CN1913340A - 永久磁体同步电机的矢量控制装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种能够实现高精度且响应性良好的转矩控制的永久磁体同步电机的矢量控制装置。本发明的永久磁体同步电机的矢量控制装置，具有：使用第二d轴电流指令值与第二q轴电流指令值、电力变换器的输出电流的检测值、以及电机常数设定值，来确定与电力变换器相连接的永久磁体同步电机的电机常数的电机常数确定计算部。在矢量控制计算中，使用该电机常数确定计算部所确定的电机常数，对上述永久磁体同步电机进行驱动控制。

Description

永久磁体同步电机的矢量控制装置

技术领域

本发明涉及一种永久磁体同步电机的矢量控制装置，涉及一种在实际运转之前或实际运转中，确定电机常数，并且自动修正控制系统中所设定的电机常数，通过这样来实现高精度、响应性良好的矢量控制的控制装置。

背景技术

专利文献1中，记载有永久磁体同步电机的矢量控制方式中的电机常数的确定(identification)技术。专利文献1中，公开了一种给电力变换器(power converter)安装电压检测器，计算出d轴以及q轴的电压检测值，并通过下述3个工序来确定电机常数的技术。

(1)根据矢量控制中的q轴(转矩)成分的电压指令值与电压检测值的偏差，确定电机的感应电压系数。

(2)根据d轴(磁通量)成分的电压指令值与电压检测值的偏差，确定电机电阻值。

(3)在上述(2)所确定的电机的电阻值超过了限制值的情况下，切换到根据d轴成分的电压偏差，确定q轴电感的动作。

【专利文献1】特开2001-145399号公报((0008)段至(0010)段的记载。)

上述专利文献1中所记载的方法中，电力变换器中需要专用的电压检测器，另外，因电压偏移等，有可能导致控制中所使用的电机常数的确定精度恶化，导致控制特性恶化。

发明内容

本发明的目的在于，提供一种不用新增加检测器等，就能够实现高精度且响应性良好的转矩控制的永久磁体同步电机的矢量控制装置。

本发明的永久磁体同步电机的矢量控制装置，使用通过第一d轴及q轴电流指令值与电流检测值计算出的中间的第二电流指令值与频率指令值以及电机常数，

(1)在低速域中，使用第二d轴电流指令值或第二q轴电流指令值，来确定电机的电阻值。

(2)在高速域中，将d轴电流控制为“零”与“零以外的给定值”，并使用第二d轴电流指令值，来确定感应电压系数与d轴电感值。

(3)高速域中，如果q轴电流为“给定值以上”，则使用第二q轴指令值，来确定q轴电感值。

(4)使用这些电机常数的确定值，自动修正电压指令运算或第二电流指令运算中所使用的控制增益。

本发明的永久磁体同步电机的矢量控制装置中，能够实现高精度且响应性良好的转矩控制。

附图说明

图1为实施例1的永久磁体电机的矢量控制装置的结构图。

图2为实施例1中，电机的电感值与矢量计算中所设定的电感设定值相一致的情况下的电流控制特性的说明图。

图3为电机的电感值与矢量计算中所设定的电感设定值不一致的情况下的电流控制特性的说明图。

图4为实施例1的电机常数确定计算部11的信号发生部101的动作说明图。

图5为实施例1的电机常数确定计算部11的低速域的电阻的确定值R^的计算的说明图。

图6为实施例1的电机常数确定计算部11的信号发生部106的动作说明图。

图7为实施例1的电机常数确定计算部11的第一d轴电流指令值Id*的设定模式与两个确定区间的动作的说明图。

图8为实施例1的电机常数确定计算部11的感应电压系数的确定值Ke^与d轴电感值的确定值Ld^的计算的说明图。

图9为实施例1的电机常数确定计算部11的q轴电感值的确定值Lq^的计算的示意图。

图10为实施例2的永久磁体电机的矢量控制装置的结构图。

图11为实施例3的永久磁体电机的矢量控制装置的结构图。

图12为实施例4的永久磁体电机的矢量控制装置的结构图。

图13为实施例5的永久磁体电机的矢量控制装置的结构图。

图中：1-永久磁体同步电机，2-电力变换器，3-电流检测器，4-磁极位置检测器，5-频率计算部，6-相位计算部，7、13-坐标变换部，8-d轴电流指令发生部，9、9’-d轴电流指令计算部，10、10’-q轴电流指令计算部，11-电机常数确定计算部，12-矢量控制计算部，14-电流推定部，15、15’-相位误差推定部，16-频率推定部，17-电流再现部，21-直流电源，101、106-信号发生部，103、1009-判断部，104、1010-切换部，109-存储第二d轴电流指令值Id^**的机构，Id、Iq-电机电流，Id^*-第一d轴电流指令值，Id^**-第二d轴电流指令值，Idc-d轴电流检测值，Iq^*-第一q轴电流指令值，Iq^**-第二q轴电流指令值，Iqc-q轴电流检测值，Iu、Iv、Iw-3相交流电流，Iuc、Ivc、Iwc-3相交流电流的检测值，Ke-感应电压系数，Ke^*-感应电压系数的设定值，Ke^-感应电压系数的确定值，Ld-d轴电感值，Ld^*-d轴电感值的设定值，Ld^-d轴电感的确定值，Lq-q轴电感值，Lq^*-q轴电感值的设定值，Lq^-q轴电感的确定值，R-电阻值，R^*-电阻值的设定值，R^-电阻的确定值，Vd、Vq-电机的加载电压，Vd^**-第二d轴的电压指令值，Vq^**-第二q轴的电压指令值，Vu^*、Vv^*、Vw^*-3相交流的电压指令值，θc^*-旋转相位指令值，ω₁ ^*-频率指令值，Δθ-轴误差，Δθc、Δθc’-相位误差计算值，Δθc^*-旋转相位指令，I_DC-电力变换器的输入母线中流通的直流电流。

具体实施方式

下面对照附图对本发明的实施例进行详细说明。

图1中示出了本实施例的永久磁体同步电机的矢量控制装置的构成例。符号1为永久磁体同步电机。2为输出与3相交流的电压指令值Vu^*、Vv^*、Vw^*成比例的电压的电力变换器，21为直流电源。3为能够检测出3相交流电流Iu、Iv、Iw的电流检测器。4为能够检测出电机的每60°电角的位置检测值θ_i的磁极位置检测器。5为根据位置检测值θ_i计算频率指令值ω₁ ^*的频率计算部。6为根据位置检测值θ_i与频率指令值ω₁ ^*计算电机的旋转相位指令值θc^*的相位计算部。7为根据上述3相交流电流的检测值Iuc、Ivc、Iwc与旋转相位指令值θc^*，输出d轴电流检测值Idc、q轴电流检测值Iqc的坐标变换部。8为设定d轴电流指令值Id^*的d轴电流指令发生部。9为根据从上位获取的第一d轴电流指令值Id^*与d轴电流检测值Idc的偏差，输出第二d轴电流指令值Id^**的d轴电流指令计算部。10为根据从上位获取的第一q轴电流指令值Iq^*与q轴电流检测值Iqc的偏差，输出第二q轴电流指令值Iq^**的q轴电流指令计算部。11为根据第二d轴电流指令值Id^**、第二q轴电流指令值Iq^**与d轴电流检测值Idc、q轴电流检测值Iqc以及永久磁体同步电机1的电气常数的设定值，计算电阻的确定值R^、d轴电感的确定值Ld^、q轴电感的确定值Lq^、以及感应电压系数的确定值Ke^的电机常数确定计算部。12为使用第二d轴电流指令值Id^**、第二q轴电流指令值Iq^**与频率指令值ω₁ ^*以及电机常数的设定值(R^*、Ld^*、Lq^*、Ke^*)，或电机常数确定计算部11的输出值即电阻的确定值R^、d轴电感的确定值Ld^、q轴电感的确定值Lq^、以及感应电压系数的确定值Ke^，输出第二d轴电压指令值Vd^**、第二q轴电压指令值Vq^**的矢量控制计算部。13为根据第二d轴电压指令值Vd^**、第二q轴电压指令值Vq^**以及旋转相位指令值θc^*，输出3相交流的电压指令值Vu^*、Vv^*、Vw^*的坐标变换部。

首先，对电压与相位的控制方法进行说明。电压控制的基本动作，由d轴电流指令计算部9以及q轴电流指令计算部10，使用从上位获取的第一d轴电流指令值Id^*、第一q轴电流指令值Iq^*以及d轴电流检测值Idc、q轴电流检测值Iqc，计算出矢量控制计算中所使用的中间的第二d轴电流指令值Id^**、第二q轴电流指令值Iq^**。

矢量控制计算部12中，使用第二d轴电流指令值Id^**、第二q轴电流指令值Iq^**与频率指令值ω₁ ^*以及电机常数的设定值，计算(公式1)所示的第二d轴电压指令值Vd^**、第二q轴电压指令值Vq^**，并控制电力变换器的3相交流的电压指令值Vu^*、Vv^*、Vw^*。

【公式1】

$\left[\begin{array}{c}{\mathrm{Vd}}^{**}\\ {\mathrm{Vq}}^{**}\end{array}\right]=\left[\begin{array}{cc}{R}^{*}& -{{\mathrm{\ω}}_1}^{*}\·{\mathrm{Lq}}^{*}\\ {{\mathrm{\ω}}_1}^{*}\·{\mathrm{Ld}}^{*}& R^{*}\end{array}\right]\·\left[\begin{array}{c}{\mathrm{ld}}^{**}\\ {\mathrm{lq}}^{**}\end{array}\right]+\left[\begin{array}{c}0\\ {{\mathrm{\ω}}_1}^{*}\·{\mathrm{Ke}}^{*}\end{array}\right]$

…(公式1)

这里，R^*为电阻值的设定值，Ld^*为d轴电感值的设定值，Lq^*为q轴电感值的设定值，Ke^*为感应电压系数的设定值。

另外，关于相位控制的基本动作，磁极位置检测器4能够掌握每60°电角的磁极位置。此时的位置检测值θ_i，在本实施例中如(公式2)所示。

【公式2】

θ_i＝60i+30

                …(公式2)

这里，i＝0、1、2、3、4、5。

频率计算部5中，根据该位置检测值θ_i，按照(公式3)计算出作为最短60°区间的平均旋转速度的频率指令值ω₁ ^*。

【公式3】

${{\mathrm{\ω}}_1}^{*}=\frac{\mathrm{\Δ\θ}}{\mathrm{\Δt}}$ …(公式3)

这里，轴误差Δθ表示θ_i-θ_(i-1)，Δt为到检测出60°区间的位置检测信号为止的时间。

相位计算部6中，使用位置检测值θ_i与频率指令值ω₁ ^*，如(公式4)所示计算旋转相位指令值θc^*，控制永久磁体同步电机1的基准相位。

【公式4】

θc^*(i)＝θ(i-1)+ω₁ ^*·Δt      …(公式4)

以上为永久磁体同步电机的矢量控制装置中的电压控制与相位控制的基本动作。

接下来，首先对没有电机常数确定计算部11的情况下(电机常数的设定值为R^*、Ld^*、Lq^*、Ke^*)的控制特性进行说明。图2表示在图1的控制装置中，没有电机常数的设定误差的情况下的电流阶梯响应特性，图3表示在有电机常数的设定误差的情况下的电流阶梯响应特性。

图2为永久磁体同步电机1的d轴电感值Ld、q轴电感值Lq，与矢量控制计算部12中所设定的d轴电感值的设定值Ld^*、q轴电感值的设定值Lq^*相一致的情况(Ld^*＝Ld、Lq^*＝Lq)下的特性。在电机以一定速度运转时，在时间0.1[s]的A点中，如果让第一q轴电流指令值Iq^*如虚线所示进行阶梯变化，q轴电流检测值Iqc以响应时间1.6[ms]无超调快速跟随。

但是，在电机的d轴电感值Ld、q轴电感值Lq与d轴电感值的设定值Ld^*、q轴电感值的设定值Lq^*不一致的情况下(Ld^*＝0.5×Ld，Lq^*＝0.5×Lq)的图3中，相对第一q轴电流指令值Iq^*，q轴电流检测值Iqc的跟随特性恶化，并且还产生超调。也即，如果存在电机常数的设定误差，便会发生对电流指令值的跟随特性的恶化或超调，最终导致转矩响应、转矩精度的恶化。

接下来，对电机常数的确定原理进行说明。矢量控制计算部12中，计算出如(公式1)所示的第二d轴电压指令值Vd^**、第二q轴电压指令值Vq^**。下面，标注有*的符号表示设定值。电机的加载电压Vd、Vq，如果使用电机电流Id、Iq、电机常数来表示，则变为(公式5)所示。

【公式5】

$\left[\begin{array}{c}\mathrm{Vd}\\ \mathrm{Vq}\end{array}\right]=\left[\begin{array}{cc}R& -{\mathrm{\ω}}_1\·\mathrm{Lq}\\ {\mathrm{\ω}}_1\·\mathrm{Ld}& R\end{array}\right]\·\left[\begin{array}{c}\mathrm{ld}\\ \mathrm{lq}\end{array}\right]+\left[\begin{array}{c}0\\ {\mathrm{\ω}}_1\·\mathrm{Ke}\end{array}\right]$

                      …(公式5)

这里，ω₁是频率，如果设ω₁为频率指令值ω₁ ^*，另外电机电流Id、Iq为d轴电流指令值Idc、q轴电流指令值Iqc，则根据(公式1)与(公式5)的右边相一致的关系，d轴电流指令计算部9、q轴电流指令计算部10的输出值即第二d轴电流指令值Id^**、第二q轴电流指令值Iq^**，能够通过(公式6)来表示。

【公式6】

$\left[\begin{array}{c}{\mathrm{ld}}^{**}\\ {\mathrm{lq}}^{**}\end{array}\right]$

$=\left[\begin{array}{c}\frac{(R\·R^{*}+{{\mathrm{\ω}}_1}^2\·\mathrm{Ld}\·{\mathrm{Lq}}^{*})\·\mathrm{ldc}+{\mathrm{\ω}}_1\·(R{\·\mathrm{Lq}}^{*}-R\·\mathrm{Lq})\·\mathrm{lqc}+{{\mathrm{\ω}}_1}^2\·{\mathrm{Lq}}^{*}\·(\mathrm{Ke}-{\mathrm{Ke}}^{*})}{R^{*}+{{\mathrm{\ω}}_1}^2{\·\mathrm{Ld}}^{*}\·{\mathrm{Lq}}^{*}}\\ \frac{(R\·R^{*}+{{\mathrm{\ω}}_1}^2{\·\mathrm{Ld}}^{*}\·\mathrm{Lq})\·\mathrm{lqc}+{\mathrm{\ω}}_1\·(R^{*}\·\mathrm{Ld}-R\·{\mathrm{Ld}}^{*})\·\mathrm{ldc}+{\mathrm{\ω}}_1\·r^{*}\·(\mathrm{Ke}-{\mathrm{Ke}}^{*})}{R^{*2}+{{\mathrm{\ω}}_1}^2\·{\mathrm{Ld}}^{*}\·{\mathrm{Lq}}^{*}}\end{array}\right]$

…(公式6)

接下来，在“低速域”和“高速域”的区间中，对第二d轴电流指令值Id^**、第二q轴电流指令值Iq^**中所体现的参数敏感度进行调查。首先，“低速域”区间中，根据(公式7)的关系，

【公式7】

R^*2＞＞ω₁ ²·Ld^*·Lq^*

                            …(公式7)

对频率ω₁进行整理后，则变为(公式8)。

【公式8】

${\mathrm{\&omega;}}_1<<\frac{R^{*}}{\sqrt{{\mathrm{Ld}}^{*}\&CenterDot;{\mathrm{Lq}}^{*}}}$ …(公式8)

于是，根据(公式6)，(公式9)这种近似成立。

【公式9】

                   …(公式9)

进而，频率ω₁变为零附近后，则

【公式10】

$\left[\begin{array}{c}{\mathrm{ld}}^{**}\\ {\mathrm{lq}}^{**}\end{array}\right]\&ap;\left[\begin{array}{c}\frac{R}{R^{*}}\&CenterDot;\mathrm{ldc}\\ \frac{R}{R^{*}}\&CenterDot;\mathrm{lqc}\end{array}\right]$ …(公式10)

根据(公式10)，能够使用第二电流指令值(第二d轴电流指令值Id^**、第二q轴电流指令值Iq^**中的至少一方)与电阻的设定值R^*以及电流检测值(d轴电流检测值Idc、q轴电流检测值Iqc中的至少一方)或第一电流指令值(第一d轴电流指令值Id^*、第一q轴电流指令值Iq^*中的至少一方)，来确定电机的电阻值R。通过(公式11)、(公式12)计算出电阻的确定值R^。

【公式11】

…(公式11)

【公式12】

…(公式12)

也即，“低速域”区间中，能够通过第二电流指令值(第二d轴电流指令值Id^**、第二q轴电流指令值Iq^**中的至少一方)来确定电机的电阻值R。另外，“高速域”区间中，根据(公式13)的关系，(公式14)成立。

【公式13】

R^*2＜＜ω₁ ²·Ld^*·Lq^*

                            …(公式13)

【公式14】

${\mathrm{\&omega;}}_1>>\frac{R^{*}}{\sqrt{{\mathrm{Ld}}^{*}\&CenterDot;{\mathrm{Lq}}^{*}}}$ …(公式14)

于是，(公式6)变为(公式15)。

【公式15】

$\left[\begin{array}{c}{\mathrm{ld}}^{**}\\ {\mathrm{lq}}^{**}\end{array}\right]$

                       …(公式15)

这里，根据ω₁较大(ω₁ ²＞＞ω₁)，能够得到(公式16)。

【公式16】

$\left[\begin{array}{c}{\mathrm{ld}}^{**}\\ {\mathrm{lq}}^{**}\end{array}\right]\&ap;\left[\begin{array}{c}\frac{\mathrm{Ld}}{{\mathrm{Ld}}^{*}}\&CenterDot;\mathrm{ldc}+\frac{(\mathrm{Ke}-{\mathrm{Ke}}^{*})}{{\mathrm{Ld}}^{*}}\\ \frac{\mathrm{Lq}}{{\mathrm{Lq}}^{*}}\&CenterDot;\mathrm{lqc}\end{array}\right]$ …(公式16)

通过(公式16)可以得知，根据第二d轴电流指令值Id^**能够确定感应电压系数Ke与d轴电感值Ld，根据第二q轴电流指令值Iq^**能够确定q轴电感值Lq。首先着眼于第二d轴电流指令值Id^**，在d轴电流检测值Idc为“零”时，根据第二d轴电流指令值Id^**能够确定电机的感应电压系数Ke。感应电压系数Ke的确定值Ke^，通过(公式17)来计算。

【公式17】

Ke^＝Id^**·Ld^*+Ke^*

                        …(公式17)

接下来，流通电流使得d轴电流检测值Idc变为给定值，使用此时所产生的第二d轴电流指令值Id^**与d轴电流检测值Idc(或第一d轴电流指令值Id^*)、以及d轴电流检测值Idc为“零”的区间中所产生的第二d轴电流指令值Id^** ₀，按照(公式18)计算d轴电感的确定值Ld^。

【公式18】

…(公式18)

这次，着眼于第二q轴电流指令值Iq^**，可用第二q轴电流指令值Iq^**与q轴电感值的设定值Lq^*以及q轴电流检测值Iqc、或第一q轴电流指令值Iq^*，确定电机的q轴电感值Lq。根据(公式19)计算q轴电感的确定值Lq^。

【公式19】

…(公式19)

以上是电机常数的确定原理的说明。这里，使用图4与图5，对本发明的电机常数确定计算部11的构成进行说明。首先，使用图4对“低速域”区间所执行的“电阻值R的确定计算”进行说明。将频率指令值ω₁ ^*输入给判断“低速域”区间的信号发生部101后，信号发生部101中，将频率指令值ω₁ ^*与低速域检测水平low_mod_lvl进行比较，通过(公式20)的关系，生成判断标志位low_mod_flg。

【公式20】

$\left(\begin{array}{cc}{{\mathrm{\&omega;}}_1}^{*}\&GreaterEqual;\mathrm{low}\_\mathrm{mod}\_\mathrm{lvl}:& \mathrm{low}\_\mathrm{mod}\_\mathrm{flg}=0\\ {{\mathrm{\&omega;}}_1}^{*}<\mathrm{low}\_\mathrm{mod}\_\mathrm{lvl}:& \mathrm{low}\_\mathrm{mod}\_\mathrm{flg}=1\end{array}\right)$ …(公式20)

在判断标志位为“1”时，判断为低速域，进行电阻的确定计算。这里，低速域检测水平需要满足(公式21)的关系。

【公式21】

$\mathrm{low}\_\mathrm{mod}\_\mathrm{lvl}<<\frac{R^{*}}{\sqrt{{\mathrm{Ld}}^{*}\&CenterDot;{\mathrm{Lq}}^{*}}}$ …(公式21)

对照图5进行这一说明。将q轴电流检测值Iqc输入给判断部103，与给定的电流水平Iq_min_lvl_1相比较，根据(公式22)的关系，生成判断标志位i_mod_flg_1。

【公式22】

$\left(\begin{array}{cc}\mathrm{lqc}\&GreaterEqual;\mathrm{lq}\_\min \_\mathrm{lvl}\_1:& i\_\mathrm{mod}\_\mathrm{flg}\_1=1\\ \mathrm{lqc}<\mathrm{lq}\_\min \_\mathrm{lvl}\_2:& i\_\mathrm{mod}\_\mathrm{flg}\_1=0\end{array}\right)$ …(公式22)

这里，给定的电流水平Iq_min_lvl_1，为能够执行确定计算的电流检测水平，可以为额定电流的1％至10％，优选为3％至6％程度。在该判断标志位i_mod_flg_1为“1”的情况下，第二q轴电流指令值Iq^**与q轴电流检测值Iqc的比率Kq_R，被从切换部104输出，在判断标志位为“0”的情况下，对第一d轴电流指令值Id^*设定“零以外的给定值”并进行电流控制，第二d轴电流指令值Id^**与d轴电流检测值Idc的比率Kd_R，被从切换部104输出。给该输出值乘以电阻的设定值R^*，计算电阻的确定值R^。另外，还可以使用第一d轴电流指令值Id^*代替d轴电流检测值Idc，来同样计算电阻的确定值R^。同样，可以使用第一q轴电流指令值Iq^*代替q轴电流检测值Iqc，来计算电阻的确定值R^。

接下来，对照图6至图9，对“高速域”区间中执行的感应电压系数Ke与d轴电感值Ld、q轴电感值Lq的确定计算进行说明。如图6所示，将频率指令值ω₁ ^*输入给判断“高速域”区间的信号发生部106，信号发生部106中将频率指令值ω₁ ^*与高速域检测水平high_mod_lvl进行比较，通过(公式23)的关系，生成判断标志位high_mod_flg。

【公式23】

$\left(\begin{array}{cc}{{\mathrm{\&omega;}}_1}^{*}\&GreaterEqual;\mathrm{high}\_\mathrm{mod}\_\mathrm{lvl}:& \mathrm{low}\_\mathrm{mod}\_\mathrm{flg}=1\\ {{\mathrm{\&omega;}}_1}^{*}<\mathrm{high}\_\mathrm{mod}\_\mathrm{lvl}:& \mathrm{low}\_\mathrm{mod}\_\mathrm{flg}=0\end{array}\right)$ …(公式23)

在判断标志位为“1”时，判断为“高速域”区间，进行感应电压系数与电感值的确定计算。这里，高速域检测水平必需满足(公式24)的关系。

【公式24】

$\mathrm{high}\_\mathrm{mod}\_\mathrm{lvl}>>\frac{R^{*}}{\sqrt{{\mathrm{Ld}}^{*}\&CenterDot;{\mathrm{Lq}}^{*}}}$ …(公式24)

图7中示出了第一d轴电流指令值Id^*的设定模式与确定感应电压系数Ke与d轴电感Ld的区间之间的关系。在第一d轴电流指令值Id^*为“0”也即d轴电流检测值Idc为“0”的区间(C区间)中，确定感应电压系数Ke，接下来，将第一d轴电流指令值Id^*控制为令d轴电流检测值Idc为“0以外的给定值”(D区间)，确定d轴的电感值Ld。

对照图8对此进行说明。在d轴电流检测值Idc为“0”的区间中，给第二d轴电流指令值Id^**乘以d轴电感值的设定值Ld^*，并对该乘积值加上感应电压系数的设定值Ke^*，计算感应电压系数的确定值Ke^。进而，在d轴电流检测值Idc为“0以外的给定值”的区间中，从第二d轴电流指令值Id^**中减去来自机构109的输出信号即Id^** ₀，该机构109对d轴电流检测值Idc为“0”的区间中所产生的第二d轴电流指令值Id^**进行存储，并对该差值与d轴电流检测值Idc的比率Kd_L，乘以d轴电感值的设定值Ld^*，来计算d轴电感的确定值Ld^。

接下来，对使用q轴的电流信息的q轴电感值Lq的确定计算进行说明。对照图9对此进行说明。q轴电流检测值Iqc，被输入到判断部1009，与给定的电流水平Iq_min_lvl_2相比较，根据(公式25)的关系，生成判断标志位Iq_min_flg_2。

【公式25】

$\left(\begin{array}{cc}\mathrm{lqc}\&GreaterEqual;\mathrm{lq}\_\min \_\mathrm{lvl}\_2:& i\_\mathrm{mod}\_\mathrm{flg}\_2=1\\ \mathrm{lqc}<\mathrm{lq}\_\min \_\mathrm{lvl}\_2:& i\_\mathrm{mod}\_\mathrm{flg}\_2=0\end{array}\right)$ …(公式25)

这里，给定的电流水平Iq_min_lvl_2，是能够执行确定计算的电流检测水平，是额定电流的1％至10％，优选为3％～6％程度。在判断标志位I_mod_flg_2为“1”的情况下，第二q轴电流指令值Iq^**与q轴电流检测值Iqc的比率Kq_L被从切换部1010输出，在判断标志位为“0”的情况下，判断为没有进行正确的确定计算，将上一次的q轴电感的确定值Lq^从切换部1010输出。该输出值与q轴电感值的设定值Lq^*相乘，计算q轴电感的确定值Lq^。

将这些确定后的电机常数(R^、Ke^、Ld^、Lq^)，置换成作为矢量控制计算部12的设定值的(R^*、Ke^*、Ld^*、Lq^*)后，实现矢量控制系统。这样，根据本实施例，在实际运转之前或实际运转中，能够确定电机常数，并且自动修正控制系统中所设定的电机常数，因此能够进行高精度且响应性良好的控制。

【实施例2】

图10表示本实施例。本实施例中，使用电机常数确定计算部11的输出值(R^、Ld^、Lq^、Ke^)，将d轴电流指令计算部9’以及q轴电流指令计算部10’的控制增益也用于矢量控制计算，这一点与实施例1不同。图10中，符号1～8、11～13、21与图1相同。如(公式26)所示，使用确定后的电机常数(R^、Ld^、Lq^)，修正d轴电流指令计算部9’、q轴电流指令计算部10’的控制增益(Kp_d、Ki_d、Kp_q、Ki_q)，来用与实施例1同样高的精度，实现响应性良好的矢量控制系统。

【公式26】

…(公式26)

这里，Kp_d是第二d轴电流指令计算用的比例增益，Ki_d是积分增益，Kp_q是第二q轴电流指令计算用的比例增益，Ki_q是积分增益，ωc_arc是电流控制响应角频率[rad/s]。

【实施例3】

图11中表示本实施例，本实施例与实施例1的不同点在于，没有电流检测器3，而具有电流推定部14，其根据电力变换器2的输入母线中所流通的直流电流I_DC，推定电力变换器2的输出电流即永久磁体同步电机1中所流通的3相交流电流Iu、Iv、Iw。

图11中，符号1、2、4～12、21与图1相同。符号14是根据电力变换器的输入母线中所流通的直流电流I_DC，推定永久磁体同步电机1中所流通的3相交流电流Iu、Iv、Iw的电流推定部。

使用该电流推定部14所输出的推定电流值Iu^、Iv^、Iw^，通过坐标变换部7计算d轴电流检测值Idc、q轴电流检测值Iqc。像本实施例这种无电流传感器系统中，也能与实施例1或实施例2同样动作，得到同样的效果。

【实施例4】

图12中表示本实施例。本实施例与实施例1的不同点在于，省略了作为检测出永久磁体同步电机1的磁极位置的位置传感器的磁极位置检测器4。图12中，符号1、2、4～13、21与图1相同。符号17是根据电力变换器的输入母线中所流通的直流电流I_DC，推定永久磁体同步电机1中所流通的3相交流电流Iu、Iv、Iw的电流再现部。符号15是使用第二d轴电压指令值Vd^**、第二q轴电压指令值Vq^**、d轴电流检测值Idc、q轴电流检测值Iqc，通过(公式27)推定计算旋转相位指令值θc^*与电机的磁通量轴θ之间的轴误差Δθ(＝θc^*-θ)，并输出相位误差计算值Δθc的相位误差推定部。

【公式27】

$\mathrm{\&Delta;\&theta;c}=-{\tan }^{-1}\left[\frac{{\mathrm{Vd}}^{**}-R^{*}\&CenterDot;\mathrm{ldc}-{{\mathrm{\&omega;}}_1}^{*}\&CenterDot;{\mathrm{Lq}}^{*}\&CenterDot;\mathrm{lqc}}{{\mathrm{Vq}}^{**}-R^{*}\&CenterDot;\mathrm{lqc}+{{\mathrm{\&omega;}}_1}^{*}\&CenterDot;{\mathrm{Lq}}^{*}\&CenterDot;\mathrm{ldc}}\right]$ …(公式27)

符号16，是以令推定计算出的相位误差计算值Δθc为零的方式，推定新的频率指令值ω₁ ^*的频率推定部。本实施例的无位置传感器、无电流传感器系统中，也能与实施例1或实施例2同样地动作，能够得到同样的效果。

【实施例5】

图13表示本实施例。本实施例使用电机常数确定计算部11的输出值(R^、Lq^)，自动修正实施例4的相位误差推定部15的电机常数。图13中，符号1、2、4～13、16、21与图4相同。符号15’是使用第二d轴电压指令值Vd^**、第二q轴电压指令值Vq^**、d轴电流检测值Idc、q轴电流检测值Iqc、以及电机常数确定计算部11的输出值(R^、Lq^)，通过(公式28)，推定计算旋转相位指令值θc^*与电机的磁通量轴θ之间的轴误差Δθ(＝θc^*-θ)，并输出相位误差计算值Δθc’的相位误差推定部。

【公式28】

…(公式28)

本实施例的无位置传感器、无电流传感器系统，也能与实施例1或实施例2同样动作，得到同样的效果。

Claims (17)

1.一种永久磁体同步电机的矢量控制装置，根据由第一d轴电流指令值计算出的第二d轴电流指令值、由第一q轴电流指令值计算出的第二q轴电流指令值、频率指令值、以及电机常数设定值，对驱动永久磁体同步电机的电力变换器的输出电压进行控制，其特征在于：

该矢量控制装置，具有电机常数确定计算部，其使用上述第二d轴电流指令值与第二q轴电流指令值、上述电力变换器的输出电流的检测值、以及电机常数设定值，来确定与上述电力变换器相连接的永久磁体同步电机的电机常数，

在矢量控制计算中，使用该电机常数确定计算部确定出的电机常数，对上述永久磁体电机进行驱动控制。

2.如权利要求1所述的永久磁体同步电机的矢量控制装置，其特征在于：

上述电机常数确定计算部，在上述频率指令值小于预先设定的值的低速域中，将上述第一d轴电流指令值设为零以外的给定值，并对上述第二d轴电流指令值与d轴电流检测值之比，乘以上述电机常数设定值的电阻值，来确定电机的电阻值。

3.如权利要求1所述的永久磁体同步电机的矢量控制装置，其特征在于：

上述电机常数确定计算部，在上述频率指令值小于预先设定的值的低速域中，将上述第一d轴电流指令值设为零以外的给定值，并对上述第二d轴电流指令值与第一d轴电流指令值之比，乘以上述电机常数设定值的电阻值，来确定电机的电阻值。

4.如权利要求1所述的永久磁体同步电机的矢量控制装置，其特征在于：

在上述频率指令值小于预先设定的值的低速域中，对上述第二q轴电流指令值与q轴电流检测值之比，乘以上述电机常数设定值的电阻值，来确定电机的电阻值。

5.如权利要求1所述的永久磁体同步电机的矢量控制装置，其特征在于：

在上述频率指令值小于预先设定的值的低速域中，对上述第二q轴电流指令值与第一d轴电流指令值之比，乘以上述电机常数设定值的电阻值，来确定电机的电阻值。

6.如权利要求1所述的永久磁体同步电机的矢量控制装置，其特征在于：

上述电机常数确定计算部，

在上述频率指令值小于预先设定的值的低速域中，

在上述第一d轴电流指令值为第一给定值以下的情况下，将第一d轴电流指令值设为零以外的第二给定值，并对上述第二d轴电流指令值与d轴电流检测值之比，乘以上述电机常数设定值的电阻值，来确定电机的电阻值，

在上述第一d轴电流指令值大于第一给定值以下的情况下，将上述第一d轴电流指令值设为零，并对上述第二q轴电流指令值与q轴电流检测值之比，乘以上述电机常数设定值的电阻值，来确定电机的电阻值.

7.如权利要求1所述的永久磁体同步电机的矢量控制装置，其特征在于：

上述电机常数确定计算部，

在上述频率指令值大于预先设定的值的高速域中，

使用上述第二d轴电流指令值、上述电机常数设定值的d轴电感设定值及感应电压系数设定值，来确定电机的感应电压系数，

使用上述第二d轴电流指令值、d轴电流检测值以及上述电机常数设定值的d轴电感设定值，来确定电机的d轴电感。

8.如权利要求7所述的永久磁体同步电机的矢量控制装置，其特征在于：

上述电机常数确定计算部，在上述高速域的上述第一d轴电流指令值为0的第一区间中，确定上述电机的感应电压系数，并在上述高速域的上述第一d轴电流指令值为零以外的给定值的第二区间中，确定上述电机的d轴电感。

9.如权利要求1所述的永久磁体同步电机的矢量控制装置，其特征在于：

上述电机常数确定计算部，

在上述频率指令值大于预先设定的值的高速域中，

使用上述第二q轴电流指令值、q轴电流检测值以及上述电机常数设定值的q轴电感设定值，来确定电机的q轴电感。

10.一种永久磁体同步电机的矢量控制装置，根据由第一d轴电流指令值计算出的第二d轴电流指令值、由第一q轴电流指令值计算出的第二q轴电流指令值、频率指令值、以及电机常数设定值，对驱动永久磁体同步电机的电力变换器的输出电压进行控制，其特征在于：

该矢量控制装置，具有：根据上述电力变换器的输入直流电流推定电力变换器的输出电流的电流推定部；使用上述第二d轴电流指令值及第二q轴电流指令值、上述电力变换器的输出电流的推定值、以及电机常数设定值，来确定与上述电力变换器相连接的永久磁体同步电机的电机常数的电机常数确定计算部，

在矢量控制计算中，使用该电机常数确定计算部确定出的电机常数，对上述永久磁体电机进行驱动控制。

11.如权利要求10所述的永久磁体同步电机的矢量控制装置，其特征在于：

上述电机常数确定计算部，

在上述频率指令值小于预先设定的值的低速域中，将上述第一d轴电流指令值设为零以外的给定值，并对上述第二d轴电流指令值与d轴电流推定值之比，乘以上述电机常数设定值的电阻值，来确定电机的电阻值。

12.如权利要求10所述的永久磁体同步电机的矢量控制装置，其特征在于：

上述电机常数确定计算部，

在上述频率指令值大于预先设定的值的高速域中，

使用上述第二d轴电流指令值、上述电机常数设定值的d轴电感设定值及感应电压系数设定值，来确定电机的感应电压系数，

使用上述第二d轴电流指令值、d轴电流推定值、以及上述电机常数设定值的d轴电感设定值，来确定电机的d轴电感。

13.如权利要求10所述的永久磁体同步电机的矢量控制装置，其特征在于：

上述电机常数确定计算部，

在上述频率指令值大于预先设定的值的高速域中，

使用上述第二q轴电流指令值、q轴电流推定值、以及上述电机常数设定值的q轴电感设定值，来确定电机的q轴电感。

14.一种永久磁体同步电机的矢量控制装置，根据由第一d轴电流指令值计算出的第二d轴电流指令值、由第一q轴电流指令值计算出的第二q轴电流指令值、频率指令值、以及电机常数设定值，对驱动永久磁体同步电机的电力变换器的输出电压进行控制，其特征在于：

该矢量控制装置，具有：

电流再现部，根据上述电力变换器的输入直流电流推定电力变换器的输出电流；

相位误差推定部，使用该推定出的电力变换器的输出电流、上述第二d轴电流指令值、以及上述第二q轴电流指令值，来计算轴误差；

频率推定部，输入由相位误差推定部所输出的轴误差，来输出频率指令值的推定值；以及，

电机常数确定计算部，使用上述第二d轴电流指令值及第二q轴电流指令值、上述电力变换器的输出电流的推定值、上述频率指令值的推定值、以及电机常数设定值，来确定与上述电力变换器相连接的永久磁体同步电机的电机常数，

在矢量控制计算中，使用该电机常数确定计算部确定出的电机常数，对上述永久磁体电机进行驱动控制。

15.如权利要求14所述的永久磁体同步电机的矢量控制装置，其特征在于：

上述电机常数确定计算部，

在上述频率指令值的推定值小于预先设定的值的低速域中，将上述第一d轴电流指令值设为零以外的给定值，并对上述第二d轴电流指令值与d轴电流推定值之比，乘以上述电机常数设定值的电阻值，来确定电机的电阻值。

16.如权利要求14所述的永久磁体同步电机的矢量控制装置，其特征在于：

上述电机常数确定计算部，

在上述频率指令值的推定值大于预先设定的值的高速域中，

使用上述第二d轴电流指令值、上述电机常数设定值的d轴电感设定值及感应电压系数设定值，来确定电机的感应电压系数，

使用上述第二d轴电流指令值、d轴电流推定值、以及上述电机常数设定值的d轴电感设定值，来确定电机的d轴电感。

17.如权利要求14所述的永久磁体同步电机的矢量控制装置，其特征在于：

上述电机常数确定计算部，

在上述频率指令值的推定值大于预先设定的值的高速域中，

使用上述第二q轴电流指令值、q轴电流推定值、以及上述电机常数设定值的q轴电感设定值，来确定电机的q轴电感。

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