专利名称：交流电动机的控制装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及三相交流电动机的控制装置。
背景技术：
将三相交流电动机控制到所要速度上的控制装置一般具备变换三相交流为直流的转换器装置、对转换器装置的直流输出的平滑电容器、与该平滑电容器并联地设置于变流器装置2输出侧的、将变流器装置的直流电力再变换成三相交流的逆变器装置，用逆变器装置的交流输出驱动三相交流电动机。
为控制三相交流电动机，具备检测三相交流电动机的U、V、W各相电流的电流检测器与检测三相交流电动机的转子位置的位置检测器，用微分器对位置检测器的输出进行时间微分，由此得到转子的速度反馈信号。然后，对于给定的速度指令用加法器算出来自微分器的速度反馈信号与速率指令之间的速度偏差，根据来自加法器的速度偏差与当前的速度信号，用电流指令发生器作成通过矢量控制的二相电流指令值。
另一方面，电流检测器检测的三相交流电动机的各相电流由A/D变换器变换成数字信号，为进行矢量控制，用坐标变换器对位置检测器的信号作三相/二相变换到控制坐标轴上。由加法器算出电流指令发生器输出的二相电流指令与来自坐标变换器的二相电流反馈信号之间的偏差，该偏差经电流控制器放大并输出。然后用坐标变换器对该来自电流控制器的输出进行二相/三相变换、作成三相电压指令信号，并从PWM信号发生器将其变换为开关信号。通过将开关信号输入门控驱动电路并作成驱动信号，用该驱动信号按规定的占空比来开关逆变器装置内的半导体功率元件，使所要的三相交流电力输出至三相交流电动机。
在这样的一般三相交流电动机的控制装置中，如在电流检测器和A/D变换器的变换增益中存在不平衡，有时就在流过电动机的三相电流的各相间发生不平衡，引起电动机的转矩脉冲。
作为解决上述问题的三相电动机的控制装置，有在三相交流电动机的各相电流检测值中以1相作为基准相，使规定的电流仅流过该基准相及另1相的绕组，从这时的各电流检测值求出基准相的电流检测增益与另1相的电流检测增益的比，并且使规定的电流仅流过所述基准相及再1相的导线，从这时的电流检测测值求出基准相的电流检测增益与再1相的电流检测增益的比，在电动机运转时，用求得的变换增益比算出电流检测值的修正系数，乘上该系数来修正电流检测增益的不平衡(例如特许文献1特开平5-91780号公报)。
在上述的现有交流电动机的控制装置中，例如在求V相的电流变换增益的修正系数之际，一般认为设定对PWM信号发生器的输入，仅使规定的电流流过U相及V相的绕组。然而，存在的问题是，在U相及V相的绕组的电阻值有差异的情况或电压指令与逆变器装置输出的电压之间有误差的情况下，即使在交流电动机的U相或V相之间加上大小相同符号相反的电压，流过W相的电流也不可能为0，为使流过W相的电流为0，有必要一边观测W相电流一边微调整时PWM信号发生器的电压指令，作业变得复杂。
本发明为解决上述那样的问题而作，其目的在于提供即使交流电动机的绕组间电阻值有差异的情况或电压指令与逆变器装置输出的电压之间有误差的情况下，也能不微调整电压而求得电流变换增益的修正系数的交流电动机的控制装置。
发明内容
本发明的交流电动机的控制装置，其特征在于，具备将交流电力变换为直流电力的变换器装置；将所述变换器装置的直流电力变换为可变电压、可变频率的交流并供给交流电动机的逆变器装置；检测所述逆变器装置输出的各相电流的电流检测器；将所述电流检测器检测的检测值乘以修正系数并进行电流检测值的修正的修正手段；根据来自外部的修正指令进行所述修正系数的测定、算出的系数计算器；根据电压指令发生PWM控制所述逆变器装置的信号的PWM信号发生器；输出将所述修正手段修正的电流检测值变换的三相电压指令信号的电压指令的控制部；通常运转时将来自所述控制部的电压指令输出至所述PWM信号发生器，在来自外部的修正指令输入时，将输出至所述PWM信号发生器的电压指令切换为所述系数计算器输出的修正系数的测定用值的信号开关，所述系数计算器在求某一相的修正系数之际，使用该相和基准相的电流检测值以外的另一相的电流检测值进行计算。
图1示出本发明的实施形态的交流电动机的控制装置的构成框图。
图2示出在求出本发明的实施形态1的电流变换增益的修正系数之际的电流传感器增益系数计算器22动作的流程图。
图3示出在求出本发明的实施形态2的电流变换增益的修正系数之际的电流传感器增益系数计算器22动作的流程图。
图4为说明在求出本发明的实施形态3的电流变换增益的修正系数之际的动作的图，示出在通常同步电动机的控制中进行更好运用的d轴电流0控制时的、转子电气角与各相电流的关系图。
图5示出本发明的实施形态3的交流电动机的控制装置的构成框图。
图6示出本发明的实施形态3的电流传感器增益修正计算部22动作的流程图。
符号说明1三相交流 2转换器装置3平滑电容器 4逆变器装置5三相交流电动机 10a、10b、10c电流检测器11位置检测器12微分器13a加法器 14电流指令发生器15a、15b、15c A/D变换器 16坐标变换器17a、17b电流控制器 18坐标变换器19PWM信号发生器 20增益驱动电路21a、21b修正计算器 22电流传感器增益系数计算器23信号开关具体实施方法实施形态1图1为示出本发明的实施形态的交流电动机的控制装置的构成框图。如图1所示，将三相交流电动机控制到所要速度的控制装置具备将三相交流1变换成直流的转换器装置2，平滑转换器装置2的直流输出的平滑电容器3，与该平滑电容器3并联地设置于转换器装置2的输出侧、将转换器装置2的直流电力再变换为三相交流的逆变器装置4，用该逆变器装置4的交流输出驱动三相电动机5例如永磁电动机等的同步电动机。
作为控制三相交流电动机5用的控制装置，具备检测三相交流电动机5的U、V、W的各相的电流的电流检测器10a、10b、10c，以及检测三相交流电动机5的转子位置的位置检测器11，用微分器12对位置检测器11的输出进行时间微分得到转子速度的反馈信号。对给定的电动机速度指令，由加法器13a算出来自微分器12的速度反馈信号与速度指令之间的速度偏差，电流指令发生器14根据来自加法器13a的速度偏差与当前的速度信号，作成通过矢量控制的二相电流指令值。
另一方面，电流检测器10a、10b、10c检测的三相交流电动机5的各相的电流经A/D变换器15a、15b、15c变换为数字信号，A/D变换器15b、15c的输出用修正计算器21a、21b乘以修正系数Kv、Kw，用于进行矢量控制，将A/D变换器15a的输出与经由修正计算器21a、21b的A/D变换器15b、15c的输出，用坐标变换器16作三相/二相变换，变换到位置检测器11的信号的控制坐标轴上。
加法器13b、13c算出电流指令发生器14输出的二相电流指令与来自坐标变换器16的二相电流反馈信号之间的偏差，电流控制器17a、17b放大该偏差并输出。然后，该电流控制器17a、17b的输出由坐标变换器18作二相/三相变换，作成三相电压指令信号。
此外，具备电流传感器增益系数计算器22与信号开关23，前者根据来自外部的电流传感器增益系数修正指令进行修正计算器21a、21b的修正系数Kv、Kw的测定、计算，后者根据来自外部的电流传感器增益系数修正指令将给与PWM信号发生器19的电压指令切换到电流传感器增益系数计算器22输出的电流检测增益的修正系数的测定用值。在通常的运转动作中，不设定电流传感器增益系数修正指令，因此信号开关23将来自坐标变换器18的电压指令输出至PWM信号发生器19，进行三相交流电动机5的矢量控制。
经由信号开关23的电压指令被输入至PWM信号发生器19，变换成开关信号，并将它输入至门控驱动电路20作成驱动信号，用来以规定的占空比通断切换逆变器装置4内的半导体功率元件，由此，将所要的三相交流电力输出至三相交流电动机5。在以上的构成中，点划线包围部分的控制装置往往用CPU、存储器、逻辑电路等(均未图示)构成的数字电路以及装载了该电路的软件来实现。
如采用上述构成的图1所示的三相交流电动机的控制装置，则在三相交流电动机的各相电路检测值中以1相(例如U相)作为基准相，仅在该基准相及另1相的绕组中流过规定的直流，从这时的各电流检测值求出基准相的电流检测增益与另1相的电流检测增益的比。并且，仅使所述基准相与再1相的导线流过规定的直流，从这时的电流检测值求出基准相的电流检测增益与再1相的电流检测增益的比。在电动机运转时，用求得的变换增益比算出电流检测值的修正系数，乘上该系数来修正电流检测增益的不平衡。
也就是说，在图1所示的控制装置中增加将修正系数Kv、Kw乘以A/D变换器15b、15c的输出，进行电流检测值修正的修正计算器21a、21b；利用指示电流检测增益的修正系数测定的电流传感器增益系数修正指令进行修正系数Kv、Kw的测定、计算的电流传感器增益系数计算器22；以及利用电流传感器增益系数指令将给与PWM信号发生器19的电压指令切换到电流传感器增益系数计算器22输出的电流检测增益的修正系数的测定用值的信号开关23。
在通常的运转动作中，不设定电流传感器增益系数修正指令，因此信号开关23将坐标变换器18输出的电压指令输出至PWM信号发生器19，进行三相电动机5的矢量控制。这时，图1所示的控制装置中用修正计算器21a、21b将修正系数Kv、Kw乘以A/D变换器15b、15c的输出，修正相对于基准相U相的V、W相的电流检测和A/D变换的增益的不平衡，用修正后的电流值进行矢量控制。在不设定电流传感器增益系数修正指令的通常运转动作中，修正系数Kv、kw保持一定。通过将上述修正后的电流检测值由坐标变换器16作三相/二相变换后的值，用作反馈信号来控制电流，就可消除各相的电流检测器产生的变换增益的差，没有电流的不平衡，能降低转矩脉动。
以下说明进行电流检测增益的修正系数测定时的动作。
首先讨论交流电动机5在某一瞬间流过各相的电流的数字信号值Xu、Xv、Xw与电流变换增益Av、Aw的关系。中性点不与外部连接的一般三相交流电动机中各相的电流Iu、Iv、Iw有式(1)的关系。
Iu+Iv+Iw＝0 ……(1)对各相的电流值进行数字变换，就产生上述那样因检测、变换引起的误差，例如以U相的数字变换增益为基准，设相对于U相的V、W相的电流变换增益的修正系数的Kv、Iw，则数字变换后的信号值之间有式(2)的关系Xu+Kv·Xv+Kw·Xw＝0 ……(2)
由此，某一瞬间(定时1)与另一瞬间(定时2)的各相电流的数字信号值之间有如下式(3-1)、(3-2)的关系(1表示定时1的信号，2表示定时2的信号)。
Xu1+Kv·Xv1+Kw·Xw1＝0 ……(3-1)Xu2+Kv·Xv2+Kw·Xw2＝0 ……(3-2)上式(3-1)、(3-2)中因未知数为Kv、Kw 2个，联解二式可求得Kv、Kw。这时，由于测定时没有必要使某一相的电流为零，故没有必要对PWM信号发生器19的电压指令作微调整。
以下说明从式(3-1)、(3-2)求电流变换增益的修正系数Kv、Kw的具体方法。
整理式(3-1)、(3-2)并以矩阵表示如式(4)。
Xv1Xw1Xv2Xw2KvKw=-Xu1Xu2·········(4)]]>变形式(4)得式(5)KvKw=-Xv1Xw1Xv2Xw2-1Xu1Xu2········(5)]]>如用式(5)，则可从2个定时的2组的各相电流的数字信号值(Xu1，Xv1，Xw1)与(Xu2，Xv2，Xw2)求得电流变换增益的修正系数Kv、Kw。式(5)右边的逆行列式具体由式(6)表示。
Xv1Xw1Xv2Xw2-1=Xv1Xv2Xw1Xw2Xv1Xw2-Xw1Xv2·········(6)]]>这里，如果大小一定的误差由于测定噪声等混入各数字信号值的情况下，从用式(5)求Kv、Kw的计算精度着眼，则可知在流过U相的电流相同时，式(6)右边的分母越大误差的影响就越小。这表明在使用电流流过U相与V相之间而W相几乎不流过电流的状态(定时1)与电流流过U相与W相之间而V相几乎不流过电流的状态(定时2)的2组数字信号值的情况下，上述的电流变换增益的修正系数Kv、Kw的计算精度变高。
以下参照图2所示的流程图说明本发明的实施形态1的交流电动机控制装置中在求电流变换增益的修正系数之际的电流传感器增益系数计算器22的动作。
首先，在第一步骤40，电流传感器增益系数计算器22对PWM信号发生器19的输入给出电压设定值，使大致以规定的直流流过U相和V相的绕组，同时几乎没有电流流过W相绕组。例如，对U相与V相给与大小相同而符号相反的电压指令，对W相给与0电压指令。接着在第2步骤41，电流检测器10a、10b、10c检测流过U相、V相、W相各绕组的电流，A/D变换器15a、15b、15c对其进行数字变换，其数字信号值分别作为Xu1(U相)、Xv1(V相)、Xw1(W相)加以存储。
接着，在第3步骤42，这次对U相与W相的绕组使流过与第1步骤相同的一定的直流电流。接着在第4步骤43，与第2步骤同样地检测流过U相、V相、W相各绕组的电流，进行数字变换，其数字信号值分别作为Xu2(U相)、Xv2(V相)、Xw2(W相)加以存储。
最后，在用各数字信号值Xu1、Xv1、Xw1和Xu2、Xv2、Xw2各值计算修正系数的第5步骤44中，根据上述式(5)分别求出V相和W相相对于U相的修正系数Kv、Kw。
通过以上动作求出Kv、Kw后，将设定于修正计算器21a、21b的系数更新为新计算的系数，结束电流检测增益的修正系数的测定动作。
在使用电流检测器之际，使用之前使流过随时间衰减的交流电流，进行除去电流检测器内磁路的磁滞的消磁动作，进而存储消磁动作后的电流0状态下的检测输出，将该值作为电流检测的补偿值，一般是从实测时的检测值中减去补偿值后的值作为电流检测值。对于这些动作，本发明的实施形态中虽未记载，但在测定电流检测增益的修正系数之前通过实施这些动作，可提高本发明中电流检测和电流检测增益的修正系数的精度自不待言。而且通过适当的低通滤波器处理电流检测值可减小噪声的影响是不言而喻的。
又，上述实施形态中在求电流变换增益的修正系数之际主要是使电流流过交流电动机的三相中的二相，然而由于式(5)不管各相电流的大小都成立，故当然在任意的通电状态下也可求得电流变换增益的修正系数。又，在上述实施形态中用流过直流电流来测定电流检测值，求得电流变换增益的修正系数，然而流过的电流不必是直流，用对测定无障碍的低频交流电流也无妨。又，上述实施形态中是使进行图2所示的处理一次来求得电流变换增益的修正系数，然而如果多次进行图2的动作，算出所得的多个电流变换增益的修正系数的平均值，则可得到更高精度的电流变换增益的修正系数是不言而喻的。
因而，根据上述实施形态1，由于电流传感器增益系数计算器22在求某一相的修正系数之际，除该相及基准相的电流检测值以外，还用另一相的电流检测值来进行计算，因此修正系数测定时没有必要使任一相的电流为零，没有必要微调整电压指令。
又，上述实施形态中说明了用位置检测器矢量控制交流电动机、进行速度控制的情况，然而对于用速度检测器的感应电动机的矢量控制、以及不用速度控制·位置检测器的无传感器矢量控制等，当然也有同样的效果，而且对速度控制从外的控制方式(位置控制、转矩控制等)也当然有效。又，本发明的范围，并不限于进行电流反馈的矢量控制方式，而是可适用于用检测出的电流计算电压指令的控制方式，且具有同样的效果。
实施形态2以下说明利用与上述实施形态1不同的算法的、本发明的交流电动机的控制装置的实施形态2的动作。图3示出本发明的实施形态2的交流电动机的控制装置中在求电流变换增益的修正系数时的电流传感器增益系数计算器22的动作的流程图。
实施形态2中，步骤41～43的动作也与实施形态1相同，2次的电流测定的数字信号值Xu1、Xv1、Xw1及Xu2、Xv2、Xw2被存储。在第5步骤45中，分别求出V相和W相相对于U相的修正系数Kv、Kw，但该算法与实施形态1不同。
在实施形态2中的第5步骤45中，利用反复计算求出修正系数Kv、Kw。首先，在作为计算初始值设定部的步骤46，设定反复计算的计数器n为0，同时设定计算过程的修正系数Kv(n)、Kw(n)的初始值Kv(o)、Kw(o)为0。
接着，作为计算部的步骤47进行修正系数的计算。首先，计算V相的修正系数Kv(n)，用前次计算求得的Kw(n)、也用W相的数字信号值Xw1进行计算。在第一次即n＝0时由于不存在前次计算值，故在计算初始值设定部46设定修正系数Kw(n)的初始值Kw(o)为1。接着同样地计算W相的修正系数Kw(n)，这时用紧挨其前求得的Kv(n)、也用V相的数字信号值Xv2进行计算。
作为反复控制部的步骤48，计算前次与这次计算的修正系数的差Kv(n+1)-Kv(n)、Kw(n+1)-Kw(n)，如该差大于规定的许容值e已则再次使计算部47动作，如小于许容值e就结束计算。最后在作为系数设定部的步骤49计算将结束的修正系数Kv(n+1)、Kw(n+1)作为最后的修正系数Kv、Kw加以保存。
因而，在该实施形态2的计算中由于不进行逆行列式计算地来进行计算，因此具有计算结构直觉地易理解的特征，而且修正系数Kv、Kw本来就接近于1时，由于收敛快，故可望减小计算量。
又，上述的情况在规定的许容值e的范围以修正系数Kv、Kw收敛状态结束计算，但在为了得到修正系数Kv、Kw的必要精度而要求反复的计算次数为预先设定的场合，也可以一面增加计数器n，一面反复使作为计算部的步骤47动作仅规定的n0次的规定次数n0，能使算法单纯化。
实施形态3以上说明中说明了在求电流变换增益的修正系数之际逆变器装置进行与通常运转不同的动作的方法，然而逆变器在进行通常运转时也可同样地求得电流变换增益的修正系数。图4示出通常同步电动机控制中经常用的d轴电流o控制情况下的、转子电气角与各相电流的关系，由图可见，在定时1附近(电气角60°附近)U相与V相流过电流而W相几乎没有电流，在定时2附近(电气角120°附近)U相与W相流过电流而V相几乎没有电流。如对这些定时进行电流测定，则在通常运转中的逆变器也可能求得电流变换增益的修正系数。
图5为本发明的实施形态3的交流电动机控制装置的构成框图。图5所示的实施形态3中电流传感器增益修正计算部22根据A/D变换器15a、15b、15c得到的数字信号值、和位置检测器11来的转子位置信号算出修正系数Kv、Kw。
图6示出电流传感器增益修正计算部22的动作的流程图。以下根据该图说明本发明的实施形态3的动作。两图中与图1、图2有相同号码的部分具有同样的功能。
本发明的实施形态3中，在求电流变换增益的修正系数时逆变器继续通常的运转。在求电流变换增益的修正系数时，电流传感器增益修正计算部22首先在第1步骤50中监测转子位置信号，等待到达定时1的状态，当转子到达相当于定时1的电气角时，在第2步骤41检测各相电流，并存储之。
接着，在第3步骤51等待到达定时2的状态，当转子到达相当于定时2的电气角时，在第4步骤43检测各相电流并存储之。在最后第5步骤计算修正系数Kv、Kw。在计算结束时刻，设定于误差修正计算器21a、21b的修正系数被更新为新计算的修正系数。
以上说明中，取检测各相电流的定时为电气角60°与120°两个，然而同样的定时也可出现在240°与300°，且后者的定时效果也相同。使用式(5)来计算修正系数Kv、Kw，从原理上说在上述特定定时以外也是成立的，因此在计算精度不太重要的情况下，也可以用上述以外的定时进行电流检测。
又，根据实施形态3的运转中的电流变换增益修正系数的计算，各相电流的振幅越大、而且电流的频率越低，用于计算的电流值就越大且稳定，从而提高计算精度这一点是不言而喻的，因此不计算、更新与运转状态无关的电流变换增益修正系数，而是在上述的大电流、低频率驱动时进行修正系数的计算、更新，在没有这样的运转条件时使停止修正系数的计算、更新的方法能进行适当的电流变换增益修正系数的更新。
又，上述实施形态3中，电流传感器增益修正计算部监测转子位置信号并判定电流测定的定时，然而用矢量控制的控制轴相位代替转子位置来判定测定定时自然也无妨，能得到同样的效果。
因而，根据实施形态3，由于使电流传感器增益系数计算器22根据逆变器装置的规定的控制电气角相位进行修正系数的测定、算出、更新，使在求某1相的修正系数之际，除该相及基准相的电流检测值之外也用另1相的电流检测值进行计算，因此即使对通常运转中的逆变器也能求出电流变换增益的修正系数。
发明的效果如上所述，如采用本发明，则由于利用求出修正电流检测值用的修正系数的系数计算器，使在求某1相的修正系数之际除了该相及基准相的电流检测值之外也用另一相的电流检测值进行计算，因此可在修正系数测定时没有必要使任一相的电流为零，没有必要对电压指令进行微调整，求得电流变换增益的修正系数。
权利要求
1.一种交流电动机的控制装置，其特征在于，具备将交流电力变换为直流电力的变换器装置；将所述变换器装置的直流电力变换为可变电压、可变频率的交流并供给交流电动机的逆变器装置；检测所述逆变器装置输出的各相电流的电流检测器；将所述电流检测器检测的检测值乘以修正系数并进行电流检测值的修正的修正手段；根据来自外部的修正指令进行所述修正系数的测定、算出的系数计算器；根据电压指令发生PWM控制所述逆变器装置的信号的PWM信号发生器；输出将所述修正手段修正的电流检测值变换的三相电压指令信号的电压指令的控制部；通常运转时将来自所述控制部的电压指令输出至所述PWM信号发生器，在来自外部的修正指令输入时，将输出至所述PWM信号发生器的电压指令切换为所述系数计算器输出的修正系数的测定用值的信号开关，所述系数计算器在求某一相的修正系数之际，使用该相和基准相的电流检测值以外的另一相的电流检测值进行计算。
2.一种交流电动机的控制装置，其特征在于，具备将交流电力变换为直流电力的变换器装置；将所述变换器装置的直流电力变换为可变电压、可变频率的交流并供给交流电动机的逆变器装置；检测所述逆变器装置输出的各相电流的电流检测器；将所述电流检测器检测的检测值乘以修正系数并进行电流检测值的修正的修正手段；根据所述逆变器装置的规定控制电气角相位进行所述修正系数的测定、算出、更新的系数计算器；根据电压指令发生PWM控制所述逆变器装置的信号的PWM信号发生器；输出将所述修正手段修正的电流检测值变换为三相电压指令信号的电压指令到所述PWM信号发生器的控制部，所述系数计算器在求某一相的修正系数之际，使用该相和基准相的电流检测值以外的另一相的电流检测值进行计算。
全文摘要
本发明提供在逆变器驱动交流电动机之际能简便地求出电流检测器的电流变换增益修正系数的交流电动机的控制装置。具备检测逆变器装置4输出的各相电流的电流检测器10a－10c，将修正系数乘以电流检测器检测的检测值进行电流检测值的修正的误差修正计算器21a、21b，根据外部的修正指令进行所述修正系数的测定、算出的系数计算器22，根据电压指令发生PWM控制逆变器装置的信号的PWM信号发生器19，输入外部的修正指令时将电压指令切换到所述系数计算器输出的修正系数的测定用值的信号开关23，系数计算器在求某一相的修正系数之际在该相与基准的电流检测值之外用另一相的电流检测值进行计算。
文档编号H02P27/06GK1489276SQ0315516
公开日2004年4月14日 申请日期2003年8月22日 优先权日2002年10月9日
发明者佐竹彰, 古谷真一, 加藤觉, 西尾哲哉, 一, 哉 申请人:三菱电机株式会社