電動機控制裝置制造方法
【專利摘要】設置有：扭矩極限輸出部，其對電動機消耗電力在規(guī)定的電動機電力極限值以內(nèi)、且所述電動機驅(qū)動所需的電壓振幅在規(guī)定的電壓極限值以內(nèi)的扭矩極限值進行輸出；位置指令生成部，其根據(jù)所述扭矩極限值而生成針對目標位置的位置指令；以及電力·電壓限制部，其基于電動機消耗電力的相對于電動機消耗電力極限值的超過量進行校對電動機扭矩電流的處理、以及基于電動機扭矩對應電壓的相對于電動機扭矩對應電壓極限值的超過量而進行校正電動機勵磁電流的處理處理。由此，能夠?qū)㈦妱訖C的消耗電力及電動機驅(qū)動所需的電壓抑制在規(guī)定的范圍內(nèi)。
【專利說明】電動機控制裝置
【技術領域】
[0001]本發(fā)明涉及經(jīng)由逆變器而驅(qū)動控制電動機的電動機控制裝置。
【背景技術】
[0002]電動機控制裝置生成使逆變器具備的開關元件進行接通.斷開動作的控制信號。通過開關元件根據(jù)來自電動機控制裝置的控制信號而進行接通.斷開動作，逆變器將直流電源的輸出電力變換為交流電力并供給至電動機。由此，控制電動機以使其位置、速度或者扭矩成為希望的值。在這種電動機中，采用感應電動機及永磁同步電動機等。
[0003]作為逆變器的直流電源的例子，有對來自3相交流電源的電力進行整流并輸出的二極管轉(zhuǎn)換器、對來自電池、電容器的電力進行電壓電平變換并輸出的DC/DC轉(zhuǎn)換器等。
[0004]這種直流電源通常存在可輸出的電力、電壓的上限、且需要在該范圍內(nèi)使用。例如，電池、電容器根據(jù)其壽命及積蓄能量等確定可輸出的電力的上限。對于DC/DC轉(zhuǎn)換器、二極管轉(zhuǎn)換器而言，自身能夠處理的電壓值、電流值等的規(guī)格與前述上限相當。并且，在二極管轉(zhuǎn)換器中，是作為其他制約要因的3相交流電源的電源設備容量。因此，逆變器能夠輸出的電力也受到制約。在該制約中，不僅存在因逆變器自身的規(guī)格引起的制約，也有應該使輸出的交流電力小于或等于所述直流電源的輸出電力的制約。
[0005]另外，在逆變器中，由于借助于半導體開關元件的接通?斷開動作而將直流電源的直流電壓供給至電動機，因此無法將超過來自直流電源的直流電壓的電壓供給至電動機。由此，與上述的電力相同 ，逆變器能夠輸出的電壓也受到制約。根據(jù)以上的理由，在電動機控制裝置中，需要在由直流電源、逆變器規(guī)格確定的電力及電壓的制約范圍內(nèi)控制電動機。
[0006]針對該課題，例如在專利文獻I中，公開有如下技術，即，預先考慮電動機的動作定時和電源的供給電力，生成假想了電動機的加速度(扭矩)及電動機速度的限制的位置指令。如果采用該技術，則能夠?qū)㈦妱訖C的加減速所需的電力抑制在規(guī)定的范圍內(nèi)。
[0007]專利文獻1:日本特開2002 - 272153號公報

【發(fā)明內(nèi)容】

[0008]但是，在專利文獻I所公開的技術中，在考慮電動機消耗的電力時并未考慮電動機的損耗。由此，例如在應用于損耗大的電動機的情況下，存在直流電源應該供給的電力超過可輸出的電力的上限的可能性。
[0009]另外，在專利文獻I所公開的技術中，未考慮電動機驅(qū)動所需的電壓。由此，例如有電動機高速運轉(zhuǎn)時產(chǎn)生感應電壓、并超過逆變器可供給電壓而產(chǎn)生電壓飽和的可能性。
[0010]在產(chǎn)生這些電力.電壓不足的情況下，會導致產(chǎn)生扭矩不足、位置控制或速度控制的精度下降或不穩(wěn)定的問題。另外，當作為避免電壓飽和的方法而使弱電流流過時，由于因弱電流引起的銅損增加，因此導致發(fā)生不能夠同時滿足前述的電力和電壓的制約的情況。
[0011]本發(fā)明就是鑒于上述而提出的，其目的是獲得一種能夠?qū)㈦妱訖C的消耗電力及電動機驅(qū)動所需的電壓抑制在規(guī)定范圍內(nèi)的電動機控制裝置。[0012]為了解決上述的課題、實現(xiàn)目的，本發(fā)明提供一種電動機控制裝置，其具備:位置指令生成部，其輸出用于使電動機的轉(zhuǎn)子位置追隨目標位置的位置指令；位置控制部，其進行控制以使所述電動機的轉(zhuǎn)子位置和所述位置指令兩者一致，且輸出電動機轉(zhuǎn)子速度指令；以及扭矩極限輸出部，其輸出作為所述電動機的容許扭矩的扭矩極限值，所述扭矩極限輸出部根據(jù)所述電動機的轉(zhuǎn)子速度，輸出使所述電動機的驅(qū)動所需的消耗電力在規(guī)定的電動機電力極限值以內(nèi)、且使所述電動機的驅(qū)動所需的電壓振幅在規(guī)定的電壓極限以內(nèi)的所述扭矩極限值，所述位置指令生成部根據(jù)所述扭矩極限值而生成所述位置指令。
[0013]發(fā)明的效果
[0014]根據(jù)本發(fā)明，發(fā)揮能夠?qū)㈦妱訖C的消耗電力及電動機驅(qū)動所需的電壓抑制在規(guī)定的范圍內(nèi)的效果。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0015]圖1是表示基于本發(fā)明的實施方式I的電動機控制裝置的結(jié)構(gòu)的框圖。
[0016]圖2是表示圖1所示的扭矩極限輸出部的結(jié)構(gòu)例的框圖。
[0017]圖3是表示圖1所示的扭矩極限輸出部的其他結(jié)構(gòu)例的框圖。
[0018]圖4是說明在圖1所示的位置指令生成部中，加減速設定部判斷電動機模型的加速.減速的順序的流程圖。
[0019]圖5是表示在圖3所示的扭矩極限輸出部的扭矩表的計算例的圖。
[0020]圖6是表示基于本發(fā)明的實施方式2的電動機控制裝置的結(jié)構(gòu)的框圖。
[0021]圖7是表示作為本發(fā)明的實施方式3，在圖3所示的扭矩極限輸出部中的扭矩表的計算例的圖。
【具體實施方式】
[0022]下面，基于附圖對本發(fā)明涉及的電動機控制裝置的實施方式進行詳細說明。此外，本發(fā)明并不限定于該實施方式。
[0023]實施方式1.[0024]圖1是表示基于本發(fā)明的實施方式I的電動機控制裝置的結(jié)構(gòu)的框圖?；诒緦嵤┓绞絀的電動機控制裝置Ia具備位置控制的結(jié)構(gòu)，該位置控制的結(jié)構(gòu)將電動機5的消耗電力以及電動機5的驅(qū)動所需的電壓分別抑制在小于或等于規(guī)定值，將電動機5的轉(zhuǎn)子位置控制在目標位置。
[0025]在圖1中，逆變器3通過根據(jù)來自本實施方式I涉及的電動機控制裝置Ia的開關指令9而進行開關元件3a的接通?斷開動作，從而將直流電源2的輸出電力變換為交流電力，并供給至電動機5。將由安裝在逆變器3和電動機5之間的電源電纜上的電流檢測器4檢測出的檢測電動機電流8作為反饋信號而輸入至電動機控制裝置Ia中。另外，將由安裝在電動機5上的位置檢測器6檢測出的檢測電動機位置7作為反饋信號而輸入至電動機控制裝置la。
[0026] 在本實施方式I中，電動機5是磁體埋入型同步電動機(IPM)。IPM的驅(qū)動控制是通過如下方式進行的，即，在由d軸和與該d軸正交的q軸構(gòu)成的2軸正交旋轉(zhuǎn)坐標上，將該電動機電流分解為d軸上的電流成分(勵磁電流成分)和q軸上的電流成分(扭矩電流成分)而處理，其中，d軸是與IPM轉(zhuǎn)子的永磁體的磁束矢量的方向一致的軸。
[0027]在IPM的驅(qū)動控制所使用的dq軸坐標上的電路方程式由式(I)表示。此外，在式
(I)中，Vd為d軸電壓、V,為q軸電壓、R為線圈電阻、Ld為d軸電感成分、Lq為q軸電感成分、Φ為感應電壓常數(shù)、為電氣角頻率(電動機旋轉(zhuǎn)速度的極對數(shù)倍)、ρ為極對數(shù)、Id為勵磁(弱)電流、Iq為扭矩電流。
[0028]【數(shù)學式I】
【權利要求】
1.一種電動機控制裝置，其特征在于， 該電動機控制裝置具備:位置指令生成部，其輸出用于使電動機的轉(zhuǎn)子位置追隨目標位置的位置指令；位置控制部，其進行控制以使所述電動機的轉(zhuǎn)子位置和所述位置指令兩者一致，且輸出電動機轉(zhuǎn)子速度指令；以及扭矩極限輸出部，其輸出作為所述電動機的容許扭矩的扭矩極限值， 所述扭矩極限輸出部根據(jù)所述電動機的轉(zhuǎn)子速度，輸出使所述電動機的驅(qū)動所需的消耗電力在規(guī)定的電動機電力極限值以內(nèi)、且使所述電動機的驅(qū)動所需的電壓振幅在規(guī)定的電壓極限以內(nèi)的所述扭矩極限值， 所述位置指令生成部根據(jù)所述扭矩極限值而生成所述位置指令。
2.一種電動機控制裝置，其特征在于， 該電動機控制裝置具備:速度指令生成部，其輸出用于使電動機的轉(zhuǎn)子速度追隨目標速度的速度指令；速度控制部，其進行控制以使所述電動機的轉(zhuǎn)子速度和所述速度指令兩者一致，且輸出電動機扭矩指令；以及扭矩極限輸出部，其輸出作為電動機的容許扭矩的扭矩極限值， 所述扭矩極限輸出部根據(jù)所述電動機的轉(zhuǎn)子速度，輸出使所述電動機的消耗電力在規(guī)定的電動機電力極限值以內(nèi)、且使所述電動機的驅(qū)動所需的電壓振幅在規(guī)定的電壓極限以內(nèi)的所述扭矩極限值， 所述速度指令生成部根據(jù)所述扭矩極限值而生成所述速度指令。
3.—種電動機控制裝置， 其將電動機電流分解為2軸正交旋轉(zhuǎn)坐標上的成分即勵磁電流成分及扭矩電流成分而進行處理， 所述電動機控制裝置的特征在于， 其包括電力.電壓限制部， 該電力.電壓限制部具備:電力計算部，其計算所述電動機的消耗電力；電力限制部，其將所述電力計算部計算出的電動機消耗電力限制在規(guī)定的電動機電力極限值以內(nèi)；扭矩對應電壓極限值計算部，其計算所述電動機的扭矩對應電壓極限值；以及電壓限制部，其將所述電動機的驅(qū)動電壓限制在規(guī)定的電動機電壓極限值以內(nèi)， 所述電力限制部根據(jù)所述電動機消耗電力的相對于所述電動機電力極限值的超過量，校正電動機扭矩電流， 所述扭矩對應電壓極限值計算部基于所述電動機電壓極限值和所述電動機的勵磁對應電壓，計算所述電動機的扭矩對應電壓極限值， 所述電壓限制部根據(jù)電動機扭矩對應電壓的相對于所述扭矩對應電壓極限值計算部計算出的電動機的扭矩對應電壓極限值的超過量，校正電動機勵磁電流。
4.一種電動機控制裝置， 其將電動機電流分解為2軸正交旋轉(zhuǎn)坐標上的成分即勵磁電流成分及扭矩電流成分而進行處理， 所述電動機控制裝置的特征在于， 其包括扭矩極限輸出部， 該扭矩極限輸出部具備電動機模型部和模型電力.模型電壓限制部，并且根據(jù)電動機轉(zhuǎn)子速度而輸出作為所述電動機的容許扭矩的扭矩極限值， 扭矩極限輸出部中的所述模型電力.模型電壓限制部具備:電動機模型電力計算部，其計算電動機模型消耗電力；電動機模型電力限制部，其將所述電動機模型電力計算部計算出的電動機模型消耗電力限制在規(guī)定的電動機電力極限值以內(nèi)；電動機模型扭矩對應電壓極限值計算部，其計算電動機模型的扭矩對應電壓極限值；以及電動機模型電壓限制部，其將電動機模型驅(qū)動電壓限制在規(guī)定的電動機電壓極限值以內(nèi)， 所述電動機模型電力限制部根據(jù)所述電動機模型消耗電力的相對于所述電動機電力極限值的超過量，校正電動機模型扭矩電流， 所述電動機模型扭矩電壓極限值計算部基于所述電動機電壓極限值及電動機模型的勵磁對應電壓，計算電動機模型的扭矩對應電壓極限值， 所述電動機模型電壓限制部針對每個電動機旋轉(zhuǎn)速度，實施根據(jù)所述電動機模型扭矩對應電壓的相對于所述電動機模型扭矩對應電壓極限值的超過量而校正電動機模型勵磁電流的處理，并基于通過所述校正處理而獲得的電動機模型的扭矩電流和電動機模型的勵磁電流而計算電動機模型的扭矩，將所述計算出的電動機模型的扭矩作為扭矩極限值而輸出。
5.根據(jù)權利要求4所述的電動機控制裝置，其特征在于， 扭矩極限輸出部具備存儲與電動機旋轉(zhuǎn)速度對應的扭矩極限值的扭矩表，在電動機運行開始前、或者變更所述電力極限值的定時或者變更所述電壓極限值的定時，實施基于所述電動機模型和所述模型 電力.模型電壓限制部的處理，并將獲得的扭矩極限值記載在所述扭矩表中，在電動機運行中，根據(jù)電動機轉(zhuǎn)子速度而輸出所述扭矩表中所記載的扭矩極限值。
6.根據(jù)權利要求5所述的電動機控制裝置，其特征在于， 扭矩極限輸出部的扭矩表存儲扭矩極限值，該扭矩極限值是以如下方式設定的，即，以規(guī)定的時間常數(shù)實施使加速開始時的扭矩上升或減速開始時的扭矩下降。
7.根據(jù)權利要求1至6中任一項所述的電動機控制裝置，其特征在于， 所述電動機控制裝置具備:參數(shù)存儲部，其將所述電動機電力極限值和所述電動機電壓極限值作為可適當變更的控制參數(shù)而進行保持。
8.根據(jù)權利要求1至6中任一項所述的電動機控制裝置，其特征在于， 所述電動機控制裝置具備:通信部，其通過與上位控制裝置的通信而取得所述電動機電力極限值和所述電動機電壓極限值。
9.根據(jù)權利要求1或2所述的電動機控制裝置，其特征在于， 所述電動機控制裝置具備:通信部，其通過通信，將到達目標位置或目標速度為止的到達推定時間通知給上位控制裝置。
【文檔編號】H02P27/04GK104040876SQ201280067146
【公開日】2014年9月10日 申請日期:2012年1月16日 優(yōu)先權日:2012年1月16日
【發(fā)明者】古谷真一, 安藤和秋, 田邊章 申請人:三菱電機株式會社