DE102015013769A9

DE102015013769A9 - Motorregelvorrichtung zum Regeln einer Stromphase in dq/Dreiphasen-Koordinaten

Info

Publication number: DE102015013769A9
Application number: DE102015013769.7A
Authority: DE
Inventors: Hidetoshi Uematsu
Original assignee: Fanuc Corp
Current assignee: Fanuc Corp
Priority date: 2014-10-31
Filing date: 2015-10-23
Publication date: 2016-06-02
Anticipated expiration: 2035-10-24
Also published as: DE102015013769A1; CN105577056A; JP2016092918A; JP5964391B2; CN105577056B; US9595897B2; DE102015013769B4; US20160126871A1

Abstract

Eine Motorregelvorrichtung 1 zum Regeln eines Dreiphasen-Wechselstrommotors 2 unter Verwendung einer dq/Dreiphasen-Koordinatenumrechnung umfasst eine Einheit zum Berechnen eines Phasenkorrekturbetrags 11, um einen Phasenkorrekturbetrag unter Verwendung einer detektierten Motorgeschwindigkeit und eines anfänglichen Wertes eines q-Achsen-Stromsollwertes zu berechnen, eine Einheit zum Korrigieren eines Rotorphasenwinkels 12, um den Phasenkorrekturbetrag zu einem detektierten Rotorphasenwinkel des Motors 2 zu addieren oder davon zu subtrahieren, um einen korrigierten Rotorphasenwinkel zu berechnen, und eine Einheit zum Umrechnen von Koordinaten 13, um eine Koordinatenumrechnung zwischen Parametern in einem dq-Koordinatensystem und Parametern in einem Dreiphasen-Koordinatensystem auf der Grundlage des korrigierten Rotorphasenwinkels auszuführen.

Description

GEBIET DER ERFINDUNG
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Motorregelvorrichtung zum Regeln eines Dreiphasen-Wechselstrommotors unter Verwendung einer dq/Dreiphasen-Koordinatenumrechnung.
ALLGEMEINER STAND DER TECHNIK
Es ist eine Motorregelvorrichtung bekannt, um eine Stromvektorregelung eines dreiphasigen Wechselstrom-Permanentmagnet-Synchronmotors (PMSM) (der nachstehend einfach als „Motor” bezeichnet werden kann) unter Verwendung einer dq/Dreiphasen-Koordinatenumrechnung auszuführen, wie sie bei Yoji Takeda, Nobuyuki Matsui, Shigeo Morimoto und Yukio Honda, „Design and Control of an embedded Magnetic Synchronous Motor", 7. Auflage der 1. Ausgabe, Ohmsha, 2007, S. 16–17 und 26–27, beschrieben wird. 10 ist ein Blockdiagramm, das einen Regelkreis einer typischen Motorregelvorrichtung zum Regeln eines Dreiphasen-Wechselstrommotors unter Verwendung einer dq/Dreiphasen-Koordinatenumrechnung abbildet. Wenn die Magnetpolrichtung eines Rotors als d-Achse eingestellt wird und eine Achse, die zur d-Achse elektrisch und magnetisch orthogonal ist, als q-Achse in einem dq-Koordinatenregelsystem eingestellt wird, stellt der d-Achsenstrom eine Erregerstromkomponente dar, die verwendet wird, um einen magnetischen Fluss zu generieren, und der q-Achsenstrom stellt eine Ankerstromkomponente dar, die dem Lastmoment entspricht. In 10 stellt i_d* einen d-Achsen-Stromsollwert dar, i_q* stellt einen q-Achsen-Stromsollwert dar, L_d stellt eine d-Achsen-Induktivität des Motors dar, L_q stellt eine q-Achsen-Induktivität des Motors dar, ψ_a stellt einen magnetischen Verkettungsfluss des Stators dar, V_d stellt eine d-Achsen-Spannung des Motors dar, V_q stellt eine q-Achsenspannung des Motors dar, i_d stellt einen d-Achsenstrom des Motors dar, i_q stellt einen q-Achsenstrom des Motors dar, J stellt die Trägheit des Motors dar, K_t stellt einen Koeffizienten dar, und ω stellt die Winkelgeschwindigkeit des Rotors des Motors dar.
Gemäß einem eingegebenen d-Achsen-Stromsollwert i_d* und einem eingegebenen q-Achsen-Stromsollwert i_q* gibt eine Motorregelvorrichtung 100 eine Antriebsleistung zum Antreiben des Motors aus. Dadurch werden eine d-Achsenspannung V_d und eine q-Achsenspannung V_q an den Motor angelegt, um zu bewirken, dass ein d-Achsenstrom i_d und ein q-Achsenstrom i_q dahin fließen. In diesem Fall gilt eine Spannungsgleichung, die durch eine Gleichung 1 dargestellt wird, zwischen der d-Achsenspannung V_d, der q-Achsenspannung V_q, dem d-Achsenstrom i_d und dem q-Achsenstrom i_q des Motors:
Wenn zusätzlich die Anzahl von Polpaaren des Motors mit P_n dargestellt wird, kann das Drehmoment T des Motors durch eine Drehmomentgleichung berechnet werden, die durch eine Gleichung 2 dargestellt wird: T = P_n{ψ_aiq + (Lq – L_d)idiq} (2)
Zusätzlich ist in 10, obwohl die Spannung und der Strom, die an den Motor angelegt werden, im dq-Koordinatensystem dargestellt sind, eine Spannung, die tatsächlich an den Motor angelegt wird, ein AC-Wert in einem Dreiphasen-Koordinatensystem. Mit anderen Worten wird die Dreiphasen-Wechselstromspannung von der Motorregelvorrichtung an den Motor angelegt, woraufhin ein Dreiphasen-Wechselstrom durch den Motor fließt. Bei der Motorregelvorrichtung, welche die Stromvektorregelung ausführt, wird die Dreiphasen/dq-Umrechnung eines detektierten Dreiphasen-Wechselstrom-Motorstroms ausgeführt, um eine d-Achsenregelung und q-Achsenregelung auszuführen, und dann wird jeder der d-Achsen- und q-Achsen-Sollwerte, die durch die d-Achsenregelung und die q-Achsenregelung erzielt werden, einer dq/Dreiphasen-Umrechnung ausgesetzt, um einen Dreiphasen-Wechselstrom-Spannungssollwert zu generieren. Mit anderen Worten bedingt bei der Motorregelvorrichtung ihre interne Verarbeitung einen Prozess der Koordinatenumrechnung zwischen den Parametern im dq-Koordinatensystem und den Parametern im Dreiphasen-Koordinatensystem.
11 ist ein Blockdiagramm, das einen dq/Dreiphasen-Koordinatenumrechnungsprozess bei einer typischen Motorregelvorrichtung abbildet. In 11 umfasst die Motorregelvorrichtung, die einen Motor 2 antreibt, einen d-Achsenregler 101, einen q-Achsenregler 102, eine dq/Dreiphasen-Umrechnungseinheit 103, eine PWM-Umrichtereinheit 104 und eine Dreiphasen/dq-Umrechnungseinheit 105.
Gemäß einem eingegebenen d-Achsen-Stromsollwert i_d* und einem eingegebenen q-Achsen-Stromsollwert i_q* generieren die Regler 101 und 102 jeweils einen d-Achsen-Spannungssollwert V_d* und einen q-Achsen-Spannungssollwert V_q*. Die dq/Dreiphasen-Umrechnungseinheit 103 rechnet den d-Achsen-Spannungssollwert V_d* und den q-Achsen-Spannungssollwert V_q* im dq-Koordinatensystem in Dreiphasen-Spannungssollwerte V_u*, V_v* und V_w* im Dreiphasen-Koordinatensystem gemäß einer Gleichung 3 um:
Die PMW-Umrichtereinheit 104 vergleicht die Dreiphasen-Spannungssollwerte V_u*, V_v* und V_w* mit einem Dreieckswellen-Trägersignal, das eine vorbestimmte Trägerfrequenz aufweist, um ein PWM-Regelsignal zum Regeln eines Schaltvorgangs von Halbleiter-Schaltelementen in einer Hauptschaltungseinheit (nicht gezeigt) der PWM-Umrichtereinheit 104 zu generieren. Die Hauptschaltungseinheit (nicht gezeigt) der PWM-Umrichtereinheit 104 besteht beispielsweise aus einer Vollbrückenschaltung, welche die Schaltelemente und Dioden umfasst, die gegenparallel dazu geschaltet sind. In der Hauptschaltungseinheit der PWM-Umrichtereinheit 104 wird der Schaltvorgang der internen Schaltelemente durch das PWM-Regelsignal geregelt, damit die dreiphasigen Spannungen V_u, V_v und V_w ausgegeben werden können. Die dreiphasigen Spannungen V_u, V_v und V_w, die an den Motor 2 angelegt werden, bewirken, dass die dreiphasigen Wechselströme i_u, i_v und i_w zum Motor 2 fließen, und die Ströme werden von einem Stromdetektor (nicht gezeigt) detektiert. Die Dreiphasen/dq-Umrechnungseinheit 104 rechnet die dreiphasigen Wechselströme i_u, i_v und i_w im Dreiphasen-Koordinatensystem in einen d-Achsenstrom i_d und einen q-Achsenstrom i_q im dq-Koordinatensystem gemäß einer Gleichung 4 um und koppelt die Ströme zurück in den d-Achsenregler 101 und den q-Achsenregler 102:
Der d-Achsenregler 101 generiert einen d-Achsen-Spannungssollwert V_d* unter Verwendung des eingegebenen d-Achsen-Stromsollwertes i_d* und des rückgekoppelten d-Achsenstroms i_d. Zusätzlich generiert der q-Achsenregler 102 einen q-Achsen-Spannungssollwert V_q* unter Verwendung des eingegebenen q-Achsen-Stromsollwertes i_q* und des rückgekoppelten d-Achsenstroms i_q.
Wie es bei „Design and Control of Interior Magnet Synchronous Motor” beschrieben wird, kann zusätzlich ein Permanentmagnet-Synchronmotor (PMSM), der die Feldregelung durch einen Permanentmagneten erzielt, anders als ein Synchronmotor von der Art mit Wicklungsfeld, den Feldsystemmagnetfluss nicht direkt regeln, kann jedoch eine „Flussschwächungsregelung” verwenden, bei welcher der magnetische Fluss in einer d-Achsenrichtung unter Verwendung eines Entmagnetisierungseffekts auf Grund einer d-Achsen-Ankerreaktion reduziert wird, indem bewirkt wird, dass ein negativer d-Achsenstrom fließt. Es ist allgemein bekannt, dass um die Motorklemmenspannung durch die Flussschwächungsregelung auf einen Grenzwert von V_0m oder weniger zu unterdrücken, eine Gleichung 5 für den d-Achsenstrom verwendet werden kann.
Wie beispielsweise in der japanischen Patent-Auslegeschrift Nr. H09-84400 beschrieben, wurde eine Technik zur Stromregelung eines Servomotors durch DQ-Umrechnung vorgeschlagen. Bei dieser Technik wird der Strom nicht der d-Phase zugeführt, sondern nur der q-Phase, während eines Geschwindigkeitsbereichs, in dem eine Drehzahl des Servomotors nicht hoch ist, und ein Blindstrom wird der d-Phase nur zum Zeitpunkt einer schnellen Drehung des Servomotors zugeführt, um die Klemmenspannung des Motors derart zu reduzieren, dass der Blindstrom in dem Bereich reduziert wird, indem keine Spannungssättigung vorkommt. Dadurch wird die Wärmegenerierung auf Grund des Wirkstroms unterdrückt, um eine stabile Drehung des Motors selbst mit hoher Geschwindigkeit zu ermöglichen.
Wie beispielsweise in der japanischen Patent-Auslegeschrift Nr. 2006-20397 beschrieben, wurde zusätzlich eine Technik zum Regeln eines Synchronelektromotors mit einem Permanentmagneten vorgeschlagen. Bei dieser Technik wird eine Gleichstrom-Zwischenkreisspannung eines Gleichstroms, der durch Gleichrichten einer Wechselstrom-Versorgungsspannung oder Eingangsspannung, die in einen Leistungsverstärker eingegeben wird, erzielt wird, gemessen. Dann wird gemäß der Versorgungsspannung ein Blindstrom (ein d-Achsenstrom) oder ein Stromregelphasen-Voreilbetrag geändert, um eine Blindstromregelung und Phasenregelung gemäß der Änderung der eingegebenen Versorgungsspannung direkt auszuführen.
Wie beispielsweise in der japanischen Patent-Auslegeschrift Nr. H09-298899 beschrieben, wurde zusätzlich eine Technik zum Korrigieren der magnetischen Sättigung vorgeschlagen. Bei dieser Technik werden ein d-Phasenstrom in einer Richtung des magnetischen Flusses, der durch ein Feldsystem generiert wird, und ein q-Phasenstrom, der dazu orthogonal ist, aus einem Antriebsstrom und einer Rotorphase eines AC-Servomotors durch dq-Umrechnung erzielt. Der d-Phasenstrom wird auf null eingestellt, und der q-Phasenstrom wird als Stromsollwert eingestellt, um einen Stromregelmodus zum Ausführen einer Stromregelung im DC-Modus zu verwenden. Bei der Stromregelung im DC-Modus wird durch Phasenvoreilung des q-Phasenstromsollwerts, der beim Auftreten einer magnetischen Sättigung eine aktive Komponente des Stromsollwertes ist, der Einfluss der magnetischen Sättigung unterdrückt, um die Drehmomentreduzierung zu verringern.
Wie beispielsweise in der japanischen Patent-Auslegeschrift Nr. H09-23700 beschrieben, wurde zusätzlich eine Technik zum Regeln des Stroms eines Servomotors, der durch dq-Umrechnung geregelt wird, vorgeschlagen. Bei dieser Technik wird ein Winkel, der einer Verzögerung in einer Stromschleife entspricht, als Korrekturwinkel erzielt, um einen Phasenwinkel unter Verwendung des Korrekturwinkels zu korrigieren. Unter Verwendung des korrigierten Phasenwinkels erfolgt die Koordinatenumrechnung von einem Dreiphasen-Koordinatensystem in ein dq-Koordinatensystem oder eine Koordinatenumrechnung von einem dq-Koordinatensystem in ein Dreiphasen-Koordinatensystem in einer dq-Umrechnung, wodurch die Verzögerung der Stromschleife kompensiert wird.
Wie zuvor beschrieben, wird die Flussschwächungsregelung bei Permanentmagnet-Synchronmotoren (PMSM) ausgeführt. Wie in der Gleichung 5 angegeben, ist die mathematische Gleichung jedoch kompliziert, und ein Rechenprozess ist langwierig.
KURZDARSTELLUNG
Angesichts des obigen Problems ist es eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Motorregelvorrichtung bereitzustellen, die eine Rechenprozesszeit beim Regeln eines Dreiphasen-Wechselstrommotors unter Verwendung einer dq/Dreiphasen-Koordinatenumrechnung verkürzt.
Um die obige Aufgabe zu erfüllen, umfasst eine Motorregelvorrichtung zum Regeln eines Dreiphasen-Wechselstrommotors unter Verwendung einer dq/Dreiphasen-Koordinatenumrechnung eine Einheit zum Berechnen eines Phasenkorrekturbetrags, um einen Phasenkorrekturbetrag unter Verwendung einer detektierten Motorgeschwindigkeit und eines anfänglichen Wertes eines q-Achsen-Stromsollwertes zu berechnen, eine Einheit zum Korrigieren eines Rotorphasenwinkels, um den Phasenkorrekturbetrag zu einem detektierten Rotorphasenwinkel des Motors zu addieren oder davon zu subtrahieren, um einen korrigierten Rotorphasenwinkel zu berechnen, und eine Einheit zum Umrechnen von Koordinaten, um eine Koordinatenumrechnung zwischen Parametern in einem dq-Koordinatensystem und Parametern in einem Dreiphasen-Koordinatensystem auf der Grundlage des korrigierten Rotorphasenwinkels auszuführen.
Bei der obigen Motorregelvorrichtung kann die Einheit zum Berechnen eines Phasenkorrekturbetrags eine Speichereinheit zum Speichern eines Geschwindigkeitskoeffizienten N_A, einer ersten Referenzgeschwindigkeit N_B, eines Grenzwertes des Phasenkorrekturbetrags N_L, eines Stromkoeffizienten T_A und einer Referenzstrom-Nennleistung T_B als vorbestimmte Parameter umfassen; eine Einheit zum Berechnen eines Geschwindigkeitskorrekturterms, um einen Geschwindigkeitskorrekturterm auf folgender Basis zu berechnen: Geschwindigkeitskorrekturwert = min[N_A × max{0, (N – N_B)}, N_L] (6) wobei N die Motorgeschwindigkeit darstellt;
eine Einheit zum Berechnen eines Stromkorrekturterms, um einen Stromkorrekturterm auf folgender Grundlage zu berechnen: Stromkorrekturwert = T_A × min[1, max{0, (T_r – T_B)}] (7) wobei T_r eine anfängliche q-Achsen-Stromsollwert-Nennleistung darstellt, die ein Prozentsatz eines anfänglichen Wertes eines q-Achsen-Stromsollwertes im Verhältnis zu einem maximalen Strom ist, der von einem Umrichter ausgegeben werden kann, der Gleichstrom in Wechselstrom umwandelt, um den Wechselstrom als Antriebsleistung für den Motor zuzuführen; und
eine Ausgabeeinheit, um als Phasenkorrekturbetrag einen Wert auszugeben, der durch Multiplizieren des Geschwindigkeitskorrekturterms und des Stromkorrekturterms erzielt wird.
Zusätzlich kann die Speichereinheit ferner eine Referenzspannung als vorbestimmten Parameter speichern, und die Einheit zum Berechnen eines Phasenkorrekturbetrags kann eine Korrektureinheit umfassen, um jeweils den Geschwindigkeitskoeffizienten, die erste Referenzgeschwindigkeit und den Grenzwert des Phasenkorrekturbetrags, die aus der Speichereinheit ausgelesen werden, unter Verwendung eines DC-Spannungswertes, der auf einer DC-Seite des Umrichters detektiert wird, und der Referenzspannung, die in der Speichereinheit vorgespeichert ist, zu korrigieren.
Zusätzlich kann die Motorregelvorrichtung ferner eine Einheit zum Berechnen eines anfänglichen Wertes des d-Achsen-Stromsollwertes umfassen, um einen anfänglichen Wert eines d-Achsen-Stromsollwertes zu berechnen, der eine Funktion umfasst, welche die Motorgeschwindigkeit als unabhängige Variable verwendet.
Die Einheit zum Berechnen eines anfänglichen Wertes eines d-Achsen-Stromsollwertes kann den anfänglichen Wert des d-Achsen-Stromsollwertes auf folgender Grundlage berechnen: Anfänglicher Wert des d-Achsen-Stromsollwertes = max{0, I_DA × (N – I_DB)} (8) wobei I_DA einen vorbestimmten Koeffizienten des anfänglichen Wertes des d-Achsen-Stromsollwertes darstellt und I_DB eine vorbestimmte zweite Referenzgeschwindigkeit darstellt.
Zudem kann die Einheit zum Korrigieren eines Rotorphasenwinkels ferner zu dem korrigierten Rotorphasenwinkel einen Phasenwinkel, der einer Verzögerung in einem Stromregelkreis entspricht, der derart regelt, dass Strom, der zum Motor fließt, einem Stromsollwert folgt, einen Phasenwinkel, der einer Phasenvoreilung eines q-Achsen-Stromsollwertes entspricht, der notwendig ist, um das Drehmoment des Motors zu maximieren, oder die beiden Phasenwinkel addieren oder davon subtrahieren, um einen neuen korrigierten Rotorphasenwinkel zu berechnen, der für die Koordinatenumrechnung durch die Einheit zum Umrechnen von Koordinaten verwendet wird.
Die vorliegende Erfindung kann eine Motorregelvorrichtung erreichen, die eine Rechenprozesszeit beim Regeln eines Dreiphasen-Wechselstrommotors unter Verwendung einer dq/Dreiphasen-Koordinatenumrechnung verkürzt. Um einen Permanentmagnet-Synchronmotor (PMSM) zu regeln, wurde herkömmlicherweise die „Flussschwächungsregelung” verwendet, die einen negativen d-Achsenstrom verwendet. Es gab jedoch das Problem, dass die mathematische Gleichung, die für die Flussschwächungsregelung verwendet wurde, kompliziert war und ein Rechenprozess langwierig war. Dagegen verwendet die vorliegende Erfindung nicht die komplizierte mathematische Gleichung, die für die Flussschwächungsregelung spezifisch ist, und verwendet als Regelparameter einen Phasenkorrekturbetrag, der verwendet wird, um einen Rotorphasenwinkel zu korrigieren, um einen Permanentmagnet-Synchronmotor (PMSM) anzutreiben und zu regeln. Somit ist der Inhalt des Rechenprozesses leichter auszuführen als die herkömmliche Flussschwächungsregelung, so dass die Rechenprozesszeit verkürzt werden kann.
KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
Die vorliegende Erfindung wird mit Bezug auf die beiliegenden Zeichnungen besser verständlich werden. Es zeigen:
1 ein Blockdiagramm, das eine Motorregelvorrichtung gemäß einer ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung abbildet;
2 ein Vektordiagramm, das einen Dreiphasen/dq-Koordinatenumrechnungsprozess abbildet, der einen korrigierten Rotorphasenwinkel verwendet;
3 ein Blockdiagramm, das eine Einheit zum Berechnen eines Phasenkorrekturbetrags in der in 1 abgebildeten Motorregelvorrichtung abbildet;
4A ein Diagramm, das ein Simulationsergebnis einer Motorregelvorrichtung abbildet, die eine herkömmliche Flussschwächungsregelung verwendet, wobei das Diagramm den Betrag des d-Achsen-Stromsollwertes im Verhältnis zur Anzahl der Umdrehungen eines Motors abbildet;
4B ein Diagramm, das ein Simulationsergebnis der Motorregelvorrichtung abbildet, welche die herkömmliche Flussschwächungsregelung verwendet, wobei das Diagramm den Betrag des Drehmoments im Verhältnis zur Anzahl von Umdrehungen des Motors abbildet;
5A ein Diagramm, das ein Simulationsergebnis der Motorregelvorrichtung gemäß der ersten Ausführungsform abbildet, wobei das Diagramm den Betrag der Phasenkorrektur abbildet;
5B ein Diagramm, das ein Simulationsergebnis der Motorregelvorrichtung gemäß der ersten Ausführungsform abbildet, wobei das Diagramm den Betrag des d-Achsen-Stromsollwertes im Verhältnis zur Anzahl der Umdrehungen des Motors abbildet;
5C ein Diagramm, das ein Simulationsergebnis der Motorregelvorrichtung gemäß der ersten Ausführungsform abbildet, wobei das Diagramm den Betrag des Drehmoments im Verhältnis zur Anzahl der Umdrehungen des Motors abbildet;
6 ein Blockdiagramm, das eine Motorregelvorrichtung gemäß einer zweiten Ausführungsform der Erfindung abbildet;
7 ein Blockdiagramm, das eine Einheit zum Berechnen eines Phasenkorrekturbetrags in der in 6 abgebildeten Motorregelvorrichtung abbildet;
8A ein Diagramm, das ein Simulationsergebnis einer Motorregelvorrichtung abbildet, welche die herkömmliche Flussschwächungsregelung verwendet, wobei das Diagramm den Betrag des d-Achsen-Stromsollwertes im Verhältnis zur Anzahl der Umdrehungen eines Motors abbildet;
8B ein Diagramm, das ein Simulationsergebnis der Motorregelvorrichtung abbildet, welche die herkömmliche Flussschwächungsregelung verwendet, wobei das Diagramm den Betrag des d-Achsen-Stromsollwertes im Verhältnis zur Anzahl der Umdrehungen des Motors abbildet;
9A ein Diagramm, das ein Simulationsergebnis der Motorregelvorrichtung gemäß der zweiten Ausführungsform abbildet, wobei das Diagramm den Betrag der Phasenkorrektur abbildet;
9B ein Diagramm, das ein Simulationsergebnis der Motorregelvorrichtung gemäß der zweiten Ausführungsform abbildet, wobei das Diagramm den Betrag des d-Achsen-Stromsollwertes im Verhältnis zur Anzahl der Umdrehungen des Motors abbildet;
9C ein Diagramm, das ein Simulationsergebnis der Motorregelvorrichtung gemäß der zweiten Ausführungsform abbildet, wobei das Diagramm den Betrag des Drehmoments im Verhältnis zur Anzahl der Umdrehungen des Motors abbildet;
10 ein Blockdiagramm, das einen Regelkreis einer typischen Motorregelvorrichtung zum Regeln eines Dreiphasen-Wechselstrommotors unter Verwendung einer dq/Dreiphasen-Koordinatenumrechnung abbildet; und
11 ein Blockdiagramm, das einen dq/Dreiphasen-Koordinatenumrechnungsprozess in einer typischen Motorregelvorrichtung abbildet.
AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG
Nachstehend erfolgt eine Beschreibung einer Motorregelvorrichtung zum Regeln einer Stromphase in dq/Dreiphasen-Koordinaten mit Bezug auf die Zeichnungen. Es versteht sich jedoch, dass die vorliegende Erfindung nicht auf die Ausführungsformen eingeschränkt ist, die in den Zeichnungen und der nachstehenden Beschreibung beschrieben werden.
1 ist ein Blockdiagramm, das eine Motorregelvorrichtung gemäß einer ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung abbildet. Nachstehend geht man davon aus, dass Bestandteile, die in verschiedenen Zeichnungen mit den gleichen Bezugszeichen bezeichnet sind, die gleichen Funktionen erfüllen. In der Beschreibung wird ein Beispiel angegeben, bei dem ein handelsübliches dreiphasiges AC-Netzteil 3 an eine AC-Netzteilseite einer Motorregelvorrichtung 1 (d. h. eine AC-Netzteilseite eines Gleichrichters 51) angeschlossen ist, und ein Dreiphasen-Permanentmagnet-Synchronmotor (PMSM) 2 (nachstehend einfach als „Motor” bezeichnet) an eine AC-Motorseite der Motorregelvorrichtung 1 (d. h. eine AC-Motorseite eines Umrichters 52) angeschlossen ist.
Die Motorregelvorrichtung 1 umfasst den Gleichrichter 51 und den Umrichter (Umkehrwandler) 52, die an eine DC-Verbindung angeschlossen sind, bei der es sich um eine DC-Seite des Gleichrichters 51 handelt. Zusätzlich ist die DC-Verbindung mit einem DC-Kondensator 53 versehen. Die Schaltungsstrukturen des Gleichrichters 51 und des Umrichters 52 schränken die vorliegende Erfindung nicht ein. Der Gleichrichter 51 besteht beispielsweise aus einem Dioden-Gleichrichter oder einem PWM-Gleichrichter. Der Umrichter 52 besteht beispielsweise aus einem PWM-Umrichter, der aus einer Vollbrückenschaltung mit Schaltelementen und Dioden besteht, die gegenparallel dazu geschaltet sind. Beispiele der Schaltelemente umfassen IGBT, Thyristoren, GTO (abschaltbare Thyristoren) und Transistoren.
Die Motorregelvorrichtung 1 gemäß der ersten Ausführungsform umfasst eine Einheit zum Berechnen eines Phasenkorrekturbetrags 11, um einen Phasenkorrekturbetrag Φ unter Verwendung einer detektierten Motorgeschwindigkeit und eines anfänglichen Wertes eines q-Achsen-Stromsollwertes zu berechnen, eine Einheit zum Korrigieren eines Rotorphasenwinkels 12, um den Phasenkorrekturbetrag Φ zu einem detektierten Rotorphasenwinkel θ des Motors 2 zu addieren oder davon zu subtrahieren, um einen korrigierten Rotorphasenwinkel zu berechnen, und eine Einheit zum Umrechnen von Koordinaten 13, um eine Koordinatenumrechnung zwischen Parametern in einem dq-Koordinatensystem und Parametern in einem Dreiphasen-Koordinatensystem auf der Grundlage des korrigierten Rotorphasenwinkels auszuführen. Die Einheit zum Umrechnen von Koordinaten 13 umfasst eine dq/Dreiphasen-Umrechnungseinheit 13-1 und eine Dreiphasen/dq-Umrechnungseinheit 13-2.
Wie bei der herkömmlichen Technik, umfasst die Motorregelvorrichtung 1 zusätzlich einen Regler 14 und eine Einheit zum Generieren eines PWM-Regelsignals 15. Der Regler 14 generiert jeweils einen d-Achsen-Spannungssollwert V_d1* und einen q-Achsen-Spannungssollwert V_q1* unter Verwendung eines eingegebenen d-Achsen-Stromsollwertes i_d* und eines eingegebenen q-Achsen-Stromsollwertes i_q*, und eines d-Achsenstroms i_d1 und eines q-Achsenstroms i_q1, die von einer Dreiphasen/dq-Umrechnungseinheit 13-2 ausgegeben werden, die noch beschrieben wird. Ein Verfahren an sich zum Generieren des d-Achsen-Spannungssollwertes V_d1* und des q-Achsen-Spannungssollwerts V_q1* durch den Regler 14 schränkt die vorliegende Erfindung nicht ein und kann beispielsweise durch ein bekanntes Verfahren erreicht werden. Die Einheit zum Generieren eines PWM-Regelsignals 15 vergleicht die Dreiphasen-Spannungssollwerte V_u*, V_v* und V_w*, die von einer dq/Dreiphasen-Umrechnungseinheit 13-1 ausgegeben, die noch beschrieben wird, mit einem Dreieckswellen-Trägersignal, das eine vorbestimmte Trägerfrequenz aufweist, um ein PWM-Regelsignal für einen Regelschaltvorgang von Halbleiter-Schaltelementen in dem Umrichter 52 zu generieren. Ein Verfahren zum Generieren eines PWM-Regelsignals an sich durch die Einheit zum Generieren eines PWM-Regelsignals 15 schränkt die vorliegende Erfindung nicht ein und kann beispielsweise durch ein bekanntes Verfahren erreicht werden.
Als Nächstes werden die Einheit zum Berechnen eines Phasenkorrekturbetrags 11, die Einheit zum Korrigieren eines Rotorphasenwinkels 12 und die Einheit zum Umrechnen von Koordinaten 13 beschrieben.
Bei der ersten Ausführungsform korrigiert die Einheit zum Korrigieren eines Rotorphasenwinkels 12 im Voraus einen Rotorphasenwinkel, der für einen Koordinatenumrechnungsprozess durch die Einheit zum Umrechnen von Koordinaten 13 verwendet wird, und addiert oder subtrahiert den Phasenkorrekturbetrag Φ zu oder von dem Rotorphasenwinkel θ des Motors 2, der von einem Geschwindigkeitsdetektor 16 detektiert wird, um einen korrigierten Rotorphasenwinkel zu berechnen. Ein spezifisches Verfahren zum Berechnen des Phasenkorrekturbetrags Φ wird später beschrieben.
Die dq/Dreiphasen-Umrechnungseinheit 13-1 bei der ersten Ausführungsform rechnet den d-Achsen-Spannungssollwert V_d1* und den q-Achsen-Spannungssollwert V_q1* im dq-Koordinatensystem in die Dreiphasen-Spannungssollwerte V_u*, V_v* und V_w* im Dreiphasen-Koordinatensystem auf der Grundlage eines korrigierten Rotorphasenwinkels, der von der Einheit zum Korrigieren eines Rotorphasenwinkels 12 ausgegeben wird, um. Der korrigierte Rotorphasenwinkel, der für den dq/Dreiphasen-Koordinatenumrechnungsprozess von der dq/Dreiphasen-Phasenumrechnungseinheit 13-1 verwendet wird, wird durch Addieren des Phasenkorrekturbetrags Φ zum Rotorphasenwinkel θ des Motors 2, der von dem Geschwindigkeitsdetektor 16 detektiert wird, generiert. Der dq/Dreiphasen-Koordinatenumrechnungsprozess durch die dq/Dreiphasen-Phasenumrechnungseinheit 13-1 wird unter Verwendung des Rotorphasenwinkels θ gemäß einer Gleichung 9 ausgeführt:
Durch Anwenden des Additionstheorems der trigonometrischen Funktionen kann die Gleichung 9 wie in Gleichung 10 geändert werden:
Die Parameter V_d1* und V_q1* werden durch die Gleichung 11 dargestellt:
Die Gleichung 11 wird in die Gleichung 10 eingesetzt, um eine Gleichung 12 zu erzielen:
Ein Vergleich zwischen der Gleichung 9 und der Gleichung 12 gibt an, dass der dq/Dreiphasen-Koordinatenumrechnungsprozess, der von der dq/Dreiphasen-Umrechnungseinheit 13-1 gemäß der Gleichung 9 ausgeführt wird, einem Prozess entspricht, der an V_d1* und V_q1* ausgeführt wird, die durch Vorhalten des d-Achsen-Spannungssollwertes V_d* und des q-Achsen-Spannungssollwertes V_q* um den Phasenkorrekturbetrag Φ erzielt werden, wie in Gleichung 12 abgebildet.
Dagegen rechnet die Dreiphasen/dq-Umrechnungseinheit 13-2 bei der ersten Ausführungsform die dreiphasigen Wechselströme i_u, i_v und i_w im Dreiphasen-Koordinatensystem, die von einem Stromdetektor 17 detektiert werden, in den d-Achsenstrom i_d und den q-Achsenstrom i_q im dq-Koordinatensystem auf der Grundlage eines korrigierten Rotorphasenwinkels, der von der Einheit zum Korrigieren eines Rotorphasenwinkels 12 ausgegeben wird, um. Der korrigierte Rotorphasenwinkel, der für den Dreiphasen/dq-Koordinatenumrechnungsprozess durch die Dreiphasen/dq-Umrechnungseinheit 13-2 verwendet wird, wird durch Subtrahieren des Phasenkorrekturbetrags Φ von dem Rotorphasenwinkel θ des Motors 2, der von dem Geschwindigkeitsdetektor 16 detektiert wird, generiert. Unter Verwendung des generierten Rotorphasenwinkels θ wird der Dreiphasen/dq-Koordinatenumrechnungsprozess durch die Dreiphasen/dq-Umrechnungseinheit 13-2 gemäß einer Gleichung 13 ausgeführt:
Durch Anwenden des Additionstheorems der trigonometrischen Funktionen kann die Gleichung 13 wie in einer Gleichung 14 geändert werden:
Durch Multiplizieren der beiden Seiten der Gleichung 14 mit einer Kehrmatrix zu einer Matrix des Phasenkorrekturbetrags Φ kann die Gleichung 14 in eine Gleichung 15 geändert werden:
Die Parameter i_d1 und i_q1 werden durch die Gleichung 16 dargestellt.
Die Gleichung 16 wird in die Gleichung 15 eingesetzt, um eine Gleichung 17 zu erzielen:
Ein Vergleich zwischen der Gleichung 13 und der Gleichung 17 gibt an, dass i_d1 und i_q1, die durch Vorhalten des d-Achsenstroms i_d und des q-Achsenstroms i_q um den Phasenkorrekturbetrag Φ zu erzielen sind, wie in der Gleichung 17 abgebildet durch den Dreiphasen/dq-Koordinatenumrechnungsprozess durch die Dreiphasen/dq-Umrechnungseinheit 13-2 berechnet wurden, der an den dreiphasigen Wechselströmen i_u, i_v und i_w im Dreiphasen-Koordinatensystem auf der Grundlage von Gleichung 13 ausgeführt wird.
2 ist ein Vektordiagramm, das einen Dreiphasen/dq-Koordinatenumrechnungsprozess unter Verwendung eines korrigierten Rotorphasenwinkels abbildet. Wenn die dreiphasigen Wechselströme i_u, i_v und i_w im Dreiphasen-Koordinatensystem einer Dreiphasen/dq-Koordinatenumrechnung unterzogen werden, werden der d-Achsenstrom i_d und der q-Achsenstrom i_q im dq-Koordinatensystem erzielt. In diesem Fall wird der Stromvektor durch i_a dargestellt. Wenn dagegen die dreiphasigen Wechselströme i_u, i_v und i_w im Dreiphasen-Koordinatensystem einer Dreiphasen/dq-Koordinatenumrechnung unter Verwendung eines korrigierten Rotorphasenwinkels unterzogen werden, der durch Subtrahieren des Phasenkorrekturbetrags Φ vom Rotorphasenwinkel θ (d. h. durch Vorhalten des Rotorphasenwinkels θ um den Phasenkorrekturbetrag Φ) erzielt wird, werden der d-Achsenstrom i_d1 und der q-Achsenstrom i_q1 im dq-Koordinatensystem erzielt. In diesem Fall wird der Stromvektor durch i_a1 dargestellt. Mit anderen Worten versteht es sich, dass das Ändern der Größe des Phasenkorrekturbetrags Φ entsprechend eine Änderung der Größe des d-Achsen-Stroms i_d ermöglicht. Somit verwendet die vorliegende Erfindung die Kennlinien, um den Phasenkorrekturbetrag Φ, der zum Korrigieren des Rotorphasenwinkels θ verwendet wird, als Regelparameter zum Antreiben und Regeln eines Permanentmagnet-Synchronmotors (PMSM) zu verwenden.
Insbesondere gemäß der ersten Ausführungsform generiert die Einheit zum Korrigieren eines Rotorphasenwinkels 12 einen korrigierten Rotorphasenwinkel für die Dreiphasen/dq-Umrechnungseinheit 13-2 durch Subtrahieren des Phasenkorrekturbetrags Φ von dem Rotorphasenwinkel θ, der von dem Geschwindigkeitsdetektor 16 detektiert wird. Unter Verwendung des korrigierten Rotorphasenwinkels rechnet die Dreiphasen/dq-Umrechnungseinheit 13-2 die dreiphasigen Wechselströme i_u, i_v und i_w im Dreiphasen-Koordinatensystem, die von dem Stromdetektor 17 detektiert werden, in den d-Achsenstrom i_d1 und den q-Achsenstrom i_q1 im dq-Koordinatensystem gemäß der Gleichung 17 um. Wie mit Bezug auf 2 beschrieben, befinden sich der d-Achsenstrom i_d1 und der q-Achsenstrom i_q1, die durch den Dreiphasen/dq-Umrechnungsprozess unter Verwendung des korrigierten Rotorphasenwinkels erzielt werden, in dem Zustand, in dem sie gegenüber dem Rotorphasenwinkel θ um den Phasenkorrekturbetrag Φ vorgehalten sind (d. h. in dem Zustand, in dem sie im Vergleich zum d-Achsenstrom i_d und zum q-Achsenstrom i_q, die durch einen Dreiphasen/dq-Umrechnungsprozess unter Verwendung des Rotorphasenwinkels θ, der keiner Phasenkorrektur unterzogen wird, erzielt werden, um den Phasenkorrekturbetrag Φ vorgehalten sind). Der Regler 14 generiert jeweils den d-Achsen-Spannungssollwert V_d1* und den q-Achsen-Spannungssollwert V_q1* unter Verwendung des eingegebenen d-Achsen-Stromsollwertes i_d* und des eingegebenen q-Achsen-Stromsollwertes i_q* und des d-Achsen-Stroms i_d1 und des q-Achsen-Stroms i_q1, die von der Dreiphasen/dq-Umrechnungseinheit 13-2 ausgegeben werden. Der d-Achsen-Spannungssollwert V_d1* und der q-Achsen-Spannungssollwert V_q1* befinden sich in dem Zustand, in dem sie gegenüber dem Rotorphasenwinkel θ um den Phasenkorrekturbetrag Φ vorgehalten sind, wie bei dem d-Achsenstrom i_d1 und dem q-Achsenstrom i_q1. Zudem generiert die Einheit zum Korrigieren eines Rotorphasenwinkels 12 einen korrigierten Rotorphasenwinkel für die dq/Dreiphasen-Umrechnungseinheit 13-1 durch Addieren des Phasenkorrekturbetrags Φ zu dem Rotorphasenwinkel θ, der von dem Geschwindigkeitsdetektor 16 detektiert wird. Unter Verwendung des korrigierten Rotorphasenwinkels rechnet die dq/Dreiphasen-Umrechnungseinheit 13-1 den d-Achsen-Spannungssollwert V_d1* und den q-Achsen-Spannungssollwert V_q1* im dq-Koordinatensystem in die Dreiphasen-Spannungssollwerte V_u*, V_v* und V_w* im Dreiphasen-Koordinatensystem gemäß der Gleichung 12 um. Wie zuvor beschrieben, befanden sich der d-Achsen-Spannungssollwert V_d1* und der q-Achsen-Spannungssollwert V_q1* in dem Zustand, indem sie gegenüber dem Rotorphasenwinkel θ um den Phasenkorrekturbetrag Φ vorgeschoben waren. Durch die Ausführung des dq/Dreiphasen-Umrechnungsprozesses basierend auf der Gleichung 12 wird der obige „Voreilungszustand gegenüber dem Rotorphasenwinkel θ um den Phasenkorrekturbetrag Φ” jedoch aufgehoben, wodurch er zum anfänglichen Rotorphasenwinkel θ zurückkehrt. Anschließend vergleicht die Einheit zum Generieren von PWM-Regelsignalen 15 die Dreiphasen-Spannungssollwerte V_u*, V_v* und V_w*, die von der dq/Dreiphasen-Umrechnungseinheit 13-1 ausgegeben werden, mit einem Dreieckswellen-Trägersignal, das eine vorbestimmte Trägerfrequenz aufweist, um ein PWM-Regelsignal zu generieren, um einen Schaltvorgang von Halbleiter-Schaltelementen in dem Umrichter 52 zu regeln. Der Umrichter 52 bewirkt, dass die Schaltelemente darin, auf der Grundlage des PWM-Regelsignals, das von der Einheit zum Generieren von PWM-Regelsignalen 15 generiert wird, umgeschaltet werden, um einen Gleichstrom, der von der DC-Verbindungsseite zugeführt wird, in einen dreiphasigen Wechselstrom umzuwandeln, der eine gewünschte Spannung und eine gewünschte Frequenz aufweist, um den Motor (Permanentmagnet-Synchronmotor (PMSM)) 2 anzutreiben. Dadurch wird der Motor 2 auf der Grundlage des spannungsvariablen und frequenzvariablen dreiphasigen Wechselstroms, der von dem Umrichter 52 zugeführt wird, betätigt.
Auf diese Art und Weise führt die Dreiphasen/dq-Umrechnungseinheit 13-2 den Dreiphasen/dq-Umrechnungsprozess basierend auf der Gleichung 17 an den dreiphasigen Wechselströmen i_u, i_v und i_w aus, um den d-Achsenstrom i_d1 und den q-Achsenstrom i_q1 zu generieren, die gegenüber dem Rotorphasenwinkel θ um den Phasenkorrekturbetrag Φ vorgeschoben sind. Der Regler 14 generiert den d-Achsen-Spannungssollwert V_d1* und den q-Achsen-Spannungssollwert V_q1*, um es dem d-Achsenstrom i_d1 und dem q-Achsenstrom i_q1 zu erlauben, dem d-Achsen-Stromsollwert i_d* und dem eingegebenen q-Achsen-Stromsollwert i_q* zu folgen. Dann generiert die dq/Dreiphasen-Umrechnungseinheit 13-1 die dreiphasigen Spannungssollwerte V_u*, V_v* und V_w*, indem sie den dq/Dreiphasen-Umrechnungsprozess basierend auf der Gleichung 12 an dem d-Achsen-Spannungssollwert V_d1* und dem q-Achsen-Spannungssollwert V_q1* ausführt, die gegenüber dem Rotorphasenwinkel θ um den Phasenkorrekturbetrag Φ vorgehalten sind. Mit anderen Worten kommt es bei der Motorregelvorrichtung 1 gemäß der ersten Ausführungsform, wenn der Dreiphasen/dq-Umrechnungsprozess, der einen korrigierten Rotorphasenwinkel verwendet, von der Dreiphasen/dq-Umrechnungseinheit 13-2 ausgeführt wird, zu dem „Voreilungszustand gegenüber dem Rotorphasenwinkel θ um den Phasenkorrekturbetrag Φ”. In diesem Zustand wird der Prozess zum Generieren eines dq-Achsen-Spannungssollwertes von dem Regler 14 ausgeführt, gefolgt von einer weiteren Ausführung des dq/Dreiphasen-Umrechnungsprozesses unter Verwendung eines korrigierten Rotorphasenwinkels durch die dq/Dreiphasen-Umrechnungseinheit 13-1, woraufhin der „Voreilungszustand gegenüber dem Rotorphasenwinkel θ um den Phasenkorrekturbetrag Φ” aufgehoben wird.
Herkömmlicherweise wurden Permanentmagnet-Synchronmotoren (PMSM) durch eine „Flussschwächungsregelung” unter Verwendung eines negativen d-Achsen-Stroms geregelt. Es bestand jedoch das Problem, dass die Gleichung 5, die für die Flussschwächungsregelung verwendet wird, kompliziert war und ein Rechenprozess langwierig war. Dagegen verwendet die vorliegende Erfindung keine komplizierte mathematische Gleichung, wie etwa die Gleichung 5, die für die Flussschwächungsregelung spezifisch ist, und verwendet als Regelparameter den Phasenkorrekturbetrag Φ, der zum Korrigieren des Rotorphasenwinkels θ verwendet wird, um einen Permanentmagnet-Synchronmotor (PMSM) anzutreiben und zu regeln. Somit ist der Inhalt des Rechenprozesses einfacher als die herkömmliche Flussschwächungsregelung, so dass die Rechenprozesszeit verkürzt werden kann.
Nun folgt eine Beschreibung eines spezifischen Verfahrens zum Berechnen des Phasenkorrekturbetrags Φ. 3 ist ein Blockdiagramm, das eine Einheit zum Berechnen eines Phasenkorrekturbetrags in der in 1 abgebildeten Motorregelvorrichtung abbildet. Die Einheit zum Berechnen eines Phasenkorrekturbetrags 11 umfasst eine Speichereinheit 21, eine Einheit zum Berechnen eines Geschwindigkeitskorrekturterms 22, eine Einheit zum Berechnen eines Stromkorrekturterms 23 und eine Ausgabeeinheit 24.
Die Speichereinheit 21 speichert einen Geschwindigkeitskoeffizienten N_A, eine erste Referenzgeschwindigkeit N_B, einen Grenzwert N_L des Phasenkorrekturbetrags, einen Stromkoeffizienten T_A und eine Referenzstrom-Nennleistung T_B als vorbestimmte Parameter.
Die Einheit zum Berechnen eines Geschwindigkeitskorrekturterms 22 berechnet einen Geschwindigkeitskorrekturterm gemäß einer Gleichung 18, bei der die Motorgeschwindigkeit, die von dem Geschwindigkeitsdetektor 16 detektiert wird, durch N dargestellt wird. Wie in der Gleichung 18 abgebildet, subtrahiert die Einheit zum Berechnen eines Geschwindigkeitskorrekturterms 22 insbesondere zuerst die erste Referenzgeschwindigkeit N_B von der Motorgeschwindigkeit N. Dann multipliziert die Einheit zum Berechnen eines Geschwindigkeitskorrekturterms 22 den größeren Wert von einem Ergebniswert der Subtraktion und 0 mit dem Geschwindigkeitskoeffizienten N_A. Eine obere Grenze eines Ergebniswertes der Multiplikation wird auf den Grenzwert N_L des Phasenkorrekturbetrags eingestellt. Mit anderen Worten gibt die Einheit zum Berechnen eines Geschwindigkeitskorrekturterms 22 als Geschwindigkeitskorrekturterm den kleineren Wert von dem Ergebniswert der Multiplikation und dem Grenzwert N_L des Phasenkorrekturbetrags aus. Geschwindigkeitskorrekturwert = min[N_A × max{0, (N – N_B)}, N_L] (18)
Die Einheit zum Berechnen eines Stromkorrekturterms 23 berechnet einen Stromkorrekturwert gemäß einer Gleichung 19, bei der T_r eine anfängliche q-Achsen-Stromsollwert-Nennleistung ist, wobei es sich um einen Prozentsatz eines anfänglichen Wertes eines q-Achsen-Stromsollwertes i_q0* im Verhältnis zu einem maximalen Strom handelt, der von dem Umrichter 52 ausgegeben werden kann (d. h. einen Wert, der durch Dividieren des anfänglichen Wertes des q-Achsen-Stromsollwertes i_q0* durch den maximalen Strom, der vom Umrichter 52 ausgegeben werden kann, erzielt wird). Es wird vorausgesetzt, dass sich die Werte der anfänglichen q-Achsen-Stromsollwert-Nennleistung T_r und der Referenzstrom-Nennleistung T_B in einem Bereich von 0 bis 1 befinden, wobei vorausgesetzt wird, dass ihre Werte gleich 1 sind, wenn der maximale Strom, der vom Umrichter 52 ausgegeben werden kann, zum Motor 2 fließt. Mit anderen Worten, wie in Gleichung 19 abgebildet, extrahiert die Einheit zum Berechnen eines Geschwindigkeitskorrekturterms 22 zuerst den größeren Wert von einem Wert, der durch Subtrahieren der Referenzstrom-Nennleistung T_B von der anfänglichen q-Achsen-Stromsollwert-Nennleistung T_r und 0. Dann multipliziert die Einheit zum Berechnen eines Geschwindigkeitskorrekturterms 22 den kleineren Wert von einem Ergebniswert der Extraktion und 1 mit dem Stromkoeffizienten T_A und gibt einen Ergebniswert der Multiplikation als Stromkorrekturterm aus. Stromkorrekturwert = T_A × min[1, max{0, (T_r – T_B)}] (19)
Die Ausgabeeinheit 24 gibt einen Wert, der durch Multiplizieren des Geschwindigkeitskorrekturterms und des Stromkorrekturterms miteinander erzielt wird, als Phasenkorrekturbetrag Φ aus.
Wie es aus den Gleichungen 18 und 19 hervorgeht, wird der Phasenkorrekturbetrag Φ zu einer Funktion, welche die Motorgeschwindigkeit N als unabhängige Variable verwendet. Zusätzlich ändert sich der anfängliche Wert eines q-Achsen-Stromsollwertes iq₀ von Augenblick zu Augenblick gemäß einem eingegebenen Beschleunigungssollwert. Somit wird der Phasenkorrekturbetrag Φ zu einem Wert, der sich je nach den Größen der Motorgeschwindigkeit N und des anfänglichen Wertes eines q-Achsen-Stromsollwertes i_q0* ändert. Der anfängliche Wert eines q-Achsen-Stromsollwertes i_q0* wird durch „i_q0* = Drehmomentsollwert T_cmd – K_t” dargestellt, wobei T_cmd den Drehmomentsollwert darstellt und K_t die Drehmomentkonstante darstellt. Andererseits, wie in Gleichung 5 abgebildet, umfasst der d-Achsen-Stromsollwert i_d* bei einer Flussschwächungsregelung die Winkelgeschwindigkeit ω und den q-Achsenstrom i_q als Variablen. Somit berechnet bei der vorliegenden Erfindung die Einheit zum Berechnen eines Phasenkorrekturbetrags 11 den Phasenkorrekturbetrag Φ unter Verwendung einer detektierten Motorgeschwindigkeit N und des anfänglichen Wertes eines q-Achsen-Stromsollwertes i_q0*. Es wird vorausgesetzt, dass der anfängliche Wert eines q-Achsen-Stromsollwertes i_q0* ein Wert ist, der aus der Gleichung 5 berechnet wird, wobei der anfängliche Wert eines q-Achsen-Stromsollwertes i_q0* beispielsweise 0 ist. In diesem Fall werden der Geschwindigkeitskoeffizient N_A, die erste Referenzgeschwindigkeit N_B, der Grenzwert des Phasenkorrekturbetrags N_L, die Stromkonstante T_A und die Referenzstrom-Nennleistung T_B unter einer Bedingung, bei welcher der anfängliche Wert des d-Achsen-Stromsollwertes i_d* gleich 0 ist, entsprechend auf der Grundlage von Simulationen und Versuchen eingestellt, so dass i_d*, der durch „i_d0* × sinΦ” berechnet wird, ein Wert nahe an dem d-Achsen-Stromsollwert i_d* bei der Flussschwächungsregelung unter Verwendung der Gleichung 5 wird. Einstellungsbeispiele, die auf Simulationen basieren, werden noch beschrieben. Jeder somit eingestellte Parameter wird in der Speichereinheit 21 gespeichert. Unter Verwendung des eingegebenen anfänglichen Wertes eines q-Achsen-Stromsollwertes i_q0* zusammen mit dem Geschwindigkeitskoeffizienten N_A, der ersten Referenzgeschwindigkeit N_B, dem Grenzwert N_L des Phasenkorrekturbetrags, der Stromkonstante T_A und der Referenzstrom-Nennleistung T_B, die in der Speichereinheit 21 gespeichert sind, werden ein Geschwindigkeitskorrekturterm und ein Stromkorrekturterm gemäß den Gleichungen 18 und 19 generiert, und ein Wert, der durch Multiplizieren des Geschwindigkeitskorrekturterms und des Stromkorrekturterms miteinander erzielt wird, wird als Phasenkorrekturbetrag Φ eingestellt.
Unter der Bedingung, dass der anfängliche Wert i_d0* des d-Achsen-Stromsollwertes i_d* gleich 0 ist, wie zuvor beschrieben, wenn der Regler versucht, nach einem Dreiphasen/dq-Umrechnungsprozess unter Verwendung des Phasenkorrekturbetrags Φ, der auf der Grundlage des eingegebenen anfänglichen Wertes des q-Achsen-Stromsollwertes i_q0* generiert wird, den q-Achsen-Stromsollwert i_q* und den d-Achsen-Stromsollwert i_d* zu generieren, ist der maximale Wert des d-Achsen-Stromsollwertes i_d*, der generiert werden kann, nur „i_d0* × sinΦ”. Wenn beispielsweise der anfängliche Wert des q-Achsen-Stromsollwertes i_q0* ein Wert nahe 0 ist, kann der Regler 14 keinen großen d-Achsen-Stromsollwert i_d* generieren. Somit wird der anfängliche Wert i_d0* des d-Achsen-Stromsollwertes i_d* weiter bevorzugt nicht auf 0 sondern auf einen Wert, der von der Motorgeschwindigkeit N abhängig ist, eingestellt. Entsprechend kann die Motorregelvorrichtung 1 ferner eine Einheit zum Berechnen des anfänglichen Wertes des d-Achsen-Stromsollwertes (nicht gezeigt) zum Berechnen eines anfänglichen Wertes des d-Achsen-Stromsollwertes i_d0* einschließlich einer Funktion, welche die Motorgeschwindigkeit N als unabhängige Variable verwendet, umfassen. Die Einheit zum Berechnen eines anfänglichen Wertes eines d-Achsen-Stromsollwertes berechnet einen anfänglichen Wert des d-Achsen-Stromsollwertes i_d* gemäß einer Gleichung 20, wobei I_DA einen vorbestimmten Koeffizienten des anfänglichen Wertes des d-Achsen-Stromsollwertes darstellt und I_DB eine vorbestimmte zweite Referenzgeschwindigkeit darstellt. Mit anderen Worten, wie in Gleichung 20 abgebildet, subtrahiert die Einheit zum Berechnen eines anfänglichen Wertes des d-Achsen-Stromsollwertes zuerst die zweite Referenzgeschwindigkeit I_DB von der Motorgeschwindigkeit N. Dann gibt die Einheit zum Berechnen eines anfänglichen Wertes eines d-Achsen-Stromsollwertes einen größeren Wert von einem Wert, der durch Multiplizieren eines Ergebniswertes der Subtraktion und des Koeffizienten des anfänglichen Wertes des d-Achsen-Stromsollwertes I_DA erzielt wird, und 0 als den anfänglichen Wert i_d0* des d-Achsen-Stromsollwertes i_d* aus. Anfänglicher Wert des d-Achsen-Stromsollwertes = max{0, I_DA × (N – I_DS)} (20)
Als Nächstes werden die obige erste Ausführungsform und die herkömmliche Flussschwächungsregelung mit Bezug auf Simulationsergebnisse verglichen. Sowohl für die Motorregelvorrichtung gemäß der ersten Ausführungsform als auch für eine Motorregelvorrichtung, welche die herkömmliche Flussschwächungsregelung verwendet, wurde eine Simulationsschaltung zum Antreiben eines Permanentmagnet-Synchronmotors (PMSM) mit vier Polpaaren gebildet. Bei der vorliegenden Simulation waren die jeweiligen Parameter des Permanentmagnet-Synchronmotors (PMSM) und eines verwendeten AC-Netzteils für die Motorregelvorrichtung der ersten Ausführungsform und die Motorregelvorrichtung, welche die herkömmliche Flussschwächungsregelung verwendet, gemeinsam. Insbesondere wurde ein Stator-Verkettungsmagnetfluss ψ_a des Magneten des Permanentmagnet-Synchronmotors auf 0,001 [Wb] eingestellt, ein Stator-Spulenwiderstand R einer Phase wurde auf 0,57 [Ω] eingestellt, eine d-Achseninduktivität L_d einer Phase wurde auf 3,2 [mH] eingestellt, und eine q-Achseninduktivität L_q einer Phase wurde auf 3,2 [mH] eingestellt. Zusätzlich war das AC-Netzteil ein Dreiphasen-AC-Netzteil mit 40 [A] und einem effektiven Wert von 200 [V].
4A und 4B sind Grafiken, die Simulationsergebnisse der Motorregelvorrichtung, welche die herkömmliche Flussschwächungsregelung verwendet, abbilden. 4A bildet den Betrag des d-Achsen-Stromsollwertes im Verhältnis zu der Anzahl von Umdrehungen des Motors ab, und 4B bildet den Betrag des Drehmoments im Verhältnis zu der Anzahl von Umdrehungen des Motors ab. Bei der vorliegenden Simulation wurde der anfängliche Wert eines q-Achsen-Stromsollwertes i_q0* für jeweils 10% von 10 bis 100% im Verhältnis zu einem maximalen Strom eingestellt, und der d-Achsen-Stromsollwert i_d* und das Drehmoment wurden auf der Grundlage von Gleichungen, die an der Literaturstelle „Design and Control of Interior Magnet Synchronous Motor” beschrieben werden, berechnet.
5A, 5B und 5C sind Grafiken, die Simulationsergebnisse der Motorregelvorrichtung gemäß der ersten Ausführungsform abbilden. 5A bildet den Betrag der Phasenkorrektur ab; 5B bildet den Betrag des d-Achsen-Stromsollwertes im Verhältnis zu der Anzahl von Umdrehungen des Motors ab; und 5C bildet den Betrag des Drehmoments im Verhältnis zu der Anzahl von Umdrehungen des Motors ab. Auch bei dieser Simulation wurde der anfängliche Wert eines q-Achsen-Stromsollwertes i_q0* für jeweils 10% von 10 bis 100% im Verhältnis zu einem maximalen Strom eingestellt. In der Tat ist der anfängliche Wert des q-Achsen-Stromsollwertes i_q0* ein Wert, der sich gemäß einem Beschleunigungssollwert, wie zuvor beschrieben, von Augenblick zu Augenblick ändert. Jeder Parameter bei der ersten Ausführungsform wurde entsprechend angepasst, so dass die Werte der Parameter nahe an die Simulationsergebnisse der herkömmlichen Flussschwächungsregelung herankamen, die in 4A und 4B abgebildet sind. Beispielsweise wurde der Geschwindigkeitskoeffizient N_A auf 25,4 [deg/krpm] eingestellt, die erste Referenzgeschwindigkeit N_B wurde auf 2000 [r/min] eingestellt, der Grenzwert N_L des Phasenkorrekturbetrags wurde auf 42,2 [deg] eingestellt, der Stromkoeffizient T_A wurde auf 1,5 eingestellt, die Referenzstrom-Nennleistung T_B wurde auf 0,05 eingestellt, der Koeffizient des anfänglichen Wertes des d-Achsen-Stromsollwertes I_DA wurde auf 3,1 [A/krpm] eingestellt, und die zweite Referenzgeschwindigkeit I_DB wurde auf 4000 [rpm] eingestellt, wodurch die sich ergebenden Regelkennlinien im Wesentlichen mit denen der herkömmlichen Flussschwächungsregelung übereinstimmen können. Obwohl die obige Beschreibung der Parametereinstellung basierend auf den Simulationsergebnissen angegeben wurde, kann die Parametereinstellung auf der Grundlage von Versuchsergebnissen erfolgen, die durch das Konstruieren eines tatsächlichen Vorrichtungsmodells einer Motorregelvorrichtung zum Antreiben des Permanentmagnet-Synchronmotors, um den Permanentmagnet-Synchronmotor tatsächlich anzutreiben, erzielbar sind. Wie zuvor beschrieben, ermöglicht es eine geeignete Einstellung der Parameter gemäß der ersten Ausführungsform, dass sich die Regelkennlinien denen der herkömmlichen Flussschwächungsregelung nähern.
Es wird nun eine zweite Ausführungsform beschrieben. 6 ist ein Blockdiagramm, das eine Motorregelvorrichtung gemäß der zweiten Ausführungsform abbildet. Zusätzlich ist 7 ein Blockdiagramm, das eine Einheit zum Berechnen des Phasenkorrekturbetrags der Motorregelvorrichtung abbildet, die in 6 abgebildet ist. Bei der zweiten Ausführungsform ist die Motorregelvorrichtung der obigen ersten Ausführungsform derart konfiguriert, dass sie an eine Spannungsschwankung auf der DC-Seite des Umrichters 52, der eine Antriebsleistung für den Motor 2 zuführt, anpassbar ist.
Im Allgemeinen ändert sich eine DC-Spannung einer DC-Verbindung, die den Gleichrichter 51 und den Umrichter 52 verbindet (d. h. eine DC-Spannung des DC-Kondensators 53), in Abhängigkeit von einer Spannungsschwankung des AC-Netzteils 3, einem Spannungsabfall, der in dem Gleichrichter 51 und dem Umrichter 52 vorkommt, der Größe der Energie, die von der Motorseite für die DC-Seite durch den Umrichter 52 wiedergewonnen wird, und dergleichen. Somit wird bei der zweiten Ausführungsform ein DC-Spannungswert V_dc, der von einem Spannungsdetektor 18 auf der DC-Seite des Umrichters 52 detektiert wird, in die Einheit zum Berechnen eines Phasenkorrekturbetrags 11 zurückgeführt, um den anfänglichen Wert des d-Achsen-Stromsollwertes i_d0* gemäß dem Stromspannungswert V_dc zu ändern. Insbesondere verwendet eine Korrektureinheit 25, die in der Einheit zum Berechnen eines Phasenkorrekturbetrags 11 bereitgestellt wird, den zurückgeführten DC-Spannungswert V_dc, um jeweils den Geschwindigkeitskoeffizienten N_A, die erste Referenzgeschwindigkeit N_B und den Grenzwert N_L des Phasenkorrekturbetrags zu korrigieren, die aus der Speichereinheit 21 ausgelesen werden. Zudem kann die Speichereinheit 21 ferner eine Referenzspannung V_B als vorbestimmten Parameter speichern. Andere Schaltungsbestandteile als die Einheit zum Berechnen des Phasenkorrekturbetrags 11 und der Spannungsdetektor 18 sind die gleichen wie diejenigen, die in 1 und 3 abgebildet sind. Somit werden die gleichen Schaltungsbestandteile mit den gleichen Bezugszeichen bezeichnet und ihre ausführliche Beschreibung entfällt. Nachstehend wird die Einheit zum Berechnen eines Phasenkorrekturbetrags 11 ausführlicher beschrieben.
Die Korrektureinheit 25 korrigiert den Geschwindigkeitskoeffizienten N_A, der aus der Speichereinheit 21 ausgelesen wird, gemäß einer Gleichung 21, um einen korrigierten Geschwindigkeitskoeffizienten N_A' zu generieren. In der Gleichung 21 stellt N_AV „einen spannungsabhängigen Koeffizienten bezüglich eines Geschwindigkeitskoeffizienten” dar, der als vorbestimmter Parameter in der Speichereinheit 21 gespeichert ist. N_A' = N_A – (V_dc – V_B) × N_AV (21)
Die Korrektureinheit 25 korrigiert die erste Referenzgeschwindigkeit N_B, die aus der Speichereinheit 21 ausgelesen wird, gemäß einer Gleichung 22, um eine korrigierte erste Referenzgeschwindigkeit N_B' zu generieren. In der Gleichung 22 stellt N_BV „einen spannungsabhängigen Koeffizienten bezüglich der ersten Referenzgeschwindigkeit” dar, der als vorbestimmter Parameter in der Speichereinheit 21 gespeichert ist. N_B' = N_B + (V_dc – V_B) × N_BV (22)
Die Korrektureinheit 25 korrigiert den Grenzwert N_L des Phasenkorrekturbetrags, der aus der Speichereinheit 21 ausgelesen wird, gemäß einer Gleichung 23, um einen korrigierten Grenzwert N_L' des Phasenkorrekturbetrags zu generieren. In der Gleichung 23 stellt N_LV „einen spannungsabhängigen Koeffizienten bezüglich des Grenzwertes des Phasenkorrekturbetrags” dar, der als vorbestimmter Parameter in der Speichereinheit 21 gespeichert ist. N_L' = N_L – (V_dc – V_B) × N_LV (23)
Die Einheit zum Berechnen eines Geschwindigkeitskorrekturterms 22 berechnet einen Geschwindigkeitskorrekturterm gemäß der Gleichung 18 unter Verwendung des korrigierten Geschwindigkeitskoeffizienten N_A', der korrigierten ersten Referenzgeschwindigkeit N_B' und des korrigierten Grenzwertes N_L' des Phasenkorrekturbetrags. Die Einheit zum Berechnen eines Stromkorrekturterms 23 berechnet einen Stromkorrekturterm gemäß der Gleichung 19. Die Ausgabeeinheit 24 gibt als Phasenkorrekturbetrag Φ einen Wert aus, der durch Multiplizieren des Geschwindigkeitskorrekturterms und des Stromkorrekturterms miteinander erzielt wird. Der zuvor erwähnte korrigierte N_A', die korrigierte erste Referenzgeschwindigkeit N_B' und der korrigierte Grenzwert N_L' des Phasenkorrekturbetrags sind Funktionen, die jeweils den Stromspannungswert V_dc, der von dem Spannungsdetektor 18 auf der DC-Seite des Umrichters 52 detektiert wird, als unabhängige Variable verwenden. Entsprechend passt sich der Phasenkorrekturbetrag Φ, der von der Ausgabeeinheit 24 ausgegeben wird, an die Spannungsschwankung der DC-Seite des Umrichters 52 an. Somit generiert die zweite Ausführungsform den Phasenkorrekturbetrag Φ, der an die Spannungsschwankung auf der DC-Seite des Umrichters 52 angepasst ist, und kann somit die Regelkennlinien denen der herkömmlichen Flussschwächungsregelung genauer als die erste Ausführungsform nähern. Die Koeffizienten N_AV, N_BV und N_LV und die Referenzspannung V_B, die unter der Bedingung, dass der anfängliche Wert des d-Achsen-Stromsollwertes i_d* gleich 0 ist, in der Speichereinheit 21 gespeichert werden sollen, können auf der Grundlage von Simulationen und Versuchen geeignet eingestellt werden, um Werte nahe dem d-Achsen-Stromsollwert i_d* bei der Flussschwächungsregelung unter Verwendung der Gleichung 5 zu ergeben. Einstellungsbeispiele, die auf Simulationen basieren, werden noch beschrieben.
Wie bereits beschrieben, hat die d-Achsen-Stromsollwerteinheit bei der obigen ersten Ausführungsform zusätzlich den anfänglichen Wert i_d0* des d-Achsen-Stromsollwertes i_d* gemäß der Gleichung 20 berechnet, wobei I_DA einen vorbestimmten Koeffizienten des anfänglichen Wertes des d-Achsen-Stromsollwertes darstellte und I_DB eine vorbestimmte zweite Referenzgeschwindigkeit darstellte. Bei der zweiten Ausführungsform kann die zweite Referenzgeschwindigkeit I_DB in der Gleichung 20 jedoch auch unter Verwendung des zurückgeführten DC-Spannungswertes V_dc korrigiert werden. In diesem Fall korrigiert die Korrektureinheit die zweite Referenzgeschwindigkeit I_DB gemäß einer Gleichung 24, um eine korrigierte zweite Referenzgeschwindigkeit N_DB' zu generieren. In der Gleichung 24 stellt I_DBV „einen spannungsabhängigen Koeffizienten bezüglich des anfänglichen Wertes des d-Achsen-Stromsollwertes” dar, der als vorbestimmter Parameter in der Speichereinheit 21 gespeichert ist. I_DB' = I_DB – (V_dc – V_B) × I_DBV (24)
Somit kann man durch Einstellen der zweiten Referenzgeschwindigkeit, damit sie selbst an eine Spannungsschwankung der DC-Seite des Umrichters 52 anpassbar ist, auf der Grundlage der Gleichung 24 die Regelkennlinien denen der herkömmlichen Flussschwächungsregelung ähnlicher machen.
Als Nächstes wird ein Vergleich zwischen der zuvor beschriebenen zweiten Ausführungsform und der herkömmlichen Flussschwächungsregelung auf der Grundlage von Simulationsergebnissen beschrieben. Bei der vorliegenden Simulation wurde sowohl für die Motorregelvorrichtung gemäß der zweiten Ausführungsform als auch für eine Motorregelvorrichtung, welche die herkömmliche Flussschwächungsregelung verwendet, eine Simulationsschaltung gebildet, um einen Permanentmagnet-Synchronmotor (PMSM) mit vier Polpaaren anzutreiben. Wie bei der Simulation der ersten Ausführungsform, waren zudem jeweils die Parameter des Permanentmagnet-Synchronmotors (PMSM) und des verwendeten AC-Netzteils der Motorregelvorrichtung gemäß der zweiten Ausführungsform und der Motorregelvorrichtung, welche die herkömmliche Flussschwächungsregelung verwendet, gemeinsam. Insbesondere wurde ein Stator-Verkettungsmagnetfluss ψ_a des Magneten des Permanentmagnet-Synchronmotors auf 0,001 [Wb] eingestellt, ein Stator-Spulenwiderstand R einer Phase wurde auf 0,57 [Ω] eingestellt, eine d-Achseninduktivität L_d einer Phase wurde auf 3,2 [mH] eingestellt und eine q-Achseninduktivität L_q einer Phase wurde auf 3,2 [mH] eingestellt. Zusätzlich war das AC-Netzteil ein dreiphasiges AC-Netzteil mit 40 [A] und einem effektiven Wert von 200 [V].
8A und 8B sind Diagramme, die Simulationsergebnisse der Motorregelvorrichtung, welche die herkömmliche Flussschwächungsregelung verwendet, abbilden. 8A bildet den Betrag des d-Achsen-Stromsollwertes im Verhältnis zu der Anzahl von Umdrehungen des Motors ab, und 8B bildet den Betrag des Drehmoments im Verhältnis zu der Anzahl von Umdrehungen des Motors ab. Bei der vorliegenden Simulation wurde der anfängliche Wert eines q-Achsen-Stromsollwertes i_q0* für jeweils 10% von 10 bis 100% im Verhältnis zu einem maximalen Strom und dem d-Achsen-Stromsollwert i_d* eingestellt, und die DC-Spannung V_dc, die von dem Spannungsdetektor 18 detektiert wird, wurde von 282 [V] auf 260 [V] geändert, um den d-Achsen-Stromsollwert i_d* und das Drehmoment auf der Grundlage der Gleichungen zu berechnen, die an der Literaturstelle „Design and Control of Interior Magnet Synchronous Motor” beschrieben werden.
9A, 9B, und 9C sind Grafiken, die Simulationsergebnisse der Motorregelvorrichtung gemäß der zweiten Ausführungsform abbilden. 9A bildet den Betrag der Phasenkorrektur ab; 9B bildet den Betrag des d-Achsen-Stromsollwertes im Verhältnis zu der Anzahl von Umdrehungen des Motors ab; und 9C bildet den Betrag des Drehmoments im Verhältnis zu der Anzahl von Umdrehungen des Motors ab. Auch bei dieser Simulation wurde der anfängliche Wert des q-Achsen-Stromsollwertes i_q0* für jeweils 10% von 10 bis 100% im Verhältnis zu einem maximalen Strom eingestellt, und die DC-Spannung V_dc, die von dem Spannungsdetektor 18 detektiert wird, wurde von 282 [V] auf 260 [V] geändert. Die jeweiligen Parameter bei der zweiten Ausführungsform wurden entsprechend angepasst, um Werte zu ergeben, die sich den Simulationsergebnissen bei der herkömmlichen Flussschwächungsregelung näherten, die in 8A und 8B abgebildet sind. Wenn beispielsweise der spannungsabhängige Koeffizient N_AV bezüglich des Geschwindigkeitskoeffizienten auf 0 [deg/krpm/V] eingestellt wurde, wurde der spannungsabhängige Koeffizient N_BV bezüglich der ersten Referenzgeschwindigkeit auf 30,7 [rpm/V] eingestellt, der spannungsabhängige Koeffizient N_LV bezüglich des Grenzwertes des Phasenkorrekturbetrags wurde auf 0 [deg/V] eingestellt, der Koeffizient I_DBV wurde auf 30,7 [rpm/V] eingestellt, und andere Parameter als diese wurden eingestellt, um die gleichen wie bei der ersten Ausführungsform zu sein, war es möglich, dass das Simulationsergebnis im Wesentlichen mit den Regelkennlinien der herkömmlichen Flussschwächungsregelung übereinstimmte. Obwohl die obige Beschreibung der Parametereinstellung basierend auf den Simulationsergebnissen angegeben wurde, kann die Parametereinstellung auf der Grundlage von Versuchsergebnissen erfolgen, die durch das Konstruieren eines tatsächlichen Vorrichtungsmodells einer Motorregelvorrichtung zum Antreiben des Permanentmagnet-Synchronmotors, um den Permanentmagnet-Synchronmotor tatsächlich anzutreiben, erzielbar sind.
Wie zuvor beschrieben, ermöglicht es eine geeignete Einstellung der Parameter gemäß der zweiten Ausführungsform, dass sich die Regelkennlinien denen der herkömmlichen Flussschwächungsregelung nähern.
Im Allgemeinen gibt es eine Verzögerung zwischen einem Sollwert und einer tatsächlichen Ausgabe in einem Stromregelkreis der Motorregelvorrichtung 1. Dann kann bei einer ersten Modifikation der zuvor beschriebenen ersten und zweiten Ausführungsformen durch weiteres Addieren oder Subtrahieren zu oder von dem korrigierten Rotorphasenwinkel eines Phasenwinkels, welcher der Verzögerung in dem Stromregelkreis entspricht, der derart regelt, dass Strom, der zum Motor 2 fließt, einem Stromsollwert folgt, ein neuer korrigierter Rotorphasenwinkel berechnet werden, der für die Koordinatenumrechnung durch die Einheit zum Umrechnen von Koordinaten 13 verwendet wird. Dadurch kann man die Regelkennlinien denen der herkömmlichen Flussschwächungsregelung ähnlicher machen.
Zudem ist es allgemein bekannt, dass ein Problem entsteht, indem, wenn Strom, der einem AC-Motor zugeführt werden soll, erhöht wird, eine magnetische Sättigung in einer Magnetschaltung des Motors erfolgt, wodurch trotz der großen Stromversorgung eine konstante Reduzierung des Drehmoments verursacht wird, so dass es schwierig wird, ein gewünschtes Drehmoment zu erzielen. Um das Problem zu lösen, gibt es eine Technik zum Maximieren des Motordrehmoments durch Phasenvoreilung eines q-Achsen-Stromsollwertes, wie in der japanischen Patent-Auslegeschrift Nr. H9-298899 beschrieben. Somit kann bei einer zweiten Modifikation der zuvor beschriebenen ersten und der zweiten Ausführungsformen durch weiteres Addieren oder Subtrahieren zu oder von dem korrigierten Rotorphasenwinkel eines Phasenwinkels, der einer Phasenvoreilung des q-Achsen-Stromsollwertes entspricht, der notwendig ist, um das Drehmoment des Motors 2 zu maximieren, ein neuer korrigierter Rotorphasenwinkel berechnet werden, der für die Koordinatenumrechnung durch die Einheit zum Umrechnen von Koordinaten 13 verwendet wird. Dadurch kann man die Regelkennlinien denen der herkömmlichen Flussschwächungsregelung ähnlicher machen.
Ferner können die ersten und zweiten Modifikationen miteinander kombiniert erreicht werden. Insbesondere kann durch weiteres Addieren oder Subtrahieren zu oder von dem korrigierten Rotorphasenwinkel sowohl des Phasenwinkels, welcher der Verzögerung in dem Stromregelkreis entspricht, der regelt, so dass der Strom, der zum Motor 2 fließt, dem Stromsollwert folgt, und des Phasenwinkels, welcher der Phasenvoreilung des q-Achsen-Stromsollwertes entspricht, der benötigt wird, um das Drehmoment des Motors zu maximieren, ein neuer korrigierter Rotorphasenwinkel berechnet werden, der für die Koordinatenumrechnung durch die Einheit zum Umrechnen von Koordinaten 13 verwendet wird. Dadurch kann man die Regelkennlinien denen der herkömmlichen Flussschwächungsregelung ähnlicher machen.
Die zuvor beschriebene Einheit zum Berechnen eines Phasenkorrekturbetrags 11, die Einheit zum Korrigieren eines Rotorphasenwinkels 12, die Einheit zum Umrechnen von Koordinaten 13 (die dq/Dreiphasen-Umrechnungseinheit 13-1 und die Dreiphasen/dq-Umrechnungseinheit 13-2), der Regler 14, die Einheit zum Generieren eines PWM-Regelsignals 15, die Einheit zum Berechnen eines Geschwindigkeitskorrekturterms 22, die Einheit zum Berechnen eines Stromkorrekturterms 23, die Ausgabeeinheit 24 und die Korrektureinheit 25 können beispielsweise in einem Software-Programmformat aufgebaut sein oder können durch eine Kombination von diversen elektronischen Schaltungen und einem Software-Programm aufgebaut sein. Wenn diese Mittel beispielsweise in dem Software-Programmformat aufgebaut sind, funktioniert der Prozessor der Motorregelvorrichtung 1 gemäß dem Software-Programm, so dass die Funktionen der zuvor beschriebenen jeweiligen Einheiten erreicht werden. Zusätzlich kann die vorliegende Erfindung durch zusätzliches Installieren eines Software-Programms mit Bezug auf diese Mittel einer vorhandenen Motorregelvorrichtung in den Prozessor der Motorregelvorrichtung angewendet werden.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

JP 09-84400 [0011]
JP 2006-20397 [0012]
JP 09-298899 [0013]
JP 09-23700 [0014]
JP 9-298899 [0087]

Zitierte Nicht-Patentliteratur

Yoji Takeda, Nobuyuki Matsui, Shigeo Morimoto und Yukio Honda, „Design and Control of an embedded Magnetic Synchronous Motor”, 7. Auflage der 1. Ausgabe, Ohmsha, 2007, S. 16–17 und 26–27 [0002]

Claims

Motorregelvorrichtung (1) zum Regeln eines Dreiphasen-Wechselstrommotors (2) unter Verwendung einer dq-Dreiphasen-Koordinatenumrechnung, wobei die Motorregelvorrichtung (1) Folgendes umfasst: eine Einheit zum Berechnen eines Phasenkorrekturbetrags (11), um einen Phasenkorrekturbetrag unter Verwendung einer detektierten Motorgeschwindigkeit und eines anfänglichen Wertes eines q-Achsen-Stromsollwertes zu berechnen; eine Einheit zum Korrigieren eines Rotorphasenwinkels (12), um den Phasenkorrekturbetrag zu einem detektierten Rotorphasenwinkel des Motors (2) zu addieren oder davon zu subtrahieren, um einen korrigierten Rotorphasenwinkel zu berechnen; und eine Einheit zum Umrechnen von Koordinaten (13), um eine Koordinatenumrechnung zwischen Parametern in einem dq-Koordinatensystem und Parametern in einem Dreiphasen-Koordinatensystem auf Grundlage des korrigierten Rotorphasenwinkels auszuführen.
Motorregelvorrichtung (1) nach Anspruch 1, wobei die Einheit zum Berechnen eines Phasenkorrekturbetrags (11) Folgendes umfasst: eine Speichereinheit (21) zum Speichern eines Geschwindigkeitskoeffizienten N_A, einer ersten Referenzgeschwindigkeit N_B, eines Grenzwertes N_L des Phasenkorrekturbetrags, eines Stromkoeffizienten T_A und einer Referenzstrom-Nennleistung T_B als vorbestimmte Parameter; eine Einheit zum Berechnen eines Geschwindigkeitskorrekturterms (22), um einen Geschwindigkeitskorrekturterm auf folgender Grundlage zu berechnen: Geschwindigkeitskorrekturwert = min[N_A × max{0, (N – N_B)}, N_L], wobei N die Motorgeschwindigkeit darstellt; eine Einheit zum Berechnen eines Stromkorrekturterms (23), um einen Stromkorrekturterm auf folgender Grundlage zu berechnen: Stromkorrekturwert = T_A × min[1, max{0,(T_A – T_B)}], wobei T_r eine anfängliche q-Achsen-Stromsollwert-Nennleistung darstellt, die ein Prozentsatz eines anfänglichen Wertes eines q-Achsen-Stromsollwertes im Verhältnis zu einem maximalen Strom ist, der von einem Umrichter ausgegeben werden kann, der Gleichstrom in Wechselstrom umwandelt, um den Wechselstrom als Antriebsleistung für den Motor (2) zuzuführen; und eine Ausgabeeinheit (24), um als Phasenkorrekturbetrag einen Wert auszugeben, der durch Multiplizieren des Geschwindigkeitskorrekturterms und des Stromkorrekturterms erzielt wird.
Motorregelvorrichtung (1) nach Anspruch 2, wobei die Speichereinheit (21) ferner eine Referenzspannung als vorbestimmten Parameter speichert, und die Einheit zum Berechnen eines Phasenkorrekturbetrags (11) eine Korrektureinheit (25) umfasst, um jeweils den Geschwindigkeitskoeffizienten, die erste Referenzgeschwindigkeit und den Grenzwert des Phasenkorrekturbetrags, die aus der Speichereinheit (21) ausgelesen werden, unter Verwendung eines DC-Spannungswertes, der auf einer DC-Seite des Umrichters detektiert wird, und der Referenzspannung, die in der Speichereinheit (21) vorgespeichert ist, zu korrigieren.
Motorregelvorrichtung (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 3, ferner umfassend eine Einheit zum Berechnen eines anfänglichen Wertes eines d-Achsen-Stromsollwertes, um einen anfänglichen Wert des d-Achsen-Stromsollwertes zu berechnen, der eine Funktion umfasst, welche die Motorgeschwindigkeit als unabhängige Variable verwendet.
Motorregelvorrichtung (1) nach Anspruch 4, wobei die Einheit zum Berechnen eines anfänglichen Wertes eines d-Achsen-Stromsollwertes den anfänglichen Wert des d-Achsen-Stromsollwertes auf folgender Grundlage berechnet: Anfänglicher Wert des d-Achsen-Stromsollwertes = max{0, I_DA × (N – I_DB)}, wobei I_DA einen vorbestimmten Koeffizienten des anfänglichen Wertes des d-Achsen-Stromsollwertes darstellt und I_DB eine vorbestimmte zweite Referenzgeschwindigkeit darstellt.
Motorregelvorrichtung (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei die Einheit zum Korrigieren eines Rotorphasenwinkels (12) ferner zu dem korrigierten Rotorphasenwinkel einen Phasenwinkel addiert oder davon subtrahiert, der einer Verzögerung in einem Stromregelkreis entspricht, der derart regelt, dass Strom, der zum Motor (2) fließt, einem Stromsollwert folgt, einen Phasenwinkel addiert oder davon subtrahiert, der einer Phasenvoreilung eines q-Achsen-Stromsollwertes entspricht, der notwendig ist, um das Drehmoment des Motors (2) zu maximieren, oder die beiden Phasenwinkel addiert oder subtrahiert, um einen neuen korrigierten Rotorphasenwinkel zu berechnen, der für die Koordinatenumrechnung durch die Einheit zum Umrechnen von Koordinaten (13) verwendet wird.