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以往的同步電抗電動(dòng)機(jī)的控制裝置使用霍爾元件、解算器(resolver) 或光編碼器的位置傳感器來獲得轉(zhuǎn)子的角度信息。因此，增加了位置傳 感器這部分的成本，同時(shí)同步電抗電動(dòng)機(jī)的控制裝置的尺寸也會(huì)變大。
所以，作為通過省略位置傳感器來實(shí)現(xiàn)低成本并且小型化的同步電 抗電動(dòng)機(jī)的控制裝置，一般來說已知有如圖23所示的同步電抗電動(dòng)機(jī)的 控制裝置。
在圖23中，主電路由交流電源1、將交流電轉(zhuǎn)換為直流電的AC/DC 變換器2、將直流電轉(zhuǎn)換為交流電的DC/AC變換器3、通過由DC/AC變 換器3轉(zhuǎn)換的交流電來進(jìn)行驅(qū)動(dòng)的同步電抗電動(dòng)機(jī)的控制裝置5構(gòu)成。
另一方面，控制電路由以下部分構(gòu)成，即用于檢測(cè)電動(dòng)機(jī)電流的電 流檢測(cè)器11a、11b及電動(dòng)機(jī)電流檢測(cè)部12、進(jìn)行同步電抗電動(dòng)機(jī)的控制 裝置的位置和速度推定的位置·速度推定運(yùn)算部13、確定使由外部提供 的速度指令值和從位置·速度推定運(yùn)算部13得到的速度推定值的速度誤 差為零的電流指令值的速度控制運(yùn)算部14、將從速度控制運(yùn)算部14得到 的電流指令值分配為轉(zhuǎn)矩電流成分和勵(lì)磁電流成分的通電相位分配部 15、確定使轉(zhuǎn)矩電流指令值及勵(lì)磁電流指令值與電動(dòng)機(jī)電流檢測(cè)值的電 流誤差為零的電壓指令值的電流控制運(yùn)算部17、給同步電抗電動(dòng)機(jī)的控 制裝置5的每個(gè)驅(qū)動(dòng)單元分配通電信號(hào)的通電分配部18。
圖24是表示一般的同步電抗電動(dòng)機(jī)的控制裝置5的構(gòu)成的剖面圖。 同步電抗電動(dòng)機(jī)的控制裝置5由轉(zhuǎn)子8和定子6構(gòu)成。
圖23所示的控制裝置中，位置·速度推定運(yùn)算部13利用電動(dòng)機(jī)電 流及電壓指令值求得磁通。然后，求出表示相對(duì)于此磁通的靜止坐標(biāo)的 角度的αβ軸磁通角度。此后，設(shè)定表示相對(duì)于旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)的此磁通的相 位的dq軸坐標(biāo)相位。進(jìn)而從αβ軸坐標(biāo)角度減去dq軸坐標(biāo)相位，求得 推定角度。然后，根據(jù)此推定角度對(duì)同步電抗電動(dòng)機(jī)5進(jìn)行控制。
另外，進(jìn)行低速用角度推定和高速用角度推定兩種方式的角度推定， 在低速區(qū)和高速區(qū)的交界，使用兩種方式推定的角度的比例緩慢變化并 合成，生成推定角度。而且，在低速區(qū)中，施加電流脈沖，根據(jù)其電壓 響應(yīng)求得角度。
例如，特開2001-197774號(hào)公報(bào)中記述的位置傳感器驅(qū)動(dòng)方式的同 步電抗電動(dòng)機(jī)，具有對(duì)電壓指令值發(fā)揮低通作用的低通濾波器裝置，當(dāng) 轉(zhuǎn)子的速度上升時(shí)，通過使低通機(jī)能的作用減小，在低速區(qū)和高速區(qū)的 交界，可以去除電壓脈沖的影響而穩(wěn)定地進(jìn)行角度推定方式的切換，從 而實(shí)現(xiàn)在高速區(qū)沒有時(shí)間延遲的同步電抗電動(dòng)機(jī)的控制。
但是，在上述以往的構(gòu)成中，控制運(yùn)算很復(fù)雜，并且還有以下的問 題，即當(dāng)轉(zhuǎn)換器的電壓控制率超過100％時(shí)、即所謂的電壓飽和時(shí)或發(fā)生 急劇的載荷變動(dòng)時(shí)，位置·速度推定變得很困難，電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)控制也變 得不穩(wěn)定。

本發(fā)明的目的在于，解決這些以往的問題，提供一種構(gòu)筑了對(duì)于電 壓飽和或急劇的載荷變動(dòng)可進(jìn)行可靠控制的控制系統(tǒng)的同步電抗電動(dòng)機(jī) 的控制裝置。
本發(fā)明的電動(dòng)機(jī)控制裝置是對(duì)至少利用隨著定子線圈的電感變化及 電動(dòng)機(jī)電流而產(chǎn)生的電抗轉(zhuǎn)矩的同步電抗電動(dòng)機(jī)進(jìn)行控制的裝置。
在此控制裝置中，電流檢測(cè)裝置檢測(cè)流經(jīng)同步電抗電動(dòng)機(jī)的定子線 圈中的電動(dòng)機(jī)電流。
位置·速度推定裝置從電流檢測(cè)裝置的檢測(cè)值和成為施加在同步電 抗電動(dòng)機(jī)定子線圈上的電壓的指令值的電壓指令值推定同步電抗電動(dòng)機(jī) 的感應(yīng)電壓，根據(jù)此感應(yīng)電壓的推定值來確定同步電抗電動(dòng)機(jī)的位置及 旋轉(zhuǎn)速度的推定值。
速度控制裝置確定供給同步電抗電動(dòng)機(jī)的定子線圈的電流指令值， 使得由位置·速度推定裝置得到的旋轉(zhuǎn)速度的推定值和由外部提供的旋 轉(zhuǎn)速度的目標(biāo)值的誤差為零。
分配裝置通過預(yù)先設(shè)定的同步電抗電動(dòng)機(jī)的電流相位角，將從速度 控制裝置得到的電流指令值分配為成為其轉(zhuǎn)矩電流成分的轉(zhuǎn)矩電流指令 值和成為勵(lì)磁電流成分的勵(lì)磁電流指令值。
轉(zhuǎn)矩電流修正裝置根據(jù)從分配裝置得到的轉(zhuǎn)矩電流指令值和從位 置·速度推定裝置得到的旋轉(zhuǎn)速度的推定值，對(duì)轉(zhuǎn)矩電流指令值進(jìn)行修 正，使得同步電抗電動(dòng)機(jī)的載荷要素產(chǎn)生的載荷轉(zhuǎn)矩與同步電抗電動(dòng)機(jī) 的輸出轉(zhuǎn)矩一致。
電流控制裝置生成電壓指令值，使得從轉(zhuǎn)矩電流修正裝置得到的轉(zhuǎn) 矩電流指令值的修正值及從分配裝置得到的勵(lì)磁電流指令值，和從電流 檢測(cè)裝置得到的電動(dòng)機(jī)電流的檢測(cè)值的誤差為零。
通電分配裝置根據(jù)電壓指令值把通電信號(hào)分配給同步電抗電動(dòng)機(jī)的 每個(gè)驅(qū)動(dòng)單元。
本發(fā)明的控制裝置通過具有上述的構(gòu)成，就可以使得同步電抗電動(dòng) 機(jī)的載荷要素產(chǎn)生的載荷轉(zhuǎn)矩與同步電抗電動(dòng)機(jī)的輸出轉(zhuǎn)矩總保持一 致。這樣就可實(shí)現(xiàn)對(duì)急劇的載荷變動(dòng)進(jìn)行可靠控制的控制系統(tǒng)，另外， 還可以抑制轉(zhuǎn)矩的變動(dòng)，實(shí)現(xiàn)低振動(dòng)化、低噪音化。
附圖說明
圖1是表示本發(fā)明的同步電抗電動(dòng)機(jī)(SRM)的控制裝置的整體構(gòu) 成的一例的圖。
圖2是位置·速度推定的坐標(biāo)軸的一例的說明圖。
圖3是本發(fā)明的永磁鐵輔助型同步電抗電動(dòng)機(jī)的一例的剖面圖。
圖4是本發(fā)明的永磁鐵輔助型同步電抗電動(dòng)機(jī)的另一例的剖面圖。
圖5是表示本發(fā)明的永磁鐵輔助型同步電抗電動(dòng)機(jī)的磁通向量的一 例的圖。
圖6是表示一般的旋轉(zhuǎn)壓縮機(jī)的載荷轉(zhuǎn)矩特性的圖。
圖7是表示本發(fā)明的SRM的控制裝置的轉(zhuǎn)矩電流修正運(yùn)算部的輸出 信號(hào)的一例的圖。
圖8是表示一般的渦輪壓縮機(jī)的載荷轉(zhuǎn)矩特性的圖。
圖9是表示本發(fā)明的SRM的控制裝置的轉(zhuǎn)矩電流修正運(yùn)算部的構(gòu)成 的一例的方框圖。
圖10是表示本發(fā)明的SRM的控制裝置的轉(zhuǎn)矩電流修正運(yùn)算部的構(gòu) 成的另一例的方框圖。
圖11是表示了轉(zhuǎn)矩電流修正操作ON/OFF切換時(shí)的轉(zhuǎn)矩電流指令值 的切換的狀態(tài)的圖。
圖12是表示本發(fā)明的SRM的控制裝置的速度控制運(yùn)算部的構(gòu)成的 一例的方框圖。
圖13是表示本發(fā)明的SRM的控制裝置的推定速度平均運(yùn)算部的輸 出的切換的狀態(tài)的方框圖。
圖14是表示本發(fā)明的SRM的控制裝置的電流控制運(yùn)算部的構(gòu)成的 一例的方框圖。
圖15是表示本發(fā)明的SRM的控制裝置的位置·速度推定運(yùn)算部的 構(gòu)成的一例的方框圖。
圖16是表示本發(fā)明的SRM的控制裝置的感應(yīng)電壓推定部的構(gòu)成的 一例的方框圖。
圖17是表示本發(fā)明的SRM的控制裝置的電動(dòng)機(jī)常數(shù)補(bǔ)償部的構(gòu)成 的一例的方框圖。
圖18是表示本發(fā)明的SRM的控制裝置的電動(dòng)機(jī)常數(shù)補(bǔ)償部的構(gòu)成 的另一例的方框圖。
圖19是表示在電動(dòng)機(jī)補(bǔ)償操作的ON/OFF切換時(shí)的電動(dòng)機(jī)常數(shù)補(bǔ)償 部的輸出的切換的狀態(tài)的圖。
圖20表示本發(fā)明的同步電抗電動(dòng)機(jī)的控制裝置的整體構(gòu)成的另一例 的圖。
圖22是說明轉(zhuǎn)換器直流電壓的波動(dòng)成分的說明圖。
圖23是以往的同步電抗電動(dòng)機(jī)的控制裝置的方框圖。
圖24是表示以往的同步電抗電動(dòng)機(jī)的構(gòu)成例的圖。

下面，參照附圖對(duì)本發(fā)明的同步電抗電動(dòng)機(jī)的控制裝置的最佳實(shí)施 形態(tài)進(jìn)行說明。
實(shí)施形態(tài)1
圖1是表示本發(fā)明的同步電抗電動(dòng)機(jī)(SRM)的控制裝置的整體構(gòu) 成的一例的圖。而且，以下將對(duì)不使用位置傳感器對(duì)永磁鐵輔助型同步 電抗電動(dòng)機(jī)進(jìn)行180度通電的正弦波驅(qū)動(dòng)時(shí)的例子進(jìn)行說明。
主電路由交流電源1、將交流電轉(zhuǎn)換為直流電的AC/DC變換器2、 將直流電轉(zhuǎn)換為交流電的DC/AC變換器3、通過由DC/AC變換器3轉(zhuǎn) 換的交流電來進(jìn)行驅(qū)動(dòng)的永磁鐵輔助型同步電抗電動(dòng)機(jī)4構(gòu)成。
控制電路由以下部分構(gòu)成，即用于檢測(cè)電動(dòng)機(jī)電流的電流檢測(cè)器 11a、11b及電動(dòng)機(jī)電流檢測(cè)部12、進(jìn)行永磁鐵輔助型同步電抗電動(dòng)機(jī)的 控制裝置的位置和速度推定的位置·速度推定運(yùn)算部13、確定使由外部 提供的速度指令值和從位置·速度推定運(yùn)算部13得到的速度推定值的速 度誤差為零的電流指令值的速度控制運(yùn)算部14、將從速度控制運(yùn)算部14 得到的電流指令值分配為轉(zhuǎn)矩電流成分和勵(lì)磁電流成分的通電相位分配 部15、對(duì)轉(zhuǎn)矩電流指令值進(jìn)行修正的轉(zhuǎn)矩電流修正運(yùn)算部16、確定使轉(zhuǎn) 矩電流指令值及勵(lì)磁電流指令值和電動(dòng)機(jī)電流檢測(cè)值的電流誤差為零的 電壓指令值的電流控制運(yùn)算部17、給永磁鐵輔助型同步電抗電動(dòng)機(jī)的控 制裝置5的每個(gè)驅(qū)動(dòng)單元分配通電信號(hào)的通電分配部18。
圖2是表示位置·速度推定的坐標(biāo)軸的定義的圖。一般來說，在進(jìn) 行正弦波驅(qū)動(dòng)的情況下，為了容易進(jìn)行控制運(yùn)算，如圖2所示那樣，對(duì) 電動(dòng)機(jī)的各量進(jìn)行從u、v、w的三相到dq軸的二相的三相——二相變換， 進(jìn)行直流化。而且，由于從三相到二相的變換方法為公知技術(shù)，因此省 略。在圖2中，θme是實(shí)際的轉(zhuǎn)子位置(u相基準(zhǔn)的與q軸的相位差)， θ～是推定位置(u相基準(zhǔn)的與γ軸的相位差)。另外，對(duì)于位置誤差Δ θ有下式的關(guān)系。
Δθ＝θ～-θme??
圖3及圖4表示永磁鐵輔助型同步電抗電動(dòng)機(jī)4的構(gòu)成的例子的圖。 圖3所示的同步電抗電動(dòng)機(jī)由分布線圈定子6和具有永磁鐵9的轉(zhuǎn)子8 構(gòu)成。圖4所示的同步電抗電動(dòng)機(jī)由集中線圈定子7和具有永磁鐵9的 轉(zhuǎn)子8構(gòu)成。通過使轉(zhuǎn)子內(nèi)置永磁鐵就可以提供電動(dòng)機(jī)效率。對(duì)于永磁 鐵9，最好使用僅具有抵消同步電抗電動(dòng)機(jī)的額定載荷的制動(dòng)轉(zhuǎn)矩所必需 的最低限的磁量的磁鐵。這樣，不僅可以實(shí)現(xiàn)額定載荷的電動(dòng)機(jī)效率的 改善，而且可以將由于永磁鐵造成的成本上升抑制在最小程度。
圖5中顯示了永磁鐵輔助型同步電抗電動(dòng)機(jī)4的磁通向量。在圖5 中，向量A是產(chǎn)生正轉(zhuǎn)矩的磁通成分，輔助磁鐵的磁通成分(向量C) 的作用使得產(chǎn)生制動(dòng)轉(zhuǎn)矩(負(fù)轉(zhuǎn)矩)的磁通成分(向量B)被消除。而 且，此時(shí)產(chǎn)生的轉(zhuǎn)矩如式(1)所示。
????τe＝npLdidiq+np(Λ0iq-Lqidiq)???????(1)
在式(1)中，np為極對(duì)數(shù)，Ld、Lq分別為d軸及q軸的電感，Λ0 為由永磁鐵產(chǎn)生的磁通磁鏈數(shù)、id、iq分別為d軸及q軸的電流。
下面將對(duì)永磁鐵輔助型同步電抗電動(dòng)機(jī)4的位置傳感器驅(qū)動(dòng)進(jìn)行說 明。
首先，速度控制運(yùn)算部14利用由外部提供的旋轉(zhuǎn)速度指令值ω*和旋 轉(zhuǎn)速度推定值ω～，通過以下式表示的運(yùn)算求得電流指令值I*。
$I^{*}=(K_{P1}+\frac{K_{I1}}{p})({\omega }^{*}-{\omega }^{~})---\left(2\right)$
這里，KP1、KI1為PI補(bǔ)償器的增益，p為微分運(yùn)算子。
然后，通電相位分配部15利用電流指令值I*和預(yù)先設(shè)定的電流相位 角β，通過以下式表示的運(yùn)算將電流指令值I*分配為d軸電流id *及q軸 電流iq0。

轉(zhuǎn)矩電流修正運(yùn)算部16利用旋轉(zhuǎn)速度推定值ω～和q軸電流iq0，通 過以下式表示的運(yùn)算導(dǎo)出q軸電流指令值iq *。
${i_q}^{*}=i_{q0}+(K_{P2}+\frac{K_{I2}}{p})\left({\omega }^{~}\right[{\mathrm{nT}}_s]-{\omega }^{~}[(n-1)T_s\left]\right)---\left(4\right)$
這里，式(4)中采用用于通過微機(jī)進(jìn)行運(yùn)算的離散時(shí)間系統(tǒng)，nTs 為現(xiàn)在的取樣時(shí)刻，(n-1)Ts為前一個(gè)取樣時(shí)刻。另外，KP2、KI2為PI 補(bǔ)償器的增益。轉(zhuǎn)矩電流修正運(yùn)算部16通過利用上式導(dǎo)出q軸電流指令 值iq *，使得永磁鐵輔助型同步電抗電動(dòng)機(jī)的載荷要素產(chǎn)生的載荷轉(zhuǎn)矩和 永磁鐵輔助型同步電抗電動(dòng)機(jī)的輸出轉(zhuǎn)矩總是一致。
電流控制運(yùn)算部17利用電動(dòng)機(jī)電流檢測(cè)值iu、iv、iw和dq軸電流指 令值id *、iq *，通過以下的運(yùn)算導(dǎo)出三相電壓指令值vu *、vv *、vw *。
首先，如下式所示通過三相-二相變換將電動(dòng)機(jī)電流檢測(cè)值iu、iv、iw 變換為γδ軸電流檢測(cè)值iγ、iδ。
$\left[\begin{array}{c}{i}_{\gamma }\\ i_{\delta }\end{array}\right]=\sqrt{\frac{2}{3}}\left[\begin{array}{ccc}\cos {\theta }^{~}& \cos ({\theta }^{~}-2\pi /3)& \cos ({\theta }^{~}+2\pi /3)\\ \sin {\theta }^{~}& \sin ({\theta }^{~}-2\pi /3)& \sin ({\theta }^{~}+2\pi /3)\end{array}\right]\left[\begin{array}{c}{i}_u\\ i_v\\ i_w\end{array}\right]---\left(5\right)$
然后，利用dq軸電流指令值id *、iq *和γδ軸電流檢測(cè)值iγ、iδ，如 式(6)所示那樣導(dǎo)出γδ軸電壓指令值vγ、vδ。

這里，KP3、KI3及KP4、KI4為PI補(bǔ)償器的增益。
最后，如下式所示通過二相－三相變換將γδ軸電壓指令值vγ、vδ 變換為三相γδ電壓指令值vu *、vv *、vw *。
$\left[\begin{array}{c}{v_u}^{*}\\ {v_v}^{*}\\ {v_w}^{*}\end{array}\right]=\sqrt{\frac{2}{3}}\left[\begin{array}{cc}{\cos \theta }^{~}& {\sin \theta }^{~}\\ \cos ({\theta }^{~}-2\pi /3)& \sin ({\theta }^{~}-2\pi /3)\\ \cos ({\theta }^{~}+2\pi /3)& \sin ({\theta }^{~}+2\pi /3)\end{array}\right]\left[\begin{array}{c}{v}_{\gamma }\\ v_{\delta }\end{array}\right]---\left(7\right)$
另外，位置·速度推定運(yùn)算部13利用三相γδ電壓指令值vu *、vv *、 vw *和電動(dòng)機(jī)電流檢測(cè)值iu、iv、iw，按照以下的方法進(jìn)行位置·速度推定。
這里，根據(jù)三相電壓方程式，感應(yīng)電壓以式(8)表示。
????euvw＝vuvw-Riuvw-pLiuvw????(8)
在式(8)中，相電壓、相電流及感應(yīng)電壓vuvw、iuvw、euvw為3維向 量，定子線圈電阻及電感R、L以3行3列的行列式分別表記。
具體來說，通過以式(9)表示的運(yùn)算導(dǎo)出推定感應(yīng)電壓e～ u、e～ v、 e～ w。
$\left[\begin{array}{c}{e^{~}}_u\\ {e^{~}}_v\\ {e^{~}}_w\end{array}\right]=\left[\begin{array}{c}{v_u}^{*}\\ {v_v}^{*}\\ {v_w}^{*}\end{array}\right]-R\left[\begin{array}{c}{i}_u\\ i_v\\ i_w\end{array}\right]+\frac{3}{2}{\omega }^{~}{L}_{a0}{I}^{*}\left[\begin{array}{c}\sin ({\theta }^{~}+\beta )\\ \sin ({\theta }^{~}+\beta -2\pi /3)\\ \sin ({\theta }^{~}+\beta +2\pi /3)\end{array}\right]$
$-\frac{3}{2}{\omega }^{~}{L}_{\mathrm{as}}{I}^{*}\left[\begin{array}{c}\sin ({\theta }^{~}-\beta )\\ \sin ({\theta }^{~}-\beta -2\pi /3)\\ \sin ({\theta }^{~}-\beta +2\pi /3)\end{array}\right]---\left(9\right)$
這里，La0＝(Ld+Lq)/3，Las＝(Ld-Lq)/3。
另外，感應(yīng)電壓eu、ev、ew可以利用旋轉(zhuǎn)速度推定值ω～和感應(yīng)電壓 常數(shù)KE以下式(10)表示。

這樣，利用式(9)及式(10)，就可以如下式導(dǎo)出推定位置θ～。
${\theta }^{~}\left[{\mathrm{nT}}_s\right]=\frac{{{\theta }^{~}}_u\left[{\mathrm{nT}}_s\right]+{{\theta }^{~}}_v\left[{\mathrm{nT}}_s\right]+{{\theta }^{~}}_w\left[{\mathrm{nT}}_s\right]}{3}---\left(11\right)$
式中，θ～ u、θ～ v、θ～ w以式(12)表示。

這里，δ0為用于防止零分母的極小項(xiàng)。
利用本實(shí)施形態(tài)的控制裝置，在永磁鐵輔助型同步電抗電動(dòng)機(jī)的載 荷要素為圖6所示的一般的旋轉(zhuǎn)壓縮機(jī)的情況下，可以通過轉(zhuǎn)矩電流修 正運(yùn)算部，像圖7所示那樣，生成跟隨載荷轉(zhuǎn)矩變化的轉(zhuǎn)矩電流指令值。 這樣，就可以使得同步電抗電動(dòng)機(jī)的生成轉(zhuǎn)矩和載荷轉(zhuǎn)矩總是一致。
或者，在永磁鐵輔助型同步電抗電動(dòng)機(jī)的載荷要素為圖8所示的一 般的渦旋壓縮機(jī)的情況下，利用本實(shí)施形態(tài)的控制裝置，由于轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn) 中的載荷變動(dòng)很小，因此沒有必要定期地對(duì)上述的轉(zhuǎn)矩電流指令值進(jìn)行 修正，從而可以通過使用以控制周期的整數(shù)倍對(duì)上述的轉(zhuǎn)矩電流指令值 進(jìn)行修正的方法來大幅度地降低運(yùn)算量。
而且，在上述的說明中，雖然對(duì)不使用位置傳感器對(duì)永磁鐵輔助型 同步電抗電動(dòng)機(jī)進(jìn)行作為180度通電的正弦波驅(qū)動(dòng)的情況進(jìn)行了敘述， 但是由于永磁鐵輔助型同步電抗電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)子中具有永磁鐵，因此一般 室內(nèi)空調(diào)等家電制品中所用的位置探測(cè)方式的矩形波通電也可以適用。
另外，在上述的說明中，雖然對(duì)永磁鐵輔助型同步電抗電動(dòng)機(jī)的控 制方式進(jìn)行了敘述，但是在一般的同步電抗電動(dòng)機(jī)中也可以適用。
利用以上的方法，不僅可以使永磁鐵輔助型同步電抗電動(dòng)機(jī)的載荷 要素產(chǎn)生的載荷轉(zhuǎn)矩和永磁鐵輔助型同步電抗電動(dòng)機(jī)的生成轉(zhuǎn)矩總是一 致，而且由于根據(jù)三相電壓方程式進(jìn)行位置·速度推定，不僅可以實(shí)現(xiàn) 對(duì)電壓飽和或急劇的載荷變動(dòng)的進(jìn)行可靠控制的控制系統(tǒng)，而且可以抑 制轉(zhuǎn)矩的變動(dòng)而實(shí)現(xiàn)低振動(dòng)化、低噪音化。
實(shí)施形態(tài)2
在本實(shí)施形態(tài)中，僅對(duì)旋轉(zhuǎn)角度推定值ω～在基準(zhǔn)值以下的低速區(qū)進(jìn) 行轉(zhuǎn)矩電流指令值的修正。在本實(shí)施形態(tài)中，只是轉(zhuǎn)矩電流修正運(yùn)算部 與實(shí)施形態(tài)1的不同。圖9是表示本實(shí)施形態(tài)的轉(zhuǎn)矩電流修正運(yùn)算部的 構(gòu)成的圖。
轉(zhuǎn)矩電流修正運(yùn)算部16a具有輸入并比較旋轉(zhuǎn)角度推定值ω～和預(yù)先 設(shè)定的推定旋轉(zhuǎn)角度基準(zhǔn)值ωR的推定速度比較器42、根據(jù)推定速度比較 器42的輸出信號(hào)對(duì)轉(zhuǎn)矩電流指令值進(jìn)行修正的q軸電流修正運(yùn)算部41。
推定速度比較器42的輸出信號(hào)εw由旋轉(zhuǎn)角度推定值ω～和推定旋轉(zhuǎn) 角度基準(zhǔn)值ωR如下式表示。

q軸電流修正運(yùn)算部41的輸出值iq *根據(jù)推定速度比較器的輸出信號(hào) εw如式(14)表示。

即，轉(zhuǎn)矩電流修正運(yùn)算部16a僅對(duì)旋轉(zhuǎn)角度推定值ω～在基準(zhǔn)值以下 的低速區(qū)進(jìn)行轉(zhuǎn)矩電流指令值的修正(將轉(zhuǎn)矩電流修正操作設(shè)為ON)。
而且，也可以使推定速度比較器42具有一定的滯后。即，在推定速 度比較器42中，也可以使旋轉(zhuǎn)角度推定值ω～向增加方向變化時(shí)的基準(zhǔn) 值ωR的值與旋轉(zhuǎn)角度推定值ω～向減少方向變化時(shí)的基準(zhǔn)值ωR的值不 同。
另外，在上述的說明中，雖然對(duì)推定旋轉(zhuǎn)角度基準(zhǔn)值ωR為一個(gè)的情 況進(jìn)行了敘述，但是也可以設(shè)置若干個(gè)推定旋轉(zhuǎn)角度基準(zhǔn)值ωR，以各基 準(zhǔn)值所定的旋轉(zhuǎn)速度區(qū)域分別進(jìn)行轉(zhuǎn)矩電流指令值的修正或非修正的切 換。
按照以上的方法，可以大幅度地縮短伴隨轉(zhuǎn)矩電流指令值的修正花 費(fèi)的運(yùn)算時(shí)間，減輕運(yùn)算裝置的載荷容量，并且不僅可以實(shí)現(xiàn)成本的降 低，而且還可以簡(jiǎn)化周邊電路。
實(shí)施形態(tài)3
在本實(shí)施形態(tài)中，檢測(cè)轉(zhuǎn)矩的變動(dòng)量，僅在此變動(dòng)量比基準(zhǔn)值更大 的區(qū)域內(nèi)將轉(zhuǎn)矩電流修正操作設(shè)為ON。在本實(shí)施形態(tài)中，只有轉(zhuǎn)矩電流 修正運(yùn)算部與實(shí)施形態(tài)1的不同。圖10顯示了本實(shí)施形態(tài)的轉(zhuǎn)矩電流修 正運(yùn)算部的構(gòu)成。
在轉(zhuǎn)矩電流修正運(yùn)算部16b中，轉(zhuǎn)矩變動(dòng)檢測(cè)部51利用旋轉(zhuǎn)角度推 定值ω～檢測(cè)出轉(zhuǎn)矩變動(dòng)檢測(cè)值Δτ。轉(zhuǎn)矩變動(dòng)比較器52輸入來自轉(zhuǎn)矩 變動(dòng)檢測(cè)部51的轉(zhuǎn)矩變動(dòng)檢測(cè)值Δτ和轉(zhuǎn)矩變動(dòng)基準(zhǔn)值ΔτR，并輸出 其比較結(jié)果。q軸電流修正運(yùn)算部41根據(jù)轉(zhuǎn)矩變動(dòng)比較器52的輸出信號(hào) 進(jìn)行轉(zhuǎn)矩電流指令值的修正。
具體來說，作為轉(zhuǎn)矩變動(dòng)檢測(cè)部51的輸出信號(hào)的轉(zhuǎn)矩變動(dòng)檢測(cè)值Δ τ是由旋轉(zhuǎn)角度推定值ω～用式(15)導(dǎo)出的。
$\mathrm{\Delta \tau }=\frac{K_{\tau }}{1+T_{\tau }·p}·\frac{{\omega }^{~}\left[{\mathrm{nT}}_s\right]-{\omega }^{~}\left[(n-1)T_s\right]}{T_s}---\left(15\right)$
式中，Kτ、Tτ為常數(shù)。
轉(zhuǎn)矩變動(dòng)比較器的輸出信號(hào)ετ由轉(zhuǎn)矩變動(dòng)檢測(cè)值Δτ和轉(zhuǎn)矩變動(dòng)基 準(zhǔn)值ΔτR用式(16)表示。

這里，q軸電流修正運(yùn)算部41的輸出值iq *根據(jù)轉(zhuǎn)矩變動(dòng)比較器的輸 出信號(hào)ετ如下式表示。

即，僅對(duì)轉(zhuǎn)矩變動(dòng)檢測(cè)值Δτ比轉(zhuǎn)矩變動(dòng)基準(zhǔn)值ΔτR大的區(qū)域進(jìn)行 轉(zhuǎn)矩電流指令值的修正。
而且，也可以使轉(zhuǎn)矩變動(dòng)比較器52具有一定的滯后。即，在轉(zhuǎn)矩變 動(dòng)比較器52中，也可以使轉(zhuǎn)矩變動(dòng)檢測(cè)值Δτ向增加方向變化時(shí)的基準(zhǔn) 值ΔτR的值與轉(zhuǎn)矩變動(dòng)檢測(cè)值Δτ向減少方向變化時(shí)的基準(zhǔn)值ΔτR的 值不同。
另外，在上述的說明中，雖然對(duì)轉(zhuǎn)矩變動(dòng)基準(zhǔn)值ΔτR為一個(gè)的情況 進(jìn)行了敘述，但是也可以設(shè)置若干個(gè)轉(zhuǎn)矩變動(dòng)基準(zhǔn)值ΔτR，以各基準(zhǔn)值 所定的旋轉(zhuǎn)速度區(qū)域分別進(jìn)行轉(zhuǎn)矩電流指令值的修正或非修正的切換。
按照以上的方法，可以將伴隨轉(zhuǎn)矩電流指令值的修正花費(fèi)的運(yùn)算時(shí) 間縮短至必要的最低限，最大限度地減輕運(yùn)算裝置的載荷容量，并且不 僅可以實(shí)現(xiàn)大幅度地降低成本，而且還可以高效率地抑制轉(zhuǎn)矩變動(dòng)。
實(shí)施形態(tài)4
在本實(shí)施形態(tài)中，轉(zhuǎn)矩電流修正運(yùn)算部在從轉(zhuǎn)矩電流的非修正狀態(tài) 切換到修正狀態(tài)時(shí)，使得轉(zhuǎn)矩電流指令值iq *不發(fā)生急劇的變化，從而防 止轉(zhuǎn)矩電流指令值iq *變得不連續(xù)。下面使用圖11對(duì)此切換時(shí)的控制進(jìn)行 說明。
如圖11所示，在從轉(zhuǎn)矩電流的非修正狀態(tài)(轉(zhuǎn)矩電流修正ON時(shí)) 的電流指令值(X)切換到轉(zhuǎn)矩電流的修正狀態(tài)(轉(zhuǎn)矩電流修正OFF時(shí)) 的電流指令值(Y)的情況下，設(shè)置有切換延遲區(qū)間，這樣就可以防止轉(zhuǎn) 矩電流指令值iq *發(fā)生急劇的變化而變得不連續(xù)。
具體來說，使非修正狀態(tài)的轉(zhuǎn)矩電流指令值為i* q-off、使修正狀態(tài)的 轉(zhuǎn)矩電流指令值為i* q-on、使轉(zhuǎn)矩電流指令值的現(xiàn)在值為i* q-now，當(dāng)從非修 正狀態(tài)切換至修正狀態(tài)時(shí)，轉(zhuǎn)矩電流指令值的現(xiàn)在值i* q-now以式(18)表 示。

這里，Δiq為極小量，是在滿足i* q-now＝i* q-on的條件的階段中切換至 修正狀態(tài)的值。
相反，當(dāng)從修正狀態(tài)切換至非修正狀態(tài)時(shí)，轉(zhuǎn)矩電流指令值的現(xiàn)在 值i* q-now以式(19)表示。

這里，Δiq為極小量，是在滿足i* q-now＝i* q-off的條件的階段中切換至 修正狀態(tài)的值。
而且，也可以預(yù)先將轉(zhuǎn)矩電流修正切換延遲區(qū)間設(shè)定為最大區(qū)間， 進(jìn)行僅在最大區(qū)間內(nèi)使得轉(zhuǎn)矩電流指令值逐漸地變化的切換。
按照以上的方法，可以實(shí)現(xiàn)伴隨轉(zhuǎn)矩電流修正ON/OFF的切換的控 制穩(wěn)定性及可靠性的提高，從而可以防止電動(dòng)機(jī)的旋轉(zhuǎn)不均。
實(shí)施形態(tài)5
圖12中表示了速度控制運(yùn)算部14的構(gòu)成例。速度控制運(yùn)算部14包 含電流指令運(yùn)算部71和推定速度平均運(yùn)算部72。在轉(zhuǎn)矩電流修正為ON 時(shí)，推定速度運(yùn)算部72導(dǎo)出旋轉(zhuǎn)速度推定值ω～的平均值ωave，電流指 令運(yùn)算部71導(dǎo)出使由外部提供的旋轉(zhuǎn)速度推定值ω*和推定速度平均值ω ave的速度誤差為零的電流指令值I0 *。另外，在轉(zhuǎn)矩電流修正為OFF時(shí)， 推定速度運(yùn)算部72不進(jìn)行平均運(yùn)算，就這樣輸出旋轉(zhuǎn)速度推定值ω～， 電流指令運(yùn)算部71導(dǎo)出使由外部提供的旋轉(zhuǎn)速度推定值ω*和旋轉(zhuǎn)速度推 定值ω～的速度誤差為零的電流指令值I*
具體來說，推定速度平均值ωave以式(20)表示。
${\omega }_{\mathrm{ave}}=\frac{1}{{\mathrm{nT}}_s}{\int }_0^{n{T}_s}{\omega }^{~}\mathrm{dt}---\left(20\right)$
這里，n為整數(shù)。
另外，在轉(zhuǎn)矩電流指令值的修正狀態(tài)中，導(dǎo)出以式(21)表示的電 流指令值I0 *。
${I_0}^{*}=(K_{P5}+\frac{K_{I5}}{p})({\omega }^{*}-{\omega }_{\mathrm{ave}})---\left(21\right)$
這里，KP5、KI5為PI補(bǔ)償器的增益。
此外，在轉(zhuǎn)矩電流指令值的非修正狀態(tài)中，不使用推定速度平均值 ωave，利用式(2)導(dǎo)出電流指令值I*。
像以上這樣，在本實(shí)施形態(tài)中，在轉(zhuǎn)矩電流修正為ON時(shí)，由于利 用推定速度平均值ωave導(dǎo)出電流指令值I0 *，因此即使在轉(zhuǎn)矩很大的情 況下，也可以最大限度地防止從電流指令值I0 *小的最佳驅(qū)動(dòng)點(diǎn)的偏離。 即，通過在轉(zhuǎn)矩電流指令值的修正狀態(tài)中，最大限度地抑制由速度控制 運(yùn)算部輸出的電流指令值的變化，可以防止從電動(dòng)機(jī)效率最佳點(diǎn)的偏離， 從而可以高效率的運(yùn)轉(zhuǎn)。
推定速度平均運(yùn)算部72像上述那樣與轉(zhuǎn)矩電流的修正操作一起動(dòng) 作，將其輸出切換為旋轉(zhuǎn)速度推定值ω～的平均值ωave或旋轉(zhuǎn)速度推定值 ω～。此時(shí)，在進(jìn)行轉(zhuǎn)矩電流指令值的修正操作的ON/OFF的切換時(shí)，最 好使推定速度ω緩慢變化，從而防止推定速度ω變得不連續(xù)。
即，在從轉(zhuǎn)矩電流指令值的非修正狀態(tài)切換至修正狀態(tài)的情況下， 推定速度平均運(yùn)算部72也可以不是立即輸出推定速度平均值ωave(ω-)， 而是如圖13所示那樣，設(shè)置延遲區(qū)間，使其輸出(旋轉(zhuǎn)速度推定值ω～) 以特定的變化量Δωs逐漸地變化，從而可以緩慢地接近推定速度平均值 ωave(ω-)。這樣，在進(jìn)行非修正/修正的切換時(shí)，可以從非修正狀態(tài)的 速度推定值ω～平滑地變化到推定速度平均值ωave(ω-)的值。
具體來說，將非修正狀態(tài)的輸出速度設(shè)為ωo-off(旋轉(zhuǎn)速度推定值 ω～)，將修正狀態(tài)的輸出速度(推定速度平均值ωave)設(shè)為ωo-on，將 輸出速度的現(xiàn)在值設(shè)為ωo-now后，從非修正狀態(tài)切換至修正狀態(tài)時(shí)，輸出 速度的現(xiàn)在值ωo-now以式(22)表示。

這里，Δωs為極小量，是在輸出速度ωo-now滿足ωo-now＝ωo-off的條 件的階段中切換至修正時(shí)的值。
相反，當(dāng)從修正狀態(tài)切換至非修正狀態(tài)時(shí)，輸出速度的現(xiàn)在值ωo-now 以式(23)表示。

輸出速度ωo-now在滿足ωo-now＝ωo-off的條件的階段中切換至修正狀態(tài) 的值。
而且，也可以預(yù)先將切換延遲區(qū)間設(shè)定為一定區(qū)間，僅在此一定區(qū) 間內(nèi)使用上式(22)、(23)緩慢地切換推定速度。
像以上那樣，通過在修正/非修正狀態(tài)中設(shè)置使推定速度緩慢變化的 延遲區(qū)間，就可以防止推定速度的急劇變化，從而可以提高修正/非修正 狀態(tài)切換時(shí)的控制穩(wěn)定性及可靠性，并能夠抑制伴隨電流指令值的急劇 變化產(chǎn)生的振動(dòng)。
實(shí)施形態(tài)6
圖14表示電流控制運(yùn)算部17的構(gòu)成例。電流控制運(yùn)算部17包含以 下部分，即將二相電流指令值id *、iq *變換為三相電流指令值iu *、iv *、iw * 的2相/3相變換部91、使用三相電流指令值iu *、iv *、iw *和電動(dòng)機(jī)電流檢 測(cè)值iu、iv、iw導(dǎo)出三相電壓指令值vu *、vv *、vw *的電壓指令運(yùn)算部92。
三相電流指令值iu *、iv *、iw *以式(24)表示。
$\left[\begin{array}{c}{i_u}^{*}\\ {i_v}^{*}\\ {i_w}^{*}\end{array}\right]=\sqrt{\frac{2}{3}}\left[\begin{array}{cc}{\cos \theta }^{~}& \sin {\theta }^{~}\\ \cos ({\theta }^{~}-2\pi /3)& \sin ({\theta }^{~}-2\pi /3)\\ \cos ({\theta }^{~}+2\pi /3)& \sin ({\theta }^{~}+2\pi /3)\end{array}\right]\left[\begin{array}{c}{i_q}^{*}\\ {i_d}^{*}\end{array}\right]---\left(24\right)$
另外，三相電壓指令值vu *、vv *、vw *以式(25)表示。

這里，KP6、KI6及KP7、KI7為PI補(bǔ)償器的增益。
通過以上的構(gòu)成就可以生成正確的電壓指令值，從而可以將電動(dòng)機(jī) 電流的偏差抑制在最小的范圍內(nèi)，因而可以實(shí)現(xiàn)低噪音化、低振動(dòng)化。
實(shí)施形態(tài)7
圖15表示位置·速度推定運(yùn)算部13的構(gòu)成例。位置·速度推定運(yùn) 算部13包含感應(yīng)電壓推定部101和位置誤差修正部103。感應(yīng)電壓推定 部101使用三相電壓指令值vu *、vv *、vw *和電動(dòng)機(jī)電流檢測(cè)值iu、iv、iw 導(dǎo)出感應(yīng)電壓推定值eu ～、ev ～、ew ～，同時(shí)從內(nèi)部設(shè)有的電動(dòng)機(jī)模型102 導(dǎo)出感應(yīng)電壓eu、ev、ew。位置誤差修正部103逐次修正使感應(yīng)電壓推 定值eu ～、ev ～、ew ～和感應(yīng)電壓eu、ev、ew的感應(yīng)電壓誤差為零的推定 位置θ～。
具體來說，感應(yīng)電壓推定值eu ～、ev ～、ew ～以式(9)表示，感應(yīng)電 壓eu、ev、ew以式(26)表示。

這里，VG[nTs]是用式(27)～式(29)逐次運(yùn)算的。
$\left[\begin{array}{c}{e}_{u0}\\ e_{v0}\\ e_{w0}\end{array}\right]=\left[\begin{array}{c}{v_u}^{*}\\ {v_v}^{*}\\ {v_w}^{*}\end{array}\right]-R\left[\begin{array}{c}{i_u}^{*}\\ {i_v}^{*}\\ {i_w}^{*}\end{array}\right]+\frac{3}{2}{\omega }^{~}{L}_{a0}{I}^{*}\left[\begin{array}{c}\sin ({\theta }^{~}+\beta )\\ \sin ({\theta }^{~}+\beta -2\pi /3)\\ \sin ({\theta }^{~}+\beta +2\pi /3)\end{array}\right]$
$-\frac{3}{2}{\omega }^{~}{L}_{\mathrm{as}}{I}^{*}\left[\begin{array}{c}\sin ({\theta }^{~}-\beta )\\ \sin ({\theta }^{~}-\beta -2\pi /3)\\ \sin ({\theta }^{~}-\beta +2\pi /3)\end{array}\right]---\left(27\right)$
????e0＝Ke(|eu0|+|ev0|+|ew0|)????(28)
$V_G\left[{\mathrm{nT}}_s\right]=\frac{m·V_G\left[(n-1)T_s\right]+(1-m)·e_0}{m}---\left(29\right)$
這里，Ke為常數(shù)，m為整數(shù)。
另外，
位置誤差修正部103根據(jù)感應(yīng)電壓誤差Δeuvw＝e～ uvw-e～ uvw的符號(hào)信 息，如式(30)所示逐次修正推定位置θ～。
????θ-[nTs]＝θ～[(n-1)Ts]+Δθ～[nTs]????(30)
式中，Δθ～[nTs]使用推定位置補(bǔ)償量Δθp以式(31)表示。

這里，Kθ1、Kθ2為常數(shù)。
利用以上的方法，即使在電壓飽和時(shí)也可以進(jìn)行位置·速度推定， 不僅可以增加轉(zhuǎn)換器的輸出極限，而且還可以增多纏繞在同步電抗電動(dòng) 機(jī)上的定子線圈，從而可以提高驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)整體的效率。
實(shí)施形態(tài)8
在本實(shí)施形態(tài)中，在實(shí)施形態(tài)7中所示的位置·速度推定運(yùn)算部13 中，進(jìn)一步使用補(bǔ)償了的電動(dòng)機(jī)常數(shù)導(dǎo)出感應(yīng)電壓推定值，這樣就可以 實(shí)現(xiàn)位置·速度推定精度的提高。
圖16表示位置·速度推定運(yùn)算部13內(nèi)的感應(yīng)電壓推定部101的構(gòu) 成。感應(yīng)電壓推定部101包含感應(yīng)電壓推定運(yùn)算部111和電動(dòng)機(jī)常數(shù)補(bǔ) 償部112。
電動(dòng)機(jī)常數(shù)補(bǔ)償部112使用三相電壓指令值、電動(dòng)機(jī)電流檢測(cè)值及 推定速度來對(duì)電動(dòng)機(jī)常數(shù)進(jìn)行補(bǔ)償。感應(yīng)電壓推定運(yùn)算部111使用三相 電壓指令值、電動(dòng)機(jī)電流檢測(cè)值及電動(dòng)機(jī)常數(shù)補(bǔ)償值來導(dǎo)出感應(yīng)電壓推 定值。以下將利用dq軸上的電壓方程式對(duì)電動(dòng)機(jī)常數(shù)為一個(gè)的電動(dòng)機(jī)繞 線電阻的補(bǔ)償方法進(jìn)行說明。
具體來說，dq軸上的電壓方程式如式(32)所示表示。
$\left[\begin{array}{c}{v}_d\\ v_q\end{array}\right]=\left[\begin{array}{cc}R+L_{d}p& -{\mathrm{\omega L}}_q\\ {\mathrm{\omega L}}_d& R+L_{q}p\end{array}\right]\left[\begin{array}{c}{i}_d\\ i_q\end{array}\right]+\left[\begin{array}{c}0\\ {\omega }_{\mathrm{me}}{K}_E\end{array}\right]---\left(32\right)$
ωme為轉(zhuǎn)子實(shí)際旋轉(zhuǎn)速度。
這里，在操作點(diǎn)附近，dq軸與γδ軸(參照?qǐng)D2)被認(rèn)為基本一致， 當(dāng)進(jìn)行Δθ0的近似時(shí)，式(32)可以如式(33)那樣表示。

當(dāng)將電動(dòng)機(jī)繞線電阻補(bǔ)償值設(shè)為R～時(shí)，式(33)可以變形為式(34)。
????(R～R)·iδ 2＝R～iδ 2-(vδiδ-Ldiδ·piδ+ω～Lqiδiγ)????(34)
這里，利用式(34)求得與iδ的符號(hào)無關(guān)的補(bǔ)償值R～和真值R的關(guān) 系，當(dāng)R～比R大時(shí)右邊為正，相反時(shí)為負(fù)。因此，使用式(35)對(duì)電動(dòng) 機(jī)繞線電阻值進(jìn)行補(bǔ)償。
$R^{~}\left[{\mathrm{nT}}_s\right]=$
$R^{~}\left[(n-1)T_s\right]-K_R{\int }_{(n-1)T_s}^{{\mathrm{nT}}_s}\left\{R^{~}\right[(n-1)T_s]i_{\delta }^2-(v_{\delta }{i}_{\delta }-L_d{i}_{\delta }·{\mathrm{pi}}_{\delta }+{\omega }^{~}{L}_q{i}_{\gamma }{i}_{\delta })\}\mathrm{dt}---\left(35\right)$
這里，KR為積分增益。
而且，在式(35)中，雖然僅對(duì)式(34)的右邊進(jìn)行了積分，但是 通過添加比例項(xiàng)后進(jìn)行PI補(bǔ)償可以進(jìn)一步提高響應(yīng)性。
另外，當(dāng)iδ的符號(hào)不變化時(shí)，將式(35)兩邊都除以iδ可以縮短運(yùn) 算時(shí)間。
而且，不僅是電動(dòng)機(jī)繞線電阻，本發(fā)明也可以適用于電感或感應(yīng)電 壓常數(shù)之類的其他電動(dòng)機(jī)常數(shù)。
按照以上的方法，不僅可以通過使用正確的電動(dòng)機(jī)常數(shù)實(shí)現(xiàn)位置·速 度推定精度的提高，而且可以將電能損失抑制在最小范圍內(nèi)。
實(shí)施形態(tài)9
在本實(shí)施形態(tài)中，在實(shí)施形態(tài)8所示的位置·速度推定運(yùn)算部13中， 對(duì)根據(jù)速度進(jìn)行電動(dòng)機(jī)常數(shù)的補(bǔ)償操作的ON/OFF切換的電動(dòng)機(jī)常數(shù)補(bǔ) 償部的構(gòu)成進(jìn)行說明。
圖17表示電動(dòng)機(jī)常數(shù)補(bǔ)償部112的構(gòu)成。電動(dòng)機(jī)常數(shù)補(bǔ)償部112包 含以下部分，即將旋轉(zhuǎn)角度推定值ω～和預(yù)先設(shè)定的推定旋轉(zhuǎn)角度基準(zhǔn)值 ωR輸入后進(jìn)行比較的推定速度比較器42、根據(jù)推定速度比較器42的輸 出信號(hào)進(jìn)行電動(dòng)機(jī)常數(shù)的補(bǔ)償?shù)碾妱?dòng)機(jī)常數(shù)補(bǔ)償運(yùn)算部121。
以下將對(duì)電動(dòng)機(jī)常數(shù)為一個(gè)的電動(dòng)機(jī)繞線電阻R的補(bǔ)償情況進(jìn)行說 明。
推定速度比較器42的輸出信號(hào)εw由旋轉(zhuǎn)角度推定值ω～和推定旋轉(zhuǎn) 角度基準(zhǔn)值ωR如式(13)所示表示。另外，電動(dòng)機(jī)常數(shù)補(bǔ)償運(yùn)算部121 的輸出值Rout根據(jù)推定速度比較器42的輸出信號(hào)εw如式(36)所示表 示。

這里，R～是以式(35)表示的電動(dòng)機(jī)繞線電阻補(bǔ)償值，Rn為公稱值。
從上式可以看到，電動(dòng)機(jī)常數(shù)補(bǔ)償部112僅在旋轉(zhuǎn)角度推定值ω～比 推定旋轉(zhuǎn)角度基準(zhǔn)值ωR大的高速區(qū)內(nèi)對(duì)電動(dòng)機(jī)常數(shù)進(jìn)行補(bǔ)償。這樣，不 僅可以大幅度縮短伴隨電動(dòng)機(jī)常數(shù)的補(bǔ)償花費(fèi)的運(yùn)算時(shí)間，減輕運(yùn)算裝 置的載荷容量，實(shí)現(xiàn)成本的降低，而且還可以簡(jiǎn)化周邊電路。
而且，也可以使推定速度比較器42具有一定的滯后。即，在推定速 度比較器42中，也可以使旋轉(zhuǎn)角度推定值ω～向增加方向變化時(shí)的基準(zhǔn) 值ωR和使旋轉(zhuǎn)角度推定值ω～向減少方向變化時(shí)的基準(zhǔn)值ωR的值不同。
另外，在上述的說明中，雖然對(duì)推定旋轉(zhuǎn)角度基準(zhǔn)值ωR為一個(gè)的情 況進(jìn)行了敘述，但是也可以設(shè)置多個(gè)推定旋轉(zhuǎn)角度基準(zhǔn)值ωR，在各自的 旋轉(zhuǎn)速度區(qū)域中進(jìn)行電動(dòng)機(jī)常數(shù)補(bǔ)償狀態(tài)或非補(bǔ)償狀態(tài)的切換。
而且，不僅是電動(dòng)機(jī)繞線電阻，本發(fā)明也可以適用于電感或感應(yīng)電 壓常數(shù)之類的其他電動(dòng)機(jī)常數(shù)。
實(shí)施形態(tài)10
圖18表示電動(dòng)機(jī)常數(shù)補(bǔ)償部的另一種構(gòu)成。在本實(shí)施形態(tài)中，檢測(cè) 出轉(zhuǎn)矩變動(dòng)量，僅對(duì)此變動(dòng)量在基準(zhǔn)值以下的區(qū)域內(nèi)進(jìn)行電動(dòng)機(jī)常數(shù)的 補(bǔ)償。即，根據(jù)轉(zhuǎn)矩變動(dòng)量進(jìn)行電動(dòng)機(jī)常數(shù)的補(bǔ)償操作的ON/OFF切換。
如圖18所示，電動(dòng)機(jī)常數(shù)補(bǔ)償部112b包含轉(zhuǎn)矩變動(dòng)檢測(cè)部51、轉(zhuǎn) 矩變動(dòng)比較器52及電動(dòng)機(jī)常數(shù)補(bǔ)償運(yùn)算部121。轉(zhuǎn)矩變動(dòng)檢測(cè)部51利用 旋轉(zhuǎn)角度推定值ω～檢測(cè)出轉(zhuǎn)矩變動(dòng)檢測(cè)值Δτ。轉(zhuǎn)矩變動(dòng)比較器52將 轉(zhuǎn)矩變動(dòng)檢測(cè)值Δτ和轉(zhuǎn)矩變動(dòng)基準(zhǔn)值ΔτR輸入后進(jìn)行比較。電動(dòng)機(jī)常 數(shù)補(bǔ)償運(yùn)算部121根據(jù)轉(zhuǎn)矩變動(dòng)比較器52的輸出信號(hào)對(duì)電動(dòng)機(jī)常數(shù)進(jìn)行 補(bǔ)償。
下面將對(duì)作為電動(dòng)機(jī)常數(shù)的電動(dòng)機(jī)繞線電阻值R～進(jìn)行補(bǔ)償時(shí)的操作 進(jìn)行說明。
作為轉(zhuǎn)矩變動(dòng)檢測(cè)部51的輸出信號(hào)的轉(zhuǎn)矩變動(dòng)檢測(cè)值Δτ是利用旋 轉(zhuǎn)角度推定值ω～如式(15)所示導(dǎo)出的。另外，轉(zhuǎn)矩變動(dòng)比較器的輸出 信號(hào)ετ由轉(zhuǎn)矩變動(dòng)檢測(cè)值Δτ和轉(zhuǎn)矩變動(dòng)基準(zhǔn)值ΔτR如式(16)所示 表示。電動(dòng)機(jī)常數(shù)補(bǔ)償運(yùn)算部121的輸出值Rout根據(jù)轉(zhuǎn)矩變動(dòng)比較器的輸 出信號(hào)ετ如式(37)所示表示。

這里，R～為以式(35)表示的電動(dòng)機(jī)繞線電阻補(bǔ)償值，Rn為公稱值。
利用上式，僅對(duì)轉(zhuǎn)矩變動(dòng)檢測(cè)值Δτ在轉(zhuǎn)矩變動(dòng)基準(zhǔn)值ΔτR以下的 區(qū)域內(nèi)進(jìn)行電動(dòng)機(jī)常數(shù)的補(bǔ)償。
而且，也可以使轉(zhuǎn)矩變動(dòng)比較器52具有一定的滯后。
另外，在上述的說明中，雖然對(duì)轉(zhuǎn)矩變動(dòng)基準(zhǔn)值ΔτR為一個(gè)的情況 進(jìn)行了敘述，但是也可以設(shè)置多個(gè)轉(zhuǎn)矩變動(dòng)基準(zhǔn)值ΔτR，在各自的旋轉(zhuǎn) 速度區(qū)域中進(jìn)行電動(dòng)機(jī)常數(shù)補(bǔ)償狀態(tài)或非補(bǔ)償狀態(tài)的切換。
而且，不僅是電動(dòng)機(jī)繞線電阻，本發(fā)明也可以適用于電感或感應(yīng)電 壓常數(shù)之類的其他電動(dòng)機(jī)常數(shù)。
利用以上的方法，不僅可以將伴隨電動(dòng)機(jī)常數(shù)的補(bǔ)償花費(fèi)的運(yùn)算時(shí) 間縮短至所需的最低限度，最大限度地減輕運(yùn)算裝置的載荷容量，并且 實(shí)現(xiàn)成本的大幅度降低。
實(shí)施形態(tài)11
這里使用圖19對(duì)實(shí)施形態(tài)8～10中，電動(dòng)機(jī)常數(shù)補(bǔ)償部112的電動(dòng) 機(jī)常數(shù)的補(bǔ)償操作的ON/OFF切換時(shí)的控制進(jìn)行說明。
在本實(shí)施形態(tài)中，在實(shí)施形態(tài)8～10的電動(dòng)機(jī)常數(shù)的補(bǔ)償操作中， 從電動(dòng)機(jī)常數(shù)(電動(dòng)機(jī)繞線電阻值)的非補(bǔ)償狀態(tài)(補(bǔ)償操作OFF時(shí)) 切換到補(bǔ)償狀態(tài)(補(bǔ)償操作ON時(shí))時(shí)，如圖19所示，設(shè)置用于電動(dòng)機(jī) 常數(shù)補(bǔ)償切換的延遲區(qū)間。這樣就可以抑制電動(dòng)機(jī)常數(shù)的急劇的變化， 從而防止電動(dòng)機(jī)常數(shù)變得不連續(xù)。
具體來說，當(dāng)將非補(bǔ)償狀態(tài)的電動(dòng)機(jī)繞線電阻值設(shè)為Roff，將補(bǔ)償狀 態(tài)的電動(dòng)機(jī)繞線電阻值設(shè)為Ron，將電動(dòng)機(jī)繞線電阻值的現(xiàn)在值設(shè)為Rnow 后，從非補(bǔ)償狀態(tài)切換至補(bǔ)償狀態(tài)時(shí)，從電動(dòng)機(jī)常數(shù)補(bǔ)償運(yùn)算部121輸 出的動(dòng)機(jī)繞線電阻值的現(xiàn)在值設(shè)為Rnow以式(38)表示。

這里，ΔR為特定的極小量。電動(dòng)機(jī)常數(shù)補(bǔ)償運(yùn)算部121的輸出在 延遲區(qū)間內(nèi)以ΔR逐漸緩慢變化，使之逐漸接近補(bǔ)償狀態(tài)的值Ron，在滿 足了Rnow＝Ron的階段中切換至補(bǔ)償狀態(tài)的值Ron。
相反，從補(bǔ)償狀態(tài)切換至非補(bǔ)償狀態(tài)時(shí)，從電動(dòng)機(jī)常數(shù)補(bǔ)償運(yùn)算部121 輸出的動(dòng)機(jī)繞線電阻值的現(xiàn)在值設(shè)為Rnow以式(39)表示。

即，電動(dòng)機(jī)常數(shù)補(bǔ)償運(yùn)算部121的輸出在延遲區(qū)間內(nèi)以ΔR逐漸緩 慢變化，使之逐漸接近非補(bǔ)償狀態(tài)的值Roff，在滿足了Rnow＝Roff的階段 中切換至非補(bǔ)償狀態(tài)的值Roff。
而且，也可以設(shè)定作為用于電動(dòng)機(jī)常數(shù)補(bǔ)償切換的延遲區(qū)間的一定 的區(qū)間，僅在此一定區(qū)間內(nèi)使電動(dòng)機(jī)繞線電阻值逐漸地變化。
利用以上的構(gòu)成就可以實(shí)現(xiàn)伴隨電動(dòng)機(jī)常數(shù)的補(bǔ)償操作的ON/OFF 切換的控制穩(wěn)定性及可靠性的提高，從而防止電動(dòng)機(jī)的不穩(wěn)及失調(diào)。
實(shí)施形態(tài)12
在本實(shí)施形態(tài)中，檢測(cè)出同步電抗電動(dòng)機(jī)的電壓飽和率，在電壓飽 和率比所定值高時(shí)進(jìn)行避免飽和的降低目標(biāo)速度的控制。
圖20表示本實(shí)施形態(tài)的同步電抗電動(dòng)機(jī)的控制裝置的構(gòu)成。本實(shí)施 形態(tài)的控制裝置除了實(shí)施形態(tài)1的控制裝置的構(gòu)成外，還具有從同步電 抗電動(dòng)機(jī)4的電壓指令值導(dǎo)出電壓飽和程度(電壓飽和率)的電壓飽和 識(shí)別部31。
電壓飽和識(shí)別部31利用下式求得電壓飽和率σvol。
${\sigma }_{\mathrm{vol}}=\frac{\sqrt{v_{\gamma }^{*2}+v_{\delta }^{*2}}}{V_R}---\left(40\right)$
這里，VR為基準(zhǔn)電壓(電壓飽和率達(dá)到100％時(shí)的電壓設(shè)定值)，vγ、 vδ為γδ軸電壓指令值。而且，vγ *、vδ *利用式(6)導(dǎo)出。
電壓飽和識(shí)別部31對(duì)用上式(40)得到的電壓飽和率σvol和預(yù)先設(shè) 定的電壓飽和率設(shè)定值σR進(jìn)行比較，將其比較結(jié)果輸出到速度控制運(yùn)算 部14。
速度控制運(yùn)算部14根據(jù)來自電壓飽和識(shí)別部31的比較結(jié)果，在σvol ≥σR的情況下，降低由外部提供的旋轉(zhuǎn)角度目標(biāo)值ω*。例如，用下式 (41)得到新的降低了的旋轉(zhuǎn)角度目標(biāo)值ω*。
ω*＝ω*×a????(a＜1)????(41)
速度控制運(yùn)算部14將旋轉(zhuǎn)角度目標(biāo)值ω*降低至使電壓飽和率σvol比 基準(zhǔn)值更小為止，利用此降低了的值求出電流指令值。
而且，在發(fā)生電壓飽和的運(yùn)轉(zhuǎn)區(qū)域(主要是高速區(qū))，vγ *、vδ *由于 與旋轉(zhuǎn)速度(在同步電動(dòng)機(jī)、同步電抗電動(dòng)機(jī)中，旋轉(zhuǎn)速度目標(biāo)值電 動(dòng)機(jī)實(shí)際旋轉(zhuǎn)速度)大致成比例(例如參照式(33))，通過使旋轉(zhuǎn)速度 目標(biāo)值下降，就可以降低由上式(40)導(dǎo)出的電壓飽和率。
像以上這樣，通過避免過度的電壓飽和，可以避免位置·速度推定 運(yùn)算部的推定位置θ～的誤差變大，從而防止失調(diào)。
實(shí)施形態(tài)13
圖21表示本實(shí)施形態(tài)的同步電抗電動(dòng)機(jī)的控制裝置的構(gòu)成。本實(shí)施 形態(tài)的控制裝置除了實(shí)施形態(tài)1的控制裝置的構(gòu)成外，還具有從同步電 抗電動(dòng)機(jī)4的電壓指令值導(dǎo)出電壓飽和的程度(電壓飽和率)的電壓飽 和識(shí)別部31、檢測(cè)輸入到轉(zhuǎn)換器3的直流電壓(以下稱為「轉(zhuǎn)換器直流 電壓」)的DC電壓檢測(cè)部33、為抵消轉(zhuǎn)換器直流電壓的脈動(dòng)而對(duì)電動(dòng)機(jī) 電壓指令值進(jìn)行修正的電動(dòng)機(jī)電壓修正部35。
電壓飽和識(shí)別部31從同步電抗電動(dòng)機(jī)4的電壓指令值導(dǎo)出電壓飽和 率，比較此導(dǎo)出的值和預(yù)先設(shè)定的電壓飽和率設(shè)定值，將其比較結(jié)果輸 出到速度控制運(yùn)算部14中。這時(shí)，在電壓飽和識(shí)別部31中，電壓飽和 率設(shè)定值根據(jù)轉(zhuǎn)換器直流電壓的脈動(dòng)被修正。即，電壓飽和識(shí)別部31從 DC電壓檢測(cè)部33輸入轉(zhuǎn)換器直流電壓的檢測(cè)值，根據(jù)轉(zhuǎn)換器直流電壓 的脈動(dòng)修正電壓飽和率設(shè)定值。這樣，就可以實(shí)現(xiàn)考慮了轉(zhuǎn)換器直流電 壓的脈動(dòng)因素的電壓飽和時(shí)的保護(hù)控制。電壓飽和率設(shè)定值的修正值σRh 用下式求得。
${\sigma }_{\mathrm{Rh}}={\sigma }_R·\frac{V_0}{v_{\mathrm{dc}}}---\left(42\right)$
這里，σR為預(yù)先設(shè)定的電壓飽和率設(shè)定值，V0為預(yù)先設(shè)定的轉(zhuǎn)換器 直流電壓的基準(zhǔn)值。
電動(dòng)機(jī)電壓修正部35對(duì)來自電流控制運(yùn)算部17的電動(dòng)機(jī)修正電壓 指令值根據(jù)由DC電壓檢測(cè)部33檢測(cè)出的轉(zhuǎn)換器直流電壓Vdc進(jìn)行修正， 通過此方法降低電動(dòng)機(jī)電流波形的變形。電動(dòng)機(jī)電壓指令的修正值Vjh *用 下式求得。
${v_{\mathrm{jh}}}^{*}={v_j}^{*}·\frac{V_0}{v_{\mathrm{dc}}}---\left(43\right)$
這里，j＝u、v、w，Vj *為由電流控制運(yùn)算部17導(dǎo)出的電動(dòng)機(jī)電壓指 令值，Vdc為由DC電壓檢測(cè)部33檢測(cè)出的轉(zhuǎn)換器直流電壓的值，V0為 預(yù)先設(shè)定的轉(zhuǎn)換器直流電壓的基準(zhǔn)值(設(shè)定為轉(zhuǎn)換器直流電壓的最大 值)。
速度控制運(yùn)算部14根據(jù)來自電壓飽和識(shí)別部31的輸出，僅對(duì)由電 壓指令值導(dǎo)出的電壓飽和率在電壓飽和率設(shè)定值以上的情況，使由外部 提供的旋轉(zhuǎn)速度目標(biāo)值降低，根據(jù)此降低了的目標(biāo)值求得電流指令值。
像以上這樣根據(jù)轉(zhuǎn)換器直流電壓Vdc對(duì)電動(dòng)機(jī)修正電壓及電壓飽和率 設(shè)定值進(jìn)行修正的理由如下。
一般來說，轉(zhuǎn)換器直流電壓如圖22所示，以交流電源頻率的2倍的 頻率發(fā)生脈動(dòng)，其電壓變動(dòng)幅度ΔVdc相對(duì)于載荷要素產(chǎn)生的載荷轉(zhuǎn)矩成 比例地變大。因此，僅由于圖22的斜線部分就會(huì)使實(shí)際的電動(dòng)機(jī)所加電 壓變小，從而在電動(dòng)機(jī)電流波形中產(chǎn)生變形。
所以，對(duì)于電動(dòng)機(jī)電壓指令值Vj *，通過如式(43)所示使用轉(zhuǎn)換器 直流電壓檢測(cè)值，對(duì)由轉(zhuǎn)換器直流電壓引起的電壓不足部分進(jìn)行修正， 就可以使實(shí)際的電動(dòng)機(jī)所加電壓達(dá)到如指令所希望的值。
這里，在電動(dòng)機(jī)修正電壓指令(電動(dòng)機(jī)所加電壓)最大的位置，在 圖22中是轉(zhuǎn)換器直流電壓為最小值(V0-ΔVdc)的情況。電動(dòng)機(jī)修正電 壓指令(電動(dòng)機(jī)所加電壓)的最大值Vjh-max *如式(44)表示。
${v_{\mathrm{jh}\_\max }}^{*}={v_j}^{*}\frac{V_0}{V_0-{\mathrm{\Delta v}}_{\mathrm{dc}}}---\left(44\right)$
這里，j＝u、v、w。
此時(shí)的電壓飽和率σvol-max可以通過對(duì)式(44)的電動(dòng)機(jī)修正電壓指 令值的最大值進(jìn)行3相-2相變換，如式(45)那樣導(dǎo)出。
${\sigma }_{\mathrm{vol}\_\max }=\frac{V_0}{V_0-{\mathrm{\Delta v}}_{\mathrm{dc}}}\frac{\sqrt{v_{\gamma }^{*2}+v_{\delta }^{*2}}}{V_R}---\left(45\right)$
上式通過對(duì)轉(zhuǎn)換器直流電壓的脈動(dòng)進(jìn)行修正，使電動(dòng)機(jī)電壓指令值 變大，其結(jié)果是電壓飽和率變大。即，當(dāng)電壓飽和率設(shè)定值σR一定時(shí)， 通過對(duì)轉(zhuǎn)換器直流電壓的脈動(dòng)進(jìn)行修正，更容易過度至電壓飽和的保護(hù) 控制，在高速區(qū)的驅(qū)動(dòng)性能降低。
因此，為了防止在高速區(qū)驅(qū)動(dòng)性能的降低，有必要像上述的式(42) 那樣，電壓飽和率設(shè)定值σR也要根據(jù)轉(zhuǎn)換器直流電壓的脈動(dòng)進(jìn)行修正。 這樣，就可以通過對(duì)電壓飽和率設(shè)定值σR進(jìn)行修正來實(shí)現(xiàn)不會(huì)降低驅(qū)動(dòng) 性能的高速運(yùn)轉(zhuǎn)，通過減少電動(dòng)機(jī)電流波形的變形來提高效率或控制穩(wěn) 定性，從而可以實(shí)現(xiàn)更為高速的運(yùn)轉(zhuǎn)。
而且，當(dāng)利用AC/DC變換器2的電壓控制，將DC電壓的設(shè)定從240V (50rps時(shí))改變到280V(100rps時(shí))時(shí)等，根據(jù)運(yùn)轉(zhuǎn)條件(例如速度 區(qū)等)轉(zhuǎn)換器直流電壓的值發(fā)生變化的情況下，上述的轉(zhuǎn)換器直流電壓 的基準(zhǔn)值V0也可以不是預(yù)先設(shè)定的固定值，而是使用實(shí)際的DC電壓檢 測(cè)值的平均值或AC/DC變換器2的電壓設(shè)定值對(duì)轉(zhuǎn)換器直流電壓的脈動(dòng) 進(jìn)行修正。
利用上述構(gòu)成，通過總是將實(shí)際的電動(dòng)機(jī)所加電壓作為指令來減少 電動(dòng)機(jī)電流波形的變形，不僅可以帶來效率提高、噪音振動(dòng)減少、控制 穩(wěn)定性提高(推定位置的誤差小)等優(yōu)點(diǎn)，而且通過同時(shí)根據(jù)轉(zhuǎn)換器直 流電壓的脈動(dòng)對(duì)電壓飽和設(shè)定值也進(jìn)行修正，可以在高速區(qū)實(shí)現(xiàn)具有同 等以上的驅(qū)動(dòng)性能。
本發(fā)明雖然對(duì)特定的實(shí)施形態(tài)進(jìn)行了說明，但是對(duì)專業(yè)人員來說， 其他各種變形例、修正及其他的利用都是很明顯的。因此，本發(fā)明并不 限度于此處的特定的闡述，而是僅由附加的技術(shù)方案來限定的。