CN101635555B - 马达控制装置、马达控制系统、马达控制模块及制冷装置 - Google Patents

Abstract

提供马达控制装置、马达控制系统、马达控制模块及制冷装置，可降低从同步运转模式向无位置传感器模式切换时的切换冲击。在具备经由逆变器进行控制以使永久磁铁同步马达的转速与速度指令值(ωi)一致的dc矢量控制部的控制装置(6a)中，具备：与对速度指令值进行积分而得到的转角(θm^)同步地驱动永久磁铁同步马达的同步运转模式；及对永久磁铁同步马达的转角(θm)进行反馈控制的无位置传感器模式，具备切换器(19)，其在上述同步运转模式中，推测永久磁铁同步马达的转子轴与dq矢量控制部(60)的控制系统轴的轴误差(Δθc)，使推测的轴误差与电流指令值的相位差大致一致后从同步运转模式切换为上述无位置传感器模式。

Description

马达控制装置、马达控制系统、马达控制模块及制冷装置

技术领域

本发明涉及马达控制装置、马达控制系统、马达控制模块及制冷装置。

背景技术

在永久磁铁同步马达(以下称为“马达”)的无位置传感器驱动装置中，公知的是如下方法：在起动的最初，一边使规定振幅的电流流过马达，一边逐渐提高逆变器的输出频率，使马达加速至规定转速(称为同步运转模式)，接下来根据对马达施加的电压与电流信息，推测马达转子轴与控制系统轴的轴误差，切换到将推测的轴误差控制为规定值的模式(称为无传感器运转模式)。

在该方法中，在以规定转速切换运转模式时，有时同步运转模式状态的马达的转子轴与控制系统轴由于马达负载扭矩而较大地不同、或者在切换前后无法保持马达输出扭矩的连续性，所以产生在刚刚切换之后发生轴振动、或者马达电流、转速较大地变化的切换冲击。另外，在最差的情况下，产生马达过电流，有可能使控制系统变得不稳定。

抑制切换冲击的技术例如有专利文献1中记载的方法。在该以往技术中，作为同步运转模式的电压的决定方法，根据如果负载扭矩变大则流过马达的电流变小这样的关系来推测负载扭矩，对马达施加与所推测的负载扭矩对应的电压。之后，使用马达的感应电压相位，推测马达转子位置，并切换运转模式。

另外，在专利文献2中，公开了如下方法：根据同步运转模式的电压指令与电流检测值，运算马达转子轴与控制系统轴的轴误差，并推测切换时的负载扭矩。

专利文献1：日本特开2004-222382号公报

专利文献2：日本特开2007-37352号公报

在专利文献1的技术中，在同步运转模式下，为了决定电压而根据流过马达的电流的变化来推测负载扭矩的变化，但未记载切换时前后的负载扭矩的推测方法。另外，为了检测马达的感应电压相位，需要追加电路和逆变器的特殊通电模式，装置变得复杂。

在专利文献2的技术中，可以推测切换前的负载扭矩，并与负载扭矩对应地设定切换后的电流指令，但由于无法调整马达转子轴与控制轴的轴误差，所以由于负载状况的变化而遗留切换时的轴误差。

发明内容

因此，本发明是为了解决上述课题而完成的，其目的在于提供一种马达控制装置、马达控制系统、马达控制模块及制冷装置，可以降低从同步运转模式向无位置传感器模式切换时的切换冲击。

为了解决上述课题，本发明提供一种马达控制系统，具备：永久磁铁同步马达(1)；逆变器(3)，对上述永久磁铁同步马达进行驱动；以及控制装置(6)，使用对上述永久磁铁同步马达的马达电流进行检测而得到的马达电流检测值，对上述永久磁铁同步马达进行dq矢量控制，所述马达控制系统的特征在于，上述控制装置具备：与对上述速度指令值进行积分而得到的转角(θm^)同步地驱动上述永久磁铁同步马达的同步运转模式；以及对上述永久磁铁同步马达的转角(θm)进行反馈控制的无位置传感器模式，并具备切换器19，该切换器19在上述同步运转模式中，推测上述永久磁铁同步马达的转子轴(d-q轴)与上述dq矢量控制的控制系统轴(dc-dq轴)的轴误差(Δθc)，使所推测的轴误差(Δθc)与电流指令值(Iqc^＊、Idc^＊)的相位差(电流矢量相位θs)大致一致之后，从上述同步运转模式切换到上述无位置传感器模式。由此，不产生转子位置的急剧变化，所以切换冲击少。另外，括号内是例示。

根据本发明，可以降低从同步运转模式向无位置传感器模式切换时的切换冲击。

附图说明

图1是作为本发明的一个实施方式的马达控制系统的结构图。

图2是作为本发明的第一实施方式的控制装置的功能块结构图。

图3是用于说明作为本发明的第一实施方式的马达控制系统的控制系统推测轴以及转子轴的图。

图4是作为本发明的第一实施方式的马达控制装置的电压指令控制器的结构图。

图5是马达起动时的电流指令值与转速指令值的波形图。

图6是利用马达的转子轴与控制系统轴说明的以往方法的电流矢量图。

图7是利用马达的转子轴与控制系统轴说明的第一实施方式的电流矢量图。

图8是作为第一实施方式的马达控制装置的电流指令运算器的结构图。

图9是轻负载条件下的马达起动时的仿真波形图。

图10是中负载条件下的马达起动时的仿真波形图。

图11是重负载条件下的马达起动时的仿真波形图。

图12是作为本发明的第二实施方式的马达控制装置的电压指令控制器的详细功能块结构图。

图13是作为本发明的第三实施方式的马达控制装置的功能块结构图。

图14是作为本发明的第四实施方式的马达控制装置中使用的模块的外观图。

图15是作为本发明的第五实施方式的制冷装置的结构图。

附图标记说明

1：马达(永久磁铁同步马达、压缩机用马达)；2：直流电源；3：逆变器；4：直流电压检测器；5：直流电流检测器；6、6a、6b：控制装置(控制单元)；7：PLL控制器；8：相位运算器；9：电流指令运算器；10：速度控制器；11：d轴电流指令发生器；12：电压指令控制器；13：两轴三相变换器；14：轴误差运算器；15：三相两轴变换器；16：电流再现运算器；17：PWM控制器；18、24、25、37、38、43、44、51：加法器；19a、19b、19c、20：切换器；21、22、39、40：电流控制器；23、42：矢量运算器；31：电流相位控制器；32：余弦运算器；33：正弦运算器；34、35：乘法器；36：相位生成器；50：速度误差运算器；52：低通滤波器；60：dq矢量控制部；100：马达控制系统；200：模块；201：控制部基板；202：半导体元件(功率模块)；300：制冷装置；301、302：热交换器；303、304：风扇；305：压缩机；306：配管；307：马达驱动装置。

具体实施方式

(第一实施方式)

图1是本发明的第一～第三实施方式的马达控制系统的结构图。

马达控制系统100具备：永久磁铁同步马达1；直流电源2；将直流电力变换为交流电力的逆变器3；对直流电源2的电压进行检测的直流电压检测器4；对逆变器3的直流侧的电流进行检测的直流电流检测器5；以及控制装置6。

马达1是永久磁铁同步马达。

直流电源2是将从商用电源供给的交流电力变换为直流电力的转换器(整流器)或电池，向逆变器3的直流侧提供电力。

逆变器3具备：六个IGBT(Insulated Gate Bipolar Transistor，绝缘栅双极晶体管)；以及与各个IGBT的集电极以及发射极连接的换向二极管。

另外，控制装置6使用微型计算机或DSP(数字信号处理器)等半导体运算元件，对直流电压检测器4与直流电流检测器5的检测信号进行处理。另外，控制装置6根据速度指令ωi，输出对作为构成逆变器3的半导体功率元件的IGBT进行导通/截止控制的PWM控制信号。

图2是作为本发明的第一实施方式的图1的控制装置6(6a)的功能块结构图，各功能是通过作为计算机的CPU(Central ProcessingUnit，中央处理单元)以及程序来实现的。

控制装置6a通过dq坐标系矢量控制，基于速度指令ωi生成PWM控制信号，对逆变器进行控制。控制装置6a具备dq矢量控制部60、PLL控制器7、相位运算器8、电流指令运算器9、速度控制器10、d轴电流指令发生器11、轴误差运算器14、加法器18、切换器19a、19b、19c。dq矢量控制部60具备电压指令控制器12a、两轴三相变换器13、三相两轴变换器15、电流再现运算器16以及PMW控制器17，使用电流指令值(dc轴电流指令值Idc^＊、qc轴电流指令值Iqc^＊)以及控制轴的相位θdc来运算PWM控制信号。

电流再现运算器16使用直流电流检测器5(图1)输出的母线电流Ish、以及三相电压指令值Vu^＊、Vv^＊、Vw^＊，再现三相马达电流Iu、Iv、Iw。

三相两轴变换器15根据所再现的三相马达电流Iu、Iv、Iw与所推测的控制轴的相位θde，基于下式运算dc轴电流检测值Idc以及qc轴电流检测值Iqc。另外，dc-qc轴定义为控制系统轴，d-q轴定义为马达1的转子轴，dc-qc轴与d-q轴的轴误差定义为Δθc(参照图3)。

$\left(\begin{array}{c}\mathrm{I\α}\\ \mathrm{I\β}\end{array}\right)=\frac{2}{3}\left(\begin{array}{ccc}\cos \left(0\right)& \cos (2\mathrm{\π}/3)& \cos (4\mathrm{\π}/3)\\ \sin \left(0\right)& \sin (2\mathrm{\π}/3)& \sin (4\mathrm{\π}/3)\end{array}\right)\left(\begin{array}{c}\mathrm{Iu}\\ \mathrm{Iv}\\ \mathrm{Iw}\end{array}\right)...\left(1\right)$

$\left(\begin{array}{c}\mathrm{Idc}\\ \mathrm{Iqc}\end{array}\right)=\left(\begin{array}{cc}\cos \left(\mathrm{\θdc}\right)& -\sin \left(\mathrm{\θdc}\right)\\ \sin \left(\mathrm{\θdc}\right)& \cos \left(\mathrm{\θdc}\right)\end{array}\right)\left(\begin{array}{c}\mathrm{I\α}\\ \mathrm{I\β}\end{array}\right)$

电压指令控制器12a使用dc轴电流指令值Idc^＊、qc轴电流指令值Iqc^＊、dc轴电流检测值Idc、qc轴电流检测值Iqc、速度指令值ω1^＊、未图示的马达常数设定值(r^＊、Ld^＊、Lq^＊、Ke^＊)，运算dc轴电压指令值Vdc^＊以及qc轴电压指令值Vqc^＊。

图4是电压指令控制器12a(图2)的详细功能块结构图。电压指令控制器12a具备加法器24、25、电流控制器21、22和矢量运算器23，根据dc轴电流指令值Idc^＊与dc轴电流检测值Idc的偏差、以及qc轴电流指令值Iqc^＊与qc轴电流检测值Iqc的偏差，运算第二dc轴电流指令值Idc^＊＊与第二qc轴电流指令值Iqc^＊＊。

即，加法器24运算dc轴电流指令值Idc^＊与dc轴电流检测值Idc的偏差，加法器25运算qc轴电流指令值Iqc^＊与qc轴电流检测值Iqc的偏差，电流控制器21以及电流控制器22对各个偏差进行比例积分控制(PI控制)，运算第二dc轴电流指令值Idc^＊＊与第二qc轴电流指令值Iqc^＊＊。

在矢量运算器23中，使用第二dc轴电流指令值Idc^＊＊、第二qc轴电流指令值Iqc^＊＊、转速指令值ω1^＊以及马达常数设定值，如式(2)所示，运算dc轴电压指令值Vdc^＊以及qc轴电压指令值Vqc^＊。在式(2)中，r^＊为控制系统的马达绕组电阻设定值，Ld^＊为马达的d轴电感设定值，Lq^＊为马达的q轴电感设定值，Ke^＊为控制系统的马达感应电压常数设定值，ω1^＊为转速指令值。

$\left\{\begin{array}{c}{V}_{\mathrm{dc}}^{*}=r^{*}{I}_{\mathrm{dc}}^{**}-{\mathrm{\ω}}_1^{*}{L}_q^{*}{I}_{\mathrm{qc}}^{**}\\ V_{\mathrm{qc}}^{*}={r^{*}I}_{\mathrm{qc}}^{**}+{\mathrm{\ω}}_1^{*}{L}_d^{*}{I}_{\mathrm{dc}}^{**}+{\mathrm{\ω}}_1^{*}{\mathrm{Ke}}^{*}\end{array}...\left(2\right)\right.$

两轴/三相变换器13根据dc轴电压指令值Vdc^＊、以及qc轴电压指令值Vqc^＊、相位运算器8输出的控制系统轴的相位θdc，利用式(3)输出马达1的三相电压指令值Vu^＊、Vv^＊、Vw^＊。

$\left(\begin{array}{c}{V}_{\mathrm{\α}}\\ V_{\mathrm{\β}}\end{array}\right)=\left(\begin{array}{cc}\sin \left(\mathrm{\θdc}\right)& \cos \left(\mathrm{\θdc}\right)\\ -\cos \left(\mathrm{\θdc}\right)& \sin \left(\mathrm{\θdc}\right)\end{array}\right)\left(\begin{array}{c}{V}_{\mathrm{dc}}^{*}\\ V_{\mathrm{qc}}^{*}\end{array}\right)...\left(3\right)$

$\left(\begin{array}{c}{V}_u^{*}\\ V_v^{*}\\ V_w^{*}\end{array}\right)=\left(\begin{array}{cc}\cos \left(0\right)& \sin \left(0\right)\\ \cos (2\mathrm{\π}/3)& \sin (2\mathrm{\π}/3)\\ \cos (4\mathrm{\π}/3)& \sin (4\mathrm{\π}/3)\end{array}\right)\left(\begin{array}{c}{V}_{\mathrm{\α}}\\ V_{\mathrm{\β}}\end{array}\right)$

接下来，对用于实现无位置传感器控制的速度、以及相位推测方法进行说明。

轴误差运算器14根据dc轴电压指令值Vdc^＊、qc轴电压指令值Vqc^＊、dc轴电流值Idc、qc轴电流值Iqc以及马达常数的设定值，使用式(4)运算轴误差Δθc。

Δθc＝tan^-1{(Vdc^*-r^*Idc+ω1^*Lq^*Iqc)/(Vqc^*-r^*Iqc-ω1^*Lq^*Idc)}………………(4)

PLL控制器7使用PI控制器对轴误差运算器14输出的轴误差Δθc与轴误差指令值Δθc^＊(通常设定为0附近)的偏差进行处理，输出马达转速的推测值ωm^。此处，PI控制器将马达1的转子轴(d-q轴)与控制系统轴(dc-qc轴)的推测轴误差Δθc控制成与轴误差指令值Δθc^＊(通常设定为0附近)一致。在相位运算器8中，对所推测的马达转速ωm^进行积分，而运算控制系统轴的相位θdc。

以上为本实施方式的控制装置中的无位置传感器模式的基本动作。

但是，在马达1的起动时以及低速旋转时，由于马达1的感应电压小，所以由于从式(4)运算出的结果的误差的影响，控制有可能变得不稳定。因此，采用图5所示的起动时序。

图5是示出马达起动时的电流指令值与转速指令值的波形图，示出起动马达1时的以往的运转模式的转移。运转模式有以下三种：通过使规定的马达绕组中流过的dc轴电流指令值Idc^＊逐渐增加，而使转子固定于规定的旋转位置的定位模式；按照规定的dc轴电流指令值Idc^＊与转速指令值ω1^＊而控制对马达1施加的施加电压的同步运转模式；以及调整电流指令值与逆变器频率以使轴误差Δθc成为规定值的无位置传感器模式(反馈运转模式)。另外，如后所述在本实施方式的同步运转模式中，不将qc轴电流指令值Iqc^＊设定为0，而对dc轴电流指令值Idc^＊与qc轴电流指令值Iqc^＊双方进行控制。

这些运转模式通过切换器19a、19b、19c变更dc轴电流指令值Idc^＊、qc轴电流指令值Iqc^＊以及相位运算器8的输入频率中的某一个、或者切换控制装置6内的切换器19a、19b、19c，而转移到其它运转模式。

在定位模式(时刻t0～t1)与同步运转模式(时刻t1～t2)这双方中，切换器19a、19b、19c(图2)被设定到B侧。即，速度指令ωi(转速指令值ωi^＊)被原样输入到相位运算器8中，运算控制系统相位θdc。将来自电流指令运算器9的dc轴电流指令值Idc^＊与qc轴电流指令值Iqc^＊原样提供给电压指令控制器12a，并运算电压指令。另外，在定位模式时使转速指令值ω1^＊为零，在同步运转模式时使转速指令值ω1^＊逐渐增加。

在成为可以进行无位置传感器控制的马达1的转速的时刻t2，切换器19a、19b、19c被设定到A侧，动作模式转移到无位置传感器模式。由此，速度控制器10调整qc轴电流指令值(Iqc^＊)以使PLL控制器7推测的马达转速ωm^＊与转速指令值ω1^＊的差分成为零。其结果，轴误差Δθc与轴误差指令值Δθc^＊(通常0附近)之差成为零。

换言之，无位置传感器模式的qc轴电流指令值Iqc^＊成为相当于加速扭矩量Iqca与负载扭矩量IqcL之和的值，马达1的转速ωm加速。之后，在直到目标速度ω2为止加速结束而成为恒定速度时，qc轴电流指令值Iqc^＊以相当于负载扭矩量的值IqcL而成为恒定。同时，从d轴电流指令发生器11提供dc轴电流指令值(Idc^＊)，以使马达电流最小(通常0附近)。另外，为了抑制切换时的电流变动，使dc轴电流指令值Idc^＊缓慢地变更。

图6是在轻负载与重负载的条件下示出从图5所示的以往方法(电流指令矢量相位固定方法)的同步运转模式向无位置传感器控制切换的时刻(紧接之前)的马达转子轴、控制系统轴和电流的轴方向分量的矢量图。另外，图6(a)示出轻负载的状态，图6(b)示出重负载的状态。

在图6(a)的轻负载中，d轴电流Id大，q轴电流Iq少，另一方面，在图6(b)的重负载中，d轴电流Id流得少，q轴电流Iq流得多。

在图6(a)与图6(b)中比较轴误差Δθc时，可知起动时负载越大，轴误差变动得越大。特别是在重负载的状态下，在切换到无位置传感器模式时，由于使轴误差Δθc成为规定值(通常0附近)的控制循环运转，所以转子急速加速，发生切换冲击的可能性高。

因此，图7是在同样的轻负载与重负载的条件下示出从本实施方式的同步运转模式向无位置传感器控制切换的时刻(紧接之前)的马达转子轴、控制系统轴和电流的轴方向分量的矢量图。图7(a)示出轻负载的状态，图7(b)示出重负载的状态。在重负载的状态下(图7(b))，使qc轴电流指令值Iqc^＊流得多，并使dc轴电流指令值Idc^＊流得少，从而可以使d轴方向与dc轴方向一致，并使q轴方向与qc轴方向一致。在调整qc轴电流指令值Iqc^＊与dc轴电流指令值Idc^＊的电流矢量相位θs并降低了轴误差Δθc的状态下，当切换到无位置传感器模式时，由于不产生转子位置的急剧变化，所以切换冲击少。

以下，对本发明的从同步运转模式向无位置传感器模式的切换冲击降低方法进行说明。

在图8的框图中，电流指令运算器9具备电流相位控制器31、相位生成器36、切换器20、余弦运算器32、正弦运算器33以及乘法器34、35，将轴误差Δθc设为输入信号，将qc轴电流指令值Iqc^＊与dc轴电流指令值Iqd^＊设为输出信号。

利用同步运转模式中的轴误差运算值Δθc，调整电流矢量相位θs，利用式(5)运算dc轴电流指令值Idc^＊与qc轴电流指令值Iqc^＊。此处，利用式(4)求出轴误差运算值Δθc。另外，电流相位控制器31使用比例积分(PI)控制器或积分控制器对上述轴误差运算值Δθc进行处理，并输出电流矢量相位θs。

Idc^*＝Isync×cosθs

…………(5)

Iqc^*＝Isync×sinθs

此处，Isync为同步运转中的电流指令的振幅设定值。

但是，在马达1的转速ωm低的情况下，由于轴误差Δθc(式(4))的运算误差大，所以在转速ωm成为规定值以上之后进行电流指令运算器9(图8)的控制。另外，为了比从同步运转模式向无位置传感器模式切换的切换时刻更早地进行，并防止切换冲击，而使转速ωm的规定值小于切换频率。

另外，为了抑制马达负载扭矩的脉动分量、电流检测误差的影响，也可以追加如下等对策：对轴误差运算值Δθc进行低通滤波、移动平均处理，或者使电流相位控制器31的设定响应变小。

相位生成器36使电流矢量相位θs从0逐渐变化至规定值(例如45°)。由此，负载条件变动时的电流矢量相位θs的调整时间被缩短。另外，将该规定值设为与最大起动负载相当的电流矢量相位θs的大致一半即可。切换器20在电流矢量相位θs成为规定值θsa(参照图9)之后进行切换。

而且，同步运转模式的最终时刻的qc轴电流指令值Iqc^＊大致对应于起动时的负载扭矩，所以如果将qc轴电流指令值Iqc^＊代入速度控制器10的积分控制器的初始值以及输出初始值，则切换前后的马达电流变动也变少。

图9～图11是本实施方式的马达起动时的仿真波形图，图9是轻负载的结果，图10是中负载的结果，图11是重负载的结果。在各图中，横轴为时间[秒]，纵轴为马达电流|I|[A]、dc轴电流指令值Idc^＊[A]、qc轴电流指令值Iqc^＊[A]、电流矢量相位θs、轴误差推测值Δθc[°]、以及转子的相位角θm[°]。

在图9中，在同步运转模式(时间轴1s～3s)下，在1秒～2.5秒，电流指令运算器9(图8)的切换器20被设定到B侧，电流矢量相位θs直线增加。由此，与cos(θs)成比例的dc轴电流指令值Idc^＊从大约30A若干降低至大约25A，与此相对，与sin(θs)成比例的qc轴电流指令值Iqc^＊从0A大致直线地较大地增加至大约15A为止。

另外，在2.5秒～3秒的期间，电流指令运算器9的切换器20被设定到A侧，电流矢量相位θs被调整。其结果，在向无位置传感器模式的切换时刻，电流矢量相位θs与负载相应地被调整，轴误差推测值大致成为0。另外，确认了如下情形：切换前后的qc轴电流指令值Iqc^＊的变动少，实现了平滑的切换。即，还同时实现了起动时马达负载的推测。

另外，随着轴误差Δθc大致成为0，电流矢量相位θs也接近0，与sin(θs)成比例的qc轴电流指令值Iqc^＊接近0A，与cos(θs)成比例的dc轴电流指令值Idc^＊接近大约30A。

另外，在3秒以后的期间的无位置传感器模式下，与负载相应地流过qc轴电流指令值Iqc^＊，dc轴电流指令值Idc^＊被设定为0。即，qc轴电流指令值Iqc^＊按照图9(轻负载)、图10(中负载)以及图11(重负载)的顺序被自动调整为大的值，按照该顺序，马达电流|I|增加。另外，从同步运转模式的指令值逐渐变更为无位置传感器模式的指令值。由此，对马达1施加的电压与电流的相位差减小，所以马达1的功率因数提高。另外，向无位置传感器模式切换的刚刚切换后的马达电流的跳涨分量在马达额定电流的20％以内。

另外，比较图9(轻负载)、图10(中负载)、以及图11(重负载)，控制ON(导通)期间的qc轴电流指令值Iqc^＊的变化量在各图中大不相同。

即，在1秒～2.5秒的期间，直到大约14A为止直线地增加，另一方面在切换时刻(3秒)以后的无位置传感器模式下，轻负载(图9)大约为1A，所以变化量为13A，中负载(图10)大约为8A，所以变化量为6A，重负载(图11)大约为14A，所以变化量为0A。另外，在重负载下，qc轴电流指令值Iqc^＊在2.5s～3s的期间降低若干之后上升。

如上所述根据本实施方式，按照马达起动负载的大小，电流矢量相位θs被自动调整，被调整为转子轴与控制系统轴一致。另外，由于调整后的qc轴电流指令值Iqc^＊与相当于负载扭矩量的电流值大致一致，所以在从同步运转模式向无位置传感器模式切换时的切换前后扭矩变动少。

在本实施方式中，使用分流电阻器对母线电流Ish进行检测，并根据母线电流Ish使用电流再现运算器16(图2)算出三相马达电流Iu、Iv、Iw，但实际上不限于分流电阻器，也可以使用霍尔元件等来检测母线电流。另外，也可以代替母线电流，而对三相马达电流Iu、Iv、Iw进行检测。

(第二实施方式)

图12是作为本发明的第二实施方式的马达控制装置的电压指令控制器12(12b)的详细功能块结构图。与图4不同的部分在于，如式(6)所示，电压指令值运算被变更为矢量运算器42的输出与电流控制器39、40的输出之和。电流再现运算和相位推测处理与第一实施方式相同。

$\left\{\begin{array}{c}{V}_{\mathrm{dc}}^{*}=r^{*}{I}_{\mathrm{dc}}^{*}-{\mathrm{\ω}}_1^{*}{\mathrm{Lq}}^{*}{I}_{\mathrm{qc}}^{*}+{\mathrm{\ΔV}}_{\mathrm{dc}}\\ V_{\mathrm{qc}}^{*}=r^{*}{I}_{\mathrm{qc}}^{*}+{\mathrm{\ω}}_1^{*}{\mathrm{Ld}}^{*}{I}_{\mathrm{dc}}^{*}+{{\mathrm{\ω}}_1^{*}\mathrm{Ke}}^{*}+{\mathrm{\ΔV}}_{\mathrm{qc}}\end{array}\right....\left(6\right)$

此处，ΔVdc、ΔVqc为电流控制器39、40的输出。

另外，起动时序、同步运转模式中的电流矢量相位调整和电流指令的运算也与第一实施方式同样地进行。

(第三实施方式)

本发明的第三实施方式的马达控制装置的结构要素与图1所示的部分相同，但控制装置6内部的矢量控制方法不同。

(控制的整体构成)

图13是作为本发明的第三实施方式的控制装置6(6b)的内部的功能块结构图。另外，与图2相同标号的部分进行相同的动作。

与图2不同的部分在于：从低通滤波器52运算出无位置传感器模式的qc轴电流指令值Iqc^＊；以及进行马达1的转速ωm的推测处理的PLL控制器7(图2)被变更为运算速度误差的速度误差运算器50和进行速度误差与速度指令的和运算的加法器51。

即，速度误差运算器50对轴误差运算器14运算出的轴误差Δθc进行比例运算而运算速度误差Δωm，加法器51将速度指令ωi与速度误差Δωm进行相加，并经由切换器19c将相加结果输入到相位运算器8。

由此，电压指令控制器12a内的运算处理被简化为式(7)。

$\left\{\begin{array}{c}{V}_{\mathrm{dc}}^{*}=r^{*}{I}_{\mathrm{dc}}^{*}-{\mathrm{\ω}}_1^{*}{\mathrm{Lq}}^{*}{I}_{\mathrm{qc}}^{*}\\ V_{\mathrm{qc}}^{*}=r^{*}{I}_{\mathrm{qc}}^{*}+{\mathrm{\ω}}_1^{*}{\mathrm{Ld}}^{*}{I}_{\mathrm{dc}}^{*}+{{\mathrm{\ω}}_1^{*}\mathrm{Ke}}^{*}\end{array}\right....\left(7\right)$

电流再现和轴误差运算以及相位运算处理与第一实施方式相同。起动时序、同步运转模式中的电流矢量相位调整和电流指令的运算也与第一实施方式同样地进行。

(第四实施方式)

图14是本发明的一个实施方式的马达驱动装置用的模块200的外观图，示出最终产品的一个形式。

模块200是在控制部基板201上搭载了半导体元件202的马达控制装置用的模块，在控制部基板201上，直接安装了图1记载的直流电流检测器5、直流电压检测器4以及控制装置6，逆变器3安装成被单芯片化的半导体元件202。通过模块化实现了小型化，并降低了装置成本。另外，模块是指“被标准化的结构单位”，由可以分离的硬件/软件的部件构成。另外，在制造方面理想的是在同一基板上构成，但不限于同一基板。由此，也可以在内置于同一框体中的多个电路基板上构成。

根据本实施方式，在起动时的同步运转模式下，通过电流相位的调整，可以按照负载扭矩，自动调整马达转子轴与控制轴、电流指令的初始值，所以切换时的马达电流、扭矩的急剧变动少，大幅降低切换冲击，可以实现更稳定的起动动作。

(第五实施方式)

图15是使用了本发明的一个实施方式的马达控制系统100(图1)的空调、制冷机等制冷装置的结构图。

制冷装置300是调节温度的装置，由热交换器301和302、风扇303和304、压缩机305、配管306、马达驱动装置307构成。马达驱动装置307将交流电源变换为直流，并提供给马达驱动用逆变器3，对配置于压缩机305内部的马达1进行驱动。

通过使用第一～第三实施方式的马达驱动装置以及第四实施方式的马达驱动用模块，在没有马达1的转角传感器的条件下，在压缩机、风扇马达的起动时的同步运转模式中，通过电流相位的调整，按照负载扭矩，自动调整马达1的转子轴与控制系统轴、电流指令的初始值，从而切换时的马达电流、扭矩的急剧变动少，可以大幅降低切换冲击，提高起动性能。特别是在压缩机的内部压力残留的状态、制冷剂温度低的情况下，即使马达起动时的负载条件大幅变动，也可以进行平滑的起动，所以装置的可靠性以及使用时的舒适性提高。

Claims (15)

1.一种马达控制装置，具备dq矢量控制部，该dq矢量控制部经由逆变器进行控制使得永久磁铁同步马达的转速与速度指令值一致，所述马达控制装置的特征在于，具备：

与对上述速度指令值进行积分而得到的转角同步地驱动上述永久磁铁同步马达的同步运转模式、以及对上述永久磁铁同步马达的转角进行反馈控制的无位置传感器模式这两种模式，

在上述同步运转模式中，推测上述永久磁铁同步马达的转子轴与上述dq矢量控制部的控制系统轴的轴误差，在轻负载的情况下使qc轴电流指令值流得少，并使dc轴电流指令值流得多，另一方面，在重负载的情况下使qc轴电流指令值流得多，并使dc轴电流指令值流得少，从而使上述推测的轴误差降低到规定范围内之后从上述同步运转模式切换到上述无位置传感器模式。

2.根据权利要求1所述的马达控制装置，其特征在于，

使用上述永久磁铁同步马达的马达电流检测值、上述逆变器的电压指令值以及马达常数，运算上述轴误差。

3.根据权利要求1所述的马达控制装置，其特征在于，

从上述同步运转模式向上述无位置传感器模式切换的切换前后的轴误差的变动角被降低到20°以内。

4.根据权利要求1所述的马达控制装置，其特征在于，

在上述同步运转模式下，使qc轴电流指令值与dc轴电流指令值的电流矢量相位从0°逐渐变化至规定值角之后，调整qc轴电流指令值与dc轴电流指令值的电流矢量相位以使上述推测的轴误差成为规定范围内。

5.根据权利要求1所述的马达控制装置，其特征在于，

在从上述同步运转模式向上述无位置传感器模式切换之前，在马达转速为规定值以上时，利用比例积分器或积分器，运算qc轴电流指令值与dc轴电流指令值的电流矢量相位。

6.根据权利要求1所述的马达控制装置，其特征在于，

在上述无位置传感器模式下，推测上述永久磁铁同步马达的转子轴与控制系统轴的轴误差，并调整马达转速指令值以使上述轴误差成为规定范围内，对马达电流指令值或向上述永久磁铁同步马达施加的施加电压的电压指令值进行控制。

7.根据权利要求5所述的马达控制装置，其特征在于，

在从上述同步运转模式向上述无位置传感器模式切换之前，使用调整后的qc轴电流指令值与dc轴电流指令值，设定上述无位置传感器模式的电流控制器的初始值。

8.根据权利要求7所述的马达控制装置，其特征在于，

从上述同步运转模式向上述无位置传感器模式切换的切换前后的qc轴电流的变动幅度被控制在马达额定电流的20％以内。

9.根据权利要求7所述的马达控制装置，其特征在于，

对上述dc轴电流指令值进行控制，使得在从上述同步运转模式向上述无位置传感器模式切换之后从上述同步运转模式的指令值逐渐变更为上述无位置传感器模式的指令值，

减少对永久磁铁同步马达施加的马达电压与流过上述永久磁铁同步马达的马达电流的相位差。

10.根据权利要求7或8所述的马达控制装置，其特征在于，

从上述同步运转模式向上述无位置传感器模式切换后流过上述永久磁铁同步马达的马达电流与马达负载相应地被自动调整。

11.根据权利要求7或8所述的马达控制装置，其特征在于，

从上述同步运转模式向上述无位置传感器模式刚刚切换后的马达电流的跳涨分量被控制在马达额定电流的20％以内。

12.根据权利要求7或8所述的马达控制装置，其特征在于，

关于从上述同步运转模式向上述无位置传感器模式切换前后的转子的转速，与马达负载无关地，短时间内的变动量被控制在20％以内。

13.一种马达控制系统，具备：永久磁铁同步马达；逆变器，对上述永久磁铁同步马达进行驱动；以及控制装置，使用对上述永久磁铁同步马达的马达电流进行检测而得到的马达电流检测值，对上述永久磁铁同步马达进行dq矢量控制，所述马达控制系统的特征在于，

上述控制装置具备：

与对速度指令值进行积分而得到的转角同步地驱动上述永久磁铁同步马达的同步运转模式、以及对上述永久磁铁同步马达的转角进行反馈控制的无位置传感器模式这两种模式，

在上述同步运转模式中，推测上述永久磁铁同步马达的转子轴与上述dq矢量控制的控制系统轴的轴误差，在轻负载的情况下使qc轴电流指令值流得少，并使dc轴电流指令值流得多，另一方面，在重负载的情况下使qc轴电流指令值流得多，并使dc轴电流指令值流得少，从而使上述推测的轴误差降低到规定范围内之后从上述同步运转模式切换到上述无位置传感器模式。

14.一种马达控制模块，具备dq矢量控制部，该dq矢量控制部经由逆变器进行控制使得永久磁铁同步马达的转速与速度指令值一致，所述马达控制模块的特征在于，具备：

与对上述速度指令值进行积分而得到的转角同步地驱动上述永久磁铁同步马达的同步运转模式、以及对上述永久磁铁同步马达的转角进行反馈控制的无位置传感器模式这两种模式，

在上述同步运转模式中，推测上述永久磁铁同步马达的转子轴与上述dq矢量控制部的控制系统轴的轴误差，在轻负载的情况下使qc轴电流指令值流得少，并使dc轴电流指令值流得多，另一方面，在重负载的情况下使qc轴电流指令值流得多，并使dc轴电流指令值流得少，从而使上述推测的轴误差降低到规定范围内之后从上述同步运转模式切换到上述无位置传感器模式。

15.一种制冷装置，具备：永久磁铁同步马达；逆变器，对上述永久磁铁同步马达进行驱动；以及控制装置，使用对上述永久磁铁同步马达的马达电流进行检测而得到的马达电流检测值，对上述永久磁铁同步马达进行dq矢量控制，该制冷装置的特征在于，

上述控制装置具备：

与对速度指令值进行积分而得到的转角同步地驱动上述永久磁铁同步马达的同步运转模式、以及对上述永久磁铁同步马达的转角进行反馈控制的无位置传感器模式这两种模式，

在上述同步运转模式中，推测上述永久磁铁同步马达的转子轴与上述dq矢量控制的控制系统轴的轴误差，在轻负载的情况下使qc轴电流指令值流得少，并使dc轴电流指令值流得多，另一方面，在重负载的情况下使qc轴电流指令值流得多，并使dc轴电流指令值流得少，从而使上述推测的轴误差降低到规定范围内之后从上述同步运转模式切换到上述无位置传感器模式。

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