的電動(dòng)機(jī)控制裝置，其特征在于， 扭矩極限輸出部的扭矩表存儲(chǔ)扭矩極限值，該扭矩極限值是以如下方式設(shè)定的，即，以規(guī)定的時(shí)間常數(shù)實(shí)施使加速開(kāi)始時(shí)的扭矩上升或減速開(kāi)始時(shí)的扭矩下降。
7.根據(jù)權(quán)利要求1至6中任一項(xiàng)所述的電動(dòng)機(jī)控制裝置，其特征在于， 所述電動(dòng)機(jī)控制裝置具備:參數(shù)存儲(chǔ)部，其將所述電動(dòng)機(jī)電力極限值和所述電動(dòng)機(jī)電壓極限值作為可適當(dāng)變更的控制參數(shù)而進(jìn)行保持。
8.根據(jù)權(quán)利要求1至6中任一項(xiàng)所述的電動(dòng)機(jī)控制裝置，其特征在于， 所述電動(dòng)機(jī)控制裝置具備:通信部，其通過(guò)與上位控制裝置的通信而取得所述電動(dòng)機(jī)電力極限值和所述電動(dòng)機(jī)電壓極限值。
9.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的電動(dòng)機(jī)控制裝置，其特征在于， 所述電動(dòng)機(jī)控制裝置具備:通信部，其通過(guò)通信，將到達(dá)目標(biāo)位置或目標(biāo)速度為止的到達(dá)推定時(shí)間通知給上位控制裝置。
【文檔編號(hào)】H02P27/04GK104040876SQ201280067146
【公開(kāi)日】2014年9月10日 申請(qǐng)日期:2012年1月16日 優(yōu)先權(quán)日:2012年1月16日
【發(fā)明者】古谷真一, 安藤和秋, 田邊章 申請(qǐng)人:三菱電機(jī)株式會(huì)社