同步电机的控制装置的制作方法

专利名称：同步电机的控制装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种通过在启动时确定可以得到最大转距的动子的磁极 位置，从而可以控制同步电机的同步电机的控制装置。
背景技术：
在特开昭63 — 59783号公报(专利文献l)中记载有如下内容在正 常驱动之前，通过对同步电机进行二相直流励磁而使磁体转子停止在稳定 点，根据此时的增量编码器的计数值和直流励磁开始时刻的增量编码器的 计数值，计数与一相励磁起点相当的编码器计数。然后，通过该编码器计 数之后的偏差，求得同步电机的电气角相位来驱动控制同步电机。在该现 有技术中，将同步电机初始化时，需要在使转子暂时停止在机械稳定点之 后再进行驱动。但是，在转子的位置不在机械稳定点的情况下，需要使转 子较大地移动到机械稳定点，这种情况下存在转子移动量过大的问题。因 此，在特开平2—24138S号公报(专利文献2)中示出的同步电机的控制 装置中，以不使转子旋转的方式，进行同步电机的初始化(确定得到最大 转距的电位相位角)。具体地，在该专利文献2中示出的同步电机的控制 装置中， 一边使转子的永磁体磁极和定子形成的旋转磁场之间的相位角改 变， 一边检测转距。然后，求出转距为零时的功率因数。进一步地，将从 得到该功率因数的位置起移相电角9(T的位置，作为功率因数1的换向角 指令，并迸行初始化。
专利文献l特开昭63 — 59783号公报
专利文献2特开平2—241388号公报

发明内容
发明解决的技术问题
在专利文献2中示出的同步电动机的控制装置中，通过观察转子的移动方向，依次求得电机的输出转距最终成为0的角度，来检测出磁极位置。 但是，由于存在电动机的油密封和与轴接触的机械摩擦，如果电动机产生 的转距没有摩擦大，则转子不会动。由此，在现有的装置中，当转子的磁 极位置接近正值，电动机产生的转距比摩擦转距小时，存在电动机的转子 不动，不能正确地求得可以得到最大转距的转子的磁极位置，从而产生磁 极位置的检测误差的问题。当转子(在线性电机的情况下是动子)磁极位 置的检测存在误差时，由于在定子侧的电枢绕组中流动的电流的相位与可 以得到最大抟矩的相位产生偏差，所以通常运行时电动机产生的转距降 低。同样地，当磁极位置的检测存在误差时，由于弱磁补偿基于磁极位置 进行，所以正转和反转时的弱磁补偿量不同。结果，存在电动机产生的转 距在正转和反转中不同的问题。发明内容本发明的目的是提供一种同步电动机的控制装置，即使存在摩擦也可 以将基于动子的磁极位置确定的电流相位修正为产生最大转距的相位。本发明的同步电动机的控制装置的基本构成元件，包括位置检测装 置，转距指令产生装置，电流指令产生装置，电流供应装置，和电流反馈 装置。构成控制对像的同步电动机，是具有包括在电枢绕组中流动电流而 构成规定极性的多个定子磁极的定子、和包括多个动子磁极的动子的同步 电动机。该同步电动机可以是动子旋转的旋转型同步电动机或者动子作直 线运动的线性同步电动机中的任何一种。并且，作为动子磁极， 一般采用 由永磁体或永磁体产生的磁通形成的磁极。位置检测器检测动子相对于定子的相对位置，从而输出表示该相对位 置的相对磁极位置检测信号。作为这样的位置检测器，可以采用不能检测 绝对位置的增量编码器。转距指令产生装置产生转距指令。作为转距指令，例如可以采用产生在半循环内相位变化180。的正弦波信号的指令。并且， 电流指令产生装置，产生用于确定基于转距指令设定的电枢绕组中流动的 电流的电流指令。电流控制装置，基于电流指令将电流提供给电枢绕组。 此外，电流反馈装置，检测电枢绕组中流动的电流而产生表示该电流的反 馈电流信号。电流反馈装置和电流控制装置，构成为基于由位置检测装置输出的相对磁极位置em，确定电流的相位。本发明的控制装置进一步地包括加速度计算装置，转距增加量产生装 置，初始时磁极位置修正量产生装置，和通常时磁极位置修正量产生装置。加速度计算装置，基于从位置检测装置输出的相对磁极位置em，求得动子的加速度。然后，转距增加量产生装置，产生要对转距指令增加的、为形成动子克服摩擦转距而运动的状态所必需的转距增加量TADD。作为具体的转距增加量产生装置，可以构成为例如当加速度的绝对值小于基准值时，产生慢慢增加的转距增加量(TADD=TADD+a:在此a是增加量)， 当加速度的绝对值达到基准值时，产生在加速度的绝对值到达基准值之前 的转距增加量以上的转距增加量(TADD=TADDx|3:在此卩是系数)。在 此，基准值的设定，可以考虑位置检测器中使用的编码器的分辨率，以便 能正确地检测加速度。这样，将转距增加量增加到转距指令上，是为了产 生启动时动子运动而正确地计算所必需的最低限度的转距。此外，初始时磁极位置修正量产生装置，当加速度的绝对值比预定的 基准值小时，为了让电流的相位尽快接近得到最大转距的相位，产生要对 相对磁极位置em增加的初始时的磁极位置修正量ec。该磁极位置修正量， 用于修正相对磁极位置0m，以使电流的相位尽快接近得到最大转距的相 位。在本发明中，初始时磁极位置修正量产生装置，产生中心修正量的初 始值+90。和/或中心修正量的初始值一90。的磁极位置修正量，作为初始 时的磁极位置修正量。例如，初始时磁极位置修正量产生装置，依次产生 向正侧移位动子的磁极位置修正量(例如，初始值61+90°)和向负侧移位动子的磁极位置修正量(下一个初始值ei—90。)，作为初始时的磁极位 置修正量。根据动子的移动方向，最始初始值是ei—90。，之后初始值可以成为01+90°。这样，将+卯。和/或一90。作为初始时的磁极位置修正量，是为了在加速度的绝对值小的情况下，通过最初产生稍大的转距，使 加速度增大，从而可以使在电枢绕组中流动的电流的相位尽快接近得到最 大转距的的相位。进一步，通常时磁极位置修正量产生装置，在加速度的绝对值在预定 基准值以上之后，为了使电流的相位接近得到最大转距的相位，而产生要对相对磁极位置em增加的通常时的磁极位置修正量0c。通常时磁极位置修正量产生装置，由确定构成通常时的磁极位置修正量ec的中心的中心修正量ei的中心修正量确定装置、和确定对中心修正量ei交替加减的加 减修正量eoFs的加减修正量确定装置构成。磁极位置修正量ec，通过在 中心修正量ei上加上加减修正量eoFS而求得。艮卩，采用ec=ei+eoFs 的计算式。加减修正量eoFS由于交替地改变极性，所以磁极位置修正量 ec—边交替地增减一边变化。并且最终，由于中心修正量ei恒定，所以 磁极位置修正量ec构成为以恒定的中心修正量ei为中心交替增减恒定的 加减修正量eoFS量的值。中心修正量确定装置，包括中心修正量增减装置，加速度差计算装置， 和加速度差极性变化判断装置。中心修正量增减装置，每次检测出加速度 时，使中心修正量ei增加或减少。加速度差计算装置，计算前一次的加 速度和本次的加速度的加速度差。然后，加速度差极性变化判断装置，判 断加速度差计算装置计算的加速度差的极性的变化。在此，所谓的加速度 差的极性的变化，是在加速度差为正时的极性为"+"，加速度差为负时的 极性为"一"的情况下，在极性没有变化时，前一次和本次的加速度差的极 性为"+、 +"，或"一、 一"。在极性产生变化的情况下，前一次的加速度 差和本次的加速度差的极性为"+、 一"，或"一、+"。并且，中心修正量增减装置，直到加速度差极性变化判断装置判断极 性的变化为止，根据判断的极性进行使中心修正量ei增加预定的修正量 增减量kx的增加计算，或者进行使其减少修正量增加量kx的减少计算。 并且在每当加速度差极性变化判断装置判断极性变化的时候，中心修正量 增减装置阶段性地减少修正量增减量kx并且改变修正量增减量的增加计 算和减少计算。即，中心修正量增减装置，如果在加速度差极性变化判断 装置判断极性的变化之前进行增加计算，则将增加计算改变为减少计算， 如果在判断极性的变化之前进行减少计算，则将减少计算改变为增加计算。进一步地，中心修正量增减装置，在修正量增减量kx为预定的下限值B以下时，停止计算动作，从而将此时的中心修正量ei设定为确定的 中心修正量。这样构成中心修正量增减装置时，为了使电流的相位慢慢接 近得到最大转距的相位，中心修正量ei，不断接近要对相对的磁极位置em 增加的、最终控制中使用的磁极位置修正量ec。并且，在该过程中，经过修正量增减量KX的加减，收敛中心修正量ei。将收敛的中心修正量ei， 作为最终确定的磁极位置修正量。因此，该最终确定的磁极位置修正量在 以后的同步电动机控制中，用作对相对的磁极位置9m上增加的磁极位置 修正量。因此，根据本发明，动子不用大幅移动，就可以将基于动子的磁 极位置确定的电流的相位(em+ec)修正为产生最大转距的相位。另外具体地，中心修正量增减装置，例如每当加速度差极性变化判断装置判断极性变化时，使加减修正量减少到1 / n (n是2以上的正整数)。 由于n值过大时，收敛需花费时间，所以n值最好不要过大。并且，加减修正量确定装置，优选在修正量增减量KX比预定值小时， 使加减修正量增加。这是由于修正量增减量KX大时，若加减修正量过大 时，收敛会变慢。因此，具体地，加减修正量确定装置，在修正量增减量 KX比预定值小时，优选使初始的加减修正量增加到1.5倍。另外，电流反馈装置和电流控制装置，将收敛后的中心修正量ei作为最终确定的磁极位置修正量ec，并且以对来自位置检测装置的相对磁极 位置em加上最终确定的磁极位置修正量得到的值(0m+ec)为基准，确定电流的相位。 发明的技术效果根据本发明，能够得到即使存在摩擦，也可以将基于动子的磁极位置 确定的电流相位高精度地修正为产生最大转距的相位的优点。


图1是示出本发明同步电机的控制装置实施方式的一个例子的结构的 方块图。图2 (A)至(C)，是示出在图1的实施方式中使用的转距指令信号、 加上转距增加量后的转距指令信号和加减修正量的关系的图。图3是示出在采用计算机实现磁极位置修正器的情况下使用的软件的算法中的初始处理的算法的流程图。图4是示出在采用计算机实现磁极位置修正器的情况下使用的软件的 算法中的通常处理的算法的流程图。图5是用于说明图1的实施方式的动作的动作波形图。图6是示出中心修正量和转距的关系的图。图中3 —编码器(位置检测装置)，5 —转距指令产生装置，7—电 流分配器(电流指令产生装置)，9一加速度计算装置，IO—电流控制装 置，ll一q轴控制器，13—d轴控制器，15 —第一座标变换器，17—PWM 控制器，19一功率变换器，20—电流检测装置，21—第二座标变换器，23 一信号振荡器，25 —磁极位置修正装置，27 —加速度绝对值计算装置，29 一转距增加量产生装置，31 —初始时磁极位置修正量产生装置，33 —翻转 电路，35 —加速度差计算装置，37—加速度差极性变化判断装置，39—中 心修正量加减装置，40—中心修正量确定装置，41一加减修正量确定装置， 43 —存储装置，SW1， SW2—第一和第二切换装置。
具体实施方式
下面，参考附图详细说明本发明实施方式的一个例子。图1是示出本 发明同步电机的控制装置实施方式的一个例子的结构的方块图。同步电机 (马达〉1，包括将多个永磁体固定在转子芯表面而形成多个转子磁极(动 子磁极)的转子(动子)，和具有在定子芯上缠绕三相的电枢绕组而构成 的多个定子磁极的定子。即，该同步电机1，是表面磁体形同步电机(SPM)。另外，本发明的同步电机的控制装置，当然也可以适用于磁体嵌入形同步 电机(IPM)等其他类型的同步电机。同步电机1旋转一周输出多个脉冲，对于其转子的转子磁极的位置， 基于该脉冲由检测出转子磁极位置e的增量编码器3检测出来。在本实施 方式中，该增量编码器3，用作位置检测装置，其检测同步电机l的转子 (动子)相对于定子的相对位置，从而输出表示相对的磁极位置em的相对 磁极位置检测信号。在本实施方式中的控制装置中，包括转距指令产生装置5，电流分配 器7，加速度计算装置9， q轴控制器ll， d轴控制器13，第一座标变换 器15， PWM控制器17，功率变换器19，第二座标变换器21，信号振荡 器23，磁极位置修正装置25。在本实施方式中，电流分配器7构成电流 指令产生装置，由q轴控制器ll， d轴控制器13，第一座标变换器15， PWM控制器17，功率变换器19，电流检测装置20，第二座标变换器21，和信号振荡器23构成电流控制装置10。此外，由电流检测装置20，第二 座标变换器21和信号振荡器23构成电流反馈装置24。在本实施方式中， 使用的转距指令产生装置5，如图2 (A)所示，产生在一个周期中具有相 位不同的两个正弦波Sl和S2的转距指令信号TC。在前半个周期中产生 的一个正弦波Sl和后半个周期中产生的正弦波S2的相位相差180°。釆用 这样的特殊转距指令信号，是为了在施加转距时使电机几乎不动。并且， 在本实施方式中，如图2 (B)所示，在转距修正指令产生装置5产生的 指令信号TC上，加上从之后详细说明的磁极位置修正装置25中的转距增 加量产生装置29输出的转距增加量TADD。加上转距增加量TADD后的 转距指令信号TCMD，被输入到电流分配器7中。电流分配器7，基于转 距指令信号TCMD在内部输出电流指令。然后，电流分配器7，采用作为 在内部产生的电流指令IC和d轴之间的角度而被定义的磁通势相差角cp， 将电流指令IC分配为q轴电流指令IqC和d轴电流指令IdC并输出。q 轴控制器11，基于由减法器8A求得的q轴电流指令IqC和q轴电流反馈 信号IqF的偏差，输出q轴电压指令VqC。 d轴控制器13，基于由减法器 8B求得的d轴电流指令IdC和d轴电流反馈信号IdF的偏差，输出d轴电 压指令VdC。第一座标变换器15，将d轴电压指令VdC和q轴电压指令 VqC作为输入进行座标变换，并且将三相电压指令VUC、 WC和VWC 输出到PWM控制器17中。然后，信号振荡器23基于编码器3输出的转 子磁极的位置em，将sin0信号和cos0信号输出到第一和第二座标变换器 15和21中。上述d轴电流反馈信号IdF和q轴电流反馈信号IqF，从第二 座标变换器21输出。第二座标变换器21，将由电流检测装置20检测的来 自功率变换器19的输出电流和从信号振荡器23输出的sin0信号和cose 信号作为输入信号，并输出d轴电流反馈信号IdF和q轴电流反馈信号IqF。 信号振荡器23，基于由编码器3检测出的转子磁极的位置em和后述的磁极位置修正装置25输出的磁极位置修正量ec的相加值(9=em+ec)，对于第一座标变换器15和第二座标变换器21产生sine信号和cose信号。基 于该sine信号和cose信号，第一和第二座标变换器15和21进行座标变 换，控制电机l中流动的电流。磁极位置修正装置25,包括加速度绝对值计算装置27、转距增加量产生装置29、初始时磁极位置修正量产生装置31、翻转电路33、加速度 差计算装置35、加速度差极性变化判断装置37、中心修正量增减装置39、 加减修正量确定装置41、存储装置43、和第一及第二切换装置SW1和 SW2。在本实施方式中，由翻转电路33、加速度差计算装置35、加速度 差极性变化判断装置37、中心修正量增减装置39、加减修正量确定装置 41、存储装置43、和第一及第二切换装置SW1和SW2构成通常时磁极位 置修正量产生装置32。另外，在磁极位置修正装置25中，在图2 (B)中 示出的时刻检测出加速度，进行磁极位置修正量0c的计算，并且计算转 距增加量TADD。在图3和图4中，分别示出在采用计算机实现磁极位置修正装置25 的情况下使用的软件的算法中、初始处理的算法和通常处理的算法。此外， 在图5中，示出根据图3和图4中示出的算法使图1的实施方式动作时的 动作波形的一个例子。在下面的说明中，参考图3至图5说明图1的磁极 位置修正装置25的动作。在图3中示出的初始处理的算法，实现图1的 加速度绝对值计算装置27、转距增加量产生装置29、初始时磁极位置修 正量产生装置31、和第一及第二切换装置SW1和SW2的一部分。在初始状态下，在图3的步骤ST1中，第一切换装置SW1选择接点 Cl，第二切换装置SW2成为OFF状态(不连接的状态)。然后，在步骤 ST2中，从转距指令产生装置5输出转距指令TCMD，由此通过电流分配 器7、减法器8A和8B、电流控制装置IO转子进行动作，由编码器3检 测该转子的位置，并且通过加速度计算装置9将编码器3的输出输入到加 速度绝对值计算装置27中。在步骤ST3中，加速度绝对值计算装置27， 基于表示从作为位置检测装置的编码器3输出的相对的磁极位置0m的相 对磁极位置检测信号，计算转子的加速度ACC的绝对值即加速度的大小 (步骤ST3)。然后，转距增加量产生装置29，产生要加到转距指令TC上，克服摩 擦转距而使转子动作的状态所需要的转距增加量TADD。在本实施方式中 使用的转距增加量产生装置29，在加速度绝对值计算装置27输出的加速 度ACC的绝对值比预定的基准值(规定值)小时，产生慢慢(或者阶段 性地)增加的转距增加量(步骤ST4、 ST5、 ST8、 ST9)。在此，慢慢增加的转距增加量TADD，例如可以作为转距增加量TADD=TADD+ot (在此 a是增加成分)来进行计算。该转距增加量TADD增加到转距指令TC上， 并且将相加后的转距指令TCMD输入电流分配器7 (步骤ST6， STIO)。 图2 (B)示出将转距增加量TADD增加到转距指令TC上之后的波形。 此外，图5的第一波形，表示相加后的转距指令TCMD的波形变化。根 据图5的波形TCMD的初始阶段可知，增加后的转距指令TCMD使振幅 的峰值慢慢变大。即输入到电流分配器7中的转距指令TCMD的振幅慢 慢变大，结果电流指令也慢慢变大。然后，转距增加量产生装置29，在加速度ACC的绝对值到达基准值 时(加速度的绝对值成为在基准值以上时)，产生在加速度的绝对值到达 基准值之前的转距增加量以上的转距增加量(TADD=TADDx|3:在此卩是 系数)(图3的步骤ST13)。由于该转距增加量(TADD-TADDx卩)恒定， 根据图5的相加之后的转距指令TCMD的波形可知，相加后的转距指令 TCMD的振幅的峰值恒定。在此，考虑编码器3的分辨率设定基准值(规 定值)，从而可以正确地检测加速度。此外，增加成分a，以能够在适当的 速度结束初始处理，同时不使转距指令变得过大的方式来设定。进一步地， 系数P被设定为，即使加上加减修正量eOFS，转距也不比摩擦转距小。 这样，当将转距增加量TADD增加到转距指令TC上时，电机l的转子动 作，得到的效果是，可以产生正确地测量转距所必需的最低限度的转距， 并且可以使电机1的转子移动量变小。与上述动作同步，从加速度绝对值计算装置27输出的加速度ACC, 被输入到初始时磁极位置修正量产生装置31中。初始时磁极位置修正量 产生装置31，为了在加速度ACC的绝对值比预定的基准值小时(图3的 步骤ST4、 ST8)，电流的相位接近得到最大转距的相位，产生对由相对磁 极位置检测信号表示的相对磁极位置em相加的初始时磁极位置修正量0c(二ei)。该磁极位置修正量ec，用于使三相电流的相位接近得到最大转距的相位。在本实施方式中，初始时磁极位置修正量产生装置31，产生两个预定的磁极位置修正量(初始值ei+90。，初始值ei—90。)，作为初始时 的磁极位置修正量ec。在此，初始值ei，是构成修正的中心的中心修正 量的初始值。在图5的最下部表示该中心修正量ei的变化。在图5的例子中，使中心修正量ei的初始值为o。。但是，中心修正量ei的初始值可以为任意值。该预定的i极位置修正量中的固定量(+90°， 一90°)，使磁极位置修正量ec变化，从而设定为容易使转子克服摩擦转距而开始移动 所必需的量。在图3的流程图中，在加速度的绝对值比基准值小的情况下(步骤ST4、 ST5),最初输出(01+90°)作为磁极位置修正量ec。然后，检测出 加速度(步骤ST7)，在加速度的绝对值仍然比基准值小的情况下(步骤 ST8)，输出(ei — 90。)作为磁极位置修正量ec (步骤ST9)。检测出加速 度的大小(步骤STll)，在加速度的绝对值比基准值小的情况下，再次返 回步骤ST5，继续磁极位置修正量的变动(摇动动作)。如在图5中示出的磁极位置修正量ec和中心修正量ei的波形可知，在初始处理中，在初始时磁极位置修正量产生装置31输出表示(01+90°)的磁极位置修正量 的信号之后，初始时磁极位置修正量产生装置31输出表示(ei—90。)的 磁极位置修正量的信号。在图5的例子中，之后，进入后述的通常处理。 即，检测出加速度的绝对值比基准值大时(步骤ST12)，迸入步骤ST13。 并且，在步骤ST14中，第一切换装置SW1选择接点C2，并且第二切换 装置SW2成为ON状态。另外，在判定为在初始时磁极位置修正量产生 装置31的内部中加速度的绝对值比基准值大时，产生用于切换的指令。 在初始时磁极位置修正量产生装置31的内部，通过软件实现将加速度的绝对值和基准值进行比较的比较装置，计算初始时的磁极位置修正量ec (=ei)的修正量计算装置，和产生切换指令的切换指令产生装置。这样，克服初始的摩擦转距，在增大转子的加速度之后，从图3的初 始处理的流程图向图4的通常处理的流程图移动。通常处理，由图l的通 常时磁极位置修正量产生装置32实施。通常时磁极位置修正量产生装置 32，为了在加速度的绝对值变为预定的基准值以上之后，使电流的相位接 近得到最大转距的相位，而产生在由编码器3检测出的相对的磁极位置em上增加的通常时的磁极位置修正量ec。通常时磁极位置修正量产生装置 32，由确定构成通常时的磁极位置修正量ec的中心的中心修正量ei的中心修正量确定装置40 (33 39)，和确定在中心修正量ei上交替加减的加 减修正量(eOFS=A0)的加减修正量确定装置41构成。中心修正量确定速度差计算装置35、加速度差极性变化判断装 置37和中心修正量增减装置39构成。翻转装置33，使加速度计算装置9输出的加速度翻转(使极性翻转)。 插入该翻转装置33，是为了对加速度检测值为负进行修正。加速度差计算 装置35，计算前一次的加速度和当前次加速度的加速度差AACC。加速度 差极性变化判断装置37，判断加速度差计算装置35计算出的加速度差 AACC的极性的变化。然后，中心修正量增减装置39，每次检测出加速度， 都使中心修正量ei增加或减少。在本实施方式中，对于加速度差极性变化判断装置37判断的加速度 差AACC的极性的变化，将加速度差AACC为正的情况下的极性作为"+ "，将加速度差AACC为负的情况下的极性作为"一"。因此，在极性没有 变化的情况下，前一次的加速度差AACCn-l和当前次的加速度差AACCn 的极性为"+ 、 +"或"一、 一"。此外，在极性产生变化的情况下，前 一次的加速度差厶ACCn-l和当前次的加速度差AACQi的极性为"+ 、一" 或"一、+"。在图5最下部的中心修正量ei的下面，示出前一次的加速 度差AACCn-l和当前次的加速度差AACCn的极性变化的状态。前一次的 加速度差AACCn-l和当前次的加速度差AACCn的极性为"+ 、 + "或"一、一"，意味着正在使中心修正位置ei向得到最大转距的磁极位置修正量ec移动的状态。并且，前一次的加速度差AACCn-l和当前次的加速度差 AACCn的极性为"+ 、 一"或"一、+"，意味着使中心修正位置ei在 得到最大转距的磁极位置修正量9c的附近。并且，前一次的加速度差 △ACCn-1和当前次的加速度差AACCn几乎消失的时刻的中心修正位置ei，为得到最大转距的磁极位置修正量ec。直到加速度差极性变化判断装置37判断极性的变化为止，中心修正量增减装置39，根据判断的极性进行使中心修正量ei增加预定的修正量增减量KX的增加计算，或者减少修正量增加成分KX的减少计算。中心修正量ei的初始值，是在初始处理中确定的磁极位置修正量。在图5的 例子中，中心修正量ei的初始值是o。。增减量的增加计算和减少计算。gP，中心修正量增减装置39，如果在加速度差极性变化判断装置37判断极性的变化之前进行增加计算，则将增加计算改变为减少计算，如果在判断极性的变化之前进行减少计算，则将减少计算改变为增加计算。在本实施方式中，中心修正量增减装置39，构成 为每当加速度差极性变化判断装置37判断极性变化的时候，使加减修正 量减少到l/n (n是正整数在本实施例中，n=2)。进一步地，中心修正 量增减装置39，在修正量增减量KX在预定下限值B以下时，停止计算动作，从而将此时的中心修正量ei设定为确定的中心修正量。由于第二切换装置SW2成为ON状态，所以对从中心修正量增减装 置39输出的中心修正量ei，交替加减由加减修正量确定装置41输出的加减修正量(下面，为了简便，以eoFS二Ae说明)。即，磁极位置修正量ec构成为ec-ei+A9。加减修正量确定装置41，构成为在修正量增减量KX 比预定值小时，使加减修正量Ae增加。这是由于当修正量增减量KX大时，若加减修正量Ae过大，收敛会变慢。在本实施方式中采用的加减修正量确定装置41中，当修正量增减量KX比预定值小时，使初始的加减修正量Ae增加到1.5倍。如上所述，构成中心修正量增减装置39和加减修正量确定装置41时，为了使电流的相位慢慢接近得到最大转距的相位，中心修正量&1不断接近要对相对的磁极位置检测信号em增加的、最终的磁极位置修正量ec。 而且，在该过程中，经过修正量增减量kx的加减，中心修正量ei向最 终的磁极位置修正量ec收敛。然后，将该中心修正量ei作为最终的磁极 位置修正量ec。这样，不用使动子大幅移动，可以将基于动子的磁极位置 确定的电流的相位(em+ec)，修正为产生最大转距的相位。根据图4具体地说明时，在通常处理中，由于第二切换装置SW2成为ON状态，所以对由中心修正量增减装置39输出的中心修正量ei，交替加减由加减修正量确定装置41输出的加减修正量(eOFS = A0)。艮口，磁极位置修正量ec，构成为ec-ei土Ae)。这一点采用图4的流程图进行说明。在本实施方式中，当进入通常处理时，在步骤ST15中由加减修正量 确定装置41确定加减修正量eOFS二A0-30。。然后，在步骤ST16中，设 定确定下述的修正量增减量KX的系数K和角度增减量X的值。在本例中，设定为K二1， X=22.5。。并且，K和X的值根据作为控制对象的同 步电动机的种类、特性适当地设定。步骤ST16的n，意味着加速度差计 算装置35输出加速度差的次数。n二0时，尚未检测出加速度差。在初始 阶段，在图4的步骤ST17中，判断n是否是偶数(包含O)。并且，在n 为偶数的情况下，加减修正量确定装置41确定为加减修正量eOFS=+A9， ^n为奇数的情况下，确定为加减修正量eOFS--Ae(步骤STlS， ST19)。'然后，在步骤ST20中，进行磁极位置修正量ec=ei+eoFS的计算。在 本实施方式中，根据图5的ei的波形可知，由于11=0时01是0°，所以ec二01+eOFS二O。+3O。二30。(参考图5的磁极位置修正量0c的波形中n =0时的角度)。然后，在步骤ST21中，施加转距指令，在步骤ST22中 检测最初的加速度。接下来，在步骤ST23中，进行n是否在l以上的判 断。n二O时，进入步骤ST40， n=n+l，再次返回步骤ST17。返回步骤ST17后，n=l (奇数)，进入步骤ST18。在步骤ST18中，确定加减修正量eoFS:Ae。然后，步骤ST20中的计算ec:ei+eoFS，为ec = 0°—30° = —30° (参考图5的磁极位置修正量ec的波形中n=l时 的角度)。之后，进入步骤ST21至ST23，在步骤ST23中判断n在1以上， 并进入步骤ST24。另外，至此的各步骤，实现了中心修正量确定装置40 和加减修正量确定装置41的一部分。在步骤ST23中，判断n在1以上，进入步骤ST24时，计算加速度差 八ACCn。在此例中，步骤ST24实现加速度差计算装置35。接下来，在步 骤ST25中，进行n是否为1的判断，在n是1的情况下，进入步骤ST26。 在步骤ST26中，进行AACCn的极性是"+ "或"一"的判断。如果AACCn 的极性是"+ "，则进入步骤ST27，如果AACCn的极性是"—"，则进入 步骤ST28。在步骤ST27中，将中心修正量ei计算为(91+KX)。另夕卜， 在步骤ST28中，将中心修正量ei计算为(ei—KX)。在此，KX是修正 量增加成分。采用该修正量增加成分的中心修正量01的计算，由图1的 中心修正量增减装置39进行。在图5中示出的动作波形的例子中，由于 加速度差AACC1是"+ "，所以在步骤ST27中进行ei的计算。具体地， 由于最初的ei是O，所以在步骤ST27中的计算，是ei二9+KX-22.5。。 若观察图5，可知在ei的波形中，在n二l之后可看到22.5。度的增加。接下来，进入步骤ST36，进行KX值是否在规定值A (在此例中是 12.5°)以下的判断。在n=l的阶段，由于KX=22.5°，所以进入步骤ST38。 在步骤ST38中，进行KX值是否在规定值B (在此例中是1。)以下的判 断。在11=1的阶段，由于KX二22.5。，所以进入步骤ST40， n二2时进入 步骤st17。接下来，若n二2，在步骤ST19中加减修正量Ae= +30°，在步骤ST20 中，ec=22.5° + 30°=52.5。(参考图5的0c的波形中n=2的角度)。然后， 在步骤ST24中，计算加速度差AACC2。在图5的例子中，此时的加速度 差也是"+ "。从步骤st25进入步骤st29时，在步骤st29中，判断加 速度差的极性。即，在步骤ST29中，判断前一次和本次的加速度差的极 性。在此例中，前一次和当前次的加速度差的极性是"+， +"。结果，进入步骤st30。在步骤st30中，中心修正量ei的计算由式ei二ei+Kx进行。具体地，得到91=22.5。 + 22.5° (=KX) 二45。的计算结果。艮口， 在n二2时，中心修正量ei是45。。然后，经过步骤ST36、 ST38和步骤 ST40， n=3，返回步骤ST17。接下来，从步骤ST17进入步骤ST18， eOFS二A9为一30。。因此，在 步骤ST20中计算的磁极位置修正量ec，为0c=52.5。一30°=22.5° (参考 图5的0c的波形中n二3的位置的角度)。之后，在步骤ST24中，计算加 速度差AACC3。此时的加速度差也是"+ "。因此，从步骤ST29进入步 骤ST30，中心修正量01为01=45。+22.5。 = 67.5。。然后，经过步骤ST36、 ST38和步骤ST40， n二4，并返回步骤ST17，直到加速度差AACC为"一"， 中心修正量ei的值继续增加。此外，磁极位置修正量6c，也随着中心修正量ei的增加，边交替增减边不断增加。在这种情况下，中心修正量ei 不断增加时意味着，为了让电流相位接近得到最大转距的相位，磁极位置 修正量ec不断接近对相对的磁极位置em增加的值。例如，如图6所示， 在最后的阶段，磁极位置修正量ec，以收敛的中心修正量ei为中心，改 变加减修正量0OFS=A0。收敛的中心修正量ei,作为最终的磁极位置修 正量使用。在继续图4的各步骤的过程中，n值增加，磁极位置修正量ec超过收敛的中心修正量ei (最终的磁极位置修正量)时，前一次的加速度差AACCn-l和本次的加速度差AACCn的极性，分为"+ "和"一"。这由 步骤ST33判断。在步骤ST33中，加速度差的极性变化，在由"+ "变为 "一"的情况下，进入步骤ST35，在由"一"变为"+ "的情况下进入步 骤ST34。在步骤ST35中，将中心修正量ei设为K=K / 2，进行01=01 一KX的计算。此外，在步骤ST34中，将中心修正量ei设为K二K/2， 进行ei二ei+KX的计算。在图5的例子中，n二9，加速度差的极性从"+ " 变为"一"。结果，n二9时，从步骤ST33进入步骤ST35，在步骤ST35 中，K=K/2，进行ei二ei—Kx的计算。在此，由于K二1，实际上减少 为01二180°—11.25°=168.75° (参考图5的01的波形)。每当加速度差的 极性变化时，KX的值成为1 /2。由于通过最初的极性变化，KX成为11.25， 所以由步骤ST36进入ST37，在步骤ST37中，将Ae变为45。。即，将作 为由加减修正量确定装置41确定的加减修正量eOFS的A9，从30°变为 45°。然后，经过步骤ST38和步骤ST40返回步骤ST17。若n二10，由于 △6成为45。，所以n=10时的磁极位置修正量ec，为ec = ei+A9= 168.75° +45。 = 213.75。0
在此例中，直到n二13，上次的加速度差的极性和本次的加速度差的 极性，为"一"和"一"。由此，从步骤ST31进入步骤ST32,且在步骤 ST32中进行中心修正量ei二ei—KX的计算。结果，在n从10增加到13 的过程中，中心修正量ei每次减少11.25°。在n二13，加速度差的极性从 "一"变为"+ "时，从步骤ST33进入步骤ST34, K值成为K二K/2，
中心修正量ei的计算式成为ei二ei+KX。因此，在n二i3以后，再次增
加中心修正量ei。n二13时的KX，由于尚比规定值B大，所以从步骤ST38 经过步骤ST40返回步骤ST17。
在此例中，直到n-17为止，前一次的加速度差的极性和本次的加速 度差的极性成为"+ "和"+ "。由此，从步骤ST29进入步骤ST30，且 在步骤ST30中进行中心修正量ei二ei+KX的计算。结果，在n从13增 加到17的过程中，中心修正量ei每次减少5.625°。在11=17，加速度差 的极性从"+ "变为"一"时，从步骤ST33进入步骤ST35, K值进一步
成为K二K/2，中心修正量ei的计算式，为ei-ei—KX。因此，在n-
17以后，再次减少中心修正量ei。 n二17时的KX由于尚比规定值B大，所以从步骤ST38经过步骤ST40返回步骤ST17。
这样，中心修正量ei重复增减，并向最终的中心修正量收敛。每当 前次的加速度差的极性和当本次的加速度差的极性变化时，KX的值为1 / 2， KX的值比在步骤ST38中判断的规定值B小时，进入步骤ST39。 在步骤ST39中，第一切换装置SW1选择接点C3，第二切换装置SW2成 为OFF状态。第一切换装置SW1选择接点C3时，此时收敛的中心修正 量01被作为最终确定的磁极位置修正量ec存储在存储装置43中。通过
以后的动作，存储在存储装置43中的中心修正量ei被作为最终确定的磁
极位置修正量ec，从存储装置43输出。因此，之后，以对从编码器3得 到的相对磁极位置9m加上存储装置43中存储的最终确定的中心修正量
ei (二最终确定的磁极位置修正量ec)而得到的磁极位置为基准，电流控
制装置10，以将最终确定的磁极位置修正量和来自编码器3的所述相对的 磁极位置em相加后得到的值为基准，确定电流的相位。
另夕卜，通过在图4的流程图中示出的步骤ST29、 ST31和ST33，实现 加速度差极性变化判断装置37。此外，通过步骤ST17 ST19和步骤ST36、 37，构成加减修正量确定装置41，并且通过其他步骤中的大部分来实现中 心修正量增减装置39。另外，第一和第二切换装置SW1和SW2，通过步 骤ST1、 ST14和ST39构成。另夕卜，第一和第二切换装置SW1和SW2的 切换操作，基于来自在通常时磁极位置修正量产生装置32的内部所设置 的未图示的切换指令产生装置的指令来进行。
在上述实施方式中，作为同步电动机l，虽然采用了旋转型同步电动 机，但是本发明当然也可以适用于线性电动机。
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权利要求
1、一种同步电动机的控制装置，所述同步电动机具有定子和动子，所述定子包括在电枢绕组中流动电流而分别形成规定的极性的多个定子磁极，所述动子包括多个动子磁极，其中，包括位置检测装置，检测出同步电动机中的所述动子磁极相对于所述定子磁极的相对磁极位置θm，从而输出表示所述相对磁极位置的相对磁极位置检测信号；转距指令产生装置，产生转距指令；电流指令产生装置，产生电流指令，该电流指令用于设定基于所述转距指令决定的所述电枢绕组中的电流；电流控制装置，基于所述电流指令将电流提供给所述电枢绕组；电流反馈装置，检测所述电枢绕组中流动的所述电流，产生表示该电流的反馈电流信号，所述电流反馈装置和所述电流控制装置，构成为基于所述位置检测装置检测的所述相对磁极位置θm，确定所述电流的相位，所述同步电动机的控制装置中，包括加速度计算装置，基于从所述位置检测装置输出的所述相对磁极位置θm，求得所述动子的加速度；转距增加量产生装置，产生要对所述转距指令增加、并且为形成所述动子克服摩擦转距而运动的状态所必需的转距增加量TADD；初始时磁极位置修正量产生装置，当所述加速度的绝对值比预定的基准值小时，为了让所述电流的相位接近得到最大转距的相位，而产生对所述相对磁极位置θm增加的初始时的磁极位置修正量θc；通常时磁极位置修正量产生装置，在所述加速度的绝对值在预定的基准值以上之后，为了让所述电流的相位接近得到最大转距的相位，而产生对所述相对磁极位置θm增加的通常时的磁极位置修正量θc，所述初始时磁极位置修正量产生装置，产生(中心修正量的初始值+90°)和/或(中心修正量的初始值-90°)的磁极位置修正量，作为所述初始时的磁极位置修正量，所述通常时磁极位置修正量产生装置，由确定成为所述通常时的磁极位置修正量θc的中心的中心修正量θ1的中心修正量确定装置、和确定对所述中心修正量θ1交替加减的加减修正量θOFS的加减修正量确定装置构成，所述中心修正量确定装置，包括中心修正量增减装置，每次检测出所述加速度时，使所述中心修正量θ1增加或减少；加速度差计算装置，计算前一次的所述加速度和本次的所述加速度的加速度差；加速度差极性变化判断装置，判断所述加速度差计算装置计算出的所述加速度差的极性的变化，所述中心修正量增减装置，直到所述加速度差极性变化判断装置判断述所述极性的变化为止，执行根据所述极性进行仅使所述中心修正量θ1增加预定的修正量增减量KX的增加计算，或者执行使其减少所述修正量增加量KX的减少计算，并且在每当所述加速度差极性变化判断装置判断所述极性变化的时候，阶段性地减少所述修正量增减量KX，并且改变所述修正量增减量的所述增加计算和所述减少计算，当所述修正量增减量为预定的下限值B以下时，停止计算动作，从而将此时的所述中心修正量设定为最终确定的磁极位置修正量。
2、 根据权利要求l所述的同步电动机的控制装置，其特征在于， 所述转距增加量产生装置，当所述加速度的绝对值比所述基准值小时，产生慢慢增加的所述转距增加量，并且在所述加速度的绝对值到达所 述基准值时，产生所述加速度的绝对值达到所述基准值之前的所述转距增 加量以上的转距增加量。
3、 根据权利要求l所述的同步电动机的控制装置，其特征在于， 所述初始时磁极位置修正量产生装置，交替产生要向正侧移位所述动子的磁极位置修正量、和要向负侧移位所述动子的磁极位置修正量，作为 所述初始时的磁极位置修正量。
4、 根据权利要求l所述的同步电动机的控制装置，其特征在于， 所述加减修正量确定装置，在所述修正量增减量KX比预定值小时，使所述加减修正量eoFS增加。
5、 根据权利要求4所述的同步电动机的控制装置，其特征在于， 所述加减修正量确定装置，在所述修正量增减量KX比预定值小时，使初始的所述加减修正量0OFS增加到1.5倍。
6、 根据权利要求l所述的同步电动机的控制装置，其特征在于， 所述中心修正量增减装置，每当所述加速度差极性变化判断装置判断所述极性变化时，使所述加减修正量减少到1 /n，其中n是2以上的正整 数。
7、 根据权利要求l所述的同步电动机的控制装置，其特征在于， 所述电流反馈装置和所述电流控制装置，以将所述最终确定的磁极位置修正量和来自所述位置检测装置检测的所述相对磁极位置0m相加得到 的值为基准，确定所述电流的相位。
全文摘要
本发明提供一种同步电动机的控制装置，即使存在摩擦，也可以将基于动子的磁极位置确定的电流相位修正为产生最大转距的相位。磁极位置修正装置(25)，确定对相对的磁极位置θm上增加的磁极位置修正量θc。中心修正量增减装置(39)，如果在加速度差极性变化判断装置(37)判断加速度差的极性变化之前进行增加计算，则将增加计算改变为减少计算，如果在判断极性的变化之前进行减少计算，则将减少计算改变为增加计算。进一步地，中心修正量增减装置(39)，在修正量增减量KX为预定下限值以下时，停止计算动作，从而将此时的所述中心修正量θ1设定为最终确定的磁极位置修正量θc。
文档编号H02P6/08GK101291131SQ20081012870
公开日2008年10月22日 申请日期2008年3月14日 优先权日2007年3月14日
发明者井出勇治 申请人:山洋电气株式会社