交流电动机的不使用速度传感器的向量控制方法与向量控制器技术

一种用于交流电动机的无速度传感器的控制方法和控制器，可以使全维磁通量速度观测器的速度估算值或者磁通量估算值与实际交流电动机的速度值和磁通量值相一致。交流电动机控制器包括：向量控制和计算单元（７），用于通过根据通过励磁电流命令计算电路（５）计算的励磁电流命令、通过转矩电流命令计算电路（６）计算的转矩电流命令、通过坐标变换电路（４）坐标变换的电流检测值、速度估算值和磁通量相位估算值进行控制向量控制，来输出输出电压命令；开关模式生成电路（８），用于根据该输出电压命令来生成用于ＰＷＭ驱动电力转换器（１）的信号；以及全维磁通量速度观测器（９），用于根据输出电压命令和坐标转换后的电流检测值来确定速度估算值和磁通量相位估算值。该交流电动机控制器还包括系数校正单元１０，用于根据磁通量命令来校正由全维磁通量速度观测器（９）使用的行列式系数。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】交流电动机的不使用传感器的向量控制方法与向量控制器
本专利技术涉及一种用于交流电动机，尤其是感应电动机的不使用速度传感器的向量控制方法与向量控制器。
技术介绍
作为一种通常的用于感应电动机的速度估算方法和用于感应电动机的驱动装置，例如，日本专利特开平08-205599号公报(专利文献1)提出通过根据次级互联磁通量的估算值获取的次级互联磁通量的绝对值，来校正速度的估算值，以减小在全维磁通量速度观测器(all-dimensional magnetic flux speed observer)中速度估算值的误差。此外，日本专利特开2002-136196号公报(专利文献2)提出，为了抑制由于在次级磁通量升高之前流入过大的转矩电流量的现象引起的冲击，在从用于生成转矩命令值的命令值生成单元到电压命令值计算电路的路径中插入有定时器、限制器设置计算单元和转矩限制器，通过该定时器对在使来自启动信号生成电路的启动信号生效之后经过的时间进行测量，通过限制器设置值计算单元基于所测量的值来计算转矩限制器值，并且将通过将转矩命令值限制到不高于转矩限制器值所获得的值设置为新的转矩命令值来执行平滑启动。此外，日本专利特开平08-70599号公报(专利文献3)提出了一种方法，其中当速度估算值高于最大速度时，通过防止过度旋转的装置来将初级转轴的电流命令值设置为零，从而在感应电动机的无速度传感器的向量控制器中不产生加速方向的转矩，并且不过度旋转感应电动机，其中通过同维观测器和包括速度适应机制的速度适应次级磁通量观测器来估算感应电动机的实际速度值，并且通过电动机速度的估算值与电动-->机速度命令值的比较误差信号来控制电流控制部分，以控制向量。将在上述专利文献1中提出的全维磁通量速度观测器的矩阵A，B和G(以下说明)的元素分别计算为在除了通常速度以外的速度不变的固定值。然而，当感应电动机具有容易磁饱和的性质时，互感随磁通量命令的水平(level)而变化。因此，若保持固定值，则速度估算值或者所估算的磁通量的相位就不精确，从而不能执行满足命令的操作。此外，在上述专利文献1中提出的全维磁通量速度观测器中，磁通量或者速度是在离散值处理中估算的。为了简化观测器的计算，使用油滴初级近似(oiler primary approximation)。此外，假设在很短的时间(抽样时间)速度具有固定值，根据对这些固定值的计算来执行计算。然而，当具有小容量和小惯量的感应电动机在没有负载的状态下被突然加速时，速度在很短的时间(抽样时间)发生变化。在这种情况下，全维磁通量速度观测器中的速度估算值与感应电动机的实际速度相偏离。因此，出现了不稳定的控制状态，大量电流流入，或者在过滑状态(excessively slipping state)下运转，从而不能使感应电动机以稳定的方式运转。当加速时间短或者速度变化大时，尤其易于出现上述情况。另一方面，如果速度改变小，那么即使当加速时间短时，也难以出现上述情况。此外，专利文献2中所述的方法用来处理具有大容量的感应电动机，其中次级磁通量的升高慢，从而不能解决上述在具有小容量和小惯量的感应电动机中的问题。通常，可以如专利文献2中一样在启动后立即降低转矩限制值。通过这种方法，即使当速度的变化慢时，也不能理想地操作转矩限制。此外，在专利文献3中所述的方法用来通过速度适应次级磁通量观测器来估算并控制感应电动机的实际速度值。然而，这种方法是用于防止过速的方法，从而不能解决上述具有小容量和小惯量的感应电动机中的问题。
技术实现思路
-->本专利技术的一个目的是提供一种用于交流电动机的不使用速度传感器的向量控制方法和向量控制器，其中可以使全维磁通量速度观测器的速度估算值或者磁通量估算值与实际交流电动机的速度或者磁通量相一致。此外，本专利技术的第二个目的是提供一种用于交流电动机的不使用速度传感器的向量控制方法和向量控制器，其中当速度变化大时，能实现没有不稳定控制的快速加速。为了实现第一个目的，权利要求1中限定的专利技术提供了一种用于交流电动机的不使用传感器的向量控制方法，该交流电动机包括：电力转换器，用于向交流电动机输出电能；励磁电流命令计算单元，用于针对任意磁通量命令，根据交流电动机的磁饱和性质来计算励磁电流命令；转矩电流命令计算单元，用于根据任意转矩命令和磁通量命令计算转矩电流命令；电流检测单元，用于检测提供给交流电动机的电流；坐标变换单元，用于将检测的电流变换到定子坐标系；向量控制和计算单元，用于根据励磁电流命令、转矩电流命令、坐标变换后的电流检测值、速度估算值和磁通量相位估算值来控制并计算向量，以输出输出电压命令；开关模式生成单元，用于根据输出电压命令产生用于PWM驱动电力转换器的信号；以及全维磁通量速度观测器，用于根据输出电压命令和坐标转换后的电流检测值来估算速度估算值和磁通量相位估算值，其中根据磁通量命令来校正全维磁通量速度观测器中使用的行列式系数。在权利要求1限定的专利技术中，由于可以使全维磁通量速度观测器中的速度估算值或者磁通量估算值与实际交流电动机的速度或者磁通量相一致，因此即使在易于磁饱和的交流电动机中也能精确地估算速度。权利要求2限定的专利技术提供了一种根据权利要求1的用于交流电动机的不使用传感器的向量控制方法，其中基于交流电动机的互感的磁饱和性质的变化来校正行列式系数。在权利要求2限定的专利技术中，通过考虑以下事实进行计算，即，当分别计算行列式系数时，需要进行基于交流电动机的互感的磁饱和性质的大量计算。于是，可以实现近似计算并且精确地估算速度。权利要求3中限定的专利技术提供了一种根据权利要求1或2的用于交-->流电动机的不使用传感器的向量控制方法，其中根据磁通量水平来校正在全维磁通量速度观测器中使用的行列式系数，所述磁通量水平是根据励磁电流命令而计算的。在权利要求3限定的专利技术中，由于通过根据励磁电流命令计算磁通量模来计算磁通量水平，因此即使当磁通量命令突然变化时，也能充分跟随实际的磁通量。权利要求4限定的专利技术提供了一种用于交流电动机的不使用传感器的向量控制器，包括：电力转换器，用于向交流电动机输出电能；励磁电流命令计算单元，用于针对任意磁通量命令，根据交流电动机的磁饱和性质来计算励磁电流命令；转矩电流命令计算单元，用于根据任意转矩命令和磁通量命令来计算转矩电流命令；电流检测单元，用于检测提供给交流电动机的电流；坐标变换单元，用于将检测的电流变换到定子坐标系；向量控制和计算单元，用于根据励磁电流命令、转矩电流命令、坐标变换后的电流检测值、速度估算值和磁通量相位估算值来控制并计算向量，以输出输出电压命令；开关模式生成单元，用于根据输出电压命令来生成用于PWM驱动电力转换器的信号；以及全维磁通量速度观测器，用于根据输出电压命令和坐标转换后的电流检测值来估算速度估算值和磁通量相位估算值，其中设置有系数校正单元，用于根据磁通量命令来校正全维磁通量速度观测器中使用的行列式系数。在权利要求4限定的专利技术中，由于可以使全维磁通量速度观测器的速度估算值或者磁通量估算值与实际交流电动机的速度或者磁通量相一致，因此即使在易于磁性饱和的交流电动机中也能精确地估算速度。在权利要求5中限定的专利技术提供了一种根据权利要求4的用于交流电动机的不使用传感器的向量控制器，其中系数校正本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于交流电动机的不使用传感器的向量控制方法，该交流电动机包括：电力转换器，用于向交流电动机输出电力；励磁电流命令计算单元，用于针对任意磁通量命令，根据交流电动机的磁饱和性质来计算励磁电流命令；转矩电流命令 计算单元，用于根据任意转矩命令和磁通量命令来计算转矩电流命令；电流检测单元，用于检测提供给交流电动机的电流；　坐标变换单元，用于将检测的电流变换到定子坐标系；向量控制和计算单元，用于根据励磁电流命令、转矩电流命令、坐 标变换后的电流检测值、速度估算值和磁通量相位估算值来控制并计算向量，以输出输出电压命令；开关模式生成单元，用于根据输出电压命令来生成用于脉宽调制驱动电力转换器的信号；以及全维磁通量速度观测器，用于根据输出电压命令和坐标转换后 的电流检测值来估算速度估算值和磁通量相位估算值，其中根据磁通量命令来校正全维磁通量速度观测器中使用的行列式系数。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】JP 2003-3-12 067279/20031.一种用于交流电动机的不使用传感器的向量控制方法，该交流电动机包括：电力转换器，用于向交流电动机输出电力；励磁电流命令计算单元，用于针对任意磁通量命令，根据交流电动机的磁饱和性质来计算励磁电流命令；转矩电流命令计算单元，用于根据任意转矩命令和磁通量命令来计算转矩电流命令；电流检测单元，用于检测提供给交流电动机的电流；坐标变换单元，用于将检测的电流变换到定子坐标系；向量控制和计算单元，用于根据励磁电流命令、转矩电流命令、坐标变换后的电流检测值、速度估算值和磁通量相位估算值来控制并计算向量，以输出输出电压命令；开关模式生成单元，用于根据输出电压命令来生成用于脉宽调制驱动电力转换器的信号；以及全维磁通量速度观测器，用于根据输出电压命令和坐标转换后的电流检测值来估算速度估算值和磁通量相位估算值，其中根据磁通量命令来校正全维磁通量速度观测器中使用的行列式系数。2.根据权利要求1所述的用于交流电动机的不使用传感器的向量控制方法，其中基于交流电动机的互感的磁饱和性质的变化来校正行列式系数。3.根据权利要求1或2所述的用于交流电动机的不使用传感器的向量控制方法，其中根据通过励磁电流命令计算的磁通量水平，来校正在全维磁通量速度观测器中使用的行列式系数。4.用于交流电动机的不使用传感器的向量控制器，其包括：电力转换器，用于向交流电动机输出电力；励磁电流命令计算单元，用于针对普通磁通量命令，根据交流电动机的磁饱和性质来计算励磁电流命令；转矩电流命令计算单元，用于根据任意转矩命令和磁通量命令来计算转矩电流命令；电流检测单元，用于检测提供给交流电动机的电流；坐标变换单元，用于将检测的电流变换成定子坐标系；向量控制和计算单元，用于根据励磁电流命令、转矩电流命令、坐标变换后的电流检测值、速度估算值和磁通量相位估算值来控制并计算向量，以输出输出电压命令；开关模式生成单元，用于根据输出电压命令来生成用于脉宽调制驱动电力转换器的信号；以及全维磁通量速度观测器，用于根据输出电压命令和坐标转换后的电流检测值来估算速度估算值和磁通量相位估算值，在其中设置有系数校正单元，用于根据磁通量命令来校正全维磁通量速度观测器中使用的行列式系数。5.根据权利要求4所述的用于交流电动机的不使用传感器的向量控制器，其中系数校正单元，其基于交流电动机的互感的磁饱和性质的变化来校正所述系数。6.根据权利要求4或5所述的用于交流电...

【专利技术属性】
技术研发人员：井浦英昭，山本阳一，中村茂和，
申请(专利权)人：株式会社安川电机，
类型：发明
国别省市：JP[日本]