马达控制装置制造方法
【专利摘要】提供能够适当地抑制交流马达的脉动转矩的马达控制装置。马达控制装置（3）具备：计算交流马达（5）的dc轴电流及qc轴电流的电流再现处理部（301）及3相/2轴变换器（302）；计算与向逆变器（1）的电压指令相对应的dc轴电压指令及qc轴电压指令的电压指令计算器（305）；修正交流马达（5）的dc轴电流、qc轴电流、dc轴电压指令以及qc轴电压指令中的至少一个的相位值和/或振幅值的带有修正功能的信号再现处理部（303，304）；推测交流马达（5）的实轴和控制轴之间的轴误差的轴误差推测器（305），以及计算修正电流指令以消除轴误差，并抑制交流马达（5）的脉动转矩的脉动转矩抑制控制器（306）。
【专利说明】马达控制装置
【技术领域】
[0001] 本发明涉及使用无位置传感器控制交流马达的驱动的马达控制装置。
【背景技术】
[0002] 使用逆变器的电流检测值等推测交流马达的转子位置，进一步根据推测出的所述 位置控制交流马达的驱动的无位置传感器控制为众所周知。由无位置传感器控制驱动的交 流马达耐环境性优良，特别是在驱动压缩机时有用。
[0003] 但是，在控制交流马达并驱动压缩机时，交流马达的负荷转矩与压缩冲程同步地 脉动。因此，需要进行使电流流动以消除负荷转矩的脉动、并抑制交流马达的速度变动的脉 动转矩抑制控制。
[0004] 例如，在专利文献1中记载有根据通过控制装置内的运算而求出的轴误差来检测 与转子位置同步地产生的负荷转矩的脉动分量的同步电动机的控制装置。所述的控制装置 通过积分控制求出修正脉动分量的脉动转矩抑制电流，通过将其加到平均转矩电流指令值 上来抑制转子的速度变动。
[0005] 另外，在专利文献2中记载有如下的同步电动机的控制装置：根据扩展感应电压 的概念，使用交流马达的电阻值/电感值、通过控制运算求出的电压指令值/频率指令值、 以及电流检测值来推测轴误差。另外，关于所述的扩展感应电压将在本发明中加以说明。
[0006] 另外，在专利文献2中记载有使用包含电流值的微分项的公式高精度地计算轴误 差的情况和使用省略了电流值的微分项的公式计算轴误差的情况。
[0007] 专利文献1:日本特开2005-198402号公报
[0008] 专利文献2:日本特开2001-251889号公报
【发明内容】
[0009] 但是，在进行无位置传感器控制时，所述的轴误差本身也包含误差。在专利文献1 记载的发明中，有可能受该误差的影响而施加过剩修正，不能充分降低交流马达的振动和 噪音。
[0010] 另外，即使在使用所述的扩展感应电压概念的专利文献2所记载的发明中也存在 以下的问题。
[0011] 即，由于在脉动转矩抑制控制中有意识地使马达电流发生变化，所以电感L的微 分值（L微分值)也模拟地经常变化，但是难以正确地计算该L微分值(包含微分项的数式中 的问题)。
[0012] 另外，在省略了 L微分值时，受该省略的影响而在轴误差的计算结果产生误差，可 能会降低脉动转矩抑制控制的效果(省略了微分项的数式中的问题)。
[0013] 因此，本发明的课题是提供能够适当地抑制交流马达的脉动转矩的马达控制装 置。
[0014] 为了解决所述问题，本发明涉及的马达控制装置的特征在于，具备：电流计算单 元，根据由电流检测单元检测的交流马达的电流值计算所述交流马达的dc轴电流及qc轴 电流；电压指令计算单元，计算与向驱动所述交流马达的逆变器的电压指令相对应的dc轴 电压指令及qc轴电压指令；轴误差推测单元，根据扩展感应电压的概念推测所述交流马达 的实轴和控制轴的轴误差；脉动转矩抑制控制单元，以消除由所述轴误差推测单元推测的 所述轴误差的方式，计算修正电流指令，抑制所述交流马达的脉动转矩；以及修正处理单 元，修正所述交流马达的dc轴电流、qc轴电流、dc轴电压指令以及qc轴电压指令中的至少 一个的相位值和/或振幅值，其中，所述轴误差推测单元根据包含由所述修正处理单元修 正了的所述至少一个的dc轴电流、qc轴电流、dc轴电压指令以及qc轴电压指令，推测所述 轴误差。
[0015] 另外，关于上述内容，将在用于实施发明的实施方式中加以详细说明。
[0016] 根据本发明，能够提供适当地抑制交流马达的脉动转矩的马达控制装置。
【专利附图】
【附图说明】
[0017] 图1是包含本发明的一实施方式涉及的马达控制装置的结构图。
[0018] 图2是关于dc轴电压指令的带有修正功能的信号再现处理部的结构图。
[0019] 图3是表示从电压指令计算器输出的dc轴电压指令Vdc'和从带有修正功能的信 号再现处理部输出的dc轴修正电压指令Vdc #f的波形图。
[0020] 图4是关于dc轴电流的带有修正功能的信号再现处理部的结构图。
[0021] (符号说明）
[0022] S:马达控制系统；1:逆变器；2:电流传感器（电流检测单元）；3:马达控制装 置；301:电流再现处理部（电流计算单元）;302:3相/2轴变换器（电流计算单元）;303, 304: 带有修正功能的信号再现处理部(修正处理单元、机械角相位值计算单元）；305:轴误差推 测器(轴误差推测单元）；306:脉动转矩抑制控制器(脉动转矩抑制控制单元）；310:积分器 (机械角相位值计算单元）；315:电压指令计算器（电压指令计算单元）；316:角频率指令发 生器(角频率指令生成单元）；317:2轴/3相变换器；318:PWM信号发生器；5:交流马达。
【具体实施方式】
[0023] 参考恰当的附图对用于实施本发明的实施方式（以下，称为实施方式）进行详细说 明。
[0024] 《实施方式》
[0025] 〈马达控制装置的结构〉
[0026] 图1是包含本实施方式涉及的马达控制装置的结构图。图1所示的马达控制系统 S是通过控制逆变器1的输出电压而使交流马达5的转子(未图示）旋转，而驱动压缩机6 (例如旋转式压缩机）的系统。马达控制系统S具备逆变器1、电流传感器2以及马达控制 装置3。
[0027] 逆变器1是将从直流电源4输入的直流电压V0变换为三相交流电压并输出到交 流马达5的电力变换器。该直流电源4通过整流电路42及平滑电容器43将从交流电源41 输入的交流电力变换为直流电力。
[0028] 逆变器1具有多个开关元件(未图示)，按照从PWM信号发生器318输入的PWM信 号切换开关元件的ON/OFF，将直流电压VO变换为三相交流电压。这样，通过施加三相交 流电压而在交流马达5中产生旋转磁场，使所述的转子(未图示）旋转。另外，作为交流 马达5能够使用例如具有凸极性的永久磁铁同步马达（Permanent Magnet Synchronous Motor:PMSM)〇
[0029] 电流传感器2 (电流检测单元）与逆变器1的母线P串联连接，检测流过母线P的 电流值1st，并输出到马达控制装置3。
[0030] 马达控制装置3是根据由电流传感器2检测出的电流值1st等生成PWM信号、并 将该PWM信号输出到逆变器1的装置。马达控制装置，例如是微型计算机（Microcomputer: 未图示)，读出存储在ROM (Read Only Memory:只读存储器）中的程序并在RAM (Random Access Memory:随机访问存储器）中展开，CPU (Central Processing Unit)执行各种处 理。
[0031] 在下面的记载中，所谓d轴是与交流马达5的磁通量方向相对应的轴。q轴是与 d轴正交的轴。在进行无位置传感器控制的情况下，在作为所推测的d轴的dc轴及作为所 推测的q轴qc轴上进行电流控制。另外，将d轴及q轴记为"实轴"，将dc轴及qc轴记为 "控制轴"。
[0032] 马达控制装置3主要具备：电流再现处理部301 ;3相/2轴变换器302 ;带有修正 功能的信号再现处理部303、304 ;轴误差推测器305 ;脉动转矩抑制控制器306 ;电压指令 计算器315 ;2轴/3相变换器317 ;以及PWM信号发生器318。
[0033] 电流再现处理部301 (电流计算单元)使用所述的电流值1st再现流过交流马达5 的3相交流电流Iuc，Ivc，Iwc，并输出到3相/2轴变换器302。
[0034] 3相/2轴变换器302 (电流计算单元)根据所再现出的3相交流电流Iuc，Ivc，Iwc 和从积分器310输入的相位推测值Θ dc计算控制系统的dc轴电流Idc及qc轴电流Iqc。 3相/2轴变换器302将算出的dc轴电流Idc输出到带有修正功能的信号再现处理部304， 将qc轴电流Iqc输出到轴误差推测器305中。
[0035] 带有修正功能的信号再现处理部303 (修正处理单元)修正从电压指令计算器315 输入的关于dc轴电压指令Vdf的相位值及振幅值，将dc轴修正电压指令Vdc #f再现为模 拟信号。
[0036] 带有修正功能的信号再现处理部304 (修正处理单元）对从3相/2轴变换器302 输入的dc轴电流Idc修正相位值及振幅值，将dc轴修正电流Idcf再现为模拟信号。
[0037] 关于dc轴电压指令Vdf及dc轴电流Idc的相位修正处理后述。
[0038] 带有修正功能的信号再现处理部303,304分别将再现了的dc轴修正电压指令 Vdc*f及dc轴修正电流Idcf输出到轴误差推测器305。
[0039] 另外，在图1中虽然从中途将dc轴修正电压指令Vdc#f的信号线和qc轴电压指 令Vqf的信号线记载为同一信号线，但实际上是分别作为独立的信号被输出到轴误差推测 器305的（Idcf，Iqc也相同）。
[0040] 轴误差推测器305 (轴误差推测单元)根据dc轴修正电压指令Vdc#f、qc轴电压指 令Vqc' dc轴修正电流Idcf、qc轴电流Iqc和电气角频率ω lc来推测交流马达5的实轴 和控制轴间的轴误差△ 9 c。另外，该推测处理详见后述。轴误差推测器305将推测出的轴 误差Λ Θ c输出到脉动转矩抑制控制器306及符号反转器307。
[0041] 脉动转矩抑制控制器306 (脉动转矩抑制控制单元）根据从轴误差推测器305输 入的轴误差Λ 0C而计算脉动转矩抑制电流IqSIN%并输出到加法器313中。通过加法器 313将脉动转矩抑制电流IqSIN*t加到q轴电流指令Iqb上，以消除交流马达5的负荷转矩 的变动（即，脉动转矩)。
[0042] 符号反转器307使从轴误差推测器305输入的轴误差Λ Θ c的符号反转（g卩，从轴 误差指令值零减去轴误差Λ Θ c)，并输出到PLL电路308。
[0043] PLL (Phase Locked Loop :锁相环）电路308使用从符号反转器307输入的值（一 Δ 0c)实施PI (Proportional Integral :比例积分）控制,计算交流马达5的角频率修正 值Λ ω?并输出到加法器309。
[0044] 加法器309将从角频率指令计算器314输入的电气角频率指令ω 1*和从PLL电 路308输入的角频率修正值Λ ω 1相加，作为电气角频率ω lc而输出到积分器310。
[0045] 积分器310对从加法器309输入的电气角频率ω lc进行积分而计算相位推测值 Θ dc,并输出到3相/2轴变换器302及2轴/3相变换器317。
[0046] d轴电流指令发生器311按照预先设定的程序计算与平均转矩相对应的d轴电流 指令IcT，并输出到电压指令计算器315。
[0047] q轴电流指令发生器312根据从3相/2轴变换器302输入的qc轴电流Iqc计算 与平均转矩相对应的q轴电流指令Iqb，并输出到加法器313。
[0048] 加法器313将从脉动转矩抑制控制器306输入的脉动转矩抑制电流IqSIN*加到 所述q轴电流指令Iqb上，从而计算新的q轴电流指令Iq%并输出到电压指令计算器315。
[0049] 角频率指令计算器314对从角频率指令发生器316 (角频率指令生成单元）输入 的角频率指令ωΖ乘以极对数（P/2)，并作为电气角频率指令ω?*而输出到加法器309及 电压指令计算器315。
[0050] 电压指令计算器315 (电压指令计算单元)根据所述的d轴电流指令Id'q轴电流 指令Iq*以及电气角频率指令ω Γ计算dc轴电压指令Vdc*及qc轴电压指令Vqc*。另外， dc轴电压指令Vdc*及qc轴电压指令Vqc*对应于向驱动交流马达5的逆变器1的3相电 压指令 Vu% Vv*, Nw*。
[0051] 电压指令计算器315将算出的dc轴电压指令Vdc*及qc轴电压指令Vqc*输出到 2轴/3相变换器317。另外，电压指令计算器315将dc轴电压指令Vdc*输出到带有修正 功能的信号再现处理部303，将qc轴电压指令Vqc*输出到轴误差推测器305。
[0052] 2轴/3相变换器317根据从电压指令计算器315输入的dc轴电压指令Vdc*及qc 轴电压指令Vqc'从积分器310输入的相位推测值Θ dc来计算3相电压指令Vu% Vv% Vw% 并输出到PWM信号发生器318。
[0053] PWM (Pulse Width Modulation :脉冲宽度调制)信号发生器318对应于从2轴/3 相变换器317输入的3相电压指令Vu%V/，VW*而生成PWM信号，并输出到逆变器1的开关 元件。
[0054](关于轴误差Λ Θ c)
[0055] 交流马达5的负荷转矩与压缩工序同步而脉动。在这样的转矩脉动的影响下，通 过轴误差推测器305所推测的轴误差Λ 0C的大小与交流马达5的转子(未图示)的机械角 相对应地周期性地变动。
[0056] 图1所示的轴误差推测器305使用基于扩展感应电压的概念的计算公式(后述数 式1,2)针对每个规定时间计算轴误差Λ Θ c。
[0057] 在此，所谓"扩展感应电压"意味着将依存于转子的位置和电流值的凸极机特有的 项汇总为表示由永久磁铁磁通量、磁阻磁通量等感应出的电压的项。
[0058] 由于扩展感应电压被表示为以与转子同步的方式旋转的向量，所以能够根据扩展 感应电压的相位信息求出转子(未图示）的位置。
[0059] 例如，作为轴误差推测器305中的轴误差Λ 0C的运算，能够使用下列（数式1)。 另外，在(数式1)中，r为交流马达5的电阻值、s为微分运算符、Ld为d轴电感、Lq为q轴 电感、ω lc为交流马达5的电气角频率。另外，在(数式1)中用下标文字表示索引（dc，qc 等）（后述的(数式2)也一样)。关于(数式1)，由于能够使用与所述专利文献2相同的方法 推导出，所以省略详细的说明。
[0060]
【权利要求】
1. 一种马达控制装置，其特征在于，具备： 电流计算单元，根据由电流检测单元检测的交流马达的电流值计算所述交流马达的dc 轴电流及qc轴电流； 电压指令计算单元，计算与向驱动所述交流马达的逆变器的电压指令相对应的dc轴 电压指令及qc轴电压指令； 轴误差推测单元，根据扩展感应电压的概念推测所述交流马达的实轴和控制轴的轴误 差； 脉动转矩抑制控制单元，以消除由所述轴误差推测单元推测的所述轴误差的方式计算 修正电流指令，抑制所述交流马达的脉动转矩；以及 修正处理单元，修正所述交流马达的dc轴电流、qc轴电流、dc轴电压指令以及qc轴电 压指令中的至少一个的相位值和/或振幅值， 所述轴误差推测单元根据包含由所述修正处理单元修正了所述至少一个的dc轴电 流、qc轴电流、dc轴电压指令以及qc轴电压指令，推测所述轴误差。
2. 根据权利要求1所述的马达控制装置，其特征在于， 具备机械角相位值计算单元，该机械角相位值计算单元通过对所述交流马达的电气角 频率进行积分而计算相位推测值，使用该相位推测值而计算所述交流马达的转子的机械角 相位值， 所述修正处理单元通过将规定的修正相位值加到由所述机械角相位值计算单元计算 出的所述机械角相位值上来修正所述至少一个的相位值。
3. 根据权利要求1所述的马达控制装置，其特征在于： 所述修正处理单元通过对所述至少一个的振幅值乘以规定的比例增益来修正该至少 一个的振幅值。
4. 根据权利要求1至3中的任意一项所述的马达控制装置，其特征在于： 所述轴误差推测单元使用以下所示的数式2来推测所述轴误差，
(数式2) 其中，Vdc#为dc轴电压指令、Vqc"*为qc轴电压指令、Idc为dc轴电流、Iqc为qc轴电 流、r为交流马达的电阻值、Lq为q轴电感、cole:为交流马达的电气角频率。
【文档编号】H02P21/05GK104052360SQ201310368126
【公开日】2014年9月17日 申请日期:2013年8月22日 优先权日:2013年3月15日
【发明者】樋爪达也, 小仓洋寿, 吉田嘉雄, 铃木尚礼 申请人:日立空调·家用电器株式会社