CN103329427B - 电动机控制装置 - Google Patents

Abstract

电动机控制装置（1）具备：频率指令设定部（6），输出多个频率指令；交流电压指令生成部（5），根据频率指令生成交流电压指令并输出；电压施加部（4），根据交流电压指令，向电动机施加电压；电流检测部（3），检测流经电动机（2）的电动机电流；以及类别判别部（7），基于根据电动机电流、交流电压指令以及频率指令运算出的电动机（2）的传递特性来判别电动机类别。

Description

电动机控制装置

技术领域

本发明涉及一种具备判别电动机（motor）的类别的单元的电动机的控制装置。

背景技术

为了驱动感应电动机、同步电动机等电动机，驱动方法根据电动机的类别而不同，因此在驱动之前需要预先知道电动机的类别。因此，以往用户预先掌握电动机的类别，并选择了与电动机类别相应的控制装置、控制方法。但是，有时从外观难以知道电动机的类别，用户未必能够掌握电动机类别。

为了解决该问题，提出了专利文献1的方法。在专利文献1的方法中，利用电动机的饱和度根据电动机类别而不同来判别电动机类别。

专利文献1：日本特开2002-095289号公报

发明内容

在专利文献1的方法中，通过电动机的饱和度来判别电动机类别。例如，利用如下来进行判别：关于感应电动机，无论电动机的转子位置如何饱和度都是固定的，关于同步电动机（嵌入式磁铁同步电动机、表面磁铁同步电动机、同步磁阻电动机），根据转子位置而饱和度发生变化。但是，在设计成同步电动机中不易产生磁饱和的情况下，基于转子位置的饱和度的变化小，有时变得难以判别为感应电动机。即，饱和度除了受电动机类别的影响以外，还受电动机结构的影响，因此在根据饱和度来判别电动机类别的方法中，有时电动机类别的判别变得困难。

为了解决如上所述的课题，本发明的目的在于提供一种通过以不易受到电动机结构等的电动机类别以外的要素的影响的方法来判别电动机类别从而能够提高判别精度的电动机控制装置。

本发明的电动机控制装置具备：频率指令设定部，输出多个频率指令；交流电压指令生成部，根据频率指令生成交流电压指令并输出；电压施加部，根据交流电压指令，向电动机施加电压；电流检测部，检测流经电动机的电动机电流；以及类别判别部，基于根据电动机电流、交流电压指令和频率指令运算出的电动机的传递特性，判别电动机的类别。

本发明的电动机控制装置具备：频率指令设定部，输出多个频率指令；交流电压指令生成部，根据频率指令生成交流电压指令并输出；电压施加部，根据交流电压指令，向电动机施加电压；电流检测部，检测流经电动机的电动机电流；以及类别判别部，基于根据电动机电流、交流电压指令和频率指令运算出的电动机的传递特性，判别电动机的类别，因此能够根据电动机的结构等的电动机类别以外的要素的影响少的传递特性来判别电动机类别，能够提高电动机类别的判别精度。

附图说明

图1是本发明的实施方式1的电动机控制装置的结构图。

图2是本发明的实施方式1的电动机控制装置的详细结构图。

图3是本发明的实施方式1的电动机控制装置的功能说明图。

图4是本发明的实施方式1的电动机控制装置的功能说明图。

图5是说明本发明的实施方式1的电动机控制装置的处理的流程图。

图6是本发明的实施方式1的电动机控制装置的详细结构图。

图7是本发明的实施方式1的电动机控制装置的功能说明图。

图8是本发明的实施方式1的电动机控制装置的功能说明图。

图9是本发明的实施方式1的电动机控制装置的其它结构图。

图10是本发明的实施方式1的电动机控制装置的其它详细结构图。

图11是本发明的实施方式2的电动机控制装置的结构图。

图12是说明本发明的实施方式2的电动机控制装置的处理的流程图。

图13是本发明的实施方式2的电动机控制装置的结构图。

图14是本发明的实施方式2的电动机控制装置的电动机等效电路。

图15是本发明的实施方式2的电动机控制装置的详细结构图。

具体实施方式

实施方式1．

下面，根据附图来说明本申请发明的实施方式1。图1是表示本发明的实施方式1的电动机控制装置1的硬件结构的图，图2是详细结构图，图3、图4是功能说明图，图5是说明处理的流程图，图6是详细结构图，图7、图8是功能说明图。另外，图9、图10是本申请发明的实施方式1的变形例的结构图。

下面，根据图1来说明本发明的实施方式1的电动机控制装置1的结构。

在该实施方式1中，电动机控制装置1所驱动的电动机2是交流电动机。电动机控制装置1包括：向电动机2施加电压的电压施加部4；检测在电压施加部4与电动机2之间流过的电动机电流的电流检测部3；向电压施加部4提供交流电压指令的交流电压指令生成部5；向交流电压指令生成部5提供频率指令f的频率指令设定部6；以及根据交流电压指令、频率指令以及电动机电流运算电动机的传递特性来判别电动机类别的类别判别部7。

在图1中，电流检测部3检测u相电流和v相电流，但是也可以是u相和v相以外的其它二相的组合。另外，也可以将u相、v相、w相全部都检测。

电压施加部4是半导体电力变换器，根据作为交流电压指令生成部5的输出的交流电压指令来向电动机2施加交流电压。

图2是交流电压指令生成部5的详细结构图。

乘法器51对频率指令f（n）乘以2π来求出角频率指令ωn。三角函数运算器52根据角频率指令ωn来输出余弦函数cos（ωn·t）。这里，三角函数运算器52所输出的三角函数也可以是余弦函数cos（ωn·t）以及正弦函数sin（ωn·t）中的某一个。在本实施方式1中，下面以输出余弦函数cos（ωn·t）来进行说明。

乘法器53输出对作为三角函数运算器52的输出的余弦函数cos（ωn·t）乘以作为任意的固定值的电压指令振幅Vref而得到的Vref·cos（ωn·t）。二相/三相变换器54按照（1）式对作为静止二轴的电压指令的α轴电压指令Vα和β轴电压指令Vβ进行二相/三相变换，输出交流电压指令Vu*、Vv*、Vw*。

[数式1]

$\left[\begin{array}{c}\mathrm{Vu}*\\ \mathrm{Vv}*\\ \mathrm{Vw}*\end{array}\right]=\sqrt{\frac{2}{3}}\left[\begin{array}{cc}1& 0\\ -\frac{1}{2}& \frac{\sqrt{3}}{2}\\ -\frac{1}{2}& -\frac{\sqrt{3}}{2}\end{array}\right]\left[\begin{array}{c}\mathrm{V\α}\\ \mathrm{V\β}\end{array}\right]---\left(1\right)$

在本实施方式1中，设Vα为作为乘法器53的输出的Vref·cos（ωn·t），并提供Vβ=0，因此交流电压指令生成部5所输出的交流电压指令成为电压的矢量方向在2个方向上进行变化的交变电压。

此外，也可以设为Vβ=Vref·cos（ωn·t）、Vα=0，通过用（1）式求出的交流电压指令来提供。

另外，也可以以成为电压矢量的方向在3个方向以上上进行变化的旋转电压的方式设定Vα、Vβ，但是在本实施方式1中，说明以成为交变电压的方式提供Vα、Vβ的情况。

下面，在本发明中，以如下定义来使用：交变电压（电流）是指电压（电流）矢量在2个方向上进行变化、例如在0°和180°的2个方向上进行变化的电压（电流）。

使用图3的功能说明图来说明频率指令设定部6的功能。

频率指令设定部6设定多个不同的频率指令来输出，在本实施方式1中，如图3所示地，设定f（1）～f（n）为止的n个不同的频率指令作为频率指令f（n），按照计数值n依次进行输出。

接着，使用图4的功能说明图来详细地说明类别判别部7的动作。

类别判别部7使用电动机电流iu、iv、交流电压指令Vu*、Vv*、Vw*以及频率指令f（n），运算从电动机2的交变电压到电动机电流为止的传递特性，根据该传递特性来判别电动机类别。

具体地说，判别如感应电动机、感应同步电动机那样具有电流流向转子的电路（下面称为二次电路）的电动机、如永磁同步电动机、磁阻电动机那样没有二次电路的电动机的类别。

图4（a）中表示感应电动机的传递特性的一个例子，图4（b）中表示永磁同步电动机的传递特性的一个例子。此外，图4的横轴的角频率是将角频率换算为常用对数而得到的角频率。

在本实施方式1中，作为传递特性而使用如图4所示地通过电动机电流的大小除以交变电压的大小而得到的交变电压的大小与电动机电流的大小比（增益）的频率特性（下面称为增益线图）。

如图4所示，具有二次电路的电动机（感应电动机）和没有二次电路的电动机（永磁电动机）的增益线图不同。

具体地说，在图4（a）的具有二次电路的电动机中，由于具有二次电路，所以电动机的传递函数成为二阶系统。因此，在增益线图上增益的倾斜度变化的点存在3个地方（圆点线部分）。与此相对，在图4（b）的没有二次电路的电动机中，该传递函数是一阶系统，因此增益的倾斜度变化的点只存在1个地方。

由于具有这种特征，因此如果增益线图上的增益的倾斜度变化的点的数量为1个，则能够判别为没有二次电路的电动机，如果增益的倾斜度变化的点多于1个，则能够判别为具有二次电路的电动机。

因此，在本实施方式1中，运算增益的倾斜度，并根据该增益的倾斜度来进行电动机类别的判别。

下面，示出该具体的判别方法。

图5是说明本实施方式1的电动机控制装置的电动机类别判别处理的流程图。

当开始处理时（S51），设定初始值n=1以及后述的判定标志F=0（S52）。接着，与计数值n（初始值=1）相应地设定频率指令f（n）（S53）。

此外，将计数值n时的频率指令f称为f（n），预先与计数值相应地设定频率指令。

接着，将频率指令f（n）的交变电压施加到电动机（S54）。交变电压是如前述那样由电压施加部4根据来自交流电压指令生成部5的交流电压指令来生成并施加到电动机2。当被施加交变电压时，在电动机2中流过交变电流，通过电流检测部3检测该交变电流（S55）。

接着，运算交变电流的大小Iamp（S56），运算计数值n时的交变电流与交变电压的大小之比即增益G（n）（S57）。接着，进行增益的倾斜度Ggd（n）的运算（S58）。

接着，进行在后面详细说明的判定标志F的运算（S59）。

如果计数值n为预先设定的计数最大值N_end以下（S60），则设定对计数值n相加了1的计数值n+1（S61），以后直到计数值n变得比计数最大值N_end大为止重复进行步骤S53～S60。

如果计数值n变得比计数最大值大，则根据判定标志F的值来判别是具有二次电路的电动机还是没有二次电路的电动机（S62～S64），结束处理（S65）。

图6是类别判别部7的详细结构图，进行前述的交变电流的大小Iamp的运算、交变电压的大小Vref的运算、增益G的运算、增益的倾斜度Ggd的运算以及电动机类别判别。

电流振幅运算器71使用作为电流检测部3的输出的电动机电流iu、iv，通过（2）式来运算交变电流振幅Iamp并输出。

[数式2]

$\mathrm{Iamp}=\sqrt{\frac{4({\mathrm{iu}}^2+{\mathrm{iv}}^2+\mathrm{iu}\·\mathrm{iv})}{3}}---\left(2\right)$

电压振幅运算器72使用作为交流电压指令生成部5的输出的Vu*、Vv*、Vw*，通过（3）式来运算交流电压指令的大小Vref。

[数式3]

$\mathrm{Vref}=\sqrt{\frac{2({\mathrm{Vu}*}^2+{\mathrm{Vv}*}^2+{\mathrm{Vw}*}^2)}{3}}---\left(3\right)$

除法器73通过将交变电流振幅Iamp除以交流电压指令的大小Vref，运算增益G并输出。延迟器75输出作为当前计数值的前1计数的计数值n－1时的增益G（n－1）。

加减法器74输出从作为除法器73的输出的增益G（n）减去作为延迟器75的输出的前1计数值的增益G（n－1）而得到的增益的差分ΔG（n）。乘法器76输出对作为频率指令设定部6的输出的频率指令f（n）乘以2π而得到的角频率ωn。常用对数换算器77将作为乘法器76的输出的角频率ωn通过（4）式换算为角频率的常用对数值ωn′。

[数式4]

ωn'=log¹⁰(ωn)(4)

延迟器79输出作为当前计数值的前1计数的计数值n－1时的角频率的常用对数值ωn－1′。加减法器78输出从作为常用对数换算器77的输出的角频率的常用对数值ωn′减去作为延迟器79的输出的前1计数值的角频率的常用对数值ωn－1′而得到的角频率的常用对数值的差分Δωn′。

除法器80通过将作为加减法器74的输出的增益的差分ΔG（n）除以作为加减法器78的输出的角频率的常用对数值的差分Δωn′，运算增益的倾斜度Ggd（n）。

接着，使用图7、图8的功能说明图来说明图6的判定标志运算器81即图5的流程图的判定标志F运算（S59）的动作。

判定标志运算器81由作为除法器80的输出的增益的倾斜度Ggd（n）来设定判定标志F并输出。

图7表示当向没有二次电路的电动机依次施加频率为f（1）～f（n）的交变电压时的针对角频率ωn的增益G（n）和增益的倾斜度Ggd（n）的一个例子。

图8是当向具有二次电路的电动机依次施加频率f（1）～f（n）的交变电压时的针对角频率ωn的增益G（n）和增益的倾斜度Ggd（n）的一个例子。

如图7那样，在没有二次电路的电动机中，传递函数是一阶系统，增益线图的增益的倾斜度发生变化的点为一个。当角频率低时（图7的ω1～ω6），增益的倾斜度Ggd处于零附近。在比增益的倾斜度发生变化的点附近更高的角频率（图7的ω7～ω15）下，角频率变得越高，增益的倾斜度Ggd变得越小。

另一方面，在图8的具有二次电路的电动机中，传递函数是二阶系统，增益线图的增益的倾斜度发生变化的点为三个。角频率低时（图8的ω1～ω4），增益的倾斜度Ggd处于零附近。

在从角频率低的一方起数第1个增益的倾斜度发生变化的点附近到第2个增益的倾斜度发生变化的点附近（图8的ω5～ω8）中，增益的倾斜度Ggd变小。然后，在第2个增益的倾斜度发生变化的点到第3个增益的倾斜度发生变化的点附近（图8的ω9～ω12）中，增益的倾斜度Ggd再次变大而处于零附近。在比第3个增益的倾斜度发生变化的点附近更高的角频率（图8的ω13～ω15）下，角频率变得越高，增益的倾斜度Ggd变得越小。

当整理增益的倾斜度Ggd的变化时，在没有二次电路的电动机的情况下，频率变得越高增益的倾斜度Ggd变得越小。与此相对，在具有二次电路的电动机的情况下，随着频率变高，最初，增益的倾斜度Ggd变小，但是之后增益的倾斜度Ggd变大，增益的倾斜度Ggd处于零附近。之后，增益的倾斜度Ggd再次变小。

判定标志运算器81利用该传递特性的不同来设定判定标志F并输出。

下面，具体地说明图5的判定标志F运算（S59）的处理。

当整体的处理开始时，判定标志运算器81所输出的判定标志F的初始值被设定为0（S52）。

使计数值从1到n依次变化，如果作为除法器80的输出的增益的倾斜度Ggd（n）比前1计数值的增益的倾斜度Ggd（n－1）小，则作为增益的倾斜度的最小值Ggd_min而存储Ggd（n）的值，如果不小则Ggd_min保持当前的值。另外，与Ggd_min的设定同时地设定增益的倾斜度阈值Glev。

Glev被设定为Ggd_min的Kg倍（Kg为0<Kg<1的任意值）。然后，将下面的计数值n+1的增益的倾斜度Ggd（n+1）与增益的倾斜度阈值Glev进行比较，如果增益的倾斜度Ggd（n+1）变得比增益的倾斜度阈值Glev大，则对判定标志F相加1。

在没有二次电路的电动机的情况下，如图7所示角频率变得越高增益的倾斜度变得越小。因此，增益的倾斜度Ggd（n+1）不会变得比增益的倾斜度阈值Glev还大，不会对判定标志F相加1。即，没有二次电路的电动机的判定标志F成为0。

这里，图7中的Ggd的Ggd_min以及Glev的值从Ggd（2）到Ggd（15）每次发生变化，在图中记载了最后状态的Ggd_min以及Glev。

另一方面，具有二次电路的电动机如图8所示增益的倾斜度Ggd（n+1）变得比增益的倾斜度阈值Glev还大，因此在判定标志F上相加1。即，具有二次电路的电动机的判定标志F成为1。

这里，图8中的Ggd的Ggd_min以及Glev的值从Ggd（2）到Ggd（8）每次发生变化，Ggd（9）以后不发生变化。在图中，记载了最后状态的Ggd_min以及Glev。

电动机类别判别器82根据判定标志运算器81所输出的判定标志F的值，如果判定标志F为0，则判别为没有二次电路的电动机，如果判定标志F为1，则判别为具有二次电路的电动机，并输出电动机类别。

在判别对象的电动机为感应电动机和永磁同步电动机的情况下，电动机类别判别器82如果判定标志F为0，则判别为永磁同步电动机，如果判定标志F为1，则判别为感应电动机，并输出电动机类别。

以上，在本实施方式1中，图6的电压振幅运算器72根据作为交流电压指令生成部5的输出的Vu*、Vv*、Vw*通过（3）式来运算了交流电压指令的大小Vref。但是，交变电压的大小除了用（3）式求出以外，也可以从图1的交流电压指令生成部5直接得到Vref。在这种情况下，不需要电压振幅运算器72。

将在由交流电压指令生成部5直接得到Vref的情况下的电动机控制装置的结构图表示在图9中。

另外，在本实施方式1中，与计数值相应地预先设定了计数值n时的频率指令f（n）。但是，也可以与计数值相应地等间隔地改变角频率的常用对数值。在这种情况下，由于Δωn′为固定，因此增益的倾斜度Ggd（n）单纯地只与增益的差分ΔG（n）成比例。

在电动机类别的判别中，不需要增益的倾斜度Ggd（n）的绝对值，只要知道增益的倾斜度发生变化的点即可，因此，如图10所示，通过将增益的差分ΔG（n）提供为增益的倾斜度Ggd（n），能够省掉角频率的常用对数值的差分的运算，能够将电动机控制装置的图6所示的类别判别部7的结构简化为如图10的类别判别部107的结构那样。

此外，在该类别判别部107中，设为从交流电压指令生成部5直接得到Vref的结构。

这样，根据本实施方式1，电动机控制装置1根据电动机2的传递特性来判别电动机类别。电动机控制装置1作为该电动机2的传递特性而运算作为交变电压的大小与电动机电流的大小比的频率特性的增益G，并由运算出的增益G来求出增益的倾斜度Ggd。

因而，本实施方式1的电动机控制装置1不使用电动机的磁饱和来判别是没有二次电路的电动机还是具有二次电路的电动机，因此具有能够提高判别精度的效果。

实施方式2．

下面，根据附图来说明本申请发明的实施方式2。图11是表示本发明的实施方式2的电动机控制装置201的硬件结构的图，图12是说明处理的流程图，图13是结构图，图14是电动机等效电路，图15是详细结构图。在图11中，对于与图1相同或者相当部分附加相同标记。

在该实施方式2中，作为电动机的传递特性而运算电动机常数，根据该电动机常数来进行是具有二次电路的电动机还是没有二次电路的电动机的电动机类别的判别。

将本发明的实施方式2的电动机控制装置201的结构表示在图11中，但是与作为实施方式1的结构图的图1相比只有类别判别部207不同，其它相同。因而，下面只说明类别判别部207的结构和动作。

类别判别部207假定电动机2为具有二次电路的电动机来进行电动机2的电动机常数的运算。

进行了电动机常数的运算的结果，在是具有二次电路的电动机的情况下，运算出的电动机常数全都成为正的实数。但是，在是没有二次电路的情况下，由于没有二次电路，所以与二次电路相关的电动机常数、例如二次电阻、二次电感、以及一次电感与二次电感的互感的值成为正的实数以外（负、虚数）。利用该特性来判别是具有二次电路的电动机还是没有二次电路的电动机。

图12是判别本实施方式2的电动机类别的流程图。

当处理开始时（S101），设定初始值n=1（S102）。接着，与计数值n（初始值=1）相应地设定频率指令f（n）（S103）。

接着，施加频率f（n）的交变电压（S104），根据流经电动机2的电动机电流来检测与交变电压相同频率的交变电流（S105）。

为了假定电动机2为具有二次电路的电动机来求出具有二次电路的电动机的电动机常数，抽取交变电流中的、与交变电压同相位方向的同相位电流、和与交变电压正交相位方向的正交相位电流，并存储（S106）。

如果计数值n为预先设定的计数最大值N_end以下（S107），则设定对计数值n相加了1的计数值n+1（S108），以后直到计数值n变得比计数最大值N_end还大为止，重复进行步骤S103～S106。

如果计数值n变得比计数最大值大，则假定电动机2为具有二次电路的电动机，根据存储的同相位电流、正交相位电流来确定传递函数Gim（s）（S109）。

接着，根据所确定的传递函数Gim（s）运算作为电动机常数的一次电阻Rs、二次电阻Rr、一次电感Ls、二次电感Lr以及互感M（S110）。

在电动机2为没有二次电路的电动机的情况下，运算出的电动机常数中的、作为与二次电路相关的电动机常数的二次电阻Rr、互感M成为正的实数以外。因此，如果二次电阻Rr、互感M为正的实数，则判别为具有二次电路的电动机，如果不是正的实数，则判别为没有二次电路的电动机。

此外，二次电感Lr也是与二次电路相关的电动机常数，但是设为一次电感Ls=二次电感Lr而进行运算，因此二次电感Lr在没有二次电路的电动机中电动机常数运算结果也成为正的实数。因此，在电动机类别的判别中，只使用二次电阻Rr、互感M。

下面，进一步说明图12的流程图。

图12的从频率指令f（n）的设定（S103）到交变电流的检测（S105）为止，与实施方式1同样地，频率指令设定部6与计数值n（初始值=1）相应地设定频率指令fn。交流电压指令生成部5对静止二轴上的α轴电压指令Vα=Vref·cos（ωn·t）以及β轴电压指令Vβ=0通过（1）式进行二相/三相变换，生成交流电压指令。根据该交流电压指令，电压施加部4向电动机2施加交变电压。然后，电流检测部3检测电动机电流iu、iv。

图12的流程图的交变电流检测（S105）以后是与本实施方式2的图11的类别判别部207的处理相当的部分。

图13是类别判别部207的结构图，将类别判别部207的电动机常数运算部270的详细结构图表示在图15中。

图12的流程图的从交变电流检测（S105）到电动机常数运算（S110）为止，是假定电动机2为具有二次电路的电动机来运算电动机常数的处理，与图13的电动机常数运算部270相当。在步骤111中进行二次电阻Rr、互感M是否为正的实数的判断。

首先，说明类别判别部207中的电动机常数运算部270。

图14是作为具有二次电路的电动机的感应电动机停止时的1相的等效电路。从输入电压Vs到输出电流is为止的传递函数Gim（s）通过图14成为（5）式，如果使用系数a1、a2、b0、b1，则（5）式能够用（6）式来表示。

[数式5]

$\mathrm{Gim}\left(s\right)=\frac{1}{R_s}\frac{\frac{L_r}{R_r}s+1}{\frac{L_s}{R_s}\frac{L_r}{R_r}{s}^2(\frac{L_s}{R_s}+\frac{L_r}{R_r})s+1}---\left(5\right)$

[数式6]

$\mathrm{Gim}\left(s\right)=\frac{b_0+b_{1}s}{a_2{s}^2+a_{1}s+1}---\left(6\right)$

此外，图中以及（5）、（6）式中的记号的意义如下。

M：互感、ls：一次漏感、lr：二次漏感

Rs：一次电阻、Ls：一次电感（=ls+M）

Rr：二次电阻、Lr：二次电感（=lr+M）

s：拉普拉斯算子

电动机常数运算部270假定电动机2为具有二次电路的电动机来运算电动机常数，因此确定用（6）式表示的具有二次电路的电动机的传递函数Gim（s）来求出系数a1、a2、b0、b1。根据该求出的系数a1、a2、b0、b1，通过（7）～（10）式来运算电动机常数。

此外，通常，一次电感Ls和二次电感Lr成为接近的值，因此在根据系数a1、a2、b0、b1来计算电动机常数的情况下，设为Ls=Lr。

[数式7]

$R_s=\frac{1}{b_0}---\left(7\right)$

[数式8]

$R_r=\frac{a_1{b}_0-b_1}{b_0{b}_1}---\left(8\right)$

[数式9]

$M=\sqrt{\frac{{(a_1{b}_0-b_1)}^2}{{b_0}^4}-\frac{a_2\left(a_1{b}_0{-b}_1\right)}{{b_0}^2{b}_1}}---\left(9\right)$

[数式10]

$L_s=L_r=\frac{a_1{b}_0-b_1}{{b_0}^2}---\left(10\right)$

图15是电动机常数运算部270的详细结构图，包括运算并存储同相位电流、正交相位电流的部分、和确定传递函数的部分。

施加前述的Vα=Vref·cos（ωn·t）、Vβ=0的交变电压，并由电流检测部3进行检测。将该检测出的电动机电流iu、iv通过（11）式换算为静止二轴的α轴和β轴。当将该换算为α轴的电流设为iα、将换算为β轴的电流设为iβ时，iα和iβ能够用（12）式来表示。此外，（12）式的Iα为α轴电流的大小，φ为Vα与iα的相位差。

[数式11]

$\left[\begin{array}{c}{i}_{\mathrm{\&alpha;}}\\ i_{\mathrm{\&beta;}}\end{array}\right]=\sqrt{2}\left[\begin{array}{cc}\frac{\sqrt{3}}{2}& 0\\ \frac{1}{2}& 1\end{array}\right]\left[\begin{array}{c}{i}_u\\ i_v\end{array}\right]---\left(11\right)$

[数式12]

i_αs=I_αcos(ωnt+φ)(12)

i_βs=0

当将从Vα到iα为止的传递函数设为Gα（jωn）时，在提供了Vα=Vref·cos（ωn·t）的交变电压的情况下的传递函数Gα（jωn）能够用（13）式来表示。

[数式13]

将（13）式的|Iα/Vref|cosφ称为同相位电流，将|Iα/Vref|sinφ称为正交相位电流。在图15的运算并存储同相位电流和正交相位电流的部分中，运算该同相位电流和正交相位电流。

（13）式中的Vref是已知的值，因此通过求出同相位电流|Iα|cosφ和正交相位电流|Iα|sinφ，能够求出传递函数Gα（jωn）。

接着说明求出同相位电流|Iα|cosφ和正交相位电流|Iα|sinφ的方法。准备余弦函数2cos（ωn·t）和正弦函数2sin（ωn·t），将对iα乘以余弦函数和正弦函数而得到的结果分别设为ξr、ξi时，ξr、ξi成为（14）、（15）式。

[数式14]

ξ_r=i_α·2cosωnt

=|I_α|cos(ωnt+φ)·2cosωnt(14)

=|I_α|{cos(2ωnt+φ)+cosφ}

[数式15]

ξ_i=i_α·2sinωnt

=|I_α|cos(ωnt+φ)·2sinωnt(15)

=|I_α|{sin(2ωnt+φ)+sinφ}

如从（14）、（15）式可明确那样，ξr、ξi由2ωn的角频率的交流成分、和|Iα|·cosφ或者|Iα|·sinφ的直流成分构成。因而，如果从ξr、ξi去除2ωn的角频率成分，则能够求出同相位电流|Iα|cosφ和正交相位电流|Iα|sinφ。

在本实施方式2中，为了从ξr、ξi去除2ωn的角频率成分，应用用（16）式表示的陷波滤波器，如（17）、（18）式那样得到同相位电流|Iα|cosφ和正交相位电流|Iα|sinφ。

这里，陷波滤波器是为了只取出所需信号而使用、并将窄带信号的频率的增益设为0、对除此之外的频率将增益设为1的滤波器。

此外，将计数值为n时的同相位电流|Iα|cosφ和正交相位电流|Iα|sinφ分别表示为Ire（n）、Iim（n）。

[数式16]

$\frac{s^2+{\left(2\mathrm{\&omega;n}\right)}^2}{s^2+\frac{2\mathrm{\&omega;n}}{q_n}s+{\left(2\mathrm{\&omega;n}\right)}^2}---\left(16\right)$

[数式17]

[数式18]

为了这样求出Ire（n）、Iim（n），在图15的运算并存储同相位电流、正交相位电流的部分中，将由电流检测部3检测出的iu、iv通过三相/二相变换器711变换为iα、iβ。

乘法器712输出对作为频率指令设定部6的输出的计数值n时的频率指令f（n）乘以2π的角频率指令ωn。余弦函数运算器713输出角频率ωn的余弦函数cosωnt，另外正弦函数运算器714输出角频率ωn的正弦函数sinωnt。

比例器715、716输出将作为余弦函数运算器713的输出的余弦函数cosωnt和作为正弦函数运算器714的输出的正弦函数sinωnt分别设为2倍的2cosωnt和2sinωnt。乘法器717、718对作为比例器715、716的输出的2cosωnt和2sinωnt乘以作为三相/二相变换器711的输出的iα而输出（14）、（15）式的ξr、ξi。

陷波滤波器719、720对作为乘法器717、718的输出的ξr、ξi分别施加陷波滤波器来输出（17）、（18）式的计数值n下的同相位电流Ire（n）和正交相位电流Iim（n）。

另外，同相位电流存储器721在计数值n为N_end以下的情况下，存储同相位电流Ire（n）。在计数值比N_end大的情况下，将存储的同相位电流Ire（1）～Ire（N_end）输出为同相位电流存储值。

正交相位电流存储器722在计数值n为N_end以下的情况下，存储正交相位电流Iim（n）。在计数值比N_end大的情况下，将存储的正交相位电流Iim（1）～Iim（N_end）输出为正交相位电流存储值。

角频率存储器723在计数值n为N_end以下时，存储计数值n时的角频率ωn，在计数值n变得比N_end大的情况下，将频率ω1～ωN_end的角频率输出为角频率存储值。

接着，说明传递函数确定器725。关于对Vα施加了角频率ωn的交变电压Vα=Vref·cos（ωn·t）时的Vα到iα为止的传递函数，当使用前述的同相位电流Ire（n）和正交相位电流Iim（n）时，能够用（19）式来表示。这里，将（19）式的传递函数设为H（jωn）。

[数式19]

$H\left(\mathrm{j\&omega;n}\right)=\underset{n=1}{\overset{N\_\mathrm{end}}{\mathrm{\&Sigma;}}}[\frac{I_{\mathrm{re}}\left(n\right)}{V_{\mathrm{ref}}}+j\frac{I_{\mathrm{im}}\left(n\right)}{V_{\mathrm{ref}}}]$

$=\frac{I_{\mathrm{re}}\left(1\right)}{V_{\mathrm{ref}}}+j\frac{I_{\mathrm{im}}\left(1\right)}{V_{\mathrm{ref}}}+\&CenterDot;\&CenterDot;\&CenterDot;+\frac{I_{\mathrm{re}}(N\_\mathrm{end})}{V_{\mathrm{ref}}}+j\frac{I_{\mathrm{im}}(N\_\mathrm{end})}{V_{\mathrm{red}}}---\left(19\right)$

$=\underset{n=1}{\overset{N\_\mathrm{end}}{\mathrm{\&Sigma;}}}[X_{\mathrm{re}}\left(n\right)+j{X}_{\mathrm{im}}\left(n\right)]$

另外，将（5）式的具有二次电路的电动机的传递函数Gim（s）的分母、分子分别设为A（s）、B（s），并用（20）、（21）式进行定义时，Gim（s）成为（22）式。另外，在将（22）式的拉普拉斯算子s用jωn进行置换的情况下，（22）式能够用（23）式来表示。

[数式20]

A(s)=1+a₁s+a₂s²(20)

[数式21]

B(s)=b₀+b₁s(21)

[数式22]

$\mathrm{Gim}\left(s\right)=\frac{B\left(s\right)}{A\left(s\right)}---\left(22\right)$

[数式23]

$\mathrm{Gim}\left(\mathrm{j\&omega;n}\right)=\frac{B\left(\mathrm{j\&omega;n}\right)}{A\left(\mathrm{j\&omega;n}\right)}---\left(23\right)$

如上所述，在本实施方式2中，假定电动机2为具有二次电路的电动机来运算电动机常数，因此（19）式的传递函数H（jωn）被假定为成为（23）式的具有二次电路的电动机的传递函数Gim（jωn）。即，（24）式的关系成立。

[数式24]

$H\left(\mathrm{j\&omega;n}\right)=\frac{B\left(\mathrm{j\&omega;n}\right)}{A\left(\mathrm{j\&omega;n}\right)}---\left(24\right)$

这里，ε（n）是用（25）式进行定义。由（24）式，（25）式的ε（n）在理想情况下成为零。因此，应用最小二乘法来以使（26）式成为最小的方式求出未知的系数a1、a2、b0、b1。

[数式25]

ε(n)=H(jωn)A(jωn)-B(jωn)

=X_re(n)+jX_im(n)+{jωnX_re(n)-ωnX_im(n)}a₁

{-ωn²X_re(n)-jωn²X_im(n)}a₂-b₀-jωnb₁

=-ωnX_im(n)a₁-ωn²X_re(n)a₂-b₀+X_re(n)(25)

+j{ωnX_re(n)a₁-ωn²X_im(n)a₂-ωnb₁X_im(n)}

[数式26]

$\underset{n=1}{\overset{N\_\mathrm{end}}{\mathrm{\&Sigma;}}}{\left|\mathrm{\&epsiv;}\left(n\right)\right|}^2=\underset{n=1}{\overset{N\_\mathrm{end}}{\mathrm{\&Sigma;}}}{|H\left(\mathrm{j\&omega;n}\right)A\left(\mathrm{j\&omega;n}\right)-B\left(\mathrm{j\&omega;n}\right)|}^2---\left(26\right)$

接着，说明求出（26）式的方法。

当用（27）式定义ε时，ε与作为ε的转置矩阵的εT成立（28）

式的关系。

[数式27]

ε＝[ε(1)+ε(2)+···ε(N_end]^T(27)

[数式28]

ε^Tε＝ε(1)²+ε(2)²+···+ε(N_end)²(Z8)

这里，如果用（29）式定义ε′，则能够通过（28）和（29）式，如（30）式那样求出（26）式的函数。

[数式29]

${\mathrm{\&epsiv;}}^{\&prime;}={\left[\begin{array}{ccccc}\mathrm{Re}\left(\mathrm{\&epsiv;}\left(1\right)\right)& \mathrm{Im}\left(\mathrm{\&epsiv;}\left(1\right)\right)& \&CenterDot;\&CenterDot;\&CenterDot;& \mathrm{Re}\left(\mathrm{\&epsiv;}(N\_\mathrm{end})\right)& \mathrm{Im}\left(\mathrm{\&epsiv;}(N\_\mathrm{end})\right)\end{array}\right]}^T$

$=\left[\begin{array}{cccc}{\mathrm{\&omega;}}_1{X}_{\mathrm{im}}\left(1\right)& -{{\mathrm{\&omega;}}_1}^2{X}_{\mathrm{re}}\left(1\right)& -1& 0\\ {\mathrm{\&omega;}}_1{X}_{\mathrm{re}}\left(1\right)& -{{\mathrm{\&omega;}}_1}^2{X}_{\mathrm{im}}\left(1\right)& 0& {-\mathrm{\&omega;}}_1\\ \&CenterDot;& \&CenterDot;& \&CenterDot;& \&CenterDot;\\ \&CenterDot;& \&CenterDot;& \&CenterDot;& \&CenterDot;\\ \&CenterDot;& \&CenterDot;& \&CenterDot;& \&CenterDot;\\ {\mathrm{\&omega;}}_1{X}_{\mathrm{im}}(N\_\mathrm{end})& {{-\mathrm{\&omega;}}_1}^2{X}_{\mathrm{re}}(N\_\mathrm{end})& -1& 0\\ {\mathrm{\&omega;}}_1{X}_{\mathrm{re}}(N\_\mathrm{end})& -{{\mathrm{\&omega;}}_1}^2{X}_{\mathrm{im}}(N\_\mathrm{end})& 0& {-\mathrm{\&omega;}}_{N\_\mathrm{end}}\end{array}\right]\left[\begin{array}{c}{a}_1\\ a_2\\ b_0\\ b_1\end{array}\right]-\left[\begin{array}{c}{-X}_{\mathrm{re}}\left(1\right)\\ {-X}_{\mathrm{im}}\left(1\right)\\ \&CenterDot;\\ \&CenterDot;\\ \&CenterDot;\\ {-X}_{\mathrm{re}}(N\_\mathrm{end})\\ {-X}_{\mathrm{im}}(N\_\mathrm{end})\end{array}\right]---\left(29\right)$

[数式30]

${\mathrm{\&epsiv;}}^{\&prime;T}{\mathrm{\&epsiv;}}^{\&prime;}=\{\mathrm{Re}\left(\mathrm{\&epsiv;}\left(1\right)\right){\}}^2+\{\mathrm{Im}\left(\mathrm{\&epsiv;}\left(1\right)\right){\}}^2+\&CenterDot;\&CenterDot;\&CenterDot;+\{\mathrm{Re}\left(\mathrm{\&epsiv;}(N\_\mathrm{end})\right){\}}^2+\{\mathrm{Im}\left(\mathrm{\&epsiv;}(N\_\mathrm{end})\right){\}}^2---\left(30\right)$

$=\underset{n=1}{\overset{N\_\mathrm{end}}{\mathrm{\&Sigma;}}}|H\left(\mathrm{j\&omega;n}\right)A\left(\mathrm{j\&omega;n}\right)-B\left(\mathrm{j\&omega;n}\right){|}^2$

当N_end>2时，关于使（30）式为最小的系数a1、a2、b0、b1，能够应用最小二乘法用（31）式来求出。

[数式31]

$\left[\begin{array}{c}{a}_1\\ a_2\\ b_0\\ b_1\end{array}\right]={\left({A_1}^T{A}_1\right)}^{-1}{A_1}^T{b}_1---\left(31\right)$

其中， $A_1=\left[\begin{array}{cccc}{\mathrm{\&omega;}}_1{X}_{\mathrm{im}}\left(1\right)& -{{\mathrm{\&omega;}}_1}^2{X}_{\mathrm{re}}\left(1\right)& -1& 0\\ {\mathrm{\&omega;}}_1{X}_{\mathrm{re}}\left(1\right)& -{{\mathrm{\&omega;}}_1}^2{X}_{\mathrm{im}}\left(1\right)& 0& {-\mathrm{\&omega;}}_1\\ \&CenterDot;& \&CenterDot;& \&CenterDot;& \&CenterDot;\\ \&CenterDot;& \&CenterDot;& \&CenterDot;& \&CenterDot;\\ \&CenterDot;& \&CenterDot;& \&CenterDot;& \&CenterDot;\\ {\mathrm{\&omega;}}_1{X}_{\mathrm{im}}(N\_\mathrm{end})& {{-\mathrm{\&omega;}}_1}^2{X}_{\mathrm{re}}(N\_\mathrm{end})& -1& 0\\ {\mathrm{\&omega;}}_1{X}_{\mathrm{re}}(N\_\mathrm{end})& -{{\mathrm{\&omega;}}_1}^2{X}_{\mathrm{im}}(N\_\mathrm{end})& 0& {-\mathrm{\&omega;}}_{N\_\mathrm{end}}\end{array}\right]$

$b_1=\left[\begin{array}{c}{-X}_{\mathrm{re}}\left(1\right)\\ {-X}_{\mathrm{im}}\left(1\right)\\ \&CenterDot;\\ \&CenterDot;\\ \&CenterDot;\\ {-X}_{\mathrm{re}}(N\_\mathrm{end})\\ {-X}_{\mathrm{im}}(N\_\mathrm{end})\end{array}\right]$

图15的传递函数确定器725在如上述那样计数值变得比N_end大时，使用作为同相位电流存储器721的输出的同相位电流存储值、正交相位电流存储值以及作为角频率存储器723的输出的角频率存储值，进行（19）、（29）～（31）式的运算，求出系数a1、a2、b0、b1。

此外，（19）式中的Vref使用由电压振幅运算器724通过（3）式运算出的Vref。

另外，如实施方式1中说明那样，也可以从图11的交流电压指令生成部5直接得到Vref。在这种情况下，不需要电压振幅运算器724。

电动机常数换算器726根据作为传递函数确定器725的输出的系数a1、a2、b0、b1，使用（7）～（10）式，运算作为电动机常数的一次电阻Rs、二次电阻Rr、一次电感Ls（=二次电感Lr）以及互感M。电动机常数换算器726输出其中的利用于电动机类别判别的二次电阻Rr和互感M。

图13的电动机常数运算部270将作为电动机常数换算器726的输出的二次电阻Rr和互感M输出到电动机类别判别器271。

图13的电动机类别判别器271根据作为电动机常数运算部270的输出的二次电阻Rr和互感M，判别电动机类别。

如果二次电阻Rr和互感M这两者为正的实数，则判别为具有二次电路的电动机，如果两者不是正的实数，则判别为没有二次电路的电动机，并输出电动机类别。

此外，如果电动机2为感应电动机或永磁同步电动机中的某一个，则如果二次电阻Rr和互感M这两者为正的实数，则能够判别为感应电动机，否则能够判别为永磁同步电动机。

如以上所说明，本实施方式2的电动机控制装置201作为电动机2的传递特性而运算电动机常数，并根据该电动机常数来判别电动机的类别。

电动机控制装置201将根据多个不同的频率指令设定的交变电压施加给电动机2，通过此时流经电动机2的交变电流和交变电压，假定电动机2为具有二次电路的电动机来确定电动机2的传递函数。根据该确定的传递函数运算电动机常数作为电动机2的传递特性。如果运算出的电动机常数中的与二次电路相关的二次电阻Rr和互感M这两者都为正的实数，则判别为具有二次电路的电动机，如果是除此之外则判别为没有二次电路的电动机。因此，本实施方式2的电动机控制装置201不使用电动机的磁饱和来判别是具有二次电路的电动机还是没有二次电路的电动机，因此具有能够提高判别精度的效果。

产业上的可利用性

本发明涉及一种电动机的控制装置，特别是具备能够使用电动机的传递特性来判别控制对象的电动机的类别的单元的电动机的控制装置，能够广泛应用于交流电动机的控制装置。

Claims (4)

1.一种电动机控制装置，具备：

频率指令设定部，依次输出频率不同的n个频率指令；

交流电压指令生成部，根据所述n个频率指令生成n个交流电压指令，并输出；

电压施加部，根据所述n个交流电压指令，向电动机施加交流电压；

电流检测部，与所述n个交流电压指令对应地检测流经所述电动机的n个电动机电流；以及

类别判别部，判别所述电动机的类别，

所述类别判别部分别运算与所述n个频率指令对应的所述电动机电流的大小和所述交流电压指令的大小的比，根据相对所述n个频率指令的所述比的变化，判别电动机类别。

2.根据权利要求1所述的电动机控制装置，其特征在于，

所述类别判别部根据所述频率指令设定部依次输出的第k个频率指令值f(k)、在设定了所述频率指令值f(k)时得到的所述电动机电流的大小与所述交流电压指令的大小之比、所述频率指令设定部依次输出的第k－1个频率指令值f(k－1)、以及在设定了所述频率指令值f(k－1)时得到的所述电动机电流的大小与所述交流电压指令的大小之比，运算增益的倾斜度，并且求出所述增益的倾斜度发生变化的点，根据所述增益的倾斜度发生变化的点的个数，判别所述电动机类别，其中，2≤k≤n。

3.根据权利要求1所述的电动机控制装置，其特征在于，

所述类别判别部根据与所述n个频率指令对应的所述n个电动机电流的大小和所述n个交流电压指令的大小，确定所述电动机的传递函数，基于根据所述传递函数运算出的电动机常数，判别所述电动机类别。

4.根据权利要求3所述的电动机控制装置，其特征在于，

假定为所述电动机具有二次电路来确定所述传递函数，所述类别判别部基于作为根据所述传递函数运算出的所述电动机常数的二次电阻和互感，判别所述电动机类别。