DE102007009538A1

DE102007009538A1 - Vektorsteuerungsvorrichtung für Dauermagnetmotor

Info

Publication number: DE102007009538A1
Application number: DE102007009538A
Authority: DE
Inventors: Kazuaki Tobari; Kentaro Ohi; Yoshitaka Iwaji
Original assignee: Hitachi Ltd; Hitachi Car Engineering Co Ltd
Current assignee: Hitachi Power Semiconductor Device Ltd; Hitachi Automotive Systems Engineering Co Ltd
Priority date: 2006-03-15
Filing date: 2007-02-27
Publication date: 2007-09-20
Also published as: JP4881635B2; US20070216342A1; JP2007252052A; US7560896B2; CN101039093A

Abstract

Eine Vektorsteuerungsvorrichtung für einen Dauermagnetmotor, der im Bereich eines schwachen Magnetfelds betätigt wird, wobei, wenn die Ausgabespannungen des Leistungswandlers sättigen, der Phasenfehlerbefehlswert, der durch die Differenzierung zwischen der Winkelposition der Referenzachse zur Steuerung und der Winkelposition der Motormagnetflussachse dargestellt ist, auf der Grundlage der Differenz zwischen dem q-Achsenstrombefehlswert und dem erfassten Wert des q-Achsenstroms erzeugt wird, und die Befehlswerte für die Ausgabespannungen des Leistungswandlers unter Verwendung des Phasenfehlerbefehlswerts korrigiert werden, wodurch eine hoch ansprechempfindliche Drehmomentsteuerung mit hoher Präzision erreicht werden kann.

Description

HINTERGRUND DER ERFINDUNG
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Vektorsteuerungsverfahren für einen Dauermagnetmotor, der im Bereich eines schwachen Magnetfelds betrieben wird.
Ein herkömmliches Beispiel der Vektorsteuerung für einen Dauermagnetmotor, der im Bereich eines schwachen Magnetfelds betrieben wird, ist in der japanischen Patentschrift JP-A-08-182398 offenbart, in der der d-Achsenstrombefehlswert tabelliert und die Steuerung der d- und q-Achsenströme auf der Grundlage der P-Operation (Proportionaloperation) durchgeführt wird. Ein weiteres konventionelles Beispiel ist in der japanischen Patentschrift JP-2002-95300 offenbart, in der die Motoranschlussspannung von dem Steuerungsabschnitt für die d- und q-Achsenströme abgeleitet und der d-Achsenstrombefehlswert durch die PI (Proportional- und Integrations-)-Operation auf der Grundlage der Differenz zwischen der Anschlussspannung und dem Anschlussspannungsbefehlswert ermittelt wird.

ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG

Jedoch kann gemäß JP-A-08-182398, da die Stromsteuerung von der Proportionalberechnung (P-Operation) abhängt, der durch den Strombefehlswert spezifizierte Stromwert nicht ermittelt werden, so dass die Drehmomentpräzision herabgesetzt ist. JP-2002-95300 weist auch den Nachteil auf, da die Drehmomentantwort dazu neigt, verschlechtert zu sein, dass die Erzeugung des d-Achsenstrombefehls etwas verzögert ist.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist die Bereitstellung einer Vektorsteuerungsvorrichtung für einen Dauermagnetmotor, der im Bereich eines schwachen Magnetfelds betrieben wird, in der eine hoch ansprechempfindliche Drehmomentsteuerung mit hoher Präzision selbst im Bereich eines schwachen Magnetfelds erreicht werden kann.

Gemäß der vorliegenden Erfindung wird, wenn die Ausgabespannung des Leistungswandlers begrenzt ist, der Phasenfehlerbefehlswert als die Winkeldifferenz zwischen der Winkelposition der Referenzachse zur Steuerung und der Winkelposition der Motorachse berechnet und der Ausgabespannungsbefehlswert des Leistungswandlers wird unter Verwendung des Phasenfehlerbefehlswerts korrigiert, wodurch eine hoch ansprechempfindliche Drehmomentsteuerung mit hoher Präzision erreicht wird.

Gemäß der vorliegenden Erfindung wird eine Vektorsteuerungsvorrichtung für einen Dauermagnetmotor bereitgestellt, der im Bereich eines schwachen Magnetfelds betrieben wird, in der eine hoch ansprechempfindliche Drehmomentsteuerung mit hoher Präzision selbst im Bereich eines schwachen Magnetfelds erreicht werden kann.

Weitere Aufgaben, Merkmale und Vorteile der Erfindung werden aus der folgenden Beschreibung der Ausführungsformen der Erfindung in Verbindung mit den beigefügten Zeichnungen ersichtlich.

KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
1 zeigt schematisch den Gesamtaufbau einer Vektorsteuerungsvorrichtung für einen Dauermagnetmotor, der im Bereich eines schwachen Magnetfelds betrieben wird, als erste Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
2 veranschaulicht graphisch die Steuerungseigenschaften der Vektorsteuerungsvorrichtung, wie in 1 gezeigt, bei der der Phasenfehlerbefehlsrechner 9 fehlt;
3 veranschaulicht graphisch die Steuerungseigenschaften einer konventionellen Vektorsteuerungsvorrichtung für einen Dauermagnetmotor, der in dem Bereich eines schwachen Magnetfelds betrieben wird;
4 veranschaulicht graphisch die Steuerungseigenschaften der in 1 gezeigten Vektorsteuerungsvorrichtung, die den Phasenfehlerbefehlsrechner 9 in sich enthält;
5 zeigt schematisch den Gesamtaufbau einer Vektorsteuerungsvorrichtung für einen Dauermagnetmotor, der im Bereich eines schwachen Magnetfelds betrieben wird, als zweite Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
6 zeigt schematisch den Gesamtaufbau einer Vektorsteuerungsvorrichtung für einen Dauermagnetmotor, der im Bereich eines schwachen Magnetfelds betrieben wird, als dritte Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
7 zeigt schematisch den Gesamtaufbau einer Vektorsteuerungsvorrichtung für einen Dauermagnetmotor, der im Bereich eines schwachen Magnetfelds betrieben wird, als vierte Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
8 zeigt schematisch den Gesamtaufbau einer Vektorsteuerungsvorrichtung für einen Dauermagnetmotor, der im Bereich eines schwachen Magnetfelds betrieben wird, als fünfte Ausführungsform der vorliegenden Erfindung; und
9 zeigt eine sechste Ausführungsform der vorliegenden Erfindung, in der die Vektorsteuerungsvorrichtung der vorliegenden Erfindung in einer modularen Ausbildung verkörpert ist.
BESCHREIBUNG DER AUSFÜHRUNGSFORMEN
Nun werden Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen detailliert beschrieben.
[Erste Ausführungsform]
1 zeigt schematisch den Gesamtaufbau einer Vektorsteuerungsvorrichtung für einen Dauermagnetmotor, der im Bereich eines schwachen Magnetfelds betätigt wird, als erste Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. In 1 bezeichnet das Bezugszeichen 1 einen Dauermagnetmotor; 2 einen Leistungswandler zum Erzeugen von Spannungen, die jeweils proportional zu Drehspannungsbefehlswerten Vu*, Vv* und Vw* sind; 21 eine Gleichstromquelle; 3 eine Stromerfassungsvorrichtung zum Erfassen von Drehströmen Iu, Iv und Iw; 4 eine Winkelpositionserfassungsvorrichtung, die einen Koordinatenumrechner oder einen Kodierer verwendet, zum Erfassen der Winkelposition θ der Rotorwelle des Motors; 5 einen Frequenzrechner zum Berechnen des Frequenzwerts ω₁ aus der erfassten Winkelposition θc; 6 einen Koordinatenwandler zum Erzeugen der erfassten Stromwerte Idc und Iqc für die d- und q-Achsen auf der Grundlage der erfassten Werte Iuc, Ivc und Iwc der Drehströme Iu, Iv und Iw und der erfassten Winkelposition θc; 7 eine q-Achsenstromdifferenz schaltvorrichtung, um sowohl einem Phasenfehlerbefehlsrechner 9 als auch einem q-Achsenstrombefehlsrechner 10 den Wert „Null" oder die Differenz ΔIq zwischen dem q-Achsenstrombefehlswert und dem erfassten Stromwert in Ansprechung auf den Ausgabespannungsbegrenzungsmerker V₁*_{lmt_flg} selektiv zuzuführen; 8 eine d-Achsenstromdifferenzschaltvorrichtung, um einem d-Achsenstrombefehlsrechner 11 den Wert „Null" oder die Differenz ΔId zwischen dem d-Achsenstrombefehlswert und dem erfassten Stromwert in Ansprechung auf den Ausgabespannungsbegrenzungsmerker V₁*_{lmt_flg} selektiv zuzuführen; 9 einen Phasenfehlerbefehlsrechner zum Erzeugen des Phasenfehlerbefehlswerts Δθc* aus dem ersten Ausgabewert ΔIq₁ der q-Achsenstromdifferenzschaltvorrichtung 7; 10 einen q-Achsenstrombefehlsrechner zum Erzeugen des zweiten q-Achsenstrombefehls Iq** aus dem zweiten Ausgabewert ΔIq₂ der q-Achsenstromdifferenzschaltvorrichtung 7; 11 einen d-Achsenstrombefehlsrechner zum Erzeugen des zweiten d-Achsenstrombefehls Id** aus dem Ausgabewert ΔId₁ der d-Achsenstromdifferenzschaltvorrichtung 8; 12 eine Ausgabespannungsgrenzerfassungsvorrichtung zum Berechnen des Ausgabespannungswerts V₁* des Leistungswandlers 2 aus den Spannungsbefehlswerten Vdc** und Vqc** und zum Einstellen des Ausgabespannungsbegrenzungsmerkers V₁*_{lmt_flg}, der in Abhängigkeit von dem Gleichspannungswert des Leistungswandlers 2 bei „0" oder „1" bestimmt wird, je nachdem, ob der Ausgabespannungswert V₁* kleiner als der Spannungsbegrenzungswert V₁*_max ist oder der Wert V₁* den Spannungsbegrenzungswert V₁*_max erreicht hat; 13 einen Spannungsvektorrechner zum Berechnen der Spannungsbefehlswerte Vdc** und Vqc** auf der Grundlage der elektrischen Konstanten des Motors 1, der zweiten Strombefehlswerte Id** und Iq**, der berechneten Frequenz ω₁ und des Phasenfehlerbefehlswerts Δθc*; und 14 einen Koordinatenwandler zum Erzeugen der Drehspannungsbefehlswerte Vu*, Vv* und Vw* aus den Spannungsbefehlswerten Vdc** und Vqc** und der erfassten Winkelposition θ.
Zuerst werden die grundlegenden Operationen zur Spannungs- und Phasensteuerung in einem Vektorsteuerungssystem, das einen für die vorliegende Erfindung charakteristischen Phasenfehlerbefehlsrechner 9 verwendet, beschrieben.
In der Spannungssteuerung berechnet die in 1 gezeigte Ausgabespannungsgrenzerfassungsvorrichtung 12 den Ausgabespannungswert V1* gemäß dem folgenden Ausdruck (1) unter Verwendung der d- und q-Achsenspannungsbefehlswerte Vdc** und Vqc**.
Weiterhin wird der Ausgabespannungsbegrenzungsmerker V₁*_{lmt_flg} gemäß dem folgenden Ausdruck (2) unter Verwendung des Ausgabespannungswerts V₁* und des Spannungsbegrenzungswerts V₁*_max erzeugt.
Zu Beginn, wenn der Ausgabespannungsbegrenzungsmerker V₁*_{lmt_flg} „0" beträgt, wählt die q-Achsenstromdifferenzschaltvorrichtung 7 das dem Phasenfehlerbefehlsrechner 9 zugeführte Signal ΔIq₁ und das dem q-Achsenstrombefehlsrechner 10 zugeführte Signal ΔIq₂ gemäß dem folgenden Ausdruck (3) aus.
Andererseits werden, wenn der Ausgabespannungsbegrenzungsmerker V₁*_{lmt_flg} „1" ist, die Signale ΔIq₁ und Δ1q₂ gemäß dem folgenden Ausdruck (4) ausgewählt.
Dann, wenn der Ausgabespannungsbegrenzungsmerker V₁*_{lmt_flg} „0" ist, führt die d-Achsenstromdifferenzschaltvorrichtung 8 das Signal ΔId₁ dem d-Achsenstrombefehlsrechner 11 zu, wobei ΔIq₁ gleich der d-Achsenstromdifferenz ΔId (= Id* – Idc) ist, während, wenn der Ausgabespannungsbegrenzungsmerker V₁*_{lmt_flg} „1" ist, das Signal ΔId₁ gleich „0" wird.
Der Spannungsvektorrechner 13 berechnet die Zwischenspannungsbefehlswerte Vdc* und Vqc* gemäß dem folgenden Ausdruck (5) unter Verwendung der zweiten d- und q-Achsenstrombefehlswerte Id** und Iq**, der elektrischen Konstanten des Motors und der berechneten Frequenz ω₁.
worin R* den voreingestellten Widerstandswert des Widerstands angibt, Ke* den voreingestellten Wert der induzierten Spannungskonstante, Ld* den voreingestellten Wert der d-Achsen-Induktivität und Lq* den voreingestellten Wert der q-Achsen-Induktivität.
Weiterhin werden die aktualisierten Spannungsbefehlswerte Vdc** und Vqc** gemäß dem folgenden Ausdruck (6) unter Verwendung des obigen Ausdrucks (5) und des Phasenfehlerbefehlswerts Δθc* berech net. Infolgedessen kann die Spannungsausgabe des Leistungswandlers 2 gesteuert werden.
In der Phasensteuerung erfasst die Winkelpositionserfassungsvorrichtung 4, wie etwa ein Koordinatenumrechner oder ein Kodierer, die Winkelposition θ der Motorwelle, um die erfasste Winkelposition θc zu erhalten.
Der Frequenzrechner 5 berechnet den Frequenzwert ω₁ aus der erfassten Winkelposition θc gemäß dem folgenden Ausdruck (7).
Das Vorstehende zeigt die grundlegenden Operationen der Spannungs- und Phasensteuerungen.
Nun erfolgt eine Beschreibung der Funktionswirkung, die durch den Phasenfehlerbefehlsrechner 9 erzielt wird, der für die vorliegende Erfindung charakteristisch ist.
2 zeigt graphisch die „Drehmomentbefehlsschrittcharakteristiken im Hochgeschwindigkeitsbereich", wenn der Phasenfehlerbefehlswert Δθc* in der in 1 gezeigten Steuerungsvorrichtung auf „0" eingestellt ist, das heißt, ohne die Steuerung des schwachen Felds.
Ohne die Steuerung des schwachen Felds können die erfassten Werte Idc und Iqc der d- und q-Achsenströme den ersten Strombefehlswer ten Id* bzw. Iq* nicht folgen, so dass das erzeugte Motordrehmoment τ_m nicht dem Drehmomentbefehlswert τ* folgt.
3 zeigt graphisch die Drehmomentbefehlsschrittantwortcharakteristiken des Verfahrens, das in der japanischen Patentschrift JP-2002-95300 offenbart ist, in dem der d-Achsenstrombefehlswert Id* durch Berechnung ermittelt wird, so dass die Ausgabespannung V₁* eventuell nicht sättigt.
Im stabilen bzw. Dauerzustand ist das Motordrehmoment τ_m gleich dem Befehlswert τ*, aber da eine gewisse Zeitdauer erforderlich ist, bevor der d-Achsenstrombefehlswert Id* seinen Dauerzustand erreicht hat, wird gesehen, dass das Motordrehmoment für die Dauer unzureichend bleibt.
Dementsprechend verwendet die vorliegende Erfindung nicht das Verfahren zur Berechnung des d-Achsenstrombefehlswerts Id*, sondern das Verfahren zur Berechnung des Phasenfehlerbefehlswerts θc*.
Wenn der Wert der Ausgabespannung V₁* begrenzt ist, wird der Ausgabespannungsbegrenzungsmerker V₁*_{lmt_flg} „1". Dann integriert (PI-betätigt) der Phasenfehlerbefehlsrechner 9 proportional die Differenz ΔIq₁ zwischen dem ersten q-Achsenstrombefehlswert Iq* und dem erfassten Stromwert Iqc und führt den PI-betätigten Wert als seine Ausgabe zu, die den Phasenfehlerbefehlswert θc* darstellt.
Zu diesem Zeitpunkt sind die Eingabesignale ΔIq₂ und ΔId₁, die jeweils den d- und q-Achsenstrombefehlsrechnern 10 und 11 zugeführt werden, beide „0". Als Ergebnis führt der Spannungsvektorrechner 13 nicht die Berechnung der Ausgabewerte Id** und Iq** durch, sondern hält die vorherigen Werte fest.
Dann berechnet der Spannungsvektorrechner 13 die aktualisierten Spannungsbefehlswerte Vdc** und Vqc** unter Verwendung des Phasenfehlerbefehlswerts Δθc* und der Zwischenspannungsbefehlswerte Vdc* und Vqc**.
In dem Bereich, in dem der Wert der Ausgabespannung V1* begrenzt ist, wird der Wert der Ausgabespannung V1* so über den Phasenfehler gesteuert, der durch die Differenz zwischen der Winkelposition der Referenzachse zur Steuerung und der Winkelposition der Motormagnetflussachse dargestellt ist, dass der q-Achsenstrombefehlswert mit dem Wert des erfassten Stroms zusammenfallen kann. Infolgedessen kann die Steuerung des schwachen Felds erreicht werden, während der d-Achsenstrombefehlswert Id* nicht erzeugt, d. h. bei Null gehalten wird.
4 zeigt graphisch die mit dem vorstehend angeführten Verfahren erhaltenen Charakteristiken.
Aus 4 wird ersehen, dass ein stabiler Betrieb mit einem hoch ansprechempfindlichen Motordrehmoment erreicht werden kann, während der d-Achsenstrombefehlswert Id* auf „Null" eingestellt ist.
[Zweite Ausführungsform]
5 zeigt eine zweite Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
In der oben beschriebenen ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung werden die Spannungsbefehlswerte Vdc** und Vqc** im Rotationsachsensystem (d/q-Koordinatensystem) berechnet. In der zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung jedoch wird eine Vektorsteuerungsvorrichtung für einen Dauermagnetmotor be schrieben, der im Bereich eines schwachen Magnetfelds betrieben wird, wobei die Drehspannungsbefehlswerte Vu**, Vv** und Vw** im Statorkoordinatensystem (in Form von Drehströmen) korrigiert werden.
In 5 sind die Bestandteile, die mit den Bezugszeichen 1 bis 12 und 21 bezeichnet sind, identisch mit jenen entsprechenden Bestandteilen, die in 1 gezeigt sind.
Ein Spannungsvektorrechner 13a berechnet die Zwischenspannungsbefehlswerte Vdc* und Vqc* gemäß dem oben angegebenen Ausdruck (5) unter Verwendung der zweiten d- und q-Achsenstrombefehlswerte Id** und Iq**, der Motorkonstanten und der berechneten Frequenz ω₁.
Ein Koordinatenwandler 14a berechnet die Drehspannungsbefehlswerte Vu**, Vv** und Vw** gemäß dem folgenden Ausdruck (8) unter Verwendung des Werts θc*, der die Summe aus der erfassten Winkelposition θc und dem Phasenfehlerbefehlswert Δθc ist.
Demgemäß kann ein Verfahren zur Steuerung eines schwachen Magnetfelds erzielt werden, das dem Verfahren gleichwertig ist, in dem die Spannungsbefehlswerte Vdc* und Vqc* im Rotationsachsensystem berechnet werden.
[Dritte Ausführungsform]
6 zeigt eine dritte Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
In dieser Ausführungsform wird die Steuerung des schwachen Felds an eine Vektorsteuerungsvorrichtung angelegt, die mit d- und q-Achsenstromsteuerungen versehen ist.
In 6 sind die Bestandteile, die mit den Bezugszeichen 1 bis 9, 12, 14 und 21 bezeichnet sind, mit jenen entsprechenden Bestandteilen, die in 1 gezeigt sind, identisch.
Das Bezugszeichen 10' bezeichnet eine q-Achsenstromsteuerung zur Reduzierung des Eingabesignals ΔIq₂ auf Null und das Bezugszeichen 11' bezeichnet eine d-Achsenstromsteuerung zur Reduzierung des Signals ΔId₁ auf Null. Ein Spannungsvektorrechner 13b berechnet die Spannungsbefehlswerte Vdc*** und Vqc*** gemäß dem folgenden Ausdruck (9) unter Verwendung der ersten d- und q-Achsenstrombefehlswerte Id* und Iq*, der Ausgaben ΔVd und ΔVq der d- und q-Achsenstromsteuerungen 11' und 10', des Phasenfehlerbefehlswerts Δθc* und der berechneten Frequenz ω₁.
Diese Ausführungsform kann dieselbe Wirkung erzielen, die durch die oben beschriebene erste Ausführungsform erzielt wird.
Weiterhin verwendet die vorliegende Ausführungsform das in 1 gezeigte System, in dem die Spannungsbefehlswerte im d/q-Koordinatensystem unter Verwendung des Phasenfehlerbefehlswerts Δθc* korrigiert werden. Die gleiche Wirkung kann auch gemäß dem in 5 gezeigten System erzielt werden, in dem die Drehspannungsbefehlswerte korrigiert werden.
[Vierte Ausführungsform]
7 zeigt schematische eine vierte Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
In dieser Ausführungsform wird die Steuerung des schwachen Felds an eine Vektorsteuerungsvorrichtung ohne eine solche Winkelpositionserfassungsvorrichtung wie einen Koordinatenumrechner oder einen Kodierer angelegt.
In 7 sind die Bestandteile, die durch die Bezugszeichen 1 bis 3, 6 bis 12, 14 und 21 bezeichnet sind, identisch mit jenen entsprechenden Bestandteilen, die in 1 gezeigt sind.
Ein Spannungsvektorrechner 13c berechnet die Zwischenspannungsbefehlswerte Vdc*'' und Vqc*'' und die aktualisierten Spannungsbefehlswerte Vdc**** und Vqc**** gemäß dem unten angegeben Ausdruck (10) unter Verwendung der zweiten d- und q-Achsenstrombefehlswerte Id** und Iq**, der Motorkonstanten und der geschätzten Frequenz ω₁c.
Das Bezugszeichen 14b gibt einen Koordinatenwandler zum Zuführen der Drehspannungsbefehlswerte Vu*, Vv* und Vw* auf der Basis der Spannungsbefehlswerte Vdc**** und Vqc**** und des Phasenbefehlswerts θc** an.
Das Bezugszeichen 15 bezeichnet einen Axialfehlerrechner zum Schätzen des Axialfehlers als der Differenz zwischen dem Phasenbefehlswert θc** und dem Wert θ der Motorphase und zum Zuführen der Menge Δθc gemäß dem unten angegebenen Ausdruck (11) unter Verwendung der Spannungsbefehlswerte Vdc*'' und Vqc*'', der geschätzten Frequenz ω₁c, der erfassten Stromwerte Idc und Iqc und der Motorkonstanten.
Das Bezugszeichen 16 bezeichnet eine Frequenzschätzvorrichtung zum Berechnen der geschätzten Frequenz ω₁c in einer solchen Weise, dass der Axialfehler Δθc auf „Null" reduziert wird.
Das Bezugszeichen 17 bezeichnet einen Phasenrechner zum Integrieren der geschätzten Frequenz ω₁c und infolgedessen zum Ermitteln des Phasenbefehlswerts θc**.
Es ist offensichtlich, dass dieses Steuerungssystem ohne einen Winkelpositionssensor in derselben Weise wie die in den vorstehenden Ausführungsformen beschriebenen Systeme arbeitet und dieselbe Wirkung erzielen kann.
Obwohl die vorliegende Ausführungsform das in 1 gezeigte System verwendet, in dem die Spannungsbefehlswerte im d/q-Koordinatensystem unter Verwendung des Phasenbefehlsspannungswerts Δθc* korrigiert werden, ist es auch offensichtlich, dass dieselbe Wirkung selbst dann erzielt werden kann, wenn das in 4 gezeigte System verwendet wird, in dem die Drehspannungsbefehlswerte korrigiert werden.
[Fünfte Ausführungsform]
In den oben beschriebenen ersten bis vierten Ausführungsformen erfasst das Steuerungssystem die Drehströme Iu, Iv und Iw unter Verwendung einer teuren Stromerfassungsvorrichtung 3. Jedoch kann dieselbe Wirkung mit einer Steuerungsvorrichtung unter Verwendung einer kostengünstigen Stromerfassungsvorrichtung, wie in dieser Ausführungsform beschrieben, erzielt werden.
8 zeigt eine solche Ausführungsform.
In 8 sind die Bestandteile, die durch die Bezugszeichen 1, 2, 6 bis 12, 13c, 14b bis 16 und 21 bezeichnet sind, identisch mit jenen entsprechenden Bestandteilen, die in 7 gezeigt sind.
Das Bezugszeichen 18 gibt eine Stromschätzvorrichtung zum Schätzen der durch den Motor 1 fließenden Drehströme Iu, Iv und Iw aus dem durch den Eingabebus des Leistungswandlers 2 fließenden Gleichstrom I_DC an.
Der Koordinatenwandler 6 berechnet die erfassten Werte Idc und Iqc der d- und q-Achsenströme unter Verwendung der geschätzten Stromwerte Iu^, Iv^ und Iw^.
Es ist offensichtlich, dass diese Ausführungsform ohne einen Stromsensor auf dieselbe Weise arbeitet und dieselbe Wirkung erzielen kann wie die vorherigen Ausführungsformen, da Id* und Iq* mit Idc bzw. Iqc zusammenfallen.
Obwohl die vorliegende Ausführungsform das in 1 gezeigte System verwendet, in dem die Spannungsbefehlswerte im d/q-Koordinatensystem unter Verwendung des Phasenbefehlsspannungswerts Δθc* korrigiert werden, ist es auch offensichtlich, dass dieselbe Wirkung selbst dann erzielt werden kann, wenn das in 4 gezeigte System verwendet wird, in dem die Drehspannungsbefehlswerte korrigiert werden.
[Sechste Ausführungsform]
9 zeigt eine weitere Ausführungsform der vorliegenden Erfindung, in der die Vektorsteuerungsvorrichtung der vorliegenden Erfindung in einer modularen Ausbildung verkörpert ist.
In dieser sechsten Ausführungsform der Erfindung wird die Vektorsteuerungsvorrichtung als die oben beschriebene erste Ausführungsform in einem modularen Aufbau realisiert.
Wie in einem rechteckigen Kästchen in 8 gezeigt ist, das mit „Einzelchip-Mikrocomputer" bezeichnet ist, sind ein Frequenzrechner 5, ein Koordinatenwandler 6, eine q-Achsenstromdifferenzschaltvorrichtung 7, eine d-Achsenstromdifferenzschaltvorrichtung 8, ein Phasenfehlerbefehlsrechner 9, ein q-Achsenstrombefehlsrechner 10, ein d-Achsenstrombefehlsrechner 11, eine Ausgabespannungsgrenzerfassungsvorrichtung 12, ein Spannungsvektorrechner 13 und ein Koordinatenwandler 14 in die Form eines Einzelchip-Mikrocomputers integriert.
Weiterhin sind der Einzelchip-Mikrocomputer und ein Leistungswandler 2 in einem einzelnen Modul enthalten, das auf einer einzelnen gedruckten Leiterplatte anzubringen ist, wie in 9 gezeigt. Der hier gebrauchte Begriff „Modul" bedeutet eine „standardisierte Auf baueinheit" und besteht aus einer trennbaren Kombination von Hardware und Software. Obwohl das Modul vorzugsweise auf einer einzigen gedruckten Leiterplatte angebracht ist, kann es außerdem auch getrennt auf mehr als einer gedruckten Leiterplatte angebracht sein.
Des Weiteren kann es auch separat auf mehreren gedruckten Leiterplatten angebracht sein, die in einem einzigen Gehäuse enthalten sind.
Die anderen vorstehend beschriebenen Ausführungsformen können ebenfalls in demselben modularen Aufbau realisiert werden.
Merkmale, Bestandteile und spezifische Details der Aufbauten der vorstehend beschriebenen Ausführungsformen können ausgetauscht oder kombiniert werden, um weitere Ausführungsformen zu bilden, die für die jeweilige Anwendung optimiert sind. Sofern diese Modifikationen für einen Fachmann auf dem Gebiet leicht erkennbar sind, sollen sie zum Zweck der Prägnanz und Kürze der vorliegenden Beschreibung durch die obige Beschreibung impliziert offenbart sein, ohne expliziert jede mögliche Kombination auszuführen.
Weiterhin sollte von den Fachleuten auf dem Gebiet verstanden werden, dass, obwohl die vorstehende Beschreibung an Ausführungsformen der Erfindung erfolgt ist, die Erfindung nicht darauf beschränkt ist und verschiedene Änderungen und Modifikationen vorgenommen werden können, ohne vom Umfang der beigefügten Ansprüche abzuweichen.

Claims

Vektorsteuerungsvorrichtung für einen Dauermagnetmotor (1), die die Ausgabespannungsbefehlswerte eines Leistungswandlers (2) zum Antreiben des Dauermagnetmotors (1) nach Maßgabe der d- und q-Achsenstrombefehlswerte, der erfassten Werte der d- und q-Achsenströme, der berechneten Frequenz und der voreingestellten Werte der Motorkonstanten steuert, wobei, wenn die Werte der Ausgabespannungen des Leistungswandlers (2) begrenzt sind, der Phasenfehlerbefehlswert, der durch die Differenz zwischen der Winkelposition der Referenzachse zur Steuerung und der Winkelposition der Motormagnetflussachse dargestellt wird, auf der Grundlage der Differenz zwischen dem q-Achsenstrombefehlswert und dem d-Achsenstrombefehlswert erzeugt wird.
Vektorsteuerungsvorrichtung nach Anspruch 1, wobei die Ausgabespannungsbefehlswerte des Leistungswandlers (2) in Abhängigkeit vom Phasenfehlerbefehlswert korrigiert werden.
Vektorsteuerungsvorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, wobei die Ausgabespannungsbefehlswerte des Leistungswandlers (2) unter Verwendung des Phasenfehlerbefehlswerts und der d- und q-Achsenspannungsbefehlswerte korrigiert werden.
Vektorsteuerungsvorrichtung nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Referenzachse zur Steuerung durch Addieren des Phasenfehlerbefehlswerts zum erfassten Wert der Winkelposition des Rotors des Dauermagnetmotors (1) korrigiert wird, so dass die Ausgabespannungsbefehlswerte des Leistungswandlers (2) korrigiert werden.
Vektorsteuerungsvorrichtung nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Ausgabespannungsbefehlswerte des Leistungswandlers (2) auf der Grundlage des aus dem ersten d-Achsenstrombefehlswert und dem erfassten Wert des d-Achsenstroms berechneten zweiten d-Achsenstrombefehlswerts, dem aus dem ersten q-Achsenstrombefehlswert und dem erfassten Wert des q-Achsenstroms berechnet zweiten q-Achsenstrombefehlswert, den Motorkonstanten und der berechneten Frequenz berechnet werden.
Vektorsteuerungsvorrichtung nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die erfassten Werte der d- und q-Achsenströme in Abhängigkeit von den erfassten Werten der Ströme, die durch den Eingabebus des Leistungswandlers (2) fließen, berechnet werden.
Vektorsteuerungsvorrichtung nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Differenz zwischen der Winkelposition der Referenzachse zur Steuerung und der Winkelposition der Motormagnetflussachse auf der Grundlage der d- und q-Achsenspannungsbefehlswerte, der erfassten Werte der d- und q-Achsenmotorströme oder der Ströme berechnet werden, die in Abhängigkeit von den erfassten Werten der Ströme, die durch den Eingabebus des Leistungswandlers (2) fließen, berechnet werden und die berechnete Frequenz so berechnet wird, dass die Differenz fast auf Null reduziert wird.
Vektorsteuerungsvorrichtung für einen Dauermagnetmotor (1), die die Ausgabespannungsbefehlswerte eines Leistungswandlers (2) zum Antreiben des Dauermagnetmotors (1) nach Maßgabe der Summe aus den aus ersten d- und q-Achsenstrombefehlswerten und den erfassten Werten der D- und q-Achsenströme berechneten Stromsteuerungsausgabewerten und dem durch die Berechnung aus zweiten D- und q-Achsenstrombefehlswerten ermittelten Wert, dem berechneten Frequenzwert und den Motorkonstanten steuert, wobei, wenn die Werte der Ausgabespannungen des Leistungswandlers (2) begrenzt sind, der Phasenfehlerbefehlswert, der durch die Differenz zwischen der Winkelposition der Referenzachse zur Steuerung und der Winkelposition der Motormagnetflussachse dargestellt wird, auf der Grundlage der Differenz zwischen dem q-Achsenstrombefehlswert und dem d-Achsenstrombefehlswert erzeugt wird.
Vektorsteuerungsvorrichtung nach Anspruch 8, wobei die Ausgabespannungsbefehlswerte des Leistungswandlers (2) in Abhängigkeit von dem Phasenfehlerbefehlswert korrigiert werden.
Vektorsteuerungsvorrichtung nach Anspruch 8 oder 9, wobei die Ausgabespannungsbefehlswerte des Leistungswandlers (2) durch Verwenden des Phasenfehlerbefehlswerts und der zweiten d- und q-Achsenspannungsbefehlswerte korrigiert werden.
Vektorsteuerungsvorrichtung nach Anspruch 8, 9 oder 10, wobei die Ausgabespannungsbefehlswerte des Leistungswandlers (2) durch Korrigieren des erfassten Werts der Winkelposition des Rotors des Dauermagnetmotors in Abhängigkeit von dem Phasenfehlerbefehlswert korrigiert werden.
Vektorsteuerungsvorrichtung nach mindestens einem der Ansprüche 8 bis 11, wobei die erfassten Werte der d- und q-Achsenströme in Abhängigkeit von den erfassten Werten der Ströme berechnet werden, die durch den Eingabebus des Leistungswandlers (2) fließen.
Vektorsteuerungsvorrichtung nach mindestens einem der Ansprüche 8 bis 12, wobei die Differenz zwischen der Winkelposition der Referenzachse zur Steuerung und der Winkelposition der Motormagnetflussachse auf der Grundlage der d- und q-Achsenspannungsbefehlswerte, der erfassten Werte der d- und q-Achsenmotorströme oder der Ströme berechnet wird, die in Abhängigkeit von den erfassten Werten der Ströme, die durch den Eingabebus des Leistungswandlers (2) fließen, berechnet werden, und die berechnete Frequenz so berechnet wird, dass die Differenz fast auf Null reduziert wird.
Modul mit einem Leistungswandler (2) und einer Vektorsteuerungsvorrichtung für einen Dauermagnetmotor (1), die die Ausgabespannungsbefehlswerte eines Leistungswandlers (2) zum Antreiben des Dauermagnetmotors (1) nach Maßgabe der d- und q-Achsenstrombefehlswerte, der erfassten Werte der d- und q-Achsenströme, des berechneten Frequenzwerts und der voreingestellten Werte der Motorkonstanten steuert, wobei, wenn die Werte der Ausgabespannungen des Leistungswandlers (2) begrenzt sind, der Phasenfehlerbefehlswert, der durch die Differenz zwischen der Winkelposition der Referenzachse zur Steuerung und der Winkelposition der Motormagnetflussachse dargestellt wird, auf der Grundlage der Differenz zwischen dem q-Achsenstrombefehlswert und dem erfassten Wert des d-Achsenstroms erzeugt wird.