CN103973187B - 电机控制装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种电机控制装置，其实现更宽的恒功率区域。励磁电流指令运算器（135）使用转矩电流指令IqC和电机转速ωm识别电机（110）的旋转负荷状态并计算与该旋转负荷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）、功率变换器（170））使用转矩电流指令IqC和运算出的励磁电流指令IdC驱动电机（180）。

Description

电机控制装置

技术领域

本发明涉及一种可实现更宽的恒功率区域的电机控制装置。

背景技术

机床的主轴要求兼具低速重切削和高速切削。因此，使用磁场削弱的恒功率控制来实现低速旋转时的高转矩化和高速旋转化。作为进行恒功率控制的电机控制装置，可例示如下的结构的装置。

图10是现有电机控制装置的方框图。该电机控制装置如下进行动作。

首先，将速度指令与来自速度运算器15的电机转速ωm进行比较，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使用编码器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进行比较，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，给出所需的励磁电流作为d轴电流指令IdC。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进行比较，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d轴电流指令IdC转差计算转差频率指令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。用转差频率指令ωs和电机转速ωm求得一次调频指令ω1。用积分器55对一次调频指令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为基础将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、功率变换器70提供给电机80，并根据三相电压指令Vuc、Vvc、Vwc驱动电机80。

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

励磁电流指令IdC如图所示，在恒定转矩区域为定值，在恒功率区域，电机80的转速的上升成反比例减少。通过电机80的转速的上升成反比例使励磁电流指令IdC减小，进行磁场削弱控制。

另外，作为与上述现有技术类似的技术，作为检测倒相器的直流电压，在与电机的转速的平衡下自动地进行磁通控制的例子，有下述专利文献1所示的技术。

专利文献1：（日本）特开昭59－149785号公报

近年来，要求低速重切削的进一步高转矩化和高速切削的转速提高这样的两个特性的改善。为了响应该需要，要求扩大恒功率范围。

但是，一般来说，若要通过磁场削弱拓宽恒功率区域，高速旋转时的磁通就会减少。电机的感应电压用磁通和转速的积来表示。因此，若拓宽恒功率区域，在高速旋转时，相对地磁通成分就会减小，转速成分增大，电机的感应电压容易受到电机的转速波动的影响。

电机中存在固定旋转轴的轴承引起的转子的径向跳动及编码器的径向跳动。在这些径向跳动较大时，电机的感应电压产生波动，或者在电机的转速的检测中出现1转波动，高速轻负荷旋转时的电机电流变得不稳定。

为了改善上述状况，考虑增加高速旋转时的磁通的方法。但是，在增加了高速旋转时的磁通的情况下，电机的感应电压升高，在高速重负荷旋转时，控制电机的动作的倒相器的输出电压饱和，电机的转速变得不稳定。

这样，在现有电机控制装置中，不能兼得相对于高速轻负荷旋转时的电机的径向跳动及编码器的径向跳动的稳定性和高速重负荷时的倒相器的输出电压的饱和的稳定性，不能扩大电机的恒功率区域。

另外，如专利文献1所公开，还考虑如下方法，即，设置检测直流电源的电压的电压检测器及检测感应电动机的速度的速度检测器，按照成为与用电压信号除速度信号获得的值对应的磁通的方式对感应电动机的一次电流进行控制，从而抑制倒相器的输出电压的饱和。但是，在专利文献1所公开的技术中，即使能够实现直流电源的电压变化时磁通的最优化，也未必能同时实现高速轻负荷旋转时的电机电流的稳定性的提高和高速重负荷旋转时的电压饱和的抑制。

发明内容

本发明是为了解决如上所述的现有电机控制装置的问题而完成的，其目的在于，提供一种电机控制装置，其能够同时达成存在高速轻负荷旋转时的电机的径向跳动及编码器的径向跳动时的稳定性的提高和高速重负荷旋转时的倒相器输出电压的饱和的抑制，实现更宽的恒功率区域。

用于达成上述目的的本发明的电机控制装置，具有励磁电流指令运算器及电机驱动部。

励磁电流指令运算器，其使用转矩电流指令和电机转速识别电机的旋转负荷状态并运算与该旋转负荷状态相应的励磁电流指令。电机驱动部使用转矩电流指令和运算出的励磁电流指令驱动电机。

根据如以上构成的本发明的电机控制装置，能够兼得存在高速轻负荷旋转时的电机的径向跳动及编码器的径向跳动时的稳定性的提高和高速重负荷旋转时的倒相器输出电压的饱和的抑制，可实现更宽的恒功率区域。

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3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4是实施方式2的电机控制装置的方框图；

图5表示图4的磁通指令运算器中的电机转速ωm和磁场削弱前的磁通指令φ2CB的关系的图；

图6是表示图4的磁通指令运算器中的电机转速ωm和磁通指令φ2C的关系的图；

图7是表示实施方式3的电机控制装置的方框图；

图8是表示图7的磁通指令运算器中的电机转速ωm和磁场削弱前的磁通指令φ2CB的关系的图；

图9是表示图7的磁通指令运算器中的电机转速ωm和磁通指令φ2C的关系的图；

图10是表示现有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、330q 轴电流控制器

235、335 磁通运算器

240、340 磁通控制器

45、145、245、345d 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、365PWM 控制器

70、170、270、370 功率变换器

80、180、280、380 电机

157、257、357O SC

220、320 磁通指令运算器

具体实施方式

本发明的电机控制装置，可拓宽恒功率区域，同时，实现电机的高速轻负荷旋转时的稳定性、高速重负荷旋转时的倒相器的输出电压的饱和的稳定性、及低速旋转时的高转矩化。即，本发明的电机控制装置使低速重切削和高速切削兼得。

接着，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成〔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。

q轴电流控制器130输入从输入的转矩电流指令IqC减去q轴电流反馈IqF而得的电流偏差，计算q轴电压指令VqC。q轴电流反馈IqF从坐标转换器125输出。q轴电流反馈IqF是以后述定子位置指令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的。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，具有励磁电流指令运算器135、d轴电流控制器145。

励磁电流指令运算器135输入转矩电流指令Iqc和电机转速ωm，运算用于拓宽恒功率区域的最合适励磁电流指令IdC。电机转速ωm从速度运算器115输出。速度运算器115使用编码器110检测的位置反馈，运算电机转速ωm。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输入从励磁电流指令运算器135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从坐标转换器125输出。d轴电流反馈IdF是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的。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输入转矩电流指令IqC和从励磁电流指令运算器135输出的励磁电流指令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输入将从转差频率运算器150输出的转差频率指令ωs和从速度运算器115输出的电机转速ωm相加而得的一次调频指令ω1，对一次调频指令ω1进行积分，求得定子位置指令θmc。定子位置指令θmc经由OSC157输出到坐标转换器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以输入的定子位置指令θmc为基础，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、功率变换器170。另外，由PWM控制器165、功率变换器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输入从坐标转换器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，输出用于切换功率变换器170的PWM信号。

功率变换器170输入从PWM控制器165输出的PWM信号并转换内部具备的半导体转换元件，从而驱动电机180。

［励磁电流指令运算器135的动作］

如上所述，励磁电流指令运算器135运算用于拓宽恒功率区域的最合适的励磁电流指令IdC。

图2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3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2及图3表示转矩电流指令IqC为0（IqC0）、额定（IqCR）、最大（IqCmax）时相对于电机转速ωm的励磁电流指令特性。图2表示磁场削弱前的励磁电流指令IdCB，图3表示励磁电流指令IdC。

如图2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保持不变，一直为电流I0。若电机转速超过ω0，则在转矩电流指令IqC为0（IqC0）时，励磁电流指令IdCB从电流I0以一定的斜率上升。在转矩电流指令IqC为额定（IqCR）时，其上升的程度比转矩电流指令IqC为0（IqC0）时小。在转矩电流指令IqC为最大（IqCmax）时，无论电机转速ωm如何，转矩电流指令IqC都保持不变，一直为电流I0。

另外，如图3所示，励磁电流指令IdC在电机转速ωm从0至ω0保持不变，一直为电流I0。若电机转速超过ω0，则在转矩电流指令IqC为最大（IqCmax）时，励磁电流指令IdC从电流I0开始电机转速ωm成反比例下降。在转矩电流指令IqC为额定（IqCR）时，其下降的程度比转矩电流指令IqC最大（IqCmax）时小。在转矩电流指令IqC为0（IqC0）时，其下降的程度比转矩电流指令IqC额定（IqCR）时更小。

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·(1－KIqC·|Iqc|)｝·(|ωm|－ω0)，ω0＜|ωm|时

此处，ω0：基础速度

I0：基础速度下的励磁电流

K0：使高速旋转时的励磁电流上升的系数

KIqC：根据转矩电流指令减少励磁电流的系数

向上述式（1）中带入电机转速ωm并对磁场削弱前的励磁电流指令IdCB进行可视化，形成如图2的图。

可以根据使高速旋转时的励磁电流上升的系数K0增大高速轻负荷旋转时的磁场削弱前的励磁电流指令IdCB的值，从而能够改善高速轻负荷旋转时的电机电流的稳定性。将K0的最合适的值设为何值，通过不断摸索的实验求得或者通过模拟求得。

另外，根据转矩电流指令Iqc的增加并利用使磁通φ0减少的系数KIqC，若转矩电流指令Iqc增大，则减小磁场削弱前的励磁电流指令IdCB，可抑制高速重负荷旋转时的倒相器输出电压的饱和。

励磁电流指令运算器135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。

IdC＝IdCB，0≤|ωm|≤ω0时（2）

IdC＝IdCB·ω0/|ωm|，ω0＜|ωm|时

向上述式（2）代入电机转速ωm并对励磁电流指令IdC进行可视化，形成如图3的图。

励磁电流指令运算器135根据电机转速ωm进行（1）式的运算而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，将励磁电流指令IdC输出到d轴电流控制器145。

［转差频率运算器150的动作］

转差频率运算器150如下述式所示，根据转矩电流指令IqC和励磁电流指令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）

R2：二次电阻

L2：二次电感

［电机控制装置100的动作］

首先，将输入的转矩电流指令IqC与来自坐标转换器125的q轴电流反馈IqF进行比较，利用q轴电流控制器130求得q轴电压指令VqC。

另一方面，根据电机转速ωm和转矩电流指令IqC，将励磁电流指令运算器135使用上述（1）式及（2）式求得的励磁电流指令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。

根据转矩电流指令IqC和励磁电流指令IdC，转差频率运算器150使用上述（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。用转差频率指令ωs和电机转速ωm求得一次调频指令ω1。用积分器155对一次调频指令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、功率变换器170提供给电机180，并根据三相电压指令Vuc、Vvc、Vwc驱动电机180。

q轴电流反馈IqF和d轴电流反馈IdF是以定子位置指令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的。

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正比地增加励磁电流的值，并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成正比减小磁通。即，励磁电流指令运算器135在低速重负荷旋转时、高速轻负荷旋转时、高速重负荷旋转时均输出最合适的励磁电流指令IdC。

因此，根据实施方式1的电机控制装置100，能够兼得对于高速轻负荷旋转时存在的电机的径向跳动及编码器的径向跳动的稳定性和高速重负荷旋转时倒相器输出电压饱和的稳定性。因此，能够兼得高速轻负荷旋转时的稳定性和高速重负荷旋转时的稳定性，实现较宽的恒功率区域并能够实现兼得低速重切削和高速切削的机床。

另外，实施方式1的电机控制装置100在输出q轴电压指令VqC、d轴电压指令VdC的系统中，也可以设置非干扰控制器，控制d轴及q轴的干扰。另外，也可以由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。

〔实施方式2〕

［电机控制装置200的整体结构］

图4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的结构上附加磁通控制器和磁通运算器，并设置磁通指令运算器代替励磁电流指令运算器135。

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。q轴电流控制器230与实施方式1的q轴电流控制器130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，具有磁通指令运算器220、磁通控制器240、d轴电流控制器245。

磁通指令运算器220输入所输入的转矩电流指令IqC和电机转速ωm，运算用于拓宽恒功率区域的最合适的磁通指令φ2C。另外，磁通指令运算器220的详细动作将在后面叙述。

磁通控制器240输入从磁通指令运算器220输出的磁通指令φ2C减去磁通φ2而得的磁通偏差，计算d轴电流指令IdC。从磁通运算器235输出磁通φ2。磁通控制器240由比例积分控制器构成。

磁通运算器235使用坐标转换器225输出的d轴电流反馈IdF运算磁通φ2。磁通运算器235的详细动作将在后面叙述。

d轴电流控制器245输入从磁通控制器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从坐标转换器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输入所输入的转矩电流指令IqC和从磁通运算器235输出的磁通φ2，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、功率变换器270。PWM控制器265、功率变换器270与实施方式1的PWM控制器165、功率变换器170相同。另外，由PWM控制器265、功率变换器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。

［磁通指令运算器220的动作］

如上所述，磁通指令运算器220运算用于拓宽恒功率区域的最合适的磁通指令φ2C。

图5是表示图4的磁通指令运算器220的电机转速ωm和磁场削弱前的磁通指令φ2CB的关系的图。磁通指令运算器220运算与电机转速ωm相应的磁场削弱前的磁通指令φ2CB。另外，图6是表示图4的磁通指令运算器220的电机转速ωm和磁通指令φ2C的关系的图。磁通指令运算器220运算与电机转速ωm相应的磁通指令φ2C。

图5及图6表示转矩电流指令IqC为0（IqC0）、额定（IqCR）、最大（IqCmax）时的磁通φ0相对于电机转速ωm的磁通指令特性。图5表示磁场削弱前的磁通指令φ2CB，图6表示磁通指令φ2C。

如图5所示，磁场削弱前的磁通指令φ2CB在电机转速ωm从0至ω0不变，一直为磁通φ0。若电机转速超过ω0，则在转矩电流指令IqC为0（IqC0）时，磁通指令φ2CB从磁通φ0以一定的斜率上升。在转矩电流指令IqC为额定（IqCR）时，其上升的程度比转矩电流指令IqC为0（IqC0）时小。在转矩电流指令IqC为最大（IqCmax）时，无论电机转速ωm如何，磁通指令φ2CB都不变，一直为磁通φ0。

另外，如图6所示，磁通指令φ2C在电机转速ωm从0至ω0不变，一直为磁通φ0。若电机转速超过ω0，则在转矩电流指令Iqc为最大（IqCmax）时，磁通指令φ2C从磁通φ0与电机转速ωm成反比例下降。在转矩电流指令IqC为额定（IqCR）时，其下降的程度比转矩电流指令IqC为最大（IqCmax）时小。在转矩电流指令IqC为0（IqC0）时，其下降的程度比转矩电流指令Iqc为额定（IqCR）时更小。

磁通指令运算器220通过下式求得磁场削弱前的磁通指令φ2CB。

φ2CB＝φ0，0≤|ωm|≤ω0时（4）

φ2CB＝｛φ0＋K0·(1－KIqC·|Iqc|)｝·(|ωm|－ω0)，ω0＜|ωm|时

此处，ω0：基础速度

φ0：基础速度下的磁通

K0：使高速旋转时的磁通上升的系数

KIqC：根据转矩电流指令使磁通减少的系数

向上述式（1）代入电机转速ωm并使磁通指令φ2CB可视化，形成如图5的图。

可以利用使高速旋转时的磁通上升的系数K0增大高速轻负荷旋转时的磁通指令φ2CB的值，从而可改善高速轻负荷旋转时的电机电流的稳定性。将K0的最合适的值设为何值，通过不断摸索的实验求得或者通过模拟求得。

另外，若利用根据转矩电流指令Iqc的增加使磁通φ0减少的系数KIqC增大转矩电流指令Iqc，则可减小磁通指令φ2CB，抑制高速重负荷旋转时的倒相器输出电压的饱和。

磁通指令运算器220如上述求得磁场削弱前的磁通指令后，通过下式求得磁通指令φ2C。

φ2C＝φ2CB，0≤|ωm|≤ω0时（5）

φ2C＝φ2CB·ω0/|ωm|，ω0＜|ωm|时

向上述式（4）代入电机转速ωm并使磁通指令φ2C可视化，形成如图6的图。

磁通指令运算器220根据电机转速ωm，进行（4）式的运算而求得磁场削弱前的磁通指令φ2CB后，对磁通指令φ2CB进行（5）式的运算，并向磁通控制器240输出磁通指令φ2C。

［转差频率运算器250的动作］

转差频率运算器250如下述式所示，根据转矩电流指令Iqc和磁通φ2C计算转差频率指令ωs。转差频率指令ωs通过下式求得。

ωs＝M·R2/L2·（Iqc/φ2）（6）

R2：二次电阻

φ2：二次磁通

L2：二次电感

M：互感

［磁通运算器235的动作］

磁通运算器235如下述式所示，由d轴电流反馈IdF求得磁通φ2。

φ2＝1/（1＋L2/R2·S）·M·IdF（7）

S：转差

IdF：q轴电流反馈

［电机控制装置200的动作］

首先，将输入的转矩电流指令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，根据电机转速ωm和转矩电流指令IqC，作为磁通指令φ2C给出磁通指令运算器220使用上述（4）式及（5）式算出的磁通，并与磁通运算器235使用上述（7）式算出的磁通φ2进行比较，利用磁通控制器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。

根据转矩电流指令IqC和磁通φ2，转差频率运算器250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215输出的电机转速ωm相加。用转差频率指令ωs和电机转速ωm求得一次调频指令ω1。用积分器255对一次调频指令ω1进行积分，求得定子位置指令θmc。

坐标转换器260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265、功率变换器270提供给电机280，并根据三相电压指令Vuc、Vvc、Vwc驱动电机280。

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

如以上说明，磁通指令运算器220求得与电机转速和基础速度的差成正比使磁通增加的值，并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成正比地减少磁通。即，磁通指令运算器220在低速重负荷旋转时、高速轻负荷旋转时、高速重负荷旋转时，均输出最合适的磁通指令φ2C。

因此，根据实施方式2的电机控制装置200，与实施方式1的电机控制装置100起到同样的效果。

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，以控制d轴及q轴的干扰。另外，也可以由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。

〔实施方式3〕

［电机控制装置300的整体结构］

图7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的结构中附加了最大一次电流指令计算器、转矩限制值运算器、限制器及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、最大一次电流指令计算器375、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与实施方式2的q轴电流控制器230相同。

最大一次电流指令计算器375计算提供给电机380的一次电流指令的最大值，并作为最大一次电流指令IPC输出给转矩限制值运算器385。

转矩限制值运算器385根据磁通控制器340输出的d轴电流指令IdC和最大一次电流指令IPC，计算转矩限制值TLIM。另外，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运算出的转矩限制值TLIM，将转矩指令TCB的值限制在±TLIM内。

q轴电流运算器395使用经由限制器390输入的转矩指令TCB，运算q轴电流IqC。

另外，电机控制装置300作为给出d轴电压指令VdC的系统，具有磁通指令运算器320、磁通控制器340、d轴电流控制器345。

磁通指令运算器320输入转矩指令TCB的绝对值除以最大转矩TCBm而求得的转矩指令比TCC和电机转速ωm，运算用于拓宽恒功率区域的最合适的磁通指令φ2C。最大转矩TCBm根据从速度运算器315输出的电机转速ωm求得。最大转矩TCBm为通过使最大转矩Tm与基础速度ω0以上的转速成反比例减小而求得的转矩。另外，磁通指令运算器320的详细动作将在后面叙述。

磁通控制器340及d轴电流控制器345与实施方式2的磁通控制器240及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、功率变换器370。PWM控制器365、功率变换器370与实施方式2的PWM控制器265、功率变换器270相同。另外，由PWM控制器365、功率变换器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。

［磁通指令运算器320的动作］

如上所述，磁通指令运算器320运算用于拓宽恒功率区域的最合适的磁通指令φ2C。

图8是表示图7的磁通指令运算器320的电机转速ωm和磁场削弱前的磁通指令φ2CB的关系的图。磁通指令运算器320运算与电机转速ωm相应的磁场削弱前的磁通指令φ2CB。另外，图9是表示图7的磁通指令运算器320的电机转速ωm和磁通指令φ2C的关系的图。磁通指令运算器320运算与电机转速ωm相应的磁通指令φ2C。

图8及图9表示转矩指令比TCC为0（TCC0）、额定（TCCR）、最大（TCCmax）时的磁通φ0相对于电机转速ωm的磁通指令特性。图8表示磁场削弱前的磁通指令φ2CB，图9表示磁通指令φ2C。

如图8所示，磁场削弱前的磁通指令φ2CB在电机转速ωm从0至ω0不变，一直为磁通φ0。若电机转速超过ω0，则在转矩指令比TCC为0（TCC0）时，磁通指令φ2CB从磁通φ0开始以一定的斜率上升。在转矩指令比TCC为额定（TCCR）时，其上升的程度比转矩指令比TCC为0（TCC0）时小。在转矩指令比TCC为最大（TCCmax）时，无论电机转速ωm如何，磁通指令φ2CB都不变，一直为磁通φ0。

另外，如图9所示，磁通指令φ2C在电机转速ωm从0至ω0不变，一直为磁通φ0。若电机转速超过ω0，则在转矩指令比TCC为最大（TCCmax）时，磁通指令φ2C从磁通φ0与电机转速ωm成反比例下降。在转矩指令比TCC为额定（TCCR）时，其下降的程度比转矩指令比TCC为最大（TCCmax）时小。在转矩指令比TCC为0（TCC0）时，其下降的程度比转矩指令比TCC为额定（TCCR）时更小。

首先，磁通指令运算器320输入的转矩指令比TCC如下求得。

使用从速度运算器315输出的电机转速ωm求得最大转矩TCBm。

TCBm＝Tm，0≤|ωm|≤ω0时（8）

TCBm＝Tm·ω0/|ωm|，ω0＜|ωm|时

接着，求得转矩指令比TCC。

TCC＝|TCB|/TCBm

磁通指令运算器320通过下式求得磁场削弱前的磁通指令φ2CB。

φ2CB＝φ0，0≤|ωm|≤ω0时(9)

φ2CB＝｛φ0＋K0·(1－KTC·TCC)｝·(|ωm|－ω0)，ω0＜|ωm|时

此处，ω0：基础速度

φ0：基础速度下的磁通

K0：使高速旋转时的磁通上升的系数

KTC：根据转矩指令比使磁通减小的系数

向上述式（9）代入电机转速ωm并对磁通指令φ2CB进行可视化，形成如图8的图。

可以根据使高速旋转时的磁通上升的系数K0增大高速轻负荷旋转时的磁通指令φ2CB的值，从而可改善高速轻负荷旋转时的电机电流的稳定性。将K0的最合适的值设为何值，通过不断反复的实验求得或者通过模拟求得。

另外，通过根据转矩指令比TCC的增加而使磁通φ0减少的系数KTC，若转矩指令比TCC增大，则减小磁通指令φ2CB，可抑制高速重负荷旋转时的倒相器输出电压的饱和。

磁通指令运算器320如上述所述求得磁场削弱前的磁通指令后，通过下式求得磁通指令φ2C。

φ2C＝φ2CB，0≤|ωm|≤ω0时（10）

φ2C＝φ2CB·ω0/|ωm|，ω0＜|ωm|时

向上述式（10）代入电机转速ωm并对磁通指令φ2C进行可视化，形成如图9的图。

磁通指令运算器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指令φ2CB后，对磁通指令φ2CB进行（10）式的运算，并向磁通控制器340输出磁通指令φ2C。

［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250一样，使用上述（6）式，根据转矩电流指令Iqc和磁通φ2C计算转差频率指令ωs。

［磁通运算器335的动作］

磁通运算器335与实施方式2的磁通运算器235一样，使用上述（7）式，根据d轴电流反馈IdF求得磁通φ2。

［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，使用下式计算转矩限制值TLIM。

TLIM＝Pm·M/L2·φ2·（IPC2－IdC2）1/2（11）

此处，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经由限制器390进行转矩限制后的转矩指令使用下式求得q轴电流指令IqC。

IqC＝L2/（Pm·M·φ2）·（转矩限制后的转矩指令）（12）

［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，并输出给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进行比较，利用q轴电流控制器330求得q轴电压指令VqC。另外，转矩限制值运算器385使用上述（11）式计算用于限制器390限制转矩指令TCB的值的转矩限制值TLIM，。

另一方面，根据电机转速ωm和转矩指令比TCC，作为磁通指令φ2C给出磁通指令运算器320使用上述（9）式及（10）式算出的磁通，并与磁通运算器335使用上述（7）式算出的磁通φ2进行比较，利用磁通控制器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进行比较，并利用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φ2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。用转差频率指令ωs和电机转速ωm求得一次调频指令ω1。用积分器355对一次调频指令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、功率变换器370提供给电机380，并根据三相电压指令Vuc、Vvc、Vwc驱动电机380。

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

如以上说明，磁通指令运算器320求得与电机转速和基础速度的差成正比地使磁通增加的值，并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成正比地减少磁通。即，磁通指令运算器320在低速重负荷旋转时、高速轻负荷旋转时、高速重负荷旋转时，均输出最合适的磁通指令φ2C。

因此，根据实施方式3的电机控制装置300，起到与实施方式1、2的电机控制装置100同样的效果。

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，也可以由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。

Claims (15)

1.一种电机控制装置，其特征在于，具有：

励磁电流指令运算器，其使用转矩电流指令和电机转速来识别电机的旋转负荷状态并计算与该旋转负荷状态相应的励磁电流指令；

电机驱动部，其使用所述转矩电流指令和运算出的励磁电流指令驱动所述电机，

其中，所述励磁电流指令运算器在所述电机转速为基础速度以上时，随所述电机转速的增加而上升并随所述转矩电流指令的增加而减少地求出磁场削弱前的励磁电流指令，再使求得的磁场削弱前的励磁电流指令随所述电机转速的增加成反比例。

2.如权利要求1所述的电机控制装置，其特征在于，还具有坐标转换器，该坐标转换器通过对提供给所述电机的电流进行坐标转换求得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轴电流反馈所获得的值及从所述励磁电流指令减去所述d轴电流反馈所获得的值，来求得驱动所述电机的功率。

3.如权利要求2所述的电机控制装置，其特征在于，还具有转差频率运算器，该转差频率运算器根据所述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来运算转差频率指令，

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，对提供给所述电机的电流进行坐标转换。

4.如权利要求3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首先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，

IdCB＝{I0+K0·(1－KIqC·|Iqc|)}·(|ωm|－ω0)，ω0＜|ωm|时，

此处，ω0：基础速度，

I0：基础速度下的励磁电流，

K0：使高速旋转时的励磁电流上升的系数，

KIqC：根据转矩电流指令使励磁电流减小的系数，

Iqc：转矩电流指令，

ωm：电机转速，

在求得磁场削弱前的励磁电流指令IdCB后，接着通过下式求得励磁电流指令IdC，

IdC＝IdCB，0≤|ωm|≤ω0时

IdC＝IdCB·ω0/|ωm|，ω0＜|ωm|时

通过进行以上的运算求得励磁电流指令IdC。

5.一种电机控制装置，其特征在于，具有：

磁通指令运算器，其使用转矩电流指令和电机转速来识别电机的旋转负荷状态并计算与该旋转负荷状态相应的磁通指令；

磁通控制器，其根据由提供给电机的电流求得的磁通和所述磁通指令运算器运算出的磁通指令求得励磁电流指令；

电机驱动部，其使用所述转矩电流指令和求得的励磁电流指令驱动所述电机，

其中，所述磁通指令运算器在所述电机转速为基础速度以上时，随所述电机转速的增加而上升并随所述转矩电流指令的增加而减少地求出磁场削弱前的磁通指令，再使求得的磁场削弱前的磁通指令随所述电机转速的增加成反比例。

6.如权利要求5所述的电机控制装置，其特征在于，

根据由提供给所述电机的电流求得的磁通是磁通运算器根据d轴电流反馈而求得的，所述d轴电流反馈通过对提供给所述电机的电流进行坐标转换而求得。

7.如权利要求6所述的电机控制装置，其特征在于，还具有转差频率运算器，该转差频率运算器根据所述转矩电流指令和所述磁通运算器运算出的磁通运算转差频率指令。

8.如权利要求6所述的电机控制装置，其特征在于，

所述d轴电流反馈是利用对提供给所述电机的电流进行坐标转换的坐标转换器而求得，所述坐标转换器对提供给所述电机的电流进行坐标转换还求得q轴电流反馈。

9.如权利要求8所述的电机控制装置，其特征在于，

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

10.如权利要求9所述的电机控制装置，其特征在于，

所述磁通指令运算器首先通过下式求得磁场削弱前的磁通指令φ2CB，

φ2CB＝φ0，0≤|ωm|≤ω0时

φ2CB＝{φ0+K0·(1－KIqC·|Iqc|)}·(|ωm|－ω0)，ω0＜|ωm|时

此处，ω0：基础速度，

φ0：基础速度下的磁通，

K0：使高速旋转时的磁通上升的系数，

KIqC：根据转矩电流指令使磁通减小的系数，

Iqc：转矩电流指令，

ωm：电机转速，

在求得磁场削弱前的磁通指令φ2CB后，接着通过下式求得磁通指令φ2C，

φ2C＝φ2CB，0≤|ωm|≤ω0时

φ2C＝φ2CB·ω0/|ωm|，ω0＜|ωm|时

通过以上的计算求得磁通指令φ2C。

11.一种电机控制装置，其特征在于，具有：

磁通指令运算器，其使用转矩指令比和电机转速来识别电机的旋转负荷状态并运算与该旋转负荷状态相应的磁通指令，所述转矩指令比通过将给出的转矩指令的绝对值除以使用所述电机转速求得的最大转矩而获得；

磁通控制器，其根据由提供给电机的电流求得的磁通和所述磁通指令运算器运算出的磁通指令求得励磁电流指令；

电机驱动部，其使用所述转矩电流指令和求得的励磁电流指令驱动所述电机，

其中，所述磁通指令运算器在所述电机转速为基础速度以上时，随所述电机转速的增加而上升并随所述转矩指令比的增加而减少地求出磁场削弱前的磁通指令，再使求得的磁场削弱前的磁通指令随所述电机转速的增加成反比例。

12.如权利要求11所述的电机控制装置，其特征在于，

根据由提供给所述电机的电流求得的磁通是磁通运算器根据d轴电流反馈而求得的，所述d轴电流反馈通过对提供给所述电机的电流进行坐标转换而求得。

13.如权利要求12所述的电机控制装置，其特征在于，还具有限制器，该限制器将所述转矩指令限制在一定值内；

q轴电流运算器，其输入由所述限制器限制的转矩指令并输出q轴电流指令；

所述电机驱动部使用从所述q轴电流运算器输出的q轴电流指令减去所述q轴电流反馈所获得的值及从所述励磁电流指令减去所述d轴电流反馈所获得的值，来求得驱动所述电机的功率。

14.如权利要求13所述的电机控制装置，其特征在于，还具有转矩限制值运算器，该转矩限制值运算器使用所述磁通控制器输出的励磁电流指令、最大一次电流指令计算器输出的最大一次电流指令及磁通运算器输出的磁通，计算设定于所述限制器的转矩限制值，

所述限制器使用所述转矩限制值运算器输出的转矩限制值，将输入所述q轴电流运算器的转矩指令限制在一定值内。

15.如权利要求14所述的电机控制装置，其特征在于，

所述磁通指令运算器输入的转矩指令比TCC如下求得，

TCBm＝Tm，0≤|ωm|≤ω0时

TCBm＝Tm·ω0/|ωm|，ω0＜|ωm|时

接着，求得转矩指令比TCC，

TCC＝|TCB|/TCBm

所述磁通指令运算器通过下式求得磁场削弱前的磁通指令φ2CB，

φ2CB＝φ0，0≤|ωm|≤ω0时

φ2CB＝{φ0+K0·(1－KTC·TCC)}·(|ωm|－ω0)，ω0＜|ωm|时

此处，ω0：基础速度，

φ0：基础速度下的磁通，

K0：使高速旋转时的磁通上升的系数，

KTC：根据转矩指令比使磁通减小的系数，

ωm：电机转速，

求得磁场削弱前的磁通指令φ2CB后，接着通过下式求得磁通指令φ2C，

φ2C＝φ2CB，0≤|ωm|≤ω0时

φ2C＝φ2CB·ω0/|ωm|，ω0＜|ωm|时

通过进行以上的运算，求得磁通指令φ2C。