CN1251394C - 电动机控制方法及其装置 - Google Patents

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CN1251394C CNB038003767A CN03800376A CN1251394C CN 1251394 C CN1251394 C CN 1251394C CN B038003767 A CNB038003767 A CN B038003767A CN 03800376 A CN03800376 A CN 03800376A CN 1251394 C CN1251394 C CN 1251394C
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Abstract

通过电压检测单元(11a)、电流检测单元(11b)检测提供给电动机(5)的电压和电流，并提供给位置检测单元(12)，将从位置检测单元(12)输出的角速度提供给微分器(13)，输出角加速度，由基波分量抽取单元(14)抽取角加速度的基波分量，提供给振幅调整单元(15)，通过减法单元(16)从平均电流指令中减去振幅调整单元(15)的输出，并将该减法结果、电流检测值和来自位置检测单元(12)的转子位置提供给电流控制单元(17)，进行电流控制运算，将电流指令提供给逆变器(4)，在控制电压、电流以抑制负荷转矩变动引起的速度变化时，可以提高稳定性，同时实现成本降低。

Description

电动机控制方法及其装置
技术领域
本发明涉及一种控制驱动周期性负荷的电动机以抑制旋转速度变动的方法和其装置。
背景技术
以前，作为控制驱动周期性负荷的电动机以抑制旋转速度变动的方法，提议反复控制电压、电流来抵消负荷转矩变动引起的速度变动的方法。
但是，在采用该方法的情况下，有如下缺陷，即若提高精确性，则在高次谐波下变得不稳定，相反，若降低精确性，则产生相位错位。
另外，还有如下缺陷，即若提高精确性，则电流变得过大，则必需使用大容量的功率器件或电动机，进而导致成本上升。
并且，还提议不使用旋转编码器等，而根据电压、电流的检测值和电动机的设备常数来检测电动机的转子位置，但因为作为设备常数或直接使用设计值或使用生产时进行调整后的值，所以在前者的情况下，产生由于离散性而发生不能运转的区域的缺陷，在后者的情况下，产生导致成本上升的缺陷。
尤其是，在控制电压、电流来抵消负荷转矩变动引起的速度变动的情况下，还存在有可能检测电动机的转子位置的处理发散的缺陷。
发明内容
本发明是鉴于上述问题而提出的，其目的在于，提供一种电动机控制方法和其装置，在控制电压、电流以抑制负荷转矩变动引起的速度变动时，可提高稳定性，同时，可实现成本降低。
另外，其目的在于，提供一种电动机控制方法和其装置，在不使用旋转编码器等而根据电压、电流的检测值和电动机的设备常数来检测电动机的转子位置时，通过识别设备常数，可提高转子位置检测精度。
技术方案1：一种电动机控制方法，控制施加到电动机上的电压、电流或转矩指令来抑制驱动周期性负荷的电动机的旋转速度变动，其特征在于：至少检测角加速度的基波分量，控制施加到电动机上的电压、电流或转矩指令，使输出转矩变动的基波分量的相位与所检测的角加速度的基波分量的相位反相，并且
控制输出转矩变动的振幅以使所述角加速度的基波分量变为0。
技术方案2：所述施加的电压、电流、转矩指令中至少一方是由直流分量与基波分量之和构成。
技术方案3：所述电动机驱动压缩机，对应于压缩机的转矩变动波形来形成所述施加的电压、电流或转矩指令。
技术方案4：所述电动机驱动压缩机，根据压缩机的不同吸入压力的平均转矩波形来形成所述施加的电压、电流或转矩指令。
技术方案5：一种电动机控制方法，控制从逆变器施加到电动机上的电压、电流或转矩指令来抑制电动机对周期性负荷的旋转速度变动，其特征在于：所述逆变器进行一部分负转矩输出，将此时再生的电力再次用于电动机驱动。
技术方案6：还进行所述施加的电压的空载时间补偿。
技术方案7：一种电动机控制方法，控制从逆变器施加到电动机上的电压、电流或转矩指令来抑制电动机对周期性负荷的旋转速度变动，其特征在于包括以下步骤：检测施加到电动机的电流是否超过逆变器的功率器件的电流最大值；以及控制施加到电动机的电压、电流，使施加到电动机的电流不超过逆变器的功率器件的电流最大值，且抑制电动机的旋转速度变动。
技术方案8：所述控制施加到电动机的电压、电流，使施加到电动机的电流不超过逆变器的功率器件的电流最大值的步骤使输出转矩变动的振幅减少。
技术方案9：所述控制施加到电动机的电压、电流，使施加到电动机的电流不超过逆变器的功率器件的电流最大值的步骤将所述施加的电压、电流或转矩指令的波形变更为峰值电流相对于平均电流变低的波形。
技术方案10：利用规定值来限制所述施加的电压、电流或转矩指令的波形，从而进行所述波形变更。
技术方案11：一种电动机控制方法，使用施加于电动机上的电流、电压和电动机的设备常数来算出关于转子位置的信息，根据算出的信息来控制施加到电动机上的电压或电流，其特征在于包括以下步骤：将负荷的变动特性与预先设定的负荷变动量进行比较；和根据比较结果而校正预先设定的电动机的设备常数和电流、电压检测用的传感器的输出。
技术方案12：在通常的负荷驱动时减轻所述电动机的设备常数的误差或所述传感器的误差影响。
技术方案13：所述电动机的负荷是压缩机，利用压缩机的转矩波动来减轻所述电动机的设备常数的误差或所述传感器的误差影响。
技术方案14：调整设备常数，使输出转矩相对于平均转矩的转矩波动比变为预定的设定值，所述转矩波动比是基于所述关于转子位置的信息得到的。
技术方案15：所述转矩波动比的设定值是至少对应于旋转速度、转矩或电流来设定的值。
技术方案16：一种电动机控制装置，控制施加到电动机上的电压、电流或转矩指令来抑制驱动周期性负荷的电动机的旋转速度变动，其特征在于包括：位置检测单元，用于检测角速度；微分器，用于根据所检测的角速度输出角加速度；基波分量抽取单元，用于至少检测角加速度的基波分量；振幅调整单元，用于根据基波分量输出调整量；减法单元，用于从电压或电流指令中减去调整量；和控制单元，用于根据减法单元的输出来控制施加到电动机上的电压或电流，使输出转矩变动的基波分量的相位与所述检测角加速度的基波分量的相位反相，
所述控制单元控制输出转矩变动的振幅，以使所述角加速度的基波分量变为0。
技术方案17：所述控制单元将直流分量与基波分量之和用作施加的电压、电流、转矩指令中至少一方。
技术方案18：所述电动机驱动压缩机，所述控制单元将对应于压缩机的转矩变动波形而形成的量用作所述施加的电压、电流或转矩指令。
技术方案19：所述电动机驱动压缩机，所述控制单元将根据压缩机的不同吸入压力的平均转矩波形而形成的量用作所述施加的电压、电流或转矩指令。
技术方案20：一种电动机控制装置，控制从逆变器施加到电动机上的电压、电流或转矩指令来抑制电动机对周期性负荷的旋转速度变动，其特征在于包括：位置检测单元，用于检测角速度；微分器，用于根据所检测的角速度输出角加速度；基波分量抽取单元，用于至少检测角加速度的基波分量；振幅调整单元，用于根据基波分量输出调整量；减法单元，用于从电压或电流指令中减去调整量；和控制单元，用于根据减法单元的输出来控制施加到电动机上的电压或电流，其中，作为所述逆变器，采用进行一部分负转矩输出，将此时再生的电力再次用于电动机驱动的结构。
技术方案21：所述逆变器还进行所述施加的电压的空载时间补偿。
技术方案22：一种电动机控制装置，控制从逆变器施加到电动机上的电压、电流或转矩指令来抑制电动机周期性负荷的旋转速度变动，其特征在于包括：位置检测单元，用于检测角速度；微分器，用于根据所检测的角速度输出角加速度；基波分量抽取单元，用于至少检测角加速度的基波分量；振幅调整单元，用于根据基波分量输出调整量；减法单元，用于从电压或电流指令中减去调整量；控制单元，用于根据减法单元的输出来控制施加到电动机上的电压或电流；峰值电流控制单元，用于检测电流的峰值，并据此向振幅调整单元输出抑制振幅的指令，使得施加到电动机的电流不超过逆变器的功率器件的电流最大值，且抑制电动机的旋转速度变动。
技术方案23：所述峰值电流控制单元使输出转矩变动的振幅减少。
技术方案24：所述峰值电流控制单元将所述施加的电压、电流或转矩指令的波形变更为峰值电流相对于平均电流变低的波形。
技术方案25：所述峰值电流控制单元利用规定值来限制所述施加的电压、电流或转矩指令的波形，从而进行所述波形变更。
技术方案26：一种电动机控制装置，使用施加于电动机上的电流、电压和电动机的设备常数来算出关于转子位置的信息，根据算出的信息来控制施加到电动机上的电压或电流，其特征在于包括：位置检测单元，用于检测角速度；微分器，用于根据所检测的角速度输出角加速度；基波分量抽取单元，用于至少检测角加速度的基波分量；振幅调整单元，用于根据基波分量输出调整量；减法单元，用于从电压或电流指令中减去调整量；控制单元，用于根据减法单元的输出来控制施加到电动机上的电压或电流；影响降低单元，用于根据振幅调整单元的调整量向位置检测单元输出补偿指令，从而减轻电动机的设备常数的误差或电流、电压检测用传感器误差的影响。
技术方案27：所述影响降低单元在通常的负荷驱动时减轻所述电动机的设备常数的误差或所述传感器的误差影响。
技术方案28：所述电动机的负荷是压缩机，所述影响降低单元利用压缩机的转矩波动来减轻所述电动机的设备常数的误差或所述传感器的误差影响。
技术方案29：所述影响降低单元调整设备常数，使输出转矩相对于平均转矩的转矩波动比变为预定的设定值，所述转矩波动比是基于所述关于转子位置的信息得到的。
技术方案30：所述影响降低单元将所述转矩波动比的设定值设定为至少对应于旋转速度、转矩或电流来设定的值。
根据技术方案1的电动机控制方法，在控制施加到电动机上的电压或电流来抑制驱动周期性负荷的电动机的旋转速度变动时，至少检测角加速度的基波分量，控制施加到电动机上的电压或电流，使输出转矩变动的基波分量的相位与所检测的角加速度的基波分量的相位大致反相，所以在控制电压、电流来抑制负荷转矩变动引起的速度变动时，可提高稳定性，同时，可实现成本降低。控制输出转矩变动的振幅以使所述角加速度的基波分量变为0，所以在未得到足以抵消速度变动的基波分量的振幅来作为输出转矩的情况下，因为角加速度的基波分量依然残留，所以可进行调整以输出更大的振幅，用角加速度的基波分量变为0的振幅来进行稳定。
根据技术方案2的电动机控制方法，将直流分量与基波分量之和用作输出电压、输出电流、转矩指令中至少一方，所以可实现与技术方案1一样的作用。
根据技术方案3的电动机控制方法，将驱动压缩机的部件用作所述电动机，将对应于压缩机的转矩变动波形而形成的量用作所述输出电压、电流或转矩指令，所以可进行对应于转矩变动的细致的控制，进而可实现与技术方案1一样的作用。
根据技术方案4的电动机控制方法，将驱动压缩机的部件用作所述电动机，将根据压缩机的代表性转矩变动波形而形成的量用作所述输出电压、电流或转矩指令，所以可简单进行对应于转矩变动的细致的控制，进而可实现与技术方案1一样的作用。
根据技术方案5的电动机控制方法，在控制从逆变器施加到电动机上的电压或电流来抑制电动机对周期性负荷的旋转速度变动时，所述逆变器进行一部分负转矩输出，将此时再生的电力再次用于电动机驱动，所以平均旋转一转时的电力流向变为从逆变器指向电动机的方向，直流电压不会因再生而持续上升，所以可通过活用再生电力来实现节电。
根据技术方案6的电动机控制方法，还进行所述输出电压的空载时间补偿，所以除能抑制空载时间引起的电压变化外，还可实现与技术方案5一样的作用。
根据技术方案7的电动机控制方法，在控制从逆变器施加到电动机上的电压或电流来抑制电动机对周期性负荷的旋转速度变动时，对所述电压、电流的控制优先于对旋转速度变动的抑制，以不超过所述逆变器的功率器件的电流最大值，所以不必设定电流容量大的逆变器的功率器件，可实现成本降低。
根据技术方案8的电动机控制方法，使所述输出转矩变动的振幅减少，并控制所述电压或电流以不超过所述逆变器的功率器件的电流最大值，所以通过使输出转矩变动的振幅减少，可实现与技术方案7一样的作用。
根据技术方案9的电动机控制方法，将所述电流、电压或转矩指令的波形变更为峰值电流相对于平均电流变低的波形，控制所述电压或电流以不超过所述逆变器的功率器件的电流最大值，所以通过将电流、电压或转矩指令的波形变更为峰值电流相对于平均电流变低的波形，可实现与技术方案7一样的作用。
根据技术方案10的电动机控制方法，通过利用规定值来限制所述电流、电压或转矩指令的波形来进行所述波形变更，所以可实现与技术方案9一样的作用。
根据技术方案11的电动机控制方法，在使用施加于电动机上的电流、电压和电动机的设备常数来算出关于转子位置的信息，根据算出的信息来控制施加到电动机上的电压或电流时，根据负荷的特征特性来减轻电动机的设备常数的误差或电流、电压检测用传感器误差的影响，所以可提高转子位置检测精度，进而提高电动机的控制精度。
根据技术方案12的电动机控制方法，在通常的负荷驱动时减轻所述电动机的设备常数的误差或所述传感器的误差影响，所以可高精度实现误差影响的降低，进而可实现与技术方案11一样的作用。
根据技术方案13的电动机控制方法，将压缩机用作所述电动机负荷，利用压缩机的转矩波动来减轻所述电动机的设备常数的误差或所述传感器的误差影响，所以可根据转矩波动来实现与技术方案11或技术方案12一样的作用。
根据技术方案14的电动机控制方法，调整设备常数，使基于所述关于转子位置的信息的相对于平均转矩的转矩波动比变为预定的设定值，所以可根据相对平均转矩的转矩波动比来实现与技术方案13一样的作用。
根据技术方案15的电动机控制方法，将至少对应于旋转速度、转矩或电流而设定的值用作所述转矩波动比的设定值，所以可根据外部条件来实现与技术方案13一样的作用。
根据技术方案16的电动机控制装置，在控制施加到电动机上的电压或电流来抑制驱动周期性负荷的电动机的旋转速度变动时，通过控制单元，至少检测角加速度的基波分量，控制施加到电动机上的电压或电流，使输出转矩变动的基波分量的相位与所检测的角加速度的基波分量的相位大致反相。
因此，在控制电压、电流来抑制负荷转矩变动引起的速度变动时，可提高稳定性，同时，可实现成本降低。作为所述控制单元，采用控制输出转矩变动的振幅以使所述角加速度的基波分量变为0的结构，所以在未得到足以抵消速度变动的基波分量的振幅来作为输出转矩的情况下，因为角加速度的基波分量依然残留，所以可进行调整以输出更大的振幅，用角加速度的基波分量变为0的振幅来进行稳定。
根据技术方案17的电动机控制装置，作为所述控制单元，采用将直流分量与基波分量之和用作输出电压、输出电流、转矩指令中至少一方的结构，所以可实现与技术方案16一样的作用。
根据技术方案18的电动机控制装置，将驱动压缩机的部件用作所述电动机，作为所述控制单元，采用将对应于压缩机的转矩变动波形而形成的量用作所述输出电压、电流或转矩指令的结构，所以可进行对应于转矩变动的细致的控制，进而可实现与技术方案16。
根据技术方案19的电动机控制装置，将驱动压缩机的部件用作所述电动机，作为所述控制单元，采用将根据压缩机的代表性转矩变动波形而形成的量用作所述输出电压、电流或转矩指令的结构，所以可简单进行对应于转矩变动的细致的控制，进而可实现与技术方案16一样的作用。
根据技术方案20的电动机控制装置，在控制从逆变器施加到电动机上的电压或电流来抑制电动机对周期性负荷的旋转速度变动时，通过所述逆变器，进行一部分负转矩输出，将此时再生的电力再次用于电动机驱动。
因此，平均旋转一转时的电力流向变为从逆变器指向电动机的方向，直流电压不会因再生而持续上升，所以可通过活用再生电力来实现节电。
根据技术方案21的电动机控制装置，作为所述逆变器，采用还进行所述输出电压的空载时间补偿的结构，所以除能抑制空载时间引起的电压变化外，还可实现与技术方案20一样的作用。
根据技术方案22的电动机控制装置，在控制从逆变器施加到电动机上的电压或电流来抑制电动机对周期性负荷的旋转速度变动时，通过控制单元，对所述电压、电流的控制优先于对旋转速度变动的抑制，以不超过所述逆变器的功率器件的电流最大值。
因此，不必设定电流容量大的逆变器的功率器件，可实现成本降低。
根据技术方案23的电动机控制装置，作为所述控制单元，采用使所述输出转矩变动的振幅减少，并控制所述电压或电流以不超过所述逆变器的功率器件的电流最大值的结构，所以通过使输出转矩变动的振幅减少，可实现与技术方案22一样的作用。
根据技术方案24的电动机控制装置，作为所述控制单元，采用将所述电流、电压或转矩指令的波形变更为峰值电流相对于平均电流变低的波形，控制所述电压或电流以不超过所述逆变器的功率器件的电流最大值的结构，所以通过将电流、电压或转矩指令的波形变更为峰值电流相对于平均电流变低的波形，可实现与技术方案22一样的作用。
根据技术方案25的电动机控制装置，作为所述控制单元，采用利用规定值来限制所述电流、电压或转矩指令的波形从而进行所述波形变更的结构，所以可实现与技术方案24一样的作用。
根据技术方案26的电动机控制装置，在使用施加于电动机上的电流、电压和电动机的设备常数来算出关于转子位置的信息，根据算出的信息来控制施加到电动机上的电压或电流时，通过影响降低单元，根据负荷的特征特性来减轻电动机的设备常数的误差或电流、电压检测用传感器误差的影响。
因此，可提高转子位置检测精度，进而提高电动机的控制精度。
根据技术方案27的电动机控制装置，作为所述影响降低单元，采用在通常的负荷驱动时减轻所述电动机的设备常数的误差或所述传感器的误差影响的结构，所以可高精度实现误差影响的降低，进而可实现与技术方案26一样的作用。
根据技术方案28的电动机控制装置，将压缩机用作所述电动机负荷，作为所述影响降低单元，采用利用压缩机的转矩波动来减轻所述电动机的设备常数的误差或所述传感器的误差影响的结构，所以可根据转矩波动来实现与技术方案26或技术方案27一样的作用。
根据技术方案29的电动机控制装置，作为所述影响降低单元，采用调整设备常数的部分，使基于所述关于转子位置的信息的相对于平均转矩的转矩波动比变为预定的设定值，所以可根据相对平均转矩的转矩波动比来实现与技术方案28一样的作用。
根据技术方案30的电动机控制装置，作为所述影响降低单元，采用将所述转矩波动比的设定值设定为至少对应于旋转速度、转矩或电流而设定的值的结构，所以可对应于外部条件来实现与技术方案28一样的作用。
作进一步说明。
近年来，利用不使用旋转编码器等检测转子位置的转子位置检测方法，可进行细致的角度输出，所以可计算转子的角速度变动，利用该变动，
1、通过反馈角加速度，抑制速度变动，可进行更细致的控制；
2、在抽取基波分量后，以增益无限大来进行反馈，可提高稳定性；
3、通过在高负载时削弱减振控制，削减电流峰值，可实现电机逆变器的成本降低；
4、考虑角加速度变动具有与负荷转矩变动相同的相位，即使增益有限，也可将相位误差变为0。
根据这些见解，完成本发明。
附图说明
图1是表示本发明的电动机控制装置的一实施形态的方框图。
图2是表示各部波形的图。
图3是表示位置检测单元的一个示例的方框图。
图4是表示本发明的电动机控制装置的另一实施形态的方框图。
图5是表示压缩机旋转一转时的压缩机负荷变动的变化图。
图6是说明压缩机的代表性转矩波形的图。
图7是表示本发明的电动机控制装置的再一实施形态的主要部分的电路图。
图8是表示负转矩输出时的波形图。
图9是表示逆变器的详细结构的图。
图10是表示本发明的电动机控制装置的又一实施形态的方框图。
图11是表示电流指令的限制前后示意图。
图12是表示本发明的电动机控制装置的又一实施形态的方框图。
图13是表示在图3的位置检测单元12，电机5的q轴电感Lq比由位置检测单元12设定的Lq仅小10％的情况下的角度误差变迁图。
图14是表示使用位置检测单元使每旋转一转就有反复转矩变动的压缩机根据负荷变动边使输出转矩波动边进行驱动时的各部分的概略波形图。
图15是表示本发明的电动机控制装置的又一实施形态的方框图。
具体实施方式
下面，参照附图来详细说明本发明的电动机控制方法和其装置的实施形态。
图1是表示本发明的电动机控制装置的一实施形态的方框图。
电动机控制装置向转换器2提供交流电源1，得到直流电源，由平滑用电容3进行平滑，通过逆变器4变为交流电源，提供给电动机5。之后，由该电动机(电机)5来驱动压缩机6。
另外，由电压检测单元11a、电流检测单元11b检测提供给电动机5的电压和电流，并提供给位置检测单元12。将从该位置检测单元12输出的角速度提供给微分器13，输出角加速度，由基波分量抽取单元14抽取角加速度的基波分量，提供给振幅调整单元15。另外，通过减法单元16从平均电流指令中减去振幅调整单元15的输出，将该减法结果、电流检测值和来自位置检测单元12的转子位置提供给电流控制单元17，进行电流控制运算，将电流指令提供给逆变器4。
所述压缩机6旋转1转具有1次或2次左右的周期负荷变动。
所述位置检测单元12使用电动机5的电压、电流和磁铁磁通和d轴及q轴电感(Ld、Lq)等设备常数，算出转子的旋转位置、旋转角速度。
所述微分器13对角速度进行微分，算出角加速度。
所述基波分量抽取单元14抽取角加速度的基波分量。因此，作为基波分量抽取单元14的输出，在压缩机6的负荷变动为电动机旋转1转变动1次的情况下，抽取输出频率与电动机转数相同的角加速度变动，在旋转1转变动2次的情况下，抽取输出频率为电动机转数的倍数的角加速度变动。
所述振幅调整单元15放大并输出角加速度的基波分量。这里，振幅调整单元15通常通过积分基波分量的振幅，将放大幅度设定成无限大。
参照图2所示各部分的波形来进一步说明。图2中(A)表示1缸压缩机的轴转矩，图2中(B)表示以平均转矩驱动时的电动机角速度，图2中(C)表示电动机角加速度，图2中(D)表示进行图1控制时的电动机输出转矩。另外，在这些图中，横轴是转子的旋转角度(机械角)。
在以平均转矩(参照图2中(A)(D)的虚线)进行驱动时，在压缩机的轴转矩大于平均转矩时减速，相反，在压缩机的轴转矩小于平均转矩时加速。因此，角加速度形成使压缩转矩大致上下颠倒的形状，角加速度的基波分量如图2中(C)所示。因此，通过使电动机的输出转矩以与角加速度的基波分量成反相的状态而变动，可削减速度变动的基波分量。这里，如图2中(D)所示，在未得到足以抵消速度变动的基波分量的振幅来作为电动机输出转矩的情况下，因为角加速度的基波分量依然残留，所以振幅调整单元可进行调整以输出更大的振幅，结果，用角加速度的基波分量变为0的振幅来进行稳定，
另外，即使在因某种延迟等使输出转矩的相位与角加速度的相位产生若干错位的情况下，检测因压缩机轴转矩与电动机输出转矩的残差转矩引起的角加速度的基波分量，进行控制以抵消该分量，所以最终将角加速度的基波分量控制为0。
通过这种控制，因为可削减速度变动的基波分量，所以可有效削减振动。
在图1的实施形态中，在电流指令上重叠有基波分量，但如上所述，因为若干的相位错位等可通过反馈控制而忽视，所以也可通过不具有电流控制的控制等，在电压指令上直接重叠基波分量。另外，不用说，在进行内部具有转矩指令的控制时，在转矩指令上重叠基波分量也是有效的。
根据该控制，因为仅削减基波分量，所以难以受到控制延迟等的影响，与已知的反复控制等相比，可实现稳定的控制。另外，在驱动压缩机等的情况下，仅通过基波分量的削减就可得到充分的减振效果。
并且，上述说明中仅以基波分量为对象，但除基波分量外，当然也可抽取2次等高次角加速度分量，进行控制，以抵消转矩变动。但是，此时，具有控制变复杂、发散的可能性提高等缺点，另一方面，由于减振性没得到什么提高，有必要通过与要求规格的折衷来选择应成为控制对象的高次分量。
图3是表示位置检测单元的一个示例的方框图，具有：将3相检测电压作为输入并变换为2相电压的第1变换单元121、将3相检测电流作为输入并变换为2相电流的第2变换单元122、算出绕组电阻R引起的电压降的电压降算出单元123、从2相电压中减去算出的电压降的第1减法单元124、积分第1减法单元124的减法结果的积分单元125、算出q轴电感Lq产生的磁通的磁通算出单元126、从积分结果中减去算出的磁通的第2减法单元127、根据第2减法单元127的减法结果算出转子位置的转子位置算出单元128、和对转子位置进行微分后算出角速度的微分单元129。
但是，也可采用其它结构的位置检测单元。
图4是表示本发明的电动机控制装置的另一实施形态的方框图。
本电动机控制装置与图1的电动机控制装置的不同点仅在于用加法单元16’来替代减法单元16，并在振幅调整单元15与加法单元16’之间插入波形发生单元18。
所述波形发生单元18事先设定压缩机的各排出压力、吸入压力的转矩波形和其基波的相位，以每个瞬时的排出压力、吸入压力和来自振幅调整单元15的基波分量的波形，输出转矩波形为基础，使输出波形的基波分量的相位变为将来自振幅调整部15的相位反转后的相位，使输出波形的基波分量的振幅变为来自振幅调整单元15的振幅。这一点，例如可通过在波形发生单元18以基波分量的相位、振幅相同的形式来保持每个波形，并根据输入的相位、振幅边放大边读出，很容易实现。
图5是表示压缩机旋转1转时的压缩机负荷变动的变化图，图5中(A)表示吸入压力低、内部压力难以升高时的转矩变化，图5中(B)表示吸入压力高、内部压力急剧上升时的转矩变化，均以模式方式表示排出压力大致相同时的情况。
将压缩机用于空调机的情况下，可通过冷凝温度、蒸发温度来预测吸入压力、排出压力，所以可通过使用吸入压力、排出压力来控制输出转矩图形，进行较细致的控制。
但是，此时，必需的波形数据量变庞大，在消除该缺点的情况下，例如图6所示，通过求出压缩机的代表性转矩波形来作为图5中(A)(B)的波形的各点平均，可降低数据量，并且不必输入排出压力、吸入压力，可简化结构。
图7是表示本发明的电动机控制装置的再一实施形态的主要部分的电路图。
该电动机控制装置向转换器2提供交流电源1，得到直流电源，用平滑用电容3进行平滑，并由逆变器4变为交流电源后提供给电动机5。之后，该电动机5驱动压缩机6。另外，在转换器2的输出端子间连接再生电阻7。
另外，具有控制单元20，将提供给电动机5的电压、电流和电流指令作为输入，生成电压指令并提供给逆变器4。
所述再生电阻7具有特别大的电阻值，所述控制单元20具有例如图1、图4所示结构。
通常，有可能发生再生的逆变器采用设置再生电阻来消耗再生电力的结构，以防DC电压由于从电动机再生的电力而变为过电压，致使电容和逆变器元件遭到破坏。另外，为了节能，也可以采用与再生电阻串联设置开关，仅在再生动作时连接再生电阻的结构。
另一方面，在为了伴随周期性负荷变动来削减旋转速度变动而进行部分再生动作的情况下，平均旋转1转的电力流向为从逆变器到电动机，DC电压不会因再生而持续上升。因此，通过适当选择设置在逆变器输入侧的电容的容量，可在消除再生电阻引起的能量消耗的状态下持续进行逆变器运转。因此，通过将再生电阻7选择得极大(使消耗能量特别小)或不设置再生电阻，将再生电力再次用于电动机驱动，可实现节能。
图8是表示负转矩输出时的波形图，表示不进行空载时间补偿时的电流指令(参照图8中(A))和输出电流(参照图8中(B))。图8中，示出以作为与感应电压向量方向同方向的q轴方向为轴的旋转坐标系上的电流(q轴电流)。若设电流指令为图8中(A)，则在没有空载时间补偿的情况下，伴随电流指令变小，由于空载时间的影响，电压消失，在电流为O的附近观测到限制指令电流后的图8中(B)波形。在具有电流控制单元的结构中(例如参照图1、图4等)，因为通过电流指令与实际电流之差来适当控制电流，所以如果是缓慢变化，则可忽视空载时间的影响，但对于旋转1转时有1次或2次左右高速变化而言，不能得到充分的增益，所以仍然为图8中(B)的波形。此时，因为用于消除周期负荷变动引起的旋转速度变动的控制单元变得不稳定，所以最好在进行输出时进行空载时间补偿。
图9是表示逆变器的详细结构的图，这里示出3相逆变器。控制空载时间，例如为了使进行u相转换的Tu+、Tu-不会同时接通，在断开Tu+的输入后，附加空载时间期间，接通Tu-的输入。因此，若有空载时间，则形成两个晶体管截止的期间，但此时若电流例如流向电动机，则与Tu-并联连接的二极管导通，结果变为与Tu-导通时相同的结果。相反，当电流从电动机流向逆变器时，因为与Tu+并联连接的二极管导通，所以看到输出电压在感观上是变化的。因此，在进行PWM输出时电流流向电动机的情况下，连接于正极的期间变长，相反，在电流从电动机流出的情况下，连接于负极的期间变长，所以可抑制空载时间引起的电压变化。
图10是表示本发明的电动机控制装置的又一实施形态的方框图。
本电动机控制装置与图1的电动机控制装置的不同之处仅在于，还设置以检测电流为输入的峰值电流控制单元18，并用振幅调整单元15’来代替振幅调整单元15，根据来自峰值电流控制单元18的输出来进行控制。
所述峰值电流控制单元18检测电机电流的峰值，在设想峰值超过考虑逆变器或电机的临界电流而预定的值的情况下，输出抑制振幅的指令。
振幅调整单元15’将振幅抑制指令作为输入，在通过积分等实现无限大增益时，进行通过从积分值中去除一定比例的值等来降低增益的处理，以使此前的角加速度的基波分量变为0。
因此，角加速度的基波分量不变为0，但因为电流指令的振幅变小，所以削减峰值电流，能够以小于等于逆变器器件或电机的临界电流的电流来进行持续驱动。
换言之，因为可使用电流容量小的逆变器器件或电机，所以可实现成本降低。
图11是分别表示电流指令的限制前后的示意图，图11中(A)表示限制前的电流指令波形，图11中(B)表示限制后的电流指令波形。另外，该波形是向电流指令施加了用于去除周期转矩变动用的信号后的波形。另外，通过限制来得到偏向峰值电流低的形状的电流指令的处理，例如可由振幅调整单元来实现。
若图11中(A)的波形进一步变大而达到峰值电流设定值，则通过限制电流指令，削减峰值电流。若此时的平均电流不变，则平均转矩降低，速度降低。因此，通过速度控制环路等使平均电流指令值上升，并进行限制，可边维持平均速度边削减峰值电流。该场合与前述的调整振幅的场合相比，可等价输出大的基波分量，所以可边保持峰值电流边扩大达到基波分量为0的转矩变动量。
图12是表示本发明的电动机控制装置的又一实施形态的方框图。
本电动机控制装置与图1的电动机控制装置的不同之处仅在于，还设置将来自振幅调整单元15的输出作为输入的误差削减单元19，并采用位置检测单元12’来代替位置检测单元12，根据来自误差削减单元19的输出来进行控制。
所述误差削减单元19例如具有预定的压缩机的转矩变动量的大小，比较来自振幅调整单元15的转矩变动量输出与该设定值，输出Lq的补偿指令。所述位置检测单元12’例如响应Lq补偿指令并补偿Lq，使用补偿后的Lq来输出转子位置、角速度。
图13是在表示图3的位置检测单元12，电动机5的q轴电感Lq比由位置检测单元12设定的Lq仅小10％的情况下的角度误差变迁图。该图中表示负荷与时间一起缓慢上升的情况。从该图可知，推定角度随着负荷的增大而延迟。
图14表示使用位置检测单元12，使每旋转一转就具有反复转矩变动的压缩机6根据负荷变动边使输出转矩波动边进行驱动时的各部分的概略波形。在没有误差的情况下，因为输出转矩随着负荷转矩的增大而增加，所以旋转速度不会有大的变动，可保持恒定旋转(参照图14中(A))。但是，在Ld小的情况下，因为位置检测单元12随着输出转矩增大而在负方向上产生误差，所以产生与输出转矩同相位的角加速度误差，在转矩大的部分中观测到的角加速度大(参照图14中(B))。另外，因为根据该信息来进行转矩控制，所以可进行比实际规定的转矩小的转矩变动。
另一方面，因为压缩机6的转矩变动量根据压缩机6的结构而基本恒定，所以比较压缩机6具有的转矩变动量与通过控制输出的转矩变动的大小，在通过控制输出的转矩变动量小的情况下，可知由位置检测单元12设定的Lq比实际电机的Lq小。
因此，图12的误差削减单元19通过比较两转矩变动量，输出Lq补偿指令，可实现位置检测单元12’的Lq的补偿。
这里仅描述了Lq的误差削减，但在例如图3的位置检测单元的情况下，其它设备常数或电流检测器或电压检测器的增益等存在误差的情况下也可进行同样的操作，所以可用同样的方法来进行误差削减。另外，在多个参数产生误差的情况下，不能削减各误差，但例如可通过调整Lq来削减因这些结果产生的位置检测误差。
在采用图3以外的位置检测单元的情况下，通常由于对应于输出转矩产生的位置检测误差的代码与参数的误差代码存在相关关系，所以可利用该相关关系来削减参数的误差。
图15是表示本发明的电动机控制装置的又一实施形态的方框图。
本电动机控制装置与图12的电动机控制装置的不同之处仅在于，采用误差削减单元19’来代替误差削减单元19，将来自振幅调整单元15的输出、检测电流和角速度作为输入。
所述误差削减单元19’事先对应角速度、电流来设定最佳的转矩变动比，输出参数调整指令，以变为对应于角速度、电流而设定的转矩变动比。
压缩机6的负荷变动根据压缩机的结构基本已大致确定，但如图5所示，也随外部条件而变化。因此，可通过使用电流、角速度等信息使负荷变动比率变化，来实现正确的位置检测误差的削减。即，通过调整位置检测单元12’的参数来变为根据角速度、电流而设定的转矩变动比，可削减位置检测误差，防止速度变动。
技术方案1的发明可实现如下特有效果，即在控制电压、电流来抑制负荷转矩变动引起的速度变动时，可提高稳定性，同时，可实现成本降低。
在未得到足以抵消速度变动的基波分量的振幅来作为输出转矩的情况下，因为角加速度的基波分量依然残留，所以可进行调整以输出更大的振幅，用角加速度的基波分量变为0的振幅来进行稳定。
技术方案2的发明可实现与技术方案1一样的效果。
技术方案3的发明可进行对应于转矩变动的细致的控制，进而可实现与技术方案1一样的效果。
技术方案4的发明可简单进行对应于转矩变动的细致的控制，进而可实现与技术方案1一样的效果。
技术方案5的发明可实现如下特有效果，即平均旋转一转时的电力流向变为从逆变器指向电动机的方向，直流电压不会因再生而持续上升，所以可通过活用再生电力来实现节电。
技术方案6的发明除能抑制空载时间引起的电压变化外，还可实现与技术方案5一样的效果。
技术方案7的发明可实现如下特有效果，即不必设定电流容量大的逆变器的功率器件，可实现成本降低。
技术方案8的发明通过使输出转矩变动的振幅减少，可实现与技术方案7一样的效果。
技术方案9的发明通过将电流、电压或转矩指令的波形变更为峰值电流比平均电流低的波形，可实现与技术方案7一样的效果。
技术方案10的发明可实现与技术方案9一样的效果。
技术方案11的发明可实现如下特有效果，即可提高转子位置检测精度，进而提高电动机的控制精度。
技术方案12的发明可高精度实现误差影响的降低，进而可实现与技术方案11一样的效果。
技术方案13的发明可根据转矩波动来实现与技术方案11或技术方案12一样的效果。
技术方案14的发明可根据相对平均转矩的转矩波动比来实现与技术方案13一样的效果。
技术方案15的发明可对应于外部条件来实现与技术方案13一样的效果。
技术方案16的发明可实现如下特有效果，即在控制电压、电流来抑制负荷转矩变动引起的速度变动时，可提高稳定性，同时，可实现成本降低。
在未得到足以抵消速度变动的基波分量的振幅来作为输出转矩的情况下，因为角加速度的基波分量依然残留，所以可进行调整以输出更大的振幅，用角加速度的基波分量变为0的振幅来进行稳定。
技术方案17的发明可实现与技术方案16一样的效果。
技术方案18的发明可进行对应于转矩变动的细致的控制，进而可实现与技术方案16一样的效果。
技术方案19的发明可简单进行对应于转矩变动的细致的控制，进而可实现与技术方案16一样的效果。
技术方案20的发明可实现如下特有效果，即平均旋转一转时的电力流向变为从逆变器指向电动机的方向，直流电压不会因再生而持续上升，所以可通过活用再生电力来实现节电。
技术方案21的发明除能抑制空载时间引起的电压变化外，还可实现与技术方案20一样的效果。
技术方案22的发明可实现如下特有效果，即不必设定电流容量大的逆变器的功率器件，可实现成本降低。
技术方案23的发明通过使输出转矩变动的振幅减少，可实现与技术方案22一样的效果。
技术方案24的发明通过将电流、电压或转矩指令的波形变更为峰值电流比平均电流低的波形，可实现与技术方案22一样的效果。
技术方案25的发明可实现与技术方案24一样的效果。
技术方案26的发明可实现如下特有效果，即可提高转子位置检测精度，进而提高电动机的控制精度。
技术方案27的发明可高精度实现误差影响的降低，进而可实现与技术方案26一样的效果。
技术方案28的发明可根据转矩波动来实现与技术方案26或技术方案27一样的效果。
技术方案29的发明可根据相对平均转矩的转矩波动比来实现与技术方案28一样的效果。
技术方案30的发明可对应于外部条件来实现与技术方案28一样的效果。

Claims (30)

1、一种电动机控制方法，控制施加到电动机(5)上的电压、电流或转矩指令来抑制驱动周期性负荷(6)的电动机(5)的旋转速度变动，其特征在于：至少检测角加速度的基波分量，控制施加到电动机(5)上的电压、电流或转矩指令，使输出转矩变动的基波分量的相位与所检测的角加速度的基波分量的相位反相，并且
控制输出转矩变动的振幅以使所述角加速度的基波分量变为0。
2、根据权利要求1所述的电动机控制方法，其特征在于：所述施加的电压、电流、转矩指令中至少一方是由直流分量与基波分量之和构成。
3、根据权利要求1所述的电动机控制方法，其特征在于：所述电动机(5)驱动压缩机(6)，对应于压缩机(6)的转矩变动波形来形成所述施加的电压、电流或转矩指令。
4、根据权利要求1所述的电动机控制方法，其特征在于：所述电动机(5)驱动压缩机(6)，根据压缩机(6)的不同吸入压力的平均转矩波形来形成所述施加的电压、电流或转矩指令。
5、一种电动机控制方法，控制从逆变器(4)施加到电动机(5)上的电压、电流或转矩指令来抑制电动机(5)对周期性负荷(6)的旋转速度变动，其特征在于：所述逆变器(4)进行一部分负转矩输出，将此时再生的电力再次用于电动机驱动。
6、根据权利要求5所述的电动机控制方法，其特征在于：还进行所述施加的电压的空载时间补偿。
7、一种电动机控制方法，控制从逆变器(4)施加到电动机(5)上的电压、电流或转矩指令来抑制电动机(5)对周期性负荷(6)的旋转速度变动，其特征在于包括以下步骤：检测施加到电动机(5)的电流是否超过逆变器(4)的功率器件的电流最大值；以及控制施加到电动机(5)的电压、电流，使施加到电动机(5)的电流不超过逆变器(4)的功率器件的电流最大值，且抑制电动机(5)的旋转速度变动。
8、根据权利要求7所述的电动机控制方法，其特征在于：所述控制施加到电动机(5)的电压、电流，使施加到电动机(5)的电流不超过逆变器(4)的功率器件的电流最大值的步骤使输出转矩变动的振幅减少。
9、根据权利要求7所述的电动机控制方法，其特征在于：所述控制施加到电动机(5)的电压、电流，使施加到电动机(5)的电流不超过逆变器(4)的功率器件的电流最大值的步骤将所述施加的电压、电流或转矩指令的波形变更为峰值电流相对于平均电流变低的波形。
10、根据权利要求9所述的电动机控制方法，其特征在于：利用规定值来限制所述施加的电压、电流或转矩指令的波形，从而进行所述波形变更。
11、一种电动机控制方法，使用施加于电动机(5)上的电流、电压和电动机(5)的设备常数来算出关于转子位置的信息，根据算出的信息来控制施加到电动机(5)上的电压或电流，其特征在于包括以下步骤：将负荷的变动特性与预先设定的负荷变动量进行比较；和根据比较结果而校正预先设定的电动机(5)的设备常数和电流、电压检测用的传感器(11a)(11b)的输出。
12、根据权利要求11所述的电动机控制方法，其特征在于：在通常的负荷驱动时减轻所述电动机(5)的设备常数的误差或所述传感器(11a)(11b)的误差影响。
13、根据权利要求11或12所述的电动机控制方法，其特征在于：所述电动机(5)的负荷是压缩机(6)，利用压缩机(6)的转矩波动来减轻所述电动机(5)的设备常数的误差或所述传感器(11a)(11b)的误差影响。
14、根据权利要求13所述的电动机控制方法，其特征在于：调整设备常数，使输出转矩相对于平均转矩的转矩波动比变为预定的设定值，所述转矩波动比是基于所述关于转子位置的信息得到的。
15、根据权利要求14所述的电动机控制方法，其特征在于：所述转矩波动比的设定值是至少对应于旋转速度、转矩或电流来设定的值。
16、一种电动机控制装置，控制施加到电动机(5)上的电压、电流或转矩指令来抑制驱动周期性负荷(6)的电动机(5)的旋转速度变动，其特征在于包括：位置检测单元(12)，用于检测角速度；微分器(13)，用于根据所检测的角速度输出角加速度；基波分量抽取单元(14)，用于至少检测角加速度的基波分量；振幅调整单元(15)，用于根据基波分量输出调整量；减法单元(16)，用于从电压或电流指令中减去调整量；和控制单元(17)，用于根据减法单元(16)的输出来控制施加到电动机(5)上的电压或电流，使输出转矩变动的基波分量的相位与所述检测角加速度的基波分量的相位反相，
所述控制单元(17)控制输出转矩变动的振幅，以使所述角加速度的基波分量变为0。
17、根据权利要求16所述的电动机控制装置，其特征在于：所述控制单元(17)将直流分量与基波分量之和用作施加的电压、电流、转矩指令中至少一方。
18、根据权利要求16所述的电动机控制装置，其特征在于：所述电动机(5)驱动压缩机(6)，所述控制单元(17)将对应于压缩机(6)的转矩变动波形而形成的量用作所述施加的电压、电流或转矩指令。
19、根据权利要求16所述的电动机控制装置，其特征在于：所述电动机(5)驱动压缩机(6)，所述控制单元(17)将根据压缩机(6)的不同吸入压力的平均转矩波形而形成的量用作所述施加的电压、电流或转矩指令。
20、一种电动机控制装置，控制从逆变器(4)施加到电动机(5)上的电压、电流或转矩指令来抑制电动机(5)对周期性负荷(6)的旋转速度变动，其特征在于包括：位置检测单元(12)，用于检测角速度；微分器(13)，用于根据所检测的角速度输出角加速度；基波分量抽取单元(14)，用于至少检测角加速度的基波分量；振幅调整单元(15)，用于根据基波分量输出调整量；减法单元(16)，用于从电压或电流指令中减去调整量；和控制单元(17)，用于根据减法单元(16)的输出来控制施加到电动机(5)上的电压或电流，其中，作为所述逆变器(4)，采用进行一部分负转矩输出，将此时再生的电力再次用于电动机驱动的结构。
21、根据权利要求20所述的电动机控制装置，其特征在于：所述逆变器(4)还进行所述施加的电压的空载时间补偿。
22、一种电动机控制装置，控制从逆变器(4)施加到电动机(5)上的电压、电流或转矩指令来抑制电动机(5)对周期性负荷(6)的旋转速度变动，其特征在于包括：位置检测单元(12)，用于检测角速度；微分器(13)，用于根据所检测的角速度输出角加速度；基波分量抽取单元(14)，用于至少检测角加速度的基波分量；振幅调整单元(15)，用于根据基波分量输出调整量；减法单元(16)，用于从电压或电流指令中减去调整量；控制单元(17)，用于根据减法单元(16)的输出来控制施加到电动机(5)上的电压或电流；峰值电流控制单元(18)，用于检测电流的峰值，并据此向振幅调整单元(15)输出抑制振幅的指令，使得施加到电动机(5)的电流不超过逆变器(4)的功率器件的电流最大值，且抑制电动机(5)的旋转速度变动。
23、根据权利要求22所述的电动机控制装置，其特征在于：所述峰值电流控制单元(18)使输出转矩变动的振幅减少。
24、根据权利要求22所述的电动机控制装置，其特征在于：所述峰值电流控制单元(18)将所述施加的电压、电流或转矩指令的波形变更为峰值电流相对于平均电流变低的波形。
25、根据权利要求24所述的电动机控制装置，其特征在于：所述峰值电流控制单元(18)利用规定值来限制所述施加的电压、电流或转矩指令的波形，从而进行所述波形变更。
26、一种电动机控制装置，使用施加于电动机(5)上的电流、电压和电动机(5)的设备常数来算出关于转子位置的信息，根据算出的信息来控制施加到电动机(5)上的电压或电流，其特征在于包括：位置检测单元(12)，用于检测角速度；微分器(13)，用于根据所检测的角速度输出角加速度；基波分量抽取单元(14)，用于至少检测角加速度的基波分量；振幅调整单元(15)，用于根据基波分量输出调整量；减法单元(16)，用于从电压或电流指令中减去调整量；控制单元(17)，用于根据减法单元(16)的输出来控制施加到电动机(5)上的电压或电流；影响降低单元(19)，用于根据振幅调整单元(15)的调整量向位置检测单元(12)输出补偿指令，从而减轻电动机(5)的设备常数的误差或电流、电压检测用传感器(11a)(11b)误差的影响。
27、根据权利要求26所述的电动机控制装置，其特征在于：所述影响降低单元(19)在通常的负荷驱动时减轻所述电动机(5)的设备常数的误差或所述传感器(11a)(11b)的误差影响。
28、根据权利要求27所述的电动机控制装置，其特征在于：所述电动机(5)的负荷是压缩机(6)，所述影响降低单元(19)利用压缩机(6)的转矩波动来减轻所述电动机(5)的设备常数的误差或所述传感器(11a)(11b)的误差影响。
29、根据权利要求28所述的电动机控制装置，其特征在于：所述影响降低单元(19)调整设备常数，使输出转矩相对于平均转矩的转矩波动比变为预定的设定值，所述转矩波动比是基于所述关于转子位置的信息得到的。
30、根据权利要求29所述的电动机控制装置，其特征在于：所述影响降低单元(19)将所述转矩波动比的设定值设定为至少对应于旋转速度、转矩或电流来设定的值。
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