马达控制装置与其控制方法制造方法及图纸

本发明专利技术提供一种马达控制装置与其控制方法，即使在功率转换电路的直流母线电压变动时，也一直以最大电压进行运转而实现高效化。具体而讲，在具备：ｄ、ｑ轴电流指令运算部（１、２）；ｄｑ转换部（９）；电流控制部（３）；调制波指令运算部（５）；及ＰＷＭ生成部（６）的马达控制装置中，具备：限制第１调制波指令而生成第２调制波指令的调制波指令限制部（１３）；通过第１调制波指令与调制波指令限制部的限制值求出调制率饱和度的调制率饱和度运算部（１４）；及根据调制率饱和度补正ｄ轴电流指令值的弱磁控制部（４）。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及一种在马达的电压饱和时进行弱磁控制的马达控制装置。
技术介绍
虽然马达根据速度而感应电压增加，对于电源如果电压指令饱和，则转矩无法产 生，速度不提高，但是通过降低d轴电流指令可以使转矩产生，可以扩大速度控制范围。在 感应电动机的情况下，在通常范围内，作为伴随磁通指令的d轴电流，如果遇到电压饱和， 则降低d轴电流。在表面安装永磁式同步电动机(SPMSM)中，通常使d轴电流为0，在电压 饱和范围内使负的d轴电流流通。在内置式永磁同步电动机(IPMSM)中，虽然在通常范围 为了高效运转而使负的d轴电流流通，但是在电压饱和范围内，在该电流加算负的电流。在此，对弱磁控制的原理进行说明。在感应电动机或励磁绕组同步电动机中可以 通过励磁电流指令控制磁通。另一方面，虽然在永磁同步电动机(SPMSM、IPMSM)中无法直 接控制励磁磁通，但是通过使负的d轴电流流通，可以利用d轴电枢反作用弓|起的减磁效果 来减少d轴方向的磁通，可以进行弱磁控制。由于严格地讲不是控制励磁，因此也有称之为 弱磁通控制的情况。下面以同步电动机为例进行说明。用dq坐标系表示同步电动机的电压电流方程 式如下。 但，p 微分算子Id、Iq:d、q 轴电流Vd、Vq:d、q 轴电压 马达的电角速度R:电枢阻抗Ld、Lq:d、q 轴电感O 电枢交链磁通另外，转矩如下式。T = P{OIq+(Ld-Lq)IdIq}(2)但，Kt 转矩常数，P 极对数从(1)式，全交链磁通①^引起的感应电压％，使R+pLx项为0而成为 由此感应电压与dq轴电流的关系为 可以知道如果在(4)式中转速《为一定，则如果左边第1项在Id > -0/Ld的范 围内使Id向负的方向增大绝对值，就可以降低感应电压。 另一方面，3相PWM变频器(将PWM生成部+功率转换电路称之为PWM变频器)的 输出有限度。如果使功率转换电路的直流母线电压为VDe，则在各相的输出为正弦波时，如 果正弦波的最大值超过可输出的最大电压(士VDC/2)，则不能输出超过部分的电压。另一方 面，如果在输出电压上叠加输出频率的3次高次谐波，则在VDe与相间电流的最大值相一致 时，也就是说在电压执行值成如下式时，成为不发生变形地可输出的最大电压。 (5)如果使正弦波的最大值与最大电压相一致时的调制率为1，则叠加3次高次谐波 成分时的调制率成为2/( V3)。由此以实效值处理电压时，可以如下式地求出调制率虬。但，通过实施过调补正，全部相都可以输出到成为开或关的步骤6为止，此时的调 制率成为大约1. 27 ( = 4/ ji )。以该值为基础而定在运算弱磁控制时的最大电压。现有的弱磁控制将⑷式的感应电压％设定为最大值V。_，通过解与⑵式的联 立方程式来定Id、Iq。但是，可以通过从最大电压V_中减去最大电流时的阻抗损失部 分RI_而求出V_x。另外在通过微型电子计算机进行控制时，由于从CPU负载率的关系考 虑实时解联立方程式比较困难，因此事先根据速度与转矩计算(2)式(4)式联立方程式的 解而进行表格化，在进行控制运算时根据速度与转矩从表格中定Id、Iq(例如，参照非专利 文献1)。但是，由于该方法存在当马达常数设定值与实际不同时不能正确地限制电压的问 题，因此在一般的马达控制装置中，通过比较Vi与设定的最大电压V_而实施I控制或PI 控制，以此来补正d轴电流指令，从而将输出电压控制成与最大电压相一致。如果用公式表 示，则成为(7)式。 但，KP 比例增益，& 积分增益。在此，从(4)式也可以知道，之所以将右边的电压误差用速度进行除算(1/ )，是 为了将电压转换成磁通的水准。由于d轴电流与磁通变化是比例关系，因此这样就可以不 受转速影响地使控制响应成为一定(例如，参照非专利文献2)。或者，也有以下方法，通过最大电压V_与d轴电压指令V/求出 通过取该值与q轴电压指令的差来进行PI控制，从而补正d轴电流指令(例如，参照专利文献1)。另外，作为不使用电压指令的方法，有在电力转换单元设置检测电压饱和的单元 来判断是否形成电压饱和，通过在检测到电压饱和时积分负的固定值，且在未检测到饱和 时积分正的固定值来补正d轴电流指令的方法(例如，参照专利文献2)。另外，有这样的方法，在电力转换器的输出电压饱和时，用q轴电压指令值与电流 检测的偏差来运算控制的基准轴与马达的基准轴的偏差即相位误差的指令值，使用该相位 误差的指令值修正电力转换器的输出电压指令值，实现高精度、高响应的转矩控制(例如， 参照专利文献3)。非专利文献1 武田洋次、松井信行、森本茂雄、本田幸夫著“埋入式磁体同步电动 机的设计与控制” OHM公司，平成13年10月25日，p26-27非专利文献2 :Bon-Ho Bae、Nitin Patel,Steven Schulz、Seung_Ki Sul 著“新领 域弱化技术的高凸极永磁电机”，2003年IEEE工业应用会议、2003年10月13日专利文献1 日本国特开2006-254572号公报(第6-7页，图1)专利文献2 日本国特开2003-209996号公报(第4_6页，图1)专利文献3 日本国特开2007-252052号公报(第4-7页，图1)现有的马达控制装置的弱磁控制由于是事先设定最大电压，使电压指令与该值相 一致地补正d轴电流指令，因此在像电池等功率转换电路的直流母线电压VDe变动这样的情 况下，存在PWM变频器可输出的最大电压与设定的最大电压相异而不能充分发挥功能的情 况。也就是说，对于设定的最大电压，如果直流母线电压VDe降低，则电压饱和而无法产生转 矩，从而使速度不提高，相反，如果VDe高于设想的电压，则由于虽然电压有富余却使电流流 通，因此存在效率不佳的问题。另外，由于是根据与最大电压的偏差进行运算，因此有必要 使设定的最大电压低于PWM变频器可输出的最大电压，即使没有直流母线电压的变动，也 存在电压利用率不佳、效率不佳的问题。另外，在检测电压饱和的方法中存在有由于转速或电源电压变动而弱磁控制的响 应性变化的问题。另外，在电压饱和时使用相位误差指令值的方法中存在以下问题，由于需要切换 控制，需进行复杂处理，以表面安装永磁式同步电动机(SPMSM)等不利用磁阻转矩的电动 机为前提，因此难以应用于利用磁阻的电动机。
技术实现思路
本专利技术是基于上述问题而进行的，目的在于提供一种马达控制装置与其控制方 法，其即使在功率转换电路的直流母线电压变动的情况下，也一直以最大电压运转并实现 高效化。为了解决上述问题，本专利技术如以下构成。技术方案1所述的专利技术为，一种马达控制装置，其具备在以马达的磁通方向为基 准而设定的dq坐标系中根据转矩指令运算d轴电流指令及q轴电流指令；dq转换部，将马 达电流检测值转换成dq坐标系且运算d轴电流值与q轴电流值；电流控制部，使所述d轴 电流值和所述q轴电流值与所述d轴电流指令和所述q轴电流指令相一致地运算dq轴电 压指令；调制波指令运算部，根据所述dq轴电压指令与功率转换电路的直流母线电压求出第1调制波指令；及PWM生成部，根据第2调制波指令与PWM载波信号生成PWM模式，其特 征为，具备调制波指令限制部，限制所述第1调制波指令而生成所述第2调本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种马达控制装置，其具备：电流指令运算部，在以马达的磁通方向为基准而设定的ｄｑ坐标系中根据转矩指令运算ｄ轴电流指令及ｑ轴电流指令；ｄｑ转换部，将马达电流检测值转换成ｄｑ坐标系且运算ｄ轴电流值与ｑ轴电流值；电流控制部，使所述ｄ轴电流值和所述ｑ轴电流值与所述ｄ轴电流指令和所述ｑ轴电流指令相一致地运算ｄｑ轴电压指令；调制波指令运算部，根据所述ｄｑ轴电压指令与功率转换电路的直流母线电压求出第１调制波指令；及ＰＷＭ生成部，根据第２调制波指令与ＰＷＭ载波信号生成ＰＷＭ模式，其特征为，具备：调制波指令限制部，限制所述第１调制波指令而生成所述第２调制波指令；调制率饱和度运算部，通过所述第１调制波指令与所述调制波指令限制部的限制值求出调制率饱和度；及弱磁控制部，根据所述调制率饱和度补正所述ｄ轴电流指令值。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】JP 2007-11-15 2007-296988一种马达控制装置，其具备电流指令运算部，在以马达的磁通方向为基准而设定的dq坐标系中根据转矩指令运算d轴电流指令及q轴电流指令；dq转换部，将马达电流检测值转换成dq坐标系且运算d轴电流值与q轴电流值；电流控制部，使所述d轴电流值和所述q轴电流值与所述d轴电流指令和所述q轴电流指令相一致地运算dq轴电压指令；调制波指令运算部，根据所述dq轴电压指令与功率转换电路的直流母线电压求出第1调制波指令；及PWM生成部，根据第2调制波指令与PWM载波信号生成PWM模式，其特征为，具备调制波指令限制部，限制所述第1调制波指令而生成所述第2调制波指令；调制率饱和度运算部，通过所述第1调制波指令与所述调制波指令限制部的限制值求出调制率饱和度；及弱磁控制部，根据所述调制率饱和度补正所述d轴电流指令值。2.根据权利要求1所述的马达控制装置，其特征为，所述第1调制波指令作为每个马达 输出相的调制波指令，所述调制波指令限制部将马达输出相的调制波的最大值与最小值作 为限制值，使所述第1调制波指令处于所述最大值与所述最小值之间地进行限制而求出每 个马达输出相的第2调制波指令，所述调制率饱和度运算部合成从所述第1调制波指令与 所述调制波指令限制部的限制值得出的每个马达输出相的调制波差分值来求出调制率饱 和度。3.根据权利要求1所述的马达控制装置，其特征为，所述第1调制波指令作为通过所述 dq轴电压指令和所述直流母线电压求出的第1调制率指令与通过所述dq轴电压指令和表 示马达磁通方向的相位求出的输出相位，所述调制波指令限制部以任意设定的调制率限制 值对所述调制波指令进行限制而求出第2调制率指令，根据所述第2调制率指令与所述输 出相位求出每个马达输出相的第2调制波指令，所述调制率饱和度运算部根据所述第1调 制率指令与所述调制率限制值的差分值求出调制率饱和度。4.根据权利要求1所述的马达控制装置，其特征为，所述第1调制波指令作为通过所 述dq轴电压指令和所述直流母线电压求出的第1调制率指令和dq轴成分的调制波指令， 所述调制波指令限制部以任意设定的调制率限制值对所述调制波指令进行限制而求出第2 调制率指令，根据所述第2调制率指令与所述dq轴成分的调制波指令求出每个马达输出相 的第2调制波指令，所述调制率饱和度运算部根据所述第1调制率指令与所述调制率限制 值的差分值求出调制率饱和度。5.根据权利要求3或4所述的马达控制装置，其特征为，所述调制波指令限制部对所 述第1调制波指令或所述第2调制率指令实施过调补正而求出第2调制波指令，使所述第 2调制率指令与实际所输出的调制率相一致。6.根据权利要求1所述的马达控制装置，其特征为，所述弱磁控制部根据所述调制率 饱和度通过进行PI控制运算或I控制运算求出d轴电流补正量，并补正所述d轴电流指令。7.根据权利要求1所述的马达控制装置，其特征为，根据由所述弱磁控制部补正的d轴 电流指令值与马达控制装置可输出的最大电流值限制所述q轴电流指令，以使不超过所述 最大电流值。8.根据权利要求1所述的马达控制装置，其特征为，具备通过所述第1调制波指令与所 述第2调制波指令与所述直流母线电压求出在dq坐标系中的dq轴电压偏差量的dq轴电 压偏差运算部，电流控制部根据所述dq轴电压偏差量停止进行积分或补正积分值。9.一种马达控制装置的控制...

【专利技术属性】
技术研发人员：森本进也，高木护，
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]