马达控制装置及马达控制方法.pdf

本发明提供一种马达控制装置，能够使外加在感应马达上的电压频率迅速且容易地接近于自由运转状态的感应马达的转速。具体而言，本发明的马达控制装置具备：评价值计算部(61)，计算出由包含流过感应马达的电流的转矩电流成分值即q轴电流值的函数表现的评价值，在转速比频率大规定量时以及转速比频率小规定量时，其为正负符号不同的评价值；及评价值搜索执行部(63)，执行根据评价值的正负符号而使频率增减的评价值搜索。

权利要求书1.  一种马达控制装置，是使外加在感应马达上的电压频率接近于自由运转 状态的所述感应马达的转速的马达控制装置，其特征在于，具备： 评价值计算部，计算出由包含流过所述感应马达的电流的转矩电流成分值 即q轴电流值的函数表现的评价值，在所述转速比所述频率大规定量时以及所 述转速比所述频率小规定量时，其为正负符号不同的评价值； 及评价值搜索执行部，执行根据所述评价值的正负符号而使所述频率增减 的评价值搜索。 2.  根据权利要求1所述的马达控制装置，其特征在于， 表现所述评价值的函数包含所述q轴电流值和流过所述感应马达的电流的 励磁电流成分值即d轴电流值。 3.  根据权利要求1所述的马达控制装置，其特征在于， 表现所述评价值的函数在所述转速比所述频率大规定量时和所述转速比所 述频率小规定量时之间线性变化。 4.  根据权利要求1所述的马达控制装置，其特征在于， 还具备接近判定部，根据所述评价值，判定所述频率是否已接近于所述转 速。 5.  根据权利要求1所述的马达控制装置，其特征在于， 还具备前置搜索执行部，在所述评价值搜索之前执行根据所述感应马达变 为自由运转状态时的由剩磁通产生的感应电压而使所述频率增减的搜索，或者 根据在自由运转状态的所述感应马达上外加直流电压时的电流振荡而使所述频 率增减的搜索。 6.  根据权利要求1所述的马达控制装置，其特征在于， 表现所述评价值的函数在所述转速与所述频率的差为0的附近为0，且线性 变化。 7.  一种马达控制装置，是使外加在感应马达上的电压频率接近于自由运转 状态的所述感应马达的转速的马达控制装置，其特征在于，具备： 前置搜索执行部，执行根据所述感应马达变为自由运转状态时的由剩磁通 产生的感应电压而使所述频率增减的搜索，或者根据在自由运转状态的所述感 应马达上外加直流电压时的电流振荡而使所述频率增减的搜索； 及后置搜索执行部，在所述搜索执行后，执行根据流过所述感应马达的电 流的转矩电流成分值即q轴电流值而使所述频率增减的搜索。 8.  一种马达控制装置，是使外加在感应马达上的电压频率接近于自由运转 状态的所述感应马达的转速的马达控制装置，其特征在于，具备： 评价值计算部，计算出由包含供给至所述感应马达的功率的转矩功率成分 值即q轴功率值的函数表现的评价值，在所述转速比所述频率大规定量时以及 所述转速比所述频率小规定量时，其为正负符号不同的评价值； 及评价值搜索执行部，执行根据所述评价值的正负符号而使所述频率增减 的评价值搜索。 9.  一种马达控制方法，是使外加在感应马达上的电压频率接近于自由运转 状态的所述感应马达的转速的马达控制方法，其特征在于， 计算出由包含流过所述感应马达的电流的转矩电流成分值即q轴电流值的 函数表现的评价值，在所述转速比所述频率大规定量时以及所述转速比所述频 率小规定量时，其为正负符号不同的评价值； 以及执行根据所述评价值的正负符号而使所述频率增减的评价值搜索。

说明书马达控制装置及马达控制方法
技术领域
本发明涉及一种马达控制装置及马达控制方法。
背景技术
以往，已知为了使自由运转状态的感应马达转入V/F控制，而在转入 V/F控制之前进行速度搜索(参照专利文献1)。在速度搜索中，使外加在感应 马达上的电压频率接近于自由运转状态的感应马达的转速。
专利文献1：日本国特开2007-159231号公报
其中一种速度搜索方式是逐渐增减外加在马达上的电压频率，从而探 索流过马达的电流变为最小时的频率。但是，在该方式中，由于在找到电流变 为最小的点之前使频率增减，因此搜索期间有可能变长。另外，由于电流变为 最小时的频率不是预先规定的值，因此很难严格地探索电流变为最小时的频率。
其它还有根据感应马达变为自由运转状态时的由剩磁通产生的感应 电压而使频率增减的方式、根据将直流电压外加在自由运转状态的感应马达上 时的电流振荡而使频率增减的方式。但是，由于在这些方式中搜索期间有限， 因此有可能无法使频率完全接近于感应马达的转速，从而误差变大。
发明内容
本发明是鉴于上述课题而进行的，其所要解决的技术问题是提供一种 马达控制装置及马达控制方法，能够使外加在感应马达上的电压频率迅速且容 易地接近于自由运转状态的感应马达的转速。
为了解决上述课题，本发明的马达控制装置是使外加在感应马达上的 电压频率接近于自由运转状态的所述感应马达的转速的马达控制装置，其特征 在于，具备：评价值计算部，计算出由包含流过所述感应马达的电流的转矩电 流成分值即q轴电流值的函数表现的评价值，在所述转速比所述频率大规定量 时以及所述转速比所述频率小规定量时，其为正负符号不同的评价值；及评价 值搜索执行部，执行根据所述评价值的正负符号而使所述频率增减的评价值搜 索。
另外，在本发明的一个方案中，表现所述评价值的函数也可以包含所 述q轴电流值和流过所述感应马达的电流的励磁电流成分值即d轴电流值。
另外，在本发明的一个方案中，表现所述评价值的函数也可以在所述 转速比所述频率大规定量时和所述转速比所述频率小规定量时之间线性变化。
另外，在本发明的一个方案中，也可以进一步具备接近判定部，根据 所述评价值，判定所述频率是否已接近于所述转速。
另外，在本发明的一个方案中，也可以进一步具备前置搜索执行部， 在所述评价值搜索之前执行根据所述感应马达变为自由运转状态时的由剩磁通 产生的感应电压而使所述频率增减的搜索，或者根据在自由运转状态的所述感 应马达上外加直流电压时的电流振荡而使所述频率增减的搜索。
另外，在本发明的一个方案中，表现所述评价值的函数也可以在所述 转速与所述频率的差为0的附近为0，且线性变化。
另外，本发明的马达控制装置是使外加在感应马达上的电压频率接近 于自由运转状态的所述感应马达的转速的马达控制装置，其特征在于，具备： 前置搜索执行部，执行根据所述感应马达变为自由运转状态时的由剩磁通产生 的感应电压而使所述频率增减的搜索，或者根据在自由运转状态的所述感应马 达上外加直流电压时的电流振荡而使所述频率增减的搜索；及后置搜索执行部， 在所述搜索执行后，执行根据流过所述感应马达的电流的转矩电流成分值即q 轴电流值而使所述频率增减的搜索。
另外，本发明的马达控制装置是使外加在感应马达上的电压频率接近 于自由运转状态的所述感应马达的转速的马达控制装置，其特征在于，具备： 评价值计算部，计算出由包含供给至所述感应马达的功率的转矩功率成分值即q 轴功率值的函数表现的评价值，在所述转速比所述频率大规定量时以及所述转 速比所述频率小规定量时，其为正负符号不同的评价值；及评价值搜索执行部， 执行根据所述评价值的正负符号而使所述频率增减的评价值搜索。
另外，本发明的马达控制方法是使外加在感应马达上的电压频率接近 于自由运转状态的所述感应马达的转速的马达控制方法，其特征在于，计算出 由包含流过所述感应马达的电流的转矩电流成分值即q轴电流值的函数表现的 评价值，在所述转速比所述频率大规定量时以及所述转速比所述频率小规定量 时，其为正负符号不同的评价值；以及执行根据所述评价值的正负符号而使所 述频率增减的评价值搜索。
根据本发明，由于根据评价值的正负符号使频率增减，因此能够使频 率迅速且容易地接近于自由运转状态的感应马达的转速。
附图说明
图1是表示马达控制系统的例子的框图。
图2是表示马达控制装置的例子的框图。
图3A是表示评价值函数的例子的曲线图。
图3B是放大图3A的主要部分的曲线图。
图4是表示评价值搜索执行部的例子的框图。
图5是表示速度搜索的例子的时间图。
图6是表示速度搜索的例子的时间图。
图7是表示速度搜索的例子的时间图。
符号说明
2-感应马达；3-逆变器；4-交流电源；5-整流器；10-马达控制装置；11-V/F 变换部；12-增益乘法部；13-电压指令部；14-电压相位部；15-积分部；16-加法 部；17-PWM控制部；21-αβ变换部；22-dq变换部；31-前置搜索执行部；33- 旋转方向设定部；51-整流电路；52-电容器；61-评价值计算部；63-评价值搜索 执行部；65-搜索完成判断部；7-评价值搜索部；71-减法部；73-符号判别部；75- 乘法部；77-积分部；8-评价值搜索部；81-减法部；83-PI控制部；9-评价值搜索 部；100-马达控制系统。
具体实施方式
参照附图并说明本发明的实施方式。
图1是表示马达控制系统100的例子的框图。马达控制系统100具备 感应马达2、逆变器3、交流电源4、整流器5及马达控制装置10。
逆变器3包含三相桥式电路，根据由马达控制装置10生成的控制信 号，将从整流器5供给的直流电力变换为交流电力，将变换后的交流电力输出 至感应马达2。
整流器5包含整流电路51和电容器52，将从交流电源4供给的交流 电力变换为直流电力，将变换后的直流电力输出至逆变器3。
马达控制装置10例如包含微处理器，通过按照储存在存储器中的程 序来执行信息处理，从而生成用于控制感应马达2旋转的控制信号，并输出至 逆变器3。
图2是表示马达控制装置10的例子的框图。马达控制装置10所包含 的各模块通过微处理器按照储存在存储器中的程序执行信息处理而被实现。
马达控制装置10在开关SW1位于一侧时执行通常运行，在开关SW1 位于另一侧时执行速度搜索。在通常运行中执行V/F控制，使外加在感应马达2 上的外加电压V与其频率F的比保持一定。
速度搜索是为了使感应马达2从自由运转状态转入V/F控制状态而执 行的模式。自由运转状态是指供电被切断后的感应马达2通过惯性而旋转的状 态。
马达控制装置10具备V/F变换部11、增益部12、电压指令部13、 电压相位部14、积分部15、加法部16及PWM控制部17。这些尤其是实现通 常运行的模块。另外，马达控制装置10具备αβ变换部21和dq变换部22。
另外，马达控制装置10具备前置搜索执行部31和旋转方向设定部33。 这些是实现速度搜索的一部分即前置搜索的模块。
而且，马达控制装置10具备评价值计算部61、评价值搜索执行部63 及搜索完成判断部65。这些是实现速度搜索的一部分即评价值搜索的模块。
V/F变换部11通过对来自上一级系统的频率指令ω*进行V/F变换而 生成q轴电压基础值，并输出至增益部12。
增益部12通过在来自V/F变换部11的q轴电压基础值上乘以增益a 而计算出q轴电压指令Vq*，并输出至电压指令部13及电压相位部14。
电压指令部13根据来自增益部12的q轴电压指令Vq*和来自上一级 系统的d轴电压指令Vd*(＝0)而计算出电压指令V*，并输出至PWM控制部 17。
电压相位部14根据来自增益部12的q轴电压指令Vq*和d轴电压指 令Vd*(＝0)而计算出电压相位补偿值，并输出至加法部16。
积分部15通过对频率指令ω*进行积分而计算出电压相位基础值，并 输出至加法部16。
加法部16通过对来自电压相位部14的电压相位补偿值和来自积分部 15的电压相位基础值进行加法运算而计算出电压相位θ*，并输出至PWM控制 部17及dq变换部22。
PWM控制部17根据来自电压指令部13的电压指令V*和来自加法部 16的电压相位θ*，计算出用于通过PWM控制对感应马达2的旋转进行控制的 控制信号，并输出至逆变器3。
αβ变换部21通过对从逆变器3向感应马达2供给的三相交流电力的 电流检测值进行α-β变换，从而计算出固定坐标系α-β的电流检测值，并输出至 dq变换部22。
dq变换部22通过利用来自加法部16的电压相位θ*对来自αβ变换部 21的固定坐标系α-β的电流检测值进行d-q变换，从而计算出旋转坐标系d-q的 q轴电流值Iq及d轴电流值Id，并输出至评价值计算部61及搜索完成判断部65。 q轴电流值Iq是转矩电流成分，d轴电流值Id是励磁电流成分。
马达控制装置10在开关SW2位于一侧时执行前置搜索，在开关SW2 位于另一侧时执行评价值搜索。在速度搜索中，首先执行前置搜索，之后执行 评价值搜索。
前置搜索执行部31是执行前置搜索的模块。作为前置搜索，例如可 以应用根据感应马达2变为自由运转状态时的由剩磁通产生的感应电压而使频 率增减的方式、根据将直流电压外加在自由运转状态的感应马达2上时的电流 振荡而使频率增减的方式。由于这些方式是公知技术，因此省略详细的说明。
另外，前置搜索执行部31向旋转方向设定部33输出表示通过执行前 置搜索而判明的感应马达2的旋转方向的信息。
旋转方向设定部33在来自评价值搜索执行部63的频率指数ωsear*上 附加来自前置搜索执行部31的表示感应马达2的旋转方向的信息。
评价值计算部61根据来自dq变换部22的q轴电流值Iq及d轴电流 值Id而计算出评价值J，并输出至评价值搜索执行部63。在后面说明评价值J 计算的详细内容。
评价值搜索执行部63根据来自评价值计算部61的评价值J而计算出 频率指数ωsear*，并输出至V/F变换部11及电压相位部14。在后面说明评价值 搜索执行部63的详细构成。
搜索完成判断部65根据来自dq变换部22的q轴电流值Iq及d轴电 流值Id来判定是否完成评价值搜索。例如，搜索完成判断部65在q轴电流值Iq低于阈值时完成评价值搜索。
另外，搜索完成判断部65也可以根据评价值计算部61计算出的评价 值J来判定是否完成评价值搜索(作为接近判定部的功能)。
图3A是表示评价值J的函数的例子的曲线图。图3B是放大图3A的 主要部分的曲线图。主要部分是在图3A的中央被虚线框包围的部分。
曲线图的纵轴表示评价值J，曲线图的横轴表示速度误差。速度误差 是感应马达2的转速与外加电压频率的差分。曲线图中，实线表示评价值J的函 数，点划线表示q轴电流值Iq，双点划线表示d轴电流值Id。
下述式1是评价值J的函数的例子。K表示加权系数(0≤K≤1)。曲线 图中的评价值J的函数是K＝0.5时的例子。
(式1)
J＝-(1-K)(Id-Iq)+K·Iq
评价值J的函数包含q轴电流值Iq和d轴电流值Id。另外，评价值J 的函数也可以不包含d轴电流值Id(例如上述式1在K＝1时成为q轴电流值Iq的函数)。
另外，评价值J的函数在速度误差为正规定值时和负规定值时是评价 值J的正负符号不同的函数。例如，在图3B所示的速度误差范围的一端(例如 5Hz)和另一端(例如-5Hz)，评价值J的正负符号不同。尤其优选评价值J的 正负符号在速度误差为0的前后逆转。
另外，评价值J的函数是评价值J在速度误差的正规定值和负规定值 之间线性变化的函数。例如，在图3B所示的速度范围内的包含0的一部分(例 如-2Hz～2Hz)中，评价值J线性变化。具体而言，优选评价值J的函数在速度 误差为0的附近为0，且线性变化。
由于在这种评价值J的函数中，评价值J的正负符号在速度误差为0 的附近逆转，因此容易使外加电压频率接近于感应马达2的转速。例如，可实 现评价值J的正负符号为一方时使频率增加，为另一方时使频率减少的控制。
然而，K＝1时，评价值J的函数为Iq，速度误差比0更靠再生侧，即 在转速比频率大的一侧(图中的右侧)为0。此时，如果控制频率使评价值J为 0，则频率与实际的转速相比收敛于再生侧。
另外，K＝0时，评价值J的函数为Id-Iq，速度误差比0更靠电动侧， 即在转速比频率小的一侧(图中的左侧)为0。此时，如果控制频率使评价值J 为0，则频率与实际的转速相比收敛于电动侧。
另外，评价值J的函数也可以包含q轴功率值Pq和d轴功率值Pd， 以代替q轴电流值Iq和d轴电流值Id。即，由于对电流值I和电压值V进行乘 法运算时得到功率值P，因而即使将上述式1中的q轴电流值Iq和d轴电流值 Id置换为q轴功率值Pq和d轴功率值Pd，同样的关系也能成立。
图4是表示评价值搜索执行部63的例子的框图。评价值搜索执行部 63具备第1评价值搜索部7、第2评价值搜索部8及第3评价值搜索部9，并通 过开关SW3而切换输出。
其中，第1评价值搜索部7和第2评价值搜索部8是根据评价值J的 正负符号而使频率增减，并使评价值J收敛在0附近的模块。
第1评价值搜索部7具备减法部71、符号判别部73、乘法部75及积 分部77，执行滞环控制。
减法部71输入评价值J后，计算出使正负符号逆转的-J，并输出至符 号判别部73。
符号判别部73在来自减法部71的-J为正时向乘法部75输出正规定 值，为负时则向乘法部75输出负规定值。
乘法部75计算出在来自符号判别部73的正或负的规定值上乘以调节 量b后的乘积，并输出至积分部77。
积分部77输出对来自乘法部75的乘积进行积分的值而作为频率指令 ωsear*。
搜索开始频率是上述前置搜索执行部31结束前置搜索时的频率。
根据第1评价值搜索部7，能够减轻计算出频率指令ωsear*的负担，并 使频率指令ωsear*迅速接近于感应马达2的转速。
第2评价值搜索部8具备减法部81和PI控制部83，执行PI控制模 式。
减法部81输入评价值J后，计算出使正负符号逆转的-J，并输出至 PI控制部83。
PI控制部83通过PI控制以使来自减法部81的-J收敛于0的方式计 算出频率指令ωsear*，并进行输出。
根据第2评价值搜索部8，能够使频率指令ωsear*准确地接近于感应马 达2的转速。
第3评价值搜索部9使频率指令ωsear*从搜索开始频率以规定的比率 变化。
而且，第3评价值搜索部9在评价值J收敛在0附近时结束搜索。
根据第3评价值搜索部9，能够使频率指令ωsear*准确地接近于感应马 达2的转速。
评价值搜索执行部63通过择一地利用这些评价值搜索部7～9，从而 使评价值J收敛在0附近。例如，也可以首先由第1评价值搜索部7执行滞环控 制，再由第2评价值搜索部8执行PI控制模式。据此，能够使频率指令ωsear*迅速且准确地接近于感应马达2的转速。
图5是表示速度搜索的例子的时间图。该图表示在瞬时停电后经由速 度搜索而转入通常运行的一系列流程。
发生瞬时停电时，逆变器3的输出停止，感应马达2变为自由旋转状 态，转速开始逐渐下降。
再次开始供电时，马达控制装置10开始使外加电压频率接近于感应 马达2的转速的速度搜索。在速度搜索中，首先执行前置搜索，之后执行评价 值搜索。
马达控制装置10执行前置搜索。前置搜索结束时的频率成为评价值 搜索的搜索开始频率。另外，马达控制装置10判别感应马达2的旋转方向。感 应马达2的旋转方向在前置搜索结束时而被判别。
马达控制装置10在评价值搜索中，根据评价值J的正负符号而使频 率增减，使评价值J收敛在0附近。由此，频率逐渐接近于转速。评价值搜索的 详细内容如上所述。评价值搜索在评价值J收敛在0附近时结束。
评价值搜索之后，马达控制装置10通过使频率固定并调节增益a(参 照图2)，而使外加电压恢复。其后，马达控制装置10转入通常运行。
图6是表示速度搜索的例子的时间图。与上述图5重复的部分省略详 细的说明。
该图表示自由运转状态的感应马达2的转速为负值的情况(即旋转方 向逆转的情况)。马达控制装置10在前置搜索中使频率接近于变为负值的转速， 在评价值搜索中，使频率进一步接近于转速。另外，如上所述，由于在通过评 价值搜索而估计的频率上附加通过前置搜索而判明的旋转方向(参照图2)，因 此能够以正确的旋转方向来估计频率。
图7是表示速度搜索的例子的时间图。与上述图5及图6重复的部分 省略详细的说明。
该图表示不执行前置搜索而从速度搜索的开始执行评价值搜索的情 况。在本例中，感应马达2的旋转方向和搜索开始频率被预先设定，并根据它 们执行评价值搜索。例如，在感应马达2的旋转方向为正，且搜索开始频率为 最大的频率时，马达控制装置10从最大的频率朝向0使频率开始减少，最终使 评价值J收敛在0附近。
以上，虽然对本发明的实施方式进行了说明，但是本发明并不限于上 述实施方式，对于本领域技术人员当然能够实现各种变形实施。