交流电动机的控制装置制造方法
【专利摘要】交流电动机的控制装置。能够同时抑制恒定输出区域中的转矩响应性的降低和电压利用率的降低。实施方式的交流电动机的控制装置具有d轴去干扰控制器、恒定输出控制器和d轴电压指令校正器。恒定输出控制器根据q轴的电流指令与流过交流电动机的q轴的电流的偏差即q轴电流偏差的积分值，输出针对d轴电压指令的校正电压指令。d轴电压指令校正器从d轴去干扰控制器进行去干扰控制后的d轴电压指令中减去校正电压指令，由此对d轴电压指令进行校正。
【专利说明】交流电动机的控制装置
【技术领域】
[0001]公开的实施方式涉及交流电动机的控制装置。
【背景技术】
[0002]在交流电动机的控制装置中，一般通过如下控制来进行恒定输出区域中的驱动控制:将与交流电动机的磁通平行的轴即d轴的电流指令设定为负方向，减弱磁通。上述控制也被称作电压限制控制(例如参照专利文献I)。[0003]【专利文献I】日本特开2010-022165号公报
[0004]在以往的电压限制控制中，在输出电压超过设定阈值的情况下，d轴电流指令被校正为负方向，通过电流控制来对输出电压指令进行控制。将设定阈值设定得比输出电压的界限值低，由此，抑制输出电压的饱和(以下记载为电压饱和)引起的转矩响应性的降低，但使得最大输出电压低于界限值，因此电压利用率降低。另一方面，在要抑制电压利用率的降低时，由于电压饱和，转矩响应性降低。由此，在以往的电压限制控制中，电压饱和引起的转矩响应性的降低和电压利用率的降低成为折衷的关系。
【发明内容】
[0005]实施方式的一个形式是鉴于上述情况而完成的，其目的在于提供能够同时抑制恒定输出区域中的转矩响应性的降低和电压利用率的降低的交流电动机的控制装置。
[0006]实施方式的一个形式的交流电动机的控制装置具有d轴电压指令器、d轴去干扰控制器、电流偏差运算器、q轴积分控制器、q轴电压指令器、恒定输出控制器和d轴电压指令校正器。所述d轴电压指令器生成d轴电压指令，该d轴电压指令是将与交流电动机的磁通平行的轴作为d轴、与该d轴垂直的方向作为q轴的dq坐标系中的所述d轴的电压指令，所述d轴去干扰控制器从所述d轴电压指令中去除所述q轴的电流引起的干扰成分。所述电流偏差运算器运算出q轴电流偏差，所述q轴电流偏差是所述q轴的电流指令与流过所述交流电动机的所述q轴的电流的偏差。所述q轴积分控制器输入所述q轴电流偏差，输出所述q轴电流偏差的积分值。所述q轴电压指令器根据所述q轴电流偏差生成作为所述q轴的电压指令的q轴电压指令并输出。所述恒定输出控制器根据所述q轴积分控制器的输出而输出针对所述d轴电压指令的校正电压指令。所述d轴电压指令校正器通过从由所述d轴去干扰控制器去除干扰成分后的d轴电压指令中减去所述校正电压指令，对所述d轴电压指令进行校正。
[0007]根据实施方式的一个形式，可提供能够同时抑制恒定输出区域中的转矩响应性的降低和电压利用率的降低的交流电动机的控制装置。
【专利附图】
【附图说明】
[0008]图1是示出第I实施方式的交流电动机的控制装置的结构的图。
[0009]图2是包含图1所示的矢量控制部中的电流控制和去干扰控制的电流控制系统的框图。
[0010]图3是恒定输出状态下的电流控制系统的近似框图。
[0011]图4是示出图1所示的矢量控制部的具体结构的一例的图。
[0012]图5是示出图4所示的电流控制器的具体结构的一例的图。
[0013]图6是示出图4所示的去干扰控制器的具体结构的一例的图。
[0014]图7是示出图4所示的电压误差补偿器的具体结构的一例的图。
[0015]图8是示出图4所示的恒定输出控制器的具体结构的一例的图。
[0016]图9是示出第2实施方式的电动机控制装置的具体结构的一例的图。
[0017]图10是包含电流限制指令至输出电流的框图。
[0018]标号说明
[0019]1、1A:电动机控制装置；2:直流电源；3:三相交流电动机；4:位置检测器；10:电力转换部；11:电流检测部；12:矢量控制部；13:三相逆变电路；14:PWM信号生成部；21:三相/两相变换器；22:dq坐标变换器；23:电流限制器；24?26、30、32、72、86、88、103、113:减法器；27:电流控制器；27a:d轴电流控制器；27b:q轴电流控制器；28:速度运算器(微分器);29:去干扰控制器；31、38、96:加法器；33:电压误差补偿器；34:恒定输出控制器；35:振幅指令生成器；36:相位指令生成器;37、46、56、74、81、94、97、108、114、118:限幅器；41:d轴比例控制器；42:d轴积分控制器；43:d轴电压指令器;44、54、62、65、66、71、84,90?92、102、105、116、121:系数乘法器；45、55、93、117:积分器；51:q轴比例控制器；52:q轴积分控制器；53:q轴电压指令器;64、67、76、82、85、104、111、115、120:乘法器；73、80、107:绝对值运算器;75、83、109、119:sign函数运算器;77、87、106:除法器；89:死区运算器；95:微分器；101:输出电流运算器；110:电力/电压运算器；112:功率因数运算器。
【具体实施方式】
[0020]以下，参照附图，对本申请公开的交流电动机的控制装置(以下记载为“电动机控制装置”)的实施方式进行详细说明。另外，本发明不受以下所示的实施方式的限定。
[0021](第I实施方式)
[0022]首先，说明第I实施方式的电动机控制装置。图1是示出实施方式的电动机控制装置的结构的图。
[0023]如图1所示，第I实施方式的电动机控制装置I具有电力变换部10、电流检测部11和矢量控制部12。上述电动机控制装置I通过公知的PWM (Pulse Width Modulation:脉宽调制)控制，将从直流电源2供给的直流电力变换为期望频率和电压的三相交流电力，输出到三相交流电动机3 (以下记载为电动机3)。电动机3例如是永磁同步电动机。
[0024]电力变换部10具有三相逆变电路13和PWM信号生成器14。三相逆变电路13连接在直流电源2与电动机3之间。上述三相逆变电路13例如是6个开关元件进行三相桥接而构成的。PWM信号生成器14根据来自矢量控制部12的控制信号生成使构成三相逆变电路13的开关元件进行通断的PWM信号，输出到三相逆变电路13。另外，直流电源2是将交流电力变换为直流电力并输出的结构，例如可以是组合基于二极管的整流电路和使得直流输出电压平滑的平滑用电容器后的结构。该情况下，在整流电路的输入侧连接交流电源。
[0025]电流检测部11检测流过电力变换部10与电动机3之间的电流。具体而言，电流检测部11检测流过电力变换部10与电动机3的U相、V相、W相的各相之间的电流的瞬时值iu、iv、iw (以下记载为输出电流iu、iv、iw)。另外，电流检测部11例如是利用作为磁电变换元件的霍尔元件检测电流的电流传感器。
[0026]矢量控制部12生成基于由电流检测部11检测的输出电流iu、iv、iw和由位置检测器4检测的电动机3的转子电气角相位Θ (将电动机3的转子的机械角乘以电动机3的磁极对数后的值作为电气角，以下相同)的控制信号，并输出到电力变换部10。上述矢量控制部12在将与电动机3的磁通平行的轴作为d轴、与该d轴垂直的方向作为q轴的dq坐标系中，将电流成分分为d轴成分和q轴成分而进行矢量控制。
[0027]以下，将电流指令的d轴成分和q轴成分分别设为d轴电流指令i/和q轴电流指令1:，将流过电动机3的电流的d轴成分和q轴成分分别设为d轴电流id fb和q轴电流i,
fb°
[0028]在电动机3为IPM (Interior Permanent Magnet:内置式永磁)电机的情况下，dq坐标系上的电压方程式可如下式(1)那样表示。以下，假设电动机3是IPM电机进行说明，但电动机3不限于IPM电机。例如，如果是电动机3为SPM (Surface Permanent Magnet:
表面式永磁)电机的情况，则设为Ld = Lq即可。
[0029]
【权利要求】
1.一种交流电动机的控制装置，其特征在于，该控制装置具有: d轴电压指令器，其生成d轴电压指令，该d轴电压指令是将与交流电动机的磁通平行的轴作为d轴、将与该d轴垂直的方向作为q轴的dq坐标系中的所述d轴的电压指令；d轴去干扰控制器，其从所述d轴电压指令中去除所述q轴的电流引起的干扰成分；电流偏差运算器，其运算出q轴电流偏差，该q轴电流偏差是所述q轴的电流指令与流过所述交流电动机的所述q轴的电流的偏差； q轴积分控制器，其输入所述q轴电流偏差，输出所述q轴电流偏差的积分值；q轴电压指令器，其根据所述q轴电流偏差生成作为所述q轴的电压指令的q轴电压指令并输出； 恒定输出控制器，其根据所述q轴积分控制器的输出，输出针对所述d轴电压指令的校正电压指令；以及 d轴电压指令校正器，其通过从由所述d轴去干扰控制器去除干扰成分后的d轴电压指令中减去所述校正电压指令，对所述d轴电压指令进行校正。
2.根据权利要求1所述的交流电动机的控制装置，其特征在于， 所述d轴电压指令器具有: 电流偏差运算器，其运算出d轴电流偏差，该d轴电流偏差是所述d轴的电流指令与流过所述交流电动机的所述d轴的电流的偏差； d轴积分控制器，其输入所述d轴电流偏差，输出所述d轴电流偏差的积分值；以及 限幅器，其限制所述d轴积分控制器的输出上限值， 所述d轴电压指令器根据所述d轴积分控制器的输出，生成所述d轴电压指令并输出。
3.根据权利要求1或2所述的交流电动机的控制装置，其特征在于， 所述恒定输出控制器具有与所述电压指令的输出频率或所述交流电动机的电气角旋转频率成反比的增益特性。
4.根据权利要求1或2所述的交流电动机的控制装置，其特征在于， 所述恒定输出控制器具有PI控制器和PID控制器中的任意一个。
5.根据权利要求1或2所述的交流电动机的控制装置，其特征在于， 所述恒定输出控制器取代所述q轴积分控制器的输出，而是根据所述q轴电压指令器的输出，输出针对所述d轴电压指令的校正电压指令。
6.根据权利要求1或2所述的交流电动机的控制装置，其特征在于， 所述交流电动机的控制装置具有电流限制器，所述电流限制器在流过所述交流电动机的电流超过限制值的情况下，根据所述限制值与流过所述交流电动机的电流的偏差，减小所述电压指令的输出频率或输出频率的加减速率，且减小所述q轴的电流指令。
【文档编号】H02P21/00GK103812410SQ201310541135
【公开日】2014年5月21日 申请日期:2013年11月5日 优先权日:2012年11月5日
【发明者】山崎明, 井浦英昭 申请人:株式会社安川电机