专利名称：检测同步电动机磁极位置的检测装置和具有它的控制装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及检测根据d相电流指令以及q相电流指令被控制的同步电动机的磁极位置的检测装置以及具有它的控制装置。
背景技术：
在同步电动机中，使用dq坐标控制系与转子的磁极位置对应在适当的励磁相位线圈中流过电流，产生希望的转矩。在该同步电动机中存在具有用于检测转子的磁极位置的编码器等的磁极位置传感器的同步电动机和没有磁极位置传感器的同步电动机。其中在没有磁极位置传感器的同步电动机的情况下，在每次接通同步电动机的电源(启动)时进行磁极位置检测处理，检测磁极的初始位置(下面称“磁极初始位置”。)，根据以该磁极初始位置为基准的磁极位置控制同步电动机的旋转。但是，在该电源接通时 磁极位置检测处理的检测精度具有偏差的情况下，有时在同步电动机的驱动时的转矩常数中也产生偏差，无法产生最大转矩。特别在旋转到需要弱励磁控制的高速的情况下如果磁极位置偏离则无法流过适当的d相电流，因此对同步电动机施加的驱动电压不足，控制变得不稳定。为了应对该问题具有以下的方法在最初启动同步电动机时，或者在电动机传感器更换维护时等情况下，预先在非易失存储器中存储作为磁极的基准位置和同步电动机的旋转传感器的基准位置的偏离量的磁极修正值Θ r，在实际接通同步电动机的电源时的磁极位置检测处理后最初检测到同步电动机的旋转传感器的基准位置时，根据与该基准位置对应的磁极修正值Θ r修正在旋转控制中使用的磁极位置，在驱动同步电动机时始终把相同的磁极位置作为基准进行控制。根据该方法，通过预先在非易失存储器中设定与传感器基准位置对应的磁极修正值Θ r，修正磁极初始位置，在那以后能够始终把与传感器基准位置对应的磁极修正值ΘΓ作为基准进行控制。另外，如在日本特开2004-072902号公报中记载的那样，具有以下的方法使编码器的基准点与进行直流励磁锁定的电动机定子侧的基准点(U相)一致，其后根据初始磁极推定结果以及编码器信息求出偏离量，存储在编码器的存储器中，进行修正。在使用磁极修正值的方法中，在同步电动机的电源接通时的磁极位置检测处理后最初检测到同步电动机的旋转传感器的基准位置时，把以与该位置对应的磁极初始位置作为基准的磁极位置设定为磁极修正值。但是，如上所述，因为在磁极位置检测处理中在检测精度中存在偏差，所以为了减低由该检测精度的偏差引起的对于磁极修正值设定的影响，需要多次进行磁极位置检测处理，因此存在花费时间这样的问题。另外，在该方法中，特别是没有只要执行多少次磁极位置检测处理即可这样的指标，存在无法充分去除在磁极修正值内包含的误差这样的问题。此外，作为磁极修正值的设定方法，在同步电动机正转时和反转时还考虑加减微调参数进行调整，以便不存在加速时间或转矩指令的差。但是，根据该方法，在把d相电流控制为零并且用q相电流进行转矩控制的非突极性的同步电动机中，因为即使磁极位置偏离，在正转以及反转中需要的实际q相电流(即q相电流指令向实际q轴的投影分量)作为绝对值相同，所以在转矩指令的绝对值以及实际转矩中不会产生差，因此该方法无法用于非突极性的同步电动机。另外，在日本特开2004-072902号公报中记载的发明，因为使用初始磁极推定结果求出偏离量，所以在初始磁极推定结果偏离的情况下，在编码器的存储器中存储的偏离量有误差，存在这样的问题。
发明内容
鉴于上述问题，本发明目的在于提供一种检测装置以及具有它的控制装置，对于根据d相电流指令以及q相电流指令被控制旋转的没有磁极位置传感器的同步电动机，能够高精度地而且在短时间内检测用于对在检测到传感器基准位置时通过磁极检测动作检测到的磁极初始位置进行修正的磁极修正值，将其设定在非易失存储器中。
为了实现上述目的，在本发明中，检测根据d相电流指令以及q相电流指令被控制的同步电动机的磁极位置的检测装置具有生成单元，其在同步电动机的电源接通时检测到磁极初始位置后，根据给予预定的d相电流指令使同步电动机正转以及反转时分别生成的用于使同步电动机旋转的正转时d相电压指令和反转时d相电压指令的差，生成磁极修正值；和修正单元，其根据磁极修正值和作为同步电动机的传感器的基准位置的传感器基准位置，修正磁极初始位置。这里，在生成单元中给予同步电动机的预定的d相电流指令，在同步电动机是非突极性的同步电动机的情况下是恒定值，在同步电动机是具有突极性的同步电动机的情况下是零。另外，修正单元把从磁极修正值中减去了把与传感器基准位置对应的磁极初始位置作为基准的磁极位置后的值与磁极初始位置相加得到的值设定为修正后的磁极初始位置。这里，生成单元具有初始设定单元，其把同步电动机的电源接通时检测到的磁极初始位置作为基准，设定磁极修正值的候补值的初始值；计算单元，其根据在初始值以及磁极初始位置或者设定的候补值以及磁极位置下给予预定的d相电流指令使同步电动机正转以及反转时检测到的流入到同步电动机的电动机电流的d相电流反馈值和q相电流反馈值，分别计算作为控制系统的dq轴和电动机系统的dq轴的轴偏离的磁极位置偏离量、以及正转时d相电压指令和反转时d相电压指令的差；判定单元，其判定通过计算单元计算出的正转时d相电压指令和反转时d相电压指令的差是否在预定的阈值内；更新单元，其把判定单元判定为差在上述预定的阈值外时的初始值或者候补值与磁极位置偏离量相加得到的值设定为新的候补值，并且把此时的磁极初始位置或者磁极位置挪动磁极位置偏离量得到的位置设定为新的磁极位置；和确定单元，其把通过判定单元判定上述差在预定的阈值内时的候补值作为确定的磁极修正值存储在存储器中，计算单元以更新单元，在通过判定单元判定为上述差在上述预定的阈值内之前，执行上述的计算以及更新的各处理。此外，生成单元还具有显示单元,其显示通过上述初始设定单元设定的初始值、以及通过计算单元计算的磁极位置偏离量以及上述差；判定单元，其判定是否有来自外部的结束指令；该生成单元内的该更新单元把判定单元判定为没有结束指令时的初始值或者候补值与从外部输入的量相加得到的值设定为新的候补值，并且把此时的磁极初始位置或者磁极位置挪动从外部输入的量得到的位置设定为新的磁极位置，生成单元内的确定单元把通过判定单元判定为有结束指令时的候补值作为确定的磁极修正值存储在存储器中。另外，本发明的同步电动机的控制装置具有上述检测装置，根据以通过该检测装置内的修正单元设定的修正后的磁极初始位置为基准检测到的磁极位置，控制同步电动机的旋转。
通过参照下面的附图能够更加明确地理解本发明。图I是本发明的第一实施例的检测装置的原理框图。图2是表示本发明的第一实施例的检测装置的动作流程的流程图。图3是说明控制dq轴和电动机dq轴的偏离的图。 图4a以及图4b是说明正转时的转矩和反转时的转矩的关系的图。图5是表示具有本发明的第一实施例的检测装置的同步电动机的控制装置的框图。图6是本发明的第二实施例的检测装置的原理框图。图7是表示本发明的第二实施例的检测装置的动作流程的流程图。图8是表示具有本发明的第二实施例的检测装置的同步电动机的控制装置的框图。
具体实施例方式下面参照
检测同步电动机的磁极位置的检测装置以及具有它的控制装置。但是应该理解，本发明不限于附图或者以下说明的实施方式。图I是本发明的第一实施例的检测装置的原理框图。下面在不同的附图中具有相同参照符号的部件意味着具有相同功能的结构要素。检测根据d相电流指令以及q相电流指令被控制的同步电动机的磁极位置的本发明的第一实施例的检测装置1，被设为控制同步电动机的旋转的控制装置(图I中未示)内的一个功能。检测装置I具有生成单元11，其在同步电动机的电源接通时检测到磁极初始位置后，根据给予预定的d相电流指令使同步电动机正转以及反转时分别生成的用于使同步电动机旋转的正转时d相电压指令和反转时d相电压指令的差，生成磁极修正值；和修正单元12，其根据磁极修正值、和作为同步电动机的传感器的基准位置的传感器基准位置，修正磁极初始位置。此外，在生成单元11中，给予同步电动机的预定的d相电流指令，在同步电动机是非突极性的同步电动机的情况下为恒定值，在同步电动机是有突极性的同步电动机的情况下为零，将在后面进行详细叙述。生成单元11具有初始设定单元21、计算单元22、判定单元23、更新单元24、和确定单元25。生成单元11内的初始设定单元21，在检测到传感器基准位置时，把与同步电动机的电源接通时检测到的磁极初始位置作为基准的传感器基准位置对应的磁极位置设定为磁极修正值的候补值的初始值。如后所述，该候补值的初始值，通过更新单元24更新设定新的候补值。生成单元11内的计算单元22，根据在初始值以及磁极初始位置或者设定的候补值以及磁极位置下给予预定的d相电流指令使同步电动机正转以及反转时检测到的流入同步电动机的电动机电流的d相电流反馈值以及q相电流反馈值，计算作为控制系统的dq轴和电动机系统的dq轴的轴偏离的磁极位置偏离量，并且根据此时的正转时d相电压指令、反转时d相电压指令、相电流反馈值以及q相电流反馈值，计算正转时d相电压指令和反转时d相电压指令的差。此外，具体的计算式如后所述。生成单元11内的判定单元23判定通过计算单元22计算出的正转时d相电压指令和反转时d相电压指令的差是否在预定的阈值内。 生成单元11内的更新单元24，把通过判定单元23判定为正转时d相电压指令和反转时d相电压指令的差在预定的阈值外时的磁极修正值的初始值或者候补值与磁极位置偏离量相加得到的值设定为新的磁极修正值的候补值，并且，把此时的磁极初始位置或者磁极位置挪动磁极位置偏离量得到的位置设定为新的磁极位置。生成单元11内的确定单元25，把通过判定单元23判定为正转时d相电压指令和反转时d相电压指令的差在预定的阈值内时的候补值作为已确定的磁极候补值存储在存储器中。生成单元11内的计算单元22以及更新单元24，在通过判定单元23判定正转时d相电压指令和反转时d相电压指令的差在预定的阈值内之前，执行上述的计算以及更新的各处理。然后，修正单元12把从磁极修正值中减去传感器基准位置得到的值与磁极初始位置相加得到的值设定为修正后的磁极初始位置。图2是表示本发明的第一实施例的检测装置的动作流程的流程图。如上所述，一般在不具有磁极位置传感器的同步电动机中，为了同步电动机的旋转控制，在每次接通同步电动机的电源(启动)时，进行磁极位置检测处理检测磁极初始位置。在步骤S101，首先执行该磁极位置检测处理。通过该磁极位置检测处理检测到的磁极初始位置如在该阶段已经叙述的那样包含误差。因此，此后，通过本发明的第一实施例的检测装置I进行动作，使用磁极修正值修正磁极初始位置，由此去除该误差。在本说明书中，在这之后，为了与同步电动机实际被旋转控制的通常驱动模式相区别，把检测装置I进行动作的模式称为“调整模式”。在步骤S102，控制装置判定当前是否处于调整模式。在判定为处于调整模式的情况下，控制装置指示检测装置I开始动作，前进到步骤S103。在步骤S103,控制装置对于同步电动机给予正转一周的指令。此时还指令同步电动机的旋转速度。在步骤S104，检测装置I在同步电动机正转一周期间，检测传感器的基准位置(下面称“传感器基准位置”)。然后，检测装置I把在步骤SlOl检测到的磁极初始位置作为基准，计算与检测到的传感器基准位置对应的“磁极修正值的候补值的初始值”，将其存储在存储器中。 接着在步骤S105中，控制装置对于同步电动机给予预定的正转d相电流指令使其正转。此时对于同步电动机的旋转速度也给予指令。这里，给予同步电动机的预定的正转d相电流指令，在同步电动机是非突极性的同步电动机的情况下是恒定值，在同步电动机是有突极性的同步电动机的情况下是零。接着在步骤S106，检测装置I计算使同步电动机正转时检测到的流入同步电动机的电动机电流的正转时d相电流反馈值以及正转时q相电流反馈值的各平均值Idp以及Iqp,将其存储在存储器中。另外，检测单元I把使同步电动机正转时的正转时d相电压指令Vdp以及正转时q相电压指令Vqp作为一定期间中的平均值来分别计算，将其存储在存储器中。接着，在步骤S107，控制装置对于同步电动机给予预定的反转d相电流指令使其反向旋转。此时对于同步电动机的旋转速度也给予指令。这里，给予同步电动机的预定的反转d相电流指令,在同步电动机是非突极性的同步电动机的情况下是恒定值，在同步电动机是有突极性的同步电动机的情况下是零。接着在步骤S108，检测装置I计算使同步电动机反向旋转时检测到的流入同步电动机的电动机电流的反转时d相电流反馈值以及反转时q相电流反馈值的各平均值IdN以、及IqN，将其存储在存储器中。另外，检测单元I把使同步电动机反转时的反转时d相电压指令VdN以及反转时q相电压指令VqN作为一定期间中的平均值来分别计算，将其存储在存储器中。此外，上述的步骤S105以及S106、和步骤S107以及S108也可以互换执行。接着在步骤S109，检测装置I根据在步骤S106中存储的正转时d相电流反馈值IdP、正转时q相电流反馈值IqP、反转时d相电流反馈值IdN、反转时q相电流反馈值IqN,分别计算作为控制系统的dq轴和电动机系统的dq轴的轴偏离的磁极位置偏离量△ Θ、以及正转时d相电压指令和反转时d相电压指令的差。在此，更详细地说明步骤S109中的通过检测装置I进行的作为控制系统的dq轴(下面称为“控制dq轴”)和电动机系统的dq轴(下面称为“电动机dq轴”)的轴偏离的磁极位置偏离量Λ Θ的计算。图3是说明控制dq轴和电动机dq轴的偏离的图。在控制dq轴和电动机dq轴偏离Λ Θ的情况下，在控制dq轴坐标系和电动机dq轴坐标系中偏离Λ Θ检测磁极位置。控制dq轴坐标上的值(dc，qc)和电动机dq轴坐标上的值(dm，qm)之间的坐标变换矩阵用式I以及式2表示。
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{(mj ι.—-sinAfl chsA ^1 ￡ ^另外，关于在同步电动机中产生的转矩Τ，设同步电动机的极对数为pole、频率为ω、反电动势为ω φ、d相以及q相的各电感为Ld以及Lq、电动机轴上的d相以及q相的各电流为Idm以及Iqm，如式3所示。T = pole X { Φ + (Ld—LqX Idm} X Iqm... (3)这里，当在式I中应用电动机dq轴坐标上的d相以及q相的各电流Idm以及Iqm、控制dq轴坐标上的d相以及q相的各电流Idc以及Iqc时，得到式4。
权利要求
1.一种检测装置(1)，其检测根据d相电流指令以及q相电流指令被控制的同步电动机(2)的磁极位置，其特征在于，具有 生成単元(11)，其在上述同步电动机(2)的电源接通后在通过磁极检测处理检测到磁极初始位置后，根据给予预定的d相电流指令使上述同步电动机(2)正转以及反转时分别生成的用于使上述同步电动机(2)旋转的正转时d相电压指令和反转时d相电压指令的差，生成磁极修正值；和 修正単元(12)，其根据上述磁极修正值、和作为上述同步电动机(2)的传感器(41)的基准位置的传感器基准位置，修正上述磁极初始位置。
2.根据权利要求I所述的检测装置，其特征在干， 上述生成单元(11)具有 初始设定単元(21)，其在上述同步电动机(2)的电源接通后，设定把在通过磁极检测处理检测到的上述磁极初始位置作为基准的磁极修正值的候补值的初始值； 计算单元(22)，其根据在上述初始值以及上述磁极初始位置或者设定的上述候补值以及磁极位置下给予预定的d相电流指令使上述同步电动机(2)正转以及反转时检测到的流入到上述同步电动机⑵的电动机电流的d相电流反馈值和q相电流反馈值以及d相电压指令和q相电压指令，分别计算作为控制系统的dq轴和电动机系统的dq轴的轴偏离的磁极位置偏离量、以及上述正转时d相电压指令和上述反转时d相电压指令的差； 判定単元(23)，其判定通过上述计算单元(22)计算出的上述正转时d相电压指令和上述反转时d相电压指令的差是否在预定的阈值内； 更新単元(24)，其把上述判定単元(23)判定为上述差在上述预定的阈值外时的上述初始值或者上述候补值与上述磁极位置偏离量相加得到的值设定为新的上述候补值，并且把此时的上述磁极初始位置或者上述磁极位置挪动上述磁极位置偏离量得到的位置设定为新的磁极位置；和 确定单元(25)，其把通过上述判定単元(23)判定上述差在上述预定的阈值内时的上述候补值作为确定的上述磁极修正值存储在存储器中， 上述计算单元(22)以及上述更新単元(24)，在通过上述判定単元(23)判定为上述差在上述预定的阈值内之前，执行上述的计算以及更新的各处理。
3.根据权利要求I所述的检测装置，其特征在干， 上述生成单元(11)具有 初始设定単元(21)，其在上述同步电动机(2)的电源接通后，设定把通过磁极检测处理检测到的上述磁极初始位置作为基准的磁极修正值的候补值的初始值； 计算单元(22)，其根据在上述初始值以及上述磁极初始位置或者设定的上述候补值以及磁极位置下给予预定的d相电流指令使上述同步电动机(2)正转以及反转时检测到的流入上述同步电动机⑵的电动机电流的d相电流反馈值和q相电流反馈值以及d相电压指令和q相电压指令，分别计算作为控制系统的dq轴和电动机系统的dq轴的轴偏离的磁极位置偏离量、以及上述正转时d相电压指令和上述反转时d相电压指令的差； 显示单元(26)，其显示通过上述初始设定単元(21)设定的上述初始值、以及通过上述计算单元(22)计算的上述磁极位置偏离量以及上述差； 判定単元(27)，其判定是否有结束指令；更新単元(24)，其把上述判定単元(27)判定为没有上述结束指令时的上述初始值或者上述候补值与从外部输入的量相加得到的值设定为新的上述候补值，并且把此时的上述磁极初始位置或者上述磁极位置挪动从外部输入的量得到的位置设定为新的磁极位置；和确定单元(26)，其把通过上述判定単元(27)判定为有上述结束指令时的上述候补值作为确定的上述磁极修正值存储在存储器中， 上述计算单元(22)以及上述更新単元(24)，在通过上述判定単元(27)判定为上述差在上述预定的阈值内之前，执行上述计算以及更新的各处理。
4.根据权利要求I 3的任意一项所述的检测装置，其特征在干， 在上述生成単元(11)中上述同步电动机被赋予的上述预定的d相电流指令，在上述同步电动机(2)是具有非突极性的同步电动机时为恒定值，在上述同步电动机(2)是的同步电动机时为零。
全文摘要
本发明提供检测同步电动机的磁极位置的检测装置以及具有它的控制装置。检测基于d相电流指令以及q相电流指令被控制的同步电动机的磁极位置的检测装置具有生成单元和修正单元，生成单元在同步电动机的电源接通时检测到磁极初始位置后，根据给予预定的d相电流指令使同步电动机正转以及反转时分别生成的用于使同步电动机旋转的正转时的d相电压指令和反转时的d相电压指令的差生成磁极修正值，修正单元根据磁极修正值和作为同步电动机的传感器的基准位置的传感器基准位置，修正磁极初始位置，控制装置具有该检测装置，根据修正后的磁极初始位置控制同步电动机的旋转。
文档编号H02P6/22GK102739137SQ201210102229
公开日2012年10月17日 申请日期2012年3月31日 优先权日2011年4月1日
发明者丰泽雪雄, 置田肇, 高桥谦治 申请人:发那科株式会社