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1、(10)申请公布号 CN 103026615 A (43)申请公布日 2013.04.03 CN 103026615 A *CN103026615A* (21)申请号 201180036757.0 (22)申请日 2011.03.25 2010-168782 2010.07.28 JP H02P 27/06(2006.01) H02P 6/08(2006.01) H02P 21/00(2006.01) H02P 27/04(2006.01) (71)申请人 三菱电机株式会社 地址 日本东京 (72)发明人 加藤将 山崎尚德 畠中启太 北中英俊 山下良范 (74)专利代理机构 中国国际贸易促进委。
2、员会专 利商标事务所 11038 代理人 孙蕾 (54) 发明名称 交流旋转机的控制装置 (57) 摘要 交流旋转机的控制装置， 具备电流检测单元 （4） ， 检测从电力变换器 （2） 流到交流电动机 （3） 的电流 ； 控制单元 （1） ， 根据由该电流检测单元 （4） 检测到的检测电流和扭矩指令值产生针对电 力变换器 （2） 的三相交流的电压指令， 控制单元 （1） 具备 ： 观测器 （50） ， 根据检测电流和电压指令 计算交流旋转机 （3） 的磁通推测值 ； 电流指令计 算器 （10） ， 根据扭矩指令和由观测器 （50） 得到的 磁通推测值计算旋转 2 轴上的电流指令值 ； 电压 指。
3、令计算器 （20） ， 根据由该电流指令计算器 （10） 得到的电流指令值和由观测器 （50） 得到的磁通 推测值计算电压指令。 (30)优先权数据 (85)PCT申请进入国家阶段日 2013.01.28 (86)PCT申请的申请数据 PCT/JP2011/057305 2011.03.25 (87)PCT申请的公布数据 WO2012/014526 JA 2012.02.02 (51)Int.Cl. 权利要求书 1 页 说明书 14 页 附图 9 页 (19)中华人民共和国国家知识产权局 (12)发明专利申请 权利要求书 1 页 说明书 14 页 附图 9 页 1/1 页 2 1. 一种交流旋。
4、转机的控制装置， 具备 ： 电力变换器， 将直流电力变换为交流电力提供给交流旋转机 ； 电流检测单元， 检测从该电力变换器流到所述交流旋转机的电流 ； 控制单元， 根据由该电流检测单元检测出的检测电流和扭矩指令值， 对所述电力变换 器产生交流旋转机控制用的三相交流的电压指令， 所述控制单元具备 ： 观测器， 根据所述检测电流和所述电压指令， 计算所述交流旋转机的磁通推测值 ； 电流指令计算器， 根据所述扭矩指令和由所述观测器得到的所述磁通推测值， 计算旋 转 2 轴上的电流指令值 ； 电压指令计算器， 根据由该电流指令计算器得到的所述电流指令值和由所述观测器得 到的所述磁通推测值， 计算所述电。
5、压指令。 2. 根据权利要求 1 所述的交流旋转机的控制装置， 所述观测器根据所述检测电流和所 述电压指令， 除了计算所述交流旋转机的所述磁通推测值外还计算角速度推测值， 而且， 所 述电压指令计算器根据所述电流指令值和所述磁通推测值和所述角速度推测值计算电压 指令。 3. 根据权利要求 1 或者 2 所述的交流旋转机的控制装置， 所述电压指令计算器根据 由所述观测器得到的计算结果、 以及所述电流指令值与所述检测电流的电流偏差的反馈计 算， 来计算电压指令。 4. 根据权利要求 1 所述的交流旋转机的控制装置， 进一步具备 ： 电压检测单元， 检测输入到所述电力变换器的直流电压 ； 弱电流计算。
6、器， 计算用于将调制率控制在规定的值以下的弱电流指令， 所述调制率根 据由该电压检测单元检测到的所述直流电压检测值和所述电压指令值而计算出。 5. 根据权利要求 2 所述的交流旋转机的控制装置， 进一步具备 ： 电压检测单元， 检测输入到所述电力变换器的直流电压 ； 弱电流计算器， 计算用于将调制率控制在规定的值以下的弱电流指令， 所述调制率根 据由该电压检测单元检测到的所述直流电压检测值和所述电压指令值而计算出。 6. 根据权利要求 3 所述的交流旋转机的控制装置， 进一步具备 ： 电压检测单元， 检测输入到所述电力变换器的直流电压 ； 弱电流计算器， 计算用于将调制率控制在规定的值以下的弱。
7、电流指令， 所述调制率根 据由该电压检测单元检测到的所述直流电压检测值和所述电压指令值而计算出。 权 利 要 求 书 CN 103026615 A 2 1/14 页 3 交流旋转机的控制装置 技术领域 0001 本发明涉及根据扭矩指令控制交流旋转机的扭矩的控制装置。 背景技术 0002 一般使用通过电力变换器将直流电压变换为交流电压并驱动控制交流旋转机的 控制装置。 在这样的交流旋转机的控制装置中， 一般为了高效率地驱动交流旋转机， 通过按 照基于矢量控制的正弦波 PWM（Pulse Width Modulation， 脉冲宽度调制） 控制对交流旋转 机的电流进行控制， 来控制扭矩。 0003。
8、 而且， 另一方面， 在以比较高的频率驱动交流旋转机的情况下， 对于直流电压需要 将电动机驱动电压设置成最大， 使用基于峰值恒定的矩形波电压的驱动方式。在矩形波驱 动中， 基于开关控制的电压波形的峰值恒定， 能够通过操作电压波形的相位来操作电动机 产生的扭矩， 例如， 在是永久磁铁同步电动机的情况下， 如果操作相对于转子位置的电压波 形相位， 则能够操纵扭矩。 0004 但是， 交流旋转机产生的扭矩伴随交流旋转机的参数 （例如， 在是永久磁铁同步电 动机的情况下， 相当于永久磁铁磁通、 电感、 电枢电阻） 的变化而变化。例如， 电感由于向交 流旋转机通电引起的磁饱和而降低的情况， 或交流旋转机。
9、的输出扭矩由于伴随发热磁铁温 度上升引起的退磁作用而降低。 0005 为了应对此现象， 公开了一种交流旋转机的控制装置， 该交流旋转机的控制装置 被构成为根据交流旋转机的运转条件 （代表性的是， 交流旋转机的感应电压扭矩转速） 适当地切换以上那样的电力变换器的驱动方式 （正弦波 PWM 控制方式， 以及矩形波驱动方 式） ， 对于交流旋转机在从零速到高速的宽广的速度区域中实施扭矩控制， 为了抑制扭矩变 动， 该交流旋转机的控制装置推测交流旋转机的输出扭矩并进行反馈控制 （例如， 参照以下 的专利文献 1） 。 0006 根据该专利文献 1， 根据交流旋转机的运转条件， 选择性地设定电力变换器中。
10、的电 压变换的控制方式。即， 在控制方式选择单元选择了将矩形波电压施加给交流旋转机的第 1 控制方式的情况下， 通过反馈控制来进行扭矩控制， 该反馈控制根据针对扭矩控制中的扭 矩指令值的扭矩偏差来调整矩形波电压的相位。另外， 在控制方式选择单元选择了按照基 于矢量控制的脉冲宽度调制方式控制对交流旋转机的施加电压的第 2 控制方式的情况下， 通过交流旋转机的电流的反馈控制来进行扭矩控制。 0007 由此， 在选择第2控制方式时， 因为附加与和选择第1控制方式时同样的扭矩偏差 相应的反馈控制， 进行交流旋转机的电流的反馈控制， 所以能够进行电机电流控制以补偿 依赖于温度变化等的交流旋转机的扭矩特性。
11、的变化。其结果， 即使不特意设置温度传感器 等， 也能够防止因磁铁温度变化等引起的扭矩变动的产生。 另外， 在第1、 第2控制方式的双 方中， 进行与扭矩偏差相应的反馈控制， 所以能够防止在这些控制方式的切换时发生扭矩 变动。 0008 专利文献 1 ： 特开 2006-311770 号公报 说 明 书 CN 103026615 A 3 2/14 页 4 0009 以往的交流旋转机的控制装置如此从电力变换器的输出电力推测扭矩， 但是， 由 于在电力变换器的输出电力中包含对扭矩没有作用的电力变换器损失、 电机损失， 所以如 以往的控制装置那样， 在从输出电力中推测扭矩的方式中， 会包含由这些损失。
12、引起的误差， 难以高精度地控制扭矩。 0010 而且， 在以往技术中， 例如如特开 2002-233199 号公报 （以下称为专利文献 2） 中记 载的那样， 虽然提出了根据交流旋转机的参数推测扭矩的方式， 但参数变动影响到推测扭 矩， 所以难以准确地进行扭矩控制。 发明内容 0011 本发明就是为了解决这样的而做出的， 其目的在于 ： 对交流旋转机在从零速到高 速的宽广的速度区域中实施扭矩控制的交流旋转机的控制装置中， 即使在上述那样的交流 旋转机的参数发生了变动的情况下， 也准确地控制交流旋转机的扭矩， 抑制由交流旋转机 的参数变动引起的扭矩变动的产生。 0012 根据本发明的交流旋转机的。
13、控制装置具备 ： 将直流电力变换为交流动力提供给交 流旋转机的电力变换器 ； 检测从该电力变换器流到所述交流旋转机的电流的电流检测单 元 ； 根据由该电流检测单元检测出的检测电流和扭矩指令值对所述电力变换器产生交流旋 转机控制用的三相交流的电压指令的控制单元， 所述控制单元具备 ： 根据所述检测电流和 所述电压指令计算所述交流旋转机的磁通推测值的观测器 ； 根据所述扭矩指令和由所述观 测器得到的所述磁通推测值计算旋转 2 轴上的电流指令值的电流指令值计算器 ； 根据由该 电流指令计算器得到的所述电流指令值和由所述观测器得到的所述磁通推测值计算所述 电压指令的电压指令计算器。 0013 根据本发。
14、明， 在交流旋转机的参数发生了变动而与控制单元的扭转指令值不同的 情况下， 观测器以包含其误差量的形式推测交流旋转机的磁通， 所以该磁通推测值的变化 反映参数的变动。而且， 通过将观测器推测出的磁通推测值用于所述电流指令计算器和所 述电压指令计算器， 能够计算考虑了参数变动的最佳的电流指令值以及电压指令值。 由此， 即使在不使用反馈电流控制系统的控制系统中， 也可以准确地控制交流旋转机的扭矩和电 流。 附图说明 0014 图 1 是涉及本发明的实施方式 1 的交流旋转机的控制装置的方框图。 0015 图2是涉及本发明的实施方式1的交流旋转机的控制装置的电流指令计算器的方 框图。 0016 图3。
15、是涉及本发明的实施方式1的交流旋转机的控制装置的扭矩和最小电流条件 的说明图。 0017 图4是涉及本发明的实施方式1的交流旋转机的控制装置的电压指令计算器的方 框图。 0018 图 5 是涉及本发明的实施方式 1 的交流旋转机的控制装置的观测器的方框图。 0019 图6是表示涉及本发明的实施方式1的交流旋转机的控制装置的稳定状态中的电 压指令计算器和观测器的关系的图。 说 明 书 CN 103026615 A 4 3/14 页 5 0020 图 7 是涉及本发明的实施方式 2 的交流旋转机的控制装置的方框图。 0021 图8是涉及本发明的实施方式2的交流旋转机的控制装置的电压指令计算器的方 。
16、框图。 0022 图 9 是涉及本发明的实施方式 3 的交流旋转机的控制装置的方框图。 0023 图 10 是涉及本发明的实施方式 3 的交流旋转机的控制装置的弱电流计算器的方 框图。 具体实施方式 0024 实施方式 1 0025 图 1 是表示本发明的实施方式 1 中的交流旋转机的控制装置的方框图。 0026 本实施方式1的交流旋转机的控制装置包含控制单元1、 电力变换器2以及电流检 测单元 4， 直流电源 6 连接到电力变换器 2 的输入侧， 交流旋转机 3 连接到输出侧。 0027 在此， 上述的直流电源 6 并不限于电池， 也可以是将交流电力变换为直流电力的 变换器、 铁路车辆等中从。
17、受电弓直接接受直流电力的直流架空线等。另外， 交流旋转机 3 在 本实施方式1中是使用永久磁铁的同步电动机， 经由三相交流供电线路Iu、 Iv、 Iw连接到电 力变换器 2。 0028 电力变换器 2 例如构成为可变电压可变频率型的三相电力变换器， 将来自直流电 源6的直流电力变换为三相交流电力并提供给交流旋转机3。 这种情况下， 电力变换器2具 备相互并联地连接到直流电源 6 的未图示的 U、 V、 W 的三相变换电路， 各变换电路如公知的 那样， 分别包含正端和负端的一对开关， 在各变换电路的一对开关之间连接三相交流供电 线路 Iu、 Iv、 Iw。而后， 该电力变换器 2 从控制单元 1。
18、 接受电压指令 Vu*、 Vv*、 Vw*， 在将直流 电力变换为三相交流电力时， 根据该电压指令 Vu*、 Vv*、 Vw*， 产生具有经过控制的输出电压 和经过控制的角频率的三相交流电力。 0029 电流检测单元 4 例如配置于交流供电线路 Iu、 Iv、 Iw， 根据从电力变换器 2 流到交 流旋转机 3 的交流相电流， 即 U 相电流 iu、 V 相电流 iv、 W 相电流 iw 来检测电流。但是， 在 本实施方式 1 中， 将电流检测单元 4 安装在交流电流的 2 相上， 如果是三相平衡的状态， 则 使用 iu+iv+iw=0 的关系， 只从 2 相的信号计算输出剩下的一相。 003。
19、0 控制单元 1 构成为对于交流旋转机 3 进行不设置旋转位置传感器、 旋转速度传感 器等而能够进行矢量控制的无传感器矢量控制。而后， 该控制单元 1 包含电流指令计算器 10、 电压指令计算器20、 第1坐标变换器30、 以及第2坐标变换器40、 观测器50以及积分器 60。特别是作为本实施方式 1 的控制单元 1 的特征， 观测器 50 构成为推测计算交流旋转机 3 的磁通， 将该磁通推测值 用于电流指令计算器 10 和电压指令计算器 20 的计算。这 一点以后详细说明。 0031 在此首先参照图 2 说明电流指令计算器 10 的构成的一个例子。 0032 该电流指令计算器 10 根据成为。
20、控制目标值的扭矩指令 T*产生电流指令 Id*、 Iq*， 扭矩指令值 T*被输入到 d 轴电流指令计算单元 11， 产生第一 d 轴电流指令值 Id1*。作为该 第一 d 轴电流指令值 Id1*的计算方法， 已知有交流旋转机 3 能够用最小的电流产生所希望 的扭矩的最大扭矩控制方法， 有根据扭矩指令值 T*通过计算式得到最佳的第一 d 轴电流指 令值 Id1*的方法 （例如， 参照武田洋次等 ：“嵌入式磁铁同步电机的设计与控制” 欧姆公司， 说 明 书 CN 103026615 A 5 4/14 页 6 发行日期 （平成 13 年 10 月 25 日） ， pp.23-24， 以下将该文献称。
21、为非专利文献 1） 。 0033 根据该非专利文献 1， 将上述方法称为最大扭矩 / 电流控制。d 轴电流指令计算单 元 11 可以用公知例子构成， 但是没有与交流旋转机的参数变动有关的记载。因此， 当交流 旋转机的参数发生了变动的情况下， 不能高精度地实现最大扭矩 / 电流控制。因而， 在本实 施方式 1 中， 在根据扭矩指令值 T*得到第一 d 轴电流指令值 Id1*的计算式中使用以后说 明的观测器 50 推测出的交流旋转机 3 的磁通推测值 （特别在此是转子侧 d 轴磁通推 测值 p dr） 。在该磁通推测值 中， 反映参数变动的影响， 所以通过使用该磁通推测 值 ， 即使在交流旋转机 。
22、3 的参数发生了变动的情况下， 也能够得到最佳的电流指令值 Id*、 Iq*， 实现最大扭矩 / 电流控制。 0034 具体地说， 用以下的 （1） 式所示的计算式计算第一 d 轴电流指令值 Id1*。 （1） 式的 特征是， 将在以往的公知例子中原本成为永久磁铁磁通 a（Wb） 的项置换为观测器 50 推 测的交流旋转机 3 的磁通推测值 （p dr） 。而且， 有关 （1） 式表示的计算式的导出方 法以后详细说明。 0035 0036 在此， Id1*是第一 d 轴电流指令值 （A） ， Ld*是 d 轴电感设定值 （H） ， Lq*是 q 轴电感 设定值 （H） ， P 是极对数， a 。
23、是最大扭矩 / 电流控制曲线的斜率， b 是最大扭矩 / 电流曲线的 截距。 0037 而且， d轴电流指令计算单元11的构成也可以采用根据扭矩指令值T*参照映射得 到最佳的第一 d 轴电流指令值 Id1*的方法。但是， 在使用映射的方法中， 需要制作收罗了 全部与参数变动相应的磁通推测值的映射， 应用层面上有困难。 0038 如果产生第一 d 轴电流指令值 Id1*， 则接着通过在加法器 12 中对于第一 d 轴电流 指令值 Id1*加上弱电流指令值 dV， 得到最终的 d 轴电流指令值 Id*。具体地说用 （2） 式计 算 d 轴电流指令值 Id*。 0039 Id* Id1*+dV (2。
24、) 0040 在此， 弱电流指令值 dV 取零或者负的值， 以进行弱磁通控制的目的而设置， 所谓 弱磁通控制通过对第一 d 轴电流指令值 Id1*实施负方向的补正， 在负方向上增大 d 轴电流 指令值 Id*， 产生抵消由交流旋转机 3 的永久磁铁产生的磁通的方向的磁通， 减弱交流旋转 机 3 的交链磁通。另外， 当在交流旋转机 3 以高速旋转且进行弱磁通控制的区域中进行扭 矩控制的情况下， 加法运算弱电流指令值dV的位置对于设置成本实施方式1所述的构成是 非常重要的。而且， 对于弱电流指令值 dV 的产生方法， 可以用公知例子构成， 所以在此省略 详细的说明。 0041 最后， 由 q 轴电。
25、流指令计算单元 13 根据 d 轴电流指令值 Id*和扭矩指令值 T*产生 q 轴电流指令值 Iq*。作为 q 轴电流指令值 Iq*的产生方法如上述那样， 有通过参照映射得 到最佳的 q 轴电流指令值 Iq*， 或者通过计算式得到最佳的 q 轴电流指令值 Iq*的方法。但 是， 参照映射的方法存在难于制作收罗了全部参数变动的映射的问题。 0042 因而， 在本实施方式 1 中， 使用观测器 50 推测的交流旋转机 3 的磁通推测值 说 明 书 CN 103026615 A 6 5/14 页 7 （p dr） ， 使用基于下面 （3） 式所示的计算式的方法。在该 （3） 式中与 （1） 式同样地。
26、， 也将 原本成为永久磁铁磁通 a（Wb） 的项置换为磁通推测值 （p dr） 。通过使用该磁通 推测值 ， 即使在交流旋转机 3 的参数发生了变动的情况下， 也能够计算考虑到参数变 动的最佳的 q 轴电流指令值 Iq*。 0043 0044 通过以上那样构成电流指令计算器 10， 即使交流旋转机 3 的参数发生变动的情况 下， 该参数变动的影响也被反映到观测器 50 推测出的交流旋转机 3 的磁通推测值 （p dr ： 转子侧 d 轴磁通推测值） ， 所以产生基于最大扭矩 / 电流控制的最佳的 d 轴电流指令 Id*， 进而， 对于扭矩指令 T*， 能够产生考虑到参数变动的 q 轴电流指令值。
27、 Iq*。由此， 即使发 生了参数变动也能够高精度地控制扭矩。 0045 以下， 说明导出用于进行最大扭矩 / 电流控制的上述 （1） 式以及 （3） 式的顺序。 0046 用于实现最大扭矩 / 电流控制的条件如下面的 （4） 式所示 （参照上述的非专利文 献 1） 。 0047 0048 在此， Ld 是 d 轴电感 （H） ， Lq 的 q 轴电感 （H） ， a 是永久磁铁磁通 （Wb） ， id 是 d 轴 电流 （A） ， iq 是 q 轴电流 （A） 。 0049 另外， 扭矩用下面的 （5） 式给出。 0050 T Paiq+(Ld-Lq)idiq (5) 0051 如果对于 i。
28、q 变形 （5） 式， 则如以下的 （6） 式。 0052 0053 如果解 （4） 式和 （6） 式的联立方程式求 id、 iq， 则求得能够对扭矩 T 以最小电流输 出其扭矩的电流矢量 id、 iq。但是， 实际上 （4） 式和 （6） 式的联立方程式是 4 次方程式， 求 解困难。因而， 进行如下那样的近似。 0054 图 3 是图示 （4） 式、（6） 式的图。 0055 在图 3 中， 从右上向左下走向的曲线是与用 （6） 式表现的扭矩 T=100% 25% 对应 的曲线。另外， 从左上向右下走向的曲线 （实线） 是成为用 （4） 式表现的最小电流条件的曲 线。与 （4） 式的曲线相。
29、比， 最小电流条件用二次式表示， 但几乎是直线， 认为即使用一次函 数近似实用上也没有问题。因而， 对图 3 的最小电流条件的曲线进行线性近似， 形成以下的 （7） 式。在图 3 中用虚线表示线性近似了 （4） 式的二次曲线的曲线。 0056 iq aid+b (7) 0057 在此， 图 3 所示的 （7） 式中的 a 是一次函数的斜率， b 是一次函数的截距。因而， 成 为扭矩曲线与线性近似了的最小电流条件的交点的 id、 iq 求解上述 （6） 式和 （7） 式的联立 方程式即可。这是 2 次方程式， 所以能够容易地求解。因而， 如果整理 （6） 式和 （7） 式， 则得 到以下的 （8。
30、） 式。 0058 (aP(Ld-Lq)id2+(aPa)+bP(Ld-Lq)id+bPa-T 0 (8) 说 明 书 CN 103026615 A 7 6/14 页 8 0059 如果用通过 （8） 式求 id， 则成为如以下的 （9） 式。 0060 0061 通过以上可以得到 id。进而， 可以通过在上述 （6） 式中代入用 （9） 式求得的 id 的 结果得到 iq。 0062 而且， 在上述的说明中， 线性近似表示最小电流条件的曲线 （实线） 的 （4） 式并用 （7） 式表现， 但是用 （4） 式表示的最小电流条件的曲线也有难以线性近似的情况。这种情况 下， 预先求相对于各扭矩的斜。
31、率 a 和截距 b， 根据扭矩指令值 T*将斜率 a 和截距 b 作为表值 参照， 从而能够实现最大扭矩 / 电流控制。 0063 如上所述， 即使交流旋转机 3 的各电机参数的设定值与实际的参数值不同的情况 下， 电流指令计算器 10 根据 （6） 式、（9） 式通过对成为 （6） 式、（9） 式的永久磁铁磁通 a （Wb） 的项使用观测器 50 推测出的交流旋转机 3 的磁通推测值 （p dr ： 转子侧 d 轴 磁通推测值） 进行计算， 将 （9） 式变形为 （1） 式， 将 （6） 式变形为 （3） 式 （在此， 设为 id=Id*， iq=Iq*） ， 以使得能够产生对扭矩指令 T*。
32、考虑到参数变动的最佳的电流指令。而且， 有关详 细的理论以后说明。 0064 另外， 在上述电流指令计算器 10 的说明中， 记载了有关基于最大扭矩 / 电流控制 的电流指令的产生方法， 而即使在 d 轴电流指令 Id*=0 的控制中也能够得到同样的效果。 0065 以下， 参照图 4 说明电压指令计算器 20 的构成。 0066 该电压指令计算器 20 使用来自电流指令计算器 10 的电流指令 Id*和 Iq*、 以及观 测器 50 推测出的交流旋转机 3 的磁通推测值 （p dr ： 转子侧 d 轴磁通推测值） 以及 角速度推测值 ， 根据以下的 （10） 式计算 d 轴电压指令值 Vd*。
33、及 q 轴电压指令值 Vq*。 特别是将 （10） 式中的磁通推测值 （p dr） 用作永久磁铁磁通 a（Wb） 的项来计算 电压指令。由此， 即使在交流旋转机 3 的参数发生变动的情况下， 也能够使交流旋转机的电 流与指令值一致。而且， 有关详细的理论以后说明 0067 0068 在此， Id*是 d 轴电流指令， Iq*是 q 轴电流指令， Vd*、 Vq*是电枢电压的 dq 轴成分 电压指令， R*是电枢电阻设定值， Ld*、 Lq*是 d、 q 轴电感设定值， 是观测器 50 推测出的 角速度推测值， p dr 是观测器 50 推测出的磁通推测值。 0069 以下， 说明积分器 60、。
34、 第 1 坐标变换器 30、 第 2 坐标变换器 40 的构成。 0070 积分器 60 根据观测器 50 输出的角速度推测值 计算推测相位 。另外， 第 1 坐标变换器 30 根据来自电压指令计算器 20 的电压指令 Vd*和 Vq*， 以及积分器 60 计 算的推测相位 ， 将 dq 旋转 2 轴坐标系的电压指令变换为静止 2 轴坐标系的 3 相交流 电压指令值 Vu*、 Vv*、 Vw*并输出。该 3 相交流电压指令值 Vu*、 Vv*、 Vw*被输入到电力变换器 2， 根据该 3 相交流电压指令值 Vu*、 Vv*、 Vw*对交流旋转机 3 进行扭矩控制。第 2 坐标变换 器 40 根。
35、据积分器 60 计算的推测相位 将电流检测单元 4 检测到的流过交流电路 Iu、 Iw 的静止轴坐标系的 3 相交流电流 iu、 iw 变换为 dq 旋转 2 轴坐标系的电流值 Id、 Iq 并输 说 明 书 CN 103026615 A 8 7/14 页 9 出。 0071 以下， 参照图 5 说明观测器 50 的构成。 0072 该观测器 50 根据电压指令计算器 20 计算的电压指令值 Vd*和 Vq*、 第 2 坐标系变 换器 40 计算的 dq 旋转 2 轴坐标系的交流旋转机 3 的检测电流 Id 和 Iq， 来推测计算在无 传感器矢量控制中需要的交流旋转机 3 的角速度推测值 和磁。
36、通推测值 （p dr ： 转子侧 d 轴磁通推测值） 。而且， 图 5 所示的观测器 50 的构成自身是公知技术 （例如， 记载 于前面的专利文献 2 中） 。以下， 从 （11） 式到 （17） 式表示观测器的计算式。 0073 0074 0075 0076 0077 在此， 各式中的角标的 * 表示指令值， 角标的 ob 表示观测器 50 的设定值， 角标的 r 表示转子， 角标的 s 表示定子， 角标的表示推测值。其中， Ldob 以及 Lqob 是 dq 轴电感 的观测器 50 的设定值， R*是电枢电阻设定值， 是角速度推测值， Vd*以及 Vq*是 dq 轴 电压指令值， Id 以。
37、及 Iq 是 dq 轴电流值， p ds 以及 p qs 是一次侧 dq 轴磁通推测值， p dr 是转子侧 （二次侧） d 轴磁通推测值， r 是转子的角速度， r 是转子的角速度推 说 明 书 CN 103026615 A 9 8/14 页 10 测值， h11、 h12、 h21、 h22、 h31、 h32、 h41、 h42 是观测器 50 的反馈增益， Kp 以及 Ki 是观测器 50 的加速度推测比例增益以及加速度推测积分增益。 0078 如图 5 所示， 观测器 50 大致划分包含电动机模型单元 51、 速度推测单元 52、 以及 增益计算单元 53 这 3 个要素。 0079。
38、 电动机模型单元 51 一般从交流旋转机 3 的状态方程式导出， 进行 （11） 式的计算。 由此推测计算交流旋转机 3 的各磁通和电流。 （11） 式是交流旋转机 3 为永久磁铁同步电动 机时的计算式。通过与驱动的交流旋转机 3 匹配的方式设定该电动机模型单元 51 的计算 式， 还可以适用于永久磁铁同步电机以外的交流旋转机。 0080 速度推测单元 52 接受通过 （12） 式计算电动机模型单元 51 推测的推测电流 I d 以及 I q 与第 2 坐标变换器 40 计算的 dq 旋转 2 轴上的交流旋转机 3 的电流 Id 以及 Iq 的偏差的结果， 和电动机模型单元 51 推测的磁通推。
39、测值 （p dr ： 转子侧 d 轴磁通推 测值） ， 根据 （15） 式的 PI（比例积分） 计算通过 （17） 式计算交流旋转机 3 的角速度推测值 。即， PI 计算单元 52a 计算 （15） 式并输出， 拉普拉斯变换单元 52b 计算 （16） 式并输 出， 推测速度计算单元 52c 计算 （17） 式并输出。 0081 增益计算单元 53 接受 （12） 式的推测电流偏差 eds、 eqs， 通过 （13） 式、（14） 式计 算作为观测器的反馈项的 A、 B、 C、 D。在此，（13） 式的 H 是反馈增益， 是用于进行稳定计算 的设计参数。 0082 在本实施方式1中， 通过上。
40、述那样的构成， 即使在交流旋转机3的参数发生了变动 的情况下， 也能够对交流旋转机 3 的输出扭矩高精度地进行扭矩控制。 0083 以下， 与以往方式对比， 夹杂着计算式说明作为本发明的特征的参数变动时的扭 矩控制。 0084 在此， 所谓以往方式是在电流指令计算器 10 和电压指令计算器 20 中用固定值赋 予磁铁磁通指令值 的方式。因而， 以往方式从 （4） 式、 （6） 式也可知， 使用交流旋转机 3 的参数计算最佳的电流指令， 所以在发生了交流旋转机 3 的参数变动的情况下， 不是最佳 的电流指令。而且， 在以下所示的 （18） 式中也使用交流旋转机 3 的参数计算最佳的电压指 令， 。
41、所以在发生了交流旋转机 3 的参数变动的情况下， 电流偏差残留。其结果， 不能高精度 地控制扭矩。 0085 首先， 说明将本发明的观测器 50 的磁通推测值 （p dr） 用于电压指令计算 器 20 的效果。 0086 作为说明的顺序， 根据以往控制方式的电压指令计算器 20 和观测器 50 的稳定状 态的动作关系， 对于在有参数变动的情况下的电流指令值和实际在交流旋转机流过的实际 电流的误差主要因素的关系式， 从以往的电压指令计算器的计算式和在稳定状态中的观测 器计算式通过算式来揭示， 导出在以后的 （25） 式所示的关系式。进而， 通过根据 （25） 式 的关系式适用本发明的控制方式， 。
42、表示电流指令值与实际流过交流旋转机 3 的实际电流一 致。 0087 在以下的 （18） 式中， 表示以往的电压指令计算器 20 的计算式。与上述的 （10） 式 的不同点在于， 在 （18） 式中使用磁铁磁通指令值 ， 但在 （10） 式中变成转子侧 d 轴磁通 推测值 p dr。另外，（19） 式是观测器 50 的计算式， 是在 （11） 式中代入 （14） 式的式。 说 明 书 CN 103026615 A 10 9/14 页 11 0088 0089 0090 在此， 式中的角标 * 表示指令值， 角标 ob 表示观测器的设定值， 角标表示推测 值。根据 （18） 式、（19） 式， 。
43、如果假设是高速区域的速度充分高的区域， 设 R*=0， 而且假设是 稳定状态， 则 d/dt=0， = r， I d-Id=0， I q-Iq=0， 所以在代入这些条件时变成 （20） 式、（21） 式。 0091 0092 0093 根据 （21） 式， 如果对一次侧 dq 轴磁通推测值 p ds、 p qs 进行整理， 则变成 （22） 式。 0094 0095 根据 （22） 式， 电流推测值 I d、 I q 变成 （23） 式， 这与实际电流 Id、 Iq 一致， 在稳定状态下观测器 50 收敛。 0096 0097 如果在图中表示此前的关系式， 则能够如图 6 所示那样地表示在稳定。
44、状态中的观 测器 50 的方框图， 在此， 在不使用交流旋转机 3 的电流反馈控制， 通过电压指令计算器 20 产生电压指令值的情况下， 电压指令值是 （20） 式， 所以代入时得到 （24） 式。 0098 0099 （24） 式是表示作为图 6 所示的构成时的电流指令 Id*、 Iq*和实际电流 Id、 Iq 的关 系的式子。在此， 如果假定将电感的设定设为 Ld*=Ldob、 Lq*=Lqob， 则变成 （25） 式。 说 明 书 CN 103026615 A 11 10/14 页 12 0100 0101 根据 （25）式， 可知 q 轴电流与指令值一致。这表示即使是发生了参数变动 （。
45、Ld Ld*， Lq Lq*， a *） 的情况， 如果设定为 Ld*=Ldob、 Lq*=Lqob， 则 q 轴电流与指 令值一致。另外， 在发生参数变动时， 其误差 （Ld 误差、 Lq 误差、 误差） 全部作为 d 轴电 流误差出现， 所以通过构成消除该 d 轴电流误差那样的控制系统， 即使不使用电流反馈控 制也能够控制电流。即， 即使发生参数变动也能够消除电流偏差。进而， 如果关注 （25） 式 的 d 轴电流， 则可知如果设为 *-p dr=0， 则能够不产生 d 轴电流误差地进行控制。 0102 在本发明中， 是用上述那样的理论实现的， 通过将观测器 50 推测的转子侧 d 轴磁 。
46、通推测值用作作为非干涉电压计算式的 （20） 式的 *（*=p dr） ， 能够将 d 轴电流误差 量设为零， 由此进行 d 轴的电流控制。 0103 以下， 说明在电流指令计算器 10 中使用本发明中的感测器 50 的磁通推测值 p dr 的效果。 0104 作为本说明的顺序， 首先， 如以下的 （29） 式那样， 从交流旋转机 3 的状态方程式 和观测器 50 的计算式导出有参数变动时的观测器 50 推测的磁通推测值 p dr 是怎样的 值。另外， 在以往控制方式中， 对于有参数变动时的扭矩误差的关系， 从交流旋转机 3 的扭 矩计算式和电流指令计算器 10 的 q 轴电流指令计算式导出作。
47、为扭矩误差的关系式的以下 的 （30） 式。进而， 由以下的 （31） 式所示， 根据上述扭矩误差的关系式， 通过适用本发明能够 没有扭矩误差地对交流旋转机 3 进行扭矩控制。 0105 观测器50在没有参数变动时在稳定状态中推测交流旋转机3的永久磁铁磁通a （=*） 。但是， 在有某参数变动的情况下变成 p dr a。 0106 如果发生参数变动时的 p dr 通过作为交流旋转机 3 的永久磁铁同步电动机的 状态方程式、 即下面的 （26） 式考虑稳定状态， 并与观测器 50 时同样地近似， 则变成 （27） 式 那样。 （R=0， d/dt=0） 。 0107 0108 0109 在此， 。
48、从 （27） 式和观测器的稳定状态的近似式 （21） 式， 能够如以下的 （28） 式那样 导出转子侧 d 轴磁通推测值 p dr。 0110 说 明 书 CN 103026615 A 12 11/14 页 13 0111 在此， 在稳定状态中， 通过 （25） 式的说明， 如果 （I d-Id） =0， 另外，（Ldob-Ld） =Ld， 则转子侧 d 轴磁通推测值 p dr 变成以下的 （29） 式的关系式。 0112 0113 另一方面， 以下导出发生参数变动时的扭矩误差的关系式。扭矩误差的关系式可 以从交流旋转机 3 的扭矩计算式 T 和以往控制的扭矩指令 T*的关系如以下 （30） 式那样导 出。在此， Id*=Id， Iq*=Iq， Ldob-Ld=Ld， Lqob-Lq=Lq， a-*=。另外， 将电感的设 定设为 Ld*=Ldob， Lq*=Lqob。 0114 0115 根据上述 （30） 式表示的扭矩误差的关系式， 在发生参数变动， 有 Ld 误差的情况 下， 右。