CN101507101B - 永磁体同步电动机的矢量控制装置 - Google Patents

Abstract

本发明是利用逆变器驱动的永磁体同步电动机的矢量控制装置，包括从所提供的转矩指令(T^*)生成d轴电流指令(id^*)、q轴电流指令(iq^*)的电流指令生成部(10)；以及进行工作以使电动机的电流与电流指令一致的电流控制部(20)，所述电流指令生成部包括利用转矩指令生成第一d轴基本电流指令(id1^*)的d轴基本电流指令生成部(11)；以该电流指令(id1^*)为输入，将限制在0以下的值作为第二d轴基本电流指令(id2^*)输出的限制器部(12)；将根据d轴电流指令校正值(dV)对该电流指令(id2^*)进行校正后的值作为d轴电流指令(id^*)并输出的d轴电流指令校正部(14)；以及从d轴电流指令(id^*)生成q轴电流指令(iq^*)的q轴电流指令生成部(15)，生成能够以简单的算式实现最大的转矩控制的d轴电流指令(id^*)、q轴电流指令(iq^*)。

Description

永磁体同步电动机的矢量控制装置

技术领域

本发明涉及永磁体同步电动机的矢量控制装置，特别是涉及包括能够使用简单的数学式得到能实现最大转矩控制的d轴电流指令id^*、q轴电流指令iq^*的电流指令生成部的永磁体同步电动机的矢量控制装置。

背景技术

使用逆变器对永磁体同步电动机进行矢量控制的技术在产业界被广泛使用，通过分别操作逆变器的输出电压的大小和相位，对电动机内的电流矢量进行最佳操作，对电动机的转矩进行高速瞬时控制。

永磁体同步电动机与感应电动机相比，由于通过永磁体确定磁通，不需要励磁电流，在转子中没有电流流动，因此不会产生二次铜损，由于这些原因，作为高效率的电动机是闻名的，近年来，正在探讨将其使用于电气车辆的控制装置。

已知在永磁体同步电动机中，近年来引人注目的埋入磁体式永磁体同步电动机(Interior permanent magnet synchronous machine，以下简称“IPMSM”)，除了由永磁体产生的磁通产生的转矩外，通过使用利用了转子的磁阻不同的磁阻转矩，能够高效率地得到转矩。

但是，已知IPMSM存在无数的产生某转矩的d轴电流、q轴电流的组合。而且已知将d轴电流、q轴电流各自的大小调整为多大，即如何选择电流矢量，会在很大的程度上改变流入电动机的电流的大小和功率因数、铁损、铜损等电动机特性。因此为了能够使IPMSM高效率运转，需要选择与用途相应的合适的电流矢量来运转。也就是说，永磁体同步电动机的矢量控制装置中，需要生成进行瞬时控制以使流入电动机的电流矢量满足如下所述的所希望的条件用的合适的电流指令，如何构成从转矩指令生成电流指令的电流指令生成部在***结构上是重要的。

作为电流指令的选择方法，有使电动机的效率最大化的方法、使电动机的功率因数为1的方法、使对某一交链磁通得到的转矩最大化的方法、使对某一电动机电流得到的转矩最大化的方法等，但是在使用于电气车辆的控制装置时，使对某一电流得到的转矩最大化的方法(以下称为“最大转矩控制”)使电动机能够高效率运转，而且能够使逆变器的额定电流最小，这样能够使逆变器的损耗也实现最小化，因此是最合适的。

作为相关的已有技术，专利文献1公开了如下所述的方法，即事先测定与电动机的各种转矩对应的d轴电流id、q轴电流iq的最佳值，将其绘图(map)，在电动机运转时根据转矩指令随时参考该绘图，得到与该转矩指令相应的d轴电流指令id^*、q轴电流指令iq^*进行电流控制以使电动机的电流与其一致的方法。

专利文献1：日本专利特开2006-121855号公报

发明内容

但是，参考绘图的方法为了生成绘图，必须实施一边使电动机以各种转矩运转一边测定电流，决定最合适的d轴电流id、q轴电流iq的组合的操作步骤，不但生成回去很费事，而且该绘图容量大且复杂，为了存储绘图，需要有大存储量的存储器，实际安装在矢量控制装置上也不容易，因此是不理想的。

本发明是为解决上述已有的问题而作出的，其目的在于提供一种不使用绘图，包括能能用简单的运算式得到能实现最大转矩控制的d轴电流指令id^*、q轴电流指令iq^*，容易安装于实际的矢量控制装置的电流指令生成部的永磁体同步电动机的矢量控制装置。

本发明的适用于电气车辆的控制装置的永磁体同步电动机的矢量控制装置，将由利用将直流电压转换为任意频率的交流电压并输出的逆变器进行驱动的永磁体同步电动机的电流，分离为与所述电动机的旋转电角同步旋转的dq轴坐标上的量、即d轴电流id、q轴电流iq，对其分别进行控制，该永磁体同步电动机的矢量控制装置的特征在于，包括从所提供的转矩指令T^*生成d轴电流指令id^*、q轴电流指令iq^*的电流指令生成部；以及进行工作以使所述电动机的电流与所述电流指令一致的电流控制部，所述电流指令生成部包括利用所述转矩指令生成第一d轴基本电流指令id1^*的d轴基本电流指令生成部；以所述第一d轴基本电流指令id1^*为输入，将该第一d轴基本电流指令id1^*限制在0以下的值作为第二d轴基本电流指令id2^*输出的限制器部；将所述第二d轴基本电流指令id2^*作为输入，将根据所述电流控制部输出的d轴电流指令校正值dV对该电流指令id2^*进行校正后的值作为d轴电流指令id^*输出的d轴电流指令校正部；以及从所述d轴电流指令id^*生成q轴电流指令iq^*的q轴电流指令生成部，生成能以最小的电流产生与所述转矩指令对应的转矩的d轴电流指令id^*、q轴电流指令iq^*，所述d轴基本电流指令生成部通过求出表示所述电动机的转矩T、d轴电流id、q轴电流iq的关系的下述公式(3)与用下述公式(1)表示所述电动机能以最小的电流产生某一转矩的条件的曲线在除了d轴电流id、q轴电流iq较小的区域以外的、所述曲线成为大致直线状的范围的线性近似式，即具有表示d轴电流和q轴电流的关系的斜率a和截距b的一次式(4)的交点，生成所述第一d轴基本电流指令id1^*，根据下述第一数学式(7)生成所述第一d轴基本电流指令id1^*，

$i_d=\frac{{\mathrm{\φ}}_a}{2(L_q-L_d)}-\sqrt{\frac{{{\mathrm{\φ}}_a}^2}{4{(L_q-L_d)}^2}+{i_q}^2}......\left(1\right)$

$i_q=\frac{T}{P_n\{{\mathrm{\φ}}_a+(L_d-L_q)i_d\}}......\left(3\right)$

i_q＝ai_d+b……(4)

${i_{d1}}^{*}=\frac{-\{\left(a{P}_n{\mathrm{\φ}}_a\right)+b{P}_n(L_d-L_q)\}-\sqrt{{\{\left(a{P}_n{\mathrm{\φ}}_a\right)+b{P}_n(L_d-L_q)\}}^2-4\left\{a{P}_n(L_d-L_q)\right\}(b{P}_n{\mathrm{\φ}}_a-{\mathrm{Tabs}}^{*})}}{2\left\{a{P}_n(L_d-L_q)\right\}}......\left(7\right)$

其中，Tabs^*为转矩指令的绝对值，Ld为d轴电感(，单位为H)，Lq为q轴电感(，单位为H)，φa为永磁体的磁通(，单位为Wb)，Pn为电动机的极对数，a为所述一次式的斜率，b为所述一次式的截距。

如果采用本发明的永磁体同步电动机的矢量控制装置，不使用表格，能够以简单的运算式实现最大转矩控制，而且在高速区域能够得到可实施弱磁通控制的d轴电流指令id^*、q轴电流指令iq^*，能够得到具有容易在矢量控制装置上进行实际安装电流指令生成部的永磁体同步电动机的矢量控制装置。

附图说明

图1是表示本发明实施方式1的永磁体同步电动机的矢量控制装置的结构的概略图。

图2是表示本发明实施方式1的转矩曲线与表示最小电流条件的曲线的关系的关系图。

图3是表示本发明实施方式1的电流指令生成部的结构的方框图。

图4是表示本发明实施方式2的电流指令生成部的结构的方框图。

标号说明

1  电容器

2  逆变器

3、4、5  电流检测器

6  电动机

7  转速检测器(resolver)

8  电压检测器

10  电流指令生成部

11  d轴基本电流指令生成部

12  限制器部

13  绝对值电路

14  加法器(d轴电流指令校正部)

15、15A  q轴电流指令生成部

20  电流控制部

100  矢量控制装置

具体实施方式

实施方式1

图1是表示本发明实施方式1的永磁体同步电动机的矢量控制装置的结构的图。

如图1所示，实施方式1的永磁体同步电动机的矢量控制装置的主电路由作为直流电源的电容器1、将电容器1的直流电压转换为任意频率的交流电压的逆变器2、以及永磁体同步电动机(以下简称为“电动机”)6构成。

在电路上配置检测电容器1的电压的电压检测器8、检测逆变器2的输出线的电流iu、iv、iw的电流检测器3、4、5，在电动机6上配置检测转子位置信息θm的转速检测器(resolver)7，各检测信号被输入到矢量控制装置100。

还有，可以使用编码器代替转速检测器(resolver)7，也可以使用从电压、电流计算并求出位置信号的位置传感器方式代替由转速检测器7得到的位置信号，在这种情况下，不需要转速检测器7。也就是说，位置信号的取得不限于使用转速检测器7。

又，高于电流检测器3、4、5，只要最少在2相设置，其余一相的电流就可以通过运算求得，因此可以这样构成，也可以采用从逆变器2的直流侧电流再现、取得逆变器2的输出电流的结构。

向逆变器2输入由矢量控制装置100生成的栅极信号U、V、W、X、Y、Z，对内置于逆变器2的开关元件进行PWM控制。逆变器2较为理想的是使用电压式PWM逆变器，其结构是公知的，因此省略其详细说明。

从未图示的上部控制装置向矢量控制装置100输入转矩指令T^*，矢量控制装置100控制逆变器2，使电动机6产生的转矩T与转矩指令T^*一致。

下面对矢量控制装置100的结构进行说明。

矢量控制装置100由电流指令生成部10、电流控制部20构成。

电流指令生成部10是形成本发明的中心的部分，具有以转矩指令T^*和d轴电流指令校正量dV为输入，生成d轴电流指令id^*、q轴电流指令iq^*的功能。d轴电流指令校正量dV是为进行弱磁通运转，以使得在高速运转区域电动机6的感应电压不超过逆变器2能够输出的最大电压而对d轴电流指令进行校正用的校正量。

作为d轴电流指令校正量dV的计算方法的一个例子，有一种公知的技术，例如在发送至电动机6的电压指令超过某一设定值的情况下，根据超过的量产生d轴电流指令校正量dV(取0以下的值)等技术，在这里不管其具体结构如何，因此省略其说明。

另外，该电流指令生成部10由于是本发明的中心部分，因此将在后面进行详细说明。

向电流控制部20输入逆变器2的直流电压EFC、电动机6的位置信息θm，将在逆变器2的输出侧检测出的三相静止轴上的电动机电流iu、iv、iw，转换为作为转换为与电动机的旋转电角同步旋转的dq坐标上的量的电流的d轴电流id、q轴电流iq。而且具有决定输入到逆变器2的栅极信号U、V、W、X、Y、Z的接通和切断，以使该d轴电流id、q轴电流iq分别与电流直流生成部10生成的d轴电流指令id^*、q轴电流指令iq^*一致的功能。还有，电流控制部20的结构可以使用多种公知技术，因此在这里省略其详细说明。

下面说明理解作为本发明的中心的电流直流生成部10所需要的基本原理。

实现以某一电流得到最大转矩的最大转矩控制用的d轴电流id、q轴电流iq的条件(以下称为“最小电流条件”)如公知的下式(1)所示。

〔数1〕

$i_d=\frac{{\mathrm{\φ}}_a}{2(L_q-L_d)}-\sqrt{\frac{{{\mathrm{\φ}}_a}^2}{4{(L_q-L_d)}^2}+{i_q}^2}......\left(1\right)$

在这里，Ld为d轴电感(H)，Lq为q轴电感(H)，φa为永磁体的磁通(Wb)，id为d轴电流(A)、iq为q轴电流(A)。

在通过决定d轴电流id、q轴电流iq，使其满足式(1)，产生某一转矩T^*的情况下，可以使id、iq构成的电流矢量的大小为最小。即可以使电动机6的电流的大小为最小。

另一方面，表示电动机6产生的转矩T的式子是公知的下式(2)。

〔数2〕

T＝P_n{φ_ai_q+(L_d-L_q)i_di_q}……(2)

在这里，Pn为电动机6的极对数。

将式(2)改写为q轴电流iq的表达式时，如下式(3)所示。

〔数3〕

$i_q=\frac{T}{P_n\{{\mathrm{\φ}}_a+(L_d-L_q)i_d\}}......\left(3\right)$

解式(1)和式(3)的联立方程求id、iq，可以求得能够以最小电流产生某一转矩的d轴电流id、q轴电流iq的组合。

在这里，在式(1)和式(3)中，将转矩T替换为T^*，d轴电流id替换为d轴电流指令id^*，q轴电流iq替换为q轴电流指令iq^*，就id^*、iq^*解式(1)、式(3)的联立方程，以此得到能够对从上位的控制部输入的转矩指令T^*，以最小的电流产生与其一致的转矩的d轴电流指令id^*、q轴电流指令iq^*在理论上是可能的。

图2是表示本发明实施方式1的转矩曲线与表示最小电流条件的曲线的关系的关系图。

图2所示的转矩曲线与表示最小电流条件的曲线的关系，是横轴表示d轴电流id，纵轴表示q轴电流iq的，式(1)、式(3)的关系的图示，从右上到左下的曲线Tor，是在式(3)的转矩T中代入T＝50Nm～1500Nm作为动力运转的转矩描绘的曲线。而从左上到右下的曲线Imi是表示式(1)表达的最小电流条件的曲线，表示能够以最小电流产生某一转矩T的d轴电流id、q轴电流iq的组合。

能够以最小电流产生某一转矩的d轴电流id、q轴电流iq可以通过求图2中的表示式(1)的曲线Imi与表示式(3)的曲线Tor的交点得到。

还有，在图2中，式(1)、(3)中的Pn、Ld、Lq、φa假定为300KW左右的电气车辆驱动用的电动机的常数。

还有，再生时的转矩曲线与表示最小电流条件的曲线位于图2中未图示的第三象限，是将图2所示的动力运转时的各曲线描画为以横轴轴对称的曲线。从而，如果考虑这种情况，则图2所示的动力运转时的各曲线在再生时也可以同样考虑。

具体地说，从图2可知，作为转矩T产生动力运转转矩1300Nm的情况下的最小电流条件是id＝-200A、iq＝237A左右的组合，作为转矩T产生再生转矩-1300Nm的情况下的最小电流条件是id＝-200A、iq＝-237A左右的组合。

当然也可以采取将再生时的转矩曲线和表示最小电流条件的曲线与动力运转时的上述曲线分开设置，求出满足再生运转时的最小电流条件的d轴电流id、q轴电流iq。

但是，为了求出式(1)所示的曲线Imi与式(3)所示的曲线Tor的交点，需要就id与iq解出式(1)与式(2)的联立方程，但是该联立方程是4次方程，解出这样的方程是困难的，安装在实际的矢量控制装置上是困难的。因此在已有技术的情况下往往采用如上所述用绘图取得能够以最小电流产生某一转矩的d轴电流id、q轴电流iq。

而本发明则不使用绘图，用简单的计算式就能计算以最小电流产生转矩T的d轴电流id、q轴电流iq，下面将对这一点进行详细说明。

表示图2的最小电流条件的曲线Imi是二次曲线，但是可知除了d轴电流id、q轴电流iq较小的区域(id＞-50A，iq＜75A附近)是近似直线状的。因此，可以在除了d轴电流id、q轴电流iq较小的区域(即id＞-50A，iq＜75A的范围)用图2的虚线的近似直线Iap直线近似表示最小电流条件的曲线。

根据图2可知，近似直线Iap大致存在于最小电流条件的曲线上。

在作为该发明的对象的电气车辆的控制用途中，在d轴电流id、q轴电流iq较小的区域的电动机6运转的情况，出于将电气车辆的速度保持一定速度的目的，被限于以微小的转矩运转的恒速处理等情况，其频度是全部运转时间中的很少的一部分。因此即使是以直线近似表示最小电流条件的曲线，在几乎所有的情况下也都以最小电流条件运转，实际上不存在问题。

表示图2的最小电流条件的曲线的近似直线表示为下式(4)。

〔数4〕

i_q＝ai_d+b……(4)

在图2的例子中，斜率a＝-1.0309，截距b＝30.0。

使用式(4)的近似直线的情况下，能以最小电流产生某一转矩T的d轴电流id、q轴电流iq可以通过求出转矩曲线Tor与表示最小电流条件的近似直线Iap的交点得到，这些只要解出上述式(3)和式(4)的联立方程就能够求得。该联立方程是二次方程，因此是容易解出的。对式(3)和式(4)进行整理就能够得到下式(5)。

〔数5〕

{aP_n(L_d-L_q)}i_d ²+{(aP_nφ_a)+bP_n(L_d-L_q)}i_d+bP_nφ_a-T＝0……(5)

从式(5)求出d轴电流id时，得到下式(6)。

〔数6〕

$i_d=\frac{-\{\left(a{P}_n{\mathrm{\φ}}_a\right)+b{P}_n(L_d-L_q)\}-\sqrt{{\{\left(a{P}_n{\mathrm{\φ}}_a\right)+b{P}_n(L_d-L_q)\}}^2-4\left\{a{P}_n(L_d-L_q)\right\}(b{P}_n{\mathrm{\φ}}_a-T)}}{2\left\{a{P}_n(L_d-L_q)\right\}}......\left(6\right)$

从式(6)可以得到能够以最小电流产生某一转矩T的，即实现最大转矩控制的d轴电流id。

q轴电流iq通过在式(3)代入id得到。

还有，在式(6)中的a、b，如图2所示，从表示式(1)的最小电流条件的曲线的近似直线预先求出即可。

以上是得到能够实现最大转矩控制的电流矢量即d轴电流id、q轴电流iq的组合的方法的原理说明。

下面说明适于永磁体同步电动机的矢量控制的，具体的电流指令生成部10的结构。

图3是表示本发明实施方式1的电流指令生成部10的结构的图。

如图3所示，从使转矩指令T^*通过绝对值电路13得到的转矩指令绝对值Tabs^*和式(4)所示的表示最小电流条件的近似直线的斜率a、截距b，利用d轴基本电流指令生成部11，根据下述式(7)计算出第一d轴基本电流指令id1^*。

还有，式(7)是分别将式(6)的d轴电流id置换为第一d轴基本电流指令id1^*、将转矩T置换为转矩指令绝对值Tabs^*得到的。

〔数7〕

${i_{d1}}^{*}=\frac{-\{\left(a{P}_n{\mathrm{\φ}}_a\right)+b{P}_n(L_d-L_q)\}-\sqrt{{\{\left(a{P}_n{\mathrm{\φ}}_a\right)+b{P}_n(L_d-L_q)\}}^{2}4\left\{a{P}_n(L_d-L_q)\right\}(b{P}_n{\mathrm{\φ}}_a-{\mathrm{Tabs}}^{*})}}{2\left\{a{P}_n(L_d-L_q)\right\}}......\left(7\right)$

根据式(7)计算出的第一d轴基本电流指令id1^*在输入到限制器部12的id1^*为正的情况下，作为限制器部12的输出的第二d轴基本电流指令id2^*为0，如果id1^*为负，则作为限制器部12的输出的id2^*与id1^*相等。也就是说具有限制使id2^*不比0大的功能。

通过这样把第二d轴基本电流指令id2^*的上限值限制为0，特别是在转矩指令T^*较小的区域(大约50Nm以下)，能够防止在图2的第一象限(未图示)产生转矩曲线与表示最小电流条件的近似直线的交点，计算出偏离最小电流的条件很多的d轴电流指令id^*、q轴电流指令iq^*。

从另一方面看，在转矩指令T^*较小的区域，可以自动转移到作为公知技术的固定于id＝0的控制。

还有，在式(7)中，在通过使用转矩指令绝对值Tabs^*，输出动力运转转矩、再生转矩中的任一转矩的情况下，也能够只用式(7)得到第一d轴基本电流指令id1^*，实现运算的简化。

接着，将用作为d轴电流指令校正部的加法器14将第二d轴基本电流指令id2^*与d轴电流指令校正量dV相加得到的和作为d轴电流指令id^*。

还有，d轴电流指令校正量dV根据电动机6的运转状态取0以下的值。这样，在电动机6的旋转为中低速，电动机6的电压为逆变器2能够输出的最大电压以下的电压的情况下，d轴电流指令校正量dV为0，得到满足最小电流条件的d轴电流指令id^*，在高速旋转区域，电动机6的电压超过逆变器2能够输出的最大电压的状态下，可相应于d轴电流指令校正量dV使得d轴电流指令id^*减少下去，能够实施弱磁通运转。

最后，在q轴电流指令生成部15，将d轴电流指令id^*、转矩指令T^*代入下式(8)，以此得到q轴电流指令iq^*。

还有，式(8)是将式(3)中的d轴电流id置换为d轴电流指令id^*，将q轴电流iq置换为q轴电流指令iq^*，将转矩T置换为转矩指令T^*得到的式子。

〔数8〕

${i_q}^{*}=\frac{T^{*}}{P_n\{{\mathrm{\φ}}_a+(L_d-L_q){i_d}^{*}\}}......\left(8\right)$

如果这样，采用本发明的实施方式1的永磁体同步电动机的矢量控制装置，则能够不使用绘图，用简单的运算式实现最大转矩控制，而且在高速区域能够得到可实施弱磁通控制的d轴电流指令id^*、q轴电流指令iq^*。

利用电流控制器20实施控制，使电动机6的电流与该d轴电流指令id^*、q轴电流指令iq^*一致，以此能够得到可对电动机6实施最大转矩控制的永磁体同步电动机的转矩控制装置。

还有，使用于如上所述的电流指令生成部10内的各计算式的电动机常数Ld、Lq、φa、以及近似直线的斜率a、截距b也可以在任意时刻改变。例如可以考虑根据电动机6的速度、转矩的大小、电流的大小、运转/再生等运转状态进行改变，或根据转矩指令T^*、d轴电流指令id^*、q轴电流指令iq^*或者检测值即d轴电流id、q轴电流iq进行变更或调整。

如果这样做，在图2所示的d轴电流id、q轴电流iq较小的区域(id＞-50A、iq＜75A附近)也能够更准确计算出最小电流条件，得到更理想的工作点。

还有，在改变电动机常数Ld、Lq、φa、以及近似直线的斜率a、截距b或进行调整时，从确保控制***的安全考虑，最好是不原封不动参照电动机6的速度、转矩的大小、电流的大小、转矩指令T^*、d轴电流指令id^*、q轴电流指令iq^*或d轴电流id、q轴电流iq各数值，而是通过低通滤波器或一次延迟电路那样的延迟要素参照上述各数值。

又，特别是电动机常数Ld、Lq，有时候会受到磁饱和的影响数值产生变化，因此最好是形成能够适当校正的结构。

实施方式2

图4是表示本发明的实施方式2的永磁体同步电动机的矢量控制装置的电流指令生成部10的结构的例子的图。

在这里，只对与图3所示的实施方式1的结构例不同的部分进行说明，相同的部分标以与图3相同的符号并省略其说明。

如图4所示，在实施方式2的电流指令生成部10中，图3的q轴电流指令生成部15在图4中改为q轴电流指令生成部15A。

在q轴电流指令生成部15A中，在下式(9)中代入d轴电流指令id^*、近似直线的斜率a、截距b，得到q轴电流指令iq^*。

还有，式(9)是将式(4)的d轴电流id置换为d轴电流指令id^*，q轴电流iq置换为q轴电流指令iq^*得到的式子。

〔数9〕

i_q ^*＝ai_d ^*+b……(9)

根据该实施方式2，从式(9)计算出q轴电流指令iq^*，与从式(8)计算出iq^*的实施方式1相比，式子的结构简单，因此能够控制运算量，可以使用廉价的微电脑。

上述实施方式中所示的结构是本发明的内容的一个例子，当然也可以与其他公知技术组合，在不超出本发明的要旨的范围内，可以部分省略，或改变结构。

而且，在上述实施方式中，是考虑使用于电气车辆的控制装置对发明的内容进行说明的，但是当然本发明的使用领域不限于此，也可以使用于电动汽车、电梯、电力***等各种相关领域。

Claims (9)

1.一种适用于电气车辆的控制装置的永磁体同步电动机的矢量控制装置，将永磁体同步电动机的电流分离为作为与所述电动机的旋转电角同步旋转的dq轴坐标上的量的d轴电流id和q轴电流iq后分别进行控制，所述永磁体同步电动机利用将直流电压转换为任意频率的交流电压并输出的逆变器进行驱动，该永磁体同步电动机的矢量控制装置的特征在于，包括

从被提供的转矩指令T^*生成d轴电流指令id^*和q轴电流指令iq^*的电流指令生成部；以及

进行工作以使所述电动机的电流与所述电流指令一致的电流控制部，

所述电流指令生成部具备利用所述转矩指令生成第一d轴基本电流指令id1^*的d轴基本电流指令生成部；以所述第一d轴基本电流指令id1^*作为输入，将该第一d轴基本电流指令id1^*限制在0以下的值作为第二d轴基本电流指令id2^*输出的限制器部；将所述第二d轴基本电流指令id2^*作为输入，将根据所述电流控制部输出的d轴电流指令校正值dV对该电流指令id2^*进行校正后的值作为d轴电流指令id^*输出的d轴电流指令校正部；以及从所述d轴电流指令id^*生成q轴电流指令iq^*的q轴电流指令生成部，生成能以最小的电流产生与所述转矩指令对应的转矩的d轴电流指令id^*和q轴电流指令iq^*，

所述d轴基本电流指令生成部通过求出表示所述电动机的转矩T、d轴电流id以及q轴电流iq的关系的下述公式(3)与用下述公式(1)表示所述电动机能以最小的电流产生某一转矩的条件的曲线在除了d轴电流id和q轴电流iq较小的区域以外的、所述曲线成为大致直线状的范围的线性近似式，即具有表示d轴电流和q轴电流的关系的斜率a和截距b的一次式(4)的交点，生成所述第一d轴基本电流指令id1^*，即根据下述第一数学式(7)生成所述第一d轴基本电流指令id1^*，

$i_d=\frac{{\mathrm{\φ}}_a}{2(L_q-L_d)}-\sqrt{\frac{{{\mathrm{\φ}}_a}^2}{4{(L_q-L_d)}^2}+{i_q}^2}......\left(1\right)$

$i_q=\frac{T}{P_n\{{\mathrm{\φ}}_a+(L_d-L_q)i_d\}}......\left(3\right)$

i_q＝ai_d+b……(4)

${i_{d1}}^{*}=\frac{-\{\left(a{P}_n{\mathrm{\φ}}_a\right)+b{P}_n(L_d-L_q)\}-\sqrt{{\{\left(a{P}_n{\mathrm{\φ}}_a\right)+b{P}_n(L_d-L_q)\}}^2-4\left\{a{P}_n(L_d-L_q)\right\}(b{P}_n{\mathrm{\φ}}_a-{\mathrm{Tabs}}^{*})}}{2\left\{a{P}_n(L_d-L_q)\right\}}......\left(7\right)$

其中，Tabs^*为转矩指令的绝对值，Ld为d轴电感，单位为H，Lq为q轴电感，单位为H，φa为永磁体的磁通量，单位为Wb，Pn为电动机的极对数，a为所述一次式的斜率，b为所述一次式的截距。

2.根据权利要求1所述的永磁体同步电动机的矢量控制装置，其特征在于，

在所述第一数学式中，式中的Ld、Lq、φa、a、b中的任一项在任意时刻改变。

3.根据权利要求1所述的永磁体同步电动机的矢量控制装置，其特征在于，

在所述第一数学式中，式中的Ld、Lq、φa、a、b中的任一项根据包含所述电动机的d轴电流id、q轴电流iq、所述d轴电流指令id^*、q轴电流指令iq^*以及所述转矩指令T^*的信号改变。

4.根据权利要求1所述的永磁体同步电动机的矢量控制装置，其特征在于，

所述q轴电流指令iq^*是将所述d轴电流指令id^*代入下述第二数学式生成的，

${i_q}^{*}=\frac{T^{*}}{P_n\{{\mathrm{\φ}}_a+(L_d-L_q){i_d}^{*}\}}$

其中，T^*为转矩指令，Ld为d轴电感，单位为H，Lq为q轴电感，单位为H，φa为永磁体的磁通量，单位为Wb，Pn为电动机的极对数。

5.根据权利要求4所述的永磁体同步电动机的矢量控制装置，其特征在于，

在所述第二数学式中，式中的Ld、Lq、φa中的任一项在任意时刻改变。

6.根据权利要求4所述的永磁体同步电动机的矢量控制装置，其特征在于，

在所述第二数学式中，式中的Ld、Lq、φa中的任一项根据包含所述电动机的d轴电流id、q轴电流iq、所述d轴电流指令id^*、q轴电流指令iq^*以及所述转矩指令T^*的信号改变。

7.根据权利要求1所述的永磁体同步电动机的矢量控制装置，其特征在于，

所述q轴电流指令iq^*是将所述d轴电流指令id^*代入下述第三数学式生成的，

i_q ^*＝ai_d ^*+b

其中a为所述一次式的斜率，b为所述一次式的截距。

8.根据权利要求7所述的永磁体同步电动机的矢量控制装置，其特征在于，

在所述第三数学式中，式中的a、b中的任一项在任意时刻改变。

9.根据权利要求7所述的永磁体同步电动机的矢量控制装置，其特征在于，

在所述第三数学式中，式中的a、b中的任一项根据包含所述电动机的d轴电流id、q轴电流iq、所述d轴电流指令id^*、q轴电流指令iq^*以及所述转矩指令T^*的信号改变。

Images