CN103973186B - 电机控制装置 - Google Patents

Abstract

本发明实现电机控制装置。动力运行/再生判别器(175)使用转矩电流指令IqCB和电机转速ωm判别电机(180)动力运行/再生状态。限制器(190)在电机(180)为动力运行状态时使转矩电流指令IqCB通过，在再生状态时按照限制值IqLIM限制转矩电流指令IqCB的大小并使其通过。励磁电流指令运算器(135)使用电机转速ωm识别电机(180)旋转状态且运算与该旋转状态相应的励磁电流指令IdC。电机驱动部(q轴电流控制器(130)、d轴电流控制器(145)、坐标转换器(160)、PWM控制器(165)、功率转换器(170))使用限制器通过后的转矩电流指令IqC和运算的励磁电流指令IdC驱动电机(180)。

Description

电机控制装置

技术领域

本发明涉及一种改善了感应电机的矢量控制中的加减速特性的电机控制装置。

背景技术

机床的主轴要求兼备低速重切削和高速切削。因此，使用磁场削弱的恒定输出控制，实现低速旋转时的高转矩化和高速旋转化。作为进行恒定输出控制的电机控制装置可例示如下结构的装置。

图12是现有电机控制装置的方框图。该电机控制装置如下进行工作。

首先，将速度指令与来自速度运算器15的电机转速ωm相比较，利用速度控制器20求得q轴电流指令IqC。速度运算器15输出的电机转速ωm利用编码器10检测的位置反馈进行运算。将q轴电流指令IqC与来自坐标转换器25的q轴电流反馈IqF相比较，利用q轴电流控制器30求得q轴电压指令VqC。

另一方面，参照电机转速ωm，作为磁通量指令给出需要的磁通量，并将磁通量指令与磁通量运算器35求得的磁通量相比较，利用磁通量控制器40求得d轴电流指令IdC。磁通量运算器35输出的磁通量使用来自坐标转换器25的d轴电流反馈IdF进行运算。将d轴电流指令IdC与来自坐标转换器25的d轴电流反馈IdF相比较，利用d轴电流控制器45求得d轴电压指令VdC。

转差频率运算器50根据q轴电流指令IqC和磁通量计算转差频率指令ωs。转差频率指令ωs与速度运算器15输出的电机转速ωm相加。按照转差频率指令ωs和电机转速ωm求得一次频率指令ω1。用积分器55对一次频率指令ω1进行积分，求得定子位置指令θmc。

坐标转换器60以定子位置指令θmc为基础对q轴电压指令VqC、d轴电压指令VdC进行坐标转换，求得三相电压指令Vuc、Vvc、Vwc。三相电压指令Vuc、Vvc、Vwc经由PWM控制器65、功率转换器70供给至电机80，根据三相电压指令Vuc、Vvc、Vwc驱动电机80。

q轴电流反馈IqF和d轴电流反馈IdF以定子位置指令θmc为基础，通过坐标转换器25对电机电流Iu、Iv进行坐标转换而求得。

如图12的图表所示，使磁通量指令在定转矩区域一定，在定输出区域与电机80的转速的上升成反比地减少。通过与电机80的转速的上升成反比地使磁通量指令减少，进行磁场削弱控制。

在进行自攻螺丝加工的机床的主轴中，为了缩短加工时间，要求小型且惯性小、可高速旋转的主轴电机。若为了实现电机的小型化及低惯性化，将电机的铁芯的磁通量密度设计得较高，则存在如下问题，即，由于在动力运行时的高速高负荷旋转时铁芯的饱和而不能建立充分的磁通量，不能产生需要的大小的转矩，因此，加速时间变长。

为了改善这种情况，考虑增加高速旋转时的磁通量。在该情况下，存在电机减速时的转矩变得比加速时过大的问题。电机减速时，由于电机的再生功率而使功率转换器的直流电压变高，因此，施加在电机的电压变高，铁芯的饱和被缓和，因此产生较大的转矩。由于过大的转矩对机械系统产生不良影响，因此，要求控制在设计范围内。另外，若减速时的转矩过大，则再生功率变大，有时会超过电机控制装置容许的再生功率。在用电阻器消耗再生功率的电机控制装置中，存在逆变器的直流电压上升而变为过电压的问题。另外，在向电源返还再生功率的电机控制装置中，存在换流器的电流上升而变为过电流的问题。

为了改善这些问题，在下述专利文献1所记载的发明中，在动力运行时和再生时改变磁通量指令。

先行技术文献

专利文献

专利文献1：专利第4065903号说明书

发明所要解决的课题

但是，采用上述专利文献1所记载的发明的情况下，存在如下问题，即，若在动力运行时和再生时改变磁通量指令，则在从动力运行向再生转变时，磁通量骤变而转矩常数改变，在输出转矩的情况下，电机的输出转矩骤变给机械系统带来冲击。

发明内容

本发明是为了解除如上所述的现有电机控制装置的问题而设立的，其目的在于，提供一种电机控制装置，其改善了存在磁饱和的电机的动力运行时的高速负荷旋转时的转矩降低而缩短加速时间，同时，还抑制了电机再生时的过大的转矩，防止逆变器的过电压及换流器的过电流，而且没有转矩常数的骤变，可兼备良好的加速特性和安全的减速特性。

用于解决课题的手段

用于达成上述目的的、本发明的电机控制装置，具有动力运行/再生判别器、限制器、励磁电流指令运算器及电机驱动部。

动力运行/再生判别器利用转矩电流指令和电机转速判别电机的动力运行/再生状态。限制器在电机为动力运行状态时使转矩电流指令通过，且在电机为再生状态时限制转矩电流指令的大小并使其通过。励磁电流指令运算器利用电机转速识别电机的旋转状态，运算与该旋转状态相应的励磁电流指令。电机驱动部利用限制器通过后的转矩电流指令和运算出的励磁电流指令驱动电机。

发明效果

根据如上所述构成的本发明的电机控制装置，改善了存在磁饱和的电机的动力运行时的高速负荷旋转时的转矩降低，缩短了加速时间，同时，还抑制电机再生时的过大的转矩，防止逆变器的过电压及换流器的过电流，而且没有转矩常数的骤变，能够兼备良好的加速特性和安全的减速特性。

附图说明

图1是实施方式1的电机控制装置的方框图；

图2是表示图1的动力运行/再生判别器中的动力运行及再生的判别方法的图。

图3是表示图1的q轴电流限制值计算器中的电机转速ωm和q轴电流指令限制值IqLIM的关系的图。

图4是表示图1的励磁电流指令运算器中的电机转速ωm和磁场削弱前的励磁电流指令IdCB的关系的图。

图5是表示图1的励磁电流指令运算器中的电机转速ωm和励磁电流指令IdC的关系的图。

图6是实施方式2的电机控制装置的方框图。

图7是图6的q轴电流限制值算出部中的电机转速ωm和磁场削弱前的磁通量指令的关系的图。

图8是表示图6的q轴电流限制值算出部中的电机转速ωm和磁通量指令的关系的图。

图9是实施方式3的电机控制装置的方框图。

图10是表示图9的动力运行/再生判别器中的动力运行及再生的判别方法的图。

图11是表示图9的最大一次电流指令运算器中的电机转速ωm和最大一次电流指令IPC的关系的图。

图12是表示现有的电机控制装置的一个例子的方框图。

符号说明

100、200、300电机控制装置、

10、110、210、310编码器、

15、115、215、315速度运算器、

20速度控制器、

25、125、225、325坐标转换器、

135励磁电流指令运算器、

30、130、230、330 q轴电流控制器、

235、335磁通量运算器、

240、340磁通量控制器、

45、145、245、345 d轴电流控制器、

50、150、250、350转差频率运算器、

55、155、255、355积分器、

60、160、260、360坐标转换器、

65、165、265、365 PWM控制器、

70、170、270、370功率转换器、

80、180、280、380电机、

190、290、390限制器、

157、257、357 OSC、

220、320磁通量指令运算器、

383最大一次电流指令计算器、

385转矩限制值运算器、

395 q轴电流运算器。

具体实施方式

本发明的电机控制装置，改善了存在磁饱和的电机的动力运行时的高速负荷旋转时的转矩降低，缩短了加速时间，同时，还抑制电机的再生时的过大的转矩，防止逆变器的过电压及换流器的过电流，而且没有转矩常数的骤变，兼备良好的加速特性和安全的减速特性。即，本发明的电机控制装置改善了电机的加减速特性。

下面，参照附图将发挥如上所述的特性的、本发明的电机控制装置的实施方式分为〔实施方式1〕～〔实施方式3〕进行说明。

〔实施方式1〕

[电机控制装置100的整体结构]

图1是实施方式1的电机控制装置100的方框图。

电机控制装置100作为给出q轴电压指令VqC的系统，具有q轴电流控制器130、动力运行/再生判别器175、q轴电流限制值计算器185及限制器190。

动力运行/再生判别器175根据转矩电流指令IqCB和电机转速ωm，判别电机180处于动力运行状态还是处于再生状态。电机转速ωm由速度运算器115输出。速度运算器115利用编码器110检测的位置反馈来运算电机转速ωm。另外，动力运行/再生判别器175的详细动作将在后面叙述。

q轴电流限制值计算器185根据动力运行/再生判别器175的动力运行、再生判别结果和电机转速ωm，计算q轴电流限制值IqLIM。另外，q轴电流限制值计算器185的详细动作将在后面叙述。

限制器190输入q轴电流限制值计算器185计算的q轴电流限制值IqLIM，限制转矩电流指令IqCB的值。另外，限制器190的详细动作将在后面叙述。

q轴电流限制器130输入从经由限制器190输入的q轴电流指令IqC减去q轴电流反馈IqF而得到的电流偏差，计算q轴电压指令VqC。q轴电流反馈IqF由坐标转换器125输出。q轴电流反馈IqF以后述的定子位置指令θmc为基础，通过坐标转换器125对电机电流Iu、Iv进行坐标转换而求得。q轴电流控制器130由比例积分控制器构成。

另外，电机控制装置100作为给出d轴电压指令VdC的系统，具有磁通量电流指令运算器135、d轴电流控制器145。

励磁电流指令运算器135输入电机转速ωm，运算用于改善电机180的加减速特性的最佳的q轴电流指令IdC。另外，励磁电流指令运算器135的详细动作将在后面叙述。

d轴电流控制器145输入由励磁电流指令运算器135输出的q轴电流指令IdC减去d轴电流反馈IdF而得的电流偏差，计算d轴电压指令VdC。d轴电流反馈IdF由坐标转换器125输出。d轴电流反馈IdF以后述的定子位置指令θmc为基础，通过坐标转换器125对电机电流Iu、Iv进行坐标转换而求得。d轴电流控制器145由比例积分控制器构成。

另外，电机控制装置100作为用于进行坐标转换的系统，具有转差频率运算器150、积分器155、OSC157、坐标转换器125、160。

转差频率运算器150输入q轴电流指令IqC和由励磁电流指令运算器135输出的d轴电流指令IdC，计算转差频率指令ωs。另外，转差频率运算器150的详细动作将在后面叙述。

积分器155输入由转差频率运算器150输出的转差频率指令ωs和由速度运算器115输出的电机转速ωm相加而得的一次频率指令ω1，对一次频率指令ω1进行积分，求得定子位置指令θmc。定子位置指令θmc经由OSC157输出至坐标转换器125、160。

坐标转换器160以输入的定子位置指令θmc为基础，对q轴电压指令VqC、d轴电压指令VdC进行坐标转换，求得三相电压指令Vuc、Vvc、Vwc。

坐标转换器125基于输入的定子位置指令θmc，对电机电流Iu、Iv进行坐标转换，求得q轴电流反馈IqF、d轴电流反馈IdF。

另外，电机控制装置100作为用于驱动电机180的系统，具有PWM控制器165、功率转换器170。另外，通过PWM控制器165、功率转换器170、q轴电流控制器130、d轴电流控制器145、坐标转换器160形成电机驱动部。

PWM控制器165输入由坐标转换器160输出的三相电压指令Vuc、Vvc、Vwc，基于输入的三相电压指令Vuc、Vvc、Vwc，输出用于切换功率转换器170的PWM信号。

功率转换器170输入由PWM控制器165输出的PWM信号，切换内部具备的半导体切换元件，驱动电机180。

[动力运行/再生判别器175的动作]

如前所述，动力运行/再生判别器175根据转矩电流指令IqCB和电机转速ωm判别电机180处于动力运行状态还是处于再生状态。

考虑由电机180的损失及编码器110的量化误差引起的速度波动，如图2所示，使用电机转速阈值ωA、转矩电流指令阈值IqA进行动力运行、再生判别。电机转速阈值ωA考虑编码器110的量化误差而决定，在电机180无负荷运转时，以使动力运行、再生判别结果无振动。转矩电流指令阈值IqA考虑电机180的损失而决定，按照电机180的再生功率-电机损失＝0时的转矩电流指令IqCB的值进行设定。

如图2所示，动力运行/再生判别器175在ωm≧ωA且IqCB≦-IqA、或ωm≦-ωA且IqCB≧IqA的条件的情况下，判定为处于再生状态，在这些条件以外的条件的情况下，判断为处于动力运行状态。

[q轴电流限制值计算器185的动作]

如前所述，q轴电流限制值计算器185根据动力运行/再生判别器175的动力运行、再生判别结果和电机转速ωm，计算q轴电流限制值IqLIM。具体而言，q轴电流限制值计算器185在动力运行状态的情况下，不限制q轴电流IqC，在再生状态的情况下，如图3所示那样限制q轴电流IqC。

q轴电流指令限制值IqLIM＝Iqmax，0≦|ωm|≦ω1时

q轴电流限制值IqLIM＝Iqmax-KLIM·(|ωm|-ω1)，ω1<|ωm|时

在此，ω1为q轴电流的限制开始转速

ω1为基础速度以上的值且基于电机180减速时的转矩特性进行调节。

KLIM为决定高速旋转时的q轴电流指令限制值的减少量的系数。

[限制器190的动作]

如前所述，限制器190输入q轴电流限制值计算器185算出的q轴电流限制值IqLIM，限制转矩电流指令IqCB的值。限制器190通过转矩电流指令IqCB，求得限制后的q轴电流指令Iqc。

[励磁电流指令运算器135的动作]

如前所述，励磁电流指令运算器135运算用于改善电机180的加减速特性的最佳的励磁电流指令IdC。

图4是表示图1的励磁电流指令运算器135中的电机转速ωm和磁场削弱前的励磁电流指令IdCB的关系的图。励磁电流指令运算器135运算与电机转速ωm相应的磁场削弱前的励磁电流指令IdCB。另外，图5是表示图1的励磁电流指令运算器135中的电机转速ωm和励磁电流指令IdC的关系的图。励磁电流指令运算器135运算与电机转速ωm相应的励磁电流指令IdC。

图4及图5表示相对电机转速ωm的励磁电流指令特性。图4表示磁场削弱前的励磁电流指令IdCB，图5表示励磁电流指令IdC。

如图4所示，磁场削弱前的励磁电流指令IdCB在电机转速ωm从0至ω0保持电流I0不变。若电机转速超过ω0，则励磁电流指令IdCB根据电机转速ωm的增加，从电流I0开始以一定的倾斜度上升。

另外，如图5所示，励磁电流指令IdC在电机转速ωm从0至ω0保持电流I0不变。若电机转速超过ω0，则与电机转速ωm的增加成反比例下降。

励磁电流指令运算器135通过下式求得磁场削弱前的励磁电流指令IdCB。

IdCB＝I0，0≦|ωm|≦ω0时 (1)

IdCB＝I0+K0·(|ωm|-ω0)，ω0<|ωm|时

在此，ω0为基础速度

I0为基础速度下的励磁电流

K0为使高速旋转时的励磁电流指令上升的系数

若将电机转速ωm代入上述式(1)中使磁场削弱前的励磁电流指令IdCB可视化，则得到如图4的图表。

根据使高速旋转时的励磁电流指令上升的系数K0，电机180的高速旋转时的励磁电流指令变大，即使存在磁饱和，磁通量也不会变小，可改善加减速特性。将K0的最佳值设为何值，通过反复试验的实验求得，或通过模拟求得。

励磁电流指令运算器135在如上所述求得磁场削弱前的励磁电流指令IdCB后，通过下式求得励磁电流指令IdC。

若将电机转速ωm代入上述式(2)中使励磁电流指令IdC可视化，则得到如图5的图表。

励磁电流指令运算器135根据电机转速ωm进行(1)式的运算求得磁场削弱前的励磁电流指令IdCB后，对磁场削弱前的励磁电流指令IdCB进行(2)式的运算，向d轴电流控制器145输出励磁电流指令IdC。

[转差频率运算器150的动作]

如下式所示，转差频率运算器150根据限制器190通过后的q轴电流指令IqC和d轴电流指令IdC，计算转差频率指令ωs。转差频率指令ωs通过下式求得。

ωs＝R2/L2·(IqC/IdC) (3)

R2为二次电阻

L2为二次电感

[电机控制装置100的动作]

首先，利用限制器190限制输入的转矩电流指令IqCB，将从限制器190输出的q轴电流IqC与来自坐标转换器125的q轴电流反馈IqF相比较，利用q轴电流控制器130求得q轴电压指令VqC。

另一方面，将励磁电流指令运算器135根据电机转速ωm并利用上述(1)式及(2)式求得的d轴电流指令IdC与来自坐标转换器125的d轴电流反馈IdF进行比较，利用d轴电流控制器145求得d轴电压指令VdC。

根据q轴电流指令IqC和励磁电流指令IdC，转差频率运算器150利用上述(3)式计算转差频率指令ωs。转差频率指令ωs与速度运算器115输出的电机转速ωm相加。按照转差频率指令ωs和电机转速ωm求得一次频率指令ω1。用积分器155对一次频率指令ω1进行积分，求得定子位置指令θmc。

坐标转换器160以定子位置指令θmc为基础，对q轴电压指令VqC、d轴电压指令VdC进行坐标转换，求得三相电压指令Vuc、Vvc、Vwc。三相电压指令Vuc、Vvc、Vwc经由PWM控制器165、功率转换器170供给至电机180，根据三相电压指令Vuc、Vvc、Vwc驱动电机180。

q轴电流反馈IqF和d轴电流反馈IdF以定子位置指令θmc为基础，通过坐标转换器125对电机电流Iu、Iv进行坐标转换而求得。

如以上说明，励磁电流指令运算器135求得与电机转速和基础速度的差成比例地使励磁电流增加的值，以该值为基础实施磁场削弱，另外，在磁场削弱区域，与q轴电流指令Iqc成比例地减少磁通量。即，励磁电流指令运算器135输出用于改善电机180的加减速特性的最佳的励磁电流指令IdC。

因此，根据实施方式1的电机控制装置100，改善了存在磁饱和的电机的动力运行时的高速负荷旋转时的转矩降低，缩短了加速时间，同时，还抑制电机再生时的过大的转矩，防止逆变器的过电压及换流器的过电流，而且没有转矩常数的骤变，能够兼备良好的加速特性和安全的减速特性。

另外，实施方式1的电机控制装置100也可以在输出q轴电压指令VqC、d轴电压指令VdC的系统中设置非干扰控制器，控制d轴及q轴的干扰。另外，也可以用三相电流控制系统构成d轴及q轴的电流控制系统的内部。另外，也可以使励磁电流指令不是从基础速度而是从任意的转速开始上升。

〔实施方式2〕

[电机控制装置200的整体结构]

图6是实施方式2的电机控制装置200的方框图。实施方式2的电机控制装置200在实施方式1的电机控制装置100的结构中附加磁通量控制器和磁通量运算器，且代替励磁电流指令运算器135设置磁通量指令运算器。

电机控制装置200作为给出q轴电压指令VqC的系统，具有q轴电流控制器230、动力运行/再生判别器275、q轴电流限制值计算器285及限制器290。q轴电流控制器230、动力运行/再生判别器275、q轴电流限制值计算器285及限制器290与实施方式1的q轴电流控制器130、动力运行/再生判别器175、q轴电流限制值计算器185及限制器190相同。

另外，电机控制装置200作为给出d轴电压指令VdC的系统，具有磁通量指令运算器220、磁通量控制器240、d轴电流控制器245。

磁通量指令运算器220输入电机转速ωm，运算用于改善电机280的加减速特性的最佳的磁通量指令另外，磁通量指令运算器220的详细动作将在后面叙述。

磁通量控制器240输入由磁通量指令运算器220输出的磁通量指令减去磁通量而得的磁通量偏差，计算d轴电流指令IdC。磁通量由磁通量运算器235输出。磁通量控制器240由比例积分控制器构成。

磁通量运算器235使用坐标转换器225输出的d轴电流反馈IdF运算磁通量磁通量运算器235的详细动作将在后面叙述。

d轴电流控制器245输入由磁通量控制器240输出的d轴电流指令Idc减去d轴电流反馈IdF而得的电流偏差，计算d轴电压指令VdC。d轴电流反馈IdF由坐标转换器225输出。d轴电流反馈IdF以后述的定子位置指令θmc为基础，通过坐标转换器225对电机电流Iu、Iv进行坐标转换而求得。d轴电流控制器245由比例积分控制器构成。

另外，电机控制装置200作为用于进行坐标转换的系统，具有转差频率运算器250、积分器255、OSC257、坐标转换器225、260。

转差频率运算器250输入所输入的q轴电流指令IqC和从磁通量运算器235输出的磁通量计算转差频率指令ωs。另外，转差频率运算器250的详细动作将在后面叙述。

积分器255、OSC257、坐标转换器225、260与实施方式1的积分器155、OSC157、坐标转换器125、160相同。

另外，电机控制装置200作为用于驱动电机280的系统，具有PWM控制器265、功率转换器270。PWM控制器265、功率转换器270与实施方式1的PWM控制器165、功率转换器170相同。另外，由PWM控制器265、功率转换器270、q轴电流控制器230、d轴电流控制器245、坐标转换器260形成电机驱动部。

[磁通量指令运算器220的动作]

如前所述，磁通量指令运算器220运算用于改善电机280的加减速特性的最佳的磁通量指令

图7是表示图6的磁通量指令运算器220中的电机转速ωm和磁场削弱前的磁通量指令的关系的图。磁通量指令运算器220运算与电机转速ωm相应的磁场削弱前的磁通量指令另外，图8是表示图6的磁通量指令运算器220中的电机转速ωm和磁通量指令的关系的图。磁通量指令运算器220运算与电机转速ωm相应的磁通量指令

图7及图8表示相对电机转速ωm的磁通量的磁通量指令特性。图7表示磁场削弱前的磁通量指令图8表示磁通量指令

如图7所示，磁场削弱前的磁通量指令在电机转速ωm从0至ω0保持不变，一直为磁通量若电机转速超过ω0，则磁通量指令从磁通量开始以一定的倾斜度上升。

另外，如图8所示，磁通量指令在电机转速ωm从0至ω0保持磁通量不变。若电机转速超过ω0，则磁通量指令从磁通量开始与电机转速ωm的增加成反比例下降。

磁通量指令运算器220通过下式求得磁场削弱前的磁通量指令

在此，ω0为基础速度

为基础速度下的磁通量

K0为使高速旋转时的磁通量上升的系数

若将电机转速ωm代入上述式(4)使磁通量指令可视化，则得到如图7的图表。

能够根据使高速旋转时的磁通量上升的系数K0，使高速旋转轻负荷的磁通量指令的值变大，电机180的高速旋转时的励磁电流指令变大，即使存在磁饱和，磁通量也不会变小，可改善加减速特性。将K0的最佳值设为何值，通过根据反复试验的实验求得，或通过模拟求得。

磁通量指令运算器220在如上所述求得磁场削弱前的磁通量指令后，通过下式求得磁通量指令

若将电机转速ωm代入上述式(5)中使磁通量指令可视化，则得到如图8的图表。

磁通量指令运算器220根据电机转速ωm进行(4)式的运算，求得磁场削弱前的磁通量指令后，对磁通量指令进行(5)式的运算，向磁通量控制器240输出磁通量指令

[转差频率运算器250的动作]

如下式所示，转差频率运算器250根据q轴电流指令Iqc和磁通量计算转差频率指令ωs。转差频率指令ωs通过下式求得。

R2为二次电阻

为二次磁通量

L2为二次电感

M为相互电感

[磁通量运算器235的动作]

如下式所示，磁通量运算器235根据d轴电流反馈IdF求得磁通量

S为转差

IdF为q轴电流反馈

[电机控制装置200的动作]

首先，利用限制器290限制输入的转矩电流指令IqCB，将由限制器290输出的q轴电流IqC与来自坐标转换器225的q轴电流反馈IqF进行比较，利用q轴电流控制器230求得q轴电压指令VqC。

另一方面，作为磁通量指令给出磁通量指令运算器220根据电机转速ωm利用上述(4)式及(5)式算出的磁通量，与磁通量运算器235利用上述(7)式算出的磁通量进行比较，利用磁通量控制器240求得d轴电流指令IdC。将d轴电流指令IdC与来自坐标转换器225的d轴电流反馈IdF进行比较，利用d轴电流控制器245求得d轴电压指令VdC。

转差频率运算器250根据q轴电流指令IqC和磁通量利用上述(6)式计算转差频率指令ωs。转差频率指令ωs与速度运算器215输出的电机转速ωm相加。按照转差频率指令ωs和电机转速ωm求得一次频率指令ω1。用积分器255对一次频率指令ω1进行积分，求得定子位置指令θmc。

坐标转换器260基于定子位置指令θmc对q轴电压指令VqC、d轴电压指令VdC进行坐标转换，求得三相电压指令Vuc、Vvc、Vwc。三相电压指令Vuc、Vvc、Vwc经由PWM控制器265、功率转换器270供给至电机280，根据三相电压指令Vuc、Vvc、Vwc驱动电机280。

q轴电流反馈IqF和d轴电流反馈IdF以定子位置指令θmc为基础，通过坐标转换器225对电机电流Iu、Iv进行坐标转换而求得。

如以上说明，磁通量指令运算器220求得与电机转速和基础速度的差成比例地增加磁通量的值，以该值为基础实施磁场削弱，另外，在磁场削弱区域与转矩电流指令Iqc成比例地减少磁通量。即，磁通量控制器240输出用于改善电机280的加减速特性的最佳的励磁电流指令IdC。

因此，根据实施方式2的电机控制装置200，改善了存在磁饱和的电机的动力运行时的高速负荷旋转时的转矩降低，缩短了加速时间，同时，还抑制了电机再生时的过大的转矩，防止逆变器的过电压及换流器的过电流，而且没有转矩常数的骤变，能够兼备良好的加速特性和安全的减速特性。

另外，实施方式2的电机控制装置200也可以在输出q轴电压指令VqC、d轴电压指令VdC的系统中设置非干扰控制器，控制d轴及q轴的干扰。另外，也可以用三相电流控制系统构成d轴及q轴的电流控制系统的内部。另外，也可以使励磁电流指令不是从基础速度而是从任意转速开始上升。

〔实施方式3〕

[电机控制装置300的整体结构]

图9是实施方式3的电机控制装置300的方框图。实施方式3的电机控制装置300在实施方式2的电机控制装置200的结构中附加最大一次电流指令计算器、转矩限制值运算器及q轴电流运算器。

电机控制装置300作为给出q轴电压指令VqC的系统，具有q轴电流控制器330、动力运行/再生判别器375、最大一次电流指令计算器383、转矩限制值运算器385、限制器390及q轴电流运算器395。q轴电流控制器330及动力运行/再生判别器375与实施方式2的q轴电流控制器230及动力运行/再生判别器275相同。

最大一次电流指令计算器383计算供给至电机380的一次电流指令的最大值，作为最大一次电流指令IPC输出至转矩限制值运算器385。最大一次电流指令计算器383的详细动作将在后面叙述。

转矩限制值运算器385根据磁通量运算器335输出的磁通量磁通量控制器340输出的d轴电流指令IdC、最大一次电流指令IPC，运算转矩限制值TLIM。转矩限制值运算器385的详细动作将在后面叙述。

限制器390输入转矩限制值运算器385输出的转矩限制值TLIM，限制转矩指令TCB的值。限制器390的详细动作将在后面叙述。

q轴电流运算器395利用经由限制器390输入的转矩指令TCB运算q轴电流IqC。q轴电流运算器395的详细动作将在后面叙述。

另外，电机控制装置300作为给出d轴电压指令VdC的系统，具有磁通量指令运算器320、磁通量控制器340、d轴电流控制器345。磁通量指令运算器320、磁通量控制器340、d轴电流控制器345与实施方式2的磁通量指令运算器220、磁通量控制器240、d轴电流控制器245相同。

另外，电机控制装置300作为用于进行坐标转换的系统，具有转差频率运算器350、积分器355、OSC357、坐标转换器325、360。转差频率运算器350、积分器355、OSC357、坐标转换器325、360与实施方式2的转差频率运算器250、积分器255、OSC257、坐标转换器225、260相同。

另外，电机控制装置300作为用于驱动电机380的系统，具有PWM控制器365、功率转换器370。PWM控制器365、功率转换器370与实施方式2的PWM控制器265、功率转换器270相同。另外，由PWM控制器365、功率转换器370、q轴电流控制器330、d轴电流控制器345、坐标转换器360形成电机驱动部。

[动力运行/再生判别器375的动作]

如前所述，动力运行/再生判别器375根据转矩指令TCB和电机转速ωm，判别电机380处于动力运行状态还是处于再生状态。

考虑由电机380的损失及编码器310的量化误差引起的速度波动，如图10所示，使用电机转速阈值ωA、转矩指令阈值TCA进行动力运行、再生判别。电机转速阈值ωA考虑编码器310的量化误差而决定，在电机380无负荷运转时，动力运行、再生判别结果无振动。转矩指令阈值TCA考虑电机380的损失而决定，设定电机380的再生功率-电机损失＝0时的转矩电流指令TCB的值。

如图10所示，动力运行/再生判别器375在ωm≧ωA且TCB≦-TCA、或ωm≦-ωA且TCB≧TCA的条件的情况下，判定为处于再生状态，在这些条件以外的条件的情况下，判断为处于动力运行状态。

[最大一次电流指令计算器383的动作]

如前所述，最大一次电流指令计算器383根据动力运行/再生判别器375的动力运行、再生判别结果和电机转速ωm，计算最大一次电流指令IPC。具体而言，最大一次电流指令计算器383在动力运行状态的情况下，不限制最大一次电流指令IPC，在再生状态的情况下如图11所示限制最大一次电流指令IPC。

最大一次电流指令IPC＝IPCmax，0≦|ωm|≦ω1时

最大一次电流指令IPC＝IPCmax-KLIM·(|ωm|-ω1)，ω1<|ωm|时

在此，ω1为q轴电流的限制开始转速

ω1为基础速度以上的值且基于电机180减速时的转矩特性进行调节。

KLIM为决定高速旋转时的最大一次电流指令值的减少量的系数

[限制器390的动作]

如前所述，限制器390输入转矩限制值运算器385算出的转矩限制值TLIM，限制转矩指令TCB的值。

[磁通量指令运算器320的动作]

如前所述，磁通量指令运算器320运算用于改善电机380的加减速特性的最佳的磁通量指令

磁通量指令运算器320通过下式求得磁场削弱前的磁通量指令

在此，ω0为基础速度

为基础速度下的磁通量

K0为使高速旋转时的磁通量上升的系数

若将电机转速ωm代入上述式(9)中使磁通量指令可视化，则得到实施方式2中所示的如图8的图表。

可以根据使高速旋转时的磁通量上升的系数K0，增大高速旋转轻负荷的磁通量指令的值，电机380的高速旋转时的励磁电流指令变大，即使存在磁饱和，磁通量也不会变小，可改善加减速特性。将K0的最佳值设为何值，通过反复试验的实验求得，或通过模拟求得。

磁通量指令运算器320在如上所述求得磁场削弱前的磁通量指令后，通过下式求得磁通量指令

若将电机转速ωm代入上述式(10)中使磁通量指令可视化，则得到实施方式2中所示的图9那样的图表。

磁通量指令运算器320根据电机转速ωm，进行(9)式的运算求得磁场削弱前的磁通量指令后，对磁通量指令进行(10)式的运算，向磁通量控制器340输出磁通量指令

[转差频率运算器350的动作]

转差频率运算器350与实施方式2的转差频率运算器250同样，使用上述(6)式，根据转矩电流指令Iqc和磁通量计算转差频率指令ωs。

[磁通量运算器335的动作]

磁通量运算器335与实施方式2的磁通量运算器235同样，使用上述(7)式根据d轴电流反馈IdF求得磁通量

[转矩限制值运算器385的动作]

转矩限制值运算器385根据d轴电流指令IdC和最大一次电流指令IPC，使用下式运算转矩限制值TLIM。

在此，Pm为电机380的极对数

[q轴电流运算器395的动作]

q轴电流运算器395根据经由限制器390限制转矩后的转矩指令，使用下式求得q轴电流指令IqC。

[电机控制装置300的动作]

输入的转矩指令TCB利用限制器390限制在转矩限制值TLIM内，输出至q轴电流运算器395。q轴电流运算器395基于转矩限制后的转矩指令TCB和磁通量求得q轴电流指令IqC。将q轴电流指令IqC与来自坐标转换器325的q轴电流反馈IqF相比较，利用q轴电流控制器330求得q轴电压指令VqC。另外，限制器390用于限制转矩指令TCB的值的转矩限制值TLIM，通过转矩限制值运算器385使用上述(11)进行计算。

另一方面，将磁通量指令运算器320使用上述(9)式及(10)式算出的磁通量作为磁通量指令给出，与磁通量运算器335使用上述(7)式算出的磁通量相比较，利用磁通量控制器340求得d轴电流指令IdC。将d轴电流指令IdC与来自坐标转换器325的d轴电流反馈IdF相比较，利用d轴电流控制器345求得d轴电压指令VdC。

转差频率运算器350根据转矩电流指令IqC和磁通量使用上述(6)式计算转差频率指令ωs。转差频率指令ωs与速度运算器315输出的电机转速ωm相加。按照转差频率指令ωs和电机转速ωm求得一次频率指令ω1。用积分器355对一次频率指令ω1进行积分，求得定子位置指令θmc。

坐标转换器360以定子位置指令θmc为基础对q轴电压指令VqC、d轴电压指令VdC进行坐标转换，求得三相电压指令Vuc、Vvc、Vwc。三相电压指令Vuc、Vvc、Vwc经由PWM控制器365、功率转换器370供给至电机380，根据三相电压指令Vuc、Vvc、Vwc驱动电机380。

q轴电流反馈IqF和d轴电流反馈IdF以定子位置指令θmc为基础，通过坐标转换器325对电机电流Iu、Iv进行坐标转换而求得。

如以上说明，磁通量指令运算器320求得与电机转速和基础速度的差成比例地使磁通量增加的值，以该值为基础实施磁场削弱，另外，在磁场削弱区域与转矩电流指令Iqc成比例地减少磁通量。即，磁通量控制器340输出用于改善电机380的加减速特性的最佳的励磁电流指令IdC。

因此，根据实施方式3的电机控制装置300，改善了存在磁饱和的电机的动力运行时的高速负荷旋转时的转矩降低，缩短了加速时间，同时，还抑制电机再生时的过大的转矩，防止逆变器的过电压及换流器的过电流，而且没有转矩常数的骤变，能够兼备良好的加速特性和安全的减速特性。

另外，实施方式3的电机控制装置300也可以在输出q轴电压指令VqC、d轴电压指令VdC的系统中设置非干扰控制器，控制d轴及q轴的干扰。另外，也可以用三相电流控制系统构成d轴及q轴的电流控制系统的内部。另外，也可以使励磁电流指令不是从基础速度而是从任意的转速上升。

在本发明的电机控制装置中，以电机的基础转速以上的转速与转速成比例地增加磁通量，设置动力运行/再生判别，限制再生时的最大一次电流。由此，能够实现改善存在磁饱和的电机的动力运行动作时的高速负荷时的转矩降低，缩短了加速时间，同时，还抑制电机再生时的过大的转矩，防止逆变器的过电压及换流器的过电流，而且没有转矩常数的骤变，可兼备较快的加速特性和安全的减速特性的电机控制装置。

Claims (10)

1.一种电机控制装置，其特征在于，具有：

动力运行/再生判别器，其使用转矩电流指令和电机转速判别电机的动力运行/再生状态；

限制器，其在所述电机为动力运行状态时使所述转矩电流指令通过，而在再生状态时限制所述转矩电流指令的大小并使其通过；

励磁电流指令运算器，其使用所述电机转速识别电机的旋转状态且运算与该旋转状态相应的励磁电流指令；

电机驱动部，其使用通过所述限制器后的转矩电流指令和运算出的励磁电流指令驱动所述电机，

q轴电流限制值计算器，其使用所述电机的动力运行/再生状态和所述电机转速，计算所述电机为再生状态时的所述限制器的限制值，

所述限制器使用所述q轴电流限制值计算器计算出的限制值限制所述转矩电流指令的大小。

2.如权利要求1所述的电机控制装置，其特征在于，

所述励磁电流指令运算器在所述电机转速为比基础速度高的速度时求得对于所述电机转速与所述基础速度的差的大小成比例的磁场削弱前的励磁电流指令，进一步，根据求得的磁场削弱前的励磁电流指令运算出对于所述电机转速与所述基础速度的差的大小成反比例的励磁电流指令。

3.如权利要求1或2所述的电机控制装置，其特征在于，

还具有坐标转换器，其通过对供给至所述电机的电流进行坐标转换而求得q轴电流反馈及d轴电流反馈，

所述电机驱动部使用从所述转矩电流指令减去所述q轴电流反馈所得的值及从所述励磁电流指令减去所述d轴电流反馈所得的值，求得驱动所述电机的电压指令。

4.如权利要求3所述的电机控制装置，其特征在于，

还具有转差频率运算器，其根据通过所述限制器后的转矩电流指令和所述励磁电流指令运算器运算出的励磁电流指令运算转差频率指令，

所述坐标转换器使用所述转差频率运算器运算出的转差频率指令对供给至所述电机的电流进行坐标转换。

5.如权利要求1或2所述的电机控制装置，其特征在于，

所述动力运行/再生判别器在所述电机转速比设定的电机转速阈值大且转矩电流指令的大小比设定的转矩电流阈值小的情况下，或者所述电机转速比设定的电机转速阈值小且转矩电流指令的大小比设定的转矩电流阈值大的情况下，判别电机为再生状态，在上述以外的情况下，判别电机为动力运行状态。

6.如权利要求1所述的电机控制装置，其特征在于，

所述q轴电流限制值计算器通过下式计算所述电机为再生状态时的限制值，

限制值IqLIM＝Iqmax，0≦|ωm|≦ω1时

限制值IqLIM＝Iqmax-KLIM·(|ωm|-ω1)，ω1<|ωm|时

在此，ω1为q轴电流的限制开始转速，

ω1为基础速度以上的值且基于所述电机减速时的转矩特性进行调整，

KLIM为决定高速旋转时的q轴电流指令限制值的减少量的系数，ωm为电机转速；

Iqmax为q轴电流最大值。

7.一种电机控制装置，其特征在于，具有：

动力运行/再生判别器，其使用转矩电流指令和电机转速判别电机的动力运行/再生状态；

限制器，其在所述电机为动力运行状态时使所述转矩电流指令通过且在所述电机为再生状态时限制所述转矩电流指令的大小并使其通过；

磁通量指令运算器，其使用所述电机转速运算所述电机的磁通量指令；

磁通量控制器，其根据由供给至所述电机的电流求得的磁通量和所述磁通量指令运算器运算出的磁通量指令求得励磁电流指令；

电机驱动部，其使用通过所述限制器后的转矩电流指令和求得的励磁电流指令驱动所述电机，

q轴电流限制值计算器，其使用所述电机的动力运行/再生状态和所述电机转速，计算所述电机为再生状态时的所述限制器的限制值，

所述限制器使用所述q轴电流限制值计算器算出的限制值限制所述转矩电流指令的大小。

8.如权利要求7所述的电机控制装置，其特征在于，

所述磁通量指令运算器在所述电机转速为比基础速度高的速度时求得对于所述电机转速与所述基础速度的差的大小成比例的磁场削弱前的磁通量指令，进一步，根据求得的磁场削弱前的磁通量指令运算出对于所述电机转速与所述基础速度的差的大小成反比例的磁通量指令。

9.如权利要求7或8所述的电机控制装置，其特征在于，

根据供给至所述电机的电流求得的磁通量是磁通量运算器根据通过对供给至所述电机的电流进行坐标转换而求得的d轴电流反馈求得的。

10.一种电机控制装置，其特征在于，具有：

动力运行/再生判别器，其使用转矩指令和电机转速判别电机的动力运行/再生状态；

限制器，其在所述电机为动力运行状态时使所述转矩指令通过且在所述电机为再生状态时限制所述转矩指令的大小并使其通过；

q轴电流运算器，其使用通过所述限制器的转矩指令运算转矩电流指令；

磁通量指令运算器，其使用所述电机转速运算所述电机的磁通量指令；

磁通量控制器，其根据由供给至所述电机的电流求得的磁通量和所述磁通量指令运算器运算出的磁通量指令求得励磁电流指令；

电机驱动部，其使用运算出的转矩电流指令和求得的励磁电流指令驱动所述电机；

最大一次电流指令计算器，其使用所述电机的动力运行/再生状态和所述电机转速，计算所述电机为再生状态时的最大一次电流指令；

转矩限制值运算器，其使用所述最大一次电流指令计算器算出的最大一次电流指令、所述磁通量控制器求得的励磁电流指令、及所述磁通量运算器求得的磁通量，运算所述电机为再生状态时的所述限制器的限制值，

所述限制器使用所述转矩限制值运算器运算出的限制值来限制所述转矩指令的大小。