专利名称：永磁同步电动机的控制装置及电动机控制系统的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种同定永磁同步电动机的绕组电阻值与感应电压系数 的控制装置及电动机控制系统。
背景技术：
在省略位置传感器而控制电动机的无传感器矢量控制方法中，使用电
动机常数的同定(identify)技术。例如，在专利文献l中公开了设置逆感 应电压系数同定器，使用电动机输入电压Vqest、流过电动机的电流Idest 和Iqest、电动机的旋转角速度col、电动机绕组的电阻分量R、 d轴电感 分量Ld，由数学式(1)所示的计算进行逆电压系数O的同定计算的技术。
以上参数由在电动机的旋转坐标轴中坐标转换得到，该电动机的旋转坐标 轴由永磁同步电动机的电动机轴推导器得到的轴误差与逆变器的旋转坐
标轴求出。
(数学式(1))
々-丄(Vq改—ovLd.Id改一R,Iq故).............. . (1)
专利文献1:特开2004-7924号公报
专利文献l的技术目的在于，通过在电动机控制计算部使用由逆电压 常数同定器得到的逆电压系数①，实现在电动机的输出转矩的最佳操作点 中的驱动。因此，使用位置无传感器控制时，无法涉及到成为重大问题的 "在低速区域中的电阻值的设定误差的影响或同定方法"等。
发明内容
因此，本发明的目的在于提供一种在低速区域和高速区域的两个区域 中能够同定电动机常数的永磁同步电动机的控制装置及电动机控制系统。 为了解决所述课题，本发明的方法为一种永磁同步电动机的控制装置(100)，具有输出控制与永磁同步电动机(1)连接的电力转换器(2)
的控制信号的矢量控制部(150)、推导作为积分所述永磁同步电动机的
速度推导值而求出的相位推导值与所述永磁同步电动机的相位值的偏差
的轴误差信息的轴误差推导计算部(4)、以使所述轴误差推导计算部计 算出的推导值一致于轴误差信息的指令值的方式进行控制的速度推导计 算部(5)，其特征在于，具有电动机常数同定计算部(14)，其使用所 述轴误差推导计算部计算出的q轴电压分量值(X)与速度推导值(wl) 或速度指令值，同定所述永磁同步电动机的电动机常数，并向所述矢量控 制部反映同定的电动机同定常数。另外，括弧内的内容是例示。
根据该特征，使用根据绕组电阻值的设定误差AR和q轴电流推导值 Iqc的乘积与所述速度推导值"l和感应电压系数K^的乘积之和计算的q 轴电压分量值(X= (R- (R*+AIT) ) *Iqc+"l 'Ke)、速度推导值"l 或速度指令值，同定电动机常数。q轴电压分量值X在速度推导值"l的值 为大的"高速区域"时，忽略绕组电阻值R的项(R- (R*+AIT) ) *Iqc， 在速度推导值"l的值为小的"低速区域"时，由绕组电阻值R的项(R-(R*+AIT) ) 'Iqc支配。
艮P， (l)在低速区域中，从轴误差推导计算的q轴电压分量值减去"速 度推导值与感应电压系数的设定值的乘积"，基于该减法运算结果的差值， 能够同定永磁同步电动机的绕组电阻值，(2)在高速区域中，基于轴误 差推导计算的q轴电压分量值与"速度推导值与感应电压系数的设定值的 乘积"的比率，能够同定永磁同步电动机的感应电压系数。
另外，所谓"低速区域"，是电阻的设定值与感应电压系数的比率乘 以q轴的电流指令值或电流检测值，并能够任意设定该乘法运算结果的积 值为额定旋转速度的数％以下的值的第1速度设定电平值以下，所谓"高速 区域"，是电阻的设定值与感应电压系数的比率乘以q轴的电流指令值或 电流检测值，并能够任意设定该乘法运算结果的积值为额定旋转速度的数 十％以上的值的第2速度设定电平值以上。
根据本发明，能够在低速区域和高速区域的两个区域中同定电动机系 数。因此，在低速区域中能够得到抑制失调现象的高稳定化，在高速区域 中能提高速度控制精度并能够得到高精度化。
图1是本发明的第1实施方式的电动机控制系统的整体结构图。
图2是不适用本发明时在低速区域中的控制特性图(R=R*)。 图3是不适用本发明时在低速区域中的控制特性图(R=1.2XR*)。 图4是不适用本发明时在高速区域中的控制特性图(Ke=Ke*)。 图5是不适用本发明时在高速区域中的控制特性图(Ke=0.8XKe*)。 图6是包括在电动机常数同定计算部中的低速区域用信号产生部的说 明图。
图7是在低速区域中执行的电动机常数同定计算部的说明图。 图8是包括在电动机常数同定计算部中的高速区域用信号产生部的说 明图。
图9是在高速区域中执行的电动机常数同定计算部的说明图。 图10是第1实施方式的在低速区域中的控制特性图(R=1.2XR*)。 图11是第1实施方式的在高速区域中的控制特性图(K^0.8XKe"。 图12是表示本发明的第2实施方式的电动机控制系统的整体结构图。 图13是表示本发明的第3实施方式的电动机控制系统的整体结构图。
图中l一永磁同步电动机；2—电力转换器；3—电流检测器；4一轴 误差推导计算部；5 —速度推导计算部；6 —相位计算部；7 —坐标转换部；
8—d轴电流指令产生部；9、 9a—d轴电流控制计算部；10_转矩/电流转 换部；11、 lla—q轴电流控制计算部；12、 12a、 12b —矢量控制计算部； 13 —坐标转换部；14一电动机常数同定计算部；15、 16、 146 —加法器； 21—直流电源；100、 110、 120 —控制装置；141一低速区域用信号产生器；
142 —判定部；143、 147_乘法器；144 —积分器；145、 149一切换部；148 一除法计算部；150、 152、 154 —矢量控制部；200、 210、 220—电动机控 制系统。
具体实施例方式
(第1实施方式)
图1是本发明的第1实施方式的电动机控制系统的整体结构图。图1的电动机控制系统200的构成为具有永磁同步电动机1、电力
转换器2、电流检测器3、直流电源21、控制装置IOO，控制装置100的 矢量控制部150以转矩指令t *作为目标值进行dq矢量控制。
永磁同步电动机1按照内置永磁体的转子在定子的内部进行旋转的方 式而构成，由电动机常数(R、 Ld、 Lq、 Ke)规定励磁轴(d轴)和转矩 轴(q轴)的电压电流特性。电力转换器2通过比较电压指令值Vu*、 Vv*、 Vw+与三角波，输出PWM调制了直流电压的三相交流电压。电流检测器 3检测流过永磁同步电动机1的3相交流电流Iu、 Iv、 Iw。直流电源21向 电力转换器2提供直流电力。
控制装置100由ROM (Read Only Memory) 、 RAM (Random Access Memory)、以及CPU (Central Processing Unit)构成，具有轴误差推导计 算部4、速度推导计算部5、电动机常数同定计算部14、矢量控制部150， 矢量控制部150具有相位计算部6、坐标转换部7、 d轴电流指令产生部8、 d轴电流控制计算部9、转矩/电流转换部10、 q轴电流控制计算部ll、矢 量控制计算部12a、坐标转换部13、加法器15、 16的各功能。
轴误差推导计算部4使用d轴电压指令值Vd*、 q轴电压指令值Vq*、 d轴电流检测值Idc、 q轴电流检测值Iqc、速度推导值"l、以及"绕组电
阻值的设定误差(r-r*)的同定信ara"进行作为控制的基准轴e^与电 动机的磁通量轴e之间的相位误差的轴误差△ e (= e C*- e )的推导计算，
输出轴误差推导值A 0c和q轴电压分量值"X"。
速度推导计算部5输出PLL控制了的速度推导值"1，使得轴误差推
导值A ec与作为轴误差指令值的"零" 一致。
相位计算部6积分计算速度推导值"l，从而计算永磁同步电动机1 的旋转相位指令值e c*。坐标转换部7基于3相交流电流Iu、 Iv、 Iw的检 测值Iuc、 Ivc、 Iwc与永磁同步电动机1的旋转相位指令值90*，输出d 轴电流检测值Idc、 q轴电流检测值Iqc。 d轴电流指令产生部8输出d轴 电流指令值IW，除减弱励磁之外输出"0"。
转矩/电流转换部10根据感应电压系数Ke除以设定值K^的值(感 应电压系数Ke与设定值K^之间的比率)的同定值KeA—gain,使由上位 得到的转矩指令值t *转换为q轴电流指令值Iq。d轴电流控制计算部9根据第1的d轴电流指令值Ic^与d轴电流检测 值Idc之间的偏差，计算第2的d轴电流指令值Id**。
q轴电流控制计算部11根据第1的q轴电流指令值^1*与q轴电流检 测值Iqc之间的偏差，计算第2的q轴电流指令值Iq**。
这里，使d轴电流控制计算部9、 q轴电流控制计算部ll作为由"比 例计算+积分计算"或"积分计算"构成的结构。
矢量控制计算部12a使用第2的d轴电流指令值Id**、第2的q轴电 流指令值Iq**、速度推导值oH、以及电动机常数的设定值(R*、 Ld*、 Lq*、 Ke*)计算电压指令值Vd、 Vq*。
坐标转换部13使用电压指令值Vd*、 Vq+和旋转相位指令值0 c*，计 算3相交流的电压指令值VW、 Vv*、 Vw*。
电动机常数同定计算部14使用在轴误差推导计算部4的内部中计算 的q轴电压分量值"X"、速度推导值"l、以及感应电压系数Ke的设定 值Ke、计算绕组电阻值的设定误差的同定值AR 感应电压系数Ke与 设定值Ke+之间的比率KeA—gain。
最初，对电压控制与相位控制的基本操作进行说明。
首先，转矩/电流转换部IO使用数学式(2)使从上位得到的转矩指令 值t *转换为q轴的电流指令值Iq*。 (数学式(2))
Iq.=^-—— ....................(2)
5 Pm' Ke* KeA^gain
其中
Pm:永磁同步电动机的极对数；
Ke*:感应电压系数Ke的设定值；
KeA—gain:感应电压系数Ke与设定值Ket的比率的同定值(Ke/ Ke*)。 其次，d轴电流控制计算部9和q轴电流控制计算部11使用第1电流
指令值Id、 k^与电流检测值Idc、 Iqc，计算用于矢量控制计算的中间的
第2电流指令值Id^、 Iq**。
在矢量控制计算部12a中，使用第2电流指令值Id**、 Iq"与速度推
导值"l、以及永磁同步电动机l的常数设定值(R*、 Ld*、 Lq*、 Ke*)，计算数学式(3)所示的电压指令值Vf、 Vq*，控制电力转换器2的电压 指令值VW、 Vv*、 Vw*。 (数学式(3))
画Vd"<formula>formula see original document page 9</formula>r:绕组电阻值； Ld: d轴电感值； Lq: q轴电感值。
另一方面，对于相位控制的基本操作，在轴误差推导计算部4中，使 用d轴电压指令值VW、 q轴电压指令值Vqf、电流检测值Idc和Iqc、速 度推导值"l、永磁同步电动机1的常数设定值(r*、 Lq*)、以及"绕组
电阻值的设定误差(r-r*)的同定但ara"，进行作为旋转相位指令值e c^与旋转相位值e的偏差的轴误差值A e^e^-e)的推导计算。使用数 学式(4)计算轴误差推导值A ec。
(数学式(4))
△9c = tan-
Vd*—(R. + AR>Idc + CD' .Lq'-Iqc
、Vq—(R, + AR" Iqc—co,. Lq' 'ldc,
速度推导计算部5通过PLL控制推导相位误差值A 9c成为"零
使用数学式(5)计算速度推导值oU。 (数学式(5))
Ki、
(4)
co, = —A9c.(Kp十一)
s
(5)
其中
Kp:比例增益； Ki:积分增益；
S:拉普拉斯(Laplace)计算因子。
在相位计算部6中，使用速度推导值col，由数学式(6)所示的计算
控制旋转相位推导值e^。
(数学式(6))1 s
以上是矢量控制部150的电压控制与相位控制的基本操作。
下面，说明未设置作为本实施方式的特征结构的"电动机常数同定计
算部14"而固定了矢量控制部150的设定值时的控制特性。
在图1的控制装置中，进行低速区域(额定旋转速度的数％左右)中
的一个定速运转，给出斜坡(ramp)状变化的负载转矩^L。
这时，图2、图3表示基于永磁同步电动机1的绕组电阻值、轴误差
推导计算部4、和矢量控制计算部12a的设定值11*的误差(有/无)的控
制特性。
在低速区域中，永磁同步电动机1的绕组电阻值R的变动成为影响稳 定性的很大问题。
图2是设定永磁同步电动机1的绕组电阻值R、轴误差推导计算部4、 和矢量控制计算部12&中的设定值&*一致时(R=R*)的控制特性，横轴 为时间"s"。永磁同步电动机l以10%速度旋转时，在图2 (a)的A点 到B点之间，给出了斜坡状的负载转矩TL (0—100%)。
在负载转矩TL变化的区间(A点到B点)中，图2 (b)所示的旋转 速度wr从10%速度下降到2%速度，但在B点以后，旋转速度回到原来 的速度并以10%速度稳定运转。
但是，在运转中负载转矩t L增加的高负载运转或持续进入负载转矩 TL的状态时，永磁同步电动机l的绕组电阻值R因发热而增加，并会产 生设定误差(R-R*)。
图3是增加了20。/。的绕组电阻值R时(R-1.2XR*)的控制特性，横 轴为时间"s"。图3 (a)中，负载转矩TL直线增加时，在图3 (b)的 C点中，永磁同步电动机1的旋转速度降低，陷入无法运转的状态(失调)。
在11>11*的状态中产生设定误差(R-R*)时，作为轴误差推导计算部 4的q轴电压分量的分母值"X"会变大，速度推导值"l的推导精度恶化 是失调的原因(永磁同步电动机1的旋转速度"r的变化大，但是速度推 导值"l的变化幅度小)。
另外，同样地，高速区域(额定旋转速度的数十％以上)中，将在一 个定速运转中斜坡状变化的负载转矩t L赋予到永磁同步电动机1时，永磁同步电动机l的感应电压系数Ke的变动成为问题。
在高速区域中，负载转矩在运转中增加的高负载运转或持续进入负载 转矩TL的状态时，感应电压系数Ke会下降，永磁同步电动机l会产生 设定误差(Ke-Ke*)。
在图1的电动机控制系统200不设置电动机常数同定计算部14时， 进行高速区域(额定旋转速度的数十％以上)的等速运转，给出斜坡状变
化的负载转矩TL。
图4是永磁同步电动机l的感应电压系数Ke与设定在转矩/电流转换 部10、以及矢量控制计算部12a上的设定值Ke申一致时(Ke=Ke*)的控 制特性。永磁同步电动机1 (图1)以固定的100。/。速度的旋转速度"r运 转时，从D点到E点之间，给出斜坡状的负载转矩TL (0—100%)。
在负载转矩t L变化的区间(D点到E点)，旋转速度"r下降到92%， 但是E点以后旋转速度"r回到原来的速度，以100%速度高精度运转。
图5是感应电压系数Ke减少了20Q/。时(Ke=0.8Ke*)的控制特性图。 即使产生感应电压系数的误差(Ke-Ke*)也能稳定运转，但是在F点到G 点之间，如图5 (b)所示的旋转速度"r与图4时(Ke=Ke*)相比约下降 了 2%。原因是在控制系统中使用设定值KeH十算了 q轴电流指令值Iq、 该旋转速度"r的偏差大到负载的惯性值很小的程度。即，惯性值低时， 旋转速度"r的偏差变成了数十M。
这样，在低速区域中，存在因绕组电阻值的设定误差(R-R*)而使控 制特性恶化的问题，在高速区域中存在因感应电压系数的设定误差 (Ke-Ke*)而使控制特性恶化的问题。
以下开始对成为本发明的特征的"电动机常数的同定原理"进行说明。
在矢量控制计算部12a中，计算数学式(3)所示的电压指令值Vd、
Vq*。另外，使用永磁同步电动机1的d轴电流Id、 q轴电流Iq、以及电
动机常数(R、 Ld、 Lq、 Ke)表示永磁同步电动机1的施加电压Vd、 Vq时
有如下关系。
(数学式(7))
<formula>formula see original document page 11</formula>在这里，进行PLL控制使得轴误差A 9=0时，由于数学式(3)与数 学式(7)的右边一致，因此能够用数学式(8)表示d轴电流控制计算部 9与q轴电流控制计算部11的输出值Id"与Iq^。 (数学式(8))
(R.R.+co,2.Ld.Lq.).Idc + o), .(R.Lq'.R''Lq).lqc + Lq'.(Ke-Ke')—
R'2+co,2'Ld'-Lq. (R.R'+co,2-Ld..Lq).Iqc + to, .(R''Ld-R'Ld').Idc + cvr'-(Ke-Ke.)
R'2+o)|2.Ld*-Lq,
另外，通过设定d轴电流kP为"0"，变成: (数学式(9))
(8)Id.
V
(0, .(R.Lq'-R'.Lq)-Iqc + g),、Lq'-(Ke-Ke') R.2+co,2-Ld'-Lq.
(R.R'+co,2.Ld''Lq).Iqc + (o， r. - (Ke陽Ke.)
(9)
R"+a),2.Ld'.Lq'
在这里，关注轴误差推导计算部4的计算。
在轴误差推导计算部4中，由于使用数学式(4)计算了轴误差推导 值A 9c，因此设1€1*=1&、 Iq*=Iqc、 col="r，将数学式(3)以及数学式 (9)代入到数学式(4)时，能够用数学式(10)表示轴误差计算值A e
c(
(数学式(10)) 广
△6c = taiT1
co， .(Lq*—Lq).Iqc
R—(R'+AR").Iqc + co' .Ke
(1 0)
这里，为了在"低速区域"与"高速区域"中检査数学式(10)的分 母中出现的q轴电压分量值X- (R- (R*+ARA) ) 'Iqc+col Ke的参数 灵敏度，考虑不进行电动机常数同定计算时(ARA=0， Ke—gain=l)的q 轴电压分量值X0。
首先，对"低速区域"进行检査。
如数学式(11)所示，可知数学式(10)的分母中出现的q轴电压分 量值"XQ" (ARA=0)包括绕组电阻值的设定误差(R-R*)。 (数学式(11))<formula>formula see original document page 13</formula>
针对绕组电阻值的设定误差(R-R*)整理q轴电压分量值XO时，变成 (数学式(12))
<formula>formula see original document page 13</formula>
因此，将同定的绕组电阻值的设定误差(R-R*)作为AR 在轴误差 推导计算部4中，如果进行考虑到ARA的数学式(4)的计算时，构成反 馈循环，能够使用分母中出现的q轴电压分量值"X"进行设定误差ARA 的同定。<formula>formula see original document page 13</formula>这里，K是积分增益。
数学式(10)的分母中出现的q轴电压分量值"X"使用△ RA= (R-R*) 变成数学式(14)。 (数学式(14))
<formula>formula see original document page 13</formula>
而且，永磁同步电动机1的旋转速度"r在零附近非常小，且在数学 式(15)的关系成立的范围时，变成 (数学式(15))<formula>formula see original document page 13</formula>也能替代数学式(13) (数学式(16))
计算数学式(16)<formula>formula see original document page 13</formula>
艮P，在低速区域的区间中，使用数学式(10)的分母中出现的q轴电 压分量值"X"，能够同定永磁同步电动机1的绕组电阻值R。使用该同定值ARA进行轴误差推导计算时，能够实现相对于绕组电阻值R的变化稳 健且高稳定的控制特性。
另一方面，在高速区域的区间中，数学式(17)所示的关系成立。 (数学式(17))
这样，轴误差推导计算部4的分母值中出现的q轴电压分量值"X" 变成数学式(18)。 (数学式(18))
X Ke, ...........................(18)
因此，根据数学式(19)进行永磁同步电动机1的感应电压系数Ke 与设定值K^的比率(Ke/Ke*)的同定计算。 (数学式(19))
KeA_gain = ~.......................(19)
co.Ke
这里，将数学式(18)代入到数学式(19)时，可知同定值Ke二gain 的值变成数学式(20)。 (数学式(20))
KeA_gain = ~^r ........................(2 0)
Ke
通常，使用感应电压系数的设定值Ke、由数学式(21)计算q轴电 流指令值Iq、
(数学式(21))
Iq、"^^ ............(2 1)
2.Pm.Ke' 2
在本实施方式中，使用感应电压系数Ke与设定值K^的比率(Ke/Ke" 的同定值KeA—gain,进行数学式(22)的计算。 (数学式(22))<formula>formula see original document page 15</formula>
~~ .....................(2 2)
<formula>formula see original document page 15</formula>
艮P，在高速区域的区间中，也能使用轴误差计算部4的分母中出现的 q轴电压分量值"X"同定感应电压系数Ke与设定值K^的比率(Ke/K^)。
使用该比率的同定值Ke:gain进行转矩/电流转换时，能够在感应电 压系数的变化中实现稳健的控制特性。以上为"电动机常数的同定原理"。
下面，对控制装置100的结构进行说明。
首先，使用图6、图7说明在低速区域的区间中执行的"绕组电阻值 R的同定计算"。
低速区域用信号产生器141包括电动机常数同定计算部14 (图l)， 输入速度推导值w 1，通过比较速度推导值"1与低速区域检测电平(level) (low—modjvl)，生成数学式(23 )的关系的判定标志(flag)(low—mod_flg)。 (数学式(23))
、^Iow mod lvl:low mod flg = 0) , 、
1 — — — — & ..............(2 3)
、 <low—mod—lvl: low—mod—flg = 1」
电动机常数同定计算部14在判定标志为"1"时判断为低速区域，进 行绕组电阻值的同定计算。
另外，低速区域检测电平需要满足数学式(24)的关系。 (数学式(24))
<formula>formula see original document page 15</formula> ..................(2 4)
这里，Iq_min—lvl是规定的电流电平值，为能够执行同定计算的电流 检测电平即可，具体而言，是额定电流的数[%]左右。
使用图7，针对"绕组电阻值R的同定计算的处理"进行说明。
电动机常数同定计算部14具有判定部142、乘法器143、加法器146、 积分器144、切换部145。
判定部142输入q轴电流检测值Iqc，并与规定的电流电平(I^min一lvl)进行比较，生成数学式(25)的关系的判定标志(i—mod一flg—1) (数学式(25))
广Iqc ^ Iqjnin一lvl: imod—flg—1 = 1 、 、Iqc< Iq_min—lvl: i一mod—flg一l = 0,
(2 5)
乘法器143在速度推导值wl上乘以作为感应电压系数的设定值的常 数Ke*。加法器146从q轴电压分量值X减去基于乘法器143的乘法运算 结果的积值Ke*X " 1。积分器144K/s倍积分加法器146的输出信号，输 出输出值AR—1。
切换部145在判定部142的判定标志(i—modjlg—1)为"1"时，输 出作为积分计算部144的输出值的AR一1，在判定标志(i—mod—flg_l)为 "0"时，输出作为切换部145的输出的同定计算值AR的前一次值AR一2。
其次，使用图8、图9说明在高速区域中执行的"感应电压系数Ke 的同定计算"。
高速区域用信号产生部146输入速度推导值"1 ，比较速度推导值co 1 与高速区域检测电平(high—mod—lvl)，生成数学式(26)的判定标志 (high—mod—flg )。 (数学式(26))
、^ high mod—lvl: high—mod—flg = 1) (26) 、co〈high一mod—lvl: high—mod—flg = 0」
电动机常数同定计算部14在判定标志为"1"时，判断为高速区域的 区间，进行感应电压系数的同定计算。
这里，高速区域检测电平需要满足数学式(27)的关系。 (数学式(27))
，.， ，，，R*. Iq_min lvl , 、
high—mod—lvl -^~ — ...............(27)
— — Ke
使用图9，对"感应电压系数Ke的同定计算的处理"进行说明。 电动机常数同定计算部14具有乘法器147、除法计算部148、和切换 部149，使用q轴电压分量值"X"、以及速度推导值"l，计算同定值 Ke:gain。乘法器147对速度推导值o) 1与感应电压系数Ke的设定值Ke* 进行乘法运算。除法计算部148基于数学式(19)，将q轴电压分量值"X"除以乘法器147的乘法运算结果"l *Ke*。
切换部149在判定标志(high—mod—flg)为"1"时，输出作为除法计 算部148的输出值的KeA—gain—1，在判定标志(high—mod—flg)为"0"时， 输出作为切换部149的输出的感应电压系数的设定比(Ke/Ke*)的同定计 算值KeA—gain的前一次值Ke二gain一2。
图10、图11为进行本实施方式的"电动机常数的同定计算"时的特 性图。
图IO为低速区域的控制特性图，横轴表示时间[s]。图10 (a)表示永 磁同步电动机1的绕组电阻值R比设定值R4曾加了 20%时(R=1.2XR*) 的负载转矩TL，图10 (b)表示旋转速度"i"，图10 (c)的虚线表示绕. 组电阻值R，图10 (c)的实线表示(设定值I^+同定值AR)。
在图10 (c)的用0圈住的H区域中进行ARA的推导计算。
在该H区域以外，作为"同定值ARA与设定值I^的加法运算值"的 实线与"虚线"表示的"永磁同步电动机1的绕组电阻值R" —致(1.0 —1.2) 。 S卩，不会陷入如图3所示的无法运转的状态(失调)中，能够实 现稳定的控制特性。
图11是高速区域的控制特性图，表示永磁同步电动机1的感应电压 系数Ke减少了20。/。时(Ke=0.8XKe*)的负载转矩t L (图11 (a))、 旋转速度"r (图11 (b))、感应电压系数Ke (图11 (c)的虚线)、感 应电压系数的设定比(KeA—gainXKe*)(图ll (c)的实线)。
在图11 (c)的用O圈住的I区域中执行基于本实施方式的设定值 Ke:gain的推导计算。
在该I区域以外可知，作为"Ke二gain与K^的乘法运算值"的实线 与"虚线"表示的"永磁同步电动机1的感应电压系数Ke" —致(1.0— 0.8)。
艮卩，在图11 (b)中，旋转速度"r为92%，不会成为如图5 (b)所 示的进一步降低2%旋转速度的状态，能够实现高精度的控制。 (第2实施方式)
第1实施方式是使用电动机常数同定计算部14的输出值(ARA， KeA—gain)修正转矩/电流转换部10与轴误差推导计算部4的电动机常数—Vd.-
-《
(R*+ARA)+ —co,.Lq. ovLd' (R'+AlO
+
(2 8)
的方式，使用输出值(ARA， Ke:gain)，也能适用于矢量控制计算部12 的设定值。
图12的整体结构图的各构成要素变成矢量控制计算部12a变更为矢 量控制计算部12b。即，除了电动机控制系统210具有控制装置110、控 制装置110具有矢量控制部152、矢量控制部152具有矢量控制计算部12b 之外，与图1相同。
矢量控制计算部12b输出如数学式(28)所示的d轴电压指令值Vf 和q轴电压指令值Vq、 (数学式(28))
— ——o -to,. Ke*. ke'一gain
根据本实施方式，通过矢量控制计算部12b使用永磁同步电动机1的 常数的同定值(ARA， KeA—gain)进行计算，能够实现高精度的矢量控制 系统。
(第3实施方式)
第1实施方式是使用电动机常数同定计算部14的输出值(ARA， Ke二gain)对转矩/电流转换部10与轴误差推导计算部4的电动机常数进 行修正的方式，但是使用输出值AR 也能适用于d轴电流控制计算部9 以及q轴电流控制计算部11的控制增益的计算。
在图13的整体结构图中，除了电动机控制系统220具有控制装置120， 控制装置120具有矢量控制部154，矢量控制部154具有d轴电流控制计 算部9a以及q轴电流控制计算部1 la之外，其它与图1相同。
如数学式(29)所示，若使用同定的永磁同步电动机l的常数的同定 值RA修正d轴电流控制计算部9a以及q轴电流控制计算部11a的控制增 益(Kp—d， Kp—q)，则能实现高应答转矩控制系统。 (数学式(29))<formula>formula see original document page 19</formula>其中-
Kp一d:第2的d轴电流控制计算用的比例增益，Ki—d:积分增益； Kp—q:第2的q轴电流控制计算用的比例增益，Ki_q:积分增益； "c一acr:电流控制应答角频率[rad/s]。 (变形例)
本发明不仅限于所述的实施方式，例如，还能有以下的各种变形。
(1) 在第1实施方式至第3实施方式中，基于第1电流指令值(Id*， Iq*)与电流检测值(Idc， Iqc)生成第2电流指令值(Id**， Iq**)，并 使用该电流指令值进行了矢量控制计算，
a) 基于第1电流指令值(Id*， Iq*)与电流检测值(Idc， Iqc)生成 电压补正值(AVd*， AVq*)，使用该电压补正值(AVd*， AVq*)、 第1电流指令值(Id*， Iq*)、速度推导值"l、永磁同步电动机1的常数， 根据数学式(30)也能够计算电压指令值(AVd*， AVq*)，另外，
b) 使用第l的d轴的电流指令IW (=0) 、 q轴的电流检测值Iqc的 迟一步信号Iqctd、速度指令值"一、永磁同步电动机l的常数，根据数学 式(31)也能够计算电压指令值Vf、 Vq*。
(2) 第1实施方式至第3实施方式是检测在高价电流检测器3中检 测出的3相交流电流Iu、 Iv、 Iw的方式，但是由流过安装在电力转换器2 的过电流检测用的单分流电阻的直流电流，再现3相电动机电流IiT、 1/、 IwA，也能对应于使用该再现电流值的"低成本系统"。
(数学式(30))<formula>formula see original document page 19</formula>(30)
(数学式(31))<formula>formula see original document page 20</formula>
(3 1)
根据本实施方式，在永磁同步电动机的矢量控制方式的实际运转之前 或实际运转中，通过同定因周围温度而变化的电动机的绕组电阻值与感应 电压系数，且自动修正设定在控制系统的电动机的常数值，能够提供高精 度且高应答的控制特性。
(3)由于所述各实施方式是转矩指令控制，因此电动机常数同定计 算部14使用速度推导值"1同定了电动机常数，但是在速度指令控制的情 况下，也能使用速度指令值同定电动机常数。
权利要求
1、一种永磁同步电动机的控制装置，其具有矢量控制部，其生成控制与永磁同步电动机连接的电力转换器的控制信号；轴误差推导计算部，其推导作为积分所述永磁同步电动机的速度推导值而求出的相位推导值与所述永磁同步电动机的相位值之间的偏差的轴误差信息；和速度推导计算部，其控制使所述轴误差推导计算部计算出的推导值与轴误差信息的指令值一致，该永磁同步电动机的控制装置的特征在于，具有电动机常数同定计算部，其使用所述轴误差推导计算部计算出的q轴电压分量值与速度推导值或速度指令值，同定所述永磁同步电动机的电动机常数，并向所述矢量控制部反映同定的电动机同定常数。
2、 根据权利要求l所述的永磁同步电动机的控制装置，其特征在于 根据绕组电阻值的设定误差和q轴电流推导值的乘积与所述速度推导值和感应电压系数的乘积之和计算所述q轴电压分量值。
3、 根据权利要求l所述的永磁同步电动机的控制装置，其特征在于 所述电动机常数同定计算部，在所述速度推导值或所述速度指令值表示比所述速度低的低速区域时，同定所述永磁同步电动机的绕组电阻值， 在所述速度推导值或所述速度指令值表示所述速度以上的高速区域时，同 定所述永磁同步电动机的感应电压系数与所述矢量控制部的设定值的比 率。
4、 根据 权利要求l所述的永磁同步电动机的控制装置，其特征在于 在所述低速区域中，对速度推导值或速度指令值与感应电压系数的设定值进行乘法运算，从所述q轴电压分量值中减去该乘法运算结果的积值， 使用该减法运算结果的差值进行比例积分计算，将该比例积分计算值加上 所述轴误差推导计算部的电阻的设定值；在所述高速区域中，对速度推导值或速度指令值与感应电压系数的设 定值进行乘法运算，计算该乘法运算结果的积值与所述轴误差推导计算部 计算的q轴电压分量值的比率，基于该比率，修正所述永磁同步电动机的 转矩系数的设定值。
5、 根据权利要求l所述的永磁同步电动机的控制装置，其特征在于: 所述矢量控制部使用所述电动机常数同定计算部同定的电动机同定常数，修正所述永磁同步电动机的设定值。
6、 根据权利要求l所述的永磁同步电动机的控制装置，其特征在于: 所述矢量控制部使用所述电动机常数同定计算部同定的电动机同定常数，修正控制增益。
7、 一种电动机控制系统，其具有永磁同步电动机；连接到该永磁 同步电动机的电力转换器；和生成控制该电力转换器的控制信号的控制装 置，所述控制装置具有矢量控制部，其输出所述控制信号；轴误差推导计算部，其推导作为积分所述永磁同步电动机的速度推导值而求出的相位推导值与所述永磁同步电动机的相位值之间的偏差的轴误差信息；和速度 推导计算部，其控制使所述轴误差推导计算部计算出的推导值与轴误差信 息的指令值一致，该电动机控制系统的特征在于，具有电动机常数同定计算部，其使用所述轴误差推导计算部计算出的q轴 电压分量值与速度推导值或速度指令值，同定所述永磁同步电动机的电动 机常数，并向所述矢量控制部反映同定的电动机同定常数。
全文摘要
本发明提供一种永磁同步电动机的控制装置及电动机控制系统。在低速区域与高速区域的两个区域中同定电动机常数。电动机控制系统(200)具有永磁同步电动机(1)、电力转换器(2)、输出控制电力转换器(2)的控制信号的矢量控制部(150)、推导作为积分永磁同步电动机的速度推导值而求出的相位推导值与所述永磁同步电动机的相位值之间偏差的轴误差信息的轴误差推导计算部(4)、速度推导计算部(5)，其特征在于，具有电动机常数同定计算部(14)，其使用轴误差推导计算部(4)计算出的q轴电压分量值(X)与速度推导值(ω1)或速度指令值，同定永磁同步电动机(1)的电动机常数，向矢量控制部反映同定的电动机同定常数。
文档编号H02P21/14GK101615883SQ20091015088
公开日2009年12月30日 申请日期2009年6月25日 优先权日2008年6月25日
发明者户张和明, 隅田悟士, 青柳滋久 申请人:株式会社日立制作所