专利名称：三相电动机控制器、三相电动机系统、三相电动机控制方法和程序的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种三相电动机控制器，更具体地，涉及一种使用向量控制器来控制三相电动机的技术。
背景技术：
一种用于控制三相电动机以目标角速度旋转的方法是向量控制。向量控制是通过利用两个分离分量(直流轴分量(或d轴分量)和正交轴分量(或q轴分量))来表示次级绕组的电状态(如电流和电压)并控制各个分量，从而以与dc机相同的方式来操作三相电动机(如感应电动机、同步电动机和永磁电动机)的方法。图1是示出了三相电动机系统的框图，三相电动机系统包括三相电动机控制设备，基于d-q轴变换来对三相电动机执行向量控制。图1的三相系统包括三相电动机101、 角度检测器102、驱动器电路103和三相电动机控制设备104。三相电动机控制设备104包括目标旋转角度生成器105、反馈控制器106和双相至三相变换部108。示意性地，图1的三相电动机系统的操作如下角度检测器102检测三相电动机 101的转子的旋转角度。角度检测器102检测的旋转角度以下称为检测旋转角度Θ。目标旋转角度生成器105产生转子的旋转角度的目标值(目标旋转角度Θ*)。目标旋转角度被产生为使得附着有负载的三相电动机101以目标角速度旋转。反馈控制器106响应于目标旋转角度θ *和检测旋转角度θ，通过反馈控制来产生d轴命令Vcf和q轴命令Vcf。双相至三相变换部108对d轴命令Vcf和q轴命令Vcf执行双相至三相变换，以产生三相命令 Vu*,Vv*和Vw*。驱动器电路103响应三相命令ViAV/和以通过三相电力线103a来馈送三相电力，从而驱动三相电动机101。图1的三相电动机系统实现了目标角速度，其中反馈控制器106执行反馈控制，如电流控制和速度控制。在多种专利文献中公开了图1所示的三相电动机系统。例如，日本专利公报似.3，244，7448(专利文献1)公开了一种将PI控制和神经网络用于反馈控制的配置。日本专利申请公开No. H09-215399A(专利文献2)公开一种执行速度控制作为反馈控制来计算q轴命令的配置。此外，日本专利申请公开NO.2006-149176A(专利文献3)公开了反馈控制器包括电流控制器或速度控制器以及重复控制器。此外，日本专利申请公开No. H07-170799A(专利文献4)公开了一种通过校正反馈控制系统内提供的电流检测器中的误差(偏移值或非线性误差)来提高控制精度并避免扭矩纹波的技术。此外，日本专利申请公开NO.H08-322299A(专利文献幻公开了一种用于产生在存储容量减小的反馈控制中使用的三角函数的函数值的技术。此外，PCT申请 NO.W02005/067137的日文翻译(专利文献6)公开了一种通过校正旋转角度(或位置)的检测值来精确计算旋转角度的技术。图1所示的三相电动机系统的一个问题是如何处理与三相电动机101的转子旋转同步的扭矩扰动(以下称为“旋转同步扭矩扰动”)。当由于相对于三相电动机的转子轴的旋转中心的偏移等等，转动惯量相对于三相电动机101的转子的旋转中心的分布不平衡时，扭矩可能与旋转同步地变化。换言之，三相电动机101的转子的旋转受到旋转同步扭矩扰动的影响。由于旋转同步扭矩扰动，向量控制造成三相电动机101的旋转角度不同于目标旋转角度Θ*。换言之，三相电动机101的转子的角速度与目标角速度不一致。一种用于将三相电动机101的旋转角度调节至目标旋转角度θ *的方法可以是将反馈控制的控制频率范围设置在较高范围中，即增大角度检测器102和三相控制单元104 的操作频率。然而，该方法是不够的，因为考虑到角度检测器102的采样频率的限制和防止反馈系统振荡的必要性，实际可实现的控制频率范围是有限的。当旋转同步扭矩扰动增大而反馈控制系统的控制频率范围受限时，目标旋转角度与检测旋转角度之间的差值可能变为大于所允许的最大值。现有技术文献专利文献专利文献1 日本专利公报No. 3，244，744专利文献2 日本专利申请公开No. Η09-215399Α专利文献3 日本专利申请公开No. 2006-149176Α专利文献4 日本专利申请公开No. Η07-170799Α专利文献5 日本专利申请公开No. Η08-322299Α专利文献6 =PCT申请No. W02005/067137的日文翻译专利文献7 日本专利申请公开No. 2005-；35198IA
发明内容
本发明的目的是提供一种三相电动机控制技术，即使在反馈控制系统的控制频率范围受限的情况下，也能够通过减小旋转同步扭矩扰动的影响来减小三相电动机的实际旋转角度与目标旋转角度之间的误差。在本发明的一方面，一种三相电动机控制设备，控制驱动三相电动机的驱动器，所述三相电动机控制设备包括目标旋转角度生成装置，用于产生目标旋转角度；旋转角度检测装置，用于检测检测旋转角度，所述检测旋转角度是三相电动机的旋转角度；q轴命令产生装置，响应于目标旋转角度和检测旋转角度，产生控制三相电动机的q轴电压或q轴电流的q轴命令基准值；驱动扭矩校正装置，通过校正q轴命令基准值来产生q轴命令值；以及控制信号产生装置，响应于q轴命令来产生控制信号，所述控制信号控制对三相电动机进行驱动的驱动器。所述驱动扭矩校正装置包括角度查找表，所述角度查找表包含与针对三相电动机的旋转角度定义的角度范围分别相关联的元素的值；响应于检测旋转角度来选择所述元素中的任一个；并通过基于所选元素的值来校正q轴命令基准值，产生q轴命令。在本发明的另一方面，一种三相电动机系统包括三相电动机；驱动器，驱动电动机；目标旋转角度生成装置，用于产生目标旋转角度；旋转角度检测装置，用于检测检测旋转角度，所述检测旋转角度是三相电动机的旋转角度；q轴命令产生装置，响应于目标旋转角度和检测旋转角度，产生控制三相电动机的q轴电压或q轴电流的q轴命令基准值；驱动扭矩校正装置，通过校正q轴命令基准值来产生q轴命令值；以及控制信号产生装置，响应于q轴命令来产生控制信号，所述控制信号控制对三相电动机进行驱动的驱动器。所述驱动扭矩校正装置包括角度查找表，所述角度查找表包含与针对三相电动机的旋转角度定义的角度范围分别相关联的元素的值；响应于检测旋转角度来选择所述元素中的任一个；并通过基于所选元素的值来校正q轴命令基准值，产生q轴命令。在本发明的另一方面，一种用于控制三相电动机的三相电动机控制方法，包括以下步骤产生目标旋转角度；检测检测旋转角度，所述检测旋转角度是三相电动机的旋转角度；响应于目标旋转角度和检测旋转角度，产生控制三相电动机的q轴电压或q轴电流的q轴命令基准值；将与针对三相电动机的旋转角度定义的角度范围分别相关联的元素的值包含在角度查找表中；响应于检测旋转角度来选择所述元素中的任一个；通过基于所选元素的值来校正q轴命令基准值，产生q轴命令；以及响应于q轴命令来驱动三相电动机。在本发明的另一方面，一种程序，记录在记录介质中，使得数字控制器执行以下步骤检测检测旋转角度，所述检测旋转角度是三相电动机的旋转角度；响应于目标旋转角度和检测旋转角度，产生控制三相电动机的q轴电压或q轴电流的q轴命令基准值；将与针对三相电动机的旋转角度定义的角度范围分别相关联的元素的值包含在角度查找表中；响应于检测旋转角度来选择所述元素中的任一个；通过基于所选元素的值来校正q轴命令基准值，产生q轴命令；以及响应于q轴命令来控制对三相电动机进行驱动的驱动器。
通过结合附图对实施例的描述，上述发明的目的、效果和特征将得以阐明，附图中图1是示出了利用向量控制来控制三相电动机的三相电动机系统的典型配置的框图；图2是示出了本发明第一实施例中的三相电动机系统的配置的框图；图3是示出了应用本发明第二实施例的三相电动机系统的扫描器设备的配置的框图；图4是示出了本发明第二实施例中的三相电动机系统的配置的框图；图5是示出了第二实施例的三相电动机系统的一个操作示例的时序图；以及图6是示出了第二实施例的三相电动机系统的另一操作示例的时序图。
具体实施例方式以下参照附图，给出本发明实施例中的三相电动机单元的描述。
(第一实施例)图2是示出了第一实施例的包括三相电动机控制设备的三相电动机系统的配置的图。在本实施例中，三相电动机系统包括附着有负载的三相电动机1 ；角度检测器2、驱动器电路3和三相电动机控制设备4。三相电动机1以通过三相电力线3a从驱动器电路3接收的三相电力来进行操作。 感应电动机或同步电动机(包括永磁电动机)可以用作三相电动机1。三相电动机1附着有负载，如观测仪器。如上所述，当由于附着至三相电动机1的负载相对于三相电动机1转轴的旋转中心的偏移，转动惯量相对于三相电动机1转轴的旋转中心的分布不平衡时，与三相电动机1转子的旋转同步地发生旋转同步扭矩扰动。角度检测器2以预定采样周期来检测三相电动机1的转子的旋转角度。以下将角度检测器2检测的旋转角度称为检测旋转角度θ。例如，分解器、编码器、磁传感器、霍尔元件等等用作角度检测器2。驱动器电路3通过三相电力线3a将三相电力馈送至三相电动机1。驱动器电路 3控制通过三相电力线3a的电流，使得三相电力线的相应相位的电压(U相位电压Vu、v相位电压Vv和w相位电压Vw)对抗三相电动机1内的反电动势的影响而维持在由三相命令 ViA V/和Vw*所指定的值。三相电力线3a的电流控制可以由例如PWM控制来实现。在一个实施例中，驱动器电路3由电源和模拟电路构成。三相电动机控制设备3包括目标旋转角度生成器5、反馈控制器6、驱动扭矩校正部7、双相至三相变换部8和加法器10。三相电动机控制设备4响应于角度检测器2检测到的检测旋转角度θ，产生控制驱动器电路3的三相命令ViAV/和Vw*。以下给出对三相电动机控制设备4的配置的详细描述。目标旋转角度生成器5每次根据目标角速度来产生目标旋转角度θ。反馈控制器6产生q轴命令基准值Vq*_ref，以使检测旋转角度θ跟踪目标旋转角度Θ*。在一个实施例中，反馈控制器6包括速率环控制器和位置环控制器。速率环控制器包括速率环产生器部，用于估计角速度；以及速率环补偿元素部，提供扰动补偿，以使角速度跟踪目标角速度。速率产生器根据检测旋转角度θ，使用高通滤波器(低频导数) 来估计三相电动机1的角速度。速率环补偿元素部通过将角速度误差(=[目标角速度]-[估计角速度])乘以增益来产生q轴命令基准值Vq*_ref，q轴命令基准值Vq*_ref使得检测旋转角度θ跟踪目标旋转角度Θ*。速率环补偿元素部还通过使用滞后-超前滤波器，在低频范围中执行扰动补偿。位置环控制器接收旋转角度误差Δ θ (=[目标旋转角度θ [检测旋转角度Θ])， 使用积分器和滞后-超前滤波器来产生速率命令，并通过积分器来提供在低于环频带的频率范围中的扰动补偿，同时通过滞后-超前滤波器来改善控制系统的稳定性。另一方面，驱动扭矩校正部7响应于检测旋转角度θ来产生驱动扭矩校正值 AVq*。如稍后所述，驱动扭矩校正值AVq*是用于校正q轴命令基准值Vq*_ref从而产生 q轴命令Vcf的校正值。稍后将详细描述驱动扭矩校正部7的配置和驱动扭矩校正值AVq* 的产生。信号加法器10通过将q轴命令基准值Vq*_ref与驱动扭矩校正值Δ Vq*相加在一起来产生q轴命令Vcf。
d轴命令设定部14产生d轴命令Vcf。根据三相电动机1的目标角速度，d轴命令 VcT被设置为恒定值。换言之，只要目标角速度的设置不变，d轴命令VcT保持恒定。当d轴命令VcT保持恒定时，驱动扭矩与q轴命令Vcf成比例；这实现了优化的驱动扭矩控制，即利用简单的电路配置来计算来优化计算q轴命令Vq*。双相至三相变换部8通过对d轴命令VcT和q轴命令Vq*执行双相至三相变换来产生三相命令ViA Vv*和Nw*。在一个实施例中，双相至三相变换部8包括相位基准信号计算器和双相至三相变换器。相位基准信号计算器根据从检测旋转角度θ计算的角速度以及目标角速度来产生相位基准信号。双相至三相变换器通过将坐标变换矩阵应用于d轴命令Vcf和q轴命令Vcf来产生三相命令ViA Vv*和Nw*。应当注意，可以在双相至三相变换部8的相位基准信号计算器中使用在反馈控制器6中计算的角速度，而不是在双相至三相变换部8中根据检测旋转角度θ来计算在相位基准信号计算器中使用的角速度。三相命令ViA Vv*和Nw*馈送至驱动器电路3，并用作驱动器电路3的控制信号。接下来给出驱动扭矩校正部7的配置和驱动扭矩校正部7产生驱动扭矩校正值 AVcf的描述。驱动扭矩校正部7包括角度查找表11、滤波器12和加法器13。减法器9 通过从目标旋转角度θ *中减去检测旋转角度θ来产生旋转角度误差Δ θ。角度查找表11是存储元素A(I)至A(m)的表，元素A(I)至A(m)用于产生驱动扭矩校正值ΔνΥ。角度查找表11中存储的元素的数目m被设置为通过将一个周期除以目标旋转频率ω*(Ηζ)与采样周期T(s)的乘积而获得的值。例如，当目标旋转速度为60rpm并且角度检测器2的采样周期为IOms时，目标旋转频率为1Hz，元素数目m通过以下等式来计算m = 1/(ω*χΤ)= 1/(1x0. 01)= 100在这种情况下，角度查找表11被构造为存储元素A(I)至A(IOO)的表。角度查找表11中的每个元素由元素编号i表示；与元素编号i相关联的元素是元素A(i)。每个元素A (i)与检测旋转角度θ的指定角度范围相关联。以下，将与元素A (i) 相关联的角度范围称为角度范围#i。角度范围#1至#m被确定为覆盖从0°至360°的整个范围。例如，当元素数目m为100时，以3. 6° ( = 360° /100)为步长确定角度范围#1 至#m如下358.2° < θ彡1. 8° 角度范围#1 (与元素A(1)相关联)1.8° < θ ^ 5.4° 角度范围#2 (与元素A (2)相关联)…352.8° < θ ^ 358. 2° 角度范围 #100 (与元素 A (100)相关联)滤波器12通过使从角度查找表11接收的值的指定频率分量通过并且去除其余频率分量，来产生驱动扭矩校正值AVcf。例如，当目标旋转频率为IHz时，滤波器12被形成为一阶低通滤波器，该滤波器以IOHz的带宽来去除高频分量。加法器13响应于检测旋转角度θ和旋转角度误差Δ θ，来计算角度查找表11的更新值A’(i)。如稍后所述，该更新值A’(i)用于更新角度查找表11的值。在如此构造的驱动扭矩校正部7中，通过以下过程来产生驱动扭矩校正值AVcf 每当获得检测旋转角度θ时，响应于检测旋转角度θ来选择元素A(I)至A(m)之一，并将所选元素的值从角度查找表11发送至滤波器12。当检测旋转角度θ落入角度范围#i时， 将元素A(i+A)的值发送至滤波器12。然而，当i+α的值超过m时，将元素(i+A_m)的值发送至滤波器12。这里，α是通过将控制系统的延迟(更具体，从角度查找表11的输出到检测旋转角度θ的检测之间的相位延迟)变换为对应旋转角度而获得的偏移。当频率为 1Ηζ(对应于60rpm的目标旋转速度)的控制系统的相位延迟为36°时，通过以下等式来确定偏移α α =[相位延迟]/360xm= 36/360x100 = 10根据控制系统的延迟来选择元素，这对于合适地产生驱动扭矩校正值AVcf而言是有效的。通过滤波器12进行的低通滤波来计算驱动扭矩校正值AVq*，以去除高频分量。应当注意，对于本发明的原理，低通滤波不是必要过程。还应当注意，滤波器12进行的低通滤波对于稳定控制而言是有效的。与驱动扭矩校正值AVcf的计算并行地，更新与检测旋转角度θ相关联的元素 A(i)。具体地，当检测旋转角度θ落入角度范围#1时，将更新值A’ (i)计算为元素A(i) 与旋转角度误差△ θ之和，并将与角度范围射相关联的元素A(i)更新为更新值A’(i)。 按照这种方式，更新元素A (i)使得元素A (i)的值是通过累积过去针对三相电动机1的旋转角度落入角度范围#i的情况而计算的旋转角度误差△ θ来获得的累积值。在本实施例的三相电动机系统中，通过利用所产生的驱动扭矩校正值Δ Vq*来校正q轴命令基准值Vq*_ref，从而产生q轴命令Vcf，以减小旋转角度误差Δ θ。这种控制中的要点在于，依据检测旋转角度θ来确定驱动扭矩校正值Δ Vq*。依据检测旋转角度θ 来确定驱动扭矩校正值Δ Vcf，这有效地减小了与三相电动机1的旋转同步地产生的旋转同步扭矩扰动的影响。例如，当在指定检测旋转角度θ处旋转角度误差△ θ增大时，使用依据检测旋转角度θ而确定的驱动扭矩校正值Δ Vcf来产生q轴命令Vq*;这减小了旋转角度误差Δ θ。如上所述，本实施例的三相电动机系统减小了旋转角度误差Δ θ，减小了旋转同步扭矩扰动的影响。(第二实施例)在第二实施例中，如图3所示，本发明应用于扫描器设备，该扫描器设备被配置为扫描具有旋转体(负载32)的目标对象，该旋转体附着有三相电动机31。图3所示的三相电动机系统被配置为以目标恒定角速度(或额定角速度)，沿旋转方向33来旋转附着有三相电动机31的旋转体32。与第一实施例不同，在第二实施例的三相电动机系统中，三相电动机31被控制为使得旋转体32与基准信号^dex同步地旋转；第一实施例的三相电动机控制设备4未被配置为将三相电动机31的旋转与基准信号Index同步。具体地，在第二实施例中，三相电动机31被控制为使得旋转体32指向目标对象 35上的指定位置，即，当断言了基准信号hdeX时，三相电动机31的旋转角度变为预定基准角度θ_0。为了实现这种操作，在第二实施例中修改三相电动机控制设备4的配置和操作，使得三相电动机31与基准信号^idex同步地旋转。应当注意，在日本专利申请公开 NO.2005-351981A(专利文献7)中公开了与基准信号同步地控制旋转体的旋转角度的方法。在专利文献7中，公开了一种配置，其中，响应于旋转体的旋转角度被设置为预定基准位置时的相位与基准信号的相位之间的差，来修改控制增益。图4是示出了第二实施例中的三相电动机系统的配置的框图。第二实施例的三相电动机系统的配置类似于第一实施例中的配置；差别在于向三相电动机控制器4添加了基准信号同步控制器15，并向驱动扭矩校正部7添加了角度查找表开-关开关16。基准信号同步控制器15执行控制，以对三相电动机31的转子的旋转角度进行同步。角度查找表开-关开关16是在更新还是不更新驱动扭矩校正部7中提供的角度查找表11之间进行切换的开关。稍后将描述角度查找表开-关开关16的作用和操作。为了实现转子的旋转角度与基准信号Index之间的同步，基准信号同步控制器15 控制三相电动机31的转子的角速度。更具体地，在断言基准信号hdeX的每个定时处，基准信号同步控制器15计算基准角度θ _0与检测旋转角度θ之间的误差Δ θ_0。当检测旋转角度θ超前于基准角度θ _0时，基准信号同步控制器15将目标角速度Ver降低至额定角速度Vkated以下；当检测旋转角度θ滞后于基准角度θ _0时，基准信号同步控制器 15将目标角速度Ver提高至额定角速度Veated以上。通过这种控制，在每个断言基准信号 ^idex的定时处，基准信号控制器15将检测旋转角度θ朝着基准角度θ_0调节。目标角度产生器5基于目标角速度Ver (具体地，通过对目标角速度Ver进行积分)来产生目标旋转角度θ *0一个问题是，当同时执行用于改变三相电动机31的转子的角速度的控制和用于使用角度查找表11对q轴命令Vcf的校正时，目标旋转角度Θ *与旋转体32的旋转角度之间的误差可能增大。这是由于角度查找表11累积了通过改变角速度而导致的旋转角度误差Δ θ的改变。为了正确产生驱动扭矩校正值Δ Vcf，期望从角度查找表11的每个元素 A(i)中累积的值中，去除通过改变角速度而导致的旋转角度误差Δ θ的改变的影响。提供了角度查找表开-关开关16，以从角度查找表11中累积的值中，去除通过改变角速度而导致的旋转角度误差△ θ的改变的影响。当角速度被设置为额定角速度Vkated 时，角度查找表开-关开关16接通。在这种情况下，旋转角度误差Δ θ被设置为通过从目标旋转角度θ *中减去检测旋转角度θ而获得的值。另一方面，当角速度从额定角速度 Veated改变时，角度查找表开-关开关16断开。在这种情况下，旋转角度误差Δ θ被设置为0。这使得角度查找表11的更新值A’(i)变为与原始元素A(i) —致，以停止角度查找表11的更新。以下给出对外部基准信号同步控制器15的配置和操作的描述。基准信号同步控制器15产生目标角速度Ver。在一个实施例中，基准信号同步控制器15包括基准角度误差计算部、目标角速度产生部和角度查找表控制部。基准角度误差计算部计算基准角度误差Δ θ _0，基准角度误差Δ θ _0是在断言基准信号hdex的定时处基准角度θ _0与检测旋转角度θ之间的差。应当注意，基准角度θ _0是预先提供的预定值，并指示在断言基准信号^idex的定时处旋转体32要指向的角度。当基准角度误差Δ θ _0在预定范围中时， 更具体地，当基准角度误差Δ θ _0的绝对值小于预定设置值θ LMT时，目标角速度产生部将目标角速度Vel*设置为预定的额定角速度VKATED。这里，在本实施例中，额定角速度Vkated被设置为360° /Tindex，其中Tindex是断言基准信号^idex的循环周期。当基准角度误差 Δ θ _0的绝对值大于预定设置值θ 时，目标角速度产生部将目标角速度Ver设置为依赖于基准角度误差Δ θ_0的值。在一个实施例中，当Δ θ_0(= θ - θ _0) > 时，目标角速度Ver被设置为大于额定角速度Veated的预定值；当Δ θ_0(= θ - θ _0) < ΘΜΤ时， 目标角速度Ver被设置为小于额定角速度Vkated的另一预定值。此外，当基准角度误差Δ θ _0的绝对值小于设置值θ 时，角度查找表控制部断言角度查找表开-关信号0N0FF_CTL ；否则，将角度查找表开-关信号0N0FF_CTL取反。当断言了角度查找表0N0FF_CTL时，角度查找表开-关开关接通，以允许更新角度查找表11 的内容。另一方面，当取反了角度查找表开-关信号0N0FF_CTL时，角度查找表开-关开关 16断开，以保持角度查找表11的内容不变。图5是示出了本发明中的电动机系统的一个操作示例的时序图；图5示出了基准信号hdex、检测旋转角度θ、角度查找表开-关信号0N0FF_CTL、目标角速度Vel*和目标旋转角度θ *的变化。以预定时间间隔断言基准信号hdex。每当断言了基准信号^idex时，计算基准角度误差Δ θ _0，基准角度误差Δ θ _0是检测旋转角度θ与基准角度θ _0之间的差；并且根据所计算的基准角度误差Δ θ_0来设置角度查找表开-关信号0N0FF_CTL和目标角速度 Vel*。更具体地，在断言基准信号hdex的时刻tl，基准角度误差Δ θ _0的绝对值大于设置值θ LMTO在这种情况下，将角度查找表开-关信号0N0FF_CTL取反(在图5中设置为 “L”电平)，并且将目标角速度Vel*设置为依赖于基准角度误差Δ θ_0的值。在图5所示的操作中，将目标角速度Vel*设置为角速度V1,角速度V1低于额定角速度VKATED。这使得在时刻tl之后，目标旋转角度θ *从与额定角速度Veated相对应的目标旋转角度轨道41切换至与角速度V1相对应的目标旋转角度轨道42。通过将目标角速度Vel*设置为低于额定角速度Vkated的角速度V1,减小了基准角度误差Δ θ_0。同时，由于取反了角度查找表开-关信号0N0FF_CTL，因此不更新角度查找表11。 这避免了以下问题当基准角度误差△ θ _0不适当地增大时，角度查找表11可能累积旋转角度误差δ θ ( = θ*-θ)的变化。随后，在时刻t2，在断言基准信号hdex的定时处基准角度误差Δ θ _0变为小于设置值ΘΜΤ。在图5中，在时刻t2，基准角度误差Δ θ_0为0。在这种情况下，断言角度查找表开-关信号0N0FF_CTL(在图5中设置为“H”电平)，并且将目标角速度Vel*设置为额定角速度VKATED。这使得目标旋转角度θ *从与角速度V1相对应的目标旋转角度轨道43切换至与额定角速度Vkated相对应的目标旋转角度轨道42。在时刻t2之后，由于断言了角度查找表开-关信号0N0FF_CTL，更新角度查找表 11，将旋转角度误差Δ θ累积到角度查找表11的每个元素中。可以通过使用角度查找表 11来确定驱动扭矩校正值Δ Vq*，并使用驱动扭矩校正值Δ Vq*来校正q轴命令Vq*，来减小旋转角度误差Δ θ。图6是示出了本实施例中的电动机系统的另一操作示例的时序图；图6示出了基准信号hdex、检测旋转角度θ、角度查找表开-关信号0N0FF_CTL、目标角速度Vel*和目标旋转角度θ *的变化。在图6所示的操作中，当在断言基准信号^idex的定时处基准角度误差Δ θ_0大于设置值θ 时，响应于基准角度误差Δ θ_0来逐步改变目标角速度Vet。 更具体地，在时刻tl，基准角度误差Δ θ_0大于设置值θ ，因此将目标角速度Ver设置为低于额定角速度Vkated的角速度Vn。随后，在时刻t2，当断言了基准信号^idex时，将目标角速度Ver设置为角速度V12，角速度V12低于额定角速度Vkated并高于角速度Vn。接着以相同的方式，每当断言基准信号hdex时，将目标角速度Ver逐步增大至角速度Vln。在断言基准信号^idex的时刻t3，基准角度误差Δ θ _0的绝对值变为小于设置值，将目标角速度Ver设置为额定角速度VKATED。应当注意，尽管在图6中，在断言基准信号^idex时改变目标角速度Vel*，但是可以在断言基准信号^dex的定时之间的定时处改变目标角速度Ver。在本实施例的三相电动机系统中，在断言基准信号^dex的定时处响应于基准角度误差Δ θ _0来产生目标角速度Ver，并且在基准角度误差Δ θ_0的绝对值较大时停止更新角度查找表11。通过使用所产生的驱动扭矩校正值八￥(1*来校正(1轴命令基准值￥(^_ ref，以产生q轴命令Vcf，从而抑制旋转角度误差Δ θ的恶化，同时实现与基准信号hdex 的同步。这种控制中的要点在于，根据基准角度误差Δ θ _0来确定目标角速度Ver并设置角度查找表开-关开关16。响应于基准角度误差Δ θ _0来确定角度查找表的更新值 A’(i)，这一事实有效地抑制了在实现与基准信号^idex的同步时由旋转角度误差Δ θ的变化而造成的影响。例如，当在切换目标角速度Ver时旋转角度误差Δ θ瞬间增大时，一旦实现与基准信号^dex的同步后出现旋转角度误差Δ θ的恶化之后，通过不将角度误差的变化反映在角度查找表11中，减少了控制系统的收敛时间。应当注意，尽管以上描述了本发明的具体实施例，但是可以以对本领域技术人员显而易见的各种修改来实现本发明。在上述实施例中，例如，可以将三相电动机控制设备4 实现为由上述模块组成的硬件。备选地，三相电动机控制设备4的相应模块的功能可以由软件实现。例如，在一个实施例中，三相电动机控制设备4可以被实现为利用软件来执行数值计算的数字控制器。在这种情况下，将实现相应模块功能的软件程序安装在用作数字控制器的处理设备上。在一个实施例中，将记录介质用于该安装。在上述实施例中，使用d轴电压、q轴电压和三相电压(U相位电压、ν相位电压和 w相位电压)的命令作为上述实施例中的d轴命令、q轴命令和三相命令；备选地，可以使用 d轴电流、q轴电流和三相电流(U相位电流、ν相位电流和w相位电流)的命令作为d轴命令、q轴命令和三相命令本发明有效地减小了三相电动机的实际旋转角度与目标旋转角度的误差，克服了反馈控制系统的控制频率范围的限制。尽管以上参照上述实施例描述了本发明，但是本发明不限于上述实施例。本领域技术人员可以理解，在本发明的范围内，可以对本发明的配置和细节进行各种改变。本发明要求日本专利申请No. 2009-055299和No. 2009-258996的优先权，其公开通过引用并入此处。
权利要求
1.一种三相电动机控制设备，控制对三相电动机进行驱动的驱动器，所述设备包括目标旋转角度生成装置，用于产生目标旋转角度；旋转角度检测装置，用于检测检测旋转角度，所述检测旋转角度是所述三相电动机的旋转角度；q轴命令产生装置，响应于所述目标旋转角度和所述检测旋转角度，产生控制所述三相电动机的q轴电压或q轴电流的q轴命令基准值；驱动扭矩校正装置，通过校正所述q轴命令基准值来产生q轴命令值；以及控制信号产生装置，响应于所述q轴命令来产生控制信号，所述控制信号控制对所述三相电动机进行驱动的所述驱动器，其中，所述驱动扭矩校正装置包括角度查找表，所述角度查找表包含与针对所述三相电动机的旋转角度定义的角度范围分别相关联的元素的值；所述驱动扭矩校正装置响应于所述检测旋转角度来选择所述元素中的任一个，并基于所选元素的值，通过校正所述q轴命令基准值，来产生所述q轴命令。
2.根据权利要求1所述的三相电动机控制设备，其中，与所述角度范围分别相关联的所述元素的值是通过累积过去针对所述三相电动机的所述检测旋转角度落入相应角度范围的情况而计算的旋转角度误差而获得的累积值。
3.根据权利要求1或2所述的三相电动机控制设备，其中，除了所述检测旋转角度之外，所述驱动扭矩校正装置还响应于控制系统的相位延迟来选择所述元素中的任一个，所述控制系统的相位延迟是指从所述角度查找表中的所选元素的输出到检测旋转角度的检测之间的相位延迟。
4.根据权利要求1至3中任一项所述的三相电动机控制设备，其中，所述驱动扭矩校正装置通过对所选元素的值执行滤波来计算驱动扭矩校正值，并通过利用所述驱动扭矩校正值来校正所述q轴命令基准值，产生所述q轴命令。
5.根据权利要求1至4中任一项所述的三相电动机控制设备，其中，d轴命令设定装置依据所述三相电动机的目标角速度，将d轴命令设定为恒定值。
6.根据权利要求1至5中任一项所述的三相电动机控制设备，还包括基准信号同步控制装置，用于与从所述三相电动机控制设备的外部实体馈送的基准信号同步地产生目标角速度，其中，所述目标旋转角度生成装置响应于所述目标角速度来产生目标旋转角度，其中，所述基准信号同步控制装置响应于基准角度误差来产生所述目标角速度，所述基准角度误差是在断言所述基准信号的定时处所述检测旋转角度与预定基准角度之间的差，以及其中，所述驱动扭矩校正装置响应于所述基准角度误差，更新或不更新所述角度查找表的所述元素。
7.根据权利要求6所述的三相电动机控制设备，其中，当在断言所述基准信号的定时处所述基准角度误差在预定范围内时，所述基准信号同步控制装置将所述目标角速度设置为与断言所述基准信号的时间间隔同步的额定角速度，以及其中，当所述基准角度误差在所述预定范围之外时，所述基准信号同步控制装置将所述目标角速度设置为不同于所述额定角速度的角速度。
8.一种三相电动机系统，包括 三相电动机；驱动器，驱动所述电动机；目标旋转角度生成装置，用于产生目标旋转角度；旋转角度检测装置，用于检测检测旋转角度，所述检测旋转角度是所述三相电动机的旋转角度；q轴命令产生装置，响应于所述目标旋转角度和所述检测旋转角度，产生控制所述三相电动机的q轴电压或q轴电流的q轴命令基准值；驱动扭矩校正装置，通过校正所述q轴命令基准值来产生q轴命令值；以及控制信号产生装置，响应于所述q轴命令来产生控制信号，所述控制信号控制对所述三相电动机进行驱动的驱动器，其中，所述驱动扭矩校正装置包括角度查找表，所述角度查找表包含与针对所述三相电动机的旋转角度定义的角度范围分别相关联的元素；所述驱动扭矩校正装置响应于所述检测旋转角度来选择所述元素中的任一个，并基于所选元素的值，通过校正所述q轴命令基准值，来产生所述q轴命令。
9.根据权利要求8所述的三相电动机系统，还包括基准信号同步控制装置，用于与从所述三相电动机控制设备的外部实体馈送的基准信号同步地产生目标角速度，其中，所述目标旋转角度生成装置响应于所述目标角速度来产生目标旋转角度， 其中，所述基准信号同步控制装置响应于基准角度误差来产生所述目标角速度，所述基准角度误差是在断言所述基准信号的定时处所述检测旋转角度与预定基准角度之间的差，以及其中，所述驱动扭矩校正装置响应于所述基准角度误差，更新或不更新所述角度查找表的所述元素。
10.一种用于控制三相电动机的三相电动机控制方法，包括以下步骤 产生目标旋转角度；检测检测旋转角度，所述检测旋转角度是三相电动机的旋转角度； 响应于所述目标旋转角度和所述检测旋转角度，产生控制所述三相电动机的q轴电压或q轴电流的q轴命令基准值；将与针对所述三相电动机的旋转角度定义的角度范围分别相关联的元素包含在角度查找表中；响应于所述检测旋转角度来选择所述元素中的任一个；基于所选元素的值，通过校正所述q轴命令基准值，来产生q轴命令；以及响应于所述q轴命令来驱动所述三相电动机。
11.根据权利要求10所述的三相电动机控制方法，还包括响应于基准角度误差，与从外部实体馈送的基准信号同步地产生目标角速度，所述基准角度误差是在断言所述基准信号的定时处所述检测旋转角度与预定基准角度之间的差， 以及更新所述角度查找表的所述元素，其中，所述目标旋转角度是响应于所述目标角速度而产生的；以及其中，所述角度查找表的所述元素的更新是响应于所述基准角度误差而执行或不执行的。
12.—种记录程序的记录介质，所述程序使得数字控制器执行以下步骤 产生目标旋转角度；检测检测旋转角度，所述检测旋转角度是三相电动机的旋转角度； 响应于所述目标旋转角度和所述检测旋转角度，产生控制所述三相电动机的q轴电压或q轴电流的q轴命令基准值；将与针对所述三相电动机的旋转角度定义的角度范围分别相关联的元素包含在角度查找表中；响应于所述检测旋转角度来选择所述元素中的任一个；基于所选元素的值，通过校正所述q轴命令基准值，来产生q轴命令；以及响应于所述q轴命令来驱动所述三相电动机。
13.根据权利要求12所述的记录介质，其中，所述程序还使得所述数字控制器执行以下步骤响应于基准角度误差，与从外部实体馈送的基准信号同步地产生目标角速度，所述基准角度误差是在断言所述基准信号的定时处所述检测旋转角度与预定基准角度之间的差， 以及更新所述角度查找表的所述元素，其中，所述目标旋转角度是响应于所述目标角速度而产生的；以及其中，所述角度查找表的所述元素的更新是响应于所述基准角度误差而执行或不执行的。
全文摘要
本发明提供了一种三相电动机控制设备(4)，控制驱动三相电动机的驱动器，所述三相电动机控制设备包括目标旋转角度生成部(5)，用于产生目标旋转角度；旋转角度检测器(2)，用于检测检测旋转角度，所述检测旋转角度是所述三相电动机的旋转角度；反馈控制器(6)，响应于目标旋转角度和检测旋转角度，产生控制三相电动机(1)的q轴电压或q轴电流的q轴命令基准值；驱动扭矩校正部和加法器(10)，通过校正q轴命令基准值来产生q轴命令值；以及双相至三相变换部(8)，响应于q轴命令来产生控制信号，所述控制信号控制对三相电动机进行驱动的驱动器电路(3)。所述驱动扭矩校正部(7)包括角度查找表(11)，所述角度查找表包含与针对三相电动机的旋转角度定义的角度范围分别相关联的元素的值；响应于检测旋转角度来选择所述元素中的任一个。基于所选元素的值，通过校正q轴命令基准值，产生q轴命令。
文档编号H02P27/04GK102349231SQ20108001104
公开日2012年2月8日 申请日期2010年3月9日 优先权日2009年3月9日
发明者柳田美穗, 青木一彦 申请人:日本电气株式会社