电机控制装置以及使用该电机控制装置的作业机械的制作方法
【专利摘要】本发明提供一种电机控制装置，将电机常数的设定误差也包含在内地进行补偿而能够进行高精度的转矩控制。电机控制装置100具有控制部，以使从相对于电机MOT的转矩指令值求出的电流指令值，与相对于经由功率变换器INV向电机MOT供给的电流的电流检测值一致方式控制向电机供给的电流。控制部推定电机输出的转矩，以使所推定的电机的转矩推定值与转矩指令值一致的方式控制向电机供给的电流。转矩推定运算部120推定电机输出的转矩。相位误差指令运算部125从转矩推定值与转矩指令值之间的偏差计算相位误差的指令值。速度推定运算部150以使相位误差推定值与相位误差的指令值一致的方式输出速度推定值。
【专利说明】电机控制装置以及使用该电机控制装置的作业机械
【技术领域】
[0001]本发明涉及电机控制装置以及使用该电机控制装置的作业机械，尤其涉及适合于对永磁铁同步电机进行转矩控制的电机控制装置、以及使用该电机控制装置的作业机械。
【背景技术】
[0002]以往，在进行转矩控制的电机控制装置中，公知有如下的装置，其具有运算电机的电常数的电机常数运算部，对于以正交的两个轴(d轴以及q轴)中一方的轴所定义的电常数的设定值，通过使用了以相同的轴所定义的状态变量的关系式来进行修正，且通过使用了以另一方的轴所定义的状态变量的关系式来进行修正(例如，参照专利文献I)。
[0003]根据上述方式，能够更简便地设定永磁铁同步电机的电常数。该结果为，通过在转矩控制中使用该正确的电常数，即使在高转矩时，也能够进行更高精度的转矩控制，从而能够快速应答且高效率地驱动电机。
[0004]在先技术文献
[0005]专利文献1:日本特开2009-136085号公报
[0006]但是，在专利文献I所述的电机控制装置中，没有涉及到电机常数的设定误差等。若具有电机常数的设定误差，则转矩控制的精度会降低与该误差相应的量。
【发明内容】
[0007]本发明的目的在于，提供一种电机控制装置以及使用该电机控制装置的作业机械，该电机控制装置将电机常数的设定误差也包含在内地进行补偿，而能够进行高精度的转矩控制。
[0008]( I)为了实现上述目的，本发明提供一种电机控制装置，具有控制部，该控制部以使电流指令值与电流检测值一致的方式控制向所述电机供给的电流，其中，该电流指令值根据针对电机的转矩指令值求出，该电流检测值针对经由功率变换器向所述电机供给的电流，所述控制部推定所述电机输出的转矩，并以使所推定的所述电机的转矩推定值与所述转矩指令值一致的方式控制向所述电机供给的电流。
[0009](2)在上述(I)中，优选为，所述控制部具有:转矩推定运算部，推定所述电机输出的转矩；电压矢量运算部，基于d轴以及q轴电流指令值、d轴以及q轴电流检测值、速度推定值、和电机常数的设定值，来计算d轴以及q轴电压指令值；相位误差推定运算部，基于该电压矢量运算部输出的d轴以及q轴电压指令值、所述速度推定值、所述d轴以及q轴电流检测值、和所述电机常数的设定值，来输出作为所述电机的旋转相位的推定值与所述电机的旋转相位值之间的偏差的相位误差的推定值、即相位误差推定值；相位误差指令运算部，从所述转矩推定运算部推定的所述转矩推定值与所述转矩指令值之间的偏差，来计算相位误差的指令值；和速度推定运算部，以使所述相位误差推定运算部输出的相位误差推定值，与所述相位误差指令运算部输出的相位误差的指令值一致的方式，输出所述速度推定值。
[0010](3)在上述(2)中，优选为，所述转矩推定运算部从第一功率信号减去第二功率信号得出减法值，并对使该减法值除以所述速度推定值所得的结果乘以常数来进行计算，其中，所述第一功率信号为，将所述d轴电压指令值与所述d轴电流检测值之间的乘法值、和所述q轴电压指令值与所述q轴电流检测值之间的乘法值相加而得，所述第二功率信号为，对将d轴以及q轴电流检测值分别乘方后相加所得的值乘以所述电机的电阻值而得。
[0011]( 4 )在上述(3 )中，优选为，所述相位误差推定运算部对所述转矩推定运算部推定的所述转矩推定值与所述转矩指令值之间的偏差，乘以积分增益并进行积分运算，而计算所述相位误差的指令值。
[0012](5)在上述(2)中，优选为，所述转矩推定运算部从第一功率信号减去第二功率信号得出减法值，并对使该减法值除以所述速度推定值所得的结果乘以常数来进行计算，其中，所述第一功率信号为，将相对于所述功率变换器的3相的电压指令值和3相的电流检测值，按3相的每一相分别地相乘，并将这些乘法值相加而得，所述第二功率信号为，对将所述3相的电流检测值按每一相乘方后相加的值乘以所述电机的电阻值而得。
[0013](6)在上述(2)中，优选为，所述转矩推定运算部从第一功率信号减去第二功率信号得出减法值，并对使该减法值除以所述速度推定值所得的结果乘以常数来进行计算，其中，所述第一功率信号为，对将所述功率变换器的直流电压与直流电流相乘所得的结果乘以常数而得，所述第二功率信号为，对将所述d轴以及q轴电流检测值分别乘方后相加的值乘以所述电机的电阻值而得。
[0014](7)在上述(I)中，优选为，所述控制部具有:转矩推定运算部，推定所述电机输出的转矩；电压矢量运算部，基于d轴以及q轴电流指令值、d轴以及q轴电流检测值、速度推定值、和电机常数的设定值，来计算d轴以及q轴电压指令值；q轴电感修正运算部，从所述转矩推定运算部推定的所述转矩推定值和所述转矩指令值之间的偏差，计算q轴电感的修正值；相位误差推定运算部，基于所述电压矢量运算部输出的d轴以及q轴电压指令值、所述速度推定值、所述d轴以及q轴电流检测值、所述电机常数的设定值、和所述q轴电感的修正值，来输出作为所述电机的旋转相位的推定值与所述电机的旋转相位值之间的偏差的相位误差的推定值、即相位误差推定值；和速度推定运算部，以使所述相位误差指令运算部输出的相位误差的指令值为零的方式，输出所述速度推定值。
[0015](8)在上述(7)中，优选为，所述q轴电感修正运算部对所述转矩推定运算部推定的所述转矩推定值与所述转矩指令值之间的偏差，乘以积分增益并进行积分运算，而计算所述q轴电感修正值。
[0016](9)另外，为了实现上述目的，本发明提供一种电机控制装置，进行永磁铁同步电机的转矩控制，所述电机控制装置具有控制部，该控制部以使电流指令值与电流检测值一致的方式，控制向所述永磁铁同步电机供给的电流，其中，该电流指令值根据针对永磁铁同步电机的转矩指令值求出，该电流检测值针对经由功率变换器向所述永磁铁同步电机供给的电流，所述控制部以使从所述功率变换器的功率信息求出的转矩推定值，与从上位控制装置所付与的第一转矩指令值一致的方式运算第二转矩指令值，并依照该第二转矩指令值来进行转矩控制。
[0017]通过所述构成，将电机常数的设定误差也包含在内地进行补偿而能够进行高精度的转矩控制。
[0018](10)在上述(9)中，优选为，具有检测所述永磁铁同步电机的磁极位置的位置检测器，所述控制部依照从由该位置检测器检测到的磁极位置所计算的速度检测值、从所述第二转矩指令值求出的d轴以及q轴的电流指令值、电流检测值、和电机常数的设定值，来进行d轴以及q轴的电压指令值的运算，并控制功率变换器的输出电压。
[0019]( 11)在上述(9 )中，优选为，所述控制部依照从所述第二转矩指令值求出的d轴以及q轴的电流指令值、电流检测值、速度推定值、和电机常数的设定值，来进行d轴以及q轴的电压指令值的运算，并控制功率变换器的输出电压，并以使将所述速度推定值积分而求出的旋转相位推定值与所述永磁铁同步电机的旋转相位值之间的偏差、即相位误差与相位误差的指令值一致的方式运算所述速度推定值。
[0020](12)在上述(10)中，优选为，所述控制部具有计算所述转矩推定值的转矩推定值运算部，该转矩推定值运算部从第一功率信号减去第二功率信号得到减法值，并对使该减法值除以所述速度推定值所得的结果乘以常数来计算所述转矩推定值，其中，所述第一功率信号为，将d轴的电压指令值与电流检测值之间的乘法值、和q轴的电压指令值与电流检测值之间的乘法值相加而得，所述第二功率信号为，对将d轴以及q轴的电流检测值分别乘方后相加所得的值乘以所述永磁铁同步电机的电阻值而得。
[0021 ] (13)在上述(10)中，优选为，所述控制部具有计算所述转矩推定值的转矩推定值运算部，该转矩推定值运算部从第一功率信号减去第二功率信号得到减法值，并对使该减法值除以所述速度推定值所得的结果乘以常数来计算所述转矩推定值，其中，所述第一功率信号为，对将所述功率变换器的直流电压与直流电流相乘所得的结果乘以常数而得，所述第二功率信号为，对将3相的电流检测值按每一相乘方后相加的值乘以电机的电阻值而得。
[0022](14)在上述(10)中，优选为，所述控制部具有计算所述转矩推定值的转矩推定值运算部，该转矩推定值运算部从第一功率信号减去第二功率信号得到减法值，并对使该减法值除以所述速度推定值所得的结果乘以常数来计算所述转矩推定值，其中，所述第一功率信号为，对将所述功率变换器的直流电压与直流电流相乘所得的结果乘以常数而得，所述第二功率信号为，对将d轴以及q轴的电流检测值分别乘方后相加所得的值乘以所述永磁铁同步电机的电阻值而得。
[0023]( 15 )在上述(9 )中，优选为，从所述上位控制装置所付与的所述第一转矩指令值与转矩输出值之间的偏差，与永磁铁同步电机的电流值的乘方呈正比，并与电机速度呈反比。
[0024](16)另外，为了实现上述目的，本发明提供一种作业机械，具有:永磁铁同步电机；功率变换器，将直流变换为3相交流并向所述永磁铁同步电机供给，而使所述永磁铁同步电机的输出转矩可变；和控制部，该控制部以使电流指令值与电流检测值一致的方式，控制向所述永磁铁同步电机供给的电流，其中，该电流指令值根据针对永磁铁同步电机的转矩指令值求出，该电流检测值针对经由功率变换器向所述永磁铁同步电机供给的电流，所述控制部以使从所述功率变换器的功率信息求出的转矩推定值，与从上位控制装置所付与的第一转矩指令值一致的方式运算第二转矩指令值，并依照该第二转矩指令值来进行转矩控制。
[0025]通过所述构成，将电机常数的设定误差也包含在内地进行补偿而能够进行高精度的转矩控制。
[0026](17)在上述(16)中，优选为，所述作业机械为轮式装载机，该轮式装载机中，作为所述永磁铁同步电机而具有驱动车轮的行驶驱动用电机、和辅助发动机的辅助电机，控制所述行驶驱动用电机的电机控制装置具有上述(10)所述的控制部，控制所述辅助电机的电机控制装置具有上述(11)所述的控制部。
[0027](18)在上述(16)中，优选为，所述作业机械为轮式装载机，该轮式装载机中，作为所述永磁铁同步电机而具有驱动车轮的行驶驱动用电机、和辅助发动机的辅助电机，控制所述行驶驱动用电机的电机控制装置、以及控制所述辅助电机的电机控制装置具有上述
(10)所述的控制部。
[0028](19)在上述(16)中，优选为，所述作业机械为液压挖掘机，该液压挖掘机中，作为所述永磁铁同步电机而具有使上部旋转体相对于下部行驶体旋转的旋转电机、和辅助发动机的辅助电机，控制所述旋转电机的电机控制装置具有上述(10)所述的控制部，控制所述辅助电机的电机控制装置具有上述(11)所述的控制部。
[0029](20)在上述(16)中，优选为，所述作业机械为液压挖掘机，该液压挖掘机中，作为所述永磁铁同步电机而具有使上部旋转体相对于下部行驶体旋转的旋转电机、和辅助发动机的辅助电机，控制所述旋转电机的电机控制装置、以及控制所述辅助电机的电机控制装置具有上述(10)所述的控制部。
[0030]发明的效果
[0031]根据本发明，将电机常数的设定误差也包含在内地进行补偿，而能够进行高精度的转矩控制。
【专利附图】
【附图说明】
[0032]图1说明使用了本发明的第一实施方式的电机控制装置的电机驱动系统的构成。
[0033]图2A是在使用了现有的电机控制装置的电机驱动系统中，表示使转矩指令阶跃变化到100%的情况下的输出转矩的图。
[0034]图2B是在使用了现有的电机控制装置的电机驱动系统中，表示交流的电机电流的图。
[0035]图2C是在使用了现有的电机控制装置的电机驱动系统中，表示相位误差的关系的图。
[0036]图3是在本发明的第一实施方式的电机控制装置中使用的转矩推定运算部的动作说明图。
[0037]图4是在本发明的第一实施方式的电机控制装置中使用的相位误差指令运算部的动作说明图。
[0038]图5A是在使用了本发明的第一实施方式的电机控制装置的电机驱动系统中，表示使转矩指令阶跃变化到100%的情况下的输出转矩的图。
[0039]图5B是在使用了本发明的第一实施方式的电机控制装置的电机驱动系统中，表示电机电流的图。
[0040]图5C是在使用了本发明的第一实施方式的电机控制装置的电机驱动系统中，表示相位误差的关系的图。
[0041]图6是在本发明的第一实施方式的电机控制装置中使用的转矩推定运算部的其他构成的说明图。[0042]图7说明使用了本发明的第二实施方式的电机控制装置的电机驱动系统的构成。
[0043]图8是在本发明的第二实施方式的电机控制装置中使用的转矩推定运算部的动作说明图。
[0044]图9说明使用了本发明的第三实施方式的电机控制装置的电机驱动系统的构成。
[0045]图10是在本发明的第三实施方式的电机控制装置中使用的q轴电感修正运算部的动作说明图。
[0046]图11是在本发明的第三实施方式的电机控制装置中使用的相位误差推定运算部的动作说明图。
[0047]图12是适用本发明的各实施方式的电机控制装置的作业车辆的构成图。
[0048]图13是适用本发明的各实施方式的电机控制装置的作业车辆的构成图。
[0049]图14说明使用了本发明的第四实施方式的电机控制装置的电机驱动系统的构成。
[0050]图15A是在电机常数的设定值中没有误差的情况下，表示使转矩指令阶跃变化到100%的情况下的输出转矩的图。
[0051]图15B是在电机常数的设定值中没有误差的情况下，表示交流的电机电流的图。
[0052]图16A是在电机常数的设定值中具有误差的情况下，表示使转矩指令阶跃变化到100%的情况下的输出转矩的图。
[0053]图16B是在电机常数的设定值中具有误差的情况下，表示交流的电机电流的图。
[0054]图17A是在电机常数的设定值中没有误差的情况下，表示使转矩指令阶跃变化到100%的情况下的输出转矩的图。
[0055]图17B是在电机常数的设定值中没有误差的情况下，表示交流的电机电流的图。
[0056]图18A是在电机常数的设定值中具有误差的情况下，表示使转矩指令阶跃变化到100%的情况下的输出转矩的图。
[0057]图18B是在电机常数的设定值中具有误差的情况下，表示交流的电机电流的图。
[0058]图19是在本发明的第四实施方式的电机控制装置中使用的转矩推定运算部的动作说明图。
[0059]图20是在本发明的第四实施方式的电机控制装置中使用的转矩修正运算部的动作说明图。
[0060]图21是使用了本发明的第四实施方式的电机控制装置的电机驱动系统中的输出转矩的变动的说明图。
[0061]图22是使用了本发明的第四实施方式的电机控制装置的电机驱动系统中的输出转矩的变动的说明图。
[0062]图23是在本发明的第四实施方式的电机控制装置中使用的转矩推定运算部的其他构成的说明图。
[0063]图24说明使用了本发明的第五实施方式的电机控制装置的电机驱动系统的构成。
[0064]图25是在本发明的第五实施方式的电机控制装置中使用的转矩推定运算部的动作说明图。
[0065]图26说明使用了本发明的第六实施方式的电机控制装置的电机驱动系统的构成。
[0066]图27是本发明的第六实施方式的电机控制装置的动作说明图。
[0067]图28是适用本发明的各实施方式的电机控制装置的作业机械的构成图。
【具体实施方式】
[0068]下面，使用图1~图6来说明本发明的第一实施方式的电机控制装置的构成以及动作。
[0069]首先，使用图1来说明使用了本实施方式的电机控制装置的电机驱动系统的构成。
[0070]图1说明使用了本发明的第一实施方式的电机控制装置的电机驱动系统的构成。
[0071]本实施方式的电机驱动系统由电机控制装置100、功率变换器INV、永磁铁同步电机(PM电机；交流电机)Μ0Τ、和转矩指令设定部TS构成。
[0072]永磁铁同步电机(PM电机；交流电机)MOT由具有永磁铁以及励磁线圈的转子、和具有电枢线圈的定子构成。永磁铁同步电机MOT输出将基于永磁铁的磁通所产生的转矩成分、和基于电枢线圈的电感所产生的转矩成分合成的转矩。使用图12而后述那样地，永磁铁同步电机MOT为使用在作业车辆中的电机。本实施方式的电机控制装置100用于控制上述电机Μ0Τ。
[0073]功率变换器INV基于3相交流的电压指令值Vu'V/、Vw%将从直流电源B供给的直流电压变换为3相交流电压并向永磁铁同步电机MOT供给，而使永磁铁同步电机MOT的输出转矩可变。
[0074]电流检测器SI检测永磁铁同步电机MOT的3相的交流电流Iu、Iv, Iw。
[0075]转矩指令设定部TS相对于电机控制装置100而输出永磁铁同步电机MOT所输出的转矩的指令值、即转矩指令值τ*。转矩指令值^是包含“零”在内的“正负极性”的值。转矩指令设定值TS设置于相对于电机控制装置100为上位的控制装置的内部。
[0076]电机控制装置100具有坐标变换部110、相位误差推定运算部115、转矩推定运算部120、相位误差指令运算部125、速度推定运算部130、相位运算部135、d轴电流指令设定部140、电流指令变换运算部145、d轴电流控制运算部150、q轴电流控制运算部155、电压矢量运算部160、坐标变换部165、和差运算部0卩1、0卩2、0卩3、0卩4。
[0077]坐标变换部110根据向永磁铁同步电机MOT供给的3相的交流电流Iu、Iv、Iw的基于电流检测器SI而得到的检测值、即电流检测值Iuc、Ivc, Iwc、和由相位运算部135推定的旋转相位的推定值Θ dc,而输出d轴以及q轴的电流检测值Idc、Iqc。
[0078]相位误差推定运算部115基于电压矢量运算部160输出的电压指令值Vdc'Vqc'由速度推定运算部130推定的速度推定值ω~、坐标变换部110输出的电流检测值Idc、Iqc、预先设定的永磁铁同步电机MOT的电常数(R、Ld、Lq、Ke)，并通过旋转相位的推定值0dc和永磁铁同步电机MOT的旋转相位值0d之间的偏差、即相位误差Λ Θ (=(Θ dc-Θ d))的推定运算,而输出相位误差推定值Λ Θ c。在此，电常数(R、Ld、Lq、Ke)作为设定值而保持在相位误差推定运算部115的内部。将由本实施方式的电机控制装置100驱动控制的永磁铁同步电机MOT的 设计值，作为电常数(R、Ld、Lq、Ke )的值来设定保持。此外，虽然具有实际使用的各个永磁铁同步电机MOT的电常数(R、Ld、Lq、Ke)的值，与永磁铁同步电机MOT的电常数(R、Ld、Lq、Ke)的设计值不同的情况，但是两者的误差、以及根据各个永磁铁同步电机MOT的电常数(R、Ld、Lq、Ke )随时间变化而产生的与设定值之间的误差，通过使用以下说明的转矩推定运算部120以及相位误差指令运算部125来进行补偿。
[0079]转矩推定运算部120使用电压矢量运算部160输出的电压指令值Vdc'Vqc'由速度推定运算部130推定的速度推定值ω ~、和坐标变换部110输出的电流检测值Idc、Iqc,来进行输出转矩的推定运算，并输出转矩推定值τ~。
[0080]差运算部DFl计算转矩指令设定部TS输出的转矩指令值τ '与转矩推定运算部120算出的转矩推定值τ ~之间的偏差(τ*-τ ~)。相位误差指令运算部125对差运算部DFl输出的偏差(进行比例、积分运算，并将该输出值作为相位误差的指令值Λ θ?来输出。
[0081]差运算部DF2运算并输出相位误差推定运算部115输出的相位误差Λ Θ、与相位误差指令运算部125输出的相位误差的指令值Λ Θ c*之差(Λ θ 0*-Δ Θ )。
[0082]速度推定运算部130以使差运算部DF2输出的差(Λ Θ c*-Δ Θ )成为零的方式，即，以使相位误差指令运算部125输出的相位误差的推定值Λ Θ c，与相位误差指令运算部125输出的相位误差的指令值Λ Θ c*—致的方式,输出速度推定值ω~。
[0083]此外，在此，所谓的“使相位误差的推定值Λ Θ c与相位误差的指令值Λ 0c*-致”，并不仅仅指相位误差的指令值Λ 和相位误差的推定值Λ θ c严密地一致的情况，而且也包括相位误差的推定值Λ 9C相对于相位误差的指令值Λ 而处于某允许范围内的情况。
[0084]相位运算部135将速度推定运算部130算出的速度推定值ω ~积分，并将所得的旋转相位的推定值Θ dc向坐标·变换部110、165输出。
[0085]d轴电流指令设定部140输出为“零”或“负极性”的值的、d轴的电流指令值Id'
[0086]电流指令变换运算部145使用来自转矩指令设定部TS的转矩指令值τ ' d轴电流指令设定部140输出的d轴的电流指令值Id'和永磁铁同步电机MOT的电常数(Ld、Lq、Ke)，来计算q轴的电流指令值Iq'在此，电常数(Ld、Lq、Ke)作为设定值而保持在电流指令变换运算部145的内部。将由本实施方式的电机控制装置100驱动控制的永磁铁同步电机MOT的设计值，作为电常数(Ld、Lq、Ke)的值来设定保持。
[0087]差运算部DF3计算d轴电流指令设定部140输出的第一 d轴电流指令值Id'与坐标变换部110输出的电流检测值Idc之间的偏差(Icf-1dc)。
[0088]d轴电流控制运算部150根据差运算部DF3算出的偏差(IcT-1dc)，来输出第二 d轴电流指令值Id'
[0089]差运算部DF4计算电流指令变换运算部145输出的第一 q轴电流指令值Iq'和坐标变换部110输出的电流检测值Iqc之间的偏差(Iq1-1qc )。
[0090]q轴电流控制运算部155根据差运算部DF4算出的偏差(Iq*-1qc)，来输出第二 q轴电流指令值Iq'
[0091]电压矢量运算部160基于d轴电流控制运算部150输出的第二 d轴电流指令值ld' q轴电流控制运算部155输出的第二 q轴电流指令部Iq'速度推定值ω ~、和预先设定的永磁铁同步电机MOT的电常数(R、Ld、Lq、Ke)，而分别输出d轴以及q轴的电压指令值Vdc*, Vqc*。[0092]坐标变换部165根据电压矢量运算部160输出的电压指令值Vdc'Vqc'和相位运算部135推定的旋转相位的推定值Θ dc，而分别输出3相交流的电压指令值Vu'V/、Vw'
[0093]也就是说，在本实施方式中，控制向电机供给的电流，以使相对于电机的从转矩指令值τ*求出的q轴电流指令值Iq*以及所设定的d轴电流指令值IcT，与相对于经由功率变换器向电机供给的电流Iu、Iv、Iw的d轴以及q轴电流检测值Idc、Iqc 一致。此外，在此，所谓的“d轴以及q轴电流指令值ld' Iq*与d轴以及q轴电流检测值Idc、Iqc 一致”，不仅仅指d轴以及q轴电流检测值Idc、Iqc与d轴以及q轴电流指令值ld' Iq*严密地一致的情况，而且还包括d轴以及q轴电流指令值ld' Iq*相对于d轴以及q轴电流检测值Idc、Iqc处于某允许范围内的情况。通过以上的反馈控制，以使电机的转矩与转矩指令值一致的方式控制向电机供给的电流。但是，若在电机常数中具有误差，则实际上从电机输出的转矩值与转矩指令值会具有差异。
[0094]下面，说明本实施方式的电机控制装置100的动作，但首先说明没有使用作为本实施方式的特征的“转矩推定运算部120”以及“相位误差指令运算部125”的情况下的、无位置传感器控制方式的基本动作。
[0095]永磁铁同步电机MOT的输出转矩τ能够由以下的数式(I)表示。
[0096]〔数式1〕
[0097]
【权利要求】
1.一种电机控制装置，具有控制部，该控制部以使电流指令值与电流检测值一致的方式控制向所述电机供给的电流，其中，该电流指令值根据针对电机的转矩指令值求出，该电流检测值针对经由功率变换器向所述电机供给的电流，所述电机控制装置的特征在于， 所述控制部推定所述电机输出的转矩，并以使所推定的所述电机的转矩推定值与所述转矩指令值一致的方式控制向所述电机供给的电流。
2.根据权利要求1所述的电机控制装置，其特征在于，所述控制部具有: 转矩推定运算部，推定所述电机输出的转矩； 电压矢量运算部，基于d轴以及q轴电流指令值、d轴以及q轴电流检测值、速度推定值、和电机常数的设定值，来计算d轴以及q轴电压指令值； 相位误差推定运算部，基于该电压矢量运算部输出的d轴以及q轴电压指令值、所述速度推定值、所述d轴以及q轴电流检测值、和所述电机常数的设定值，来输出作为所述电机的旋转相位的推定值与所述电机的旋转相位值之间的偏差的相位误差的推定值、即相位误差推定值； 相位误差指令运算部，根据所述转矩推定运算部推定的所述转矩推定值与所述转矩指令值之间的偏差，来计算相位误差的指令值；和 速度推定运算部，以使所述相位误差推定运算部输出的相位误差推定值，与所述相位误差指令运算部输出的相位误差的指令值一致的方式，输出所述速度推定值。
3.根据权利要求2所述的电机控制装置，其特征在于，所述转矩推定运算部从第一功率信号减去第二功率信号得出减法值，并对使该减法值除以所述速度推定值所得的结果乘以常数来进行计算，其中， 所述第一功率信号为，将所述d轴电`压指令值与所述d轴电流检测值之间的乘法值、和所述q轴电压指令值与所述q轴电流检测值之间的乘法值相加而得到， 所述第二功率信号为，对将d轴以及q轴电流检测值分别乘方后相加所得的值乘以所述电机的电阻值而得到。
4.根据权利要求3所述的电机控制装置，其特征在于，所述相位误差推定运算部对所述转矩推定运算部推定的所述转矩推定值与所述转矩指令值之间的偏差，乘以积分增益并进行积分运算，而计算所述相位误差的指令值。
5.根据权利要求2所述的电机控制装置，其特征在于，所述转矩推定运算部从第一功率信号减去第二功率信号得出减法值，并对使该减法值除以所述速度推定值所得的结果乘以常数来进行计算，其中， 所述第一功率信号为，将针对所述功率变换器的3相的电压指令值和3相的电流检测值，按3相的每一相分别地相乘，并将这些乘法值相加而得到， 所述第二功率信号为，对将所述3相的电流检测值按每一相乘方后相加所得的值乘以所述电机的电阻值而得到。
6.根据权利要求2所述的电机控制装置，其特征在于，所述转矩推定运算部从第一功率信号减去第二功率信号得出减法值，并对使该减法值除以所述速度推定值所得的结果乘以常数来进行计算，其中， 所述第一功率信号为，对将所述功率变换器的直流电压与直流电流相乘所得的结果乘以常数而得到，所述第二功率信号为，对将所述d轴以及q轴电流检测值分别乘方后相加所得的值乘以所述电机的电阻值而得到。
7.根据权利要求1所述的电机控制装置，其特征在于，所述控制部具有: 转矩推定运算部，推定所述电机输出的转矩； 电压矢量运算部，基于d轴以及q轴电流指令值、d轴以及q轴电流检测值、速度推定值、和电机常数的设定值，来计算d轴以及q轴电压指令值； q轴电感修正运算部，根据所述转矩推定运算部推定的所述转矩推定值和所述转矩指令值之间的偏差，计算q轴电感的修正值； 相位误差推定运算部，基于所述电压矢量运算部输出的d轴以及q轴电压指令值、所述速度推定值、所述d轴以及q轴电流检测值、所述电机常数的设定值、和所述q轴电感的修正值，来输出作为所述电机的旋转相位的推定值与所述电机的旋转相位值之间的偏差的相位误差的推定值、即相位误差推定值；和 速度推定运算部，以使所述相位误差指令运算部输出的相位误差的指令值为零的方式，输出所述速度推定值。
8.根据权利要求7所述的电机控制装置，其特征在于，所述q轴电感修正运算部对所述转矩推定运算部推定的所述转矩推定值与所述转矩指令值之间的偏差，乘以积分增益并进行积分运算，而计算所述q轴电感修正值。
9.一种电机控制装置，进行永磁铁同步电机的转矩控制，所述电机控制装置具有控制部，该控制部以使电流指令值与电流检测值一致的方式，控制向所述永磁铁同步电机供给的电流，其中，该电流指令·值根据针对永磁铁同步电机的转矩指令值求出，该电流检测值针对经由功率变换器向所述永磁铁同步电机供给的电流， 所述电机控制装置的特征在于， 所述控制部以使根据所述功率变换器的功率信息求出的转矩推定值，与从上位控制装置所付与的第一转矩指令值一致的方式运算第二转矩指令值， 依照该第二转矩指令值来进行转矩控制。
10.根据权利要求9所述的电机控制装置，其特征在于， 具有检测所述永磁铁同步电机的磁极位置的位置检测器， 所述控制部依照根据由该位置检测器检测到的磁极位置所计算出的速度检测值、根据所述第二转矩指令值求出的d轴以及q轴的电流指令值、电流检测值、和电机常数的设定值，来进行d轴以及q轴的电压指令值的运算，并控制所述功率变换器的输出电压。
11.根据权利要求9所述的电机控制装置，其特征在于，所述控制部依照根据所述第二转矩指令值求出的d轴以及q轴的电流指令值、电流检测值、速度推定值、和电机常数的设定值，来进行d轴以及q轴的电压指令值的运算，并控制功率变换器的输出电压， 以使将所述速度推定值积分而求出的旋转相位推定值与所述永磁铁同步电机的旋转相位值之间的偏差即相位误差与相位误差的指令值一致的方式，运算所述速度推定值。
12.根据权利要求10所述的电机控制装置，其特征在于，所述控制部具有计算所述转矩推定值的转矩推定值运算部， 该转矩推定值运算部从第一功率信号减去第二功率信号得出减法值，并对使该减法值除以速度推定值所得的结果乘以常数来计算所述转矩推定值，其中，所述第一功率信号为，将d轴的电压指令值与电流检测值之间的乘法值、和q轴的电压指令值与电流检测值之间的乘法值相加而得到， 所述第二功率信号为，对将d轴以及q轴的电流检测值分别乘方后相加所得的值乘以所述永磁铁同步电机的电阻值而得到。
13.根据权利要求10所述的电机控制装置，其特征在于，所述控制部具有计算所述转矩推定值的转矩推定值运算部， 该转矩推定值运算部从第一功率信号减去第二功率信号得出减法值，并对使该减法值除以速度推定值所得的结果乘以常数来计算所述转矩推定值，其中， 所述第一功率信号为，对将所述功率变换器的直流电压与直流电流相乘所得的结果乘以常数而得到， 所述第二功率信号为，对将3相的电流检测值按每一相乘方后相加所得的值乘以电机的电阻值而得到。
14.根据权利要求10所述的电机控制装置，其特征在于，所述控制部具有计算所述转矩推定值的转矩推定值运算部， 该转矩推定值运算部从第一功率信号减去第二功率信号得出减法值，并对使该减法值除以速度推定值所得的结果乘以常数来计算所述转矩推定值，其中， 所述第一功率信号为，对将所述功率变换器的直流电压与直流电流相乘所得的结果乘以常数而得到， 所述第二功率信号为，对将d轴以及q轴的电流检测值分别乘方后相加所得的值乘以所述永磁铁同步电机的电阻值而得到。`
15.根据权利要求9所述的电机控制装置，其特征在于，从所述上位控制装置所付与的所述第一转矩指令值与转矩输出值之间的偏差，与永磁铁同步电机的电流值的乘方呈正t匕，并与电机速度呈反比。
16.—种作业机械，具有: 永磁铁同步电机； 功率变换器，将直流变换为3相交流并向所述永磁铁同步电机供给，而使所述永磁铁同步电机的输出转矩可变；和控制部，该控制部以使电流指令值与电流检测值一致的方式，控制向所述永磁铁同步电机供给的电流，其中，该电流指令值根据针对永磁铁同步电机的转矩指令值求出，该电流检测值针对经由功率变换器向所述永磁铁同步电机供给的电流，该作业机械的特征在于，所述控制部以使根据所述功率变换器的功率信息求出的转矩推定值，与从上位控制装置所付与的第一转矩指令值一致的方式运算第二转矩指令值， 依照该第二转矩指令值来进行转矩控制。
17.根据权利要求16所述的作业机械，其特征在于，所述作业机械为轮式装载机， 该轮式装载机中，作为所述永磁铁同步电机而具有驱动车轮的行驶驱动用电机、和辅助发动机的辅助电机， 控制所述行驶驱动用电机的电机控制装置具有权利要求10所述的控制部， 控制所述辅助电机的电机控制装置具有权利要求11所述的控制部。
18.根据权利要求16所述的作业机械，其特征在于，所述作业机械为轮式装载机，该轮式装载机中，作为所述永磁铁同步电机而具有驱动车轮的行驶驱动用电机、和辅助发动机的辅助电机， 控制所述行驶驱动用电机的电机控制装置、以及控制所述辅助电机的电机控制装置具有权利要求10所述的控制部。
19.根据权利要求16所述的作业机械，其特征在于，所述作业机械为液压挖掘机， 该液压挖掘机中，作为所述永磁铁同步电机而具有使上部旋转体相对于下部行驶体旋转的旋转电机、和辅助发动机的辅助电机， 控制所述旋转电机的电机控制装置具有权利要求10所述的控制部， 控制所述辅助电机的电机控制装置具有权利要求11所述的控制部。
20.根据权利要求16所述的作业机械，其特征在于，所述作业机械为液压挖掘机， 该液压挖掘机中，作为所述永磁铁同步电机而具有使上部旋转体相对于下部行驶体旋转的旋转电机、和辅助发动机的辅助电机， 控制所述旋转电机的电机控制装置、以及控制所述辅助电机的电机控制装置具有权利要求10所述的控制部。·
【文档编号】H02P27/04GK103858332SQ201280040016
【公开日】2014年6月11日 申请日期:2012年8月10日 优先权日:2011年8月18日
【发明者】户张和明, 关根和也 申请人:日立建机株式会社