[发明专利]电动机控制装置

说明书

技术领域

本发明涉及一种使用电流矢量控制的电动机控制装置，特别涉及一种进行弱磁控制、指令限制从而在电压饱和区域附近使电动机进行电动运行(日语：力行)动作或再生动作的技术。

背景技术

一般，作为控制永磁同步方式的电动机的电流的方法，使用将电动机的电流分离成有助于转矩的q轴电流以及与其正交的d轴分量来进行控制的矢量控制。进行矢量控制的矢量控制部接收来自外部的指令，计算针对电动机驱动部的指令电压，该电动机驱动部向电动机提供电力。

在这种矢量控制中，存在以下的现象：在来自外部的指令的值变大等情况下，该指令电压超过电动机驱动部所能够提供的电压。将该现象称为电压饱和。电动机的转速越大，则越容易发生电压饱和。这是由于，电动机旋转过程中产生的感应电压与转速成正比地上升，为了将其以提供电压来弥补，电动机的端子间电压也同样上升。另外，在负荷大的情况下或电源电压低的情况下，提供电压余裕也会变小，因此容易发生电压饱和。

若成为电压饱和状态，则在进行电动运行动作时无法使q轴电流增加，转矩降低或者电流控制器的积分项饱和(wind up)，静态特性、动态特性劣化。另外，在进行再生动作时，流过比指令值大的q轴电流，产生过电流和过电压、过大的制动转矩而安全性降低。

因此，作为抑制电压饱和的手段，使用以下的弱磁控制：通过流通负的d轴电流，来减少永磁体所产生的磁通，从而抑制感应电压的增加。

作为以往的弱磁控制的例子，存在以下的闭环弱磁控制：具备电压饱和的检测单元，对与由该检测单元检测出的饱和量相当的信号或者适当的固定值进行积分，将该积分值作为d轴电流指令输出到电流控制器(例如参照专利文献1)。

但是，若将负的d轴电流持续增加，则电压降低效果变小，不久电压从减少转为增加。电压转为增加的边界即为上述弱磁控制的极限点，在该极限点，电动机的端子间电压的余裕最大。即，成为能够流动的q轴电流和能够输出的转矩最大的状态(下面有时将电动机所能够输出的最大转矩适当称为“极限转矩”)。

极限转矩并不固定，其根据电动机的状态而变化。感应电压越大，则电动机的端子间电压的余裕越小，因此极限转矩随着转速上升而降低。因此，存在以下的情况：原本在低速域能够输出的转矩在高速域即使进行弱磁控制也无法输出。

当要输出比极限转矩大的转矩时，会成为电压饱和状态，发生转矩跟踪误差、饱和(wind up)，从而招致控制的不稳定化、特性劣化。另外，若在电压饱和状态下使用上述闭环弱磁控制，则d轴电流指令会向负的方向发散，控制变得不稳定。

作为针对该输出极限的现有技术的例子，例如有专利文献2。图11表示基于专利文献2所记载的现有技术的电动机控制装置的框图。在图11所示的该电动机控制装置90中，电流矢量控制部102按照来自外部的转矩指令τ₀*来控制电动机100的电流。饱和检测器112基于从电流矢量控制部102向驱动部101的电压指令vd*和vq*来检测有无电压饱和。饱和积分器113基于从饱和检测器112输出的饱和检测信号来进行积分运算，生成作为负的d轴电流指令的弱磁电流指令ids₀*。最大d轴电流运算部114基于驱动部101所能够提供的电压Vc和电动机100的转速ω来设定弱磁电流指令的负的上限值ids_lmt。d轴电流限制器115将弱磁电流指令ids₀*限制为上限值ids_lmt。目标指令限制值运算部116基于能够提供的电压Vc、转速ω以及上限值ids_lmt来设定极限转矩值τ_lmt*。目标指令限制器117将来自外部的指令转矩τ₀*限制为极限转矩值τ_lmt*。通常区域d轴电流指令运算部118基于来自目标指令限制器117的指令转矩τ*，输出通常的电流指令idu*。d轴电流选择部119选择通常的电流指令idu*和来自d轴电流限制器115的弱磁电流指令ids*中的某一个，作为d轴的电流指令id*输出到电流矢量控制部102。另外，q轴电流指令生成部108基于指令转矩τ*和d轴的电流指令id*来生成q轴的电流指令iq*，并输出到电流矢量控制部102。