马达控制元件及电气设备制造技术

一种马达控制元件，具备执行由使用者或制造者等提供的控制软件的处理器，上述多个功能部中的至少一部分由硬件构成。由硬件构成的功能部具备输入用寄存器、输出用寄存器、内部变量寄存器、内部常数寄存器等的至少一个参数保持部，参数保持部构成为，能够从处理器进行读出／写入。由硬件构成的功能部构成为，沿着预先设定的顺序动作。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及用来驱动控制马达的马达控制元件及使用该马达控制元件的电气设备。
技术介绍
以往，为了驱动控制马达，使用微处理器或DSP(Digital Signal Processor)。在使用微处理器或DSP将软件编码的情况下，软件的设计者由于需要将有关矢量控制的许多功能块软件化，所以需要熟练技术，开发日数及规格要求的达成度受技术者的技能、软件的编程、编码的经验值影响。为了解决这样的问题，开发了将马达的控制顺序全部硬件化的技术。例如，开发了多个动作控制模块由z转换的数字硬件构成、通过以设定的顺序使定序器执行这些动作控制模块等来控制马达的技术。在此情况下，不需要开发软件，设定参数变少，所以能够简单地控制马达，并且能够比由软件构成更高速地执行。但是，在这样的技术中，由于用来进行控制动作的模块被硬件化，所以使用元件的用户不能追加想要的特有的功能，难以在需要特有的处理的产品中使用。
技术实现思路
根据技术方案，以马达控制元件作为对象，该马达控制元件设有多个功能部，该多个功能部具备：指令电压生成部，生成指令d轴电压、指令q轴电压；电压运算处理部，基于上述指令电压生成部生成的指令d轴电压、指令q轴电压，对由开关元件构成、用来驱动马达的逆变器输出通电信号；电流检测部，通过上述电压运算处理部对逆变器输出通电信号，检测流过上述马达的绕线的电流；输入电流运算部，基于上述电流检测部的检测电流，求出作为励磁成分的电流的d轴电流和作为转矩成分电流的q轴电流；速度信息生成部，基于马达常数、上述指令电压生成部的d轴电压、q轴电压、上述输入电流运算部的d轴电流、q轴电流中的至少某一个参数，推测上述马达的旋转速度，或者检测上述马达的旋转速度，输出旋转速度信号；以及位置信息生成部，基于上述速度信息生成部输出的旋转速度信号输出转子的位置信息；构成为，经由上述逆变器驱动控制上述马达。该马达控制元件具备执行由使用者或制造者等提供的控制软件的处理器；上述多个功能部中至少一部分由硬件构成。由上述硬件构成的功能部具备输入用寄存器、输出用寄存器、内部变量寄存器、内部常数寄存器等的至少一个参数保持部；上述参数保持部构成为，能够从上述处理器进行读出/写入。由上述硬件构成的功能部构成为，沿着预先设定的顺序动作。在上述中，所谓马达常数，表示马达电阻值、电感值、感应电压系数。-->附图说明图1是表示第1实施方式的马达控制系统的功能块图。图2是3分路检测方式的电流检测部的电结构图。图3是马达控制阶段的状态变迁图。图4是表示控制动作指令和动作处理例的表。图5是表示控制动作指令的设定例的表。图6是表示输入输出处理和其顺序的图。图7是表示控制软件的主处理的流程图。图8是表示控制软件的中断处理的流程图。图9是表示第2实施方式的对应于图1的图。图10是表示第3实施方式的对应于图1的图。图11是1分路检测方式的电流检测部的电结构图。图12是表示电压矢量、通电式样与直流电流的控制对应的图。图13是αβ坐标系中的电压矢量的说明图。图14是表示3分路检测方式和1分路检测方式的切换处理的流程图。图15是表示第4实施方式的块图。图16是第4实施方式的动作说明图。具体实施方式(第1实施方式)以下，参照图1至图8对第1实施方式进行说明。图1通过功能块表示矢量控制马达的旋转的马达控制系统的结构。马达1例如由三相IPM(Interior Permanent Magnet)马达构成。在矢量控制技术中，将流到电枢绕线中的电流分离为永久磁铁的磁束方向、和与其正交的方向，独立地调节它们而控制磁束和产生转矩。在电流控制技术中，该控制使用用与马达1的转子一起旋转的dq坐标系表示的d轴电流(励磁电流)、q轴电流(转矩成分电流)进行。如图1所示，马达控制元件2在功能上具备速度控制部3、电流控制部4、dq/αβ坐标转换器5、αβ/UVW坐标转换器6、PWM信号形成部7、电流检测部8、A/D转换部9、UVW/αβ坐标转换器10、αβ/dq坐标转换器11、位置推测部12、SIN/COS运算部13，在稳定状态下以上述标号顺序进行顺序控制动作。另外，由处理器P执行的控制软件实现的结构部如图中虚线所示，由硬件H实现的结构部在图中用实线表示。速度控制部3是将减法器14与基于该减法器14的减法结果进行PID控制的PID控制器15连接而构成的，PID控制器15输出指令d轴电流Idref、指令q轴电流Iqref。此外，电流控制部4由减法器16d、16q、PID控制器17d、17q构成。减法器16d从由速度控制部3给出的指令d轴电流Idref减去d轴电流Id而求出d轴电流偏差ΔId。减法器16q从由速度控制部3给出的指令q轴电流Iqref减去q轴电流Iq而求出q轴电流偏差ΔIq。PID控制器17d执行对d轴电流偏差ΔId的PID运算，生成用d-q坐标系表示的指令d轴电压Vd。此外，PID控制部17q执行对q轴电流偏差ΔIq的PID运算，-->生成用d-q坐标系表示的指令q轴电压Vq。dq/αβ坐标转换器5将指令d轴电压Vd及指令q轴电压Vq转换为用α-β坐标系表示的值，进而，αβ/UVW坐标转换器6将由该α-β坐标系表示的值转换为定子的各相指令电压Vu、Vv、Vw。另外，在dq/αβ坐标转换部5的坐标转换的计算中，使用转子的推测旋转角度θe。另外，对于αβ/UVW坐标转换器6，还给出后述的逆变器电路20的DC电源电压Vdc，也考虑该电源电压Vdc而输出各相指令电压Vu、Vv、Vw。各相指令电压Vu、Vv、Vw被输入到PWM信号形成部7中。PWM信号形成部7形成用来供给与指令d轴电压Vd及指令q轴电压Vq一致的电压的脉冲宽度调制后的栅极驱动信号。马达控制元件2通过将该栅极驱动信号施加在逆变器电路20上而驱动马达1。图2概略地表示电流检测部的电结构。如该图2所示，逆变器电路20是将IGBT21(21uu、21ud、21vu、21vd、21wu、21wd)(开关元件)3相桥接、作为硬件Ha构成的电压型逆变器，在下臂侧的IGBT21ud、21vd、21wd与负侧的直流电源线之间分别连接着分路电阻Ru、Rv、Rw。在各IGBT21上分别逆并联连接着回流二极管D。在本实施方式中，根据各分路电阻Ru、Rv、Rw的端子电压检测流到马达1的各相(U相、V相、W相)中的电流Iu、Iv、Iw，由此构成3分路型的电流检测部8(标号A3)。将由PWM信号形成部7形成的栅极驱动信号传递给构成逆变器电路20的各IGBT21，由此生成与各相指令电压Vu、Vv、Vw一致的PWM调制后的三相交流电压，施加在马达1的电枢绕线上。电流检测部8检测电流Iu、Iv、Iw，而A/D转换部9将这些电流Iu、Iv、Iw进行A/D转换，UVW/αβ坐标转换器10将A/D转换后的电流Iu、Iv、Iw转换为2相电流Iα、Iβ。αβ/dq坐标转换器11将这些2相电流Iα、Iβ转换为d轴电流Id、q轴电流Iq。α、β表示固定在马达1的定子的2轴坐标系的坐标轴。当进行该αβ/dq坐标转换器11的坐标转换的计算时，使用后述的转子的推测旋转角度θe(α轴与d轴的相位差的推测值)。位置推测部12将其功能分为旋转角推测例程18、位置推测例程19，输入d轴电本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种马达控制元件，其特征在于，设有多个功能部，该多个功能部具备：指令电压生成部，生成指令ｄ轴电压、指令ｑ轴电压；电压运算处理部，基于上述指令电压生成部生成的指令ｄ轴电压、指令ｑ轴电压，对由开关元件构成、用来驱动马达的逆变器输出通电信号；电流检测部，通过上述电压运算处理部对逆变器输出通电信号，检测流过上述马达的绕线的电流；输入电流运算部，基于上述电流检测部的检测电流，求出作为励磁成分电流的ｄ轴电流和作为转矩成分电流的ｑ轴电流；速度信息生成部，基于马达常数、上述指令电压生成部的ｄ轴电压、ｑ轴电压、上述输入电流运算部的ｄ轴电流、ｑ轴电流中的至少某一个参数，推测上述马达的旋转速度，或者检测上述马达的旋转速度，输出旋转速度信号；以及位置信息生成部，基于上述速度信息生成部输出的旋转速度信号输出转子的位置信息；该马达控制元件构成为，经由上述逆变器驱动控制上述马达，具备执行由使用者或制造者等提供的控制软件的处理器；上述多个功能部中的至少一部分由硬件构成，并且由上述硬件构成的功能部具备输入用寄存器、输出用寄存器、内部变量寄存器、内部常数寄存器等的至少一个参数保持部；上述参数保持部构成为，能够从上述处理器进行读出／写入；由上述硬件构成的功能部构成为，沿着预先设定的顺序动作。...

【技术特征摘要】
JP 2009-9-16 214940/20091.一种马达控制元件，其特征在于，设有多个功能部，该多个功能部具备：指令电压生成部，生成指令d轴电压、指令q轴电压；电压运算处理部，基于上述指令电压生成部生成的指令d轴电压、指令q轴电压，对由开关元件构成、用来驱动马达的逆变器输出通电信号；电流检测部，通过上述电压运算处理部对逆变器输出通电信号，检测流过上述马达的绕线的电流；输入电流运算部，基于上述电流检测部的检测电流，求出作为励磁成分电流的d轴电流和作为转矩成分电流的q轴电流；速度信息生成部，基于马达常数、上述指令电压生成部的d轴电压、q轴电压、上述输入电流运算部的d轴电流、q轴电流中的至少某一个参数，推测上述马达的旋转速度，或者检测上述马达的旋转速度，输出旋转速度信号；以及位置信息生成部，基于上述速度信息生成部输出的旋转速度信号输出转子的位置信息；该马达控制元件构成为，经由上述逆变器驱动控制上述马达，具备执行由使用者或制造者等提供的控制软件的处理器；上述多个功能部中的至少一部分由硬件构成，并且由上述硬件构成的功能部具备输入用寄存器、输出用寄存器、内部变量寄存器、内部常数寄存器等的至少一个参数保持部；上述参数保持部构成为，能够从上述处理器进行读出/写入；由上述硬件构成的功能部构成为，沿着预先设定的顺序动作。2.如权利要求1所述的马达控制元件，其特征在于，上述多个功能部构成为，由上述处理器切换动作的有效/无效。3.如权利要求1所述的马达控制元件，其特征在于，上述功能部是通过上述处理器执行控制软件而实现的结构；通过上述处理器执行控制软件实现的功能部构成为，能够与构成在上述硬件内的功能部进行切换。4.如权利要求1所述的马达控制元件，其特征在于，上述多个功能部中的至少上述电压运算处理部由硬件构成；上述电压运算处理部具备驱动切换寄存器，该驱动切换寄存器作为上述参数保持部保持将1分路驱动电流检测方式、3分路驱动电流检测方式进行切换设定的标志，上述电压运算处理部从上述处理器直接写入上述驱动切换寄存器，根据上述驱动切换寄存器的设定值，切换1分路驱动时及3分路驱动时的各自的电流检测的定时。5.如权利要求1所述的马达控制元件，其特征在于，上述指令电压生成部具备：速度控制部，以上述马达的旋转速度与从外部施加的指令旋转速度一致的方式，生成指令d轴电流及指令q轴电流；以及电流控制部，以由上述输入电流运算部求出的上述d轴电流及上述q轴电流与上述速度控制部生成的上述指令d轴电流及上述指令q轴电流分别一致的方式，生成指令d轴电压及指令q轴电压；上述电流控制部由上述硬件构成，具备电流值输入寄存器，该电流值输入寄存器作为上述参数保持部保持指令d轴电流值及指令q轴电流值，上述电流控制部从上述处理器向电流值输入寄存器直接写入该指令值。6.如权利要求1所述的马达控制元件，其特征在于，上述电压运算处理部由上述硬件构成，具备电压值输入寄存器，该电压值输入寄存器作为上述参数保持部保持指令d轴电压值及指令q轴电压值；上述电压运算处理部构成为，从上述处理器对电压值输入寄存器直接写入该指令值。7.如权利要求1所述的马达控制元件，其特征在于，该马达控制元件构成为，上述处理器通过将对应于控制的指令值写入上述功能部的硬件的参数保持部中，来选择多个控制动作。8.如权利要求1所述的马达控制元件，其特征在于，上述电压运算处理部由上述硬件构成，该硬件包括：dq/αβ坐标转换器，将上述指令d轴电压及上述指令q轴电压转换为用α-β坐标系表示的值；αβ/UVW坐标转换器，将由上述dq/αβ坐标转换器用α-β坐标系表示的值转换为定子的各相指令电压；以及PWM信号形成部，输入由上述αβ/UVW坐标转换器转换后的各相指令电压，形成用来供给与指令d轴电压及指令q轴电压一致的电压的脉冲宽度调制后的栅极驱动信号，作为通电信号输出给上述逆变器；上述电流检测部由包括将流过上述马达的电流值进行A/D转换的A/D转换部的上述硬件构成；上述处理器在停止状态下，对上述硬件设定控制动作指令，该控制动作指令为使上述PWM信号形成部及包括上述A/D转换部的上述电流检测部的控制动作有效，并且使上述dq/αβ坐标转换器及上述αβ/UVW坐标转换器的控制动作无效，对上述硬件进行使反馈控制动作及零电流检测动作无效并不许可相位插补的设定，来停止PWM控制动作。9.如权利要求1所述的马达控制元件，其特征在于，上述电压运算处理部由硬件构成，该硬件包括：dq/αβ坐标转换器，将上述指令d轴电压及上述指令q轴电压转换为用α-β坐标系表示的值；αβ/UVW坐标转换器，将由上述dq/αβ坐标转换器用α-β坐标系表示的值转换为定子的各相指令电压；以及PWM信号形成部，输入由上述αβ/UVW坐标转换器转换后的各相指令电压，形成用来供给与指令d轴电压及指令q轴电压一致的电压的脉冲宽度调制后的栅极驱动...

【专利技术属性】
技术研发人员：李树婷，铃木信行，关原聪一，永井一信，长谷川幸久，会泽敏满，前川佐理，
申请(专利权)人：株式会社东芝，
类型：发明
国别省市：JP[日本]