根据一个实施例，一种用于同步电机的无传感器控制装置，包括：PWM处理单元(3)，其对三相电压指令进行脉宽调制，并且由此生成用于逆变器的门指令；高频电压计算器(8)，其获得包含在PWM处理单元的输出或等效输出值中的高频电压分量；高频电流计算器(7)，其获得包含在来自由该逆变器驱动的同步电机(5)的电流响应值的高频电流分量；以及估计角度计算器(9)，其基于多个对来计算表示该同步电机的旋转角度的估计值的估计相位角，每个所述对包含该高频电压分量和该高频电流分量，该高频电压分量和该高频电流分量分别包含相同频率下的余弦分量或正弦分量，针对至少两个不同的频率来获得所述对。
【技术实现步骤摘要】
本文描述的实施例大体涉及无传感器控制装置，该无传感器控制装置通过计算来估计永磁转子的旋转角度，并且控制脉宽调制(PWM)逆变器来驱动同步电机。
技术介绍
用于交流同步电机的控制装置通常需要检测转子的旋转角度的检测器以执行对·同步电机的驱动控制。然而，使用检测器的驱动装置具有下述作为示例的问题。首先，检测器的存在增大了整个驱动系统的体积。该增大阻碍了来自有限的安装空间中的同步机器的输出的增强。再者，需要对检测器本身的维护工作。由此恶化了维护工作的效率。第三，在检测器的信号线上叠加了噪音。由此，检测值被干扰，并且控制性能恶化。第四，大多数检测器需要用于驱动它们自身的电源，并且需要提供与用于驱动同步电机的电源不同的系统电源。这成为在电源安装空间、电源线及成本上增加负担的因素。由于所述原因，已开发了一种控制方法，其中通过基于诸如电流或电压之类的电气信息的计算来估计旋转角度，以驱动同步电机，以及通过使用所估计的旋转角度而不使用检测器来执行驱动控制。该控制方法一般被称为“无传感器控制”。作为现有技术，其提供了一种对包括这样的无传感器控制单元的同步电机的控制装置中的停机状态和低速状态尤其有效的方法，存在一种使用PWM逆变器来驱动同步电机的系统。在该系统中，将处于与同步电机的工作频率相比足够高的频率的高频电压指令叠力口到控制逆变器的控制装置的控制指令上。这样的装置通过检测与所叠加的高频电压指令相对应的分量来获得旋转角度的估计误差信息，该分量来自由于该高频电压指令而产生的高频电流响应。通过使用该信息来估计旋转角度。上述用于同步电机的控制装置可以在不使用传感器的情况下控制同步电机，并且有效地以低成本提高维护性能。然而，如上所述，在检测高频电流响应中与高频电压指令相对应的分量的该方法中，需要流过期望的高频电流，并且与使用传感器的系统相比，期望的高频电流还存在损耗和噪声极端增加的问题。此外，为了稳定地估计旋转相位角，需要精细地调节高频指令和高频叠加方法的幅值和频率。为了通过将电机和控制装置实际组合来执行稳定工作，需要复杂耗时的调节。另外，在已经提出以解决现有技术问题的方法中，计算由来自PWM逆变器的电压输出所产生的电流的高频分量，通过使用电感的空间分布来估计旋转角。在所提出的上述方法中，当通过使用电感的空间分布来估计旋转相位角时，使用通过实际切换所产生的高频电流值来执行估计。因此，需要观测由PWM切换所引起的高频电流。然而，为了观测由切换所引起的高频电流，需要在接近切换的时刻采样电流。另外，在前述方法中，在由切换引起的尖峰噪声影响下，以高精度观测电流存在困难，而且需要特别考虑电流采样管理和噪声解决方案。本文所描述的实施例用于解决上述问题，并且提供一种无传感器控制装置，该控制装置抑制由高频电流引起的损耗和噪声，以检测转子的旋转，而不需要特别关注电流的观测。
技术实现思路
一般地，根据一个实施例，提供一种用于同步电机的无传感器控制装置，其包括PWM处理单元，其基于三相电压指令与PWM载波之间的比较对该三相电压指令进行脉宽调制，并且由此产生用于逆变器的门指令；高频电压计算器，其通过计算不低于PWM载波的载波频率的多个频率的正弦分量和余弦分量中的至少一个来获得高频电压分量，所述分量包含在PWM处理单元的输出或等效输出值中；高频电流计算器，其通过计算具有不低于载波频率的多个频率的正弦分量和余弦分量中的至少一个来获得高频电流分量，所述分量包含在由逆变器所驱动的同步电机的电流响应值中；以及估计角度计算器，其基于每个均包括·高频电压分量和高频电流分量的多个对来计算表示同步电机旋转角估计值的估计相位角，该高频电压分量和高频电流分量分别包含相等频率的余弦分量或正弦分量，至少针对两个不同频率来获得该对。附图说明图I是示出根据第一实施例的无传感器控制装置的配置的框图；图2示出与矢量控制有关的坐标系统的定义；图3示出了由PWM处理所产生的门指令(gate command)和电压指令；图4示出了在a-b坐标系统下与门指令相对应的电压矢量；图5示出了 PWM电压指令的频率分量；图6是示出了高频电压计算器8的示例配置的框图；图7是示出了高频电压计算器7的示例配置的框图；图8是示出了高频分量选择器18的框图；图9是示出了根据第二实施例的无传感器控制装置的配置的框图；图10是旋转角估计计算PLL的框图；图11是示出了旋转相位角估计器13的配置的框图；图12示出了基于特征量R和偏移量计算所估计的相位角的电路的示例电路配置；图13是示出了根据第四实施例的无传感器控制装置的配置的框图；图14是示出了第四实施例的操作的矢量图；图15绘制了高频电压的分量；图16绘制了高频电压的分量；图17是示出了高频电压指令的波形图；以及图18定义了高频电压指令的相位角。具体实施例方式在下文中，将参照附图描述根据实施例的无传感器控制装置。第一实施例图I是示出了无传感器控制装置的第一实施例的配置的框图。逆变器4包括熟知的三相开关电路。逆变器4通过根据门指令的接收来接通/关断每个开关元件以将直流电压转换为具有期望大小和期望频率的三相交流电压，并且驱动同步电机5。PWM处理单元3通过比较三相电压指令和内部产生的三角载波来产生用于逆变器4中的每个开关元件的接通/关断门指令，如通常的三角波比较PWM方法那样。其他可用的PWM处理方法是滞环PWM和空间矢量PWM。在滞环PWM中，使用三相电流指令作为输入。根据三相电流响应值是否落入专用于该电流指令的误差范围(滞环宽度)内，产生用于每个开关元件的接通/关断门指令。空间矢量PWM是以三相电压指令作为输入，并根据该电压·指令被认为矢量所在的空间位置，通过计算电压矢量和其将从逆变器输出的输出时间来生成用于每个开关元件的接通/关断门指令。电流控制器I执行计算以控制电机5的旋转。在图I中，电流控制器I以电流指令以及电流响应/;es和/广作为输入，并且输出电压指令FrIPff。然而，可以替代地采用不同的方法。例如，可以输入旋转速度指令。作为控制同步电机5的转矩和诸如高速下的旋转速度之类的响应的方法，目前通常采用一种称为“矢量控制”的控制方法。本实施例也采用这一控制方法。接下来，将参照使用永磁体作为转子的永磁体同步电机来描述该矢量控制。首先，如图2所示，在与永磁体同步电机的旋转同步旋转的坐标系统下，将永磁体的磁通方向定义为d轴,而将与d轴垂直的轴定义为q轴。另外，将U相绕组方向定义为a轴，而将与U相绕组方向垂直的方向定义为b轴。将从作为参考的a轴方向到d轴方向的角度定义为同步电机的旋转相位角9。基于上述定义，用表达式I表示永磁体同步电机的电压和电流之间的关系。 'Vd] [R + pLd -coL T/dl「O '.； = r \ T T + ^ 表达式 I l/qj LA R + PlU ! _」其中Vd、Vq :d轴电压、q轴电压，Id、Iq d轴电流、q轴电流，R 电旋转体绕组的一相的dq轴方向电阻，Ld :d 轴电感，Lq :q 轴电感，小永磁体磁通Cd :旋转速度p :导数算子。现有的控制装置不包括用于电旋转体(转子)的旋转角传感器，并因此不能直接检测旋转角e。相应地，替代使用由控制装置所估计的相位角。相应地，如图2所示，将所估计的相位角本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种用于同步电机的无传感器控制装置，其特征在于包括：PWM处理单元(3)，其基于三相电压指令与PWM载波之间的比较来对所述三相电压指令进行脉宽调制，并且由此生成用于逆变器的门指令；高频电压计算器(8)，其通过计算不低于所述PWM载波的载波频率的多个频率的正弦分量和余弦分量中的至少一个来获得高频电压分量，所述分量包含在所述PWM处理单元的输出或等效输出值中；高频电流计算器(7)，其通过计算具有不低于所述载波频率的多个频率的正弦分量和余弦分量中的至少一个来获得高频电流分量，所述分量包含在来自于由所述逆变器驱动的同步电机(5)的电流响应值中；以及估计角度计算器(9)，其基于多个对来计算表示所述同步电机的旋转角度的估计值的估计相位角，每个所述对包含所述高频电压分量和所述高频电流分量，所述高频电压分量和所述高频电流分量分别包含相同频率下的余弦分量或正弦分量，针对至少两个不同的频率来获得所述对。
【技术特征摘要】
...
【专利技术属性】
技术研发人员：安井和也，
申请(专利权)人：株式会社东芝，
类型：发明
国别省市：
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