專(zhuān)利名稱：同步電動(dòng)機(jī)的控制裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
該發(fā)明涉及一種不使用位置傳感器、控制同步電動(dòng)機(jī)的控制裝置。
背景技術(shù)：
控制同步電動(dòng)機(jī)時(shí)，一般均需要編碼器、解析器、霍爾元件之類(lèi)的位置傳感器。然而在同步電動(dòng)機(jī)的控制裝置中使用位置傳感器，存在著價(jià)格因素以及傳感器的可靠性以及布線麻煩等不利因素。出于這種觀點(diǎn)，提出了采用不使用位置傳感器控制同步電動(dòng)機(jī)的方法。
例如作為根據(jù)慣性等機(jī)械性常數(shù)、由磁鐵磁通等決定的感應(yīng)電壓系數(shù)、電感及電阻等同步電動(dòng)機(jī)的電特性常數(shù)，演算同步電動(dòng)機(jī)旋轉(zhuǎn)位置及轉(zhuǎn)速的方法，有美國(guó)專(zhuān)利第5,296,793號(hào)、美國(guó)專(zhuān)利第5,296,794號(hào)、特開(kāi)平03-049589號(hào)公報(bào)、特開(kāi)平03-049588號(hào)公報(bào)等發(fā)明。
另外，作為根據(jù)磁鐵磁通等轉(zhuǎn)子磁通的函數(shù)的感應(yīng)電壓系數(shù)和電感及電阻等同步電動(dòng)機(jī)的電特性常數(shù)，演算同步電動(dòng)機(jī)旋轉(zhuǎn)位置及轉(zhuǎn)速的方法，有特開(kāi)平08-308286號(hào)公報(bào)，特開(kāi)平09-191698號(hào)公報(bào)等發(fā)明。
然而，即便使用這些控制方法，仍存在慣性等機(jī)械常數(shù)仍屬未知，在發(fā)生因電動(dòng)機(jī)發(fā)熱等原因引起磁鐵磁通減磁時(shí)控制性能惡化的問(wèn)題。
另一方面，不需要慣性等機(jī)械性常數(shù)、磁鐵磁通等轉(zhuǎn)子磁通函數(shù)的感應(yīng)電壓系數(shù)即可解決上述問(wèn)題的控制手法已由日本電氣學(xué)會(huì)學(xué)報(bào)第D113卷第5號(hào)(1993年)“利用適應(yīng)觀察器控制無(wú)電刷直流電動(dòng)機(jī)的無(wú)位置傳感器控制”提出。
圖15為該電氣學(xué)會(huì)學(xué)報(bào)D113卷5號(hào)中所示的現(xiàn)用的同步電動(dòng)機(jī)的控制裝置。在該圖之中，1為同步電動(dòng)機(jī)，2為電流檢出器，3為換流器，4為電流控制器，5-8為座標(biāo)轉(zhuǎn)換器，9為適應(yīng)觀察器，10為旋轉(zhuǎn)位置演算器。
同步電動(dòng)機(jī)1轉(zhuǎn)子中有永久磁鐵，該轉(zhuǎn)子磁通的大小為pdr，而轉(zhuǎn)子磁通方向(d軸方向)的電感Ld和與其成正交方向(q軸方向)的電感Ld一致，其值為L(zhǎng)。此外，同步電動(dòng)機(jī)1的線圈電阻為R。
在此，設(shè)定為將同步電動(dòng)機(jī)進(jìn)行矢量控制，而且如大家所知，作為旋轉(zhuǎn)二軸座標(biāo)(d-q軸)上的d軸的電流指令指令id*已被付與任意值，此外，作為旋轉(zhuǎn)二軸座標(biāo)(d-q軸)上的q軸電流指令iq*，同步電動(dòng)機(jī)1也已被付與與所希望的矢量成比例的值。
電流控制器4輸出旋轉(zhuǎn)二軸座標(biāo)軸(d-q軸)上的d軸電壓指令vd*以及q軸電壓指令vq*，使之與旋轉(zhuǎn)位置演算器10輸出的旋轉(zhuǎn)位置同步，旋轉(zhuǎn)的旋轉(zhuǎn)二軸座標(biāo)軸(d-q軸)上的檢出電流id以及iq，分別服從上述d軸電流指令id*以及上述q軸電流指令iq。
座標(biāo)轉(zhuǎn)換器5根據(jù)從旋轉(zhuǎn)位置演算器10得出的余弦cos(th0)以及正弦sin(th0)，將旋轉(zhuǎn)二軸座標(biāo)軸(d-q軸)上的d軸電壓指令vd*以及q軸電壓指令vq*座標(biāo)轉(zhuǎn)換為靜止二軸座標(biāo)(a-b軸)上的a軸電壓指令va*以及b軸電壓指令vb*。
座標(biāo)轉(zhuǎn)換器6將靜止二軸座標(biāo)(d-q軸)上的a軸電壓指令va*以及b軸電壓指令vb*座標(biāo)轉(zhuǎn)換為三相電壓指令vu*、vv*、vw*。
換流器(inverter)3給同步電動(dòng)機(jī)1施加三相電壓，使之與由座標(biāo)轉(zhuǎn)換器8得到的三相電壓vu*、vv*、vw*一致。
電流檢出器2檢出同步電動(dòng)機(jī)1的U相電流iu和V相電流iv。座標(biāo)轉(zhuǎn)換器7將從電流檢出器2得到的U相電流iu和V相電流iv，座標(biāo)轉(zhuǎn)換為靜止二軸座標(biāo)(a-b軸)上的a軸電流ia以及b軸電流ib。
座標(biāo)轉(zhuǎn)換器8根據(jù)從旋轉(zhuǎn)位置演算器10得出的余弦cos(th0)以及正弦sin(th0)，將上述靜止二軸座標(biāo)(a-b軸)上的a軸電流ia以及b軸電流ib為旋轉(zhuǎn)二軸座標(biāo)(d-q軸)上的d軸電流id以及q軸電流iq輸出。
適應(yīng)觀察器9根據(jù)上述靜止二軸座標(biāo)(a-b軸)上的a軸電壓指令va*以及b軸電壓指令vb*與靜止二軸座標(biāo)(a-b軸)上的a軸電流ia以及b軸電流ib，輸出靜止二軸座標(biāo)(a-b軸)上的a軸推定轉(zhuǎn)子磁通par0以及b軸推定轉(zhuǎn)子磁通pbr0和推定轉(zhuǎn)速wr0。
旋轉(zhuǎn)位置演算器10從上述靜止二軸座標(biāo)(a-b軸)上的a軸推定轉(zhuǎn)子磁通par0以及b軸推定轉(zhuǎn)子磁通pbr0，根據(jù)下述(1)-(3)式，演算推定磁通矢量的旋轉(zhuǎn)位置th0的余弦cos(th0)、正弦sin(th0)。cos(th0)=par0pr0..........(1)]]>sin(th0)=pbr0pr0.........(2)]]>pr0=par02+pbr02........(3)]]>圖16表示圖15所示的適應(yīng)觀察器9的內(nèi)部結(jié)構(gòu)。在該圖中，11為電動(dòng)機(jī)模型，12、13為減法器，14為速度同步器，15為增益演算器。16為偏差放大器。
電動(dòng)機(jī)模型11根據(jù)靜止二軸座標(biāo)(a-b軸)上的a軸電壓指令va*以及b軸電壓指令vb*、推定轉(zhuǎn)速wr0、后述的偏差e1、e2、e3、e4，按照下述(4)式演算靜止二軸座標(biāo)(a-b軸)上的a軸推定電流ia0以及b軸推定電流ib0、a軸推定轉(zhuǎn)子磁通par0以及b軸推定轉(zhuǎn)子磁通pbr0。ddtia0ib0par0pbr0=-RL00wr0L0-RL-wr0L0000-wr000wr00ia0ib0par0pbr0+1L001L0000va*vb*-e1e2e3e4...(4)]]>減法器12將從上述a軸推定電流ia0中，減去a軸電流ia的結(jié)果作為a軸電流偏差ea輸出。減法器13將從上述b軸推定電流ib0中減去b軸電流ib的結(jié)果作為b軸電流偏差eb輸出。
速度同步器14根據(jù)上述par0、pbr0、ea、eb，按照下述(5)式輸出推定轉(zhuǎn)速wr0。wr0=(kp+kis)(ea·pbr0-eb·par0).......(5)]]>增益演算器15根據(jù)上述推定轉(zhuǎn)速wr0，按照下述(6)-(9)式，輸出放大g1、g2、g3、g4。但是k為比1大的任意實(shí)數(shù)。g1=-(k-1)RL........(6)]]>g2＝(k-1)wr0…(7)g3＝kR …(8)g4＝-kLwr0 …(9)偏差放大器16通過(guò)上述放大g1、g2、g3、g4將上述電流偏差ea、eb放大，輸出偏差e1、e2、e3、e4。即，偏差放大器16按照下述(10)式，將偏差e1、e2、e3、e4輸出到電動(dòng)機(jī)模型11中。e1e2e3e4=g1-g2g2g1g3-g4g4g3eaeb..........(10)]]>通過(guò)以上結(jié)構(gòu)，適應(yīng)觀察器9輸出推定轉(zhuǎn)子磁通par0、pbr0以及推定轉(zhuǎn)速wr0。
由于如上所述的現(xiàn)用的同步電動(dòng)機(jī)的控制裝置在靜止二軸上構(gòu)成適應(yīng)觀察器，因而在高速運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)，輸入適應(yīng)觀察器的電壓Va*、Vb*的頻率成分也變高。所以，在將適應(yīng)觀察器的演算用計(jì)算機(jī)實(shí)現(xiàn)時(shí)，要實(shí)現(xiàn)高轉(zhuǎn)速驅(qū)動(dòng)，就必須以非?？斓闹芷谶M(jìn)行電壓Va*、Vb*的取樣。
此外，如上所述的現(xiàn)用的同步電動(dòng)機(jī)的控制裝置很難適用于轉(zhuǎn)子磁通方向(d軸方向)的電感Ld和與其呈正交方向(q軸方向)的電感Lq不一致的同步電動(dòng)機(jī)，即凸極比不是1的同步電動(dòng)機(jī)。在凸極比不是1、的同步電動(dòng)機(jī)的情況下，靜止二軸座標(biāo)上的電感，其電感值依轉(zhuǎn)子位置的變化而變化。
現(xiàn)用的同步電動(dòng)機(jī)的控制裝置在靜止二軸座標(biāo)上構(gòu)成適應(yīng)觀察器，由于無(wú)法將電感值作為定值來(lái)處理，因而很難適用于這樣的同步電動(dòng)機(jī)。
另外，如上所述的現(xiàn)用的同步電動(dòng)機(jī)的控制裝置規(guī)定了放大g1、g2、g3、g4，使適應(yīng)觀察器的極與同步電動(dòng)機(jī)的極成比例。然而，由于在低轉(zhuǎn)速驅(qū)動(dòng)時(shí)同步電動(dòng)機(jī)的極很小，因而適應(yīng)觀察器的極也隨之變小。正因如此，存在著因推定磁通的應(yīng)答性惡化，使控制系統(tǒng)自身的特性也惡化的問(wèn)題。
此外，上述反饋增益器g1、g2、g3、g4放大的設(shè)定雖然規(guī)定為適應(yīng)觀察器9的極與同步電動(dòng)機(jī)1的固有的極成比例，但在推定轉(zhuǎn)速與實(shí)際轉(zhuǎn)速間有偏差時(shí)，由于不能在進(jìn)行狀態(tài)推定的基礎(chǔ)上適當(dāng)放大，因而一旦實(shí)際轉(zhuǎn)速wr與推定轉(zhuǎn)速wr0之間產(chǎn)生偏差，就會(huì)出現(xiàn)磁通推定精度惡化的問(wèn)題。

發(fā)明內(nèi)容
正因如此，本發(fā)明的目的在于在旋轉(zhuǎn)二軸上構(gòu)成適用觀察器，提供一種可以在更高轉(zhuǎn)速上控制同步電動(dòng)機(jī)的同步電動(dòng)機(jī)的控制裝置。
本發(fā)明同步電動(dòng)機(jī)的控制裝置，其特征在于，包括檢出同步電動(dòng)機(jī)電流的電流檢出器；將從上述電流檢出器得到的電流用角頻率座標(biāo)轉(zhuǎn)換為旋轉(zhuǎn)的旋轉(zhuǎn)二軸座標(biāo)(d-q軸)上的電流的座標(biāo)轉(zhuǎn)換器；輸出旋轉(zhuǎn)二軸座標(biāo)(d-q軸)上的電壓指令，使旋轉(zhuǎn)二軸座標(biāo)(d-q軸)上的電流服從于旋轉(zhuǎn)二軸座標(biāo)(d-q軸)上的電流指令的電流控制器；將從上述電流控制器得到的旋轉(zhuǎn)二軸座標(biāo)(d-q軸)上的電壓指令座標(biāo)轉(zhuǎn)換為三相電壓指令的座標(biāo)轉(zhuǎn)換器；根據(jù)上述旋轉(zhuǎn)二軸座標(biāo)(d-q軸)上的電流與上述旋轉(zhuǎn)二軸座標(biāo)(d-q軸)上的電壓指令，演算上述角頻率與上述同步電動(dòng)機(jī)的推定電流、推定轉(zhuǎn)子磁通與推定轉(zhuǎn)速的適應(yīng)觀察器(observer)；根據(jù)上述電壓指令，將電壓施加于上述同步電動(dòng)機(jī)的換流器，上述適應(yīng)觀察器演算角頻率，使推定轉(zhuǎn)子磁通的q軸成分變?yōu)?。
依據(jù)本發(fā)明，由于設(shè)定為適應(yīng)觀察器演算角頻率，使推定轉(zhuǎn)子磁通的q軸成分變?yōu)?，因而可以在旋轉(zhuǎn)二軸上構(gòu)成適應(yīng)觀察器。
該發(fā)明所涉及的同步電動(dòng)機(jī)的控制裝置，其特征在于在上述發(fā)明之中，前述適應(yīng)觀察有凸極比不為1的電動(dòng)機(jī)模型(model)。
依據(jù)本發(fā)明，由于適應(yīng)觀察器設(shè)定有凸極比不為1的電動(dòng)機(jī)模型，因而即使使用低價(jià)格的計(jì)算機(jī)，也能夠在高轉(zhuǎn)速上控制同步電動(dòng)機(jī)，此外還可將使用范圍擴(kuò)大到有凸極性的同步電動(dòng)機(jī)。
該發(fā)明所涉及的同步電動(dòng)機(jī)的控制裝置，其特征在于前述適應(yīng)觀察器具有由前述推定轉(zhuǎn)速的函數(shù)付與的反饋增益，在上述發(fā)明中使從同步電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速誤差到磁通推定誤差的傳輸特性在頻域平均化。
依據(jù)本發(fā)明，由于規(guī)定其具有將從同步電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速誤差到磁通推定誤差的傳輸特性在頻域平均化的由前述推定轉(zhuǎn)速的函數(shù)付與的反饋增益，因而即使在低轉(zhuǎn)速驅(qū)動(dòng)時(shí)也可以任意設(shè)定同步電動(dòng)機(jī)的極而且還能夠不產(chǎn)生磁通推定精度惡化地，穩(wěn)定控制同步電動(dòng)機(jī)。
該發(fā)明所涉及的同步電動(dòng)機(jī)的控制裝置，其特征在于在上述發(fā)明之中，前述觀察器根據(jù)前述旋轉(zhuǎn)二軸座標(biāo)(d-q軸)上的電流與前述推定電流的偏差的q軸成分，演算推定(估算)轉(zhuǎn)速。
依據(jù)本發(fā)明，由于規(guī)定其根據(jù)旋轉(zhuǎn)二軸座標(biāo)(d-q軸上的電流和推定電流間的偏差的q軸成分演算推定轉(zhuǎn)速，因而可通過(guò)省略與推定電流的偏差的q軸成分和推定轉(zhuǎn)子磁通的積來(lái)削減演算所需要的乘除次數(shù)，從而可以縮短演算時(shí)間。
該發(fā)明所涉及的同步電動(dòng)機(jī)的控制裝置，其特征在于在上述發(fā)明之中，前述適應(yīng)觀察器根據(jù)將前述旋轉(zhuǎn)二軸座標(biāo)(d-q軸)上的電流與推定電流偏差的q軸成分除以前述推定轉(zhuǎn)子磁通的值演算推定轉(zhuǎn)速。
依據(jù)本發(fā)明，由于規(guī)定根據(jù)將旋轉(zhuǎn)二軸座標(biāo)(d-q軸)上的電流與推定電流的偏差的q軸成分除以推定轉(zhuǎn)子磁通的值演算推定轉(zhuǎn)速，因而即使轉(zhuǎn)子磁通因溫度而變化也可使轉(zhuǎn)速的推定應(yīng)答保持一定。
該發(fā)明所涉及的同步電動(dòng)機(jī)的控制裝置，其特征在于具備輸出前述旋轉(zhuǎn)二軸座標(biāo)(d-q軸)上的電流指令的速度控制器，使在上述發(fā)明之中，電流指令根據(jù)從前述適應(yīng)觀察器得到的推定轉(zhuǎn)速或前述角頻率的至少一方的值與轉(zhuǎn)速指令一致。
依據(jù)本發(fā)明，由于設(shè)置了給與旋轉(zhuǎn)二軸座標(biāo)(d-q軸)上的電流指令的速度控制器，使電流指令根據(jù)從前述適應(yīng)觀察器得到推定轉(zhuǎn)速或角頻率的至少一方的值，與轉(zhuǎn)速指令一致。因而能夠控制同步電動(dòng)機(jī)的速度。


圖1示出本發(fā)明的實(shí)施形態(tài)1的同步電動(dòng)機(jī)的控制裝置的整體結(jié)構(gòu)框圖。
圖2示出與實(shí)施形態(tài)1有關(guān)的適應(yīng)觀察器的結(jié)構(gòu)框圖。
圖3示出電動(dòng)機(jī)模型11a的結(jié)構(gòu)。
圖4示出適應(yīng)觀察器9b的結(jié)構(gòu)。
圖5示出電動(dòng)機(jī)模型11b的結(jié)構(gòu)。
圖6示出適應(yīng)觀察器9c的結(jié)構(gòu)。
圖7示出電動(dòng)機(jī)模型11c的結(jié)構(gòu)。
圖8示出系統(tǒng)噪聲與檢測(cè)噪聲作為干擾輸入時(shí)同步電動(dòng)機(jī)1的框圖。
圖9是根據(jù)(46)式得到的反饋增益h11、h12、h21、h22、h31、h32、h41、h42、的一例。
圖10示出改變?nèi)我庹龜?shù)ε的值時(shí)，適應(yīng)觀察器的最大極的大小的曲線圖。
圖11是與可通過(guò)(46)式得到的凸極比不是1的同步電動(dòng)機(jī)有關(guān)的反饋增益h11、h12、h21、h22、h31、h32、h41、h42的一例。
圖12示出改變?nèi)我庹龜?shù)ε的值時(shí)，適應(yīng)觀察器最大極的大小的曲線圖。
圖13示出增益演算器15d的內(nèi)部構(gòu)成。
圖14示出將轉(zhuǎn)速指令與推定轉(zhuǎn)速的偏差放大的周知的速度控制裝置的構(gòu)成圖。
圖15示出現(xiàn)用的同步電動(dòng)機(jī)的控制裝置的整體構(gòu)成框圖。
圖16示出現(xiàn)用適應(yīng)觀察器9的內(nèi)部構(gòu)成。
具體實(shí)施例方式
下面參照附圖，詳細(xì)說(shuō)明本發(fā)明涉及的接收機(jī)的最佳實(shí)施形態(tài)。
實(shí)施形態(tài)1首先就本發(fā)明所用的適應(yīng)觀察器的導(dǎo)出加以說(shuō)明。若將(4)、(5)、(10)式所示的電動(dòng)機(jī)模型用任意的角頻率w，座標(biāo)轉(zhuǎn)換到旋轉(zhuǎn)二軸座標(biāo)(d-q軸)上，即可得到下面所示的(11)-(13)式。ddtid0iq0pdr0pqr0=-RLw0wr0L-w-RL-wr0L0000w-wr000-w+wr00id0iq0pdr0pqr0+1L001L0000vd*vq*-e1e2e3e4...(11)]]>wr0=(kp+kis)(ed·pqr0-eq·pdr0)........(12)]]>e1e2e3e4=g1-g2g2g1g3-g4g4g3edeq........(13)]]>由于該(11)-(13)式用任意的角頻率w在旋轉(zhuǎn)的旋轉(zhuǎn)二軸座標(biāo)上成立，那么，用下述所示的(14)式給出的角頻率w在旋轉(zhuǎn)的旋轉(zhuǎn)二軸座標(biāo)上也當(dāng)然成立。w=wr0-e4pdr0.........(14)]]>該(14)式給出的角頻w的演算相當(dāng)于演算角頻率w，使推定轉(zhuǎn)子磁通的q軸成分變?yōu)?。因而在該實(shí)施形態(tài)中，將由(14)式給出的在角頻率w上旋轉(zhuǎn)的旋轉(zhuǎn)二軸座標(biāo)定義為d-q軸。
將該(14)式代入(11)式的第4行，則得出下述(15)式。ddtpqr0=0.........(15)]]>在本發(fā)明之中，使推定轉(zhuǎn)子磁通矢量的方向與d軸一致，此時(shí)由于下述(16)式成立，所以將(15)、(16)式代入(11)、(12)式，即可得出下述(17)、(18)式。
pqr0＝0 …(16)ddtid0rq0pdr0=-RLw0-w-RL-wr0L000id0rq0pdr0+1L001L00vd*vq*-e1e2e3...(17)]]>wr0=(kp+kis)(eq·pdr0).....(18)]]>因而若能根據(jù)(13)、(14)、(17)、(18)式與由(4)-(10)式構(gòu)成的現(xiàn)用的適應(yīng)觀察器進(jìn)行同樣的演算，則變?yōu)橛锌赡茉谛D(zhuǎn)二軸座標(biāo)軸上進(jìn)行。
再者，輸入到現(xiàn)用的適應(yīng)觀察器的靜止二軸座標(biāo)上的電壓指令va*vb*是交流，與此相反，這里所示的輸入到(13)、(14)、(17)、(18)式構(gòu)成的適應(yīng)觀察器中的電壓指令vd*、vq*由于是旋轉(zhuǎn)二軸座標(biāo)軸上的變數(shù)，因而是直流量。
因而用計(jì)算機(jī)實(shí)現(xiàn)現(xiàn)用的適應(yīng)觀察器的演算時(shí)，要實(shí)現(xiàn)高轉(zhuǎn)速驅(qū)動(dòng)就必須以非常快的周期進(jìn)行電壓va*、vb*的取樣。而這里所示的由(13)、(14)、(17)、(18)式構(gòu)成的適應(yīng)觀察器，由于電壓指令vd*、vq*是直流量，因而能夠解決該問(wèn)題。
繼而就與本實(shí)施形態(tài)1有關(guān)的同步電動(dòng)機(jī)的控制裝置的構(gòu)成加以說(shuō)明。
圖1示出與本實(shí)施形態(tài)1有關(guān)的同步電動(dòng)機(jī)的控制裝置。由于在該圖之中，1、2、3、4與現(xiàn)用裝置相同，因而在此將說(shuō)明省略。5a、8a是座標(biāo)轉(zhuǎn)換器，9a是適應(yīng)觀察器，17是積分器。
座標(biāo)轉(zhuǎn)換器5a根據(jù)從積分器17得到的旋轉(zhuǎn)位置th0將旋轉(zhuǎn)二軸座標(biāo)軸(d-q軸)上的d軸電壓指令vd*以及q軸電壓指令vq*座標(biāo)轉(zhuǎn)換為三相電壓指令va*、vv*、vw*。
座標(biāo)轉(zhuǎn)換器8a將從積分器17得到的旋轉(zhuǎn)位置th0從電流檢出器2得到的U相電流iu和V相電流iv，根據(jù)上述靜止二軸座標(biāo)(a-b軸)上的a軸電流ia以及b軸電流ib，輸出旋轉(zhuǎn)二軸座標(biāo)(d-q軸)上d軸電流id以及q軸電流iq。
適應(yīng)觀察器9a根據(jù)上述旋轉(zhuǎn)二軸座標(biāo)軸(d-q軸)上的d軸電壓指令vd*以及q軸電壓指令vq*與旋轉(zhuǎn)二軸座標(biāo)(d-q軸)上的d軸電流id以及q軸電流iq，輸出推定轉(zhuǎn)子磁通pdr0與角頻率w和推定轉(zhuǎn)速wr0。
積分器17將從上述適應(yīng)觀察器9a得到的角頻率w積分，輸出旋轉(zhuǎn)位置th0。
圖2示出適應(yīng)觀察器9a的內(nèi)部結(jié)構(gòu)。在該圖之中，由于15與現(xiàn)用裝置相同，因而將說(shuō)明省略。11a是電動(dòng)機(jī)模型，12a、13a是減法器，14a是速度同步器，16a是偏差放大器。
電動(dòng)機(jī)模型11a根據(jù)旋轉(zhuǎn)二軸座標(biāo)(d-q軸)上的d軸電壓指令vd*以及q軸電壓指令vq*和推定轉(zhuǎn)速wr0以及后述的偏差e1、e2、e3、e4，按照(14)、(17)式演算旋轉(zhuǎn)二軸座標(biāo)(d-q軸)上的d軸推定電流id0以及q軸推定電流iq0、d軸推定轉(zhuǎn)子磁通pdr0以及角頻率w。
減法器12a將從上述d軸推定電流id0減去d軸電流id的結(jié)果作為d軸電流偏差ed輸出。減法器13a將從上述q軸推定電流iq0減去q軸電流iq的結(jié)果作為q軸電流偏差eq輸出。
速度同步器14a根據(jù)上述pdr0、eq，按照(18)式輸出推定轉(zhuǎn)速wr0。增益演算器15根據(jù)上述推定轉(zhuǎn)速wr0，按照(6)-(9)式，輸出放大q1、q2、q3、q4。
偏差放大器16a將上述電流偏差ed、eq用上述放大g1、g2、g3、g4放大，輸出偏差e1、e2、e3、e4。即偏差放大器16a按照(13)式將偏差e1、e2、e3、e4輸出到電動(dòng)機(jī)模型11a。
通過(guò)以上結(jié)構(gòu)，適應(yīng)觀察器9a輸出推定轉(zhuǎn)子磁通pdr0、角頻率w以及推定轉(zhuǎn)速wr0。
圖3示出電動(dòng)機(jī)模型11a的結(jié)構(gòu)。在該圖之中，18、19是矩陣放大器，20-23是加減法器，24-26是積分器，27是除法器。
矩陣增益器18根據(jù)輸入的上述電壓指令vd*、vq*，輸出(17)式右邊第2項(xiàng)的演算結(jié)果。矩陣放大器19根據(jù)輸入的角頻率w、推定轉(zhuǎn)速wr0、推定電流id0、iq0以及推定轉(zhuǎn)子磁通pdr0，輸出(17)式右邊第1項(xiàng)的演算結(jié)果。
加減法器20-22將(17)式右邊第1項(xiàng)、第2項(xiàng)、第3項(xiàng)加減，分別輸出d/dt id0、d/dt iq0、d/dt pdr0。積分器24通過(guò)將上述d/dt id0積分，輸出id0。積分器25通過(guò)將上述d/dt iq0積分，輸出iq0。積分器26通過(guò)將上述d/dt pdr0積分，輸出pdr0。
除法器27根據(jù)輸入的e4、pdr0，輸出(14)式右邊第2項(xiàng)的演算結(jié)果。減法器23通過(guò)從推定轉(zhuǎn)速wr0減去上述除法器的輸出，輸出(14)式右邊，即角頻率w。
通過(guò)以上的結(jié)構(gòu)，電動(dòng)機(jī)模型9a按照(14)、(17)式，演算旋轉(zhuǎn)二軸座標(biāo)(d-q軸)上的d軸推定電流id0以及q軸推定電流iq0、d軸推定轉(zhuǎn)子磁通pdr0以及角頻率w。
采用該實(shí)施形態(tài)，由于適應(yīng)觀察器在旋轉(zhuǎn)二軸上構(gòu)成，因而即使在高速運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)，輸入到適應(yīng)觀察器中的電壓vd*、vq*的頻率成分是直流成分。因此在用計(jì)算機(jī)實(shí)現(xiàn)適應(yīng)觀察器的演算時(shí)也沒(méi)有必要以非?？斓闹芷谶M(jìn)行電壓vd*、vq*的取樣。這樣一來(lái)，即使使用低價(jià)計(jì)算機(jī)也能夠在高轉(zhuǎn)速時(shí)控制同步電動(dòng)機(jī)。
實(shí)施形態(tài)2然而，在上述實(shí)施形態(tài)中雖然能夠適用于同步電動(dòng)機(jī)的電感沒(méi)有凸極性的情況，但卻不能適用于有凸極性的同步電動(dòng)機(jī)。為此，在本實(shí)施形態(tài)2之中，關(guān)于也有可能適用于有凸極性的同步電動(dòng)機(jī)的控制裝置加以說(shuō)明。
眾所周知，在有凸極性的同步電動(dòng)機(jī)之中，由于轉(zhuǎn)子磁通方向的電感值和與其成正交方向的電感值不同，因而在下文中將轉(zhuǎn)子磁通方向的電感值定義為L(zhǎng)d，將與其成正交方向的電感值定義為L(zhǎng)q。
眾所周知，在d軸與轉(zhuǎn)子磁通方向同步旋轉(zhuǎn)的旋轉(zhuǎn)二軸座標(biāo)(d-q軸)上，下述(19)式成立。ddtidiqpdr=-RLdLqLdw0-LdLqw-RLq-wrLq000idiqpdr+1Ld001Lq00vdvq...(19)]]>因此，通過(guò)比較(17)式與(19)式的各種要素，作為與有凸極性的同步電動(dòng)機(jī)有關(guān)聯(lián)的適應(yīng)觀察器，就有可能導(dǎo)出下述(20)、(21)、(22)式。ddtid0iq0pdr0=-RLdLqLdw0-LdLqw-RLq-wr0Lq000id0iq0pdr0+1Ld001Lq00vd*vq*-e01e02e03...(20)]]>w=wr0-e04pdr0........(21)]]>e01e02e03e04=g11g12g21g22g31g32g41g42edeq........(22)]]>在(13)式之中，以g1-g4的4種要素構(gòu)成了反饋增益器，而(21)式的系數(shù)則是考慮到凸極比的g11-g41的8種要素，例如參照下述(23)-(30)式，構(gòu)成反饋增益器。g11=-(k-1)RLd......(23)]]>g12=-(k-1)LdLqwr0........(24)]]>g21=(k-1)LqLdwr0.........(25)]]>g22=-(k-1)RLq........(26)]]>g31＝kR …(27)g32＝kLqwr0 …(28)g41＝-kLdwr0 …(29)g42＝kR …(30)該實(shí)施形態(tài)2的構(gòu)成僅僅是用同步電動(dòng)機(jī)1b取代圖1的同步電動(dòng)機(jī)1，用適應(yīng)觀察器9b取代適應(yīng)觀察器9a(未圖示)。
同步電動(dòng)機(jī)1b轉(zhuǎn)子中有永久磁鐵，其轉(zhuǎn)子磁通的大小是pdr。且轉(zhuǎn)子磁通方向(d軸方向)的電感值是Ld，與其成正交方向(q軸方向)的電感值是Lq。
圖4示出適應(yīng)觀察器9b的構(gòu)成。在該圖之中，由于12a、13a、14a與上述實(shí)施形態(tài)相同，因而將其說(shuō)明省略。11b是電動(dòng)機(jī)模型，15b是增益演算器，16b是偏差放大器。
電動(dòng)機(jī)模型11b根據(jù)旋轉(zhuǎn)二軸座標(biāo)(d-q軸)上的d軸電壓指令vd*以及q軸電壓指令vq*和推定轉(zhuǎn)速wr0和后述的偏差e1、e2、e3、e4，按照(20)、(21)式演算旋轉(zhuǎn)二軸座標(biāo)(d-q軸)上的d軸推定電流id0以及q軸推定電流id0和d軸推定轉(zhuǎn)子磁通pdr0以及角頻率w。
增益演算器15b根據(jù)上述推定轉(zhuǎn)速wr0，按照(23)-(30)式輸出放大g11、g12、g21、g22、g31、g32、g41、g42。偏差放大器16b將上述電流偏差ed、eq通過(guò)上述增益g11、g12、g21、g22、g31、g32、g41、g42放大，輸出偏差e01、e02、e03、e04。即，偏差放大器16b按照(22)式將偏差e01、e02、e03、e04輸出到電動(dòng)機(jī)模型11b。
通過(guò)以上結(jié)構(gòu)，適應(yīng)觀察器9b輸出推定轉(zhuǎn)子磁通pdr0、角頻率w以及推定轉(zhuǎn)速wr0。
圖5示出電動(dòng)機(jī)模型11b的構(gòu)成。在該圖中，因20-27與上述實(shí)施形態(tài)相同，因而將其說(shuō)明省略。18b、19b是矩陣放大器。
矩形放大器18b根據(jù)輸入的上述電壓指令vd*、vq*輸出(20)式右邊第2項(xiàng)的演算結(jié)果。矩陣放大器19b根據(jù)輸入的角頻率w、推定轉(zhuǎn)速wr0、推定電流id0、iq0以及推定轉(zhuǎn)子磁通pdr0，輸出(20)右邊第1項(xiàng)的演算結(jié)果。
加減法器20-22，加減(20)式右邊第1項(xiàng)，第2項(xiàng)和第3項(xiàng)。分別輸出d/dt id0、d/dt iq0、d/dt pdr0。除法器27根據(jù)輸入的e04、pdr0，輸出(21)式第2項(xiàng)的演算結(jié)果。減法器23通過(guò)由推定轉(zhuǎn)速wr0減去上述除法器的輸出，輸出(21)式的右邊，即角頻率w。
通過(guò)以上結(jié)構(gòu)，電動(dòng)機(jī)模型9b按照(20)、(21)式演算旋轉(zhuǎn)二軸座標(biāo)(d-q軸)上的d軸推定電流id0以及q軸推定電流iq0和d軸推定轉(zhuǎn)子磁通pdr0以及角頻率w。
依據(jù)該實(shí)施形態(tài)2，與上述實(shí)施形態(tài)1一樣，即便使用低價(jià)計(jì)算機(jī)也能夠在高轉(zhuǎn)速時(shí)控制同步電動(dòng)機(jī)，而且還能將適用范圍擴(kuò)大到有凸極性的同步電動(dòng)機(jī)。
實(shí)施形態(tài)3然而，在上述實(shí)施形態(tài)2之中，雖然規(guī)定將適應(yīng)觀察器9b的狀態(tài)變數(shù)作為id0、iq0、pdr0、pqr0(＝0)來(lái)處理，但也將狀態(tài)變數(shù)作為pds0，pqs0、pdr0，pqr0。在這里，pds0、pqs0是根據(jù)下述所示的(31)式定義的旋轉(zhuǎn)二軸座標(biāo)上的推定電樞反應(yīng)的d軸成分以及q軸成分。pds0pqs0=Ld00Lqids0iqs0.......(31)]]>于是，將該(31)式代入(20)-(22)式，即得出下示(32)-(35)式。ddtpds0pqs0pdr0=-RLdw0-w-RLq-wr0000pds0pqs0pdr0+vd*vq*0-f1f2f3...(32)]]>w=wr0-f4pdr0.........(33)]]>f1f2f3f4=h11h12h21h22h13h32h41h41edeq........(34)]]>id0iq0=1Ld0001Lq0pds0pqs0pdr0.......(35)]]>這里，h11＝Ldg11，h12＝Ldg12h21＝Lqg21，h22＝Lqg22h31＝g31， h32＝g32h41＝g41， h42＝g42該實(shí)施形態(tài)3的結(jié)構(gòu)只是用適應(yīng)觀察器9C取代了圖1中的適應(yīng)觀察器9a。圖6是表示適應(yīng)觀察器9C的構(gòu)成圖。在該圖之中，由于12a、13a、14a與上述實(shí)施形態(tài)相同，因而將其說(shuō)明省略。11C是電動(dòng)機(jī)模型，15C是增益演算器，16C是偏差放大器。
電動(dòng)機(jī)模型11C根據(jù)旋轉(zhuǎn)二軸座標(biāo)(d-q軸)上的d軸電壓指令vd*以及q軸電壓指令vq*和推定轉(zhuǎn)速wr0及下述的偏差f1、f2、f3、f4，按照(32)、(33)式演算旋轉(zhuǎn)二軸座標(biāo)(d-q軸)上的d軸推定電流id0以及q軸推定電流iq0和d軸推定轉(zhuǎn)子磁通pdr0以及角頻率w。
增益演算器15C根據(jù)上述推定轉(zhuǎn)速wr0輸出放大h11、h12、h21、h22、h31、h32、h41、h42。偏差放大器16C通過(guò)上述放大h11、h12、h21、h22、h31、h32、h41、h42放大上述電流偏差ed、eq，輸出偏差f1、f2、f3、f4。即，偏差放大器16C按照(34)式，將偏差f1、f2、f3、f4輸出到電動(dòng)機(jī)模型11C。
通過(guò)以上結(jié)構(gòu)，適應(yīng)觀察器9C輸出推定轉(zhuǎn)子磁通Pdr0，角頻率w以及推定轉(zhuǎn)速wr0。
圖7示出電動(dòng)機(jī)模型11C的結(jié)構(gòu)。在該圖之中，30是放大器，31、32是矩陣放大器，33、34是加減法器，35是減法器，36-38是積分器，39是除法器。
矩陣放大器31根據(jù)輸入的角頻率w、推定轉(zhuǎn)速wr0、推定電樞反應(yīng)Pds0、Pqs0以及推定轉(zhuǎn)子磁通pdr0，輸出(32)式右邊第1項(xiàng)第1行、第2行的演算結(jié)果。
加減法器33-34加減(32)式右邊第1項(xiàng)、第2項(xiàng)和第3項(xiàng)的第2行以及第3行，分別輸出d/dt pds0，d/dt pqs0，放大器30通過(guò)將f3放大一倍，演算(32)式右邊第3行，輸出d/dt pdr0。
積分器36-38分別將d/dt pds0，d/dt pqs0，d/dt pdr0積分，輸出pds0、pqs0、pdr0。放大矩陣32根據(jù)上述pds0、pds0、按照(35)式輸出推定電流id0、iq0。
除法器39根據(jù)輸入的f4、pdr0，輸出(33)式右邊第2項(xiàng)的演算結(jié)果。減法器35通過(guò)從推定轉(zhuǎn)速wr0減去上述除法器39的輸出，輸出(33)式右邊，即角頻率w。
通過(guò)以上結(jié)構(gòu)，電動(dòng)機(jī)模型9C按照(32)、(33)、(35)式演算旋轉(zhuǎn)二軸座標(biāo)(d-q軸)上的d軸推定電流id0以及q軸推定電流iq0和d軸推定轉(zhuǎn)子磁通pdr0以及角頻率w。
該實(shí)施形態(tài)3雖然與上述實(shí)施形態(tài)2狀態(tài)變數(shù)不同，但其本質(zhì)是等價(jià)的。因此，與上述實(shí)施形態(tài)2相同，即便使用低價(jià)計(jì)算機(jī)也能夠在高轉(zhuǎn)速時(shí)控制同步電動(dòng)機(jī)，而且還能將適用范圍擴(kuò)大到有凸極性的同步電動(dòng)機(jī)。
實(shí)施形態(tài)4然而，在上述實(shí)施形態(tài)1之中，將適應(yīng)觀察器的反饋增益器規(guī)定為與同步電動(dòng)機(jī)固有的極成比例。但是將適應(yīng)觀察器的極定為(6)-(9)式所示的放大q1、q2、q3、q4，低轉(zhuǎn)速驅(qū)動(dòng)時(shí)，同步電動(dòng)機(jī)的極變小，適應(yīng)觀察器的極也隨之變小。因此推定磁通的應(yīng)答性惡化，控制系統(tǒng)自身的特性也惡化，而且，當(dāng)實(shí)際轉(zhuǎn)速wr與推定轉(zhuǎn)速wr0之間有偏差時(shí)，產(chǎn)生推定磁通的推定精度惡化的問(wèn)題。
因此，在本實(shí)施形態(tài)4之中，關(guān)于將從同步電動(dòng)機(jī)的速度誤差到磁通推定誤差的傳輸特性使之在頻域平均化的方法加以說(shuō)明，在采用了本方法的同步電動(dòng)機(jī)的控制裝置之中，能夠抑制起因于實(shí)際轉(zhuǎn)速wr與推定轉(zhuǎn)速wr0之間的偏差的磁通推定精度的惡化，而且由于能使觀察器的極的大小保持所希望的值，因而能很好地進(jìn)行轉(zhuǎn)速推定。
首先就該放大器的設(shè)計(jì)方法加以說(shuō)明。正如上述，以任意的角頻率w旋轉(zhuǎn)的旋轉(zhuǎn)二軸座標(biāo)上的同步電動(dòng)機(jī)的方程式由下式結(jié)出。ddtidiqpdrpqr=-RLw0wrL-w-RL-wrL0000w-wr00-w+wr0idiqpdrpqr+1L001L0000vdvq...(36)]]>在此將電樞反應(yīng)Pds、Pqs用(37)式定義，將該式代入(36)式的狀態(tài)方程式，即得出(38)式。pdspqs=L00Lidiq.......(37)]]>ddtpdspqspdrpqr=-RLw0wr-w-RL-wr0000w-wr00-w+wr0pdspqspdrpqr+10010000vdvq...(38)]]>在此轉(zhuǎn)速wr只改變?chǔ)r，則(38)式變得與(39)式一樣。ddtpdspqspdrpqr=-RLw0wr+Δwr-w-RL-wr-Δwr0000w-wr-Δwr00-w+wr+Δwr0pdspqspdrpqr10010000vdvq]]>=-RLw0wr-w-RL-wr0000w-wr00-w+wr0pdspqspdrpqr+10010000vdvq+01-100-110Δwrpdrpqr]]>=-RLw0wr-w-RL-wr0000w-wr00-w+wr0pdspqspdrpqr+10010000vdvq+01-100-110w2dw2q...(39)]]>這里，w2dw2q=Δwrpdr0Δwrpqr0]]>因此，(39)式可以解釋為它是在(38)式所表現(xiàn)的理想的同步電動(dòng)機(jī)之中，將(40)式中所示的系統(tǒng)噪聲與檢測(cè)噪聲作為干擾輸入的計(jì)算式。
系統(tǒng)噪聲01-100-110w2dw2q]]>檢測(cè)噪聲ϵ00ϵw1........(40)]]>圖8是此時(shí)的同步電動(dòng)機(jī)1的框圖。
由以上事實(shí)可知，將在轉(zhuǎn)速與推定轉(zhuǎn)速之間只有Δwr發(fā)生偏差時(shí)的干擾用(40)式公式化，若規(guī)定反饋增益h11、h12、h21、h22、h31、h32、h41、h42，從該(40)式所示的干擾到推定磁通誤差的傳輸行列放大定為最小，則即便在轉(zhuǎn)速與推定轉(zhuǎn)速間發(fā)生偏差，也能夠抑制對(duì)于起因于速度偏差的推定轉(zhuǎn)子磁通的影響。
首先用(41)、(42)、(43)、(44)式定義行列A、C、Q、R。在此，A是將w＝0代入(38)式右邊第1項(xiàng)的行列，C是從磁通到電流的行列，Q是與系統(tǒng)噪聲相關(guān)的共離散行列，R是與檢測(cè)噪聲相關(guān)的共離散行列。A=-RL00wr0-RL-wr0000-wr00wr0.....(41)]]>C=1L00001L00........(42)]]>Q=01-100-11001-100-110T=10-10010-1-10100-101...(43)]]>R=ϵ00ϵϵ00ϵT=ϵ200ϵ2.....(44)]]>
接著，求出滿足(44)式所示的李卡其方程式的正定的唯一解，而且若用(45)式給出反饋增益h11、h12、h21、h22、h31、h32、h41、h42，則即便在轉(zhuǎn)速與推定轉(zhuǎn)速之間發(fā)生了偏差，也有可能抑制對(duì)于起因于速度偏差的推定轉(zhuǎn)子磁通的影響。
PAT+AP-PCTR-1CPT+Q＝0…(45)但是，由于行列A含有轉(zhuǎn)速wr，因而反饋增益h11、h12、h21、h22、h31、h32、h41、h42亦成為轉(zhuǎn)速的函數(shù)。
因此預(yù)先就各種轉(zhuǎn)速準(zhǔn)備一份反饋增益h11、h12、h21、h22、h31、h32、h41、h42的數(shù)值圖表，作為推定轉(zhuǎn)速的函數(shù)取代轉(zhuǎn)速，即可決定反饋增益h11、h12、h21、h22、h31、h32、h41、h42。
圖9是給出適當(dāng)ε，用(46)式得出的反饋增益h11、h12、h21、h22、h31、h32、h41、h42的一例，僅僅是在增益演算器之中預(yù)先準(zhǔn)備了將圖9的關(guān)系制成的圖表。由于增益演算器不能檢出實(shí)際轉(zhuǎn)速，因而只要作為推定轉(zhuǎn)速的函數(shù)放置即可。h11h12h21h22h31h32h41h42=PCTR-1........(46)]]>另外，圖10是將使任意正數(shù)ε的值變化時(shí)的適應(yīng)觀察器的最大極的的大小圖表化的圖。從該圖可知一改變?chǔ)诺拇笮?，觀察器的最大極的大小也隨之變化。若利用這一特性就可將觀察器的極的大小設(shè)定在所希望的值上。
從圖9可知，在實(shí)施形態(tài)1，凸極比為1的同步電動(dòng)機(jī)的情況下，(47)-(50)式成立。
h11＝h22 …(47)h21＝-h12…(48)h31＝h42 …(49)h41＝-h32…(50)然而，由于在凸極比為1的同步電動(dòng)機(jī)的情況下，(37)式成立，因而若用(51)-(54)式給出圖2增益演算器內(nèi)部的g1-g4，則可將從(40)式所示的干擾到推定磁通誤差的傳輸行列放大定為最小。g1=h11L........(51)]]>g2=h21L........(52)]]>g3＝h31…(53)g4＝h41…(54)若采用該實(shí)施形態(tài)4，即便在低轉(zhuǎn)速驅(qū)動(dòng)時(shí)，也可任意設(shè)定同步電動(dòng)機(jī)的極，而且由于放大到適合在推定轉(zhuǎn)速與實(shí)際轉(zhuǎn)速之間存在誤差時(shí)進(jìn)行狀態(tài)推定，因而不會(huì)產(chǎn)生磁通推定精度的惡化。能夠穩(wěn)定地控制同步電動(dòng)機(jī)。
實(shí)施形態(tài)5在上述實(shí)施形態(tài)4之中，雖然就與凸極比為1的同步電動(dòng)機(jī)有關(guān)的控制裝置。進(jìn)行了說(shuō)明，但也能夠應(yīng)用于實(shí)施形態(tài)3中說(shuō)明的與凸極比不是1的同步電動(dòng)機(jī)有關(guān)的控制裝置。
即，在實(shí)施形態(tài)4之中，采用考慮到凸極比的(55)、(56)式取代(41)、(42)式，求出李卡其方程式(45)式的解P，將其解P代入(46)式即可。A=-RLd00wr0-RLq-wr0000-wr00wr0......(55)]]>C=1Ld00001Lq00.......(56)]]>
圖11是給出適當(dāng)?shù)摩?，?46)式可得出的，與凸極比不是1的同步電動(dòng)機(jī)1a有關(guān)的反饋增益h11、h12、h21、h22、h31、h32、h41、h42的一例。
此外，圖12是將改變?nèi)我庹龜?shù)ε的值時(shí)的適應(yīng)觀察器的最大極的大小圖表化的圖。從該圖可知，一改變?chǔ)诺拇笮。^察器最大極的大小也隨之變化。關(guān)于裝置的結(jié)構(gòu)，只要在上述實(shí)施形態(tài)4的第6圖之中將增益演算器15c置換為增益演算器15d即可。
圖13示出該實(shí)施形態(tài)5之中的增益演算器15d的內(nèi)部結(jié)構(gòu)40-47是放大圖表。放大圖表40存儲(chǔ)預(yù)先導(dǎo)出的圖11所示的h11的關(guān)系。根據(jù)輸入的推定轉(zhuǎn)速wr0，輸出反饋增益h11的值。放大圖表41-47也一樣，存儲(chǔ)預(yù)先導(dǎo)出的圖11所示的h12、h21、h22、h31、h32、h41、h42的關(guān)系，根據(jù)輸入的推定轉(zhuǎn)速wr0，分別輸出反饋增益h12、h21、h22、h31、h32、h41、h42的值。
依據(jù)該實(shí)施形態(tài)，即便是凸極比不是1的同步電動(dòng)機(jī)，即便是在低轉(zhuǎn)速驅(qū)動(dòng)時(shí)，均能夠任意設(shè)定同步電動(dòng)的極，而且由于放大到適合在推定轉(zhuǎn)速與實(shí)際轉(zhuǎn)速之間存在誤差時(shí)進(jìn)行狀態(tài)推定，因而不會(huì)產(chǎn)生磁通推定精度的惡化，能夠穩(wěn)定地控制同步電動(dòng)機(jī)。
實(shí)施形態(tài)6在上述實(shí)施形態(tài)之中，速度同步器(14)根據(jù)(18)式進(jìn)行演算，但也可用任意正數(shù)乘除(18)式的右邊。例如，轉(zhuǎn)子磁通pdr以及推定轉(zhuǎn)子磁通pdr0是正數(shù)，據(jù)此也可用將(18)式除以pdr0或(pdr0)2得出的(57)式或(58)式給出推定轉(zhuǎn)速wr0。wr0=(kp+kis)eqpdr0.....(57)]]>wr0=(kp+kis)eq.....(58)]]>采用(57)式給出推定轉(zhuǎn)速wr0時(shí)，即使轉(zhuǎn)子磁通隨溫度變化也能夠?qū)⑥D(zhuǎn)速的推定應(yīng)答保持一定值，此外，采用(58)式給出的推定轉(zhuǎn)速時(shí)，由于可以削減演算所需的乘除次數(shù)，因而可縮短演算時(shí)間。
實(shí)施形態(tài)7在上述實(shí)施形態(tài)之中，關(guān)于根據(jù)矢量指令矢量控制同步電動(dòng)機(jī)的裝置進(jìn)行了說(shuō)明，但是眾所周知，也可以采用將轉(zhuǎn)速指令與推定轉(zhuǎn)速的偏差放大的速度控制裝置。
圖14是表示將轉(zhuǎn)速指令與推定轉(zhuǎn)速的偏差放大的、眾所周知的速度控制手段的結(jié)構(gòu)圖。在該圖之中，48是減法器，49是速度控制器。
減法器48從轉(zhuǎn)速指令wr*中減去推定轉(zhuǎn)速wr0，將其偏差輸出到速度控制器49之中，速度控制器49根據(jù)轉(zhuǎn)速指令wr*和推定wr0的偏差，輸出q軸電流指令iq*。
采用該實(shí)施形態(tài)7可對(duì)上述同步電動(dòng)機(jī)進(jìn)行速度控制。再者，用角頻率w取代推定轉(zhuǎn)速wr0，也可取得同樣效果。
如上所述，采用該發(fā)明，為使適應(yīng)觀察器推定轉(zhuǎn)子磁通的q軸成分為零，可通過(guò)演算角頻率w使適應(yīng)觀察器在旋轉(zhuǎn)二軸上的構(gòu)成變?yōu)榭赡?。其結(jié)果，即使在高速運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)，由于輸出到適應(yīng)觀察之中的電壓vd*、vq*的頻率成分是直流成分，因此在用計(jì)算機(jī)實(shí)現(xiàn)適應(yīng)觀察器的演算時(shí)，也沒(méi)有必要以非?？斓闹芷谶M(jìn)行電壓vd*、vq*的取樣。所以即使使用低價(jià)計(jì)算機(jī)也能控制高轉(zhuǎn)速的同步電動(dòng)機(jī)。
采用該發(fā)明，由于適應(yīng)觀察器有凸極比不是1的型號(hào)，因此即使使用低價(jià)計(jì)算機(jī)也能控制高轉(zhuǎn)速的同步電動(dòng)機(jī)，而且可將其適用范圍擴(kuò)大到有凸極比的同步電動(dòng)機(jī)。
采用該發(fā)明，由于具備在頻域?qū)耐诫妱?dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速誤差到磁通推定誤差的傳輸特性平均化的，有由推定轉(zhuǎn)速的函數(shù)給出的反饋增益的適應(yīng)觀察器，因此即使在低速驅(qū)動(dòng)時(shí)，也能夠任意設(shè)定同步電動(dòng)機(jī)的極，而且還能夠無(wú)磁通推定精度惡化地穩(wěn)定控制同步電動(dòng)機(jī)。
采用該發(fā)明，由于具備根據(jù)旋轉(zhuǎn)二軸座標(biāo)(d-q軸)上的電流和推定電流之間的偏差的q軸成分演算推定轉(zhuǎn)速的適應(yīng)觀察器，由于可通過(guò)省略與推定電流的偏差的q軸成分與推定轉(zhuǎn)子磁通的積而削減演算所需的乘除次數(shù)，因而可縮短演算時(shí)間。
采用該發(fā)明，由于具備根據(jù)將旋轉(zhuǎn)二軸座標(biāo)(d-q軸)上的電流與上述推定電流之間的偏差的q軸成分除以上速推定轉(zhuǎn)子磁通的值演算推定轉(zhuǎn)速的適應(yīng)觀察器，因而即使轉(zhuǎn)子磁通隨溫度變化也能夠使轉(zhuǎn)速的推定應(yīng)答保持一定。
采用該發(fā)明，由于具備根據(jù)從適應(yīng)觀察器得出的推定轉(zhuǎn)速或角頻率w的至少一方的值，給與旋轉(zhuǎn)二軸座標(biāo)(d-q軸)上的電流指令使之與轉(zhuǎn)速指令一致的速度控制器，因而能控制同步電動(dòng)機(jī)的速度。
如上所述，本發(fā)明所涉及的同步電動(dòng)機(jī)的控制裝置適用于包含適應(yīng)觀察器的各種同步電動(dòng)機(jī)。
權(quán)利要求
1.一種同步電動(dòng)機(jī)的控制裝置，其特征在于，包括檢出同步電動(dòng)機(jī)電流的電流檢出器；將從上述電流檢出器得到的電流座標(biāo)轉(zhuǎn)換為用角頻率旋轉(zhuǎn)的旋轉(zhuǎn)二軸座標(biāo)(d-q軸)上的電流的座標(biāo)轉(zhuǎn)換器；輸出旋轉(zhuǎn)二軸座標(biāo)(d-q軸)上的電壓指令，使旋轉(zhuǎn)二軸座標(biāo)(d-q軸)上的電流服從于旋轉(zhuǎn)二軸座標(biāo)(d-q軸)上的電流指令的電流控制器；將從上述電流控制器得到的旋轉(zhuǎn)二軸座標(biāo)(d-q軸)上的電壓指令座標(biāo)轉(zhuǎn)換為三相電壓指令的座標(biāo)轉(zhuǎn)換器；根據(jù)上述旋轉(zhuǎn)二軸座標(biāo)(d-q軸)上的電流與上述旋轉(zhuǎn)二軸座標(biāo)(d-q軸)上的電壓指令，計(jì)算上述角頻率、上述同步電動(dòng)機(jī)的推定電流、推定轉(zhuǎn)子磁通和推定轉(zhuǎn)速的適應(yīng)觀察器；根據(jù)上述電壓指令，將電壓施加于上述同步電動(dòng)機(jī)的換流器；上述適應(yīng)觀察器計(jì)算角頻率，使推定轉(zhuǎn)子磁通的q軸成分變?yōu)榱恪?br> 2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的同步電動(dòng)機(jī)的控制裝置，其特征在于上述適應(yīng)觀察器有凸極比不為1的電動(dòng)機(jī)模型。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的同步電動(dòng)機(jī)的控制裝置，其特征在于上述適應(yīng)觀察器具有以上述推定轉(zhuǎn)速的函數(shù)給出的反饋增益，使從同步電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速誤差到磁通推定誤差的傳遞特性在頻域平均化。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的同步電動(dòng)機(jī)的控制裝置，其特征在于上述適應(yīng)觀察器根據(jù)上述旋轉(zhuǎn)二軸座標(biāo)(d-q軸)的電流與上述推定電流間的偏差的q軸成分計(jì)算推定轉(zhuǎn)速。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的同步電動(dòng)機(jī)的控制裝置，其特征在于上述適應(yīng)觀察器根據(jù)將上述旋轉(zhuǎn)二軸座標(biāo)(d-q軸)上的電流與上述推定電流間的偏差的q軸成分除以上述推定轉(zhuǎn)子磁通的值，計(jì)算推定轉(zhuǎn)速。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的同步電動(dòng)機(jī)的控制裝置，其特征在于包括速度控制器，輸出上述旋轉(zhuǎn)二軸座標(biāo)(d-q軸)上的電流指令，根據(jù)從上述適應(yīng)觀察器獲得的推定轉(zhuǎn)速或上述角頻率至少一方的值，使之與轉(zhuǎn)速指令相一致。
全文摘要
具有檢出同步電動(dòng)機(jī)電流的電流檢出器，將從該電流檢出器得到的電流用角頻率w坐標(biāo)轉(zhuǎn)換為旋轉(zhuǎn)的旋轉(zhuǎn)二軸坐標(biāo)(d－q軸)上的電流的坐標(biāo)轉(zhuǎn)換器，輸出旋轉(zhuǎn)二軸坐標(biāo)(d－q軸)上的電壓指令，使旋轉(zhuǎn)二軸坐標(biāo)(d－q軸)上的電流服從于旋轉(zhuǎn)二軸坐標(biāo)(d－q軸)上的電流指令的電流控制器，將從電流控制器得到的旋轉(zhuǎn)二軸坐標(biāo)(d－q軸)上的電壓指令坐標(biāo)轉(zhuǎn)換為三相電壓指令的坐標(biāo)轉(zhuǎn)換器，根據(jù)旋轉(zhuǎn)二軸坐標(biāo)(d－q軸)上的電流與旋轉(zhuǎn)二軸坐標(biāo)(d－q軸)上的電壓指令演算角頻率w與同步動(dòng)機(jī)的推定電流、推定轉(zhuǎn)子磁通與推定轉(zhuǎn)速的適應(yīng)觀察器，根據(jù)電壓指令將電壓施加于同步電動(dòng)機(jī)的換流器，適應(yīng)觀察器算角頻率w，使推定轉(zhuǎn)子磁通的q軸成分變?yōu)榱恪?br> 文檔編號(hào)H02P3/18GK1437791SQ01811508
公開(kāi)日2003年8月20日 申請(qǐng)日期2001年4月24日 優(yōu)先權(quán)日2001年4月24日
發(fā)明者金原義彥, 貝谷敏之 申請(qǐng)人:三菱電機(jī)株式會(huì)社