Pm馬達的無位置傳感器控制裝置制造方法【專利摘要】永磁馬達的無位置傳感器控制裝置中的推定相位，在低速區(qū)域無法正確地推定。設(shè)置感應(yīng)電力運算部，輸入零電壓矢量期間中的γ-δ坐標下的電流檢測值和電流微分信息，運算速度電動勢eγ、eδ。將所運算出的速度電動勢eγ、eδ輸入旋轉(zhuǎn)速度推定部而求出推定速度ω^，通過對該推定速度進行時間積分而計算出推定相位θ^。【專利說明】PM馬達的無位置傳感器控制裝置【
技術(shù)領(lǐng)域：
】[0001]本發(fā)明涉及PM馬達的無位置傳感器控制裝置，涉及能夠在PM馬達低速運行時根據(jù)電流利用微分信息來推定感應(yīng)電壓、并利用該推定電壓來推定旋轉(zhuǎn)速度/磁極位置的無傳感器控制裝置?！?br>背景技術(shù)：
】[0002]伴隨著磁鐵的性能提高，以無制動(阻尼)繞組的永磁鐵為勵磁源的同步電動機(下面稱為PM馬達)供于實用。在伺服用途等中，為了對該PM馬達進行可變速控制，需要轉(zhuǎn)子磁極的位置信息。但是，在檢測該位置信息的傳感器中大多內(nèi)置有半導體元件等電子部件，并且小型傳感器的機械強度低等，在耐環(huán)境性、耐久性上存在課題。[0003]因此，在不要求高的位置控制精度、響應(yīng)性的用途中，期望通過應(yīng)用無位置傳感器控制法與控制性能相比更進一步改善可靠性，目前為止開展了很多研究，其中該無位置傳感器控制法不使用位置傳感器而根據(jù)逆變器的電壓、電流信息來推定磁極位置。[0004]如果要大致地區(qū)分該無位置傳感器控制方式的原理，則有下面的兩種。[0005]其一是推定通過勵磁磁鐵的磁通所產(chǎn)生的速度電動勢分量的方法。該方法根據(jù)逆變器輸出的電壓、電流的基波分量來推定基于馬達的勵磁磁通的速度電動勢。能夠以勵磁軸(d軸)與其正交軸(q軸)的電感分量相等這樣的非凸極機特性、以及各軸的電感不相等的凸極機特性這樣的觀點對PM馬達進行分類，而該方法能夠應(yīng)用于這兩種特性，因此該方法的優(yōu)點是能夠利用于所有PM馬達。但是，在旋轉(zhuǎn)速度低的區(qū)域速度電動勢變小。通常的逆變器通過利用了PWM調(diào)制方式的電壓控制向馬達提供電力，但是在檢測逆變器輸出電壓的情況下，存在難以根據(jù)包含高頻分量的PWM波形來正確且高速地檢測基波分量的電壓的問題。[0006]還有將應(yīng)用PWM調(diào)制的前階段中的電壓指令應(yīng)用為電壓檢測信息的替代的方法。該方法存在死區(qū)時間、開關(guān)元件的動作延遲時間等導致的電壓誤差的影響。因此相對PM馬達的速度下降而速度電動勢逐漸變小而言，該電壓誤差量并未減少，因此相對來說不能忽略，正確的無位置傳感器控制變得困難。[0007]另一個方法是通過對逆變器的輸出電壓、電流分量重疊高頻分量來測量電感并推定磁性的凸極軸。[0008]如果是具有在d軸與q軸的電感之間有差異的凸極性的PM馬達，則該方法能夠通過持續(xù)地逐次測量各軸分量的電感來推定勵磁磁極軸的相位。但是，該方法不能應(yīng)用于非凸極機特性的PM馬達，除此之外，勵磁磁極軸(d軸)存在N極和S極這兩種極性，所以為了判別它們還需要在控制中追加利用了磁飽和等的附加磁極判別法。[0009]也就是說，前者的推定電動勢的方法在低速域不能正確地進行動作，而后者的重疊高頻的方法中雖然能夠進行低速域中的動作，但是能夠應(yīng)用的馬達受限，不能應(yīng)用于具有非凸極機特性的情況、磁飽和少的PM馬達。[0010]非專利文獻I:M.Janson,L.Harnefors,0.ffallmark,andM.Leksel1:“SynchronizationatStartupandStableRotationReversalofSensorlessNonsalientPMSMDrives”，IEEETrans.1E，Vol.53，N0.2，pp.379-387(2006)[0011]非專利文2:L.HarneforsjM.Janson,R.0tterstenjandK.Pietilainenj“UnifiedSensorlessVectorControlofSynchronousandInductionMotors”IEEETrans.1nd.Electron.，Vol.50，N0.1，pp.153-160，F(xiàn)eb.2003，【
發(fā)明內(nèi)容】[0012]作為低速的無位置傳感器控制方式有非專利文獻1，使用圖6所示的控制塊來進行無傳感器控制。非專利文獻I所示的控制方式基本上是電動勢推定方式的一種，推定方式的原理記載于非專利文獻2中，利用圖6所示的用虛線包圍的旋轉(zhuǎn)速度推定部來進行推定。[0013]即，從電壓指令值Vs中減去電流指令iMf與馬達常數(shù)Rs+jOiLs之積即繞組的電阻分量和電樞反作用分量的電壓下降分量，求出感應(yīng)電壓e。對作為d軸的控制基準軸設(shè)定在無位置傳感器控制的內(nèi)部推定出的勵磁磁極相位，將該基準軸視為實際軸。并且求出所述的感應(yīng)電壓e的虛部分量而設(shè)為q軸的感應(yīng)電壓eq、另外求出實部而設(shè)為d軸感應(yīng)電壓ed。用將與推定角速度O1相對應(yīng)的增益λ8與ed相乘得到的值對該控制基準軸的各分量中的eq電壓分量進行校正，然后將該感應(yīng)電壓除以磁通Ψπι而利用于速度的推定。實際上，因為存在干擾、經(jīng)由位置推定和旋轉(zhuǎn)坐標變換而反饋到eq電壓分量的項，所以進行限制寬帶的低通濾波以避免由于該環(huán)而發(fā)生振蕩，之后推定推定角速度ω1()[0014]圖6所示的方式的特征點在于，即使在零速度附近將正轉(zhuǎn)和反轉(zhuǎn)錯誤地推定為相反的旋轉(zhuǎn)方向，也自動地將推定速度修正到正常的旋轉(zhuǎn)方向。但是，在例如用輸入到以往的PWM調(diào)制中的電壓指令Vs來替代電壓信息的方式中，如果沒有恰當?shù)貞?yīng)用與死區(qū)時間誤差、開關(guān)元件的開關(guān)延遲等導致的電壓誤差有關(guān)的對策，則即使存在旋轉(zhuǎn)方向的推定錯誤的情況下也不能立刻進行檢測，如果沒有達到某種程度的反轉(zhuǎn)速度則不能回到正常旋轉(zhuǎn)方向。[0015]本發(fā)明的目的在于提供一種PM馬達的無位置傳感器控制裝置，即使像這樣的電壓指令與實際電壓之間存在電壓誤差，也將能夠恢復為正常旋轉(zhuǎn)方向的速度的下限擴展到更低的速度，進而即使在低速下也能夠進行正確的位置推定。[0016]根據(jù)本發(fā)明的一個觀點，在PM馬達的無位置傳感器控制裝置中，根據(jù)速度指令和推定速度生成電流指令，根據(jù)該電流指令和通過旋轉(zhuǎn)坐標變換部檢測出的Υ_δ坐標的電流檢測值生成電壓指令，經(jīng)由逆旋轉(zhuǎn)坐標變換部以及由PWM調(diào)制模式所控制的逆變器來控制PM馬達，其特征在于，[0017]輸入零電壓矢量期間中的Y-δ坐標下的所述電流檢測值iY、ijP電流微分信息piY>pi5而運算速度電動勢eY、es的感應(yīng)電壓運算部；使用通過感應(yīng)電壓運算部所運算出的速度電動勢eY、es求出推定速度ω~的旋轉(zhuǎn)速度推定部；對推定速度進行時間積分而計算推定相位Θ~，將該推定相位輸出到所述旋轉(zhuǎn)坐標變換部和逆旋轉(zhuǎn)坐標變換部而利用為旋轉(zhuǎn)坐標的基準相位。[0018]基于本發(fā)明的一個觀點的特征在于，感應(yīng)電壓運算部根據(jù)下式計算出速度電動勢θy、Θ5O[0019][數(shù)式I][0020]【權(quán)利要求】1.一種永磁馬達的無位置傳感器控制裝置，根據(jù)速度指令和推定速度生成電流指令，根據(jù)該電流指令和通過旋轉(zhuǎn)坐標變換部檢測出的Y-S坐標的電流檢測值生成電壓指令，經(jīng)由逆旋轉(zhuǎn)坐標變換部以及被PWM調(diào)制模式所控制的逆變器來控制永磁馬達，該永磁馬達的無位置傳感器控制裝置的特征在于，輸入零電壓矢量期間中的Y-δ坐標中的所述電流檢測值iY、is和電流微分信息piY、pis來運算速度電動勢eY、es的感應(yīng)電壓運算部；使用通過感應(yīng)電壓運算部所運算出的速度電動勢eY、es求出推定速度ω~的旋轉(zhuǎn)速度推定部；對推定速度進行時間積分而計算出推定相位Θ~，將該推定相位輸出到所述旋轉(zhuǎn)坐標變換部和逆旋轉(zhuǎn)坐標變換部而利用為旋轉(zhuǎn)坐標的基準相位。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的永磁馬達的無位置傳感器控制裝置，其特征在于，所述感應(yīng)電壓運算部根據(jù)下式來計算速度電動勢ey、es，[數(shù)式19]3.根據(jù)權(quán)利要求1或者2所述的永磁馬達的無位置傳感器控制裝置，其特征在于，所述旋轉(zhuǎn)速度推定部根據(jù)下式計算推定速度[數(shù)式20]4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的永磁馬達的無位置傳感器控制裝置，其特征在于，在旋轉(zhuǎn)坐標變換部的檢測電流輸入側(cè)設(shè)置所述電流微分檢測部，將所述PWM調(diào)制模式的零電壓矢量期間中產(chǎn)生的三相電流檢測及其電流微分量輸入到旋轉(zhuǎn)坐標變換器，所述感應(yīng)電壓運算部輸入通過旋轉(zhuǎn)坐標變換部進行旋轉(zhuǎn)坐標變換后的所述電流檢測值iY、込和電流微分信息piY’、pi/，計算速度電動勢eY、es。5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的永磁馬達的無位置傳感器控制裝置，其特征在于，所述感應(yīng)電壓運算部根據(jù)下式計算速度電動勢ey、es。[數(shù)式21]6.根據(jù)權(quán)利要求4或者5所述的永磁馬達的無位置傳感器控制裝置，其特征在于，所述電流微分信息piY’、pis’是通過旋轉(zhuǎn)坐標變換部變換為固定坐標的正交二軸ct、β的電流分量ia、ie之后執(zhí)行微分運算而得到的。7.根據(jù)權(quán)利要求1或者4所述的永磁馬達的無位置傳感器控制裝置，其特征在于，在所述旋轉(zhuǎn)坐標變換部的輸入側(cè)設(shè)置校正開關(guān)元件的電壓下降的電壓下降校正部，將所述PWM調(diào)制模式的零電壓矢量期間中所產(chǎn)生的三相電流檢測和來自電壓下降校正部的電壓下降校正量輸入到旋轉(zhuǎn)坐標變換部，對所述感應(yīng)電壓運算部輸入所述電流檢測值、電流微分信息以及電壓下降校正量來運算速度電動勢。8.根據(jù)權(quán)利要求1、4或者7中的任一項所述的永磁馬達的無位置傳感器控制裝置，其特征在于，所述電流微分信息是基于旋轉(zhuǎn)坐標系或者固定坐標系中的任意一個坐標系的信息。9.根據(jù)權(quán)利要求4或者7所述的永磁馬達的無位置傳感器控制裝置，其特征在于，所述感應(yīng)電壓運算部根據(jù)下式計算速度電動勢ey、es，[數(shù)式22]10.根據(jù)權(quán)利要求1或者7所述的永磁馬達的無位置傳感器控制裝置，其特征在于，所述感應(yīng)電壓運算部根據(jù)下式計算速度電動勢ey、es。[數(shù)式23]11.根據(jù)權(quán)利要求7~10中的任意一項所述的永磁馬達的無位置傳感器控制裝置，其特征在于，所述電流微分信息作為零電壓矢量期間中的載波頂點前后2點的電流采樣值的差分運算值而輸入到所述旋轉(zhuǎn)坐標變換部。12.根據(jù)權(quán)利要求7~10中的任意一項所述的永磁馬達的無位置傳感器控制裝置，其特征在于，關(guān)于所述電流微分信息，將對零電壓矢量期間中的載波頂點和底邊間的電流采樣值的移動平均值進行微分而得到的值輸入到所述旋轉(zhuǎn)坐標變換部。13.根據(jù)權(quán)利要求7~12中的任一項所述的永磁馬達的無位置傳感器控制裝置，其特征在于，使用與三相檢測電流值相對應(yīng)的表格數(shù)據(jù)求出所述電壓下降校正部中的電壓下降校正量，針對三相的各相的每相單獨地、且針對正負的每個電流極性單獨地設(shè)定表格數(shù)據(jù)。【文檔編號】H02P21/00GK103733504SQ201280039669【公開日】2014年4月16日申請日期:2012年8月9日優(yōu)先權(quán)日:2011年8月15日【發(fā)明者】瀧口昌司,小野夢樹申請人:株式會社明電舍