专利名称：Pm电动机的电流控制增益调整方法、电流控制方法以及控制装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种具有检测电动机电流来进行控制的电流控制系统的PM电动机的电流控制增益调整方法、电流控制方法以及控制装置。
背景技术：
近年来，开发了一种利用矢量控制来进行速度控制的PM电动机的控制装置。下面，使用图10来说明通过矢量控制来进行速度控制的以往的PM电动机的控制
>J-U ρ α装直。图10是表示以往的PM电动机的电动机控制装置的结构的框图。如图10所示，PM电动机的电动机控制装置至少由PM电动机101、速度运算部103、速度控制部104、电流检测器105、电流坐标转换部106、d轴电流控制部107、q轴电流控制部108、电压坐标转换部109以及逆变器(inverter) 110构成。而且，图10所示的PM电动机的电动机控制装置通过下面示出的动作来驱动PM电动机101。 BP,PM电动机101中安装有位置检测器102，来检测PM电动机101的转动位置。速度运算部103基于由位置检测器102检测出的位置信息来计算PM电动机101的速度com。速度控制部104以速度ωπι与所提供的速度指令ω*之间的偏差为输入来计算q轴电流指令Iq*，使得由速度运算部103计算出的PM电动机101的速度ωπι追随该速度指令ω*。此时，速度控制部104例如利用比例积分控制来进行动作。电流坐标转换部106对由电流检测器105检测出的电动机电流的检测值进行坐标转换，计算并输出d轴电流Id和q轴电流Iq，其中，该d轴电流Id是与PM电动机101的磁极轴同方向的成分，该q轴电流Iq是相对于d轴垂直的方向的成分。然后，d轴电流控制部107计算并输出d轴电压指令Vd*,使得d轴电流Id追随预先提供的d轴电流指令Id*。另外，q轴电流控制部108计算并输出q轴电压指令Vq*，使得q轴电流Iq追随q轴电流指令Iq*。此时，d轴电流控制部107和q轴电流控制部108例如利用比例积分控制来进行动作。然后，电压坐标转换部109制作基于d轴电压指令Vd*和q轴电压指令Vq*的三相的电压指令。逆变器110基于由电压坐标转换部109制作出的电压指令来驱动PM电动机 101。此时，在以往的PM电动机的驱动装置中，为了稳定地驱动PM电动机，需要适当地设定d轴电流控制部107和q轴电流控制部108的电流控制增益，来实现稳定的电流控制。另外，为了得到PM电动机的高的速度控制性，期望将作为速度控制系统的小回路(MinorLoop)的电流控制系统的电流控制增益设定得尽可能高。因此，在以往的PM电动机的控制装置中，公开了一些对电流控制增益进行调整的技术(例如参照专利文献I)。专利文献I所公开的技术以感应电动机为对象，使用作为包括负载的等效电路的电路常数(电动机常数)的电阻值和电感值以及控制延迟时间，基于运算式来唯一地确定电流控制增益。另外，求出电阻值、电感值等电动机常数的另一技术例如在专利文献2中公开。根据专利文献2，首先，基于使直流电流流过PM电动机101时的输入电压和输入电流来求出电阻值。接着，提取使交流电流流过PM电动机101时的输入电压和输入电流的基波成分，基于输入电压和输入电流各自的大小以及输入电压与输入电流的相位差来求出电感值。然后，基于所求出的电阻值和电感值来求出电流控制增益。然而，在专利文献I中，需要预先调查作为等效电路常数的电阻值和电感值。另夕卜，由于利用固定式来计算用于决定电流控制的响应性的截止频率，因此有时未必能将电流响应性发挥到最大限度。另一方面，在专利文献2中，能够测量作为专利文献I的课题的电动机常数。但是，到为了求出绕组电阻而在PM电动机101中流动的直流电流变为稳定状态为止，需要时间。另外，存在以下的问题等:由于使用各自分开的试验信号来测量电阻值和电感值，因此测量中需要时间。专利文献1:日本特开平9-84378号公报专利文献2:日本特开2000-312498号公报
发明内容
本发明的PM电动机的电流控制增益调整方法具有以下步骤:对PM电动机施加包
含直流成分和多个频率成分的电压；检测与施加电压相应地流动的电动机电流；以及使用
作为施加电压与电动机电流的关系的频率特性来计算稳定且电流响应性高的电流控制增.、
Mo由此，能够在短时间内调整稳定且电流响应性高的电流控制增益。
图1是表示本发明的实施方式I中的PM电动机的电动机控制装置的结构的框图。图2是表示本发明的实施方式I中的电流增益调整部调整电流控制增益的处理流程的流程图。图3是说明PM电动机的单相通电状态的等效电路图。图4A是表示PM电动机的传递函数(增益)的频率特性的图。图4B是表示PM电动机的传递函数(相位)的频率特性的图。图5A是表示电流控制开环频率特性的图。图5B是表示电流控制开环频率特性的图。图6是表示本发明的实施方式2中的电流增益调整部调整电流控制增益的处理流程的流程图。图7是表示该实施方式中的电动机电流与电气时间常数的关系的图。图8是表示本发明的实施方式3中的PM电动机的电动机控制装置的结构的框图。图9是表示本发明的实施方式3中的处理流程的流程图。图10是表示以往的PM电动机的电动机控制装置的结构的框图。
具体实施例方式
下面，参照附图来说明本发明的实施方式。此外，本发明并不限定于本实施方式。(实施方式I)下面，使用图1来说明本发明的实施方式I中的PM电动机的电流控制增益调整方法和电动机控制装置。图1是表示本发明的实施方式I中的PM电动机的电动机控制装置的结构的框图。如图1所示，本实施方式的PM电动机的电动机控制装置至少由PM电动机1、速度运算部3、速度控制部4、电流检测器5、电流坐标转换部6、d轴电流控制部7、q轴电流控制部8、电压坐标转换部9、逆变器10、电流增益调整部11以及电压指令切换部12构成。即，图1所示的PM电动机的电动机控制装置通过下面示出的动作来驱动PM电动机I。也就是说，PM电动机I中安装有位置检测器2，来检测PM电动机I的转动位置。速度运算部3基于由位置检测器2检测出的PM电动机I的转动位置信息来计算PM电动机速度ωπι。速度控制部4以使由速度运算部3运算出的电动机速度com追随速度指令ω*的方式进行控制，来计算并输出q轴电流指令Iq*。电流检测器5检测流过PM电动机I的电动机电流。电流坐标转换部6将电流检测器5所检测出的电动机电流转换为d轴电流Id、q轴电流Iq并输出。d轴电流控制部7以使由电流坐标转换部6转换得到的d轴电流Id追随d轴电流指令Id*的方式进行控制，来计算并输出d轴电压指令Vd*。q轴电流控制部8以使由电流坐标转换部6转换得到的q轴电流Iq追随q轴电流指令Iq*的方式进行控制，来计算并输出Q轴电压指令Vq*。电压坐标转换部9将d轴电压指令Vd*和q轴电压指令Vq*指令转换为三相的电压指令。逆变器10将与所输入的三相的电压指令相应的电压施加到PM电动机I。电流增益调整部11进行电流控制增益的调整处理，对d轴电流控制部7和q轴电流控制部8进行设定。然后，电压指令切换部12在电压坐标转换部9的输出与电流增益调整部11的输出之间进行切换，以作为向逆变器10输入的三相的电压指令。此外，在进行通常的PM电动机I的速度控制时，电压指令切换部12被切换为图1中示出的A侧，在进行电流控制增益调整时被切换为图1中示出的B侦U。接着，具体说明PM电动机I的电流控制增益调整方法。首先，将PM电动机I的电动机驱动装置的电压指令切换部12切换到B侦彳。然后，电流增益调整部11对施加于PM电动机I的逆变器10的输出的电流控制增益进行调整。下面，使用图2至图4B，并参照图1来具体说明电流增益调整部11的动作和作用。图2是表示本发明的实施方式I中的电流增益调整部调整电流控制增益的处理流程的流程图。图3是说明PM电动机的单相通电状态的等效电路图。图4A是表示PM电动机的传递函数(增益)的频率特性的图。图4B是表示PM电动机的传递函数(相位)的频率特性的图。如图2所示，首先，当开始电流控制增益的调整处理时，为了将PM电动机I的转子引入到规定的位置而生成并输出引入电压指令(步骤S101)。这是为了预先将PM电动机I的转子固定在规定的位置，是因为，PM电动机I由于转子中存在磁体而有时会由于电压的施加而转子被转动。因此，优选的是电动机常数的计算在PM电动机I的转子静止的状态下进行。因此，首先，基于引入电压指令对PM电动机I的例如U相施加Va的直流电压、并对V相、W相施加-Va/2的直流电压，将PM电动机I的转子引入到规定的位置。此外，直流电压Va例如被设定为在施加电压时流动PM电动机I的额定电流程度的电流时的电压，以使得PM电动机I的转子充分地被引入到规定的位置。此时，将PM电动机I的转子引入到规定的位置后的PM电动机I的等效电路如图3所示。也就是说,如图3所示，由于PM电动机I的转子未转动，因此PM电动机I的等效电路由相电阻R和相电感L形成，U-VW之间被施加单相的电压。由此，成为电流轴(d轴)与磁极轴一致的状态。接着，生成为了计算电动机常数而施加的作为施加电压的电压指令Vs (t)(步骤S102)。具体地说，生成如(式I)所示那样的、将直流成分VO与具有多个频率成分的Vn (t)相加得到的电压指令Vs⑴。此时，作为电压指令Vn⑴,例如使用M序列信号(MaximumLength Sequence Signal:最大长度序列信号)。此外，关于生成将VO与Vn相加得到的电压指令Vs (t)的理由，在后面叙述。[式I]Vs(t)=V0+Vn(t)然后，基于所生成的电压指令Vs (t)，与引入时同样地向逆变器10的例如U相输出Vs⑴的电压指令Vs (t)、并向V相和W相输出-Vs⑴/2的电压指令Vs⑴，使得U-VW之间被施加单相的电压。此时，根据电压指令Vs (t)流过PM电动机I的电动机电流流过与磁极轴相同的d轴，因此不产生使PM电动机I的转子转动的转矩。由此，能够在使PM电动机I的转子静止的状态下进行用于计算电动机常数的数据测量。接着，对通过步骤S102施加的电压指令Vs (t)和作为电压指令Vs (t)的响应的电动机电流Is (t)进行采样，并作为时间序列数据取入(步骤S103)。在这种情况下，电动机电流Is (t)为与在U-VW之间施加的单相的施加电压相对的电动机电流，因此会采样得到U相的电动机电流。接着，作为电压指令Vs(t)与电动机电流Is(t)之间的关系，求出从电压指令Vs (t)向电动机电流Is(t)的传递函数H(S)的频率特性(步骤S104)。此外，能够通过对电压指令Vs⑴和电动机电流Is⑴进行FFT (Fast Fourier Transform:快速傅立叶变换)处理等来得到传递函数H(S)的频率特性。接着，基于传递函数H(S)的频率特性来提取作为PM电动机的电动机常数的电气时间常数L/R和相电阻R。施加电压指令Vs(t)时的PM电动机的等效电路如图3所示，用(式2)式来表示传递函数H(S)。[式2]
权利要求
1.一种PM电动机的电流控制增益调整方法，具有以下步骤: 电压施加步骤，对PM电动机施加包含直流成分和多个频率成分的施加电压； 电动机电流检测步骤，检测与通过上述电压施加步骤施加的上述施加电压相应地流动的电动机电流； 电动机频率特性运算步骤，基于上述施加电压和上述电动机电流来运算频率特性；以及 电流控制增益调整步骤，基于通过上述电动机频率特性运算步骤得到的频率特性来调整电流控制增益。
2.根据权利要求1所述的PM电动机的电流控制增益调整方法，其特征在于， 上述电压施加步骤施加直流成分不同的多个上述施加电压， 上述电动机频率特性运算步骤基于上述电压施加步骤的结果来运算不同的多个频率特性， 上述电流控制增益调整步骤针对上述不同的多个频率特性调整电流控制增益。
3.—种PM电动机的电流控制方法，具有以下步骤: 电压施加步骤，对PM电动机施加直流成分不同的包含多个频率成分的施加电压；电动机电流检测步骤，检测与通过上述电压施加步骤施加的上述施加电压相应地流动的电动机电流； 电动机频率特性运算步骤，基于上述施加电压和上述电动机电流来运算不同的多个频率特性； 电流控制增益调整步骤，基于通过上述电动机频率特性运算步骤得到的上述不同的多个频率特性来调整电流控制增益；以及 电流控制增益图制作步骤，将通过上述电流控制增益调整步骤调整后的上述电流控制增益与所检测出的上述电动机电流的平均值相关联地进行存储来制作电流控制增益图，其中，在驱动上述PM电动机时，基于所存储的上述电流控制增益图来设定与电动机电流指令或所检测出的上述电动机电流相关联的上述电流控制增益，从而控制上述电动机电流。
4.一种PM电动机的控制装置，具有根据权利要求1或权利要求2所述的PM电动机的电流控制增益调整方法。
5.一种PM电动机的控制装置，具有根据权利要求3所述的PM电动机的电流控制方法。
全文摘要
本发明具有以下步骤电压施加步骤，对PM电动机施加包含直流成分和多个频率成分的施加电压；电动机电流检测步骤，检测与施加电压相应地流动的电动机电流；以及电流控制增益调整步骤，基于施加电压和电动机电流的频率特性来计算电流控制增益。由此，能够在短时间内调整稳定且电流响应性高的电流控制增益。
文档编号H02P6/12GK103155399SQ20118004867
公开日2013年6月12日 申请日期2011年9月28日 优先权日2010年10月8日
发明者田泽彻, 西园胜 申请人:松下电器产业株式会社