專利名稱：交流旋轉(zhuǎn)機的控制裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及根據(jù)扭矩指令控制交流旋轉(zhuǎn)機的扭矩的控制裝置。
背景技術(shù)：
一般使用通過電力變換器將直流電壓變換為交流電壓并驅(qū)動控制交流旋轉(zhuǎn)機的控制裝置。在這樣的交流旋轉(zhuǎn)機的控制裝置中，一般為了高效率地驅(qū)動交流旋轉(zhuǎn)機，通過按照基于矢量控制的正弦波PWM (Pulse Width Modulation，脈沖寬度調(diào)制)控制對交流旋轉(zhuǎn)機的電流進行控制，來控制扭矩。而且，另一方面，在以比較高的頻率驅(qū)動交流旋轉(zhuǎn)機的情況下，對于直流電壓需要將電動機驅(qū)動電壓設(shè)置成最大，使用基于峰值恒定的矩形波電壓的驅(qū)動方式。在矩形波驅(qū)動中，基于開關(guān)控制的電壓波形的峰值恒定，能夠通過操作電壓波形的相位來操作電動機 產(chǎn)生的扭矩，例如，在是永久磁鐵同步電動機的情況下，如果操作相對于轉(zhuǎn)子位置的電壓波形相位，則能夠操縱扭矩。但是，交流旋轉(zhuǎn)機產(chǎn)生的扭矩伴隨交流旋轉(zhuǎn)機的參數(shù)(例如，在是永久磁鐵同步電動機的情況下，相當于永久磁鐵磁通、電感、電樞電阻)的變化而變化。例如，電感由于向交流旋轉(zhuǎn)機通電引起的磁飽和而降低的情況，或交流旋轉(zhuǎn)機的輸出扭矩由于伴隨發(fā)熱磁鐵溫度上升引起的退磁作用而降低。為了應對此現(xiàn)象，公開了一種交流旋轉(zhuǎn)機的控制裝置，該交流旋轉(zhuǎn)機的控制裝置被構(gòu)成為根據(jù)交流旋轉(zhuǎn)機的運轉(zhuǎn)條件(代表性的是，交流旋轉(zhuǎn)機的感應電壓 扭矩 轉(zhuǎn)速)適當?shù)厍袚Q以上那樣的電力變換器的驅(qū)動方式(正弦波PWM控制方式，以及矩形波驅(qū)動方式)，對于交流旋轉(zhuǎn)機在從零速到高速的寬廣的速度區(qū)域中實施扭矩控制，為了抑制扭矩變動，該交流旋轉(zhuǎn)機的控制裝置推測交流旋轉(zhuǎn)機的輸出扭矩并進行反饋控制(例如，參照以下的專利文獻I)。根據(jù)該專利文獻I，根據(jù)交流旋轉(zhuǎn)機的運轉(zhuǎn)條件，選擇性地設(shè)定電力變換器中的電壓變換的控制方式。即，在控制方式選擇單元選擇了將矩形波電壓施加給交流旋轉(zhuǎn)機的第I控制方式的情況下，通過反饋控制來進行扭矩控制，該反饋控制根據(jù)針對扭矩控制中的扭矩指令值的扭矩偏差來調(diào)整矩形波電壓的相位。另外，在控制方式選擇單元選擇了按照基于矢量控制的脈沖寬度調(diào)制方式控制對交流旋轉(zhuǎn)機的施加電壓的第2控制方式的情況下，通過交流旋轉(zhuǎn)機的電流的反饋控制來進行扭矩控制。由此，在選擇第2控制方式時，因為附加與和選擇第I控制方式時同樣的扭矩偏差相應的反饋控制，進行交流旋轉(zhuǎn)機的電流的反饋控制，所以能夠進行電機電流控制以補償依賴于溫度變化等的交流旋轉(zhuǎn)機的扭矩特性的變化。其結(jié)果，即使不特意設(shè)置溫度傳感器等，也能夠防止因磁鐵溫度變化等引起的扭矩變動的產(chǎn)生。另外，在第1、第2控制方式的雙方中，進行與扭矩偏差相應的反饋控制，所以能夠防止在這些控制方式的切換時發(fā)生扭矩變動。專利文獻1:特開2006-311770號公報
以往的交流旋轉(zhuǎn)機的控制裝置如此從電力變換器的輸出電力推測扭矩，但是，由于在電力變換器的輸出電力中包含對扭矩沒有作用的電力變換器損失、電機損失，所以如以往的控制裝置那樣，在從輸出電力中推測扭矩的方式中，會包含由這些損失引起的誤差，難以高精度地控制扭矩。而且，在以往技術(shù)中，例如如特開2002-233199號公報(以下稱為專利文獻2)中記載的那樣，雖然提出了根據(jù)交流旋轉(zhuǎn)機的參數(shù)推測扭矩的方式，但參數(shù)變動影響到推測扭矩，所以難以準確地進行扭矩控制。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明就是為了解決這樣的而做出的，其目的在于對交流旋轉(zhuǎn)機在從零速到高速的寬廣的速度區(qū)域中實施扭矩控制的交流旋轉(zhuǎn)機的控制裝置中，即使在上述那樣的交流旋轉(zhuǎn)機的參數(shù)發(fā)生了變動的情況下，也準確地控制交流旋轉(zhuǎn)機的扭矩，抑制由交流旋轉(zhuǎn)機的參數(shù)變動弓I起的扭矩變動的產(chǎn)生。根據(jù)本發(fā)明的交流旋轉(zhuǎn)機的控制裝置具備將直流電力變換為交流動力提供給交流旋轉(zhuǎn)機的電力變換器；檢測從該電力變換器流到所述交流旋轉(zhuǎn)機的電流的電流檢測單元；根據(jù)由該電流檢測單元檢測出的檢測電流和扭矩指令值對所述電力變換器產(chǎn)生交流旋轉(zhuǎn)機控制用的三相交流的電壓指令的控制單元，所述控制單元具備根據(jù)所述檢測電流和所述電壓指令計算所述交流旋轉(zhuǎn)機的磁通推測值的觀測器；根據(jù)所述扭矩指令和由所述觀測器得到的所述磁通推測值計算旋轉(zhuǎn)2軸上的電流指令值的電流指令值計算器；根據(jù)由該電流指令計算器得到的所述電流指令值和由所述觀測器得到的所述磁通推測值計算所述電壓指令的電壓指令計算器。根據(jù)本發(fā)明，在交流旋轉(zhuǎn)機的參數(shù)發(fā)生了變動而與控制單元的扭轉(zhuǎn)指令值不同的情況下，觀測器以包含其誤差量的形式推測交流旋轉(zhuǎn)機的磁通，所以該磁通推測值的變化反映參數(shù)的變動。而且，通過將觀測器推測出的磁通推測值用于所述電流指令計算器和所述電壓指令計算器，能夠計算考慮了參數(shù)變動的最佳的電流指令值以及電壓指令值。由此，即使在不使用反饋電流控制系統(tǒng)的控制系統(tǒng)中，也可以準確地控制交流旋轉(zhuǎn)機的扭矩和電流。


圖1是涉及本發(fā)明的實施方式I的交流旋轉(zhuǎn)機的控制裝置的方框圖。圖2是涉及本發(fā)明的實施方式I的交流旋轉(zhuǎn)機的控制裝置的電流指令計算器的方框圖。圖3是涉及本發(fā)明的實施方式I的交流旋轉(zhuǎn)機的控制裝置的扭矩和最小電流條件的說明圖。圖4是涉及本發(fā)明的實施方式I的交流旋轉(zhuǎn)機的控制裝置的電壓指令計算器的方框圖。圖5是涉及本發(fā)明的實施方式I的交流旋轉(zhuǎn)機的控制裝置的觀測器的方框圖。圖6是表示涉及本發(fā)明的實施方式I的交流旋轉(zhuǎn)機的控制裝置的穩(wěn)定狀態(tài)中的電壓指令計算器和觀測器的關(guān)系的圖。
圖7是涉及本發(fā)明的實施方式2的交流旋轉(zhuǎn)機的控制裝置的方框圖。圖8是涉及本發(fā)明的實施方式2的交流旋轉(zhuǎn)機的控制裝置的電壓指令計算器的方框圖。圖9是涉及本發(fā)明的實施方式3的交流旋轉(zhuǎn)機的控制裝置的方框圖。圖10是涉及本發(fā)明的實施方式3的交流旋轉(zhuǎn)機的控制裝置的弱電流計算器的方框圖。
具體實施例方式實施方式I 圖1是表示本發(fā)明的實施方式I中的交流旋轉(zhuǎn)機的控制裝置的方框圖。本實施方式I的交流旋轉(zhuǎn)機的控制裝置包含控制單元1、電力變換器2以及電流檢測單元4，直流電源6連接到電力變換器2的輸入側(cè)，交流旋轉(zhuǎn)機3連接到輸出側(cè)。在此，上述的直流電源6并不限于電池，也可以是將交流電力變換為直流電力的變換器、鐵路車輛等中從受電弓直接接受直流電力的直流架空線等。另外，交流旋轉(zhuǎn)機3在本實施方式I中是使用永久磁鐵的同步電動機，經(jīng)由三相交流供電線路Iu、Iv、Iw連接到電力變換器2。電力變換器2例如構(gòu)成為可變電壓可變頻率型的三相電力變換器，將來自直流電源6的直流電力變換為三相交流電力并提供給交流旋轉(zhuǎn)機3。這種情況下，電力變換器2具備相互并聯(lián)地連接到直流電源6的未圖示的U、V、W的三相變換電路，各變換電路如公知的那樣，分別包含正端和負端的一對開關(guān)，在各變換電路的一對開關(guān)之間連接三相交流供電線路Iu、Iv、Iw。而后，該電力變換器2從控制單元I接受電壓指令Vu'V/、Vw*，在將直流電力變換為三相交流電力時，根據(jù)該電壓指令Vu' Vv*, ￥ %產(chǎn)生具有經(jīng)過控制的輸出電壓和經(jīng)過控制的角頻率的三相交流電力。電流檢測單元4例如配置于交流供電線路Iu、Iv、Iw，根據(jù)從電力變換器2流到交流旋轉(zhuǎn)機3的交流相電流，即U相電流iu、V相電流iv、W相電流iw來檢測電流。但是，在本實施方式I中，將電流檢測單元4安裝在交流電流的2相上，如果是三相平衡的狀態(tài)，則使用iu+iv+iw=0的關(guān)系,只從2相的信號計算輸出剩下的一相?？刂茊卧狪構(gòu)成為對于交流旋轉(zhuǎn)機3進行不設(shè)置旋轉(zhuǎn)位置傳感器、旋轉(zhuǎn)速度傳感器等而能夠進行矢量控制的無傳感器矢量控制。而后，該控制單元I包含電流指令計算器10、電壓指令計算器20、第I坐標變換器30、以及第2坐標變換器40、觀測器50以及積分器60。特別是作為本實施方式I的控制單元I的特征，觀測器50構(gòu)成為推測計算交流旋轉(zhuǎn)機3的磁通，將該磁通推測值O a用于電流指令計算器10和電壓指令計算器20的計算。這一點以后詳細說明。在此首先參照圖2說明電流指令計算器10的構(gòu)成的一個例子。該電流指令計算器10根據(jù)成為控制目標值的扭矩指令T*產(chǎn)生電流指令I(lǐng)d' Iq*,扭矩指令值T*被輸入到d軸電流指令計算單元11，產(chǎn)生第一 d軸電流指令值Idl'作為該第一 d軸電流指令值Idf的計算方法，已知有交流旋轉(zhuǎn)機3能夠用最小的電流產(chǎn)生所希望的扭矩的最大扭矩控制方法，有根據(jù)扭矩指令值T*通過計算式得到最佳的第一 d軸電流指令值Idf的方法(例如，參照武田洋次等“嵌入式磁鐵同步電機的設(shè)計與控制”歐姆公司，發(fā)行日期(平成13年10月25日)，pp. 23-24，以下將該文獻稱為非專利文獻I)。根據(jù)該非專利文獻I，將上述方法稱為最大扭矩/電流控制。d軸電流指令計算單元11可以用公知例子構(gòu)成，但是沒有與交流旋轉(zhuǎn)機的參數(shù)變動有關(guān)的記載。因此，當交流旋轉(zhuǎn)機的參數(shù)發(fā)生了變動的情況下，不能高精度地實現(xiàn)最大扭矩/電流控制。因而，在本實施方式I中，在根據(jù)扭矩指令值T*得到第一 d軸電流指令值Idf的計算式中使用以后說明的觀測器50推測出的交流旋轉(zhuǎn)機3的磁通推測值O八(特別在此是轉(zhuǎn)子側(cè)d軸磁通推測值P八dr)。在該磁通推測值O a中，反映參數(shù)變動的影響，所以通過使用該磁通推測值O '即使在交流旋轉(zhuǎn)機3的參數(shù)發(fā)生了變動的情況下，也能夠得到最佳的電流指令值Id' Iq*,實現(xiàn)最大扭矩/電流控制。具體地說，用以下的(I)式所示的計算式計算第一 d軸電流指令值Idl' ( I)式的特征是，將在以往的公知例子中原本成為永久磁鐵磁通Oa (Wb)的項置換為觀測器50推測的交流旋轉(zhuǎn)機3的磁通推測值O八(p八dr)。而且，有關(guān)(I)式表示的計算式的導出方
法以后詳細說明。
Ml * — {(斤彡辦)+ * -Lq*)] ± {(aP pdr) + bP(Ld * -Lf*)}2 — 4{aP(Ld * -Lq*)\bP pdr - T*)
(I)在此，Idf是第一 d軸電流指令值(A)，Lcf是d軸電感設(shè)定值(H)，Lq*是q軸電感設(shè)定值(H)，P是極對數(shù)，a是最大扭矩/電流控制曲線的斜率，b是最大扭矩/電流曲線的截距。而且，d軸電流指令計算單元11的構(gòu)成也可以采用根據(jù)扭矩指令值T*參照映射得到最佳的第一 d軸電流指令值Idf的方法。但是，在使用映射的方法中，需要制作收羅了全部與參數(shù)變動相應的磁通推測值的映射，應用層面上有困難。如果產(chǎn)生第一 d軸電流指令值Idr，則接著通過在加法器12中對于第一 d軸電流指令值Idf加上弱電流指令值dV，得到最終的d軸電流指令值Id'具體地說用(2)式計算d軸電流指令值Id'Id* = Idr+dV (2)在此，弱電流指令值dV取零或者負的值，以進行弱磁通控制的目的而設(shè)置，所謂弱磁通控制通過對第一 d軸電流指令值Idf實施負方向的補正，在負方向上增大d軸電流指令值Id'產(chǎn)生抵消由交流旋轉(zhuǎn)機3的永久磁鐵產(chǎn)生的磁通的方向的磁通，減弱交流旋轉(zhuǎn)機3的交鏈磁通。另外，當在交流旋轉(zhuǎn)機3以高速旋轉(zhuǎn)且進行弱磁通控制的區(qū)域中進行扭矩控制的情況下，加法運算弱電流指令值dV的位置對于設(shè)置成本實施方式I所述的構(gòu)成是非常重要的。而且，對于弱電流指令值dV的產(chǎn)生方法，可以用公知例子構(gòu)成，所以在此省略詳細的說明。最后，由q軸電流指令計算單元13根據(jù)d軸電流指令值IcT和扭矩指令值T*產(chǎn)生q軸電流指令值Iq'作為q軸電流指令值Iq*的產(chǎn)生方法如上述那樣，有通過參照映射得到最佳的q軸電流指令值Iq%或者通過計算式得到最佳的q軸電流指令值Iq*的方法。但是，參照映射的方法存在難于制作收羅了全部參數(shù)變動的映射的問題。因而，在本實施方式I中，使用觀測器50推測的交流旋轉(zhuǎn)機3的磁通推測值O八(P八dr)，使用基于下面(3)式所示的計算式的方法。在該(3)式中與(I)式同樣地，也將原本成為永久磁鐵磁通Oa (Wb)的項置換為磁通推測值" (p a辦)。通過使用該磁通推測值O八，即使在交流旋轉(zhuǎn)機3的參數(shù)發(fā)生了變動的情況下，也能夠計算考慮到參數(shù)變動的最佳的q軸電流指令值Iq'
權(quán)利要求
1.一種交流旋轉(zhuǎn)機的控制裝置，具備 電力變換器，將直流電力變換為交流電力提供給交流旋轉(zhuǎn)機； 電流檢測單元，檢測從該電力變換器流到所述交流旋轉(zhuǎn)機的電流； 控制單元，根據(jù)由該電流檢測單元檢測出的檢測電流和扭矩指令值，對所述電力變換器產(chǎn)生交流旋轉(zhuǎn)機控制用的三相交流的電壓指令， 所述控制單元具備 觀測器，根據(jù)所述檢測電流和所述電壓指令，計算所述交流旋轉(zhuǎn)機的磁通推測值； 電流指令計算器，根據(jù)所述扭矩指令和由所述觀測器得到的所述磁通推測值，計算旋轉(zhuǎn)2軸上的電流指令值； 電壓指令計算器，根據(jù)由該電流指令計算器得到的所述電流指令值和由所述觀測器得到的所述磁通推測值，計算所述電壓指令。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的交流旋轉(zhuǎn)機的控制裝置，所述觀測器根據(jù)所述檢測電流和所述電壓指令，除了計算所述交流旋轉(zhuǎn)機的所述磁通推測值外還計算角速度推測值，而且，所述電壓指令計算器根據(jù)所述電流指令值和所述磁通推測值和所述角速度推測值計算電壓指令。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或者2所述的交流旋轉(zhuǎn)機的控制裝置，所述電壓指令計算器根據(jù)由所述觀測器得到的計算結(jié)果、以及所述電流指令值與所述檢測電流的電流偏差的反饋計算，來計算電壓指令。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的交流旋轉(zhuǎn)機的控制裝置，進一步具備 電壓檢測單元，檢測輸入到所述電力變換器的直流電壓； 弱電流計算器，計算用于將調(diào)制率控制在規(guī)定的值以下的弱電流指令，所述調(diào)制率根據(jù)由該電壓檢測單元檢測到的所述直流電壓檢測值和所述電壓指令值而計算出。
5.根據(jù)權(quán)利要求2所述的交流旋轉(zhuǎn)機的控制裝置，進一步具備 電壓檢測單元，檢測輸入到所述電力變換器的直流電壓； 弱電流計算器，計算用于將調(diào)制率控制在規(guī)定的值以下的弱電流指令，所述調(diào)制率根據(jù)由該電壓檢測單元檢測到的所述直流電壓檢測值和所述電壓指令值而計算出。
6.根據(jù)權(quán)利要求3所述的交流旋轉(zhuǎn)機的控制裝置，進一步具備 電壓檢測單元，檢測輸入到所述電力變換器的直流電壓； 弱電流計算器，計算用于將調(diào)制率控制在規(guī)定的值以下的弱電流指令，所述調(diào)制率根據(jù)由該電壓檢測單元檢測到的所述直流電壓檢測值和所述電壓指令值而計算出。
全文摘要
交流旋轉(zhuǎn)機的控制裝置，具備電流檢測單元(4)，檢測從電力變換器(2)流到交流電動機(3)的電流；控制單元(1)，根據(jù)由該電流檢測單元(4)檢測到的檢測電流和扭矩指令值產(chǎn)生針對電力變換器(2)的三相交流的電壓指令，控制單元(1)具備觀測器(50)，根據(jù)檢測電流和電壓指令計算交流旋轉(zhuǎn)機(3)的磁通推測值；電流指令計算器(10)，根據(jù)扭矩指令和由觀測器(50)得到的磁通推測值計算旋轉(zhuǎn)2軸上的電流指令值；電壓指令計算器(20)，根據(jù)由該電流指令計算器(10)得到的電流指令值和由觀測器(50)得到的磁通推測值計算電壓指令。
文檔編號H02P27/06GK103026615SQ20118003675
公開日2013年4月3日 申請日期2011年3月25日 優(yōu)先權(quán)日2010年7月28日
發(fā)明者加藤將, 山崎尚德, 畠中啟太, 北中英俊, 山下良范 申請人:三菱電機株式會社