交流電動(dòng)機(jī)的控制裝置制造方法
【專利摘要】交流電動(dòng)機(jī)的控制裝置。能夠同時(shí)抑制恒定輸出區(qū)域中的轉(zhuǎn)矩響應(yīng)性的降低和電壓利用率的降低。實(shí)施方式的交流電動(dòng)機(jī)的控制裝置具有d軸去干擾控制器、恒定輸出控制器和d軸電壓指令校正器。恒定輸出控制器根據(jù)q軸的電流指令與流過(guò)交流電動(dòng)機(jī)的q軸的電流的偏差即q軸電流偏差的積分值，輸出針對(duì)d軸電壓指令的校正電壓指令。d軸電壓指令校正器從d軸去干擾控制器進(jìn)行去干擾控制后的d軸電壓指令中減去校正電壓指令，由此對(duì)d軸電壓指令進(jìn)行校正。
【專利說(shuō)明】交流電動(dòng)機(jī)的控制裝置
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]公開(kāi)的實(shí)施方式涉及交流電動(dòng)機(jī)的控制裝置。
【背景技術(shù)】
[0002]在交流電動(dòng)機(jī)的控制裝置中，一般通過(guò)如下控制來(lái)進(jìn)行恒定輸出區(qū)域中的驅(qū)動(dòng)控制:將與交流電動(dòng)機(jī)的磁通平行的軸即d軸的電流指令設(shè)定為負(fù)方向，減弱磁通。上述控制也被稱作電壓限制控制(例如參照專利文獻(xiàn)I)。[0003]【專利文獻(xiàn)I】日本特開(kāi)2010-022165號(hào)公報(bào)
[0004]在以往的電壓限制控制中，在輸出電壓超過(guò)設(shè)定閾值的情況下，d軸電流指令被校正為負(fù)方向，通過(guò)電流控制來(lái)對(duì)輸出電壓指令進(jìn)行控制。將設(shè)定閾值設(shè)定得比輸出電壓的界限值低，由此，抑制輸出電壓的飽和(以下記載為電壓飽和)引起的轉(zhuǎn)矩響應(yīng)性的降低，但使得最大輸出電壓低于界限值，因此電壓利用率降低。另一方面，在要抑制電壓利用率的降低時(shí)，由于電壓飽和，轉(zhuǎn)矩響應(yīng)性降低。由此，在以往的電壓限制控制中，電壓飽和引起的轉(zhuǎn)矩響應(yīng)性的降低和電壓利用率的降低成為折衷的關(guān)系。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]實(shí)施方式的一個(gè)形式是鑒于上述情況而完成的，其目的在于提供能夠同時(shí)抑制恒定輸出區(qū)域中的轉(zhuǎn)矩響應(yīng)性的降低和電壓利用率的降低的交流電動(dòng)機(jī)的控制裝置。
[0006]實(shí)施方式的一個(gè)形式的交流電動(dòng)機(jī)的控制裝置具有d軸電壓指令器、d軸去干擾控制器、電流偏差運(yùn)算器、q軸積分控制器、q軸電壓指令器、恒定輸出控制器和d軸電壓指令校正器。所述d軸電壓指令器生成d軸電壓指令，該d軸電壓指令是將與交流電動(dòng)機(jī)的磁通平行的軸作為d軸、與該d軸垂直的方向作為q軸的dq坐標(biāo)系中的所述d軸的電壓指令，所述d軸去干擾控制器從所述d軸電壓指令中去除所述q軸的電流引起的干擾成分。所述電流偏差運(yùn)算器運(yùn)算出q軸電流偏差，所述q軸電流偏差是所述q軸的電流指令與流過(guò)所述交流電動(dòng)機(jī)的所述q軸的電流的偏差。所述q軸積分控制器輸入所述q軸電流偏差，輸出所述q軸電流偏差的積分值。所述q軸電壓指令器根據(jù)所述q軸電流偏差生成作為所述q軸的電壓指令的q軸電壓指令并輸出。所述恒定輸出控制器根據(jù)所述q軸積分控制器的輸出而輸出針對(duì)所述d軸電壓指令的校正電壓指令。所述d軸電壓指令校正器通過(guò)從由所述d軸去干擾控制器去除干擾成分后的d軸電壓指令中減去所述校正電壓指令，對(duì)所述d軸電壓指令進(jìn)行校正。
[0007]根據(jù)實(shí)施方式的一個(gè)形式，可提供能夠同時(shí)抑制恒定輸出區(qū)域中的轉(zhuǎn)矩響應(yīng)性的降低和電壓利用率的降低的交流電動(dòng)機(jī)的控制裝置。
【專利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0008]圖1是示出第I實(shí)施方式的交流電動(dòng)機(jī)的控制裝置的結(jié)構(gòu)的圖。
[0009]圖2是包含圖1所示的矢量控制部中的電流控制和去干擾控制的電流控制系統(tǒng)的框圖。
[0010]圖3是恒定輸出狀態(tài)下的電流控制系統(tǒng)的近似框圖。
[0011]圖4是示出圖1所示的矢量控制部的具體結(jié)構(gòu)的一例的圖。
[0012]圖5是示出圖4所示的電流控制器的具體結(jié)構(gòu)的一例的圖。
[0013]圖6是示出圖4所示的去干擾控制器的具體結(jié)構(gòu)的一例的圖。
[0014]圖7是示出圖4所示的電壓誤差補(bǔ)償器的具體結(jié)構(gòu)的一例的圖。
[0015]圖8是示出圖4所示的恒定輸出控制器的具體結(jié)構(gòu)的一例的圖。
[0016]圖9是示出第2實(shí)施方式的電動(dòng)機(jī)控制裝置的具體結(jié)構(gòu)的一例的圖。
[0017]圖10是包含電流限制指令至輸出電流的框圖。
[0018]標(biāo)號(hào)說(shuō)明
[0019]1、1A:電動(dòng)機(jī)控制裝置；2:直流電源；3:三相交流電動(dòng)機(jī)；4:位置檢測(cè)器；10:電力轉(zhuǎn)換部；11:電流檢測(cè)部；12:矢量控制部；13:三相逆變電路；14:PWM信號(hào)生成部；21:三相/兩相變換器；22:dq坐標(biāo)變換器；23:電流限制器；24?26、30、32、72、86、88、103、113:減法器；27:電流控制器；27a:d軸電流控制器；27b:q軸電流控制器；28:速度運(yùn)算器(微分器);29:去干擾控制器；31、38、96:加法器；33:電壓誤差補(bǔ)償器；34:恒定輸出控制器；35:振幅指令生成器；36:相位指令生成器;37、46、56、74、81、94、97、108、114、118:限幅器；41:d軸比例控制器；42:d軸積分控制器；43:d軸電壓指令器;44、54、62、65、66、71、84,90?92、102、105、116、121:系數(shù)乘法器；45、55、93、117:積分器；51:q軸比例控制器；52:q軸積分控制器；53:q軸電壓指令器;64、67、76、82、85、104、111、115、120:乘法器；73、80、107:絕對(duì)值運(yùn)算器;75、83、109、119:sign函數(shù)運(yùn)算器;77、87、106:除法器；89:死區(qū)運(yùn)算器；95:微分器；101:輸出電流運(yùn)算器；110:電力/電壓運(yùn)算器；112:功率因數(shù)運(yùn)算器。
【具體實(shí)施方式】
[0020]以下，參照附圖，對(duì)本申請(qǐng)公開(kāi)的交流電動(dòng)機(jī)的控制裝置(以下記載為“電動(dòng)機(jī)控制裝置”)的實(shí)施方式進(jìn)行詳細(xì)說(shuō)明。另外，本發(fā)明不受以下所示的實(shí)施方式的限定。
[0021](第I實(shí)施方式)
[0022]首先，說(shuō)明第I實(shí)施方式的電動(dòng)機(jī)控制裝置。圖1是示出實(shí)施方式的電動(dòng)機(jī)控制裝置的結(jié)構(gòu)的圖。
[0023]如圖1所示，第I實(shí)施方式的電動(dòng)機(jī)控制裝置I具有電力變換部10、電流檢測(cè)部11和矢量控制部12。上述電動(dòng)機(jī)控制裝置I通過(guò)公知的PWM (Pulse Width Modulation:脈寬調(diào)制)控制，將從直流電源2供給的直流電力變換為期望頻率和電壓的三相交流電力，輸出到三相交流電動(dòng)機(jī)3 (以下記載為電動(dòng)機(jī)3)。電動(dòng)機(jī)3例如是永磁同步電動(dòng)機(jī)。
[0024]電力變換部10具有三相逆變電路13和PWM信號(hào)生成器14。三相逆變電路13連接在直流電源2與電動(dòng)機(jī)3之間。上述三相逆變電路13例如是6個(gè)開(kāi)關(guān)元件進(jìn)行三相橋接而構(gòu)成的。PWM信號(hào)生成器14根據(jù)來(lái)自矢量控制部12的控制信號(hào)生成使構(gòu)成三相逆變電路13的開(kāi)關(guān)元件進(jìn)行通斷的PWM信號(hào)，輸出到三相逆變電路13。另外，直流電源2是將交流電力變換為直流電力并輸出的結(jié)構(gòu)，例如可以是組合基于二極管的整流電路和使得直流輸出電壓平滑的平滑用電容器后的結(jié)構(gòu)。該情況下，在整流電路的輸入側(cè)連接交流電源。
[0025]電流檢測(cè)部11檢測(cè)流過(guò)電力變換部10與電動(dòng)機(jī)3之間的電流。具體而言，電流檢測(cè)部11檢測(cè)流過(guò)電力變換部10與電動(dòng)機(jī)3的U相、V相、W相的各相之間的電流的瞬時(shí)值iu、iv、iw (以下記載為輸出電流iu、iv、iw)。另外，電流檢測(cè)部11例如是利用作為磁電變換元件的霍爾元件檢測(cè)電流的電流傳感器。
[0026]矢量控制部12生成基于由電流檢測(cè)部11檢測(cè)的輸出電流iu、iv、iw和由位置檢測(cè)器4檢測(cè)的電動(dòng)機(jī)3的轉(zhuǎn)子電氣角相位Θ (將電動(dòng)機(jī)3的轉(zhuǎn)子的機(jī)械角乘以電動(dòng)機(jī)3的磁極對(duì)數(shù)后的值作為電氣角，以下相同)的控制信號(hào)，并輸出到電力變換部10。上述矢量控制部12在將與電動(dòng)機(jī)3的磁通平行的軸作為d軸、與該d軸垂直的方向作為q軸的dq坐標(biāo)系中，將電流成分分為d軸成分和q軸成分而進(jìn)行矢量控制。
[0027]以下，將電流指令的d軸成分和q軸成分分別設(shè)為d軸電流指令i/和q軸電流指令1:，將流過(guò)電動(dòng)機(jī)3的電流的d軸成分和q軸成分分別設(shè)為d軸電流id fb和q軸電流i,
fb°
[0028]在電動(dòng)機(jī)3為IPM (Interior Permanent Magnet:內(nèi)置式永磁)電機(jī)的情況下，dq坐標(biāo)系上的電壓方程式可如下式(1)那樣表示。以下，假設(shè)電動(dòng)機(jī)3是IPM電機(jī)進(jìn)行說(shuō)明，但電動(dòng)機(jī)3不限于IPM電機(jī)。例如，如果是電動(dòng)機(jī)3為SPM (Surface Permanent Magnet:
表面式永磁)電機(jī)的情況，則設(shè)為L(zhǎng)d = Lq即可。
[0029]
【權(quán)利要求】
1.一種交流電動(dòng)機(jī)的控制裝置，其特征在于，該控制裝置具有: d軸電壓指令器，其生成d軸電壓指令，該d軸電壓指令是將與交流電動(dòng)機(jī)的磁通平行的軸作為d軸、將與該d軸垂直的方向作為q軸的dq坐標(biāo)系中的所述d軸的電壓指令；d軸去干擾控制器，其從所述d軸電壓指令中去除所述q軸的電流引起的干擾成分；電流偏差運(yùn)算器，其運(yùn)算出q軸電流偏差，該q軸電流偏差是所述q軸的電流指令與流過(guò)所述交流電動(dòng)機(jī)的所述q軸的電流的偏差； q軸積分控制器，其輸入所述q軸電流偏差，輸出所述q軸電流偏差的積分值；q軸電壓指令器，其根據(jù)所述q軸電流偏差生成作為所述q軸的電壓指令的q軸電壓指令并輸出； 恒定輸出控制器，其根據(jù)所述q軸積分控制器的輸出，輸出針對(duì)所述d軸電壓指令的校正電壓指令；以及 d軸電壓指令校正器，其通過(guò)從由所述d軸去干擾控制器去除干擾成分后的d軸電壓指令中減去所述校正電壓指令，對(duì)所述d軸電壓指令進(jìn)行校正。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的交流電動(dòng)機(jī)的控制裝置，其特征在于， 所述d軸電壓指令器具有: 電流偏差運(yùn)算器，其運(yùn)算出d軸電流偏差，該d軸電流偏差是所述d軸的電流指令與流過(guò)所述交流電動(dòng)機(jī)的所述d軸的電流的偏差； d軸積分控制器，其輸入所述d軸電流偏差，輸出所述d軸電流偏差的積分值；以及 限幅器，其限制所述d軸積分控制器的輸出上限值， 所述d軸電壓指令器根據(jù)所述d軸積分控制器的輸出，生成所述d軸電壓指令并輸出。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的交流電動(dòng)機(jī)的控制裝置，其特征在于， 所述恒定輸出控制器具有與所述電壓指令的輸出頻率或所述交流電動(dòng)機(jī)的電氣角旋轉(zhuǎn)頻率成反比的增益特性。
4.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的交流電動(dòng)機(jī)的控制裝置，其特征在于， 所述恒定輸出控制器具有PI控制器和PID控制器中的任意一個(gè)。
5.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的交流電動(dòng)機(jī)的控制裝置，其特征在于， 所述恒定輸出控制器取代所述q軸積分控制器的輸出，而是根據(jù)所述q軸電壓指令器的輸出，輸出針對(duì)所述d軸電壓指令的校正電壓指令。
6.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的交流電動(dòng)機(jī)的控制裝置，其特征在于， 所述交流電動(dòng)機(jī)的控制裝置具有電流限制器，所述電流限制器在流過(guò)所述交流電動(dòng)機(jī)的電流超過(guò)限制值的情況下，根據(jù)所述限制值與流過(guò)所述交流電動(dòng)機(jī)的電流的偏差，減小所述電壓指令的輸出頻率或輸出頻率的加減速率，且減小所述q軸的電流指令。
【文檔編號(hào)】H02P21/00GK103812410SQ201310541135
【公開(kāi)日】2014年5月21日 申請(qǐng)日期:2013年11月5日 優(yōu)先權(quán)日:2012年11月5日
【發(fā)明者】山崎明, 井浦英昭 申請(qǐng)人:株式會(huì)社安川電機(jī)