CN102340277B - 具有转差频率修正功能的无传感器感应电动机的控制装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种具有转差频率修正功能的无传感器感应电动机的控制装置，该控制装置具备：转差频率推定部，其根据在感应电动机的线圈中流过的电流来推定转差频率；以及电压指令计算部，其使用Q相电流指令，来计算用于控制施加在感应电动机上的电压的D相电压指令和Q相电压指令。控制装置还具备：理想电压指令决定部，其使用速度指令和Q相电流指令来决定理想电压指令；实际电压指令计算部，其使用D相电压指令和Q相电压指令来计算实际电压指令；以及转差频率修正部，其比较理想电压指令的值和实际电压指令的值，当实际电压指令的值小于理想电压指令的值时，将转差频率的推定值修正为更小的值。

Description

具有转差频率修正功能的无传感器感应电动机的控制装置

技术领域

本发明涉及代替使用速度传感器来检测电动机的速度，而是根据在电动机的线圈中流过的电流来推定转差频率，并使用该转差频率来推定电动机的速度，从而进行控制的无传感器感应电动机的控制装置。

背景技术

关于不具有速度传感器的感应电动机的控制方法，例如，在日本特许第3067659号(JP3067659B)中记载了各种方法，但是，在该控制中，根据在电动机的线圈中流过的电流的值来推定转差率，并使用该转差率计算推定速度，进行反馈控制。在速度反馈数据正确时，通过该控制生成的电压指令成为所期望的指令值。

图1是表示作为现有技术的不具有转差频率修正功能的无传感器感应电动机的控制装置的结构的框图。图1的控制装置为独立控制转矩指令(IQ指令)IQ_cmd和励磁指令(ID指令)ID_cmd的矢量控制。在三相→两相变换部12中对来自感应电动机10的三相电流反馈进行DQ变换，生成电流反馈IDfb、IQfb。在电压指令计算部14中，根据D相、Q相的电流反馈、电流指令以及励磁频率指令ω1_cmd生成电压指令VD_cmd、VQ_cmd。在电流补偿器16中，根据IQ指令IQ_cmd和IQ反馈的偏差生成励磁频率指令ω1_cmd，并对该ω1_cmd进行积分来计算励磁相位θ。在两相→三相变换部18中，使用VD_cmd、VQ_cmd和θ来进行逆DQ变换，由此生成三相电压指令，驱动电动机。关于在感应电动机中的转差率，可以在转差频率推定部20中以ω_s^＝k(常数)×IQfb/IDfb的形式推定转差频率推定值ω_s^，并且在减法器22中取与ω1_cmd的差，由此推定电动机速度为ω_r^。根据速度指令ω_rcmd和速度推定值ω_r^进行速度补偿器24中的速度控制。

在此，有在为高速时转差频率推定值偏离真值的情形。结果，速度推定值ω_r^、励磁频率指令ω1_cmd偏离真值，导致电压指令低于理想值，电动机无法输出所期望的输出。

即，当在高速区域中速度推定值中有误差时，存在在所期望的相位不流过电流，输出下降的问题。

因此，本发明的目的在于提供一种具有转差频率修正功能的无传感器感应电动机的控制装置，其能够检测速度推定值中发生的误差、适当修正转差频率的推定值，从而改善电动机的输出。

发明内容

根据本发明提供一种具有转差频率修正功能的无传感器感应电动机的控制装置，该控制装置具备：转差频率推定部，其根据在感应电动机的线圈中流过的电流来推定转差频率；电压指令计算部，其使用基于速度推定值和从外部赋予的速度指令的差计算出的Q相电流指令，计算用于控制施加在感应电动机上的电压的D相电压指令和Q相电压指令，其中所述速度推定值是根据转差频率的推定值计算的值；理想电压指令决定部，其使用速度指令和Q相电流指令来决定理想电压指令；实际电压指令计算部，其使用D相电压指令和Q相电压指令来计算实际电压指令；以及转差频率修正部，其比较理想电压指令的值和实际电压指令的值，当实际电压指令的值小于理想电压指令的值时，将转差频率的推定值修正为更小的值。

转差频率修正部通过将所述实际电压指令的值相对于所述理想电压指令的值的比与所述转差频率的推定值相乘，来修正所述转差频率的推定值。

另外，转差频率修正部仅在可以认为感应电动机的速度与速度指令一致时修正转差频率。

在某速度下，为了获得所期望的输出而预先知道需要的电压(理想电压指令)，这可以由速度(≒速度指令)和Q相电流(≒Q相电流指令)决定。并且在相对于需要的电压，电压指令较小时，判断为速度推定值发生偏离。此时通过修正“转差率”的推定值，速度推定值成为与实际接近的值，从而改善了输出。

附图说明

通过与附图关联的以下的实施方式的说明，更进一步阐明本发明的目的、特征以及优点。

图1是表示作为现有技术的不具有转差频率修正功能的无传感器感应电动机的控制装置的结构框图。

图2是表示本发明第一实施方式的具有转差频率修正功能的无传感器感应电动机的控制装置的结构框图。

图3是用于说明本发明的改善效果的曲线图。

图4是表示本发明的方法的一个例子的流程图。

图5是表示本发明第二实施方式的具有转差频率修正功能的无传感器感应电动机的控制装置的结构的框图。

具体实施方式

以下参照附图详细说明本发明的实施方式。在附图中，对相同的构成要素赋予相同的参照标号。

参照附图，图2是表示具有本发明第一实施方式的转差频率修正功能的无传感器感应电动机的控制装置的框图。

在矢量控制中，转差频率ω_s与D相电流ID、Q相电流IQ之间具有以下关系。

ω_s＝R₂/L₂·IQ/ID    (1)

其中，R₂为二次电阻、L₂为二次电抗。另外，如果将电动机速度设为ω_r，则励磁频率ω1为：

ω1＝ω_r+ω_s    (2)

D相电压VD以及Q相电压VQ与ID、IQ、ω1的之间具有如下关系：

VD＝R₁·ID-σ·L₁·ω1·IQ    (3)

VQ＝R₁·IQ+L₁·ω1·ID        (4)

其中，R₁为一次电阻，L₁为一次电抗，σ为漏磁系数。另外，通过公式(5)计算施加电压的基准(rorm)V_ref。

$V_{\mathrm{ref}}=\sqrt{({\mathrm{VD}}^2+{\mathrm{VQ}}^2)}---\left(5\right)$

如果电动机速度ω_r与电动机速度指令ω_rcmd相等，Q相电流IQ与Q相电流指令IQ_cmd相等，则可以将公式(1)、(2)、(3)、(4)写为：

ω_s＝R₂/L₂·IQ_cmd/ID        (1)’

ω1＝ω_rcmd+ω_s             (2)’

VD＝R₁·ID-σL₁·ω1·IQ_cmd (3)’

VQ＝R₁·IQ_cmd+L₁·ω1·ID    (4)’

在此，D相电流值ID与电动机速度ω_r(电动机速度指令ω_rcmd)之间具有如下关系，当电动机速度ω_r为基本(base)速度以下时，D相电流值ID为常数，当电动机速度ω_r超过基本速度时，D相电流值ID与电动机速度ω_r成反比而减少，并且这种关系针对每个电动机有所不同。

因此，如果将电动机速度ω_r和D相电流的关系以表的形式、或基本速度以及比例常数的形式与电动机电路常数L₁、L₂、R₁、R₂、σ一同存储，则可以根据电动机速度指令ω_rcmd和Q相电流指令IQ_cmd的值按照公式(1)’-(4)’以及公式(5)来计算当前的电动机的速度、即与电动机的输出相当的电压指令、即理想电压指令V_ref。图2的理想电压指令决定部30具有理想电压指令运算部30’，理想电压指令运算部30’基于该想法，根据速度指令ω_rcmd的值和Q相电流指令IQ_cmd来计算理想电压指令基准V_ref。

另一方面，可以根据电压指令计算部14输出的D相电压指令VD_cmd与Q相电压指令VQ_cmd，通过公式(6)来计算实际上赋予给电动机的实际电压指令基准V_cmd。图2的实际电压指令计算部32据此计算实际电压指令基准V_cmd.

$V_{\mathrm{cmd}}=\sqrt{({{\mathrm{VD}}_{\mathrm{cmd}}}^2+{{\mathrm{VQ}}_{\mathrm{cmd}}}^2)}---\left(6\right)$

实际电压指令基准V_cmd比理想电压指令基准V_ref小意味转差频率推定部20中的推定值不正确。因此，转差频率修正部34比较理想电压指令运算部30’计算出的理想电压指令基准V_ref和实际电压指令计算部32计算出的实际电压指令基准V_cmd，如果V_cmd较小，则例如通过

(变更后的推定值)＝(当前的推定值)×(V_cmd/V_ref)这样的计算来变更转差频率推定部20中的转差频率推定值ω_s^，从图2可知，通过变更转差频率推定值ω_s^，速度推定值ω_r^也变化，结果，对励磁频率指令ω1_cmd也产生影响，可以输出所期望的电压指令VD_cmd、VQ_cmd。

无负载/轻负载时，因为感应电动机10的转差率小，所以励磁频率和实际速度的差小，速度推定值ω_r的偏差也小。当负载增加时，转差率变大，因此如果无法适当地推定转差率，则对速度推定值ω_r产生影响。D相电流(励磁电流)具有当其成为基本速度以上时，与速度一同减少的特性，与转差率也有关系。因此，当负荷高速旋转时，由转差频率推定值ω_s^的偏差导致的输出降低的倾向变大。

当转差频率推定值ω_s^发生偏离无法输出所期望的输出时，转差率过大，电压变低。通过使转差频率推定值ω_s^变小，励磁频率指令下降，从转差率过大的状态移动到适当的状态，转差频率推定值ω_s^被改善，因此，结果是电压指令也成为预定值，出现输出。

图3表示关于不修正转差频率推定值ω_s^的现有方法和本发明的方法的电动机速度和输出的关系。

在上述的方法中，假设电动机速度ω_r与电动机速度指令ω_rcmd相等。在根据某时间常数使速度指令逐渐变化的系统中，可以认为该假设成立。但是，在没有时间常数赋予速度指令的系统中，在进行加减速过程中速度指令与实际速度不一致，该假设不成立。

因此，在本实施方式中，当根据某时间常数赋予速度指令时，执行推定值的修正处理，在速度指令中没有时间常数并且正在进行加减速时，不执行推定值的修正处理。

图4是进行这样处理的流程图。在图4中，首先，图2所示的控制装置判定速度指令值ω_rcmd是否具有时间常数(步骤1000)。当速度指令值ω_rcmd不具有时间常数时，图2所示的控制装置判断感应电动机10是否正在进行加减速(步骤1002)。如果正在进行加减速，则结束本流程，与此相对，当不是进行加减速时，理想电压指令运算部30’根据速度指令值ω_rcmd以及IQ指令IQ_cmd来决定理想电压指令基准V_ref(步骤1004)，实际电压指令计算部32根据D相电压指令VD_cmd以及Q相电压指令VQ_cmd来计算实际电压指令基准V_cmd(步骤1006)。

接着，转差频率修正部34判断理想电压指令基准V_ref是否大于实际电压指令基准V_cmd(步骤1008)。当理想电压指令基准V_ref大于实际电压指令基准V_cmd时，转差频率修正部20修正转差频率推定值ω_s^，结束本例程，与此相对，当理想电压指令基准V_ref不大于实际电压指令基准V_cmd时，直接结束本例程。

另一方面，在步骤1000中，当速度指令值ω_rcmd具有时间常数时，跳过步骤1002，前进到步骤1004。

图5是表示本发明第二实施方式的具有转差频率修正功能的无传感器感应电动机的控制装置的结构框图。在图5中，理想电压指令决定部30具有理想电压指令表30”，理想电压指令表30”是在根据电动机速度和Q相电流的值决定的存储位置中存储电动机的电压值的表，通过使用速度指令值ω_rcmd的值和Q相电流指令值IQ_cmd参照该表，可以读出理想电压指令基准V_ref的值。

理想电压指令表30”存储通过安装在感应电动机10上的速度传感器获得的电动机速度的实测值和Q相电流值的各种组合中的施加电压的实测值。另外，也可以将通过上述计算获得的理想电压指令基准V_ref存储在理想电压指令表30”中。

以上，将本发明与其优选实施方式关联起来进行了说明，但是，本领域的技术人员理解只要不脱离后述的权利要求的范围就可以对本发明的实施方式进行各种修正以及变更。

Claims (5)

1.一种具有转差频率修正功能的无传感器感应电动机的控制装置，其根据在感应电动机的线圈中流过的电流来推定转差频率，由此控制该感应电动机，并基于速度推定值和从外部赋予的速度指令的差计算出Q相电流指令，使用该Q相电流指令计算对施加在该感应电动机上的电压进行控制的D相电压指令和Q相电压指令，其中所述速度推定值是根据该转差频率的推定值计算的值，该控制装置的特征在于，具备：

理想电压指令决定部，其使用所述速度指令和所述Q相电流指令来决定理想电压指令；

实际电压指令计算部，其根据所述D相电压指令和所述Q相电压指令来计算实际电压指令；以及

转差频率修正部，其比较所述理想电压指令决定部决定的理想电压指令的值和所述实际电压指令计算部计算出的实际电压指令的值，当实际电压指令的值小于理想电压指令的值时，将所述转差频率的推定值修正为更小的值。

2.根据权利要求1所述的控制装置，其特征在于，

所述理想电压指令决定部根据所述速度指令、所述Q相电流指令以及电动机电路常数进行运算，由此决定所述理想电压指令。

3.根据权利要求1所述的控制装置，其特征在于，

所述理想电压指令决定部使用所述速度指令和所述Q相电流指令的值，参照在由所述感应电动机的速度的实测值和所述Q相电流的值决定的存储位置中存储感应电动机的电压的实测值的表来决定所述理想电压指令。

4.根据权利要求1～3中的任意一项所述的控制装置，其特征在于，

所述转差频率修正部在所述实际电压指令的值小于理想电压指令的值时，通过以下公式来修正转差频率，

修正后的转差频率＝修正前的转差频率×实际电压指令/理想电压指令。

5.根据权利要求1～4中的任意一项所述的控制装置，其特征在于，

所述转差频率修正部仅在能够认为所述感应电动机的速度与所述速度指令一致时修正转差频率。

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