DE112012005678T5

DE112012005678T5 - Motorsteuervorrichtung

Info

Publication number: DE112012005678T5
Application number: DE112012005678.7T
Authority: DE
Inventors: c/o Mitsubishi Electric Corp. Tanabe Akira; c/o Mitsubishi Electric Corpor Furutani Shinichi; c/o Mitsubishi Electric Corp. Ando Kazuaki
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 2012-01-16
Filing date: 2012-01-16
Publication date: 2014-10-23
Also published as: JP5611473B2; US20150137727A1; WO2013108356A1; JPWO2013108356A1; KR101632131B1; TWI491166B; KR20140106684A; CN104040876A; CN104040876B; TW201332279A; US9323254B2

Abstract

Eine Motorsteuervorrichtung beinhaltet eine Drehmomentgrenzausgabeeinheit, welche konfiguriert ist, eine Drehmomentgrenze auszugeben, mit der Stromverbrauch eines Motors gleich oder kleiner als ein vorbestimmter Motorstromgrenzwert ist, und eine für den Antrieb des Motors erforderliche Spannungsamplitude gleich oder kleiner einer vorbestimmten Spannungsgrenze ist, eine Positionsbefehlserzeugungseinheit, die konfiguriert ist, einen Positionsbefehl zu einer Referenzposition anhand des Drehmomentgrenzwerts zu erzeugen, und eine Strom/Spannungsbegrenzungseinheit, die konfiguriert ist, eine Verarbeitung zur Korrektur eines Motordrehmomentstroms auf Basis eines Überschuss des Motorstromverbrauchs in Bezug auf einen Motorstromverbrauchsgrenzwert und eine Verarbeitung zum Korrigieren eines Motoranregungsstroms auf Basis eines Überschusses einer Motordrehmomentunterteilspannung in Bezug auf einen Motordrehmomentunterteilspannungsgrenzwert durchzuführen. Folglich ist es möglich, den Stromverbrauch des Motors und eine für den Antrieb des Motors erforderliche Spannung zu unterdrücken, um innerhalb vorbestimmter Bereiche zu sein.

Description

Gebiet
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Motorsteuervorrichtung, die einen Motor über einen Wechselrichter steuert.
Hintergrund
Eine Motorsteuervorrichtung erzeugt ein Steuersignal, um ein Schaltelement, das in einem Wechselrichter enthalten ist, zu veranlassen, eine Ein/Aus-Operation durchzuführen. Das Schaltelement führt die Ein/Aus-Operation anhand des aus der Motorsteuervorrichtung ausgegebenen Steuersignals durch, wodurch der Wechselrichterausgangsstrom eine Gleichspannungsstromversorgung in Wechselstrom umwandelt und den Wechselstrom einem Motor zuführt. Folglich wird der Motor gesteuert, gewünschte Werte wie Position und Geschwindigkeit oder Drehmoment desselben aufzuweisen. Als dieser Typ von Motor wird ein Induktionsmotor, ein Permanentmagnetsynchronmotor oder dergleichen verwendet.
Als Beispiele der Gleichstromversorgung des Wechselrichters gibt es beispielsweise einen Diodenwandler, der aus einer Dreiphasenwechselstromversorgung ausgegebenen elektrischen Strom gleichrichtet und den gleichgerichteten elektrischen Strom ausgibt, und einen DC/DC (Gleichstrom/Gleichstrom) Wandler, der aus einer Batterie oder einem Kondensator ausgegebenen elektrischen Strom einer Spannungspegelumwandlung unterwirft und den elektrischen Strom ausgibt.
Diese Art der Gleichstromversorgung hat allgemein Obergrenzen beim elektrischen Strom und einer Spannung, welche die Gleichstromversorgung ausgeben kann. Die Gleichstromversorgung muss innerhalb von Bereichen der Obergrenzen verwendet werden. Beispielsweise hängt eine Obergrenze des elektrischen Stroms, welche die Batterie oder der Kondensator ausgeben kann, von der Lebensdauer, akkumulierten Energie und dergleichen der Batterie oder des Kondensators ab. Im DC/DC Wandler oder dem Diodenwandler sind Spezifikationen eines Spannungswerts, eines Stromwerts und dergleichen, welche der DC/DC Wandler oder der Diodenwandler handhaben kann, äquivalent zur Obergrenze der elektrischen Leistung. Weiter gibt es im Diodenwandler eine Stromversorgungseinrichtungskapazität einer Dreiphasenwechselstromversorgung als anderen begrenzten Faktor. Daher ist die elektrische Leistung, die der Wechselrichter ausgeben kann, ebenfalls beschränkt. Als Beschränkung, obwohl seine Beschränkung aufgrund der Spezifikationen des Wechselrichters selbst gibt, gibt es eine Beschränkung, dass auszugebender Wechselstrom eingestellt sein sollte, gleich oder kleiner als der Ausgangsstrom der Gleichstromversorgung zu sein.
Der Wechselrichter liefert die Gleichstromspannung der Gleichstromversorgung über einen Ein/Aus-Betrieb des Halbleiterschaltelements an den Motor. Daher kann eine die aus der Gleichstromversorgung ausgegebenen Gleichstromspannung übersteigende Spannung nicht dem Motor zugeführt werden. Daher, wie die oben erläuterte elektrische Leistung, ist auch eine Spannung, die der Wechselrichter ausgeben kann, beschränkt. Aufgrund der oben erläuterten Gründe muss die Motorsteuervorrichtung den Motor innerhalb von Begrenzungsbereichen der elektrischen Leistung und der Spannung steuern, die von der Gleichstromversorgung und dem Wechselrichterspezifikationen abhängen.
Um die Probleme zu lösen, offenbart beispielweise Patentliteratur 1 eine Technologie zum Erzeugen, ein Betriebstiming eines Motors und Speisestrom einer Stromversorgung vorab berücksichtigend, eines Positionsbefehls, der Beschränkungen bei Beschleunigung (Drehmoment) und Motorgeschwindigkeit des Motors annimmt. Wenn diese Technologie verwendet wird, ist es möglich, zur Beschleunigung und Abbremsung des Motors notwendigen elektrischen Strom so zu reduzieren, dass er innerhalb eines vorgegebenen Bereichs liegt.
Zitateliste
Patentliteratur

Patentliteratur 1: Japanische Patentoffenlegungsschrift Nr. 2002-272153

Zusammenfassung
Technisches Problem
Jedoch berücksichtigt die in Patentliteratur 1 offenbarte Technologie nicht einen Verlust des Motors, wenn durch den Motor verbrauchte elektrische Energie berücksichtigt wird. Daher, wenn beispielsweise die Technologie auf einen Motor mit einem großen Verlust angewendet wird, ist die elektrische Leistung, den die Gleichstromversorgung zuführen sollte, wahrscheinlich so, dass eine obere Grenze von elektrischer Leistung, die ausgegeben werden kann, überstiegen wird.
Die in Patentliteratur 1 offenbarte Technologie berücksichtigt nicht eine für den Motorantrieb erforderliche Spannung. Daher ist es wahrscheinlich, dass beispielsweise eine induzierte Spannung während eines Motorhochgeschwindigkeitsbetriebs erzeugt wird, die eine Spannung übersteigt, die der Wechselrichter liefern kann, was Spannungssättigung verursacht.
Wenn der elektrische Strom und Spannungsmangel auftritt, ist es wahrscheinlich, dass eine Drehmomentknappheit auftritt, was Genauigkeitsbeeinträchtigung und Instabilität von Positionssteuerung oder Geschwindigkeitssteuerung verursacht. Wenn ein kleiner elektrischer Strom als eine Maßnahme zum Vermeiden von Spannungssättigung angelegt wird, steigt ein Kupferverlust aufgrund des kleinen elektrischen Stroms an. Daher können die Beschränkungen des elektrischen Stroms und der Spannung manchmal nicht gleichzeitig erfüllt werden.
Die vorliegende Erfindung ist im Hinblick auf das Obige gemacht worden und es ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Motorsteuervorrichtung zu erhalten, welche den Stromverbrauch eines Motors, und eine zum Antreiben des Motors erforderliche Spannung reduzieren/unterdrücken kann, um innerhalb von vorbestimmten Bereichen zu sein.
Problemlösung
Die vorliegende Erfindung ist auf eine Motorsteuervorrichtung gerichtet, welche die Aufgabe löst. Die Motorsteuervorrichtung beinhaltet eine Positionsbefehlerzeugungseinheit, die konfiguriert ist, einen Positionsbefehl auszugeben, um zu bewirken, dass eine Rotorposition eines Motors einer Referenzposition folgt; eine Positionssteuereinheit, die konfiguriert ist, Steuerung so durchzuführen, dass die Rotorposition des Motors und der Positionsbefehl miteinander koinzidieren, und einen Motorrotorgeschwindigkeitsbefehl auszugeben; und eine Drehmomentgrenzausgabeeinheit, die konfiguriert wird, einen Drehmomentgrenzwert auszugeben, der ein erlaubtes Drehmoment des Motors ist. Anhand der Rotorgeschwindigkeit des Motors gibt die Drehmomentgrenzausgabeeinheit den Drehmomentgrenzwert, bei dem zum Antreiben des Motors erforderlicher Stromverbrauch gleich oder kleiner einem vorbestimmten Motorstromgrenzwert ist und eine für den Antrieb des Motors erforderliche Spannungsamplitude gleich oder kleiner einer vorbestimmten Spannungsgrenze ist, aus. Die Positionsbefehl-Erzeugungseinheit erzeugt den Positionsbefehl anhand des Drehmomentsgrenzwerts.
Vorteilhafte Wirkungen der Erfindung
Gemäß der vorliegenden Erfindung gibt es eine Wirkung, dass es möglich ist, den Stromverbrauch des Motors und eine zum Antreiben des Motors erforderliche Spannung so zu reduzieren; dass sie innerhalb vorgegebener Bereiche sind.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
1 ist ein Blockdiagramm der Konfiguration einer Motorsteuervorrichtung gemäß einer ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
2 ist ein Blockdiagramm eines Konfigurationsbeispiels einer in 1 gezeigten Drehmomentgrenzausgabeeinheit.
3 ist ein Blockdiagramm eines anderen Konfigurationsbeispiels der in 1 gezeigten Drehmomentgrenzausgabeeinheit.
4 ist ein Flussdiagramm zum Erläutern einer Prozedur, in der eine Beschleunigung/Abbremseinstelleinheit Beschleunigung und Abbremsung eines Motormodells in einer in 1 gezeigten Positionsbefehlserzeugungseinheit bestimmt.
5 ist ein Diagramm eines Berechnungsbeispiels einer Drehmomenttabelle in der in 3 gezeigten Drehmomentgrenzausgabeeinheit.
6 ist ein Blockdiagramm der Konfiguration einer Motorsteuervorrichtung gemäß einer zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
7 ist Diagramm eines Berechnungsbeispiels einer Drehmomenttabelle in der in 3 gezeigten Drehmomentgrenzausgabeeinheit in einer dritten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
Beschreibung von Ausführungsformen
Ausführungsformen einer Motorsteuervorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung werden im Detail unten unter Bezugnahme auf die Zeichnungen erläutert. Man beachte, dass die vorliegende Erfindung nicht durch die Ausführungsformen beschränkt ist.
Erste Ausführungsform
1 ist ein Blockdiagramm einer Konfiguration einer Motorsteuervorrichtung gemäß einer ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. Eine Motorsteuervorrichtung 1a gemäß der ersten Ausführungsform beinhaltet eine Positionssteuerkonfiguration zum Steuern einer Rotorposition eines Motors 5 auf eine Referenzposition während der Stromverbrauch des Motors 5 bzw. eine Spannung zum Antreiben des Motors 5 auf Werte gleich oder kleiner als vorbestimmte Werte unterdrückt werden.
In 1 führt ein Schaltelement 3a eine Ein/Aus-Operation anhand eines Schaltbefehls 9, der aus der Motorsteuervorrichtung 1a gemäß der ersten Ausführungsform ausgeben wird, durch, durch welches ein Wechselrichter 3 Ausgangsstrom einer Gleichstromversorgung 2 in Wechselstrom umwandelt und den Wechselstrom dem Motor 5 zuführt. Ein durch einen Stromdetektor 4, der an einem Stromversorgungskabel zwischen dem Wechselrichter 3 und dem Motor 5 angebracht wird, detektierter Motorstrom 8 wird an der Motorsteuervorrichtung 1a als ein Rückkopplungssignal eingegeben. Eine durch einen Positionsdetektor 6, der am Motor 5 angebracht wird, detektierte Detektionsmotorposition 7 wird an der Motorsteuervorrichtung 1a als ein Rückkopplungssignal eingegeben.
In der ersten Ausführungsform ist der Motor 5 ein Magneteingebetteter Synchronmotor (IPM). Die Antriebssteuerung für den IPM wird durch ein System zum Unterteilen, auf einer orthogonalen Zweiachsenrotationskoordinate, die eine d-Achse, die mit der Richtung eines durch einen Permanentmagenten eines IPM-Rotors erzeugten Magnetschlussvektor koinzidiert, und eine q-Achse orthogonal zur d-Achse enthält, eines Motorstroms des Motors 5 in eine Stromkomponente auf der d-Achse (eine Anregungsstromkomponente) und ein Stromkomponente auf der q-Achse (eine Drehmomentstromkomponente) und Handhaben des Motorstroms durchgeführt.
Eine Schaltungsgleichung auf einer bei der Antriebsssteuerung für den IPM verwendeten dq-Achsenkoordinate wird durch Formel (1) repräsentiert. Man beachte, dass in Formel 1 Vd die d-Achsenspannung repräsentiert, Vq die q-Achsenspannung repräsentiert, R den Wicklungswiderstand repräsentiert, Ld eine d-Achseninduktionskomponente repräsentiert, Lq eine q-Achseninduktionskomponente repräsentiert, Φ eine induzierten Spannungskonstante repräsentiert, ωre eine elektrische Winkelfrequenz repräsentiert (durch Multiplizieren der Motordrehzahl mit der Anzahl von Polpaaren erhalten), p die Anzahl von Polpaaren repräsentiert, Id Anregungsstrom (klein) repräsentiert, und Iq Drehmomentstrom repräsentiert.
In 1 ist eine Hauptsteuervorrichtung 10 gezeigt. Die Motorsteuervorrichtung 1a gemäß der ersten Ausführungsform beinhaltet eine Kommunikations-/Parameterspeichereinheit 11 als eine Schnittstelle zur Hauptsteuervorrichtung 10. Die Hauptsteuervorrichtung 10 und die Kommunikations-/Parameterspeichereinheit 11 senden und empfangen Informationen bezüglich des Motors 5, der Gleichstromversorgung 2, des Wechselrichters 3, eines Strom(„Power”)grenzwerts 28 und eines Spannungsgrenzwerts 27 und andere Informationen. Man beachte, dass der Stromgrenzwert 28 ein Obergrenzwert des Stromverbrauchs (power consumption) des Motors 5 ist. Der Spannungsgrenzwert 27 ist ein Obergrenzwert einer Spannung, die zum Antreiben des Motors benötigt wird. Die Hauptsteuervorrichtung 10 stimmt den Stromgrenzwert 28 und den Spannungsgrenzwert 27 auf Basis einer Stromversorgungskapazität und einer Ausgangsspannung der Gleichstromversorgung 2 und sendet den Stromgrenzwert 28 und den Spannungsgrenzwert 27 an die Motorsteuervorrichtung 1a. Das heißt, dass Obergrenzen des Motorstromverbrauchs und der für den Motorantrieb erforderlichen Spannung in der Motorsteuervorrichtung 1a anhand eines Befehls der Hauptsteuervorrichtung 10 eingestellt werden können. Die Obergrenzen des Motorstromverbrauchs und der für den Motorantrieb erforderlichen Spannung können anhand einer ambienten Umgebung und von Betriebsbedingungen eingestellt werden.
Zuerst werden die Hauptsteuervorrichtung 10 und die Kommunikations-/Parameterspeichereinheit 11 erläutert. Die Hauptsteuervorrichtung 10 stellt Antriebsbedingungen ein, die nicht nur die Stromversorgungskapazität und die Ausgangsspannung der Gleichstromversorgung 2 berücksichtigen, sondern auch eine Umgebung um den Motor 5 herum, wie etwa elektrischer Strom, eine Betriebszeit und dergleichen eines den Motor 5, den Wechselrichter 3 und die Motorsteuervorrichtung 1a einschließenden Gesamtsystems.
Daher muss die Motorsteuervorrichtung 1a den Motor 5 anhand der Einstellung durch die Hauptsteuervorrichtung 10 antreiben. Folglich ist die Kommunikations-/Parameterspeichereinheit 11 in der Motorsteuervorrichtung 1a vorgesehen, um uns zu ermöglichen, den Antrieb des Motors 5 zu erreichen.
In einer in 1 gezeigten Form sind ein Motor 5 und ein Wechselrichter 3 verbunden. Jedoch ist nebenbei ein System bekannt, bei dem eine Mehrzahl von Motoren und eine Mehrzahl von Wechselrichtern mit der Gleichstromversorgung 2 verbunden sind, und die Hauptsteuervorrichtung 10 gemeinsam die Motoren und die Wechselrichter steuert. In diesem System berechnet die Hauptsteuervorrichtung 10 elektrische Ströme und Spannungen, die den jeweiligen Motoren und den jeweiligen Wechselrichtern zugeführt werden, wobei Prioritätspegel der Operationen und eine assoziierte Operation (Timing) des Motors und der Wechselrichter berücksichtigt werden, und veranlasst die Motoren und die Wechselrichter, zu arbeiten. Im System, bei welchem die Motoren und die Wechselrichter mit der Gleichstromversorgung verbunden sind, ist die Kommunikations-/Parameterspeichereinheit 11 ein essentielles Element in der Motorsteuervorrichtung 1a.
Beim konventionellen System, bei welchem die Motoren und die Wechselrichter mit der Gleichstromversorgung verbunden sind, wird oft eine Kapazität der Gleichstromversorgung als ein Wert ausgewählt, der durch einfaches Aufaddieren maximaler elektrischer Ströme zur Verwendung, eingestellt als Spezifikationen der jeweiligen Motoren und der jeweiligen Wechselrichter, erhalten wird.
Jedoch, arbeiten im tatsächlichen Betrieb die Motoren und Wechselrichter kaum bei solchen maximalen elektrischen Strömen zur Verwendung. Daher wird eine Gleichstromversorgung mit einer mehr als nötigen Kapazität in Bezug auf tatsächliche Betriebsbedingungen ausgewählt, was einen Anstieg bei den Kosten verursacht. Bezüglich dieses Problems ist es gemäß der ersten Ausführungsform, wie unten erläutert, möglich, die Kosten zu reduzieren, weil die Auswahl der Gleichstromversorgung 2 angemessen ausgeführt werden kann.
Als ein spezifisches Beispiel des Systems, in welchem die Motoren und die Wechselrichter mit der Gleichstromversorgung verbunden sind, gibt es ein Motorsteuersystem, das für eine Werkzeugmaschine verwendet wird. Im Falle des Motorsteuersystems werden eine Mehrzahl von Motoren und eine Mehrzahl von Wechselrichtern verwendet, um ein Werkstück (ein Werk) mit zwei Servomotoren zum Zuführen zu bewegen und Werk-Schneiden mit einem Spindelmotor durchzuführen.
In diesem Fall ist im Allgemeinen der Stromverbrauch des Spindelmotors oft relativ groß. Daher fluktuiert konventioneller Weise, wenn der Spindelmotor arbeitet, während die Servomotoren zum Zuführen eine Positionierungsoperation durchführen, eine Ausgangsspannung der Gleichstromversorgung stark. In den Servomotoren zur Zufuhr kann in einigen Fällen das Drehmoment nicht ausgegeben werden, aufgrund einer Spannungsverknappung, und es wird der Betrieb des Servomotors für die Zufuhr gestört.
Um dieses Problem zu lösen, kann gemäß der ersten Ausführungsform, wie später beschrieben wird, die Hauptsteuervorrichtung 10 einen Spannungsgrenzwert an eine Motorsteuervorrichtung für den Servomotor zur Zufuhr senden durch vorab Antizipieren von Ausgangsspannungsfluktuation der Gleichstromversorgung 2. Daher ist es möglich, den Servomotor zur Zufuhr zu veranlassen, zu arbeiten, durch Vermeiden einer Spannungsverknappung. Andererseits ist es beispielsweise wenn der Spindelmotor zu arbeiten beginnt, während der Servomotor zur Zuführung Positionssteuerung ausführt, möglich, einen Stromgrenzwert und einen Spannungsgrenzwert zu beschränken, um es zu ermöglichen, den elektrischen Strom für den Servomotor zur Zufuhr sicherzustellen.
Die Kommunikations-/Parameterspeichereinheit 11 wird erläutert. Die Kommunikations-/Parameterspeichereinheit 11 führ Operationen wie etwa Senden und Empfangen von Informationen zu und aus dem Hauptsteuervorrichtung 10 und Halten von Parametern durch. Wenn der Stromgrenzwert 28 und der Spannungsgrenzwert 27, welche für den Betrieb der elektrischen Strom/Spannungsbeschränkungseinheit 29 und eine Drehmomentgrenzausgabeeinheit 30 notwendig sind, aus der Hauptsteuervorrichtung 10 gesendet werden, speichert die Kommunikations-/Parameterspeichereinheit 11 den Stromgrenzwert 28 und den Spannungsgrenzwert 27 als Steuerparameter der Motorsteuervorrichtung 1a und gibt jene Werte 28 und 27 gemäß Notwendigkeit der Strom/Spannungsbeschränkungseinheit 29 und der Drehmomentgrenzausgabeeinheit 30 aus. Wenn eine Referenzposition 12, die für den Betrieb einer Positionsbefehlserzeugungseinheit 13 und einer Erreich-Zeit-Abschätzsequenzsteuereinheit 33 notwendig ist, aus der Hauptsteuervorrichtung 10 gesendet wird, speichert die Kommunikations-/Parameterspeichereinheit 11 die Referenzposition 12 als einen Steuerparameter der Motorsteuervorrichtung 1a und gibt die Referenzposition 12 anhand Notwendigkeit der Positionsbefehlserzeugungseinheit 13 und der Erreich-Zeit-Abschätzsequenzsteuereinheit 33 aus. Wenn eine Positionssteuerzeit-Maximalgeschwindigkeit 35, die für den Betrieb der Positionsbefehlserzeugungseinheit 13 notwendig ist, aus der Hauptsteuervorrichtung 10 gesendet wird, speichert die Kommunikations-/Parameterspeichereinheit 11 die Positionssteuerzeit-Maximalgeschwindigkeit 35 als einen Steuerparameter der Motorsteuervorrichtung 1a und gibt die Positionssteuerzeit-Maximalgeschwindigkeit 35 gemäß Notwendigkeit der Positionsbefehlserzeugungseinheit 13 aus.
In der Kommunikations-/Parameterspeichereinheit 11 ist ein Zeitpunkt zum Speichern der Steuerparameter der Motorsteuervorrichtung 1a ein Zeitpunkt vor Auslieferung der Motorsteuervorrichtung 1a, ein Zeitpunkt, wenn die Motorsteuervorrichtung 1a gestartet wird, ein Zeitpunkt, wenn eine Aktualisierungsnotifikation für einen Wert aus der Hauptsteuervorrichtung 10 empfangen wird, oder dergleichen. Weil der Stromgrenzwert 28 und der Spannungsgrenzwert 27 als die Steuerparameter in der Kommunikations-/Parameterspeichereinheit 11 geändert und gehalten werden können, ist es möglich, in jedem Moment Motorantrieb unter geeigneten Strom-/Spannungsbedingungen zu erzielen. Beispielsweise können der Stromgrenzwert 28 und der Spannungsgrenzwert 27, die einer Dreiphasenwechselstrom-Versorgungseinrichtungskapazität eines Gebäudes, in welchem die Gleichstromversorgung 2 eingestellt ist, entsprechen, und eine Stromversorgungskapazität und ein Spannungspegel, die der Vorrichtung zugewiesen sind, eingestellt werden. Daher ist es möglich, leicht die Einführung der Vorrichtung ohne Vergrößern der Stromversorgungseinrichtungskapazität zu realisieren.
Weiterhin sendet die Kommunikations-/Parameterspeichereinheit 11 den Stromverbrauch 29b des Motors 5, berechnet durch eine Motorstromverbrauchsberechnungseinheit 29a in der Strom/Spannungsbeschränkungseinheit 29, eine für den Motorantrieb benötigte Spannung 37, die durch eine Spannungsamplitudenberechnungseinheit 36 berechnet wird, und eine abgeschätzte Erreichzeit 34, die durch die Erreich-Zeit-Abschätzsequenzsteuereinheit 33 ausgegeben wird, an die Hauptsteuervorrichtung 10.
Die Spannungsamplitudenberechnungseinheit 36 wendet einen durch die Strombefehlskorrektureinheit 20 ausgegebenen dq-Achsenspannungsbefehl 24 auf Formel (2) an, um die für den Motorantrieb erforderliche Spannung 37 zu berechnen. Man beachte, dass in Formel (2) Vn die für den Motorantrieb erforderliche Spannung 37 repräsentiert, Vd* einen d-Achsenspannungsbefehl repräsentiert und Vq* einen q-Achsenspannungsbefehl repräsentiert.
Die Hauptsteuervorrichtung 10 kann ein Lernen auf Basis dieser Arten von Informationen durchführen und den Stromgrenzwert 28 und den Spannungsgrenzwert 27 einstellen, die angemessenere Betriebsbedingungen ergeben. Wenn der Motor 5 von Null-Geschwindigkeit beschleunigt wird, weisen nahe bei niedriger Motorgeschwindigkeit der Stromverbrauch des Motors und eine für den Antrieb des Motors 5 erforderliche Spannung spannen in Bezug auf den Stromgrenzwert 28 und den Spannungsgrenzwert 27 auf. Durch Erfassen des Stromverbrauchs 29b und der für den Antrieb erforderlichen Spannung kann die Hauptsteuervorrichtung 10 andere Wechselrichter und Motoren, die mit der Gleichstromversorgung 2 verbunden sind, veranlassen, unter Verwendung der Spannen zu arbeiten.
Ein Wechselrichterantriebssystem „eine Positions-/Geschwindigkeitssteuereinheit 15, eine Strombefehlsumwandeleinheit 17, eine Strombefehlskorrektureinheit 20, eine Stromsteuereinheit 22, und eine PWM-Verarbeitungseinheit 26” wird erläutert, welche das Schaltelement 3a des Wechselrichter 3 einer Ein/Aus-Steuerung anhand eines durch die Positionsbefehlserzeugungseinheit 13 erzeugten Positionsbefehls 14 unterwirft, wie unten erläutert.
Die Positions-/Geschwindigkeitssteuereinheit 15 führt Positionssteuerung und Geschwindigkeitssteuerung in dieser Reihenfolge auf Basis des durch die Positionsbefehlserzeugungseinheit 13 ausgegebenen Positionsbefehls 14 und der aus dem Positionsdetektor 6 ausgegebenen detektierten Motorposition 7 aus, erzeugt einen Drehmomentbefehl 16 und gibt den Drehmomentbefehl 16 an die Strombefehlsumwandlungseinheit 17 aus. Im Allgemeinen wird die Positionssteuerung durch P-Steuerung durchgeführt und wird die Geschwindigkeitssteuerung durch PI-Steuerung so durchgeführt, dass Steuerabweichungen der Steuerungen Null sind. Darüber hinaus wird oft eine „feed forward”-Steuerung (FF-Steuerung, Vorsteuerung), die ein ideales Betriebsmodell einer Motorposition einsetzt, zusammen ausgeführt.
Die Strombefehlsumwandlungseinheit 17 wandelt den Drehmomentbefehl 16 in einen dq-Achsenstrombefehl 18 um und gibt den dq-Achsenstrombefehl 18 an die Strombefehlskorrektureinheit 20 aus. Für die Konfiguration der Strombefehlsumwandlungseinheit 17 werden verschiedene Konfigurationsverfahren anhand Typen und Anwendungsgebieten des Motors 5 geprüft. Beispielsweise wird ein q-Achsenstrombefehl durch Teilen des Drehmomentbefehls 16 durch eine Drehmomentkonstante berechnet. Ein d-Achsenbefehlsstrom wird einfach auf Null eingestellt. In einigen Fällen wird eine Magnetflusssteuereinheit auf einer höheren Stufe vorgesehen und es wird eine Steuerausgabe der Magnetflusssteuereinheit zugewiesen. Alternativ werden in einigen Fällen der d-Achsenstrombefehl und der q-Achsenstrombefehl als eine Menge berechnet, anhand eines Kernfelds zur Bezugnahme auf Betriebsbedingungen, das vorab erzeugt wird.
Die Strombefehlskorrektureinheit 20 korrigiert den q-Achsenstrombefehl 18 auf Basis eines dq-Achsenstromkorrektursignals 19, das durch eine integrierende Einheit 29d in der Strom/Spannungsbeschränkungseinheit 29 ausgegeben wird und gibt den dq-Achsenstrombefehl 18 an die Stromsteuereinheit 22 als einen dq-Achsenstrombefehl 21 aus. Details bezüglich der Strombefehlskorrektureinheit 20 werden unten erläutert.
Die Stromsteuereinheit 22 erzeugt einen Spannungsbefehl 23 auf Basis des dq-Achsenstrombefehls 21, der durch die Strombefehlskorrektureinheit 20 korrigiert ist, des aus dem Stromdetektor 4 ausgegebenen detektierten Motorstroms 8 und der aus den Positionsdetektor 6 ausgegebenen detektierten Motorposition 7. Die Stromsteuereinheit 22 führt die PI-Steuerung und Nicht-Interferenzsteuerung zum Kompensieren der elektromagnetischen Interferenz zwischen p- und q-Achsen in einer dq-Achsenkoordinate so durch, dass eine Steuerabweichung der entsprechenden dq-Achsenströme Null ist. Die Stromsteuereinheit 22 wandelt den in einem Verarbeitungsprozess der Steuerung ermittelten dq-Achsenspannungsbefehl 24 in den Spannungsbefehl 23 auf einer stationären Koordinate um. Ein für die Koordinatenumwandungsverarbeitung verwendeter elektrischer Winkel wird aus der detektierten Motorposition 7 umgewandelt. Der dq-Achsenspannungsbefehl 24 wird an die Motorstromverbrauchsberechnungseinheit 29a, eine q-Achsenspannungsgrenzberechnungseinheit 29e und eine q-Achsenspannungsextraktionseinheit 29g in der Strom/Spannungsbeschränkungseinheit 29 und die Spannungsamplitudenberechnungseinheit 36 ausgegeben. Die Stromsteuereinheit 22 unterwirft den detektierten Motorstrom 8 einer Koordinatenwandlung und berechnet einen dq-Achsenstrom 25. Der dq-Achsenstrom 25 wird an die Motorstromverbrauchsberechnungseinheit 29a in der Strom/Spannungsbeschränkungseinheit 29 ausgegeben.
Der durch die Stromsteuereinheit 22 erzeugte Spannungsbefehl 23 wird in den Schaltbefehl 9 durch die PWM-Verarbeitungseinheit 26 anhand Trägervergleich umgewandelt. Folglich wird das Schaltelement des Wechselrichters 3 einer Ein/Aus-Steuerung unterworfen und wird Wechselstrom an den Motor 5 angelegt. Die Position des Motors 5 wird durch Wiederholen der Verarbeitung, die oben erläutert wurde, gesteuert.
In der Konfiguration des Wechselrichterantriebssystems, welches das Schaltelement 3a des Wechselrichters 3 einer Ein/Aus-Steuerung gemäß dem Positionsbefehl 14, der durch die oben erläuterte Positionsbefehlserzeugungseinheit 13 erzeugt wird, unterwirft, ist eine die zum Durchführen der Korrektur eines Strombefehls konfigurierte Strombefehlskorrektureinheit 20 ausschließende Konfiguration eine allgemeine Konfiguration.
Die Konfigurationen und der Betrieb der Strom/Spannungsbeschränkungseinheit 29 werden im Detail erläutert. Eine Funktion der Strom/Spannungsbeschränkungseinheit 29 ist es, beim Antrieb des Motors 5 den Motorstromverbrauch des Motors 5 auf einen Wert gleich oder kleiner einem Stromgrenzwert zu beschränken, und eine für den Antrieb erforderliche Spannung auf einen Wert gleich oder kleiner einem Spannungsgrenzwert zu beschränken. Die Funktion wird durch Erzeugen des dq-Achsenstromkorrektursignals 19, das für die Korrektur des dq-Achsenstrombefehls 18 verwendet wird, anhand Motorstromverbrauchsunterdrückungsverarbeitung und Motorantriebsspannungsunterdrückungssteuerung realisiert.
Zuerst wird die Motorstromverbrauchsunterdrückungsverarbeitung zum Unterdrücken des Stromverbrauchs des Motors 5 auf einen Wert gleich oder kleiner als ein Stromgrenzwert erläutert. Die Motorstromverbrauchsberechnungseinheit 29a führt eine Berechnung nach Formel (3) unter Verwendung des dq-Achsenstroms 25 und des dq-Achsenspannungsbefehls 24 durch und leitet den Motorstromverbrauch 29b ab. Man beachte, dass in Formel (3) Pow den Motorstromverbrauch repräsentiert, Vd* die Achsenspannungsbefehl repräsentiert, Vq* den q-Achsenspannungsbefehl repräsentiert, Id einen d-Achsenstrom repräsentiert und Iq einen q-Achsenstrom repräsentiert. Der durch Formel (3) berechnete Stromverbrauch Pow beinhaltet eine Motormaschinenabgabe, einen Maschinenverlust wie etwa Maschinenreibung, einen Motorkupferverlust und einen Motoreisenverlust. Wenn ein Verlust des Wechselrichters 3 groß ist, oder wenn ein Draht aus der Gleichstromversorgung 2 zum Wechselrichter 3 und ein Draht aus dem Wechselrichter 3 zum Motor 5 lang sind und ein Verlust in den Drähten nicht vernachlässigt werden kann, ist es durch Addieren der Verluste zu einem Berechnungsergebnis von Formel (3) möglich, elektrische Stromausgabe aus der Gleichstromversorgung 2 hochgenau auf einen Stromgrenzwert zu unterdrücken. Jedoch, selbst falls die Berechnung von Formel (3) nicht durchgeführt wird, ist es auch möglich, einen Gleichstrom und eine Gleichstromspannung im Draht aus der Gleichstromversorgung 2 zum Wechselrichter 3 zu detektieren und integrierten Wert des Gleichstroms und der Gleichstromspannung zu verwenden. Pow = V_d*·I_d + V_q*·I_q (3)
Ein Subtraktor 29j berechnet eine Differenz 29c zwischen den durch die Motorstromverbrauchsberechnungseinheit 29a berechneten Motorstromverbrauch 29b und dem aus der Kommunikations-/Parameterspeichereinheit 11 ausgegebenen Stromgrenzwert 28 und gibt die Differenz 29c an die Integrationseinheit 29d aus.
Die Integrationseinheit 29d wendet Integrationsverstärkungsmultiplikation und Integrationsverarbeitung eine Differenz 29 an und berechnet ein q-Achsenstrombefehlskorrektursignal im aus der Strombefehlskorrektureinheit 20 gesendeten dq-Achsenstromkorrektursignal 19. Die Strombefehlskorrektureinheit 20 subtrahiert ein q-Achsenstromkorrektursignal vom ursprünglichen q-Achsenstrombefehl, so dass ein Absolutwert des Drehmoments des Motors 5 abnimmt.
Der durch die Formel (3) berechnete Stromverbrauch des Motors 5 ist ein aufaddierter Wert der Motormaschinenabgabe und des Motorverlustes. Die Motormaschinenabgabe ist ein Produkt von Motorgeschwindigkeit und Motordrehmoment. Daher wird der Motorstromverbrauch durch Unterdrücken des Motordrehmoments unterdrückt. Wenn der Motorstromverbrauch den Stromgrenzwert 28 übersteigt, weist das q-Achsenstromkorrektursignal einen positiven Wert auf. In diesem Fall wendet die Strombefehlskorrektureinheit 20 einfach eine Subtraktionsverarbeitung auf den q-Achsenstrombefehl an. Jedoch kehrt während der Motorregeneration die Strombefehlskorrektureinheit 20 die Polarität des q-Achsenstromkorrektursignals um und führt eine Subtraktionsverarbeitung so durch, dass ein Absolutwert des q-Achsenstrombefehls abnimmt. Man beachte, dass in der ersten Ausführungsform die Strombefehlskorrektureinheit 20 konfiguriert ist, eine Korrektur des q-Achsenstrombefehls durchzuführen. Weil jedoch das Motordrehmoment auch in derselben Polarität wie ein Anstieg oder Abfall beim q-Achsenstrom zunimmt oder abnimmt, wird derselbe Effekt erhalten, wenn die Strombefehlskorrektureinheit 20 konfiguriert ist, den Drehmomentbefehl 16 zu korrigieren.
Die Motorantriebsspannungsunterdrückungsverarbeitung zum Unterdrücken der für den Motorantrieb erforderlichen Spannung auf einen Wert gleich oder kleiner dem Spannungsgrenzwert 27 wird erläutert. Die q-Achenspannungsgrenzberechnungseinheit 29e berechnet eine q-Achsenspannungsgrenze 29f durch Anwenden des aus der Stromsteuereinheit 22 ausgegebenen dq-Achsenspannungsbefehls 24 und des aus der Kommunikations/Parameterspeichereinheit 11 ausgegebenen Spannungsgrenzwert 27 auch Formel (4). Man beachte, dass in Formel (4) VgLim äquivalent dem q-Achsenspannungsgrenzwert 29f ist. VnLim repräsentiert den Spannungsgrenzwert 27. Vd* repräsentiert den aus dem dq-Achsenspannungsbefehl 24 ermittelten d-Achsenspannungsbefehl.
Die q-Achsenspannungsextraktionseinheit 29g extrahiert nur einen Befehl für eine q-Achsenspannung aus dem aus der Stromsteuereinheit 22 ausgegebenen dq-Achsenspannungsbefehl 24 und gibt den Befehl für die q-Achsenspannung als einen q-Achsenspannungsbefehl 29h aus.
Ein Subtraktor 29k berechnet eine Differenz 29i zwischen dem durch die q-Achsenspannungsextraktionseinheit 29g berechneten q-Achsenspannungsbefehl 29h und dem durch die q-Achsenspannungsgrenzberechnungseinheit 29e berechneten Spannungsgrenzwert 27 und gibt die Differenz 29i an die Integrationseinheit 29d aus.
Die Integrationseinheit 29d wendet Integrationsverstärkungsmultiplikation und Integrationsverarbeitung auf die Differenz 29i an und berechnet ein d-Achsenstrombefehlskorrektursignal im an die Strombefehlskorrektureinheit 20 gesendeten dq-Achsenstrombefehlskorrektursignal 19. Die Strombefehlskorrektureinheit 20 führt Korrektur zum Subtrahieren des d-Achsenstrombefehlskorrektursignals vom d-Achsenstrombefehl durch.
Die Amplitude eines Spannungsbefehls beinhaltet einen d-Achsen(Anregungs)Strom und eine durch Rotation eines Magnetflusses durch einen permanenten Magneten eines Rotors des Motors 5 erzeugte, induzierte Spannung. Eine Komponente der induzierten Spannung erscheint hauptsächlich auf der q-Achsenseite. Daher, weil die Strombefehlskorrektureinheit 20 die q-Achsenspannung durch Korrigieren des d-Achsenstrombefehls auf Basis der q-Achsenspannung unterdrücken kann, ist es möglich, die Unterdrückung der für den Motorantrieb erforderlichen Spannung zu realisieren. Man beachte, dass aufgrund einer Charakteristik der oben erläuterten induzierten Spannung die Strombefehlskorrektureinheit 20 konfiguriert werden kann, den d-Achsenstrom und den Magnetfluss durch den Permanentmagneten des Motors 5 zu korrigieren, oder wenn die Magnetflusssteuereinheit vorhanden ist, einen Magnetflussbefehl zu korrigieren.
Die Integrationseinheit 29d führt die Integrationsverarbeitung wie oben erläutert durch. Wenn jedoch die Korrektur des dq-Achsenstrombefehls unnötig ist, stoppt die Integrationseinheit 29d den Betrieb. Das heißt, dass die Integrationseinheit 29d einen unteren Grenzwert in einen Integrator, der darin inkorporiert ist, bereitstellt und den unteren Grenzwert auf Null setzt. Daher muss das dq-Achsenstromkorrektursignal 19 keinen negativen Wert haben. Man beachte, dass die Integrationsverarbeitung durch den Integrator für den Zweck des Aufrechterhaltens der Strombefehlskorrektursignale der d-Achse und der q-Achse und Verhindern des Flatterns des Ein/Aus von Strombefehlskorrekturoperationen der d-Achse und der q-Achse ausgeführt wird, um es möglich zu machen, eine Strom/Spannungsunterdrückungssteuerungsverarbeitung durchzuführen.
Wie oben erläutert, subtrahiert die Strombefehlskorrektureinheit 20 das dq-Achsenstrombefehlskorrektursignal vom dq-Achsenstrombefehl 18. Danach berechnet die Strombefehlskorrektureinheit 20 die Amplitude eines Strombefehls aus dem dq-Achsenstrombefehl nach der Subtraktion unter Verwendung von Formel (5). Man beachte, dass in Formel (5), Id* einen d-Achsenstrombefehl nach der Subtraktionsverarbeitung repräsentiert, Iq* einen q-Achsenstrombefehl repräsentiert und In* eine Strombefehlsamplitude, die zu berechnen ist, repräsentiert.
Wenn die durch Formel (5) ermittelte Strombefehlsamplitude die durch die Spezifikationen des Motors 5 und des Wechselrichters 3 bestimmte maximale Stromamplitude übersteigt, unterdrückt die Strombefehlskorrektureinheit 20 den d-Achsenstrombefehl und den q-Achsenstrombefehl und hält die Strombefehlsamplitude, innerhalb eines gestatteten Bereichs zu sein, während ein Verhältnis des d-Achsenstrombefehls und des q-Achsenstrombefehls aufrechterhalten wird, und gibt einen d-Achsenstrombefehl und den q-Achsenstrombefehl als den dq-Achsenstrombefehl 21 nach Korrektur aus. Spezifisch, wenn die durch den Motor 5 und den Wechselrichter 3 bestimmte maximale Stromamplitude durch Inmax repräsentiert wird, führt die Strombefehlskorrektureinheit 20 einen durch Formel (6) und Formel (7) angegebenen Versatz aus.
Man beachte, dass, wenn die Beschränkung der Stromamplitude durch Formel (6) und Formel (7) durchgeführt wird, die Integrationseinheit 29d der Strom/Spannungsbeschränkungseinheit 29 eine übermäßige Akkumulierung integrierter Werte des Integrators vermeidet. Daher wird ein Integratorbetrieb zum Erhöhen einer Integratorausgabe gestoppt.
Wie oben erläutert, wenn der Motorstromverbrauch auf einen Wert gleich oder kleiner als der Stromgrenzwert 28 unterdrückt wird, wird der q-Achsenstrom korrigiert. Jedoch, wie aus der Schaltungsgleichung von Formel (2) evident ist, ändert sich die d-Achsenspannung und ändert sich auch die für den Motorantrieb erforderliche Spannung gemäß der Änderung beim q-Achsenstrom. Wenn die für den Motorantrieb erforderliche Spannung auf einen Wert gleich oder kleiner als ein Spannungsgrenzwert 27 unterdrückt wird, wird der d-Achsenstrom korrigiert. Jedoch steigt oder sinkt ein Kupferverlust des Motordrahts und der Motorstromverbrauch ändert sich auch anhand der Korrektur des d-Achsenstroms. Auf diese Weise liegt eine Interferenz zwischen zwei physikalischen Größen vor, nämlich dem Motorstromverbrauch und der für den Motorantrieb erforderlichen Spannung. Daher ist es, indem die Motorstromverbrauchsunterdrückungsverarbeitung und die Motorantriebsantriebsunterdrückungsverarbeitung veranlasst wird, gleichzeitig und parallel zu arbeiten, möglich, die Genauigkeit beider Arten von Steuerverarbeitung zu verbessern. Als Ergebnis ist es möglich, kleine Kapazitätsmodelle bezüglich des Wechselrichters 3 und der Gleichstromversorgung 2 anzuwenden. Es gibt den Effekt, dass die Kosten reduziert werden.
Die Drehmomentgrenzausgabeeinheit 30 wird unter Bezugnahme auf 2 und 3 erläutert, in der Konfigurationsbeispiele gezeigt sind. In 2 berechnet die Drehmomentgrenzausgabeeinheit 30 einen Drehmomentgrenzwert 31 beispielsweise auf Basis des Spannungsgrenzwert 27, des Stromgrenzwert 28 und der Motorrotorgeschwindigkeitsinformation 32, wie in 2 gezeigt, anhand des Betriebs einer Konvergenzberechnungseinheit 30a und einer Drehmomentumwandlungseinheit 30q.
Die Konvergenzberechnungseinheit 30a beinhaltet ein Motormodell 30d und eine Modell-Strom/Spannungsbeschränkungseinheit 30b. Das Motormodell 30d führt Berechnung einer Modell-dq-Achsenspannung 30e unter Verwendung eines Modell-dq-Achsenstroms 30c, der eine Ausgabe der Modell-Strom/Spannungsbeschränkungseinheit 30b ist, und der Motorrotorgeschwindigkeitsinformation 32 durch. Spezifisch führt das Motormodell 30d die Berechnung von Formel 1 aus.
Die Modell-Strom/Spannungsbeschränkungseinheit 30b beinhaltet eine Motorstromverbrauchsberechnungseinheit 30f, eine q-Achsenspannungsgrenzberechnungseinheit 30l, eine q-Achsenspannungsextraktionseinheit 30j, Subtraktoren 30o und 30p und eine Integrations/Stromamplitudeunterdrückungseinheit 30i. Das heißt, dass die Modellstromspannungsbeschränkungseinheit 30b eine Operation durchführt, welche im Wesentlichen die gleiche wie die Operation der Strom/Spannungsbeschränkungseinheit 29 ist, mit einer Konfiguration, die im Wesentlichen die Gleiche wie die Strom/Spannungseinstelleinheit 29 ist.
Die Motorstromverbrauchsberechnungseinheit 30f berechnet Motormodellstromverbrauch 30g auf Basis der aus dem Motormodell 30d ausgegebenen Modell-dq-Achsenspannung 30e und dem Modell-dq-Achsenstrom 30c, welcher die Ausgabe der Modellstromspannungsbeschränkungseinheit 30b ist. Ein in Formel 1 berücksichtigter Verlust ist ein Motorkupferverlust. Wenn ein Motoreisenverlust, ein Leitungsverlust in einem Draht und ein Motormaschinenverlust modelliert werden, führt die Motorstromverbrauchsberechnungseinheit 30f die Berechnung durch, die Werte dieser Verluste enthält.
Der Subtraktor 30o berechnet eine Differenz 30h zwischen dem Motormodellstromverbrauch 30g und dem Stromgrenzwert 28, und gibt die Differenz 30h an die Integrations/Stromamplitudenunterdrückungseinheit 30i aus. Die Integrations/Stromamplitudenunterdrückungseinheit 30i wendet eine Integrationsverarbeitung auf die Differenz 30h an und berechnet einen Modell-d-Achsenstrom im Modell-dq-Achsenstrom 30c.
Die Modell-q-Achsenspannungs-Grenzberechnungseinheit 30l berechnet einen Modell-q-Achsenspannungsgrenzwert 30m, wie in Formel 4. Die q-Achsenspannungsextraktionseinheit 30j wählt nur eine q-Achsenspannung aus der durch das Motormodell 30d erzeugten Modell-dq-Achsenspannung 30e aus und gibt die q-Achsenspannung als eine Modell-q-Achsenspannung 30k aus.
Der Subtraktor 30p berechnet eine Differenz 30n zwischen dem Modell-q-Achsenspannungs-Grenzwert 30m und der Modellq-Achsenspannung 30k und gibt die Differenz 30n an die Integrations/Stromamplitudenunterdrückungseinheit 30i aus. Die Integrations/Stromamplitudenunterdrückungseinheit 30i wendet eine Integrationsverarbeitung auf die Differenz 30n an und berechnet einen Modell q-Achsenstrom im Modell dq-Achsenstrom 30c. Die Integrations/Stromamplitudenunterdrückungseinheit 30i kombiniert den Modell-d-Achsensstrom und den Modell-q-Achsenstrom, um den Modell-dq-Achsenstrom 30c zu erhalten. Die Drehmomentumwandlungseinheit 30q wandelt den Modell dq-Achsenstrom 30c um und erzeugt den Drehmomentgrenzwert 31.
Wie oben erläutert, führt die in Figur gezeigte Drehmomentgrenzausgabeeinheit 30 die Berechnung des Drehmomentgrenzwerts 31 anhand von Operationen des Motormodells 30d, der Modellstromspannungsbeschränkungseinheit 30b und der Drehmomentwandlereinheit 30q durch. Das heißt, dass die Drehmomentgrenzausgabeeinheit 30 konfiguriert ist, anhand von Umwandlungsberechnung einen dq-Achsenstrom zu berechnen, der eine Bedingung erfüllt, bei der die Spannung und der Stromverbrauch des Motormodells 30d gleich oder kleiner als der Stromgrenzwert 28 und gleich oder kleiner als der Spannungsgrenzwert 27 sind und ein maximales Drehmoment aufweist, den Drehmomentgrenzwert 31 aus dem dq-Achsenstrom zu berechnen und den Drehmomentgrenzwert 31 auszugeben. Daher ist die Konfiguration der Modellstromspannungsbeschränkungseinheit 30b im Wesentlichen die Gleiche wie die Konfiguration der unter Bezugnahme auf 1 erläuterten Strom/Spannungsbeschränkungseinheit 29. Wenn dieses System verwendet wird, ist es möglich, einen Drehmomentgrenzwert zu bestimmen, indem ein Stromverbrauchanstieg durch den d-Achsenstrom vorab berücksichtigt wird.
Man beachte, dass eine Differenz bei den Subtraktoren 29i und 29k in der in 1 gezeigten Strom/Spannungsbeschränkungseinheit 29 und eine Differenz bei den Subtraktoren 30o und 30p in der in 2 gezeigten Modellstromspannungsbeschränkungseinheit 30b unterschiedliche Vorzeichen haben. Dies liegt daran, dass, während die Strom/Spannungsbeschränkungseinheit 29 ein Korrektursignal für den getrennt anwesenden Strombefehl 19 erzeugt, die Modellstromspannungsbeschränkungseinheit 30b den dq-Achsenstrom selbst erzeugt.
Weiter, wenn der d-Achsenstrom nur einen negativen Wert aufweist, wird das Einstellen eines oberen Grenzwerts Null im Integrator vorgesehen, der den Modell-d-Achsenstrom in der Integrations/Stromamplitudenunterdrückungseinheit 30i ausgibt. Andererseits, um den q-Achsenstrom mit dem Maximaldrehmoment zu erhalten, werden ein oberer Grenzwert oder ein unterer Grenzwert nicht besonders in dem Integrator bereitgestellt, der den Modell-q-Achsenstrom in der Integrations/Stromamplitudenunterdrückungseinheit 30i ausgibt. In diesem Fall ist ein durch den Integrator in der Integrations/Stromamplitudenunterdrückungseinheit 30i gehaltener Wert ein Anfangswert des dq-Achsenstroms durch die Konvergenzberechnung.
Wie bezüglich der Strombefehlskorrektureinheit 20 erläutert, ergreift die Integrations/Stromamplitudenunterdrückungseinheit 30i eine Maßnahme zum Vermeiden exzessiver Akkumulierung von Werten des inkorporierten Integrators zusammen mit der Unterdrückung einer Stromamplitude. Im Integrator der Integrations/Stromamplitudenunterdrückungseinheit 30i wird ein durch den Motor 5 gestatteter maximaler Drehmoment-Stromwert als Anfangswert bei der Konvergenzberechnung des q-Achsenstroms eingestellt. Der Anfangswert bei der Konvergenzberechnung des d-Achsenstroms wird auf Null eingestellt.
Die Konvergenzberechnung wird jedes Mal ausgeführt, wenn die Motorrotorgeschwindigkeit 32 variiert. Im Allgemeinen wird die Konvergenzberechnung durch eine elektronische Schaltung wie einen FPGA oder durch Software auf einem Computer realisiert, die die Motorsteuervorrichtung 1a konfigurieren, und wird periodisch und diskret ausgeführt. Eine Schaltungsoperation für die Konvergenzberechnung wird als hinreichend schneller als eine Rotorgeschwindigkeitsänderung des Motors 5 betrachtet. Die Geschwindigkeit der Schaltungsoperation ist ein Wert nahe an der Motorrotorgeschwindigkeit während der beim letzten Mal ausgeführten Konvergenzberechnung. Der durch die Konvergenzberechnung erhaltene dq-Achsenstrom ist auch ein Wert nahe am letzten Ergebnis. Daher, wenn ein bei der nächsten Konvergenzberechnung erhaltener Wert als Anfangswert im Intregator in der Motorstromversorgungsberechnungseinheit 30l verwendet wird, führt diese zu einer Reduktion bei der Anzahl von Malen der Konvergenzberechnung.
Nachdem die Konvergenzberechnung endet, wendet die Drehmomentumwandlungseinheit 30a den durch die Konvergenzberechnung ermittelten Modell-dq-Achsenstrom 30c auf Formel (8) an, um das Drehmoment Ta zu berechnen und gibt das Drehmoment Ta als den Drehmomentgrenzwert 31 aus. T_a = P·Φ·I_q + P(L_d – L_q)·I_d·I_q (8)
Für die Berechnung zum Berechnen des oben erläuterten dq-Achsenstrom kann beispielsweise das Newton-Verfahren verwendet werden. Das Berechnungsverfahren für den Drehmomentgrenzwert 31 durch die oben erläuterte Konvergenzberechnung weist den Vorteil auf, dass es unnötig ist, vorab die Anwesenheit einer Lösung zu erfassen, die allen Berechnungsbedingungen genügt, wie etwa dem Stromgrenzwert 28 und dem Spannungsgrenzwert 27, und selbst falls eine solche Lösung abwesend ist, kann eine Lösung, welche Bedingungen entspricht, die relativ nahe an den Berechnungsbedingungen sind, ausgegeben werden.
Statt der in 2 gezeigten Konfiguration zum Durchführen der oben erläuterten Konvergenzberechnung kann die Drehmomentgrenzausgabeeinheit 30 unter Verwendung von beispielsweise, wie in 3 gezeigt, einer Drehmomenttabelleninitialisierungseinheit 30r, einer Drehmomenttabelle 30s, die konfiguriert ist, einen Drehmomentgrenzwert entsprechend der Motordrehzahl zu speichern, und einer (nicht gezeigten) Drehmomentgrenzwertausgabeeinheit konfiguriert sein.
Die Drehmomenttabelleninitialisierungseinheit 30r führt die in 2 erläuterte Konvergenzberechnung bei jeder Motorrotorgeschwindigkeit vorab aus, vor dem Start des Betriebs des Motors 5, oder zu einem Zeitpunkt, wenn der Stromgrenzwert verändert wird, oder zu einem Zeitpunkt, wenn der Spannungsgrenzwert verändert wird. Die Drehmomenttabelleninitialisierungseinheit 30r stellt den so ermittelten Drehmomentgrenzwert in der Drehmomenttabelle 30s ein. Die Drehmomentgrenzwertausgabetabelle (nicht gezeigt), gibt den Drehmomentgrenzwert 31, Bezug nehmend auf die Drehmomenttabelle 30s, auf Basis der Motorrotorgeschwindigkeitsinnformation 32 während des Motorbetriebs aus. Mit einer solchen Konfiguration wird das Drehmoment, das den Stromverbrauch und eine Antriebsspannung während des Motorantriebs in vorbestimmten Bereichen einstellt, vorab berechnet. Daher ist es unnötig, die in 2 gezeigte Konvergenzberechnungsverarbeitung zu veranlassen, parallel zur Position, Geschwindigkeit, und Stromsteuerverarbeitung für den Motor zu arbeiten. Folglich wird eine Verarbeitungslast reduziert.
Die Positionsbefehlserzeugungseinheit 13 beinhaltet eine Beschleunigung/Abbremseinstelleinheit 13a und ein Motormodell 13c. Das Motormodell 13c berechnet Modellgeschwindigkeit 13d und eine Modellposition 13e anhand einer durch Formel (9) und Formel (10) repräsentierten imaginären Maschinengleichung. Das Motormodell 13c gibt die Modellgeschwindigkeit 13d an die Beschleunigung/Abbremseinstelleinheit 13a aus und alloziert die Modellgeschwindigkeit 13d zu der in der Drehmomentgrenzausgabeeinheit 30 verwendeten Motorrotorgeschwindigkeitsinformation. Das Motormodell 13c gibt die Modellposition 13e an die Erreichzeit-Schätz-Abfolgesteuereinheit 33 aus und weist die Modellposition 13e den durch die Position/Geschwindigkeitssteuereinheit 15 gegebenen Positionsbefehl 14 zu. Man beachte, das in Formel (9) und Formel (10) Tb ein Modelldrehmoment 13b, das aus der Beschleunigung/Abbremseinstelleinheit 13a ausgegeben wird, repräsentiert, ωrm die an die Beschleunigung/Abbremseinstelleinheit 13a ausgegebene Modellgeschwindigkeit 13d repräsentiert und θrm die an die Beschleunigung/Abbremseinstelleinheit 13a ausgegebene Modellposition 13e repräsentiert.
Die Motorrotorgeschwindigkeit, ein Geschwindigkeitsbefehl, oder dergleichen, die aus der detektierten Motorposition 7 berechnet werden, können der Motorrotorgeschwindigkeitsinformation 32, die in der Drehmomentgrenzausgabeeinheit 30 verwendet wird, zugewiesen werden. Jedoch tendiert die Motorrotorgeschwindigkeit, der Geschwindigkeitsbefehl oder dergleichen dazu, durch eine Störung wie etwa einen Fehler beeinträchtigt zu sein, der beim Modellieren des Motors involviert ist, wie beispielsweise Maschinenreibung oder Lastdrehmoment, Geschwindigkeitssteuerabweichung oder Rauschen, das in der detektierten Motorposition 7 enthalten ist. Andererseits, wenn die Modellgeschwindigkeit 13d verwendet wird, ist es möglich, eine stabile Positionsbefehlserzeugung durchzuführen, welche den Einfluss der Störung, wie etwa das Rauschen, vermeidet.
Die Beschleunigung/Abbremseinstelleinheit 13a empfängt den Drehmomentgrenzwert 31, der aus der Drehmomentgrenzausgabeeinheit 30 ausgegeben wird, die Modellgeschwindigkeit 13d und die Modellposition 13e, die aus dem Motormodell 13c ausgegeben werden, und die Referenzposition und die Positionssteuerzeit Maximalgeschwindigkeit 35, die aus der Kommunikations/Parameterspeichereinheit 11 ausgegeben werden, erzeugt das für die Berechnung der Maschinengleichung des Motormodells 13c verwendete Modelldrehmoment 13b und gibt das Modelldrehmoment 13b an das Motormodell 13c aus.
4 ist ein Flussdiagramm zum Erläutern einer Prozedur, in welcher die Beschleunigung/Abbremseinstelleinheit Beschleunigung oder Abbremsen des Motormodells in der in 1 gezeigten Positionsbefehlserzeugungseinheit bestimmt. In 4, wenn die Referenzposition 12 eingegeben wird (Ja in Schritt S1), notifiziert die Beschleunigung/Abbremseinstelleinheit 13a das Motormodell 13c der Referenzposition 12, die die Modellgeschwindigkeit 13b verwendet, verschiebt sich zu einem Beschleunigungsmodus (Schritt S2) und bestimmt, ob eine Positionsabweichung der Modellposition 13e in Bezug auf die Referenzposition 12 größer als eine Abbremsdistanz ist (Schritt S3). Das Motormodell 13c startet die Beschleunigung.
Wenn die Positionsabweichung der Modellposition 13e in Bezug auf die Referenzposition 12 kleiner als die Abbremsdistanz im Schritt S3 ist (Ja in Schritt S3), bestimmt die Beschleunigung/Abbremseinstelleinheit 13a, ob die Modellgeschwindigkeit 13d größer als ωrmmax (die Positionssteuerzeitmaximalgeschwindigkeit 35) ist (Schritt S4). Wenn die Modellgeschwindigkeit 13d kleiner als ωrmmax ist (Nein in Schritt S4), schreitet die Beschleunigung/Abbremseinstelleinheit 13a zu Schritt S2 fort. Wenn die Modellgeschwindigkeit 13d größer als ωrmmax ist (Ja in Schritt S4), schreitet die Beschleunigung/Abbremseinstelleinheit 13a zum Schritt S5 fort.
Das heißt, wenn sich eine Situation fortsetzt, in der die Positionsabweichung der Modellposition 13e in Bezug auf die Referenzposition kleiner als die Abbremsdistanz ist (Ja in Schritt S3) und die Modellgeschwindigkeit 13d kleiner als ωrmmax ist (Nein in Schritt S4), hält die Beschleunigung/Abbremseinstelleinheit 13a den Beschleunigungsmodus (Schritt S2) aufrecht.
Danach, wenn die Positionsabweichung der Modellposition 13e in Bezug auf die Referenzposition 12 kleiner als die Abbremsdistanz ist (Ja in Schritt S3), aber die Modellgeschwindigkeit 13d größer als ωrmmax ist (Ja in Schritt S4), verschiebt sich die Beschleunigung/Abbremseinstelleinheit 13a zu einem Geschwindigkeitsaufrechterhaltungsmodus (Schritt S5). Während die Positionsabweichung der Modellposition 13e in Bezug auf die Referenzposition 12 kleiner als die Abbremsdistanz ist (Ja in Schritt S6), hält die Beschleunigung/Abbremseinstelleinheit 13a den Geschwindigkeitsaufrechterhaltungsmodus aufrecht (Schritt S5).
Wenn die Positionsabweichung der Modellposition 13e in Bezug auf die Referenzposition 12 größer als die Abbremsdistanz ist (Nein in Schritt S3), während die Beschleunigung/Abbremseinstelleinheit 13a den Beschleunigungsmodus aufrechterhält (Schritt S2) oder wenn die Positionsabweichung der Modellposition 13 in Bezug auf die Referenzposition 12 größer als die Abbremsdistanz ist (Nein in Schritt S6), während die Beschleunigung/Abbremseinstelleinheit 13a den Geschwindigkeitsaufrechterhaltungsmodus aufrecht erhält (Schritt S5), verschiebt sich die Beschleunigung/Abbremseinstelleinheit 13a zu einem Abbremsmodus (Schritt S7).
Danach, während die Modellgeschwindigkeit 13d größer als ein Wert 0 ist (Ja in Schritt S8) und die Positionsabweichung der Modellposition 13e in Bezug auf die Referenzposition 12 größer als ein Wert 0 ist (Ja in Schritt S9), erhält die Beschleunigung/Abbremseinstelleinheit 13a den Abbremsmodus aufrecht (Schritt S7). In einem Prozess, in Welchem der Abbremsmodus aufrechterhalten wird, wenn die Modellgeschwindigkeit 13d auf einen Wert 0 in einem Prozess absinkt, in Welchem der Abbremsmodus aufrechterhalten wird (Nein in Schritt S7) oder wenn die Positionsabweichung der Modellposition 13e in Bezug auf die Referenzposition 12 auf den Wert 0 abnimmt (Nein in Schritt S9), stoppt die Beschleunigung/Abbremseinstelleinheit 13a den Betrieb (Schritt S10) und beendet diese Prozedur.
Man beachte, dass die Abbremsdistanz einen Änderungsbetrag einer Position angibt, zu der sich das Werkstück während der Abbremsung bewegt. Während des Beschleunigungsmodus alloziert die Beschleunigung/Abbremseinstelleinheit 13a die Modellposition 13e in einem Moment der Verschiebung vom Beschleunigungsmodus zum Geschwindigkeitsaufrechterhaltungsmodus zu einem rückgehaltenen Wert. Dies basiert auf der Idee, dass eine für die Beschleunigung erforderliche Distanz (der Änderungsbetragt der Position) gleich einer für die Abbremsung benötigten Distanz ist.
Die durch die oben erläuterte Kooperation der Beschleunigung/Abbremseinstelleinheit 13a mit dem Motormodell 13c erzeugte Modellgeschwindigkeit 13d wird an der Drehmomentgrenzausgabeeinheit 30 als die Motorrotorgeschwindigkeitsinformation 32 eingegeben. Die durch dieselbe Kooperation erzeugte Modellposition 13e wird an der Position/Geschwindigkeitssteuereinheit 15 und der Erreich-Zeit-Abschätzsequenzsteuereinheit 33 als der Positionsbefehl 14 eingegeben.
In der Positionsbefehlserzeugungseinheit 13 muss das für die Beschleunigung und Abbremsung verwendete Drehmoment keinen festen Wert aufweisen. Das bedeutet, dass das Drehmoment eine Charakteristik aufweist, dass die Form des Drehmomentgrenzwerts in Bezug auf die Motorrotorgeschwindigkeit eine beliebige Wellenform sein kann. Andererseits ist bei der konventionellen Motorpositionssteuerverarbeitung das für die Beschleunigung und Abbremsung verwendete Drehmoment fixiert und die Positionsbefehlserzeugung wird so durchgeführt, dass ein Geschwindigkeitsmuster des Drehmoments trapezförmig oder dreieckig in Bezug auf die Zeit ist.
Es werden unter Bezugnahme auf 5 Drehmomentmuster erläutert. Man beachte, dass 5 ein Diagramm eines Berechnungsbeispiels einer Drehmomenttabelle in der in 3 gezeigten Drehmomentgrenzausgabeeinheit ist. In 5 ist ein durch eine dicke durchgezogene Linie angegebenes, im Wesentlichen trapezförmiges Drehmomentmuster 42 ein Drehmomentgrenzwert, der durch die Verarbeitung in der in 3 gezeigten Drehmomentgrenzausgabeeinheit ermittelt wird. Ein von einer Strichpunktlinie im Drehmomentgrenzwert 42 umgebenes quadratisches Drehmomentmuster 43 gibt ein Drehmomentmuster an, welches verwendet wird, wenn die konventionelle Positionssteuerung durch ein festes Drehmoment durchgeführt wird. Ein Anwender stellt die während der Positionssteuerung gestattete Maximalgeschwindigkeit 44 an.
Eine in einem oberen Seitenbereich des Drehmomentmusters 43 in Verwendung schraffierte Region 45 zeigt ein Drehmoment an, das bei der konventionellen Positionssteuerung durch das fixierte Drehmoment nicht verwendet wird. Gemäß der ersten Ausführungsform kann in der Positionsbefehlserzeugungseinheit 13, weil das zur Beschleunigung unter Abbremsung verwendete Drehmoment kein fester Wert sein muss, auch das Drehmoment in der Region 45 verwendet werden. Daher ist es möglich, die zur Steuerung des Rotors des Motors auf eine Referenzposition erforderliche Zeit zu reduzieren.
Es versteht sich, dass in der ersten Ausführungsform, falls der Drehmomentgrenzwert 42 wie in 5 gezeigt bestimmt wird, ein Wert des Beschleunigungs- und Abbremsungs-Drehmoments durch die während der Positionssteuerung gestattete maximale Geschwindigkeit 44 eingestellt wird. Daher kann die konventionelle Positionssteuerung durch das feste Drehmoment durchgeführt werden.
Nachfolgend veranlasst die Erreich-Zeit-Abschätzsequenzsteuereinheit 33 vor dem Start des Betriebs des Motors 5 die Drehmomentgrenzausgabeeinheit 30 beziehungsweise die Positionsbefehlserzeugungseinheit 13, Simulationsoperationen virtuell durchzuführen, schätzt Zeit ab, bis die Modellposition 13e der Referenzposition 12 erreicht, und sendet die Zeit über die Kommunikations/Parameterspeichereinheit 11 als die abgeschätzte Erreichszeit 34 an die Hauptsteuervorrichtung 10. Wenn die empfangene, abgeschätzte Erreichszeit 34 beispielsweise länger als eine angenommene Erreichszeit ist, führt die Hauptsteuervorrichtung 10 wieder Justierung durch, erhöht beispielsweise den Stromgrenzwert 28 und sendet den Stromgrenzwert 28 an die Motorsteuervorrichtung 1a. Folglich kann eine angemessene Strom/Spannungsgrenzeinstellung in der Hauptsteuervorrichtung durchgeführt werden.
In einem System, in welchem neben dem Motor 5 und dem Wechselrichter 3 eine Mehrzahl von Motoren oder ein Mehrzahl von Wechselrichtern mit der Gleichstromversorgung 2 verbunden sind, und die Hauptsteuervorrichtung 10 gemeinsam die Motoren und Wechselrichter steuern, ist die abgeschätzte Erreichszeit 34 für das Terminieren/Planen einer assoziierten Operation der Motoren essentiell. Wenn eine Positionsbefehlserzeugung durch ein dreieckiges Geschwindigkeitsmuster oder ein trapezförmiges Geschwindigkeitsmuster durch die konventionelle fixe Drehmomentbeschleunigung und Abbremsung durchgeführt wird, kann eine Erreichzeit an der Referenzposition analytisch aus Bedingungen wie etwa Drehmoment und Motorträgheit berechnet werden. Jedoch ist es bei einem Verfahren der Verwendung des Drehmomentgrenzwerts 31 zum Maximum schwierig, die Erreichzeit an der Referenzposition analytisch abzuleiten. Eine simulierende Operation zum Berechnen der abgeschätzten Erreichzeit 34 wird verwendet.
Wie oben erläutert, wenn ein Positionsbefehl für eine Referenzposition erzeugt wird, wird ein Positionsbefehl unter Referenz auf einen Drehmomentgrenzwert erzeugt, bei welchem der Motorstromverbrauch gleich oder kleiner einem vorbestimmten Motorstromgrenzwert ist, und eine Spannungsamplitude, die für den Motorantrieb erforderlich ist, gleich oder kleiner einem vorbestimmten Spannungsgrenzwert ist, gemäß dem Drehmomentgrenzwert. Daher ist es möglich, während der Stromverbrauch des Motors auf einen Wert gleich oder kleiner einem Stromgrenzwert unterdrückt wird und eine für den Antrieb des Motors erforderliche Spannung auf einen Wert gleich oder kleiner dem Spannungsgrenzwert unterdrückt wird, stabil und reibungslos die Steuerung auszuführen, um eine Rotorposition des Motors zu veranlassen, der Referenzposition zu folgen.
Folglich, weil kleinere Kapazitätsmodelle auf Wechselrichter 3 und Gleichstromversorgung 2 angewendet werden können, gibt es den Effekt, dass die Kosten reduziert werden. Andererseits, weil notwendiger elektrischer Strom und eine notwendige Spannung vorab erfasst werden können, gibt es auch den Effekt, dass Auswählarbeit für die Gleichstromversorgung 2 vereinfacht wird. Zusätzlich kann beispielsweise eine Positionierungszeit durch Unterdrücken des Stromverbrauchs zur Tageszeit und Verwenden von viel Strom bei Nacht reduziert werden. Daher ist es möglich, zu einem vorgeplanten Stromverbrauch in einer Einrichtung beizutragen, in welcher die Motorsteuervorrichtung eingestellt ist.
Man beachte, dass, selbst falls die Strom/Spannungsbeschränkungseinheit 29 nicht verwendet wird, die Erzeugung des Positionsbefehls 14, welcher dem Drehmomentgrenzwert 31 entspricht, der durch die Drehmomentgrenzausgabeeinheit 30 ausgegeben wird, durchgeführt werden kann. Daher ist es möglich, simultan eine Unterdrückung des Motorstromverbrauchs und eine Unterdrückung einer Motorantriebsspannung zu erreichen. Wenn jedoch die Strom/Spannungsbeschränkungseinheit 29 kombiniert wird, kann die Motormaximalgeschwindigkeit weiter erhöht werden, durch Unterdrückung einer induzierten Spannung durch Korrektur des d-Achsenstroms. Daher gibt es den Effekt, dass es möglich ist, eine Reduktion bei der Zeit zu erreichen, die für die Positionssteuerung auf eine Referenzposition nötig ist, das heißt die Positionierung.
Wenn die Strom/Spannungsbeschränkungseinheit 29 kombiniert ist, selbst wenn ein Anstieg beim Motorstromverbrauch und ein Anstieg bei einer Antriebsspannung auftreten, aufgrund des Motormodells 30d der Drehmomentgrenzausgabeeinheit 30 und eines Modellierfehlers des Motors 5, absorbiert die Strom/Spannungsbeschränkungseinheit 29 die Anstiege über eine Strombefehlskorrektur durch eine Rückkopplung. Daher ist es möglich, den Motorstromverbrauch und eine für den Motorantrieb erforderliche Spannung auf Werte gleich oder kleiner als Grenzwerte hochgenau zu unterdrücken.
Andererseits, selbst wenn nur die Strom/Spannungsbeschränkungseinheit 29 verwendet wird, ist es möglich, den Stromverbrauch des Motors auf einen Wert gleich oder kleiner dem Stromgrenzwert 28 zu unterdrücken und die für den Antrieb des Motors erforderliche Spannung auf einen Wert gleich oder kleiner dem Spannungsgrenzwert 27 zu unterdrücken. Jedoch in diesem Fall, wenn der Stromverbrauch des Motors und der Spannung, die für den Antrieb des Motors jeweils erforderlich sind, die Grenzwerte erreichen, ist in einigen Fällen eine Differenz zwischen Ausgangsdrehmoment des Motors und durch die Positionsbefehlserzeugungseinheit angenommenen Drehmoment auffällig.
Ein Positionssteuersystem enthält viele zeitabhängige Abschnitte, wie etwa den Integrator und den Filter. Daher gibt es das Problem, dass ein Steuersystem kompliziert ist, wenn das Positionssteuersystem Messungen gegen den Drehmomentfehler vornimmt. In dieser Hinsicht wird in der ersten Ausführungsform eine, einem durch die Drehmomentgrenzausgabeeinheit 30 ausgegebenen Drehmomentgrenzwert genügende Positionsbefehlserzeugung vorab durchgeführt. Dafür gibt es einen Effekt, dass es möglich ist, die Maßnahmen gegen den Drehmomentfehler wegzulassen und eine glatte Positionssteuerung zu erreichen.
In der ersten Ausführungsform beinhaltet die Motorsteuervorrichtung 1a die Drehmomentgrenzausgabeeinheit 30 und die Positionsbefehlserzeugungseinheit 13. Jedoch kann die Hauptsteuervorrichtung 10 konfiguriert sein, eine Reihe von Verarbeitungen auszuführen, durch Einschließen von Einstellungen eines Stromgrenzwerts und eines Spannungsgrenzwerts, und einen ermittelten Positionsbefehl an die Motorsteuervorrichtung 1a zu senden. Die vorliegende Erfindung ist darauf nicht beschränkt. Es versteht sich, dass die entsprechenden Arten von Prozessierung anhand der eingesetzten Hardware geteilt werden können. Die Essenz der vorliegenden Erfindung zum Veranlassen des Motors, bei einer Spannung gleich oder kleiner als einem Stromgrenzwert und einer Spannung gleich oder kleiner einem Spannungsgrenzwert zu arbeiten, ändert sich nicht.
Zweite Ausführungsform
6 ist ein Blockdiagramm einer Konfiguration einer Motorsteuervorrichtung gemäß einer zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. Eine Motorsteuervorrichtung 1b gemäß der zweiten Ausführungsform beinhaltet eine Geschwindigkeitssteuerkonfiguration zum Steuern der Rotorgeschwindigkeit des Motors 5 auf eine Referenzgeschwindigkeit, während der Stromverbrauch des Motors 5 und eine zum Antrieb des Motors 5 erforderliche Spannung jeweils auf Werte gleich oder kleiner als vorbestimmte Werte unterdrückt werden. Man beachte, dass in 6 die gleichen oder äquivalenten Komponenten wie die in 1 gezeigten Komponenten (erste Ausführungsform) durch dieselben Bezugszeichen und Symbole bezeichnet werden. Es werden hauptsächlich sich auf die zweiten Ausführungsform beziehende Komponenten erläutert.
In 6 sind in der Motorsteuervorrichtung 1b gemäß der zweiten Ausführungsform eine Geschwindigkeitsbefehlserzeugungseinheit 39 und eine Geschwindigkeitssteuereinheit 41 jeweils anstelle der Positionsbefehlserzeugungseinheit 13 und der Positions/Geschwindigkeitssteuereinheit 15 in der in 1 gezeigten Konfiguration vorgesehen (erste Ausführungsform).
Die Geschwindigkeitsbefehlserzeugungseinheit 39 enthält eine Beschleunigung/Abbremseinstelleinheit 39a und ein Motormodell 39c. Die Geschwindigkeitsbefehlserzeugungseinheit 39 erzeugt einen Geschwindigkeitsbefehl 40, der an die Geschwindigkeitssteuereinheit 41 gegeben wird und Motorrotationsinformation 32, die an die Drehmomentgrenzausgabeeinheit 30 gegeben wird, auf Basis der über die Kommunikations/Parameterspeichereinheit 11 eingegebenen Referenzgeschwindigkeit 39, welche durch die Motorsteuervorrichtung gesendet wird, und den Drehmomentgrenzwert 31, welcher durch die Drehmomentgrenzausgabeeinheit 30 ausgegeben wird.
Der Betrieb der Geschwindigkeitsbefehlserzeugungseinheit 39 wird erläutert. Die Beschleunigung/Abbremseinstelleinheit 39a bestimmt Beschleunigung oder Geschwindigkeitsaufrechterhaltung auf Basis einer Referenzgeschwindigkeit 38, die aus der Kommunikations-/Parameterspeichereinheit 11 eingegeben wird, einen Drehmomentgrenzwert 31, der durch die Drehmomentgrenzausgabeeinheit 30 ausgegeben wird, und eine Modellgeschwindigkeit 39d, die aus dem Motormodell 39c ausgegeben wird, erzeugt ein Modelldrehmoment 39b, das ein Ergebnis der Bestimmung angibt, und gibt das Modelldrehmoment 39b an das Motormodell 39c aus.
Wie das Motormodell 13c in der Positionsbefehlserzeugungseinheit 13, berechnet das Motormodell 39c die Modellgeschwindigkeit 39d unter Verwendung von Formel (9) und gibt die Modellgeschwindigkeit 39d an die Beschleunigung/Abbremseinstelleinheit 39a aus. Die Beschleunigung/Abbremseinstelleinheit 39a vergleicht einfach die Referenzgeschwindigkeit 39 und die Modellgeschwindigkeit 39d. Wenn die Modellgeschwindigkeit 39d niedriger als die Referenzgeschwindigkeit 38 ist, gibt die Beschleunigung/Abbremseinstelleinheit 39a den Drehmomentgrenzwert 31 an das Motormodell 39c als das Modelldrehmoment 39b aus. Wenn die Modellgeschwindigkeit 39d gleich oder höher der Referenzgeschwindigkeit 38 ist, reduziert die Beschleunigung/Abbremseinstelleinheit 39a das Modelldrehmoment 39b, das an das Motormodell 39c ausgegeben wird, auf Null.
Die durch die Kooperation der Beschleunigung/Abbremseinstelleinheit 39a und des Motormodells 39c erzeugte Modellgeschwindigkeit 39d wird an der Geschwindigkeitssteuereinheit 41 als Geschwindigkeitsbefehl 40 eingegeben, und an der Drehmomentgrenzausgabeeinheit 30 und der Erreich-Zeit-Abschätzsequenzsteuereinheit 33 als die Motorrotorgeschwindigkeitsinformation 32 eingegeben.
Die Geschwindigkeitssteuereinheit 41 berechnet die Rotorgeschwindigkeit des Motors 5 aus der detektierten Motorposition 7, vergleicht die berechnete Rotorgeschwindigkeit und den Geschwindigkeitsbefehl 40, die durch die Geschwindigkeitsbefehlserzeugungseinheit 39 ausgegeben werden, führt eine Steuerverarbeitung so durch, dass die Rotorgeschwindigkeit und der Geschwindigkeitsbefehl 40 miteinander koinzidieren, und gibt den Drehmomentbefehl 16 aus. Wie in der ersten Ausführungsform wird die Motorrotorgeschwindigkeitsinformation 32 zur Berechnung des Drehmomentgrenzwerts 31 verwendet.
Wie bei der ersten Ausführungsform, vor dem Start des Motorbetriebs, veranlasst die Erreich-Zeit-Abschätzsequenzsteuereinheit 33 die Drehmomentgrenzausgabeeinheit 30 und die Geschwindigkeitsbefehlserzeugungseinheit 39, jeweils virtuell Simulationsoperationen durchzuführen, schätzt die Zeit ab, bis die in der Geschwindigkeit 39d die Referenzgeschwindigkeit 38 erreicht, und sendet die Zeit über die Kommunikations-/Parameterspeichereinheit 11 an die Hauptsteuervorrichtung 10 als die abgeschätzte Erreichzeit 34.
Wie oben erläutert wird gemäß der zweiten Ausführungsform, wenn ein Geschwindigkeitsbefehl für eine Referenzgeschwindigkeit erzeugt wird, der Geschwindigkeitsbefehl unter Bezugnahme auf einen Drehmomentgrenzwert erzeugt, mit welchem der Motorstromverbrauch gleich oder kleiner als ein vorbestimmter Motorstromgrenzwert ist, und die für den Motorantrieb erforderliche Spannungsamplitude gleich oder kleiner einer vorbestimmten Spannungsgrenze ist, und anhand des Drehmomentgrenzwerts. Daher, während der Stromverbrauch des Motors auf einen Wert gleich oder kleiner dem Stromgrenzwert unterdrückt wird, und die für den Antrieb des Motors erforderliche Spannung auf einen Wert gleich oder kleiner dem Spannungsgrenzwert unterdrückt wird, ist es möglich, stabil und glatt die Steuerung durchzuführen, um eine Rotorgeschwindigkeit des Motors zu veranlassen, der Referenzgeschwindigkeit zu folgen.
Folglich, weil Kleiner-Kapazitätsmodelle auf den Wechselrichter 3 und die Gleichstromversorgung 2 angewendet werden können, gibt es den Effekt, dass es möglich ist, die Kosten zu reduzieren. Andererseits, weil ein notwendiger elektrischer Strom und eine notwendige Spannung vorab erfasst werden können, gibt es auch den Effekt, dass Auswahlarbeit für die Gleichstromversorgung 2 vereinfacht wird. Zusätzlich kann beispielsweise die für die Geschwindigkeitssteuerung erforderliche Zeit durch Unterdrücken des Stromverbrauchs zur Tageszeit und Verwenden von viel Strom bei Nacht reduziert werden. Daher ist es möglich, zum geplanten Stromverbrauch in einer Anlage beizutragen, in welcher die Motorsteuervorrichtung eingestellt ist.
Man beachte, dass selbst falls die Strom/Spannungsbeschränkungseinheit 29 nicht verwendet wird, die Erzeugung des Geschwindigkeitsbefehls 40, welcher dem durch die Drehmomentgrenzausgabeeinheit 30 ausgegebenen Drehmomentgrenzwert 31 genügt, durchgeführt werden kann. Daher ist es möglich, simultan die Unterdrückung des Motorstromverbrauchs und die Unterdrückung einer Motorantriebsspannung zu erzielen. Wenn jedoch die Strom/Spannungsbeschränkungseinheit 29 kombiniert wird, kann die Motormaximalgeschwindigkeit weiter durch Unterdrücken einer induzierten Spannung durch Korrektur des d-Achsenstroms erhöht werden. Daher gibt den Effekt, dass es möglich ist, die Rotorgeschwindigkeit des Motors auf eine höhere Referenzgeschwindigkeit zu steuern.
Andererseits ist es möglich, selbst wenn nur die Strom/Spannungsbeschränkungseinheit 29 verwendet wird, den Stromverbrauch des Motors auf einen Wert gleich oder kleiner dem Stromgrenzwert 28 zu unterdrücken und die für den Antrieb des Motors erforderliche Spannung auf einen Wert gleich oder kleiner dem Spannungsgrenzwert 27 zu unterdrücken. In diesem Fall, wie in der ersten Ausführungsform erläutert, tritt ein Fehler zwischen dem für die Geschwindigkeitsbefehlserzeugung angenommenen Drehmoment und einem Motordrehmoment auf. Wenn jedoch die Motorsteuervorrichtung nur ein Geschwindigkeitssteuersystem enthält, nehmen von der Integration und Zeit abhängige Abschnitte im Vergleich zu Abschnitten der Motorsteuervorrichtung, die das Positionssteuersystem auch enthält, ab. Daher ist es einfach, Maßnahmen gegen den Fehler zu ergreifen, der zwischen dem für die Geschwindigkeitsbefehlserzeugung angenommenen Motordrehmoment und dem Motordrehmoment auftritt. Der Fehler ist kein Problem. Es ist möglich, eine sanfte Geschwindigkeitssteuerung durch Kombinieren der Geschwindigkeitsbefehlserzeugung mit der Geschwindigkeitsbefehlserzeugung, die dem Drehmomentgrenzwert 31 genügt, zu realisieren.
Dritte Ausführungsform
7 ist ein Diagramm eines Korrekturbeispiels einer Drehmomenttabelle in der in 3 gezeigten Drehmomentgrenzausgabeeinheit in einer dritten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
In den ersten und zweiten Ausführungsformen kann die in den 1 und 6 gezeigte Drehmomentgrenzausgabeeinheit 30 wie in 3 gezeigt konfiguriert sein. Der in 5 gezeigte Drehmomentgrenzwert 42 ist ein Drehmomentgrenzwert, der durch Verarbeiten in der in 3 gezeigten Drehmomentgrenzausgabeeinheit ermittelt wird (das heißt der Drehmomentgrenzwert in Bezug auf die Motorrotationsgeschwindigkeit, welche durch die in der ersten Ausführungsform erläuterte Konvergenzberechnung ermittelt wird). Jedoch ist in diesem Drehmomentgrenzwert 42 das maximale Drehmoment nahe der Nullgeschwindigkeit gezeigt und ist Drehmoment mit einer gewissen Größe nahe der Maximalgeschwindigkeit gezeigt. Großer Stromverbrauch wird nahe der Nullgeschwindigkeit und nahe der Maximalgeschwindigkeit erzeugt.
Daher werden in einer Erläuterung in der dritten Ausführungsform, um einen Anstieg beim Stromverbrauch aufgrund der transienten Änderung des Motorstroms zu unterdrücken, in dem in 5 gezeigten Drehmomentgrenzwert 42 Änderungsverhältnisse von Drehmomentaufbau und Drehmomentabbau eingestellt, unterdrückt zu werden. Man beachte, dass für eine bequeme Erläuterung die dritte Ausführungsform als ein Anwendungsbeispiel der ersten Ausführungsform erläutert wird.
Als ein spezifisches Verfahren des Unterdrückens von Änderungsverhältnissen von Drehmomentaufbau beim Start der Beschleunigung und Drehmomentabbau beim Start der Abbremsung wird im in 5 gezeigten Drehmomentgrenzwert 42 ein Verfahren zum Unterdrücken von Drehmoment, in welchem das Drehmoment keinen Maximalwert sowohl nahe der Nullgeschwindigkeit als nahe der Maximalgeschwindigkeit annimmt, untersucht.
Gemäß der Drehmomenttabelle, in welcher das Drehmoment nicht auf das maximale Drehmoment nahe der Nullgeschwindigkeit und nahe der Maximalgeschwindigkeit auf diese Weise unterdrückt wird, werden Aufbau und Abbau von Drehmoment, das beim Start der Beschleunigung und beim Ende der Beschleunigung des Motors 5 erzeugt wird, gleitend ausgeführt. Daher ist es möglich, transienten Stromverbrauch zu unterdrücken.
Wenn jedoch das Drehmoment nahe der Nullgeschwindigkeit und nahe der Motormaximalgeschwindigkeit Null ist, kann die virtuelle Geschwindigkeit nicht in der Positionsbefehlserzeugung gestartet werden. Um dies zu verhindern wird ein gewisses Drehmoment bei sowohl der Nullgeschwindigkeit als auch der Maximalgeschwindigkeit gelassen.
Drehmomentgrenzwerte werden unter Bezugnahme auf 7 erläutert. In 7 wird der in 5 gezeigte Drehmomentgrenzwert 42 durch eine lange Strichlinie angegeben. Ein Aufbaubereich und ein Abbaubereich des Drehmomentgrenzwert 42 werden korrigiert, um nicht bei sanften Änderungsverhältnissen zu ändern, wie durch die kurzen Strichlinien 47a und 47b angegeben, und der Drehmomentgrenzwert 42 ändert sich zu einem Drehmomentgrenzwert 48. Durch die Kurzstrichlinien 47a und 47b angegebenen Drehmomente, die sich bei den sanften Änderungsverhältnissen ändern, sind gemäß der unten erläuterten Formel 20 beschränkte Drehmomente. Drehmomente 49a und 49b, für die Positionsbefehlserzeugung verwendet werden, werden nahe der Nullgeschwindigkeit und nahe der Maximalgeschwindigkeit des Drehmomentgrenzwerts 48 gelassen.
Man beachte, dass die Beschränkung und die Unterdrückung der Drehmomentänderungsverhältnisse auch realisiert werden kann durch Anwenden einer Tiefpassfilterverarbeitung und einer Änderungsverhältnisbegrenzerverarbeitung auf das Modelldrehmoment 13b, das in der ersten Ausführungsform erläutert ist. Wenn jedoch diese Arten von Prozessierung durchgeführt werden, unterscheidet sich die Zeitreihenwellenform des Modelldrehmoments 13b während der Beschleunigung und eine Zeitreihenwellenform des Modelldrehmoments 13b während der Abbremsung im Motormodell 13c. Dies verursacht ein Übermaß oder eine Knappheit bei der Beschleunigungsdistanz während der Positionssteuerung.
In dieser Hinsicht, wenn eine Korrektur auf den in 5 gezeigten Drehmomentgrenzwert 42 angewendet wird, sind Modelldrehmomentwellenform während der Beschleunigung und während der Abbremsung symmetrisch in Bezug auf eine Zeitachse und werden nicht durch die Beschleunigung und die Abbremsung beeinträchtigt.
Ein Verfahren des Einstellens einer Drehmomentbegrenzung gemäß der dritten Ausführungsform wird erläutert. Ein Motorstromverbrauch, der einen transienten Term einschließt, wird durch Formel (11) gemäß Formel (1) und Formel (3) repräsentiert. Der Stromverbrauch durch den transienten Term wird durch „ein Produkt eines Stromänderungsverhältnisses und eines elektrischen Stroms” repräsentiert, der durch eine Unterstreichung angegeben ist.
Die Geschwindigkeit bei der Positionsbefehlserzeugung wird grob in der Reihenfolge von (1) Beschleunigungsstart, (2) Beschleunigung, (3) Beschleunigungsstopp, (4) feste Geschwindigkeit, (5) Abbremsungsbeginn, (6) Abbremsung, (7) Abbremsungsstopp ausgeführt. Ein transienter Stromverbrauch erscheint insbesondere auffällig in solchen Fällen wie bei Änderungen von (1) nach (2), (3) nach (4), (4) nach (5) und (6) nach (7).
Von diesen Änderungen bezüglich der Änderungen (3) nach (4) und (4) nach (5) sind die Polaritäten von stationärem Stromverbrauch unmittelbar vor den Änderungen und transienten Stromverbrauch während den Änderungen unterschiedlich. Als Ergebnis ist der Stromverbrauch nicht so groß. Wenn sich beispielsweise die Geschwindigkeit von der Beschleunigung zur festen Geschwindigkeit verschiebt, weil ein Drehmomentstrom von einem positiven Wert abnimmt, weist der elektrische Strom durch einen in einem vierten Term von Formel (11) gezeigten transienten Iq-Term einen negativen Wert auf. Weil jedoch der Stromverbrauch unmittelbar vor den Änderungen positiv ist, übersteigt eine Summe des Stromverbrauchs und des elektrischen Stroms keine Grenze, wenn nicht eine Stromänderung besonders auffällig ist. Andererseits koinzidieren bei der Änderung von (1) nach (2) und der Änderung von (6) nach (7) die Polaritäten von Stromverbrauch unmittelbar vor den Änderungen und der elektrischen Leistung die Grenze übersteigt. Es ist wahrscheinlich, dass eine Summe des Stromverbrauchs und der elektrischen Leistung die Grenze übersteigt.
Die Änderung von (1) nach (2) wird als ein Beispiel erläutert. Ein q-Achsenstrom wird linear aufgebaut und der zu dem in dem Drehmomenttabellengrenzwert beschriebenen Drehmoment äquivalente q-Achsenstrom wird auf Iq0 eingestellt. Wenn ein Änderungsverhältnis des Aufbaus als α repräsentiert wird, wird eine Zeitformel eines Drehmomentstroms durch Formel (12) repräsentiert und wird das Drehmoment durch Formel (13) repräsentiert. Wenn ein d-Achsenstrom auf Null eingestellt wird, wird eine elektrische Winkelfrequenz als Formel (14) repräsentiert und wird ein Motorstromverbrauch durch Formel (15) repräsentiert. Die Zeit Δt ab dem linearen Aufbau des q-Achsenstroms, bis der q-Achsenstrom äquivalent dem im Drehmomenttabellengrenzwert beschriebenen Drehmoment Iq0 erreicht, wird durch Formel (16) repräsentiert.
Weil der Motorstromverbrauch, der durch Formel (15) repräsentiert wird, mit Verstreichen der Zeit, zwischen 0 und Δt [s] ansteigt, ist der Stromverbrauch zur Zeit Δt am größten. Daher, wenn die Zeit Δt in Formel (15) eingesetzt wird, wird Formel (17) erhalten. Formel (17) ist eine Funktion des Änderungsverhältnisses α des Drehmomentstromaufbaus. Formel (17) wird durch das Änderungsverhältnis α abgeleitet, um Formel (18) zu erhalten. Wenn das Änderungsverhältnis α geändert wird, und die Berechnung von Formel (17) ausgeführt wird, ändert sich das Änderungsverhältnis α mit einer Änderungspolarität, zum Änderungsverhältnis α zum Minimieren von Formel (17). Daher, wenn Formel (18) als Null eingesetzt wird, wird Formel (19) erhalten und das Änderungsverhältnis α, bei welchem der transiente Stromverbrauch minimiert wird, das heißt, ein Änderungsverhältnis des Stromaufbaus, wird erhalten. In diesem Fall wird eine Relation zwischen Drehmoment und Motorgeschwindigkeit (eine elektrische Winkelfrequenz), durch Formel (20) repräsentiert.
Wenn die Korrektur der in 5 gezeigten Drehmomenttabelle anhand von Formel (20) ausgeführt wird, ist es möglich, eine Unterdrückung des transienten Stromverbrauchs zu erhalten. Selbst falls die oben erläuterte Berechnungsprozedur für den transienten Stromverbrauch in Bezug auf eine Änderung verwendet wird, kann ein optimaler Wert eines q-Achsenstromaufbaus nicht erhalten werden. Wenn jedoch der q-Achsenstrom sanfter aufgebaut wird, wird der transiente Stromverbrauch unterdrückt. Daher wird die Korrektur mit einer Wellenform durchgeführt, die durch Umkehren der Drehmomentkorrektur nahe der Nullgeschwindigkeit, ermittelt durch Formel (20), erhalten wird.
Gemäß der dritten Ausführungsform wird die Korrektur zum Unterdrücken und Einstellen von Änderungsverhältnissen von Drehmomentaufbau und Drehmomentabbau nahe der Nullgeschwindigkeit und nahe der Maximalgeschwindigkeit der Drehmomenttabelle durchgeführt. Daher ist es möglich, den Aufbau und den Abbau des Drehmoments sanft zu machen und den transienten Stromverbrach zu unterdrücken. Selbst zur transienten Zeit kann eine Operation mit vorbestimmtem Stromverbrauch oder weniger durchgeführt werden. Weil die Drehmomenttabelle unter Berücksichtigung des transienten Stromverbrauchs während des Motorantriebs gebildet werden kann, kann eine Verbesserung bei der Genauigkeit des Stromverbrauchunterdrückens erhalten werden. Es versteht sich, dass derselbe Effekt, auch wenn nicht optimal, erhalten werden kann, solange wie die Drehmomenttabelle nahe dem Start der Beschleunigung und nahe dem Ende der Beschleunigung unterdrückt wird, wie eine in 7 gezeigte Form, selbst falls die Korrektur nicht strikt gemäß Formel (20) durchgeführt wird.
In 1 und 6 ist eine Motorsteuervorrichtung gezeigt, welche einen elektrischen Strom eines Motors in eine Anregungsstromkomponente und eine Drehmomentkomponente unterteilt, welches Komponenten auf einer Zwei-Achsenorthogonalrotationskoordinate sind, und den elektrischen Strom handhabt. Die Motorsteuervorrichtung beinhaltet eine Strom/Spannungsbegrenzungseinheit einschließlich einer Stromberechnungseinheit, welche konfiguriert ist, Stromverbrach des Motors zu berechnen, eine Strombegrenzungseinheit, die konfiguriert ist, den Motorstromverbrauch, der durch die Stromberechnungseinheit berechnet ist, auf einen Wert gleich oder kleiner einem vorbestimmten Motorstromgrenzwert zu beschränken, eine Drehmomentunterteilspannungs-Grenzwertberechnungseinheit, die konfiguriert ist, einen Drehmomentunterteilspannungsgrenzwert des Motors zu berechnen, und eine Spannungsbegrenzungseinheit, die konfiguriert ist, eine Antriebsspannung des Motors auf eine Wert gleich oder kleiner einem vorbestimmten Motorspannungsgrenzwert zu beschränken. Die Strombegrenzungseinheit korrigiert einen Motordrehmomentstrom gemäß einem Überschussbetrag des Motorstromverbrauchs in Bezug auf den Motorstromgrenzwert. Die Drehmomentunterteilspannungs-Grenzwertberechnungseinheit berechnet den Drehmomentunterteilspannungsgrenzwert des Motors auf Basis des Motorspannungsgrenzwert und einer Anregungsunterteilspannung des Motors. Die Spannungsbegrenzungseinheit korrigiert einen Motoranregungsstrom gemäß dem Überschussbetrag einer Motordrehmomentunterteilspannung in Bezug auf den Drehmomentunterteilspannungsgrenzwert des Motor, berechnet durch die Drehmomentunterteilspannungsgrenzwert-Berechnungseinheit.
Mit dieser Konfiguration wird der Stromverbrauch des Motors rückgekoppelt und wird ein Drehmomentstrom korrigiert, um den Stromverbrauch so zu reduzieren, dass er gleich oder kleiner einem vorbestimmten Wert ist. Daher wird das Abgabedrehmoment des Motors reduziert. Es ist möglich, die Steuerung zum Reduzieren des Motorstromverbrauchs genau auf einen Wert gleich oder kleiner dem vorbestimmten Wert beim Motorantrieb zu steuern. Die Motordrehmomentunterteilspannung wird rückgekoppelt und ein Anregungsstrom des Motors wird korrigiert. Daher wird eine induzierte Spannung des Motors unterdrückt. Es ist möglich, die Steuerung zum Unterdrücken einer für einen Motorantrieb erforderlichen Spannung genau auf einen Wert gleich oder kleiner einem vorbestimmten Wert beim Motorantrieb auszuführen.
In 2, 3 und 5 ist eine Motorsteuervorrichtung gezeigt, welche einen elektrischen Strom eines Motors in eine Anregungsstromkomponente und eine Drehmomentstromkomponente unterteilt, die Komponenten auf einer Zwei-Achsenorthogonalrotationskoordinate sind, und den elektrischen Strom handhabt. Die Motorsteuervorrichtung beinhaltet eine Drehmomentgrenzausgabeeinheit, die eine Motormodelleinheit und eine Modellstrom/Modellspannungsbegrenzungseinheit enthält und konfiguriert ist, einen Drehmomentgrenzwert auszugeben, der das gestattete Drehmoment des Motors ist, anhand der Motorrotorgeschwindigkeit. Die Modellleistungs/Modellspannungsbegrenzungseinheit beinhaltet eine Motormodellstromberechnungseinheit, die konfiguriert ist, einen Motormodellstromverbrauch zu berechnen, eine Motormodellstrombegrenzungseinheit, die konfiguriert ist, den durch die Motormodellstromberechnungseinheit berechneten Motormodellstromverbrauch auf einen Wert gleich oder kleiner einem vorbestimmten Motorstromgrenzwert zu beschränken, eine Motormodelldrehmomentunterteilspannungs-Grenzwertberechnungseinheit, die konfiguriert ist, einen Drehmomentunterteilspannungsgrenzwert eines Motormodells zu berechnen, und eine Motormodellspannungsbegrenzungseinheit, die konfiguriert ist, eine Motormodellantriebsspannung auf einen Wert gleich oder kleiner einem vorbestimmten Motorspannungsgrenzwert zu begrenzen. Die Motormodellstrombegrenzungseinheit korrigiert einen Motormodelldrehmomentstrom anhand eines Übermaßbetrags des Motormodellstromverbrauchs in Bezug auf den Motorstromgrenzwert. Die Motormodelldrehmomentspannungsgrenzwertberechnungseinheit berechnet einen Drehmomentunterteilspannungsgrenzwert des Motormodells auf Basis des Motorspannungsgrenzwerts und einer Anregungsunterteilspannung des Motormodells. Die Motormodellspannungsbegrenzungseinheit führt bei jeder Motorrotationsgeschwindigkeit die Verarbeitung zum Korrigieren eines Motormodellanregungsstroms anhand eines Überschussbetrags der Motormodelldrehmomentunterteiltspannung in Bezug auf den Motormodelldrehmomentunterteiltspannungsgrenzwert aus, berechnet das Drehmoment des Motormodells auf Basis eines Drehmomentstroms des Motormodells und eines Anregungsstroms des Motormodells, ermittelt durch die Korrekturverarbeitung, und gibt das berechnete Drehmoment des Motormodells als einen Drehmomentgrenzwert aus.
Mit dieser Konfiguration wird der Drehmomentgrenzwert mit Stromverbrauch des Motors und eine für den Antrieb erforderliche Spannung, die vorab berücksichtigt wird, für jede Motorrotationsgeschwindigkeit unter Verwendung des Motormodells berechnet. Die Motorsteuerung wird so durchgeführt, dass Motordrehmoment den Drehmomentgrenzwert nicht übersteigt. Daher ist es möglich, den Motorstromverbrauch und die für den Motorantrieb erforderliche Spannung auf Werte zu begrenzen, die gleich oder kleiner als vorbestimmte Werte sind und eine Verarbeitungslast bei der Durchführung des Motorantriebs zu reduzieren.
Industrielle Anwendbarkeit
Wie oben erläutert, ist die Motorsteuervorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung nützlich, weil die Motorsteuervorrichtung Stromverbrauch eines Motors und eine zum Antrieb des Motors erforderliche Spannung innerhalb vorbestimmter Bereiche unterdrücken kann.
Bezugszeichenliste

1a, 1b: Motorsteuervorrichtung
2: Gleichstromversorgung
3: Wechselrichter
4: Stromdetektor
5: Motor (eingebetteter Magnetsynchronmotor: IPM)
6: Positionsdetektor
10: Hauptsteuervorrichtung
11: Kommunikations-/Parameterspeichereinheit
13: Positionsbefehlserzeugungseinheit
13a, 39a: Beschleunigung/Abbremseinstelleinheit
13c, 39c: Motormodelle (mechanisch)
15: Position/Geschwindigkeitssteuereinheit
17: Strombefehlumwandlungseinheit
20: Strombefehlskorrektureinheit
22: Stromsteuereinheit
26: PWM Verarbeitungseinheit
29: Strom/Spannungsbeschränkungseinheit
29a: Motorstromverbrauchberechnungseinheit
29b: Motorstromverbrauch
29d: Integrationseinheit
29e: q-Achsenspannungsgrenzberechnungseinheit
29g: q-Achsenspannungsextraktionseinheit
29j, 29k,: Subtraktoren
30: Drehmomentgrenzausgabeeinheit
30a: Konvergenzberechnungseinheit
30b: Modellstromspannungsbeschränkungseinheit
30d: Motormodell
30f: Motormodellstromverbrauchsberechnungseinheit
30g: Motormodellstromverbrauch
30i: Integrations/Stromamplitudenunterdrückungseinheit
30j: Modell-q-Achsenspannungsextraktionseinheit
30k: Modell-q-Achsenspannung
30l: Modell-q-Achsenspannungsgrenzberechnungseinheit
30m: Modell-q-Achsenspannungsgrenzwert
30o, 30p: Subtraktoren
30q: Drehmomentumwandlungseinheit
30r: Drehmomenttabelleninitialisierungseinheit
30s: Drehmomenttabelle
33: Ereichzeitabschätzsequenzsteuereinheit
36: Spannungsamplitudenberechnungseinheit
37: Für Motorantrieb erforderliche Spannung
39: Geschwindigkeitsbefehlserzeugungseinheit
41: Geschwindigkeitssteuereinheit

Claims

Motorsteuervorrichtung, umfassend: eine Positionsbefehlerzeugungseinheit, die konfiguriert ist, einen Positionsbefehl auszugeben, um zu bewirken, dass eine Rotorposition eines Motors einer Referenzposition folgt; eine Positionssteuereinheit, die konfiguriert ist, eine Steuerung so durchzuführen, dass die Rotorposition des Motors und der Positionsbefehl miteinander koinzidieren, und einen Motorrotorgeschwindigkeitsbefehl auszugeben; und eine Drehmomentgrenzausgabeeinheit, die konfiguriert wird, einen Drehmomentgrenzwert auszugeben, der ein erlaubtes Drehmoment des Motors ist, wobei die Drehmomentgrenzausgabeeinheit anhand der Rotorgeschwindigkeit des Motors den Drehmomentgrenzwert augibt, bei dem zum Antreiben des Motors erforderlicher Stromverbrauch gleich oder kleiner einem vorbestimmten Motorstromgrenzwert ist, und eine für den Antrieb des Motors erforderliche Spannungsamplitude gleich oder kleiner einer vorbestimmten Spannungsgrenze ist, wobei die Positionsbefehl-Erzeugungseinheit den Positionsbefehl anhand des Drehmomentsgrenzwerts erzeugt.
Motorsteuervorrichtung, umfassend: eine Geschwindigkeitsbefehlserzeugungseinheit, die konfiguriert ist, einen Geschwindigkeitsbefehl auszugeben, um eine Rotorgeschwindigkeit eines Motors zu veranlassen, einer Referenzgeschwindigkeit zu folgen; eine Geschwindigkeitssteuereinheit, die konfiguriert ist, eine Steuerung so durchzuführen, dass die Rotorgeschwindigkeit des Motors und der Geschwindigkeitsbefehl miteinander koinzidieren, und einen Motordrehmomentbefehl auszugeben; und eine Drehmomentgrenzausgabeeinheit, die konfiguriert ist, einen Drehmomentgrenzwert auszugeben, der ein gestatteter Drehmoment eines Motors ist, wobei anhand der Rotorgeschwindigkeit des Motors die Drehmomentgrenzausgabeeinheit den Drehmomentgrenzwert ausgibt, bei welchem ein Stromverbrauch des Motors gleich oder kleiner einem vorbestimmten Motorleistungsgrenzwert ist, und die zum Antreiben des Motors benötigte Spannungsamplitude gleich oder kleiner einer vorbestimmten Spannungsgrenze ist, und wobei die Geschwindigkeitsbefehlserzeugungseinheit den Geschwindigkeitsbefehl gemäß dem Drehmomentgrenzwert erzeugt.
Motorsteuervorrichtung, die einen elektrischen Strom eines Motors in eine Anregungsstromkomponente und eine Drehmomentstromkomponente unterteilt, die Komponenten auf einer Zwei-Achsenorthogonalrotationskoordinate sind, und den elektrischen Strom handhabt, wobei die Motorsteuervorrichtung umfasst: eine Strom/Spannungsbegrenzungseinheit, beinhaltend: eine Stromberechnungseinheit, die konfiguriert ist, den Stromverbrauch des Motors zu berechnen; eine Strombegrenzungseinheit, die konfiguriert ist, den durch die Stromberechnungseinheit berechneten Motorstromverbrauch auf einen Wert gleich oder kleiner als ein vorbestimmter Motorstromgrenzwert zu begrenzen; eine Drehmomentunterteilspannungs-Grenzwertberechnungseinheit, die konfiguriert ist, einen Drehmomentunterteilspannungsgrenzwert des Motors zu berechnen, und eine Spannungsbegrenzungseinheit, die konfiguriert ist, eine Antriebsspannung des Motors auf einen Wert gleich oder kleiner einem vorbestimmten Motorspannungsgrenzwert zu begrenzen, wobei die Strombegrenzungseinheit einen Motormodelldrehmomentstrom anhand eines Übermaßbetrags des Motorstromverbrauchs in Bezug auf den Motorstromgrenzwert korrigiert; wobei die Drehmomentunterteilspannungs-Grenzwertberechnungseinheit einen Drehmomentunterteilspannungsgrenzwert des Motors auf Basis des Motorspannungsgrenzwerts und einer Anregungsunterteilspannung des Motors berechnet; wobei die Spannungsbegrenzungseinheit einen Motoranregungsstrom anhand des Übermaßbetrags einer Motordrehmoment-Unterteilspannung in Bezug auf den durch die Drehmomentunterteilspannungs-Grenzwertberechnungseinheit berechneten Drehmomentunterteilspannungsgrenzwert korrigiert.
Motorsteuervorrichtung, die einen elektrischen Strom eines Motors in eine Anregungsstromkomponente und eine Drehmomentstromkomponente unterteilt, die Komponenten auf einer Zwei-Achsenorthogonalrotationskoordinate sind, und den elektrischen Strom handhabt, wobei die Motorsteuervorrichtung umfasst: eine Drehmomentgrenzausgabeeinheit, die eine Motormodelleinheit und eine Modellstrom/Modell spannungsbegrenzungseinheit enthält und konfiguriert ist, einen Drehmomentgrenzwert auszugeben, der das gestattete Drehmoment des Motors ist, anhand der Motorrotorgeschwindigkeit, wobei die Modellleistungs/Modellspannungsbegrenzungseinheit beinhaltet eine Motormodellstromberechnungseinheit, die konfiguriert ist, einen Motormodellstromverbrauch zu berechnen, eine Motormodellstrombegrenzungseinheit, die konfiguriert ist, den durch die Motormodellstromberechnungseinheit berechneten Motormodellstromverbrauch auf einen Wert gleich oder kleiner einem vorbestimmten Motorstromgrenzwert zu beschränken, eine Motormodelldrehmomentunterteilspannungs-Grenzwertberechnungseinheit, die konfiguriert ist, einen Drehmomentunterteilspannungsgrenzwert eines Motormodells zu berechnen, und eine Motormodellspannungsbegrenzungseinheit, die konfiguriert ist, eine Motormodellantriebsspannung auf einen Wert gleich oder kleiner einem vorbestimmten Motorspannungsgrenzwert zu begrenzen, wobei die Motormodellstrombegrenzungseinheit einen Motormodelldrehmomentstrom anhand eines Übermaßbetrags des Motormodellstromverbrauchs in Bezug auf den Motorstromgrenzwert korrigiert, wobei die Motormodelldrehmomentspannungs-Grenzwertberechnungseinheit einen Drehmomentunterteilspannungsgrenzwert des Motormodells auf Basis des Motorspannungsgrenzwerts und einer Anregungsunterteilspannung des Motormodells berechnet, und wobei die Motormodellspannungsbegrenzungseinheit bei jeder Motorrotationsgeschwindigkeit die Verarbeitung zum Korrigieren eines Motormodellanregungsstroms anhand eines Überschussbetrags der Motormodelldrehmomentunterteiltspannung in Bezug auf den Motormodelldrehmomentunterteiltspannungsgrenzwert ausführt, das Drehmoment des Motormodells auf Basis eines Drehmomentstroms des Motormodells und eines Anregungsstroms des Motormodells berechnet, ermittelt durch die Korrekturverarbeitung, und das berechnete Drehmoment des Motormodells als einen Drehmomentgrenzwert ausgibt.
Motorsteuervorrichtung gemäß Anspruch 4, wobei die Drehmomentgrenzausgabeeinheit eine Drehmomenttabelle enthält, die konfiguriert ist, einen Drehmomentgrenzwert entsprechend der Motorrotationsgeschwindigkeit zu speichern, einen Drehmomentgrenzwert beschreibt, der durch Ausführen der Verarbeitung durch das Motormodell und die Modellstrom/Modellspannungsbegrenzungseinheit in der Drehmomenttabelle vor dem Start des Betriebs des Motors oder zu einem Zeitpunkt, wenn der Stromgrenzwert verändert wird, oder wenn der Spannungsgrenzwert verändert wird, erhalten wird, und den in der Drehmomenttabelle beschriebenen Drehmomentgrenzwert gemäß der Motorrotorgeschwindigkeit während des Motorbetriebs ausgibt.
Motorsteuervorrichtung gemäß Anspruch 5, wobei die Drehmomenttabelle der Drehmomentausgabeeinheit einen Drehmomentgrenzwert speichert, der so eingestellt ist, dass ein Drehmomentaufbau beim Start einer Beschleunigung oder ein Drehmomentabbau beim Start einer Abbremsung bei einer vorbestimmten Zeitkonstante durchgeführt werden.
Motorsteuervorrichtung gemäß einem der Ansprüche 1 bis 6, weiter umfassend eine Parameterspeichereinheit, die konfiguriert ist, den Motorstromgrenzwert und den Motorspannungsgrenzwert als Steuerparameter zu halten, die angemessen geändert werden können.
Motorsteuervorrichtung gemäß einem der Ansprüche 1 bis 6, weiter umfassend eine Kommunikationseinheit, die konfiguriert ist, den Motorstromgrenzwert und den Motorspannungsgrenzwert über Kommunikation mit einer Hauptsteuervorrichtung zu erfassen.
Motorsteuervorrichtung gemäß einem der Ansprüche 1 oder 2, weiter umfassend eine Kommunikationseinheit, die konfiguriert ist, einer Hauptsteuervorrichtung über Kommunikation eine Erreichabschätzzeit bis zur Referenzposition oder der Referenzgeschwindigkeit mitzuteilen.