JP2018520624A - モーター駆動装置とその方法、及びモーター - Google Patents
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Abstract
モーター駆動装置は、回転変換器(10)、位置計算器(11)、速度計算モジュール(12)、及び速度制御器(1)を備え、さらに、速度制御器出力信号に対して電圧制限を計算して制限電圧を出力する電圧制限計算モジュール(20)と、直軸電流差を取得するための第1の減算器(22)と、直軸電圧成分を出力するための電流制御器(4)と、予め設定された横軸電圧成分を出力するための横軸電圧生成モジュール(3)と、直軸電圧成分及び予め設定された横軸電圧成分に対して電圧制限するとともに座標変換して直軸電圧及び横軸電圧を出力するための電圧制限器(5)と、直軸電圧及び横軸電圧を三相交流電圧に変換するためのPWM制御器(6)を備える。制限電圧を駆動装置の出力電圧の制限とするとともに、横軸電圧成分値を設定することで、横軸電流に対する制限を実現して、モーター電流に対する制御を実現する。
Description
本発明は、モーター制御の技術分野に関し、特に、モーター駆動装置とその方法、及びモーターに関する。
従来のブラシレス・モーターは、主に典型的なベクトル制御技術を採用する。モーター駆動制御装置は、図1及び図2に示すように、回転速度の閉ループ制御を実現するためのアッパー・コンピュータ・コントロール・モジュール、及び速度調整機能を実現するためのローワー・コンピュータ・コントロール・モジュールを備え、また、図1に示すように、位置計算モジュール11が位置フィードバック信号及び速度フィードバック信号を出力し、速度計算モジュール12が前記位置フィードバック信号に基づいてローター電気角速度を出力し、速度制御器1がローター電気角速度に基づいて横軸(quadrature-axis)電流計算モジュール3に調節指令を出力し、直軸(direct-axis)電流計算モジュール2が指定された直軸電流を出力し、電流制御器4が直軸電圧成分及び横軸電圧成分を出力し、電圧制限器5が直軸電圧及び横軸電圧を出力し、PWM制御器6がモーター10を駆動するための三相交流電圧をインバータ駆動モジュール9に出力する。
図1と比べ、図2は、速度指令モジュール14がモーター速度指令を変換し、速度制御器が前記モーター速度指令及び速度計算モジュール12の速度フィードバック指令を受信してモーターの横軸指令を生成し、電流制御器4が直軸電圧成分及び横軸電圧成分を出力することに差異がある。
図1に示された構成は、ベクトル制御の効率が高く、エネルギー消費が小さく、構造が簡単であり、且つ実現し易いことにメリットがあるが、ローワー・コンピュータ・コントロール・モジュールがアイドル速度調整を実現できず、ひいては、アッパー・コンピュータ・コントロール・モジュールを備えても、アッパー・コンピュータ・コントロール・モジュールの調節精度及び応答が足りないので、アイドル速度調整が難しい。
図2に示された構成は、図1に示された構成のメリット以外に、そのローワー・コンピュータ・コントロール・モジュールに単独的に調節指令が付されたときでも、速度調整を行うことができるが、ローワー・コンピュータ・コントロール・モジュールに回転速度指令が用いられるので、ホール・センサー及び位置センサーの回転速度で、低速の時回転速度を調整することが難しくなってしまう。
図1及び図2の構成は、エンコーダ精度が低く、特にホール・センサーによる制御において、負荷干渉耐性が低い。
図1及び図2の構成に存在する欠陥を解決するために、図3に示すように、従来技術では、速度制御器1から出力された調節指令を電圧指令生成モジュール17を介して電圧指令を生成し、PWM制御器が電圧指令に基づいて、モーターを駆動するようにインバータ・モジュール9を駆動する構成を提出した。当該構成によれば、アイドル速度調整を実現することができるが、電流波形が悪く、トルク・リップル(torque ripple)が大きく、且つモーターに出力される電流を制御不可能である。以上を纏めると、従来技術に係るモーター駆動装置は、トルク・リップルが大きく、且つモーターに出力される電流を制御不可能である問題が存在するとともに、従来技術には、大きい負荷の場合、特に、負荷が激変する場合、負荷の変化に対する抵抗性が良いことに特徴がある。
本発明の目的は、従来技術のモーター駆動装置に存在するトルク・リップルが大きく、且つモーターに出力される電流を制御不可能であり、負荷の変化に対する抵抗性が良くない問題を解決することにある。
本発明の第1の形態によれば、モーター駆動装置が提供され、前記モーター駆動装置は、
ステータ電流を座標回転変換して横軸電流成分及び直軸電流成分を出力するための回転変換器と、
モーター・ローターの位置を検出し、前記モーター・ローターの位置に基づいて位置フィードバック信号を出力するための位置計算器と、
前記位置フィードバック信号に基づいてローター電気角速度を出力するための速度計算モジュールと、
前記ローター電気角速度及び速度指令をゼロに近づける速度制御器出力信号を出力するための速度制御器と、を備えるモーター駆動装置において、
前記速度制御器出力信号に対して電圧制限を計算して制限電圧を出力するための電圧制限計算モジュールと、
予め設定された直軸電流を生成するための直軸電流生成モジュールと、
前記予め設定された直軸電流と前記直軸電流成分とを減算して直軸電流差を取得するための第1の減算器と、
前記直軸電流差をゼロに近づける直軸電圧成分を出力するための電流制御器と、
予め設定された横軸電圧成分を生成するための横軸電圧生成モジュールと、
前記制限電圧及び前記位置フィードバック信号に基づいて、前記直軸電圧成分及び前記予め設定された横軸電圧成分に対して電圧制限するとともに座標変換して直軸電圧及び横軸電圧を出力するための電圧制限器と、
前記直軸電圧及び前記横軸電圧を三相交流電圧に変換するためのPWM制御器と、をさらに備える。
ステータ電流を座標回転変換して横軸電流成分及び直軸電流成分を出力するための回転変換器と、
モーター・ローターの位置を検出し、前記モーター・ローターの位置に基づいて位置フィードバック信号を出力するための位置計算器と、
前記位置フィードバック信号に基づいてローター電気角速度を出力するための速度計算モジュールと、
前記ローター電気角速度及び速度指令をゼロに近づける速度制御器出力信号を出力するための速度制御器と、を備えるモーター駆動装置において、
前記速度制御器出力信号に対して電圧制限を計算して制限電圧を出力するための電圧制限計算モジュールと、
予め設定された直軸電流を生成するための直軸電流生成モジュールと、
前記予め設定された直軸電流と前記直軸電流成分とを減算して直軸電流差を取得するための第1の減算器と、
前記直軸電流差をゼロに近づける直軸電圧成分を出力するための電流制御器と、
予め設定された横軸電圧成分を生成するための横軸電圧生成モジュールと、
前記制限電圧及び前記位置フィードバック信号に基づいて、前記直軸電圧成分及び前記予め設定された横軸電圧成分に対して電圧制限するとともに座標変換して直軸電圧及び横軸電圧を出力するための電圧制限器と、
前記直軸電圧及び前記横軸電圧を三相交流電圧に変換するためのPWM制御器と、をさらに備える。
第1の形態に組み合わせて、第1の形態の第1の実施態様として、前記横軸電圧生成モジュールが予め設定された横軸電圧成分を生成することは、具体的に、数式
に基づいて計算して予め設定された横軸電圧成分を出力することであり、ただし、Uqが予め設定された横軸電圧成分であり、Idが直軸電流成分であり、ωがローター電気角速度であり、Ldが電子直軸インダクタンス成分であり、Ψfが永久磁石の磁束鎖交である。
第1の形態に組み合わせて、第1の形態の第2の実施態様として、前記横軸電圧生成モジュールが予め設定された横軸電圧成分を生成することは、具体的に、数式
に基づいて計算して予め設定された横軸電圧成分を出力することであり、ただし、Uqが予め設定された横軸電圧成分であり、Kが電圧係数であり、Udが直軸電圧成分であり、Usが制限電圧である。
第1の形態に組み合わせて、第1の形態の第3の実施態様として、前記電圧制限器が前記制限電圧に基づいて前記直軸電圧成分及び前記予め設定された横軸電圧成分に対して電圧制限した後、前記位置フィードバック信号に基づいて座標変換して直軸電圧及び横軸電圧を出力し、または、
前記電圧制限器が前記位置フィードバック信号に基づいて座標変換した後、前記制限電圧に基づいて前記直軸電圧成分及び前記予め設定された横軸電圧成分に対して電圧制限して直軸電圧及び横軸電圧を出力する。
前記電圧制限器が前記位置フィードバック信号に基づいて座標変換した後、前記制限電圧に基づいて前記直軸電圧成分及び前記予め設定された横軸電圧成分に対して電圧制限して直軸電圧及び横軸電圧を出力する。
本発明の第2の形態によれば、モーター駆動方法が提供され、前記モーター駆動方法は、
ステータ電流を座標回転変換して横軸電流成分及び直軸電流成分を出力するステップと、
モーター・ローターの位置を検出し、前記モーター・ローターの位置に基づいて位置フィードバック信号を出力するステップと、
前記位置フィードバック信号に基づいてローター電気角速度を出力し、前記ローター電気角速度及び速度指令に基づいて、前記ローター電気角速度及び速度指令をゼロに近づける速度制御器出力信号を出力するステップと、
前記速度制御器出力信号に対して電圧制限を計算して制限電圧を出力するステップと、
予め設定された直軸電流を生成し、前記予め設定された直軸電流と前記直軸電流成分とを減算して直軸電流差を取得するとともに、前記直軸電流差に基づいて、前記直軸電流差をゼロに近づける直軸電圧成分を出力するステップと、
予め設定された横軸電圧成分を生成し、前記制限電圧及び前記位置フィードバック信号に基づいて、前記直軸電圧成分及び前記予め設定された横軸電圧成分に対して電圧制限するとともに座標変換して直軸電圧及び横軸電圧を出力するステップと、
前記直軸電圧及び前記横軸電圧を三相交流電圧に変換するステップと、を含む。
ステータ電流を座標回転変換して横軸電流成分及び直軸電流成分を出力するステップと、
モーター・ローターの位置を検出し、前記モーター・ローターの位置に基づいて位置フィードバック信号を出力するステップと、
前記位置フィードバック信号に基づいてローター電気角速度を出力し、前記ローター電気角速度及び速度指令に基づいて、前記ローター電気角速度及び速度指令をゼロに近づける速度制御器出力信号を出力するステップと、
前記速度制御器出力信号に対して電圧制限を計算して制限電圧を出力するステップと、
予め設定された直軸電流を生成し、前記予め設定された直軸電流と前記直軸電流成分とを減算して直軸電流差を取得するとともに、前記直軸電流差に基づいて、前記直軸電流差をゼロに近づける直軸電圧成分を出力するステップと、
予め設定された横軸電圧成分を生成し、前記制限電圧及び前記位置フィードバック信号に基づいて、前記直軸電圧成分及び前記予め設定された横軸電圧成分に対して電圧制限するとともに座標変換して直軸電圧及び横軸電圧を出力するステップと、
前記直軸電圧及び前記横軸電圧を三相交流電圧に変換するステップと、を含む。
第2の形態に組み合わせて、第2の形態の第1の実施態様として、前記予め設定された横軸電圧成分を生成するステップは、具体的に、数式
に基づいて計算して予め設定された横軸電圧成分を出力することであり、ただし、Uqが予め設定された横軸電圧成分であり、Idが予め設定された直軸電流成分であり、ωがローター電気角速度であり、Ldが電子直軸インダクタンス成分であり、Ψfが永久磁石の磁束鎖交である。
第2の形態に組み合わせて、第2の形態の第2の実施態様として、前記予め設定された横軸電圧成分を生成するステップは、具体的に、数式
に基づいて計算して予め設定された横軸電圧成分を出力することであり、ただし、Uqが予め設定された横軸電圧成分であり、Kが電圧係数であり、Udが直軸電圧成分であり、Usが制限電圧である。
本発明の第3の形態によれば、モーター駆動装置が提供され、前記モーター駆動装置は、
ステータ電流を座標回転変換して横軸電流成分及び直軸電流成分を出力するための回転変換器と、
モーター・ローターの位置を検出し、前記モーター・ローターの位置に基づいて位置フィードバック信号を出力するための位置計算器と、
前記位置フィードバック信号に基づいてローター電気角速度を出力するための速度計算モジュールと、
前記ローター電気角速度及び入力された速度指令をゼロに近づける速度制御器出力信号を出力するための速度制御器と、を備えるモーター駆動装置において、
前記速度制御器出力信号に対して電圧制限を計算して制限電圧を出力するための電圧制限計算モジュールと、
予め設定された直軸電流を生成するための直軸電流生成モジュールと、
予め設定された横軸電流を生成するための横軸電流生成モジュールと、
前記予め設定された直軸電流と前記直軸電流成分とを減算して直軸電流差を取得するための第1の減算器と、
前記予め設定された横軸電流と前記横軸電流成分とを減算して横軸電流差を取得するための第2の減算器と、
前記直軸電流差及び前記横軸電流差をゼロに近づける直軸電圧成分及び横軸電圧成分を出力するための電流制御器と、
前記制限電圧及び前記位置フィードバック信号に基づいて、前記直軸電圧成分及び前記横軸電圧成分に対して電圧制限するとともに座標変換して直軸電圧及び横軸電圧を出力するための電圧制御器と、
前記直軸電圧及び前記横軸電圧を三相交流電圧に変換するためのPWM制御器と、を備える。
ステータ電流を座標回転変換して横軸電流成分及び直軸電流成分を出力するための回転変換器と、
モーター・ローターの位置を検出し、前記モーター・ローターの位置に基づいて位置フィードバック信号を出力するための位置計算器と、
前記位置フィードバック信号に基づいてローター電気角速度を出力するための速度計算モジュールと、
前記ローター電気角速度及び入力された速度指令をゼロに近づける速度制御器出力信号を出力するための速度制御器と、を備えるモーター駆動装置において、
前記速度制御器出力信号に対して電圧制限を計算して制限電圧を出力するための電圧制限計算モジュールと、
予め設定された直軸電流を生成するための直軸電流生成モジュールと、
予め設定された横軸電流を生成するための横軸電流生成モジュールと、
前記予め設定された直軸電流と前記直軸電流成分とを減算して直軸電流差を取得するための第1の減算器と、
前記予め設定された横軸電流と前記横軸電流成分とを減算して横軸電流差を取得するための第2の減算器と、
前記直軸電流差及び前記横軸電流差をゼロに近づける直軸電圧成分及び横軸電圧成分を出力するための電流制御器と、
前記制限電圧及び前記位置フィードバック信号に基づいて、前記直軸電圧成分及び前記横軸電圧成分に対して電圧制限するとともに座標変換して直軸電圧及び横軸電圧を出力するための電圧制御器と、
前記直軸電圧及び前記横軸電圧を三相交流電圧に変換するためのPWM制御器と、を備える。
第3の形態に組み合わせて、第3の形態の第1の実施態様として、前記予め設定された横軸電流が一定値である。
第3の形態に組み合わせて、第3の形態の第2の実施態様として、前記予め設定された横軸電流が前記速度制御器出力信号の大きさに比例する。
第3の形態に組み合わせて、第3の形態の第3の実施態様として、前記電圧制限器が前記制限電圧に基づいて前記直軸電圧成分及び前記予め設定された横軸電圧成分に対して電圧制限した後、前記位置フィードバック信号に基づいて座標変換して直軸電圧及び横軸電圧を出力し、または、
前記電圧制限器が前記位置フィードバック信号に基づいて座標変換した後、前記制限電圧に基づいて前記直軸電圧成分及び前記予め設定された横軸電圧成分に対して電圧制限して直軸電圧及び横軸電圧を出力する。
前記電圧制限器が前記位置フィードバック信号に基づいて座標変換した後、前記制限電圧に基づいて前記直軸電圧成分及び前記予め設定された横軸電圧成分に対して電圧制限して直軸電圧及び横軸電圧を出力する。
本発明の第4の形態によれば、モーター駆動方法が提供され、前記モーター駆動方法は、
ステータ電流を座標回転変換して横軸電流成分及び直軸電流成分を出力するステップと、
モーター・ローターの位置を検出し、前記モーター・ローターの位置に基づいて位置フィードバック信号を出力するステップと、
前記位置フィードバック信号に基づいてローター電気角速度を出力し、前記ローター電気角速度及び前記入力された速度指令に基づいて、前記ローター電気角速度及び速度指令をゼロに近づける速度制御器出力信号を出力するステップと、
前記速度制御器出力信号に対して電圧制限を計算して制限電圧を出力するステップと、
予め設定された直軸電流を生成し、前記予め設定された直軸電流と前記直軸電流成分とを減算して直軸電流差を取得するステップと、
予め設定された横軸電流を生成し、前記予め設定された横軸電流と前記横軸電流成分とを減算して横軸電流差を取得するステップと、
前記直軸電流差及び前記横軸電流差に基づいて、前記直軸電流差及び前記横軸電流差をゼロに近づける直軸電圧成分及び横軸電圧成分を出力するステップと、
前記制限電圧及び前記位置フィードバック信号に基づいて、前記直軸電圧成分及び前記予め設定された横軸電圧成分に対して電圧制限するとともに座標変換して直軸電圧及び横軸電圧を出力するステップと、
前記直軸電圧及び前記横軸電圧を三相交流電圧に変換するステップと、を含む。
ステータ電流を座標回転変換して横軸電流成分及び直軸電流成分を出力するステップと、
モーター・ローターの位置を検出し、前記モーター・ローターの位置に基づいて位置フィードバック信号を出力するステップと、
前記位置フィードバック信号に基づいてローター電気角速度を出力し、前記ローター電気角速度及び前記入力された速度指令に基づいて、前記ローター電気角速度及び速度指令をゼロに近づける速度制御器出力信号を出力するステップと、
前記速度制御器出力信号に対して電圧制限を計算して制限電圧を出力するステップと、
予め設定された直軸電流を生成し、前記予め設定された直軸電流と前記直軸電流成分とを減算して直軸電流差を取得するステップと、
予め設定された横軸電流を生成し、前記予め設定された横軸電流と前記横軸電流成分とを減算して横軸電流差を取得するステップと、
前記直軸電流差及び前記横軸電流差に基づいて、前記直軸電流差及び前記横軸電流差をゼロに近づける直軸電圧成分及び横軸電圧成分を出力するステップと、
前記制限電圧及び前記位置フィードバック信号に基づいて、前記直軸電圧成分及び前記予め設定された横軸電圧成分に対して電圧制限するとともに座標変換して直軸電圧及び横軸電圧を出力するステップと、
前記直軸電圧及び前記横軸電圧を三相交流電圧に変換するステップと、を含む。
第4の形態に組み合わせて、第4の形態の第1の実施態様として、前記予め設定された横軸電流を生成するステップは、具体的に、前記予め設定された横軸電流を一定値に設定することである。
第4の形態に組み合わせて、第4の形態の第2の実施態様として、前記予め設定された横軸電流を生成するステップは、具体的に、前記予め設定された横軸電流を、前記速度制御器出力信号の大きさに比例するように設定することである。
本発明の第5の形態によれば、インバータ・モジュール及びモーターモジュールを備えるモーターが提供され、前記モーターは、第1の形態及び第4の形態によるモーター駆動装置をさらに備える。
本発明により提供されるモーター駆動装置、方法、及びモーターによれば、制限電圧を駆動装置の出力電圧の制限とするとともに、横軸電圧成分値を設定することで、横軸電流に対する制限を実現してモーター電流に対する制御を実現できる。これにより、単独トルク制御のアイドル速度調整問題を解決するとともに、単独回転速度制御負荷の干渉耐性の強さの問題や、単独回転速度制御の始動トルクが小さい問題、及び始動速度の応答が遅い問題を解決する。
以下、本発明の実施例に係る技術手段をさらに明瞭に説明するために、実施例の説明に必要な図面に対して簡単に説明する。当然ながら、以下の説明における図面は単に本発明の一部の実施例に過ぎず、当業者は創造的な活動を付しない前提でこれらの図面から他の図面も獲得できる。
従来技術に係るモーター駆動装置の概略構成図である。
従来技術に係る他のモーター駆動装置の概略構成図である。
従来技術に係る他のモーター駆動装置の概略構成図である。
本発明の一実施形態に係るモーター駆動装置の概略構成図である。
本発明の一実施形態に係るモーター駆動装置における電圧制限器の作動方法を示す模式図である。
本発明の一実施形態に係るモーター駆動方法のフローチャートである。
本発明の他の実施形態に係るモーター駆動装置の概略構成図である。
本発明の他の実施形態に係るモーター駆動装置の概略構成図である。
本発明の他の実施形態に係るモーター駆動方法のフローチャートである。
以下、本発明の目的、その技術思想、及びそのメリットをより明瞭にするために、図面及び実施形態を組み合わせて、本発明についてさらに詳細に説明する。なお、ここに記載された具体的実施形態は単に本発明を説明するものに過ぎず、本発明を限定するものではない。
以下、本発明の技術案を説明するために、具体的実施形態を介して説明する。
本発明の一実施形態はモーター駆動装置を提供する。図4に示すように、モーター駆動装置は、
検出されたステータ電流を座標回転変換して横軸電流成分及び直軸電流成分を出力するように構成された回転変換器(rotating converter)10と、
モーター・ローターの位置を検出し、モーター・ローターの位置に基づいて位置フィードバック信号を出力するように構成された位置計算器11と、
位置フィードバック信号に基づいてローター電気角速度を出力するように構成された速度計算モジュール12と、
ローター電気角速度出力及び回転速度指令出力に基づいてローター電気角速度及び入力された速度指令をゼロに近づける速度制御器出力信号を出力するように構成された速度制御器1と、を備え、
モーター駆動装置は、
速度制御器出力信号に対して電圧制限を計算して制限電圧を出力するように構成された電圧制限計算モジュール20と、
予め設定された直軸電流を生成するための直軸電流生成モジュール2と、
予め設定された直軸電流と直軸電流成分とを減算して直軸電流差を取得するように構成された第1の減算器22と、
直軸電流差をゼロに近づける直軸電圧成分を出力するように構成された電流制御器4と、
予め設定された横軸電圧成分を生成するための横軸電圧生成モジュール3と、
制限電圧及び位置フィードバック信号に基づいて、直軸電圧成分及び予め設定された横軸電圧成分に対して電圧制限するとともに座標変換して直軸電圧及び横軸電圧を出力するように構成された電圧制限器5と、
直軸電圧及び横軸電圧を三相交流電圧に変換するように構成されたPWM制御器6と、をさらに備える。
検出されたステータ電流を座標回転変換して横軸電流成分及び直軸電流成分を出力するように構成された回転変換器(rotating converter)10と、
モーター・ローターの位置を検出し、モーター・ローターの位置に基づいて位置フィードバック信号を出力するように構成された位置計算器11と、
位置フィードバック信号に基づいてローター電気角速度を出力するように構成された速度計算モジュール12と、
ローター電気角速度出力及び回転速度指令出力に基づいてローター電気角速度及び入力された速度指令をゼロに近づける速度制御器出力信号を出力するように構成された速度制御器1と、を備え、
モーター駆動装置は、
速度制御器出力信号に対して電圧制限を計算して制限電圧を出力するように構成された電圧制限計算モジュール20と、
予め設定された直軸電流を生成するための直軸電流生成モジュール2と、
予め設定された直軸電流と直軸電流成分とを減算して直軸電流差を取得するように構成された第1の減算器22と、
直軸電流差をゼロに近づける直軸電圧成分を出力するように構成された電流制御器4と、
予め設定された横軸電圧成分を生成するための横軸電圧生成モジュール3と、
制限電圧及び位置フィードバック信号に基づいて、直軸電圧成分及び予め設定された横軸電圧成分に対して電圧制限するとともに座標変換して直軸電圧及び横軸電圧を出力するように構成された電圧制限器5と、
直軸電圧及び横軸電圧を三相交流電圧に変換するように構成されたPWM制御器6と、をさらに備える。
具体的に、速度制御器出力信号は、速度制御器1が出力した調節指令であり、電圧値又は電圧範囲値の形態で存在し、又は当該速度制御器出力信号は、ソフトフェアにデジタルの形態で存在できる。また、電圧制限計算モジュールは、速度制御器出力信号に対して電圧制限を計算して制限電圧を出力し、当該電圧制限計算モジュールの計算方式は人為的に設定されてもよい。例えば、速度制御器出力信号を電圧信号とすることを例として、速度制御器出力信号の範囲が0〜6Vであり、電圧制限計算モジュールに対する設定を介して出力する制限電圧が0〜220Vであってもよい。なお、これは例示に過ぎず、本発明に対する限定ではない。
具体的に、横軸電圧生成モジュール3は、予め設定された横軸電圧成分を出力する。当該横軸電圧生成モジュール3は人為的に設定した計算方式に基づいて予め設定された横軸電圧成分を取得する。
具体的に、電圧制限器5は、制限電圧に基づいて、直軸電圧成分及び予め設定された横軸電圧成分に対して電圧制限して、出力電流に対する制御を実現する。
本発明の実施形態に係る予め設定された横軸電圧成分計算方式の1つの実施例として、横軸電圧生成モジュール3が予め設定された横軸電圧成分を生成することは、具体的に、数式
に基づいて計算して予め設定された横軸電圧成分を出力することであり、ただし、Uqが予め設定された横軸電圧成分であり、Idが直軸電流成分であり、ωがローター電気角速度であり、Ldが電子直軸インダクタンス成分であり、Ψfが永久磁石の磁束鎖交である。
本発明の実施形態に係る予め設定された横軸電圧成分計算方式のもう一つの実施例として、横軸電圧生成モジュール3が予め設定された横軸電圧成分を生成することは、具体的に、数式
に基づいて計算して予め設定された横軸電圧成分を出力することであり、ただし、Uqが予め設定された横軸電圧成分であり、Kが電圧係数であり、Udが直軸電圧成分であり、Usが制限電圧である。
以上の2つの実施例により提供された数式に基づいて、予め設定された横軸電圧成分を取得することができる。
本発明の実施例は、制限電圧を駆動装置の出力電圧の制限とするとともに、横軸電圧成分値を設定することで、横軸電流に対する制限を実現してモーター電流に対する制御を実現できる。これにより、単独トルク制御のアイドル速度調整問題を解決するとともに、単独回転速度制御負荷の干渉耐性の強さの問題や、単独回転速度制御の始動トルクが小さい問題、及び始動速度の応答が遅い問題を解決する。
さらに、図5に示すように、電圧制限器5が電圧制限を行った後、直軸電圧及び横軸電圧を出力する一実施例は、
電圧制限器5が制限電圧に基づいて直軸電圧成分及び予め設定された横軸電圧成分に対して電圧制限してから、位置フィードバック信号に基づいて座標変換して、d軸電圧及び横軸電圧を出力する。
電圧制限器5が制限電圧に基づいて直軸電圧成分及び予め設定された横軸電圧成分に対して電圧制限してから、位置フィードバック信号に基づいて座標変換して、d軸電圧及び横軸電圧を出力する。
電圧制限器5が電圧制限して直軸電圧及び横軸電圧を出力するもう一つの実施例は、
電圧制限器5が位置フィードバック信号に基づいて座標変換した後、制限電圧に基づいて、d軸電圧成分及び予め設定された横軸電圧成分に対して電圧制限して直軸電圧及び横軸電圧を出力する。
電圧制限器5が位置フィードバック信号に基づいて座標変換した後、制限電圧に基づいて、d軸電圧成分及び予め設定された横軸電圧成分に対して電圧制限して直軸電圧及び横軸電圧を出力する。
以上の2つの実施例において、以下の数式によって取得することができる。
本発明の他の実施形態はモーター駆動方法を提供する。図6に示すように、モーター駆動方法は、
ステータ電流を座標回転変換して横軸電流成分及び直軸電流成分を出力するステップS101と、
モーター・ローターの位置を検出し、モーター・ローターの位置に基づいて位置フィードバック信号を出力するステップS102と、
位置フィードバック信号に基づいてローター電気角速度を出力し、ローター電気角速度及び速度指令に基づいて、前記ローター電気角速度及び速度指令をゼロに近づける速度制御器出力信号を出力するステップS103と、
速度制御器出力信号に対して電圧制限を計算して制限電圧を出力するステップS104と、
予め設定された直軸電流を生成し、予め設定された直軸電流と直軸電流成分とを減算して直軸電流差を取得するとともに、直軸電流差に基づいて、前記直軸電流差をゼロに近づける直軸電圧成分を出力するステップS105と、
予め設定された横軸電圧成分を生成し、制限電圧及び位置フィードバック信号に基づいて、直軸電圧成分及び予め設定された横軸電圧成分に対して電圧制限するとともに座標変換して直軸電圧及び横軸電圧を出力するステップS106と、
直軸電圧及び横軸電圧を三相交流電圧に変換するステップS107と、を含む。
ステータ電流を座標回転変換して横軸電流成分及び直軸電流成分を出力するステップS101と、
モーター・ローターの位置を検出し、モーター・ローターの位置に基づいて位置フィードバック信号を出力するステップS102と、
位置フィードバック信号に基づいてローター電気角速度を出力し、ローター電気角速度及び速度指令に基づいて、前記ローター電気角速度及び速度指令をゼロに近づける速度制御器出力信号を出力するステップS103と、
速度制御器出力信号に対して電圧制限を計算して制限電圧を出力するステップS104と、
予め設定された直軸電流を生成し、予め設定された直軸電流と直軸電流成分とを減算して直軸電流差を取得するとともに、直軸電流差に基づいて、前記直軸電流差をゼロに近づける直軸電圧成分を出力するステップS105と、
予め設定された横軸電圧成分を生成し、制限電圧及び位置フィードバック信号に基づいて、直軸電圧成分及び予め設定された横軸電圧成分に対して電圧制限するとともに座標変換して直軸電圧及び横軸電圧を出力するステップS106と、
直軸電圧及び横軸電圧を三相交流電圧に変換するステップS107と、を含む。
また、1つの実施例として、ステップS106において、予め設定された横軸電圧成分を生成するステップは、具体的に、数式
に基づいて計算して予め設定された横軸電圧成分を出力することであり、ただし、Uqが予め設定された横軸電圧成分であり、Idが予め設定された直軸電流成分であり、ωがローター電気角速度であり、Ldが電子直軸インダクタンス成分であり、Ψfが永久磁石の磁束鎖交である。
また、もう一つの実施例として、ステップS106において、予め設定された横軸電圧成分を生成するステップは、具体的に、数式
に基づいて計算して予め設定された横軸電圧成分を出力することであり、ただし、Uqが予め設定された横軸電圧成分であり、Kが電圧係数であり、Udが直軸電圧成分であり、Usが制限電圧である。
本発明の他の実施形態はモーター駆動装置を提供する。当該モーター駆動装置は、
ステータ電流を座標回転変換して横軸電流成分及び直軸電流成分を出力するように構成された回転変換器10と、
モーター・ローターの位置を検出し、モーター・ローターの位置に基づいて位置フィードバック信号を出力するように構成された位置計算器11と、
位置フィードバック信号に基づいてローター電気角速度を出力するように構成された速度計算モジュール12と、
ローター電気角速度及び速度指令をゼロに近づける速度制御器出力信号を出力するように構成された速度制御器1と、を備え、
モーター駆動装置は、
速度制御器出力信号に対して電圧制限を計算して制限電圧を出力するように構成された電圧制限計算モジュール20と、
予め設定された直軸電流を生成するように構成された直軸電流生成モジュール2と、
予め設定された横軸電流を生成するように構成された横軸電流生成モジュール8と、
予め設定された直軸電流と直軸電流成分とを減算して直軸電流差を取得するように構成された第1の減算器22と、
予め設定された横軸電流と横軸電流成分とを減算して横軸電流差を取得するように構成された第2の減算器23と、
直軸電流差及び横軸電流差をゼロに近づける直軸電圧成分及び横軸電圧成分を出力するように構成された電流制御器4と、
制限電圧及び位置フィードバック信号に基づいて、直軸電圧成分及び横軸電圧成分に対して電圧制限するとともに座標変換して直軸電圧及び横軸電圧を出力するように構成された電圧制御器5と、
直軸電圧及び横軸電圧を三相交流電圧に変換するように構成されたPWM制御器6と、を備える。
ステータ電流を座標回転変換して横軸電流成分及び直軸電流成分を出力するように構成された回転変換器10と、
モーター・ローターの位置を検出し、モーター・ローターの位置に基づいて位置フィードバック信号を出力するように構成された位置計算器11と、
位置フィードバック信号に基づいてローター電気角速度を出力するように構成された速度計算モジュール12と、
ローター電気角速度及び速度指令をゼロに近づける速度制御器出力信号を出力するように構成された速度制御器1と、を備え、
モーター駆動装置は、
速度制御器出力信号に対して電圧制限を計算して制限電圧を出力するように構成された電圧制限計算モジュール20と、
予め設定された直軸電流を生成するように構成された直軸電流生成モジュール2と、
予め設定された横軸電流を生成するように構成された横軸電流生成モジュール8と、
予め設定された直軸電流と直軸電流成分とを減算して直軸電流差を取得するように構成された第1の減算器22と、
予め設定された横軸電流と横軸電流成分とを減算して横軸電流差を取得するように構成された第2の減算器23と、
直軸電流差及び横軸電流差をゼロに近づける直軸電圧成分及び横軸電圧成分を出力するように構成された電流制御器4と、
制限電圧及び位置フィードバック信号に基づいて、直軸電圧成分及び横軸電圧成分に対して電圧制限するとともに座標変換して直軸電圧及び横軸電圧を出力するように構成された電圧制御器5と、
直軸電圧及び横軸電圧を三相交流電圧に変換するように構成されたPWM制御器6と、を備える。
具体的に、速度制御器出力信号は、速度制御器1が出力した調節指令であり、電圧値又は電圧範囲値の形態で存在し、又は当該速度制御器出力信号は、ソフトフェアにデジタルの形態で存在できる。また、電圧制限計算モジュール20は、速度制御器出力信号に対して電圧制限を計算して制限電圧を出力し、当該電圧制限計算モジュールの計算方式は人為的に設定されてもよい。例えば、速度制御器出力信号を電圧信号とすることを例として、速度制御器出力信号の範囲が0〜6Vであり、電圧制限計算モジュールに対する設定を介して出力する制限電圧が0〜220Vであってもよい。なお、これは例示に過ぎず、本発明に対する限定ではない。
さらに、図7に示すように、横軸電流生成モジュール8が速度制御器出力信号に基づいて予め設定された横軸電流を出力する1つの実施例として、予め設定された横軸電流が一定値である。
具体的に、横軸電流をある一定値に設定することにより、最大出力電流値を制限する。
さらに、図8に示すように、横軸電流生成モジュール8が速度制御器出力信号に基づいて予め設定された横軸電流を出力する1つの実施例として、予め設定された横軸電流が速度制御器出力信号の大きさに比例する。
具体的に、予め設定された横軸電流は、速度制御器出力信号を変換して得られる電流値であり、その1つの実施例として、速度制御器出力信号における電圧の最大値と最小値をそれぞれ予め設定された横軸電流値の最大値と最小値に対応させることであり、線形補間関係により対応することができる。
さらに、電圧制限器5が電圧制限した後、直軸電圧及び横軸電圧を出力する1つの実施例では、電圧制限器5が制限電圧に基づいて直軸電圧成分及び横軸電圧成分に対して電圧制限した後、位置フィードバック信号に基づいて座標変換して、d軸電圧及び横軸電圧を出力する。
さらに、電圧制限器5が電圧制限して直軸電圧及び横軸電圧を出力する1つの実施例では、電圧制限器5が位置フィードバック信号に基づいて座標変換した後、制限電圧に基づいて、d軸電圧成分及び横軸電圧成分に対して電圧制限して直軸電圧及び横軸電圧を出力する。
以上の2つの実施例において、以下の数式によって取得することができる。
本発明の他の実施形態はモーター駆動方法を提供する。図9に示すように、モーター駆動方法は、
ステータ電流を座標回転変換して横軸電流成分及び直軸電流成分を出力するステップS201と、
モーター・ローターの位置を検出し、モーター・ローターの位置に基づいて位置フィードバック信号を出力するステップS202と、
位置フィードバック信号に基づいてローター電気角速度を出力し、ローター電気角速度及び入力された速度指令に基づいて、ローター電気角速度及び速度指令をゼロに近づける速度制御器出力信号を出力するステップS203と、
速度制御器出力信号に対して電圧制限を計算して制限電圧を出力するステップS204と、
予め設定された直軸電流を生成し、予め設定された直軸電流と直軸電流成分とを減算して直軸電流差を取得するステップS205と、
予め設定された横軸電流を生成し、予め設定された横軸電流と横軸電流成分とを減算して横軸電流差を取得するステップS206と、
前記直軸電流差及び前記横軸電流差に基づいて、前記直軸電流差及び前記横軸電流差をゼロに近づける直軸電圧成分及び横軸電圧成分を出力するステップS207と、
制限電圧及び位置フィードバック信号に基づいて、直軸電圧成分及び横軸電圧成分に対して電圧制限するとともに座標変換して直軸電圧及び横軸電圧を出力するステップS208と、
直軸電圧及び横軸電圧を三相交流電圧に変換するステップS209と、を含む。
ステータ電流を座標回転変換して横軸電流成分及び直軸電流成分を出力するステップS201と、
モーター・ローターの位置を検出し、モーター・ローターの位置に基づいて位置フィードバック信号を出力するステップS202と、
位置フィードバック信号に基づいてローター電気角速度を出力し、ローター電気角速度及び入力された速度指令に基づいて、ローター電気角速度及び速度指令をゼロに近づける速度制御器出力信号を出力するステップS203と、
速度制御器出力信号に対して電圧制限を計算して制限電圧を出力するステップS204と、
予め設定された直軸電流を生成し、予め設定された直軸電流と直軸電流成分とを減算して直軸電流差を取得するステップS205と、
予め設定された横軸電流を生成し、予め設定された横軸電流と横軸電流成分とを減算して横軸電流差を取得するステップS206と、
前記直軸電流差及び前記横軸電流差に基づいて、前記直軸電流差及び前記横軸電流差をゼロに近づける直軸電圧成分及び横軸電圧成分を出力するステップS207と、
制限電圧及び位置フィードバック信号に基づいて、直軸電圧成分及び横軸電圧成分に対して電圧制限するとともに座標変換して直軸電圧及び横軸電圧を出力するステップS208と、
直軸電圧及び横軸電圧を三相交流電圧に変換するステップS209と、を含む。
1つの実施例として、ステップS206において、予め設定された横軸電流成分を生成するステップは、具体的に、予め設定された横軸電流を一定値に設定することである。
もう一つの実施例として、ステップS206において、予め設定された横軸電流を生成するステップは、具体的に、予め設定された横軸電流を、速度制御器出力信号の大きさに比例するように設定することである。
本発明のもう一つ実施形態は、インバータ・モジュール9とモーターモジュール10とを含むモーターであって、上記モーター駆動装置をさらに備える。
本発明により提供されたモーター駆動装置、その方法、及びモーターは、制限電圧を駆動装置の出力電圧の制限とするとともに、横軸電圧成分値を設定することで、横軸電流に対する制限を実現してモーター電流に対する制御を実現できる。これにより、単独トルク制御のアイドル速度調整問題を解決するとともに、単独回転速度制御負荷の干渉耐性の強さの問題や、単独回転速度制御の始動トルクが小さい問題、及び始動速度の応答が遅い問題を解決する。
以上は、具体的な好ましい実施形態による本発明に対する詳細な説明であるが、本発明の具体的実施形態がこれらの説明に限定されると理解してはいけない。本発明が属する技術分野の通常の技術者であれば、本発明の構成から逸脱しない範囲で実施した若干の均等的な取り換え、変形、又は、性能もしくは用途が同じであるもののすべてが本発明の特許請求の範囲に基づいて確定され保護範囲に属すると見なされる。
1 速度制御器
2 直軸電流指令モジュール
3 横軸電流計算モジュール
4 電流制御器
5 電圧制限器
6 PWM制御器
9 インバータ駆動モジュール
10 モーター・モジュール
11 位置計算モジュール
12 速度計算モジュール
13 回転変換モジュール
14 速度指令モジュール
2 直軸電流指令モジュール
3 横軸電流計算モジュール
4 電流制御器
5 電圧制限器
6 PWM制御器
9 インバータ駆動モジュール
10 モーター・モジュール
11 位置計算モジュール
12 速度計算モジュール
13 回転変換モジュール
14 速度指令モジュール
Claims (15)
- ステータ電流を座標回転変換して横軸電流成分及び直軸電流成分を出力するための回転変換器と、
モーター・ローターの位置を検出し、前記モーター・ローターの位置に基づいて位置フィードバック信号を出力するための位置計算器と、
前記位置フィードバック信号に基づいてローター電気角速度を出力するための速度計算モジュールと、
前記ローター電気角速度及び入力された速度指令をゼロに近づける速度制御器出力信号を出力するための速度制御器と、を備えるモーター駆動装置において、
前記速度制御器出力信号に対して電圧制限を計算して制限電圧を出力するための電圧制限計算モジュールと、
予め設定された直軸電流を生成するための直軸電流生成モジュールと、
前記予め設定された直軸電流と前記直軸電流成分とを減算して直軸電流差を取得するための第1の減算器と、
前記直軸電流差をゼロに近づける直軸電圧成分を出力するための電流制御器と、
予め設定された横軸電圧成分を生成するための横軸電圧生成モジュールと、
前記制限電圧及び前記位置フィードバック信号に基づいて、前記直軸電圧成分及び前記予め設定された横軸電圧成分に対して電圧制限するとともに座標変換して直軸電圧及び横軸電圧を出力するための電圧制限器と、
前記直軸電圧及び前記横軸電圧を三相交流電圧に変換するためのPWM制御器と、をさらに備える、ことを特徴とするモーター駆動装置。 - 前記電圧制限器が前記制限電圧に基づいて前記直軸電圧成分及び前記予め設定された横軸電圧成分に対して電圧制限した後、前記位置フィードバック信号に基づいて座標変換して直軸電圧及び横軸電圧を出力し、又は、
前記電圧制限器が前記位置フィードバック信号に基づいて座標変換した後、前記制限電圧に基づいて前記直軸電圧成分及び前記予め設定された横軸電圧成分に対して電圧制限して直軸電圧及び横軸電圧を出力する、ことを特徴とする請求項1に記載のモーター駆動装置。 - ステータ電流を座標回転変換して横軸電流成分及び直軸電流成分を出力するステップと、
モーター・ローターの位置を検出し、前記モーター・ローターの位置に基づいて位置フィードバック信号を出力するステップと、
前記位置フィードバック信号に基づいてローター電気角速度を出力し、前記ローター電気角速度及び速度指令に基づいて、前記ローター電気角速度及び速度指令をゼロに近づける速度制御器出力信号を出力するステップと、
前記速度制御器出力信号に対して電圧制限を計算して制限電圧を出力するステップと、
予め設定された直軸電流を生成し、前記予め設定された直軸電流と前記直軸電流成分とを減算して直軸電流差を取得し、前記直軸電流差に基づいて、前記直軸電流差をゼロに近づける直軸電圧成分を出力するステップと、
予め設定された横軸電圧成分を生成し、前記制限電圧及び前記位置フィードバック信号に基づいて、前記直軸電圧成分及び前記予め設定された横軸電圧成分に対して電圧制限するとともに座標変換して直軸電圧及び横軸電圧を出力するステップと、
前記直軸電圧及び前記横軸電圧を三相交流電圧に変換するステップと、を含む、ことを特徴とするモーター駆動方法。 - ステータ電流を座標回転変換して横軸電流成分及び直軸電流成分を出力するための回転変換器と、
モーター・ローターの位置を検出し、前記モーター・ローターの位置に基づいて位置フィードバック信号を出力するための位置計算器と、
前記位置フィードバック信号に基づいてローター電気角速度を出力するための速度計算モジュールと、
前記ローター電気角速度及び入力された速度指令をゼロに近づける速度制御器出力信号を出力するための速度制御器と、を備えるモーター駆動装置において、
前記速度制御器出力信号に対して電圧制限を計算して制限電圧を出力するための電圧制限計算モジュールと、
予め設定された直軸電流を生成するための直軸電流生成モジュールと、
予め設定された横軸電流を生成するための横軸電流生成モジュールと、
前記予め設定された直軸電流と前記直軸電流成分とを減算して直軸電流差を取得するための第1の減算器と、
前記予め設定された横軸電流と前記横軸電流成分とを減算して横軸電流差を取得するための第2の減算器と、
前記直軸電流差及び前記横軸電流差をゼロに近づける直軸電圧成分及び横軸電圧成分を出力するための電流制御器と、
前記制限電圧及び前記位置フィードバック信号に基づいて、前記直軸電圧成分及び前記横軸電圧成分に対して電圧制限するとともに座標変換して直軸電圧及び横軸電圧を出力するための電圧制御器と、
前記直軸電圧及び前記横軸電圧を三相交流電圧に変換するためのPWM制御器と、を備える、ことを特徴とするモーター駆動装置。 - 前記予め設定された横軸電流が一定値である、ことを特徴とする請求項8に記載のモーター駆動装置。
- 前記予め設定された横軸電流が前記速度制御器出力信号の大きさに比例する、ことを特徴とする請求項8に記載のモーター駆動装置。
- 前記電圧制限器が前記制限電圧に基づいて前記直軸電圧成分及び前記横軸電圧成分に対して電圧制限した後、前記位置フィードバック信号に基づいて座標変換して直軸電圧及び横軸電圧を出力し、又は、
前記電圧制限器が前記位置フィードバック信号に基づいて座標変換した後、前記制限電圧に基づいて前記直軸電圧成分及び前記横軸電圧成分に対して電圧制限して直軸電圧及び横軸電圧を出力する、ことを特徴とする請求項8に記載のモーター駆動装置。 - ステータ電流を座標回転変換して横軸電流成分及び直軸電流成分を出力するステップと、
モーター・ローターの位置を検出し、前記モーター・ローターの位置に基づいて位置フィードバック信号を出力するステップと、
前記位置フィードバック信号に基づいてローター電気角速度を出力し、前記ローター電気角速度及び入力された速度指令に基づいて、前記ローター電気角速度及び速度指令をゼロに近づける速度制御器出力信号を出力するステップと、
前記速度制御器出力信号に対して電圧制限を計算して制限電圧を出力するステップと、
予め設定された直軸電流を生成し、前記予め設定された直軸電流と前記直軸電流成分とを減算して直軸電流差を取得するステップと、
予め設定された横軸電流を生成し、前記予め設定された横軸電流と前記横軸電流成分とを減算して横軸電流差を取得するステップと、
前記直軸電流差及び前記横軸電流差に基づいて、前記直軸電流差及び前記横軸電流差をゼロに近づける直軸電圧成分及び横軸電圧成分を出力するステップと、
前記制限電圧及び前記位置フィードバック信号に基づいて、前記直軸電圧成分及び前記予め設定された横軸電圧成分に対して電圧制限するとともに座標変換して直軸電圧及び横軸電圧を出力するステップと、
前記直軸電圧及び前記横軸電圧を三相交流電圧に変換するステップと、を含む、ことを特徴とするモーター駆動方法。 - 前記予め設定された横軸電流を生成するステップは、具体的に、前記予め設定された横軸電流を一定値に設定することである、ことを特徴とする請求項12に記載のモーター駆動方法。
- 前記予め設定された横軸電流を生成するステップは、具体的に、前記予め設定された横軸電流を、前記速度制御器出力信号の大きさに比例するように設定することである、ことを特徴とする請求項12に記載のモーター駆動方法。
- インバータ・モジュール及びモーターモジュールを備えるモーターにおいて、
請求項1乃至4、8乃至11のうちいずれかに記載のモーター駆動装置をさらに備える、ことを特徴とするモーター。
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CN113819623A (zh) * | 2021-09-10 | 2021-12-21 | 青岛海尔空调器有限总公司 | 用于控制电机运行的方法、装置、空调及存储介质 |
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