電機(jī)控制裝置和電機(jī)控制方法
【專利摘要】本發(fā)明提供了一種電機(jī)控制裝置和電機(jī)控制方法。電機(jī)控制裝置包括旋轉(zhuǎn)位置估計(jì)單元、變化量估計(jì)單元和電感估計(jì)單元。旋轉(zhuǎn)位置估計(jì)單元基于到電機(jī)的輸出電流和電壓基準(zhǔn)根據(jù)包括電機(jī)的q軸電感的電機(jī)參數(shù)估計(jì)電機(jī)的旋轉(zhuǎn)位置。變化量估計(jì)單元估計(jì)對(duì)應(yīng)于其頻率高于電機(jī)的驅(qū)動(dòng)頻率的高頻信號(hào)的電機(jī)的輸出扭矩相對(duì)于電流相位變化的變化量。電感估計(jì)單元基于變化量估計(jì)獲得最大扭矩的電感值作為q軸電感。
【專利說(shuō)明】電機(jī)控制裝置和電機(jī)控制方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種電機(jī)控制裝置和電機(jī)控制方法。
【背景技術(shù)】
[0002]近來(lái)，電機(jī)控制裝置已經(jīng)投入了實(shí)際使用中，這樣的實(shí)際使用包括速度估計(jì)器，其根據(jù)由于電機(jī)的旋轉(zhuǎn)而產(chǎn)生的感生電壓來(lái)估計(jì)電機(jī)的旋轉(zhuǎn)速度并且執(zhí)行無(wú)傳感器控制。在這種類型的電機(jī)控制裝置中，已知一種電機(jī)控制裝置，其執(zhí)行最大扭矩控制，其中有效地使用磁阻扭矩。通過(guò)使用通過(guò)對(duì)于速度估計(jì)器進(jìn)行計(jì)算所使用的q軸電感的真實(shí)值有意地引入誤差而生成的速度估計(jì)誤差并且使得控制軸匹配最大扭矩操作點(diǎn)來(lái)執(zhí)行最大扭矩控制。
[0003]在日本專利申請(qǐng)?zhí)亻_N0.2009-291072中公開了第一和第二種方法作為使作為用于速度估計(jì)器的計(jì)算的參數(shù)的q軸電感從其真實(shí)值偏移的方法。第一種方法是下述方法，其使用計(jì)算用參數(shù)L，該參數(shù)L被設(shè)置為滿足Ld < L < Lq的值。第二種方法是下述方法，其引入dm-qm坐標(biāo)系，其中其方向匹配實(shí)現(xiàn)最大扭矩控制的電流矢量的方向的旋轉(zhuǎn)軸為qm軸并且與qm軸正交的旋轉(zhuǎn)軸為dm軸，并且該方法還使用了計(jì)算用參數(shù)Lm。電機(jī)參數(shù)Ld、Lq和Oa用于計(jì)算計(jì)算用參數(shù)Lm。
[0004]然而，第一種方法具有下述問(wèn)題，其中，由于計(jì)算用參數(shù)L是固定值，因此最大扭矩控制的精度隨著負(fù)載的增加而降低。
[0005]在第二種方法中，計(jì)算用參數(shù)Lm是q軸電感的函數(shù)；因此，第二種方法能夠改進(jìn)第一種方法。然而，由于電機(jī)參數(shù)(Ld、Lq和Oa)用于計(jì)算計(jì)算用參數(shù)Lm，因此，如果初始設(shè)置值存在誤差或者電機(jī)參數(shù)由于溫度或負(fù)載而發(fā)生變化，則計(jì)算用參數(shù)Lm根據(jù)電機(jī)參數(shù)的誤差而產(chǎn)生誤差。因此，存在下述問(wèn)題，其中，不能夠獲得最大扭矩控制，并且此外，速度估計(jì)器變得不穩(wěn)定。
[0006]實(shí)施方式的方面的目的在于提供一種電機(jī)控制裝置和電機(jī)控制方法，其能夠準(zhǔn)確地執(zhí)行最大扭矩控制同時(shí)防止控制系統(tǒng)變得不穩(wěn)定。
【發(fā)明內(nèi)容】
[0007]根據(jù)實(shí)施方式的電機(jī)控制裝置包括電流基準(zhǔn)生成單元、電流檢測(cè)單元、電壓基準(zhǔn)生成單元、驅(qū)動(dòng)單元、旋轉(zhuǎn)位置估計(jì)單元、變化量估計(jì)單元和電感估計(jì)單元。電流基準(zhǔn)生成單元生成電流基準(zhǔn)，其中疊加其頻率高于電機(jī)的驅(qū)動(dòng)頻率的高頻信號(hào)。電流檢測(cè)單元檢測(cè)從驅(qū)動(dòng)單元到電機(jī)的輸出電流。電壓基準(zhǔn)生成單元，其基于電流基準(zhǔn)和輸出電流之間的偏差生成電壓基準(zhǔn)。驅(qū)動(dòng)單元基于電壓基準(zhǔn)驅(qū)動(dòng)電機(jī)。旋轉(zhuǎn)位置估計(jì)單元基于輸出電流和電壓基準(zhǔn)根據(jù)包括電機(jī)的q軸電感的電機(jī)參數(shù)估計(jì)電機(jī)的旋轉(zhuǎn)位置。變化量估計(jì)單元估計(jì)相對(duì)于對(duì)應(yīng)于高頻信號(hào)的電機(jī)的輸出扭矩相對(duì)于電流相位變化的變化量。電感估計(jì)單元基于輸出扭矩相對(duì)于電流相位變化的變化量獲得最大扭矩并且在旋轉(zhuǎn)位置估計(jì)單元中將該電感值設(shè)置為q軸電感。
[0008]根據(jù)實(shí)施方式的方面，能夠提供一種電機(jī)控制裝置和電機(jī)控制方法，其能夠準(zhǔn)確地執(zhí)行最大扭矩控制同時(shí)防止控制系統(tǒng)變得不穩(wěn)定。
【專利附圖】
【附圖說(shuō)明】
[0009]由于當(dāng)結(jié)合附圖進(jìn)行考慮時(shí)通過(guò)參考附圖能夠更好地理解本發(fā)明及其優(yōu)點(diǎn)因此將會(huì)容易地獲得本發(fā)明的更完全的理解和更多的優(yōu)點(diǎn)。
[0010]圖1是示出根據(jù)實(shí)施方式的電機(jī)控制裝置的構(gòu)造的圖；
[0011]圖2是示出高頻電流控制器的構(gòu)造示例的圖；
[0012]圖3是示出最大扭矩控制器中包括的電機(jī)輸出提取單元的構(gòu)造的圖；
[0013]圖4是示出最大扭矩控制器中包括的相位變化量估計(jì)單元的構(gòu)造的圖；
[0014]圖5是示出電感計(jì)算器的構(gòu)造示例的圖；
[0015]圖6是示出速度和磁極位置估計(jì)器的構(gòu)造示例的圖；
[0016]圖7A是示出PLL控制器的構(gòu)造示例的圖；
[0017]圖7B是示出PLL控制器的另一構(gòu)造示例的圖；
[0018]圖8是示出轉(zhuǎn)子角頻率估計(jì)值和轉(zhuǎn)子位置估計(jì)值的第一計(jì)算處理的流程的圖；以及
[0019]圖9是示出轉(zhuǎn)子角頻率估計(jì)值和轉(zhuǎn)子位置估計(jì)值的第二計(jì)算處理的流程的圖?！揪唧w實(shí)施方式】
[0020]下面，將參考附圖詳細(xì)描述本申請(qǐng)中公開的電機(jī)控制裝置和電機(jī)控制方法的實(shí)施方式。本發(fā)明不限于下面的實(shí)施方式。
[0021]圖1是示出根據(jù)實(shí)施方式的電機(jī)控制裝置的構(gòu)造的圖。如圖1中所示，根據(jù)實(shí)施方式的電機(jī)控制裝置I連接在AC電源2與AC電機(jī)3之間。電機(jī)控制裝置I從AC電源2提取驅(qū)動(dòng)AC電機(jī)3所需的電力并且將其提供給AC電機(jī)3。AC電機(jī)3例如為內(nèi)置式永磁同步電機(jī)(IPMSM)。
[0022]電機(jī)控制裝置I包括電力轉(zhuǎn)換單元10、輸出電流檢測(cè)單元11和控制單元12。電力轉(zhuǎn)換單元10包括轉(zhuǎn)換器單元10a、逆變器單元IOb和平滑電容器Cl，并且在AC-AC轉(zhuǎn)換之后將從AC電源2提供的電力提供到AC電機(jī)3。電力轉(zhuǎn)換單元10是驅(qū)動(dòng)單元的示例并且輸出電流檢測(cè)單元11是電流檢測(cè)單元的示例。
[0023]轉(zhuǎn)換器單元IOa例如包括整流器電路并且對(duì)從AC電源2提供的AC電壓進(jìn)行整流。由轉(zhuǎn)換器單元IOa整流后的電壓由平滑電容器Cl進(jìn)行平滑以轉(zhuǎn)換為DC電壓。逆變器單元IOb例如包括用于各輸出相的兩個(gè)上和下開關(guān)元件并且利用開關(guān)元件將從轉(zhuǎn)換器單元IOa輸出的DC電壓在將其轉(zhuǎn)換為AC電壓之后提供給AC電機(jī)3。AC電機(jī)3由從逆變器單元IOb輸出的AC電壓驅(qū)動(dòng)。開關(guān)元件例如為IGBT (絕緣柵雙極晶體管)或M0SFET。
[0024]輸出電流檢測(cè)單元11檢測(cè)從逆變器單元IOb流到AC電機(jī)3的輸出電流。具體地，輸出電流檢測(cè)單元11檢測(cè)分別從作為逆變器單元IOb的輸出相的U相、V相和W相流到AC電機(jī)3的輸出電流的瞬時(shí)值Iu、Iv和Iw (下面，描述為輸出電流值Iu、Iv和Iw)。輸出電流檢測(cè)單元11例如為電流傳感器，其通過(guò)利用作為電磁轉(zhuǎn)換元件的霍爾元件來(lái)檢測(cè)電流。
[0025]控制單元12通過(guò)控制逆變器單元IOb的各開關(guān)元件來(lái)從逆變器單元IOb輸出具有想要的幅值和頻率的電壓，從而驅(qū)動(dòng)AC電機(jī)3。[0026]控制單元12包括減法器20和24、速度控制器21、探查信號(hào)生成器22、探查信號(hào)坐標(biāo)轉(zhuǎn)換器23、電流控制器25、高頻電流控制器26、去耦控制器27、加法器28和PWM計(jì)算器29。此外，控制單元12包括坐標(biāo)轉(zhuǎn)換器30、最大扭矩控制器31、電感計(jì)算器32以及速度和磁極位置估計(jì)器33。
[0027]探查信號(hào)坐標(biāo)轉(zhuǎn)換器23是電流基準(zhǔn)生成單元的示例并且電流控制器25、高頻電流控制器26、去耦控制器27和加法器28是電壓基準(zhǔn)生成單元的示例。此外，最大扭矩控制器31是變化量估計(jì)單元的示例，電感計(jì)算器32是電感估計(jì)單元的示例，并且速度和磁極位置估計(jì)器33是旋轉(zhuǎn)位置估計(jì)單元和角頻率估計(jì)單元的示例。
[0028]減法器20獲得轉(zhuǎn)子角頻率基準(zhǔn)《ref和轉(zhuǎn)子角頻率估計(jì)值coest之間的偏差并且將其輸出到速度控制器21。轉(zhuǎn)子角頻率基準(zhǔn)oref是定義AC電機(jī)3中包括的轉(zhuǎn)子的角頻率(下面，描述為轉(zhuǎn)子角頻率)的基準(zhǔn)并且是從未示出的上級(jí)控制裝置輸入的。“est”表不其是估計(jì)值。
[0029]速度控制器21例如包括PI (比例積分)控制器并且通過(guò)PI控制來(lái)生成δ軸電流基準(zhǔn)I δ _ref，從而轉(zhuǎn)子角頻率基準(zhǔn)coref與轉(zhuǎn)子角頻率估計(jì)值coest之間的偏差變?yōu)榱?。δ軸電流基準(zhǔn)I δ _ref被從速度控制器21輸出到探查信號(hào)坐標(biāo)轉(zhuǎn)換器23和去耦控制器27。
[0030]探查信號(hào)生成器22生成是高頻信號(hào)的探查信號(hào)Smag并且將其輸出到探查信號(hào)坐標(biāo)轉(zhuǎn)換器23。探查信號(hào)Smag是由Amag sin(fhX2 π t)定義的信號(hào)。此外,探查信號(hào)生成器22將信號(hào)sin(fhX2 π t)輸出到最大扭矩控制器31?！癴h”表示探查信號(hào)Smag的頻率并且被設(shè)置為高于驅(qū)動(dòng)AC電機(jī)3的電壓的頻率的值。
[0031 ] 此外，Amag是由Y軸電流基準(zhǔn)I Y _ref和δ軸電流基準(zhǔn)I δ _ref定義的電流基準(zhǔn)矢量Is的相位的幅值?？紤]速度控制器21的控制響應(yīng)和逆變器單元IOb的切換頻率將探查信號(hào)Smag的頻率fh和幅值A(chǔ)mag設(shè)置為不發(fā)生干涉。
[0032]在本實(shí)施方式中，在以與由AC電機(jī)3的轉(zhuǎn)子中布置的永磁體生成的磁通的旋轉(zhuǎn)速度相同的旋轉(zhuǎn)速度旋轉(zhuǎn)的旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系中，由永磁體生成的磁通的方向被定義為d軸并且對(duì)應(yīng)于d軸的用于控制的旋轉(zhuǎn)軸被定義為Y軸。此外，從d軸前進(jìn)90°電氣角的相位被定義為q軸并且對(duì)應(yīng)于q軸的控制用旋轉(zhuǎn)軸被定義為S軸。
[0033]探查信號(hào)坐標(biāo)轉(zhuǎn)換器23按照下面的等式(I)獲得當(dāng)電流基準(zhǔn)矢量Is的相位由于探查信號(hào)Smag而變化時(shí)的Y δ軸電流基準(zhǔn)I Y_href和I δ _href,并且將其輸出到減法器24。Y軸電流基準(zhǔn)I Y _ref例如被設(shè)置為零。
[0034]
【權(quán)利要求】
1.一種電機(jī)控制裝置，所述電機(jī)控制裝置包括: 電流基準(zhǔn)生成單兀，所述電流基準(zhǔn)生成單兀生成置加有頻率聞?dòng)陔姍C(jī)的驅(qū)動(dòng)頻率的聞?lì)l信號(hào)的電流基準(zhǔn)； 驅(qū)動(dòng)單元，所述驅(qū)動(dòng)單元基于電壓基準(zhǔn)驅(qū)動(dòng)所述電機(jī)； 電流檢測(cè)單元，所述電流檢測(cè)單元檢測(cè)從所述驅(qū)動(dòng)單元到所述電機(jī)的輸出電流； 電壓基準(zhǔn)生成單元，所述電壓基準(zhǔn)生成單元基于所述電流基準(zhǔn)與所述輸出電流之間的偏差生成所述電壓基準(zhǔn)； 旋轉(zhuǎn)位置估計(jì)單元，所述旋轉(zhuǎn)位置估計(jì)單元基于所述輸出電流和所述電壓基準(zhǔn)，由包括所述電機(jī)的q軸電感在內(nèi)的計(jì)算參數(shù)估計(jì)所述電機(jī)的轉(zhuǎn)子的旋轉(zhuǎn)位置； 變化量估計(jì)單元，所述變化量估計(jì)單元估計(jì)對(duì)應(yīng)于所述高頻信號(hào)的所述電機(jī)的輸出扭矩相對(duì)于電流相位變化的變化量；以及 電感估計(jì)單元，所述電感估計(jì)單元基于所述變化量估計(jì)獲得最大扭矩的電感值，并且在所述旋轉(zhuǎn)位置估計(jì)單元中將該電感值設(shè)置為所述q軸電感。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電機(jī)控制裝置，所述電機(jī)控制裝置進(jìn)一步包括相位變化量估計(jì)單元，所述相位變化量估計(jì)單元估計(jì)所述輸出電流的電流矢量的相位變化量，使得所述變化量變?yōu)槟繕?biāo)值， 其中，所述電感估計(jì)單元基于所述相位變化量估計(jì)所述電感值。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電機(jī)控制裝置，其中，所述變化量估計(jì)單元基于電機(jī)的機(jī)械輸出的頻率分量中與所述高頻信號(hào)相同的頻率分量的幅值來(lái)估計(jì)所述變化量。
4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的電機(jī)控制裝置，其中，所述變化量估計(jì)單元基于電機(jī)的機(jī)械輸出的頻率分量中與所述高頻信號(hào)相同的頻率分量的幅值來(lái)估計(jì)所述變化量。
5.根據(jù)權(quán)利要求1至4中的任一項(xiàng)所述的電機(jī)控制裝置，其中，所述變化量估計(jì)單元停止所述變化量的估計(jì)直到輸入到所述電機(jī)的輸入功率或者所述電機(jī)的輸出功率變?yōu)轭A(yù)定值，并且在所述輸入功率或所述輸出功率變?yōu)樗鲱A(yù)定值以上之后執(zhí)行所述變化量的估計(jì)。
6.根據(jù)權(quán)利要求1至4中的任一項(xiàng)所述的電機(jī)控制裝置，其中，所述電感估計(jì)單元包括限制器，所述限制器限制所估計(jì)的電感值，使得所估計(jì)的電感值不會(huì)變?yōu)樾∮陬A(yù)定值。
7.根據(jù)權(quán)利要求1至4中的任一項(xiàng)所述的電機(jī)控制裝置，其中， 所述計(jì)算參數(shù)包括所述電機(jī)的d軸電感,并且 所述電感估計(jì)單元在所述旋轉(zhuǎn)位置估計(jì)單元中將所述電感值設(shè)置為所述d軸電感。
8.根據(jù)權(quán)利要求1至4中的任一項(xiàng)所述的電機(jī)控制裝置，所述電機(jī)控制裝置進(jìn)一步包括:角頻率估計(jì)單元，所述角頻率估計(jì)單元基于所述輸出電流和所述電壓基準(zhǔn)，由所述計(jì)算參數(shù)估計(jì)所述轉(zhuǎn)子的角頻率。
9.根據(jù)權(quán)利要求1至4中的任一項(xiàng)所述的電機(jī)控制裝置，其中，所述電流基準(zhǔn)生成單元將對(duì)應(yīng)于d軸的控制用磁通方向設(shè)置為Y軸，并且將所述Y軸的電流基準(zhǔn)設(shè)置為零，其中所述d軸是由永磁體產(chǎn)生的磁通方向。
10.一種電機(jī)控制方法，所述電機(jī)控制方法包括: 生成置加有頻率聞?dòng)陔姍C(jī)的驅(qū)動(dòng)頻率的聞?lì)l?目號(hào)的電流基準(zhǔn)； 基于電壓基準(zhǔn)驅(qū)動(dòng)所述電機(jī)；檢測(cè)針對(duì)所述電機(jī)的輸出電流； 基于所述電流基準(zhǔn)與所述輸出電流之間的偏差來(lái)生成所述電壓基準(zhǔn)； 基于所述輸出電流和所述電壓基準(zhǔn)，由包括所述電機(jī)的q軸電感在內(nèi)的計(jì)算參數(shù)估計(jì)所述電機(jī)的轉(zhuǎn)子的旋轉(zhuǎn)位置； 估計(jì)對(duì)應(yīng)于所述高頻信號(hào)的所述電機(jī)的輸出扭矩相對(duì)于電流相位變化的變化量；以及 基于所述變化量估計(jì)獲得最·大扭矩的電感值并且將該電感值設(shè)置為所述q軸電感。
【文檔編號(hào)】H02P21/13GK103595326SQ201310082975
【公開日】2014年2月19日 申請(qǐng)日期:2013年3月15日 優(yōu)先權(quán)日:2012年8月17日
【發(fā)明者】福丸伸吾, 森本進(jìn)也, 井浦英昭, 山崎明 申請(qǐng)人:株式會(huì)社安川電機(jī)