TWI500252B - 永久磁鐵型馬達的控制裝置 - Google Patents

永久磁鐵型馬達的控制裝置 Download PDF

Info

Publication number
TWI500252B
TWI500252B TW102136484A TW102136484A TWI500252B TW I500252 B TWI500252 B TW I500252B TW 102136484 A TW102136484 A TW 102136484A TW 102136484 A TW102136484 A TW 102136484A TW I500252 B TWI500252 B TW I500252B
Authority
TW
Taiwan
Prior art keywords
voltage
axis
value
command
axis voltage
Prior art date
Application number
TW102136484A
Other languages
English (en)
Other versions
TW201440412A (zh
Inventor
Gyoketsu So
Masaya Harakawa
Atsuo Haishi
Hiroto Takei
Satoru Terashima
Akira Imanaka
Original Assignee
Mitsubishi Electric Corp
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Mitsubishi Electric Corp filed Critical Mitsubishi Electric Corp
Publication of TW201440412A publication Critical patent/TW201440412A/zh
Application granted granted Critical
Publication of TWI500252B publication Critical patent/TWI500252B/zh

Links

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02P—CONTROL OR REGULATION OF ELECTRIC MOTORS, ELECTRIC GENERATORS OR DYNAMO-ELECTRIC CONVERTERS; CONTROLLING TRANSFORMERS, REACTORS OR CHOKE COILS
    • H02P21/00—Arrangements or methods for the control of electric machines by vector control, e.g. by control of field orientation
    • H02P21/0003—Control strategies in general, e.g. linear type, e.g. P, PI, PID, using robust control
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02P—CONTROL OR REGULATION OF ELECTRIC MOTORS, ELECTRIC GENERATORS OR DYNAMO-ELECTRIC CONVERTERS; CONTROLLING TRANSFORMERS, REACTORS OR CHOKE COILS
    • H02P27/00—Arrangements or methods for the control of AC motors characterised by the kind of supply voltage
    • H02P27/04—Arrangements or methods for the control of AC motors characterised by the kind of supply voltage using variable-frequency supply voltage, e.g. inverter or converter supply voltage
    • H02P27/06—Arrangements or methods for the control of AC motors characterised by the kind of supply voltage using variable-frequency supply voltage, e.g. inverter or converter supply voltage using dc to ac converters or inverters
    • H02P27/08—Arrangements or methods for the control of AC motors characterised by the kind of supply voltage using variable-frequency supply voltage, e.g. inverter or converter supply voltage using dc to ac converters or inverters with pulse width modulation
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02P—CONTROL OR REGULATION OF ELECTRIC MOTORS, ELECTRIC GENERATORS OR DYNAMO-ELECTRIC CONVERTERS; CONTROLLING TRANSFORMERS, REACTORS OR CHOKE COILS
    • H02P2207/00—Indexing scheme relating to controlling arrangements characterised by the type of motor
    • H02P2207/05—Synchronous machines, e.g. with permanent magnets or DC excitation

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Control Of Ac Motors In General (AREA)

Description

永久磁鐵型馬達的控制裝置
本發明係有關永久磁鐵型馬達的控制裝置。
當令永久磁鐵型馬達(motor)高速運轉或令馬達轉矩(motor torque)提高時，為了驅動馬達，便必須要有高電壓，而會發生超出放大器(amplifier)能夠輸出之電壓的所謂的電壓飽和的狀態。一旦電壓飽和發生，不僅無法產生依指令所指示的速度和轉矩(torque)，還會導致控制特性的惡化，如速度和馬達電流出現抖顫等。
在永久磁鐵型馬達的領域裡，廣為人知有種稱為弱磁通控制的方法，係令負值的d軸電流(激磁電流)流通，來抑制電壓飽和的發生。就其一例而言，例如對表示電壓飽和程度的電壓飽和量進行檢測，並流通相應於其的d軸電流之方式，係記載於專利文獻1及專利文獻2。
電壓飽和量係相當於電壓指令值超過(over)電壓限制器(limiter)值之量。因此，電壓飽和量係能夠以電壓指令值與電壓限制器值的差分演算來求取。另外，由於 電壓指令值有正．負兩種可能，因此電壓飽和量會發生在正．負兩區域。電壓飽和量雖然能夠以電壓指令值與電壓限制器值的差分來求取，但實際上必須考慮電壓指令值及電壓限制器值的極性，故無法僅以單純的減法器求取。
因此，若考慮電壓指令值的絕對值與電壓限制器值(僅+值即可)，則不論是何種情況，電壓飽和量皆能夠單純僅以電壓指令值的絕對值-電壓限制器值的減法運算來求取。此種以電壓指令值的絕對值-電壓限制器值的減法運算求取電壓飽和量的方法係記載於專利文獻3。
(先前技術文獻) (專利文獻)
專利文獻1：日本國特許第4507493號
專利文獻2：日本國特開2000-341990號公報
專利文獻3：日本國特開平11-27996號公報
近年來，在資源價格高騰的影響和防止地球暖化的國際趨勢的背景下，對於抑制會產生二氧化碳的能源(energy)的使用量的意識日漸高漲。其中，消費量佔世界總發電量約40%的旋轉電機尤其受到關注，其效率的改善係當務之急。因此，積極運用磁阻轉矩(reluctance torque)，而效率比表面磁鐵型(SPM(Surface Permanent Magnet))馬達更佳的內置磁鐵型(IPM(Interior Permanent Magnet))馬達開始獲得採用。
永久磁鐵型馬達的運轉模式(mode)有「正轉．動力(power running)運轉」、「正轉．再生(regenerative)運轉」、「反轉．動力運轉」、「反轉．再生運轉」四種模式。在如表面磁鐵型馬達般d軸電感(inductance)與q軸電感不存在差異的情形中，馬達的各運轉模式下的d軸電壓與q軸電壓的操作區域，在直角座標(d軸電壓與q軸電壓的直角座標)上係有清楚的劃分，只要是在同一種運轉模式內，電壓指令的極性就不會改變。因此，能夠適用上述以電壓指令值的絕對值-電壓限制器值的減法運算來求取電壓飽和量之方法。
另一方面，在內置磁鐵型(IPM)馬達中，藉由流通d軸電流使磁阻轉矩產生。在內置磁鐵型馬達中，即便是在同一種運轉模式內，電壓指令的極性仍有可能改變。因此，便無法使用以電壓指令值的絕對值-電壓限制器值的減法運算來求取電壓飽和量之方法。雖然一邊使用條件分支等一邊導出正確的電壓飽和量並非不可能，但如此一來，便無法僅使用單純的減法器，可想而知計算會變得複雜。
本發明係有鑒於上述課題而研創，目的在於獲得不論是表面磁鐵型馬達、內置磁鐵型馬達，皆能夠僅以單純的減法器求取電壓飽和量的永久磁鐵型馬達的控制裝置。
為了解決上述課題並達成上述目的，本發明的永久磁鐵型馬達的控制裝置係具備將施加於永久磁鐵型馬達的電流於旋轉的dq軸座標系的兩個成分即d軸電流與q軸電流，分別進行比例積分控制的PI電流控制器者，該永久磁鐵型馬達的控制裝置係具備：電壓指令旋轉座標轉換器，係將為了控制前述d軸電流而從前述PI電流控制器輸出的d軸電壓指令，及為了控制前述q軸電流而從前述PI電流控制器輸出的q軸電壓指令，以預定的角度分別進行旋轉座標轉換，將前述旋轉座標轉換的結果作為d軸電壓補正指令及q軸電壓補正指令予以輸出；第1絕對值演算器，係算出前述d軸電壓補正指令的絕對值；第2絕對值演算器，係算出前述q軸電壓補正指令的絕對值；第1減法器，係根據前述d軸電壓補正指令的絕對值與d軸電壓旋轉限制器值，求取d軸電壓飽和量，該d軸電壓旋轉限制器值係將用以限制前述d軸電壓指令的d軸電壓限制器值，以前述預定的角度進行旋轉座標轉換後的值；及第2減法器，係根據前述q軸電壓補正指令的絕對值與q軸電壓旋轉限制器值，求取q軸電壓飽和量，該q軸電壓旋轉限制器值係將用以限制前述q軸電壓指令的q軸電壓限制器值，以前述預定的角度進行旋轉座標轉換後的值。
本發明的永久磁鐵型馬達的控制裝置係可達到不論是表面磁鐵型馬達、內置磁鐵型馬達，皆能夠僅 以單純的減法器求取電壓飽和量之效果。
1‧‧‧旋轉座標轉換器(電壓指令旋轉座標轉換器)
2‧‧‧旋轉座標轉換器(限制器值旋轉座標轉換器)
11、16、21、26‧‧‧減法器
12‧‧‧d軸電流控制器
13‧‧‧絕對值演算器(第1絕對值演算器)
14‧‧‧減法器(第1減法器)
15‧‧‧q軸電流指令補正器
22‧‧‧q軸電流控制器
23‧‧‧絕對值演算器(第2絕對值演算器)
24‧‧‧減法器(第2減法器)
25‧‧‧d軸電流指令補正器
31‧‧‧二相三相座標轉換器
32‧‧‧PWM變頻器
33a、33b、33c‧‧‧電流檢測器
34‧‧‧永久磁鐵型馬達
35‧‧‧速度檢測器
36‧‧‧三相二相座標轉換器
37‧‧‧係數器
38‧‧‧積分器
101、102‧‧‧等電壓線
A、B‧‧‧電壓指令值
L‧‧‧電感
eid‧‧‧d軸電流補正指令與d軸電流間的電流偏差
eiq‧‧‧q軸電流補正指令與q軸電流間的電流偏差
id‧‧‧d軸電流
iq‧‧‧q軸電流
id*‧‧‧d軸電流指令值
iq*‧‧‧q軸電流指令值
id*cmd‧‧‧d軸電流補正指令
iq*cmd‧‧‧q軸電流補正指令
iu、iv、iw‧‧‧永久磁鐵型馬達的電流
Pm‧‧‧極對數
Vd‧‧‧d軸電壓
Vd_limit‧‧‧d軸電壓限制器值
Vd_limit’‧‧‧d軸電壓補正限制器值
Vd*‧‧‧d軸電壓指令
Vd*’‧‧‧d軸電壓補正指令
|Vd*’|‧‧‧d軸電壓補正指令的絕對值
Vdc‧‧‧母線電壓
Vq‧‧‧q軸電壓
Vq_limit‧‧‧q軸電壓限制器值
Vq_limit’‧‧‧q軸電壓補正限制器值
Vq*‧‧‧q軸電壓指令
Vq*’‧‧‧q軸電壓補正指令
|Vq*’|‧‧‧q軸電壓補正指令的絕對值
Vu*、Vv*、Vw*‧‧‧壓指令
β‧‧‧角度
θ‧‧‧相位角
△id‧‧‧d軸電流指令補正量
△iq‧‧‧q軸電流指令補正量
△Vd‧‧‧d軸電壓飽和量
△Vq‧‧‧q軸電壓飽和量
ω、ωr‧‧‧馬達速度
ωe‧‧‧旋轉角速度
‧‧‧永久磁鐵磁通量
第1圖係顯示本發明的永久磁鐵型馬達的控制裝置的構成例之圖。
第2圖係顯示電壓指令值、電壓限制器值、及電壓飽和量的關係的一例之圖。
第3圖係顯示藉由電壓指令值的絕對值與電壓限制器值進行電壓飽和量之算出的一例之圖。
第4圖係顯示於馬達速度ω與轉矩電流iq的直角座標上的四種運轉模式的分布之圖。
第5圖係顯示於d軸電流id與q軸電流iq的直角座標上的馬達電壓的等電壓線的一例之圖。
第6圖係顯示於表面磁鐵型馬達的d軸電壓Vd與q軸電壓Vq的直角座標上的馬達運轉模式之圖。
第7圖係顯示內置磁鐵型馬達的正轉．動力運轉時的d軸電壓Vd與q軸電壓Vq的一例之圖。
第8圖係顯示使用表面磁鐵型馬達時的電壓指令值與電壓限制器值及根據其兩者求取的電壓飽和量的關係之圖。
第9圖係顯示使用內置磁鐵型馬達時的電壓指令值與電壓限制器值及根據其兩者求取的電壓飽和量的關係之圖。
第10圖係顯示以角度β進行旋轉座標轉換後的電壓 指令值與電壓限制器值及根據其兩者求取的電壓飽和量的關係之圖。
以下，根據圖式詳細說明本發明的永久磁鐵型馬達的控制裝置的實施形態。另外，本發明並不受下述的實施形態所限定。
實施形態.
第1圖係顯示本發明的永久磁鐵型馬達的控制裝置的構成例之圖。本實施形態的永久磁鐵型馬達的控制裝置係將施加於永久磁鐵型馬達34的電流，分解為旋轉的直角座標系即dq軸座標系的兩個成分(d軸電流、q軸電流)，並進行比例積分控制(PI(Proportional Integral)控制)。本實施形態的永久磁鐵型馬達的控制裝置係具備：PWM變頻器(inverter)32，係根據後述的電壓指令Vu*、Vv*、Vw*，將電力供給至永久磁鐵型馬達34；電流檢測器33a、33b、33c，係檢測永久磁鐵型馬達34的電流iu、iv、iw；及速度檢測器35，係檢測永久磁鐵型馬達34的馬達速度ω。永久磁鐵型馬達34可為表面磁鐵型馬達，亦可為內置磁鐵型馬達。此外，本實施形態的永久磁鐵型馬達的控制裝置係具備：係數器37，係根據速度檢測器35所檢測得的永久磁鐵型馬達34的馬達速度ω(ωr)，演算dq軸座標的旋轉角速度ωe；積分器38，係對旋轉角速度ωe進行積分，輸出dq軸座標的相位角θ；及三相二相座標轉換器36，係根據dq軸座標的相位角θ，將電流檢測器33a、33b、33c 的電流iu、iv、iw分解為dq軸座標上的d軸電流id與q軸電流iq，並予以輸出。
此外，本實施形態的永久磁鐵型馬達的控制裝置係具備：減法器11，係輸出後述的d軸電流補正指令id*cmd與d軸電流id間的電流偏差eid；d軸電流控制器12，係以使電流偏差eid成為0的方式進行PI控制，並輸出d軸電壓指令Vd*；減法器21，係輸出後述的q軸電流補正指令iq*cmd與q軸電流iq間的電流偏差eiq；q軸電流控制器22，係以使電流偏差eiq成為0的方式進行PI控制，並輸出q軸電壓指令Vq*；及二相三相座標轉換器31，係根據dq軸座標的相位角θ，將d軸電壓指令Vd*與q軸電壓指令Vq*轉換成三相交流座標上的電壓指令Vu*、Vv*、Vw*，作為PWM變頻器32的電壓指令予以輸出。
由於上述各部係進行使用令電流指令與實際電流的偏差成為0的PI電流控制器(以PWM變頻器32、電流檢測器33a、33b、33c、速度檢測器35、係數器37、積分器38、三相二相座標轉換器36、減法器11、d軸電流控制器12、減法器21、q軸電流控制器22及二相三相座標轉換器31所構成的PI控制器)的永久磁鐵型馬達34的向量(vector)控制的基本動作之部分，故省略其詳細的動作說明。
本實施形態的永久磁鐵型馬達的控制裝置更具備：旋轉座標轉換器1(電壓指令旋轉座標轉換器)，係 令d軸電壓指令Vd*與q軸電壓指令Vq*分別旋轉達角度β，並輸出d軸電壓補正指令Vd*’與q軸電壓補正指令Vq*’；及旋轉座標轉換器2(限制器值旋轉座標轉換器)，係令d軸電壓限制器值Vd_limit與q軸電壓限制器值Vq_limit分別旋轉達角度β，並輸出d軸電壓補正限制器值Vd_limit’與q軸電壓補正限制器值Vq_limit’。本實施形態的永久磁鐵型馬達的控制裝置更具備：絕對值演算器13(第1絕對值演算器)，係求取從旋轉座標轉換器1輸出的d軸電壓補正指令Vd*’的絕對值|Vd*’|；絕對值演算器23(第2絕對值演算器)，係求取從旋轉座標轉換器1輸出的q軸電壓補正指令Vq*’的絕對值|Vq*’|；減法器14(第1減法器)，係輸出從旋轉座標轉換器2輸出的d軸電壓補正限制器值Vd_limit’與d軸電壓補正指令Vd*’間的差分即d軸電壓飽和量△Vd；及減法器24(第2減法器)，係輸出從旋轉座標轉換器2輸出的q軸電壓補正限制器值Vq_limit’與q軸電壓補正指令Vq*’間的差分即q軸電壓飽和量△Vq。
本實施形態的永久磁鐵型馬達的控制裝置更具備：q軸電流指令補正器15，係輸出用以由d軸電壓飽和量△Vd避免電壓飽和的q軸電流指令補正量△iq；d軸電流指令補正器25，係輸出用以由q軸電壓飽和量△Vq避免電壓飽和的d軸電流指令補正量△id；減法器16，係輸出d軸電流指令值id*與d軸電流指令補正量△id間的差分即d軸電流補正指令id*cmd；及減法器26，係輸出q軸電流指令值iq*與q軸電流指令補正量△iq間的差分即 q軸電流補正指令iq*cmd。
在本實施形態的永久磁鐵型馬達的控制裝置中，係檢測電壓飽和量。在此，針對電壓飽和量進行說明。當令永久磁鐵型馬達高速運轉或令馬達轉矩提高時，為了驅動馬達，便必須要有高電壓，即會發生所謂的電壓飽和的狀態。一旦發生電壓飽和，不僅無法產生指令所指示的速度和轉矩，還會導致速度或馬達電流出現抖顫等的控制特性的惡化，，因此，採取檢測電壓飽和量，並流通相應其的d軸電流等的對策。
第2圖係顯示電壓指令值、電壓限制器值、及電壓飽和量的關係的一例之圖。電壓飽和量係相當於電壓指令值超過電壓限制器值之量。因此，電壓飽和量係能夠以電壓指令值與電壓限制器值的差分演算來求取。由於電壓指令值有正．負兩種可能，因此，如第2圖所示，電壓飽和量會發生在正．負兩區域。因此，求取電壓飽和量係必須考慮電壓指令值及電壓限制器值的極性，故而無法僅以單純的減法器進行求取。
第3圖係顯示藉由電壓指令值的絕對值與電壓限制器值(僅+值即可)進行電壓飽和量之算出的一例之圖。在上述的專利文獻3中已記載如此地以電壓指令值的絕對值-電壓限制器值的減法運算，來求取電壓飽和量，藉以僅由減法器算出電壓飽和量。
永久磁鐵型馬達的運轉模式有「正轉．動力運轉」、「正轉．再生運轉」、「反轉．動力運轉」、「反轉． 再生運轉」四種模式。正轉係馬達速度為正(ω>0)之狀態，反轉係馬達速度為負(ω<0)之狀態。動力運轉係馬達速度與q軸電流(轉矩電流)iq的積為正(ω×iq>0)之狀態，再生運轉係馬達速度與q軸電流iq的積為負(ω×iq<0)之狀態。第4圖係顯示於馬達速度ω與q軸電流iq的直角座標上的四種運轉模式的分布之圖。
永久磁鐵型馬達穩態時的d軸電壓Vd與q軸電壓Vq，一般係以下式(1)及式(2)求取。
Vd=R．id-Pm．ω．Lq．iq…(1)
其中，R為繞組電阻、Ld為d軸電感、Lq為q軸電感、φ為永久磁鐵磁通量、Pm為極對數、ω為馬達速度、id為d軸電流、iq為q軸電流。
上述式(1)、式(2)所示的電壓方程式係由繞組電阻引起的電壓降量、繞線電感引起的變壓器電動勢、及永久磁鐵磁通量引起的速度電動勢之和所成立。在此，由於繞組電阻引起的電壓降量，一般係比其他兩者小，故式(1)及式(2)係能夠近似為式(3)及式(4)。
Vd=-Pm．ω．Lq．iq…(3)
Vq=Pm．ω．Lq(φ+Ld．id)…(4)
如表面磁鐵型馬達般地，d軸電感與q軸電感無差異的馬達中，因Ld=Lq=L，式(3)及式(4)係能夠以下式(5)及式(6)表示。
Vd=-Pm．ω．L．iq…(5)
此外，如下式(7)所示，馬達電壓V的平方係能夠以d軸電壓Vd與q軸電壓Vq的平方的相加表示。
V2 =Vd2 +Vq2 =(Pm．ω．L)2 ．{iq2 +(φ/L+id)2 }…(7)將上式(7)整理後，可獲得下式(8)。
第5圖係顯示於d軸電流id與q軸電流iq的直角座標上的馬達電壓的等電壓線的一例之圖。第5圖的等電壓線101、102係將式(8)圖示者，等電壓線101係表示馬達速度ω大時的馬達電壓的等電壓線，等電壓線102係表示馬達速度ω小時的馬達電壓的等電壓線。如第5圖所示，不論是馬達速度ω大還是小，馬達電壓的等電壓線都是以同一個中心點描繪的圓軌跡。另外，在表面磁鐵型馬達中，由於運轉轉矩係僅取決於q軸電流iq，故馬達電壓的等電壓線中，能夠輸出最大轉矩的點(point)係存在於圓軌跡最頂處。此外，一般而言，並不會進行令成為強磁控制的d軸電流成為正值。依上述，在表面磁鐵型馬達中，實際流通d軸電流的範圍係可由下式(9)求取。
針對永久磁鐵型馬達的各運轉模式，探討表面磁鐵型馬達穩態時的d軸電壓Vd與q軸電壓Vq採用什麼樣的值。當正轉．動力運轉模式時，條件成為：馬達速度ω>0、q軸電流iq>0、d軸電流為式(9)的範圍。將上 述條件代入式(3)，可獲得d軸電壓Vd<0，代入式(4)，可獲得q軸電壓Vq>0。針對全部的運轉模式皆採取同上的推導，則各運轉模式的馬達電壓係如第6圖般地分布。第6圖係顯示於表面磁鐵型馬達的d軸電壓Vd與q軸電壓Vq的直角座標上的馬達運轉模式之圖。如第6圖所示，不論是哪種運轉模式，皆是輕負載運轉時(轉矩電流iq小時)，q軸電壓Vq朝+方向或-方向增加，重負荷運轉時(轉矩電流iq大時)，d軸電壓Vd朝+方向或-方向增加。
如第6圖所示，在表面磁鐵型馬達中，對於永久磁鐵型馬達的各運轉模式，d軸電壓與q軸電壓的操作區域在直角座標上係有清楚的劃分，只要是在同一種運轉模式內，電壓指令的極性就不會改變。因此，能夠以電壓指令值的絕對值-電壓限制器值的減法運算來求取電壓飽和量。
另一方面，在內置磁鐵型馬達中，係藉由流通d軸電流產生磁阻轉矩。因此，第5圖所說明馬達電壓的等電壓線中，能夠輸出最大轉矩的點並不是位在圓軌跡的最頂處，而是存在於d軸電流較其更向朝向負值流通的部分。亦即，可認為實際上d軸電流的流通範圍係比上式(9)更往負值的方向擴張。
探討內置磁鐵型馬達穩態時的d軸電壓Vd與q軸電壓Vq採用什麼樣的值。當正轉．動力運轉模式時，條件成為：馬達速度ω>0、q軸電流iq>0、d軸電流為比上式(9)更往負值的方向擴張的範圍。將上述條件代入 上述式(3)，可獲得d軸電壓為Vd<0，代入述式(4)，則可知q軸電壓有Vq>0與Vq<0兩種可能。上述結果以圖示表示即為第7圖。第7圖係顯示內置磁鐵型馬達的正轉．動力運轉時的d軸電壓Vd與q軸電壓Vq的一例之圖。
雖然並未記載於第7圖，但其他運轉模式的情形可說是相同。在上述的結果下，便無法使用以電壓指令值的絕對值-電壓限制器值的減法運算求取電壓飽和量之方法。此是因為例如第7圖中的A所示的電壓指令值與B所示的電壓指令值，在取絕對值後的階段是相同值，所以以電壓指令值的絕對值-電壓限制器值的減法運算無法導出正確的電壓飽和量之故。當然，一邊使用條件區分等一邊導出正確的電壓飽和量並非不可能，但如此一來便無法僅使用單純的減法器，計算可想而知會變得複雜。
如上述，在內置磁鐵型馬達中，即便是在同一種運轉模式內，電壓指令的極性仍有可能改變，無法以電壓指令值的絕對值-電壓限制器值的減法運算來求取電壓飽和量。因此，有需要複雜的處理之問題。在本實施形態中，係針對即使是使用內置磁鐵型馬達，仍能夠僅使用減法器即求取電壓飽和量的永久磁鐵型馬達的控制裝置進行說明。
以下，針對本實施形態的檢測電壓飽和量之動作與根據所檢測得的電壓飽和量修正電流指令之動作進行說明。
在本實施形態中，係以絕對值演算器13、 絕對值演算器23、減法器14及減法器24進行電壓指令值的絕對值-電壓限制器值的減法運算，藉此求取電壓飽和量。不過其中，在如內置磁鐵型馬達等般即便是在同一種運轉模式內，電壓指令的極性仍有可能改變的情形中，由於無法直接利用電壓指令值、電壓限制器值，故在本實施形態係如後述，先令電壓向量旋轉後，再進行電壓指令值的絕對值-電壓限制器值的減法運算。
在求取電壓飽和量後，q軸電流指令補正器15、d軸電流指令補正器25係根據電壓飽和量求取電流指令補正量(q軸電流指令補正量△iq、d軸電流指令補正量△id)。根據電壓飽和量導出電流指令補正量的方法有許多可行的方法，使用何種方法皆可，例如能夠使用前述專利文獻1的方法。減法器16及減法器26係算出電流指令(d軸電流指令值id*、q軸電流指令值iq*)與電流指令補正量間的差分，藉此修正電流指令，並將所算出的差分作為電流補正指令(d軸電流補正指令id*cmd、q軸電流補正指令iq*cmd)予以輸出。接著，使用電流補正指令，實施以PI控制進行的永久磁鐵馬達34的向量控制。
另外，就d軸電流指令值id*而言，係可給定任意值，亦可於上位設置磁通量控制器而使用該磁通量控制器的輸出值。此外，q軸電流指令值iq*係可給定任意值，亦可於上位設置速度控制器而使用該速度控制器的輸出值。
第8圖係顯示電壓指令值與電壓限制器值 及根據其兩者求取的電壓飽和量的關係之圖。第8圖係顯示永久磁鐵型馬達34為表面磁鐵型馬達，以正轉．動力運轉模式運轉時的情形。斜線的部分係表示電壓指令值能夠不使電壓飽和發生的操作區域。電壓限制器值Vd_limit及Vq_limit係設定在該斜線的區域內。
電壓指令值的大小會依馬達速度和q軸電流(轉矩電流)而變(參照式(3)及式(4))。負載轉矩小時，電壓指令值係落在q軸電壓為+側、d軸電壓為-側的小區域，但隨著負載轉矩變大，電壓指令值會倒向d軸電壓-側的區域，且其大小也會變大，變得容易引起電壓飽和。如第2圖所示，表面磁鐵型馬達的情況時，如前述，只要是在同一種運轉模式內，則即使馬達速度和負載轉矩的大小改變，電壓指令值和電壓限制器值的極性也不會改變。因此，能夠藉由進行電壓指令值的絕對值-電壓限制器值的減法運算，始終簡單地求取電壓飽和量。
第9圖係顯示使用內置磁鐵型馬達時的電壓指令值與電壓限制器值及根據其兩者求取的電壓飽和量的關係之圖。第9圖係顯示永久磁鐵型馬達34為內置磁鐵型馬達，以正轉．動力運轉模式運轉時的情形。斜線的部分係表示電壓指令值能夠不使電壓飽和發生的操作區域。電壓限制器值Vd_limit及Vq_limit係設定在該斜線的區域內。
電壓指令值的大小會依馬達速度和q軸電流(轉矩電流)而變(參照式(3)及式(4))。負載轉矩小時，電 壓指令值係落在q軸電壓為+側、d軸電壓為-側的小區域，但隨著負載轉矩變大，電壓指令值會倒向d軸電壓-側的區域，且其大小也會變大，變得容易引起電壓飽和。如第9圖所示，內置磁鐵型馬達的情況時，即使是在同一種運轉模式內，電壓指令值和電壓限制器值的極性仍有可能改變。因此，便會出現無法以電壓指令值的絕對值-電壓限制器值的減法運算，簡單地求取電壓飽和量的情況。
有鑒於此，本實施形態係構思在求取電壓飽和量的階段令電壓向量旋轉。在第9圖中，以最大轉矩點的電壓指令值朝q軸電壓的負方向深入所形成的角度(最大轉矩點的電壓指令值與d軸之夾角)為β時，令電壓指令值及電壓限制器值以角度β進行旋轉座標轉換。第10圖係顯示以角度β進行旋轉座標轉換後的電壓指令值與電壓限制器值及根據其兩者求取的電壓飽和量的關係之圖。藉由進行如上述的旋轉座標轉換，於重負荷運轉時，電壓指令值和電壓限制器值的極性便不會改變，故能夠藉由電壓指令值的絕對值-電壓限制器值的減法運算簡單地求取電壓飽和量。
另外，藉由令電壓向量進行旋轉，輕負載運轉時的部分會朝d軸電壓的+方向深入。然而，電壓飽和所造成的重大影響，係於重負荷運轉時即電壓指令產生在d軸電壓的-方向附近時，馬達轉矩會因電壓飽和的發生而無法充分產生。尤其是電壓指令值剛倒向斜線區域最底處時，存在馬達的最大轉矩點，故藉由本實施形態的動 作，能夠將最大限度的運轉轉矩引出。因此，輕負載運轉時的部分朝d軸電壓的+方向深入後的輕負載時的電壓飽和量，依本實施形態的絕對值的演算，即使有某程度的誤差，在實用上也不會有大問題。
此外，從第9圖與第10圖的比較可知，在旋轉座標轉換的前後，電壓飽和量△Vd、△Vq的值嚴格來說並不會相同。不過在這之後，因進行根據電壓飽和量，藉由反饋(feedback)來修正電流指令的控制，因此雖然有可能出現微小的響應性的差異，但動作本身不會產生大問題，能夠抑制電壓飽和的發生。
針對旋轉座標轉換，利用第1圖具體說明。旋轉座標轉換器1係根據下式(10)，令d軸電壓指令Vd*與q軸電壓指令Vq*旋轉達角度β。旋轉座標轉換器2係根據下式(11)，令d軸電壓限制器值Vd_limit與q軸電壓限制器值Vq_limit旋轉達角度β。
其中，d軸電壓限制器值Vd_limit、q軸電壓限制器值Vq_limit可為固定值，亦可為根據PWM變頻器32的母線電壓Vdc等值計算所得的可變值。此外，旋 轉座標轉換的角度β係最大轉矩點的電壓指令值朝q軸電壓負方向深入所形成的角度，此角度係藉由馬達的基本參數(繞組電阻R、d軸電感Ld、q軸電感Lq、永久磁鐵磁通量、極對數Pm等)而給定唯一值，能夠於事前以計算求取的值。因此，當d軸電壓限制器值Vd_limit及q軸電壓限制器值Vq_limit為固定值時，式(11)的右半邊便全都是固定值，故針對d軸電壓補正限制器值Vd_limit’與q軸電壓補正限制器值Vq_limit’，亦能夠不進行以旋轉座標轉換器2進行的旋轉座標轉換，而是於事前以計算求取並予以保持而使用所保持的值。
另外，至此雖然係針對正轉．動力運轉的運轉模式進行說明，但針對其他的運轉模式，同樣能夠沒有問題地適用本實施形態的電壓飽和量的算出方法。惟必須配合馬達速度改變旋轉座標轉換的角度的符號。具體而言，當馬達速度為正(ω>0)時若是以角度β進行旋轉座標轉換，那麼當馬達速度為負(ω<0)時便要以角度-β進行旋轉座標轉換。
此外，永久磁鐵型馬達34為表面磁鐵型馬達時，設成β=0即可。藉由變更β，則不論是表面磁鐵型馬達或是內置磁鐵型馬達皆能夠對應。此外，使用基本參數相異的內置磁鐵型馬達時，只要變更β即可。
如上述說明，構成為令d軸電壓指令Vd*與q軸電壓指令Vq*旋轉達角度β，及令d軸電壓限制器值Vd_limit與q軸電壓限制器值Vq_limit旋轉達角度β。 因此，不論是表面磁鐵型馬達、內置磁鐵型馬達，皆能夠單純僅以電壓指令值的絕對值-電壓限制器值的減法運算，求取電壓飽和量。
(產業上的利用可能性)
如上述，本發明的永久磁鐵型馬達的控制裝置係在檢測電壓飽和量的永久磁鐵型馬達的控制裝置上相當有用，特別是適合於使用內置磁鐵型馬達作為永久磁鐵型馬達的情形。
1‧‧‧旋轉座標轉換器(電壓指令旋轉座標轉換器)
2‧‧‧旋轉座標轉換器(限制器值旋轉座標轉換器)
11、16、21、26‧‧‧減法器
12‧‧‧d軸電流控制器
13‧‧‧絕對值演算器(第1絕對值演算器)
14‧‧‧減法器(第1減法器)
15‧‧‧q軸電流指令補正器
22‧‧‧q軸電流控制器
23‧‧‧絕對值演算器(第2絕對值演算器)
24‧‧‧減法器(第2減法器)
25‧‧‧d軸電流指令補正器
31‧‧‧二相三相座標轉換器
32‧‧‧PWM變頻器
33a、33b、33c‧‧‧電流檢測器
34‧‧‧永久磁鐵型馬達
35‧‧‧速度檢測器
36‧‧‧三相二相座標轉換器
37‧‧‧係數器
38‧‧‧積分器

Claims (8)

  1. 一種永久磁鐵型馬達的控制裝置，係具備將施加於永久磁鐵型馬達的電流，於旋轉的dq軸座標系的兩個成分亦即d軸電流與q軸電流，分別進行比例積分控制的PI電流控制器者，該永久磁鐵型馬達的控制裝置係具備：電壓指令旋轉座標轉換器，係將為了控制前述d軸電流而從前述PI電流控制器輸出的d軸電壓指令，及為了控制前述q軸電流而從前述PI電流控制器輸出的q軸電壓指令，以預定的角度分別進行旋轉座標轉換，將前述旋轉座標轉換的結果作為d軸電壓補正指令及q軸電壓補正指令予以輸出；第1絕對值演算器，係算出前述d軸電壓補正指令的絕對值；第2絕對值演算器，係算出前述q軸電壓補正指令的絕對值；第1減法器，係根據前述d軸電壓補正指令的絕對值與d軸電壓旋轉限制器值，求取d軸電壓飽和量，該d軸電壓旋轉限制器值係將用以限制前述d軸電壓指令的d軸電壓限制器值，以前述預定的角度進行旋轉座標轉換後的值；及第2減法器，係根據前述q軸電壓補正指令的絕對值與q軸電壓旋轉限制器值，求取q軸電壓飽和量，該q軸電壓旋轉限制器值係將用以限制前述q軸電壓 指令的q軸電壓限制器值，以前述預定的角度進行旋轉座標轉換後的值。
  2. 如申請專利範圍第1項所述之永久磁鐵型馬達的控制裝置，具備：q軸電流指令補正器，係根據前述d軸電壓飽和量，求取用以避免電壓飽和的q軸電流指令補正量；及d軸電流指令補正器，係根據前述q軸電壓飽和量，求取用以避免電壓飽和的d軸電流指令補正量，根據前述q軸電流指令補正量補正q軸電流指令，根據前述d軸電流指令補正量補正d軸電流指令。
  3. 如申請專利範圍第1項或第2項所述之永久磁鐵型馬達的控制裝置，其中，令前述d軸電壓旋轉限制器值及前述q軸電壓旋轉限制器值為預先算出並予以保持的值。
  4. 如申請專利範圍第1項或第2項所述之永久磁鐵型馬達的控制裝置，更具備：限制器值旋轉座標轉換器，係將前述d軸電壓限制器值與前述q軸電壓限制器值，以前述預定的角度分別進行旋轉座標轉換，將前述旋轉座標轉換的結果作為前述d軸電壓旋轉限制器值及前述q軸電壓旋轉限制器值，予以輸出。
  5. 如申請專利範圍第3項之永久磁鐵型馬達的控制裝置，更具備： 限制器值旋轉座標轉換器，係將前述d軸電壓限制器值與前述q軸電壓限制器值，以前述預定的角度分別進行旋轉座標轉換，將前述旋轉座標轉換的結果作為前述d軸電壓旋轉限制器值及前述q軸電壓旋轉限制器值，予以輸出。
  6. 如申請專利範圍第1項或第2項所述之永久磁鐵型馬達的控制裝置，其中，令前述預定的角度為在dq座標系中最大轉矩點的電壓指令值與d軸所成之角度。
  7. 如申請專利範圍第3項之永久磁鐵型馬達的控制裝置，其中，令前述預定的角度為在dq座標系中最大轉矩點的電壓指令值與d軸所成之角度。
  8. 如申請專利範圍第4項之永久磁鐵型馬達的控制裝置，其中，令前述預定的角度為在dq座標系中最大轉矩點的電壓指令值與d軸所成之角度。
TW102136484A 2013-04-10 2013-10-09 永久磁鐵型馬達的控制裝置 TWI500252B (zh)

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
PCT/JP2013/060857 WO2014167678A1 (ja) 2013-04-10 2013-04-10 永久磁石型モータの制御装置

Publications (2)

Publication Number Publication Date
TW201440412A TW201440412A (zh) 2014-10-16
TWI500252B true TWI500252B (zh) 2015-09-11

Family

ID=51689111

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
TW102136484A TWI500252B (zh) 2013-04-10 2013-10-09 永久磁鐵型馬達的控制裝置

Country Status (5)

Country Link
JP (1) JP5791848B2 (zh)
KR (1) KR101576011B1 (zh)
CN (1) CN105103434B (zh)
TW (1) TWI500252B (zh)
WO (1) WO2014167678A1 (zh)

Families Citing this family (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
TWI552506B (zh) * 2015-10-22 2016-10-01 東元電機股份有限公司 馬達驅動器之控制系統
WO2019073599A1 (ja) * 2017-10-13 2019-04-18 日立ジョンソンコントロールズ空調株式会社 モータ駆動装置、及びこれを備える冷凍サイクル装置、並びにモータ駆動方法
CN112187129B (zh) * 2020-12-01 2021-04-02 深圳市兆威机电股份有限公司 电机控制方法、装置、设备及存储介质
WO2024176715A1 (ja) * 2023-02-22 2024-08-29 株式会社デンソー 制御装置

Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2008017660A (ja) * 2006-07-07 2008-01-24 Toyota Motor Corp 電動機制御装置およびそれを備えた車両
JP2011004515A (ja) * 2009-06-18 2011-01-06 Hitachi Via Mechanics Ltd 電動機駆動制御装置。
JP2011229252A (ja) * 2010-04-19 2011-11-10 Mitsubishi Electric Corp 交流回転機の制御装置
US20130009586A1 (en) * 2011-07-04 2013-01-10 Kabushiki Kaisha Yaskawa Denki Inverter device and electric motor drive system
JP2013005820A (ja) * 2003-08-15 2013-01-10 Univ Of South Florida 試料からの病原体の捕獲およびアウリントリカルボン酸除去のための物質および方法
JP2013055788A (ja) * 2011-09-02 2013-03-21 Mitsubishi Electric Corp 交流電動機の速度制御装置

Family Cites Families (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH1127996A (ja) * 1997-06-30 1999-01-29 Yaskawa Electric Corp Ａｃモータ用電流ベクトル制御方法およびａｃモータ駆動装置
JP4231970B2 (ja) * 1999-05-28 2009-03-04 株式会社安川電機 Ａｃモータの電圧飽和処理装置
JP5523414B2 (ja) 2011-09-05 2014-06-18 三菱電機株式会社 交流電動機の制御装置
JP5595436B2 (ja) * 2012-03-21 2014-09-24 三菱電機株式会社 モータ制御装置

Patent Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2013005820A (ja) * 2003-08-15 2013-01-10 Univ Of South Florida 試料からの病原体の捕獲およびアウリントリカルボン酸除去のための物質および方法
JP2008017660A (ja) * 2006-07-07 2008-01-24 Toyota Motor Corp 電動機制御装置およびそれを備えた車両
JP2011004515A (ja) * 2009-06-18 2011-01-06 Hitachi Via Mechanics Ltd 電動機駆動制御装置。
JP2011229252A (ja) * 2010-04-19 2011-11-10 Mitsubishi Electric Corp 交流回転機の制御装置
US20130009586A1 (en) * 2011-07-04 2013-01-10 Kabushiki Kaisha Yaskawa Denki Inverter device and electric motor drive system
JP2013055788A (ja) * 2011-09-02 2013-03-21 Mitsubishi Electric Corp 交流電動機の速度制御装置

Also Published As

Publication number Publication date
KR101576011B1 (ko) 2015-12-08
CN105103434B (zh) 2016-09-28
JP5791848B2 (ja) 2015-10-07
CN105103434A (zh) 2015-11-25
WO2014167678A1 (ja) 2014-10-16
TW201440412A (zh) 2014-10-16
KR20150119966A (ko) 2015-10-26
JPWO2014167678A1 (ja) 2017-02-16

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US10418929B2 (en) Synchronous machine control device and permanent magnet temperature estimation method for synchronous machine
JP5633551B2 (ja) 交流電動機の制御装置
TWI411218B (zh) 永久磁石同步電動機之控制裝置
CN106208866B (zh) 用于电动助力转向的马达控制抗积分饱和及电压饱和设计
WO2017033508A1 (ja) ドライブシステムおよびインバータ装置
JP2009195106A (ja) 速度センサレスベクトル制御装置
US9935568B2 (en) Control apparatus of rotary electric machine
US8823300B2 (en) Electric motor control device
JP5267848B2 (ja) モータ制御装置
JP2009290929A (ja) 永久磁石形同期電動機の制御装置
TWI500252B (zh) 永久磁鐵型馬達的控制裝置
JP2010279095A (ja) 交流電動機のセンサレス制御装置
JP2010284055A (ja) 交流回転機の制御装置
JP5920067B2 (ja) モータ制御装置
JP5731355B2 (ja) 車両駆動用誘導電動機の制御装置
JP4053511B2 (ja) 巻線界磁式同期機のベクトル制御装置
JP5050387B2 (ja) モーター制御装置
JP5326284B2 (ja) 同期電動機の制御装置
JP5312179B2 (ja) Ｄｃブラシレスモータの制御装置
JP2015122858A (ja) モータ駆動制御装置
JP5862690B2 (ja) 電動機駆動装置の制御装置および電動機駆動システム
JP2010200544A (ja) 交流電動機制御装置および制御方法
JP5325556B2 (ja) モータ制御装置
JP6848406B2 (ja) インバータ制御装置
US20140152206A1 (en) Control device for alternating current rotating machine and electric power steering device equipped with control device for alternating current rotating machine