电动机控制装置及具备电动机控制装置的驱动系统制造方法及图纸

本发明专利技术的电动机控制装置通过不使用转子位置传感器的无传感器控制来控制交流同步电动机。该电动机控制装置包括：按照第1推定方法来推定固定坐标系上的所述交流同步电动机的转子的位置的第1位置推定器；按照不同于所述第1推定方法的第2推定方法来推定固定坐标系上的所述交流同步电动机的转子的位置的第2位置推定器；以及基于所述第1位置推定器和所述第2位置推定器的推定结果来驱动所述交流同步电动机的驱动控制单元。电动机的驱动控制单元。电动机的驱动控制单元。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】电动机控制装置及具备电动机控制装置的驱动系统
[0001]【关联申请】
[0002]本申请基于2021年1月18日提出的日本专利申请2021
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5622号主张优先权，并将该申请的所有内容援引入本申请。


[0003]本专利技术涉及通过无传感器控制来控制交流同步电动机的电动机控制装置以及具备电动机控制装置的驱动系统。

技术介绍

[0004]交流同步电动机指转子内置有永磁体、并构成为接受交流电流的供给而动作的电动机，包含无刷DC电动机、步进电动机等。简而言之，除了接受直流电流的供给并使用换向器改变绕组电流的方向的结构以外的电动机都包含在交流电动机的范畴内，转子内置有永磁体的电动机包含在同步电动机的范畴内。
[0005]用于交流同步电动机的典型的电动机控制装置控制将直流转换为交流的逆变器，并从该逆变器向电动机提供交流电流。为了适当地控制逆变器，需要转子位置的信息。因此，使用检测转子的旋转位置的转子位置检测器的输出来控制逆变器。
[0006]作为使用转子位置检测器的替代，已知有通过推定转子位置并基于推定出的转子位置来控制逆变器从而驱动交流电动机的方式。这样的控制方式被称为“无位置传感器控制”或简称为“无传感器控制”。通过省去转子位置检测器，从而无需考虑转子位置检测器的安装位置精度以及与转子位置检测器关联的布线。而且，无传感器控制具有如下优点：能适用于物理上无法布置转子位置检测器的电动机、转子位置检测器无法承受使用环境的用途的电动机。
[0007]典型的无传感器控制中的转子位置的推定基于感应电压法。感应电压法是如下方法：使用电压指令和电流检测值，利用基于电动机模型的运算求出感应电压，并使用该感应电压来推定转子位置。更具体而言，假设相对于与转子同步旋转的dq旋转坐标系的dq轴具有Δθ的轴误差的γδ旋转坐标系。在该γδ旋转坐标系的γδ轴上进行感应电压的推定，以使Δθ为零的方式进行输出推定速度的PLL(锁相环)控制(专利文献1)。此外，已知还有如下方法：在dq轴上使用自适应观测器来推定转子磁通位置，以使转子磁通的d轴分量为零的方式进行速度推定(专利文献2)。这些方法能适用于产生较大的感应电压的中高速区域。
[0008]在包含零速度的低速区域中感应电压较小，因此，感应电压的推定较为困难，因而使用其它方法。具体而言，在dq轴上对电压指令重叠高频电压指令，并检测电流相对于该高频电压指令的响应，从而运算电动机电感中所包含的转子位置的信息。由此，得到轴误差Δθ，以使轴误差Δθ为零的方式进行速度推定(专利文献3)。
[0009]作为在全速度区域中进行无传感器控制的方法，提出了将上述2个方法相组合的方法。具体而言，在低速区域中使用重叠高频电压指令的后者的方法。在中高速下，使用将高频重叠电压减小、并以自适应观测器来得到推定位置的前者的方法(专利文献4)。此外，
也公开了如下方法：对通过双方的推定方法得到的推定位置进行加权，即使施加负载也能顺利地进行控制的切换(专利文献5)。
[0010]现有技术文献
[0011]专利文献
[0012]专利文献1：日本专利特开2008
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011616号公报，第0007～0016段
[0013]专利文献2：日本专利再表02
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091558号公报，式(18)
[0014]专利文献3：日本专利特开2002－058294号公报，第0076段、数学式8专利文献4：日本专利再表2010
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109528号公报，权利要求5、6
[0015]专利文献5：日本专利特开2014－128887号公报，第0063段、图6
[0016]专利文献6：日本专利特开2006
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158046号公报，第0005段
[0017]专利文献7：日本专利特开平8－256496号公报
[0018]专利文献8：日本专利特开10
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94298号公报，第0001、0042段
[0019]非专利文献1：Z.Chen及另外三人，“AnExtendedElectromotiveForceModelforSensorlessControlofInteriorPermanent
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MagnetSynchronousMotors(内置永磁体同步电机无传感器控制的扩展电动势模型)”，IEEETRANSACTIONSONINDUSTRIALELECTRONICS(IEEE工业电子学汇刊),VOL.50,NO.2,APRIL2003、p.288～295
[0020]非专利文献2：T.Aihara及另外四人，“SensorlessTorqueControlofSalient
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PoleSynchronousMotoratZero
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SpeedOperation(凸极同步电动机零速运行下的无传感器转矩控制)”、IEEETRANSACTIONSONPOWERELECTRONICS(IEEE电力电子学汇刊),VOL.14,NO.1,JANUARY1999、p.202～208

技术实现思路

[0021]专利技术所要解决的技术问题
[0022]在从零速度到高速区域为止的全速度区域中实现稳定且高响应地驱动的无位置传感器控制较为困难。这是由于从低速区域的控制方法转移到中速区域的控制方法时的控制切换的问题、以及低速区域中的位置推定的响应性的不佳所导致的。
[0023]重叠高频电压的方法也如专利文献6中所指出的那样，产生因高频电流而引起的振动的问题。此外，高频电压的频率最多小于数百Hz，所以位置运算的周期较长。而且，通过将频率不那么高的高频电压指令解调处理到dq轴上的电流的响应中，从而位置运算的响应进一步下降。因此，只要使用高频重叠方式，低速区域中的位置运算的响应性就会受到其限制。
[0024]再者，在进行dq旋转坐标系的dq轴上的推定的情况下，能够运算的量并不是转子位置本身，而是位置误差Δθ。为了求出转子位置，需要使用所述PLL控制来输出速度，并对该速度进行积分，从而运算固定于定子的αβ固定坐标系上的位置θ。然而，PLL控制器的响应性存在极限。此外，Δθ的运算中，使用推定旋转坐标系(γδ旋转坐标系)上的电流值等，因此，若Δθ因急加减速、急负荷而变大，则推定精度恶化。因此，在低速区域和中高速区域中分别运算出的Δθ中产生偏差。因此，在用于低速区域的推定(低速推定)和用于中高速区域的推定(中高速推定)的切换区域中推定位置会不稳定，或产生抖动(chattering)。
[0025]上述问题所引起的实用上的问题如下所示。例如，在电动机在高速区域中运转时，
由于急负荷而导致电动机停止的状况下，从中高速推定切换为低速推定。此时，电动机有时会失步，或朝与指令方向相反的方向失控。急加减速也会引发同样的问题。
[0026]由此，在以无传感器控制进行交流同步电动机的控制的情况下，产生因响应性的变差本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】1.一种电动机控制装置，通过不使用转子位置传感器的无传感器控制来控制交流同步电动机，所述电动机控制装置的特征在于，包括：第1位置推定器，该第1位置推定器按照第1推定方法来推定固定坐标系上的所述交流同步电动机的转子的位置；第2位置推定器，该第2位置推定器按照与所述第1推定方法不同的第2推定方法来推定固定坐标系上的所述交流同步电动机的转子的位置；以及驱动控制单元，该驱动控制单元基于所述第1位置推定器和所述第2位置推定器的推定结果，来驱动所述交流同步电动机。2.如权利要求1所述的电动机控制装置，其特征在于，所述第1推定方法和所述第2推定方法均推定转子的位置，而不进行转子位置的误差的推定。3.如权利要求1所述的电动机控制装置，其特征在于，所述第1推定方法和所述第2推定方法均推定转子的位置，而不使用以使转子位置的误差为零的方式输出转子的推定速度的PLL(锁相环)控制。4.如权利要求1至3中任一项所述的电动机控制装置，其特征在于，所述第1位置推定器输出相对于与定子的1个电气角周期相当的转子的旋转具有2周期的变动的推定位置信号，所述第2位置推定器输出相对于与定子的1个电气角周期相当的转子的旋转具有1周期的变动的推定位置信号。5.如权利要求1至3中任一项所述的电动机控制装置，其特征在于，所述第1位置推定器输出相对于与定子的1个电气角周期相当的转子的旋转具有2周期的变动的推定位置信号，所述第2位置推定器输出相对于与定子的1个电气角周期相当的转子的旋转具有1周期的变动的推定位置信号，所述电动机控制装置还包含周期转换器，该周期转换器将所述第1位置推定器的推定位置信号转换为相对于与定子的1个电气角周期相当的转子的旋转具有1周期的变动的周期信号的推定位置信号。6.如权利要求1至5中任一项所述的电动机控制装置，其特...

【专利技术属性】
技术研发人员：海野晃，
申请(专利权)人：东方马达株式会社，
类型：发明
国别省市：