DE112019007940T5

DE112019007940T5 - Motortreiber

Info

Publication number: DE112019007940T5
Application number: DE112019007940.9T
Authority: DE
Inventors: Kenji Takahashi; Shinya TOYODOME; Mitsuo Kashima; Tomohiro KUTSUKI
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 2019-12-03
Filing date: 2019-12-03
Publication date: 2022-09-15
Also published as: WO2021111527A1; JPWO2021111527A1; CN114747132A; JP7162759B2; US11711039B2; US20220368255A1

Abstract

Ein Motortreiber (100) weist Folgendes auf: einen dq-Achsen-Stromregler (7) als Stromregler, der einen Wert eines durch einen Synchronmotor (1), der ein Motor ist, fließenden Phasenstroms in Werte eines d-Achsen-Stroms und eines q-Achsen-Stroms umwandelt und den Phasenstrom durch Bestimmen eines Spannungsbefehls auf der Grundlage des d-Achsen-Stroms und eines d-Achsen-Stromsollwerts sowie des q-Achsen-Stroms und eines q-Achsen-Stromsollwerts steuert; eine Spannungsamplitudenberechnungseinheit (8), die eine Spannungsamplitude erhält; einen Drehzahlregler (6), der die Drehzahl des Motors regelt, indem er den q-Achsen-Stromsollwert auf der Grundlage eines Drehzahlsollwerts, der Drehzahl und eines Drehzahlabfallbetrags, der den Drehzahlsollwert reduziert, bestimmt; einen Flussschwächungsregler (9), der eine Flussregelung durchführt, um die Amplitude der an den Motor ausgegebenen Spannung zu begrenzen, indem er den d-Achsen-Stromsollwert auf der Grundlage der Spannungsamplitude und eines ersten Spannungsgrenzwerts bestimmt; und einen Drehzahlabfallregler (10), der den Drehzahlabfallbetrag auf der Grundlage der Spannungsamplitude und eines zweiten Spannungsgrenzwerts regelt. Der Drehzahlabfallregler (10) bestimmt den Drehzahlabfallbetrag, der die Spannungsamplitude kleiner als den zweiten Spannungsgrenzwert macht.

Description

TECHNISCHES GEBIET
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf einen Motortreiber, der einen Synchronmotor treibt.
STAND DER TECHNIK
Servosysteme mit Synchronmotoren werden oftmals als Antriebsquellen für verschiedene mechanische Vorrichtungen verwendet. In einem allgemeinen Servosystem sind ein Drehzahlregler und ein Stromregler in Reihe geschaltet. Am Ausgang jedes Reglers ist ein Begrenzer vorgesehen, um den Synchronmotor und die mechanische Vorrichtung zu schützen. Darüber hinaus verfügt ein Leistungswandler, der eine Wechselspannung an den Synchronmotor abgibt, im Allgemeinen über eine Begrenzung der maximalen Spannung, die abgegeben werden kann, oder eine Begrenzung des maximalen Stroms, der abgegeben werden kann. Eine solche Begrenzung des Leistungswandlers funktioniert auch ähnlich wie der Begrenzer.
Jeder Regler ist mit einem Integrator ausgestattet, der den Ausgang so regelt, dass ein stationärer Fehler eliminiert wird. Wenn der Ausgang jedes Reglers durch den Begrenzer gesättigt ist und der integrierte Wert bei fortgesetzter Integration zu hoch wird, tritt bekanntermaßen ein Windup-Phänomen auf, bei dem sich der Ausgangswert nicht vom Grenzwert unterscheidet, selbst wenn sich ein Befehlswert ändert. Das Windup-Phänomen kann eine anhaltende Schwingung hervorrufen. Das Windup-Phänomen führt zu einer Verringerung der Stabilität der Regelung durch das Servosystem. Ein Verfahren zur Verhinderung des Windup-Phänomens besteht darin, dass dann, wenn festgestellt wird, dass der Ausgang jedes Reglers in Sättigung ist, der in jeden Regler eingegebene Sollwert so verringert werden kann, dass die Sättigung aufgehoben wird.
Im Patentdokument 1 wird ein Regelungsverfahren beschrieben, das sich auf eine Drehzahlregelungsvorrichtung eines Motors bezieht und das den Drehzahlsollwert reduziert, wenn eine Ausgangsspannung eines Leistungswandlers eine obere Grenze erreicht, die zu einer Sättigung der Ausgangsspannung führt. Wenn die Ausgangsspannung des Leistungswandlers gesättigt ist, führt die Drehzahlregeleinrichtung gemäß Patentdokument 1 eine Spannungsphasenregelung so durch, dass die Phase eines Spannungsbefehlswertes zu einer Leitphase in Bezug auf dq Drehkoordinaten wird, und reduziert den Drehzahlsollwert, indem sie eine Berechnung durchführt, die den Drehzahlsollwert korrigiert, wenn festgestellt wird, dass der Phasenwinkel des Spannungsbefehlswertes eine Schwelle überschritten hat.
Patentdokument 1: Japanisches Patent JP 5 256 009
KURZBESCHREIBUNG DER ERFINDUNG
Mit der Erfindung zu lösende Probleme
Wenn das in Patentschrift 1 beschriebene Regelungsverfahren angewandt wird, kann ein Motortreiber das Windup-Phänomen verhindern, indem er die Regelungsparameter entsprechend anpasst. Bei dem in Patentschrift 1 beschriebenen Regelverfahren müssen jedoch viele Regelparameter eingestellt werden. Darüber hinaus enthält ein Servosystem oder ein Anlagenmodell viele nichtlineare Elemente, die komplexe Eigenschaften aufweisen. So stellt der Motortreiber nach dem im Patentdokument 1 beschriebenen Regelverfahren die Regelparameter durch Ausprobieren ein und ist damit problematisch in Bezug auf einen hohen Arbeitsaufwand, der für die Einstellung erforderlich ist, um eine stabile Regelung des Motors durchzuführen.
Die vorliegende Erfindung wurde vor diesem Hintergrund gemacht und ein Ziel der vorliegenden Erfindung ist es, einen Motortreiber aufzuzeigen, der in der Lage ist, den Arbeitsaufwand für eine Einstellung zur Durchführung einer stabilen Regelung eines Motors zu reduzieren.
Mittel zum Lösen der Probleme
Um das oben beschriebene Problem zu lösen und das Ziel zu erreichen, weist ein Motortreiber gemäß der vorliegenden Erfindung Folgendes auf: einen Stromregler, um den Wert eines durch einen Motor fließenden Phasenstroms in Werte eines d-Achsen-Stroms und eines q-Achsen-Stroms umzuwandeln, die Ströme in einem dq-Koordinatensystem sind, und den Phasenstrom durch Bestimmen eines Spannungsbefehls auf der Grundlage des d-Achsen-Stroms und eines d-Achsen-Stromsollwerts sowie des q-Achsen-Stroms und eines q-Achsen-Stromsollwerts zu regeln; eine Spannungsamplituden-Berechnungseinheit, um eine Spannungsamplitude zu erhalten, die eine Amplitude des Spannungsbefehls ist; einen Drehzahlregler zum Regeln einer Drehzahl des Motors durch Bestimmen des q-Achsen-Strombefehls auf der Grundlage eines Drehzahlbefehls, der Drehzahl und eines Drehzahlabfallbetrags, der den Drehzahlbefehl reduziert; einen Flussschwächungsregler zum Durchführen einer Flussregelung, um eine Amplitude einer an den Motor ausgegebenen Spannung zu begrenzen, durch Bestimmen des d-Achsen-Strombefehls auf der Grundlage der Spannungsamplitude und eines ersten Spannungsgrenzwertes; und einen Drehzahlabfallregler zum Regeln des Drehzahlabfallbetrags auf der Grundlage der Spannungsamplitude und eines zweiten Spannungsgrenzwertes. Der Drehzahlabfallregler bestimmt den Drehzahlabfallbetrag, der die Spannungsamplitude kleiner als den zweiten Spannungsgrenzwert macht.
Effekt der Erfindung
Gemäß der vorliegenden Erfindung hat der Motortreiber den Effekt, dass der Arbeitsaufwand für die Einstellung zur Durchführung einer stabilen Regelung am Motor reduziert werden kann.
Figurenliste

1 ist ein Blockdiagramm, das ein Beispiel für eine Konfiguration eines Motortreibers gemäß einer ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt;
2 ist ein Blockdiagramm, das ein Beispiel für die Konfiguration eines Drehzahlreglers zeigt, der im Motortreiber gemäß der ersten Ausführungsform enthalten ist;
3 ist ein Diagramm zur Erläuterung eines Spannungsvektors, der einen Spannungszustand eines Synchronmotors darstellt, der durch den Motortreiber gemäß der ersten Ausführungsform geregelt werden soll;
4 ist ein Blockdiagramm, das ein Beispiel für die Konfiguration eines Flussschwächungsreglers zeigt, der im Motortreiber gemäß der ersten Ausführungsform enthalten ist;
5 ist ein Blockdiagramm, das ein Beispiel für die Konfiguration eines Drehzahlabfallreglers im Motortreiber gemäß der ersten Ausführungsform darstellt;
6 ist ein Diagramm, das ein Beispiel für ein Regelungsmodell des Motortreibers und des Synchronmotors gemäß der ersten Ausführungsform zeigt;
7 ist ein Diagramm, das ein Modell zeigt, das sich dem in 6 dargestellten Regelmodell in der Nähe eines Betriebspunktes in einem Hochgeschwindigkeitsbereich annähert;
8 ist ein erstes Diagramm zur Erläuterung des Entwurfs einer Flussschwächungsregelverstärkung des in 4 dargestellten Flussschwächungsreglers;
9 ist ein zweites Diagramm zur Erläuterung des Aufbaus der Flussschwächungsregelverstärkung des in 4 dargestellten Flussschwächungsreglers;
10 ist ein drittes Diagramm zur Erläuterung des Aufbaus der Flussschwächungsregelverstärkung des in 4 dargestellten Flussschwächungsreglers;
11 ist ein viertes Diagramm zur Erläuterung des Aufbaus der Flussschwächungsregelverstärkung des in 4 dargestellten Flussschwächungsreglers;
12 ist ein erstes Diagramm zur Veranschaulichung der Auslegung einer Drehzahlabfallreglerverstärkung des in 5 dargestellten Drehzahlabfallreglers;
13 ist ein zweites Diagramm, das die Auslegung der Drehzahlabfallreglerverstärkung des in 5 dargestellten Drehzahlabfallreglers veranschaulicht;
14 ist ein drittes Diagramm, das die Auslegung der Drehzahlabfallreglerverstärkung des in 5 dargestellten Drehzahlabfallreglers zeigt;
15 ist ein viertes Diagramm, das die Auslegung der Drehzahlabfallreglerverstärkung des in 5 dargestellten Drehzahlabfallreglers veranschaulicht;
16 ist ein Diagramm, das ein Beispiel für Betriebswellenformen bei Verwendung des Motortreibers gemäß der ersten Ausführungsform zeigt, und
17 ist ein Diagramm, das ein Beispiel für eine Hardwarekonfiguration eines Motortreibers gemäß einer zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt.

BESCHREIBUNG DER AUSFÜHRUNGSFORMEN
Ein Motortreiber gemäß Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung wird nun im Detail mit Bezug auf die Zeichnungen beschrieben. Dabei ist zu beachten, dass die vorliegende Erfindung nicht auf die Ausführungsformen beschränkt ist.
Ausführungsform 1
1 ist ein Blockdiagramm, das ein Beispiel für eine Konfiguration eines Motortreibers gemäß einer ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt. Ein Motortreiber 100 gemäß der ersten Ausführungsform regelt einen Synchronmotor 1 an. Der Motortreiber 100 ist mit einem Leistungswandler 3 verbunden. Der Synchronmotor 1 ist mechanisch mit einer mechanischen Vorrichtung 2 verbunden. Der Synchronmotor 1 ist eine Antriebsquelle für die mechanische Vorrichtung 2. Die mechanische Vorrichtung 2 arbeitet, wenn der Leistungswandler 3 eine Wechselspannung an den Synchronmotor 1 abgibt. Der Synchronmotor 1, der Leistungswandler 3 und der Motortreiber 100 bilden ein Motorsystem, das den Synchronmotor 1 antreibt.
In der ersten Ausführungsform ist der Synchronmotor 1 ein Permanentmagnet-Synchronmotor, bei dem ein Permanentmagnet auf einem Rotor vorgesehen ist. Bei dem Synchronmotor 1 kann es sich um einen Wicklungsfeld-Synchronmotor handeln, bei dem eine Feldwicklung um einen Rotor gewickelt ist, oder um einen Reluktanz-Synchronmotor, der das Drehmoment durch Ausnutzung der Auslenkung eines Rotors erhält. Die Anordnung des Permanentmagneten im Synchronmotor 1 kann eingebettet oder oberflächlich sein. In der ersten Ausführungsform wird davon ausgegangen, dass der Synchronmotor 1 ein dreiphasiger Synchronmotor ist. Der Synchronmotor 1 kann auch ein anderer Synchronmotor als ein Dreiphasen-Synchronmotor sein. Beispielsweise kann der Synchronmotor 1 ein Zweiphasen-Synchronmotor oder ein Fünfphasen-Synchronmotor sein.
Bei der mechanischen Vorrichtung 2 muss es sich nur um eine Vorrichtung handeln, die arbeitet, wenn der Synchronmotor 1 angetrieben wird. In der ersten Ausführungsform wird angenommen, dass die mechanische Vorrichtung 2 ein Kältemittelverdichter ist, der ein typisches Beispiel für eine Anwendung ist, deren Regelungseinstellung tendenziell Zeit benötigt. Der Kältemittelkompressor ist in ein Gerät wie eine Klimaanlage, eine Kältemaschine oder einen Kühlschrank eingebaut. Viele Kältemittelverdichter verfügen über eine integrierte Struktur, in die ein Motor integriert ist, um die Anzahl der Teile zu reduzieren. Daher ist es bei vielen Kältemittelverdichtern schwierig, die Regelung allein über den Motor vorzunehmen. Außerdem ändert sich der Druck im Kältemittelkompressor mit der Zeit allmählich, so dass es Zeit braucht, bis sich der Druck stabilisiert. Da es eine gewisse Zeit dauert, bis sich der Druck stabilisiert, dauert die Regelungseinstellung des Kältemittelverdichters tendenziell sehr lange.
Der Kältemittelverdichter beinhaltet verschiedene Arten von Verdichtern, wie z. B. Rotationsverdichter, Scrollverdichter, Schraubenverdichter, Hubkolbenverdichter und Turbokompressoren. Für alle Arten von Kältemittelverdichtern gilt, dass sie eine komplizierte Regelung benötigen. Der Kältemittelverdichter als mechanische Vorrichtung 2 kann jeder der verschiedenen Verdichtertypen sein. Bei der mechanischen Vorrichtung 2 kann es sich auch um ein anderes Gerät als den Kältemittelverdichter handeln.
Der Leistungswandler 3 wandelt die von einer (nicht dargestellten) Stromquelle eingespeiste Leistung in eine Leistung mit vorgegebener Form um und gibt diese Leistung ab. In der ersten Ausführungsform wird davon ausgegangen, dass der Leistungswandler 3 ein universeller Spannungsquellenwechselrichter ist. Der Spannungsquellenwechselrichter ist ein Gerät, das eine von einer Gleichspannungsquelle gelieferte Gleichspannung schaltet und in eine gewünschte Wechselspannung umwandelt. Der Leistungswandler 3 wandelt die Gleichspannung in die Wechselspannung auf der Grundlage eines vom Motortreiber 100 ausgegebenen Spannungsbefehls 12 um und gibt die durch die Umwandlung erhaltene Wechselspannung an den Synchronmotor 1 ab. Es ist zu beachten, dass der Leistungswandler 3 auch eine andere Art von Schaltung sein kann, wie z.B. ein Stromquellenwechselrichter oder ein Matrixwandler, oder auch ein Mehrstufenwandler, solange die gewünschte Wechselspannung an den Synchronmotor 1 geliefert werden kann.
Eine Stromerfassungseinheit 4 detektiert einen durch den Synchronmotor 1 fließenden Phasenstrom. Die Art, Anordnung und dergleichen der Stromerfassungseinheit 4 sind nicht besonders beschränkt. Die Stromerfassungseinheit 4 kann ein Stromsensor des Typs sein, der einen Stromwandler (CT) verwendet, oder ein Stromsensor des Typs, der einen Nebenschlusswiderstand verwendet. Die Stromerfassungseinheit 4 kann eine Kombination aus Stromwandler und Nebenschlusswiderstand verwenden. Die in 1 dargestellte Stromerfassungseinheit 4 ist an einer Verdrahtung zwischen dem Synchronmotor 1 und dem Leistungswandler 3 angeordnet und misst den Phasenstrom, der durch den Synchronmotor 1 fließt. Die Stromerfassungseinheit 4 gibt ein Signal 11 aus, das den Wert des Phasenstroms anzeigt. Es ist zu beachten, dass die Stromerfassungseinheit 4 an einer anderen als der in 1 dargestellten Position angeordnet sein kann. Zum Beispiel kann die Stromerfassungseinheit 4 im Inneren des Leistungswandlers 3 angeordnet sein.
Wenn die Stromerfassungseinheit 4 innerhalb des Leistungswandlers 3 angeordnet ist, beinhaltet das Stromerfassungsverfahren, das verwendet werden kann, ein Ein-Nebenschluss-Stromerfassungsverfahren, bei dem ein Nebenschlusswiderstand auf einer N-Seite eines Gleichstrombusses des Leistungswandlers 3 angeordnet ist, ein Unterzweig-Nebenschluss-Stromerfassungsverfahren, bei dem ein Nebenschlusswiderstand in Reihe mit einem Unterzweig des Leistungswandlers 3 eingefügt ist, oder Ähnliches. Verglichen mit der Verwendung des Stromwandlers haben das Ein-Nebenschluss-Stromerfassungsverfahren und das Unterzweig-Nebenschluss-Stromerfassungsverfahren eine Begrenzung des Zeitpunkts, zu dem der Strom erfasst werden kann, können aber die Komponentenkosten reduzieren.
Wenn der Synchronmotor 1 ein dreiphasiger Synchronmotor ist, verwendet der Motortreiber 100 auf der Grundlage des Kirchhoffschen Stromgesetzes den Wert des Phasenstroms von zwei beliebigen der drei Phasen, um den Wert des Phasenstroms der anderen Phase berechnen zu können. Daher braucht der Stromsensor nur für zwei beliebige der drei Phasen angeordnet zu sein und nicht für die andere eine Phase.
Der Motortreiber 100 regelt den Synchronmotor 1 mittels Vektorregelung. Der Motortreiber 100 enthält eine Positions-/Drehzahlvorgabeeinheit 5, einen Drehzahlregler 6, einen dq-Achsen-Stromregler 7, eine Spannungsamplitudenberechnungseinheit 8, einen Flussschwächungsregler 9 und einen Drehzahlabfallregler 10.
Um eine Vektorregelung des Synchronmotors 1 durchführen zu können, müssen die Magnetpolposition θe und die Drehzahl ω_e des Synchronmotors 1 erfasst oder geschätzt werden. Die Positions-/Drehzahlvorgabeeinheit 5 spezifiziert die Magnetpolposition θ_e und die Drehzahl ω_e des Synchronmotors 1. Konkret schätzt die Positions-/Drehzahlvorgabeeinheit 5 die Magnetpolposition θ_e und die Drehzahl ω_e auf der Grundlage des vom dq-Achsen-Stromregler 7 ausgegebenen Spannungsbefehls 12 und des von der Stromerfassungseinheit 4 erfassten Wertes des Phasenstroms. Die Positions-/Drehzahlvorgabeeinheit 5 gibt die vorgegebene Magnetpolposition θ_e und die vorgegebene Drehzahl ω_e aus.
An den Synchronmotor 1 kann ein Positionssensor angeschlossen werden, der die magnetische Polstellung θ_e erfasst. Als Positionssensor wird ein Drehgeber oder Resolver verwendet. Anstelle des Positionssensors kann auch ein Drehzahlsensor, z. B. ein Tachogenerator, an den Synchronmotor 1 angeschlossen werden. Es ist zu beachten, dass die Verwendung des Positionssensors oder des Drehzahlsensors für den Synchronmotor 1 aufgrund von Einschränkungen wie Einsatzumgebung und Kosten möglicherweise nicht geeignet ist. In der ersten Ausführungsform wird davon ausgegangen, dass der Motortreiber 100 eine lagegeberlose Regelung durchführt. Der Motortreiber 100 ist nicht darauf beschränkt, dass der Positionssensor oder der Drehzahlsensor nicht verwendet wird, sondern kann auch einen Positionssensor oder einen Drehzahlsensor verwenden. Man beachte, dass der oben beschriebene Kältemittelkompressor ein typisches Beispiel für eine Anwendung ist, in der der Positionssensor oder der Drehzahlsensor nicht ohne weiteres verwendet wird.
Für die lagegeberlose Regelung des Synchronmotors 1 sind verschiedene Verfahren vorgeschlagen worden, und die erste Ausführungsform kann grundsätzlich jedes Verfahren verwenden. Als bekanntes Verfahren steht beispielsweise ein Drehzahlschätzverfahren zur Verfügung, bei dem eine Zustandsgröße des Synchronmotors 1 durch einen Zustandsbeobachter geschätzt wird und die Drehzahl ω_e anhand eines Schätzfehlers der Zustandsgröße adaptiv ermittelt wird. Dieses Verfahren wird als adaptiver Beobachter bezeichnet und hat den Vorteil, dass eine gegenüber einer Änderung der induzierten Spannungskonstante robuste Drehzahlschätzung durchgeführt werden kann. Wenn der adaptive Beobachter nicht verwendet wird, kann die Magnetpolposition θ_e einfach aus dem Arkustangens der elektromotorischen Kraft der Geschwindigkeit geschätzt werden. Dieses Verfahren wird Arkustangens- Verfahren genannt. Das Arkustangens- Verfahren hat den Nachteil, dass ein Fehler bei der Geschwindigkeitsschätzung auftritt, wenn die induzierte Spannungskonstante einen Fehler aufweist, erfordert aber einfachere Berechnungen als der adaptive Beobachter. Es wurden viele andere lagesensorlose Regelungsverfahren vorgeschlagen, und jedes Verfahren kann verwendet werden, solange die Magnetpolposition θ_e und die Drehzahl ω_e geschätzt werden können.
Der Drehzahlregler 6 regelt die Drehzahl ω_e des Synchronmotors 1, indem er einen q-Achsenstromsollwert i_q* auf der Grundlage eines Drehzahlsollwerts ω₁*, der ein erster Drehzahlsollwert ist, eines Drehzahlabfallbetrags Δω und der vorgegebenen Drehzahl ω_e bestimmt.
2 ist ein Blockdiagramm, das ein Beispiel für eine Konfiguration des Drehzahlreglers im Motortreiber gemäß der ersten Ausführungsform zeigt. Der Drehzahlregler 6 beinhaltet Addierer 21 und 25, einen Subtrahierer 22, einen Drehzahlrückführungsregler (FB) 23 und einen Drehzahlvorregelungsregler (FF) 24.
Der Drehzahlsollwert ω₁* wird dem Drehzahlregler 6 von außerhalb des Motortreibers 100 zugeführt. Der Drehzahlsollwert ω₁* kann durch Berechnung im Motortreiber 100 gewonnen werden. Der Drehzahlsollwert ω₁* und der Betrag des Drehzahlabfalls Δω werden in den Addierer 21 eingegeben. Der Addierer 21 addiert den Geschwindigkeitsbefehl ω₁* und den Betrag des Drehzahlabfalls Δω und gibt einen zweiten Geschwindigkeitsbefehl ω₂* aus, der das Additionsergebnis ist. Der Betrag des Drehzahlabfalls Δω wird später beschrieben. Der zweite Drehzahlsollwert ω₂* und die Drehzahl ω_e werden in den Subtrahierer 22 eingegeben. Der Subtrahierer 22 gibt die Differenz zwischen dem zweiten Drehzahlsollwert ω₂* und der Drehzahl ω_e aus. Der Drehzahl-FB-Regler 23 führt die FB-Regelung so durch, dass die vom Subtrahierer 22 eingegebene Differenz gleich Null ist.
Als Drehzahl-FB-Regler 23 wird ein Proportional-Integral (PI)-Regler verwendet. Beim PI-Regler ist es bekannt, dass der stationäre Fehler in Bezug auf eine Sprungantwort gleich Null ist. Die Verwendung des PI-Reglers erleichtert die Auslegung der Verstärkung. Wie der Drehzahl-FB-Regler 23 kann auch ein Regler verwendet werden, der auf einer anderen Regel als der PI-Regelung basiert. Um einen stationären Fehler von Null zu erreichen, wird für den Drehzahl-FB-Regler 23 ein Regler mit einem Integrator verwendet. Der Drehzahl-FB-Regler 24 ist parallel zum Drehzahl-FB-Regler 23 geschaltet. Der zweite Drehzahlsollwert ω₂* wird in den Drehzahl-FB-Regler 24 eingegeben. Der Drehzahl-FB-Regler 24 führt eine FF-Regelung auf die Drehzahl ω_e durch. Mit dem Drehzahl FF-Regler 24 kann der Drehzahlregler 6 das Regelverhalten beschleunigen. Der Addierer 25 erzeugt den q-Achsenstromsollwert i_q*, indem er den Ausgangswert des Drehzahl-FB-Reglers 23 und den Ausgangswert des Drehzahl-FF-Reglers 24 addiert.
Ein d-Achsen-Stromsollwert i_d* wird durch den Flussschwächungsregler 9 ermittelt. Der Drehzahlregler 6 kann den d-Achsen-Stromsollwert i_d* durch „Maximum Torque per Ampere Control (MTPA)“ (maximaler Drehmoment-pro-Ampere-Regelung) bestimmen. Der d-axis Stromsollwert i_d* wird später beschrieben.
Der dq-Achsen-Stromregler 7 regelt als Stromregler den durch den Synchronmotor 1 fließenden Phasenstrom. Als dq-Achsen-Stromregler 7 wird ein Vektorregler verwendet, der eine Vektorregelung auf dq-Drehkoordinaten durchführt. Ein typischer Vektorregler führt eine Stromregelung an den dq-Drehkoordinaten in Bezug auf die Magnetpolposition θ_e durch. Wenn der Phasenstrom in einen Wert in dq-Drehkoordinaten umgewandelt wird, wird ein Wechselstromwert in einen Gleichstromwert umgewandelt, der die Regelung erleichtert, wobei der Motortreiber 100 die Stromregelung in dq-Drehkoordinaten durchführt. Da die Koordinatentransformation Informationen über die Magnetpolposition θ_e benötigt, wird die von der Positions-/Drehzahlvorgabeeinheit 5 vorgegebene Magnetpolposition θ_e in den dq-Achsen-Stromregler 7 eingegeben.
Der dq-Achsen-Stromregler 7 führt die Koordinatentransformation durch, um den Wert des Phasenstroms in einen Wert eines d-Achsen-Stroms und einen Wert eines q-Achsen-Stroms umzuwandeln, die Ströme in einem dq-Koordinatensystem sind. Der dq-Achsen-Stromregler 7 ermittelt auch den Spannungsbefehl 12 auf der Grundlage des d-Achsen-Stroms und des d-Achsen-Stromsollwerts i_d* sowie des q-Achsen-Stroms und des q-Achsen-Stromsollwerts i_q*. Der dq-Achsen-Stromregler 7 stellt einen d-Achsen-Spannungsbefehl so ein, dass der d-Achsen-Strom mit dem d-Achsen-Stromsollwert i_d* übereinstimmt. Der dq-Achsen-Stromregler 7 stellt einen q-Achsen-Spannungsbefehl so ein, dass der q-Achsen-Strom mit dem q-Achsen-Strombefehl i_q* übereinstimmt. Der dq-Achsen-Stromregler 7 bestimmt also den Spannungsbefehl an den dq-Drehkoordinaten.
Der dq-Achsen-Stromregler 7 beinhaltet einen PI-Regler (nicht abgebildet), der eine FB-Regelung des d-Achsen-Stroms durchführt, einen PI-Regler (nicht abgebildet), der eine FB-Regelung des q-Achsen-Stroms durchführt, und einen nicht interagierenden Regler (nicht abgebildet), der eine FF-Kompensation auf einer interagierenden Komponente der dq-Achse durchführt. Wenn der d-Achsen-Strom dem d-Achsen-Stromsollwert i_d* und der q-Achsen-Strom dem q-Achsen-Stromsollwert i_q* ordnungsgemäß folgen kann, kann ein anderes als das oben beschriebene Verfahren als Regelverfahren für den dq-Achsen-Stromregler 7 verwendet werden.
Der dq-Achsen-Stromregler 7 führt die Koordinatentransformation vom Spannungsbefehl über die dq-Drehkoordinaten zu einem Wert der dreiphasigen stationären Koordinaten auf der Grundlage der Magnetpolposition θ_e durch. Der dq-Achsen-Stromregler 7 gibt den Spannungsbefehl 12 in den dreiphasigen stationären Koordinaten an den Leistungswandler 3 aus.
Die Spannungsamplituden-Berechnungseinheit 8 ermittelt eine Spannungsamplitude, die die Amplitude des Spannungsbefehls ist. Die Amplitude des Spannungsbefehls wird auch als die Norm eines Spannungsbefehlsvektors oder der Absolutwert des Spannungsbefehlsvektors bezeichnet. Als Verfahren zur Berechnung der Amplitude des Spannungsbefehls kommen verschiedene Verfahren in Frage. Die Spannungsamplituden-Berechnungseinheit 8 berechnet die Amplitude des Spannungsbefehls zum Beispiel durch die in der folgenden Gleichung (1) ausgedrückte Berechnung. Die Spannungsamplituden-Berechnungseinheit 8 gibt ein Ergebnis der Berechnung der Spannungsamplitude aus.
[Gleichung 1] $| v_{d q} * | = \sqrt{{(v_{d} *)}^{2} + {(v_{q} *)}^{2}}$
In dem Ausdruck steht |v_dq*| für die Spannungsamplitude, „v_d*“ steht für den d-Achsen-Spannungsbefehl, und „v_q*“ steht für den q-Achsen-Spannungsbefehl. Wenn die Spannungsamplituden-Berechnungseinheit 8 die Berechnung von Gleichung (1) durchführt, werden die Spannungsbefehle v_d* und v_q* in dq-Drehkoordinaten vom dq-Achsen-Stromregler 7 in die Spannungsamplituden-Berechnungseinheit 8 eingegeben.
Man beachte, dass die Spannungsamplituden-Berechnungseinheit 8 anstelle der Spannungsamplitude |v_dq*| einen Modulationsfaktor berechnen kann. Der Modulationsfaktor ist eine Normierung der Spannungsamplitude |v_dq*|, um zu bewerten, wie groß die Spannungsamplitude |v_dq*| in Bezug auf die Ausgangsgrenze des Leistungswandlers 3 ist. Die Spannungsamplituden-Berechnungseinheit 8 berechnet den Modulationsfaktor „M“ durch eine Berechnung, die in der folgenden Gleichung (2) ausgedrückt wird.
[Gleichung 2] $M = \frac{| v_{d q} * |}{V_{D C} / \sqrt{2}}$
In dem Ausdruck steht „VDC“ für eine Gleichstrom-Busspannung des Spannungsquellenwechselrichters als Leistungswandler 3. Die Gleichstrom-Busspannung wird von einem Gleichstrom-Busspannungsdetektor erfasst. Der Gleichstrom-Busspannungsdetektor ist nicht abgebildet. Ein Spannungsbereich, in dem der durch Gleichung (2) erhaltene Modulationsfaktor kleiner als eins ist, wird als linearer Bereich des Wechselrichters bezeichnet. Ein Spannungsbereich, in dem der durch Gleichung (2) erhaltene Modulationsfaktor größer als eins ist, wird als Übermodulationsbereich oder als Spannungssättigungsbereich bezeichnet.
Der Flussschwächungsregler 9 führt eine Flussregelung zur Regelung der Amplitude der an den Synchronmotor 1 abgegebenen Spannung durch, indem er den d-Achsen-Stromsollwert i_d* auf der Grundlage der Spannungsamplitude |v_dq*| und eines ersten Spannungsgrenzwertes V_liml bestimmt. Der Drehzahlabfallregler 10 regelt den Drehzahlabfallbetrag Δω auf der Basis der Spannungsamplitude |v_dq*| und eines zweiten Spannungsgrenzwertes V_lim2. Im Folgenden werden die Details des Flussschwächungsreglers 9 und des Drehzahlabfallreglers 10 beschrieben.
3 ist ein Diagramm zur Erläuterung eines Spannungsvektors, der einen Spannungszustand des vom Motortreiber zu regelnden Synchronmotors gemäß der ersten Ausführungsform darstellt. 3 zeigt den Spannungsvektor, wenn der Synchronmotor 1 als eingebetteter Permanentmagnet-Synchronmotor im Hochgeschwindigkeitsbereich rotiert. Im Hochgeschwindigkeitsbereich ist der Spannungsabfall aufgrund des Spulenwiderstandes des Synchronmotors 1 oft vernachlässigbar, so dass der Spannungsabfall aufgrund des Spulenwiderstandes in 3 weggelassen wird. 3 zeigt den Spannungsvektor im stationären Zustand und lässt einen transienten Term weg.
Im Synchronmotor 1 steigt mit zunehmender Drehzahl ω_e eine drehzahlmotorische Kraft ω_eΦ_a an. Dabei steht „Φ_a“ für eine dq-Achsen-Flussverkettung und ist ein einzigartiger Wert für den Motor. Die elektromotorische Kraft der Drehzahl ω_eΦ_a wird in Richtung der q-Achse erzeugt. Beim Permanentmagnet-Synchronmotor sind der Strom in der q-Achse und das Magnetmoment des Motors proportional zueinander. Der Synchronmotor 1 gibt normalerweise ein Drehmoment ab, um die mechanische Vorrichtung 2 zu veranlassen, eine mechanische Arbeit zu verrichten. Der q-Achsenstrom i_q fließt durch den Synchronmotor 1, und durch die Ankerreaktion des q-Achsenstroms i_q wird eine Spannung ω_eL_qi_q in Richtung der d-Achse erzeugt. Dabei steht „L_q“ für eine Induktivität der q-Achse.
Andererseits trägt der Strom i_d der d-Achse in geringem Maße zum Drehmoment bei und wird daher in einem Bereich mit niedriger bis mittlerer Drehzahl, in dem die Drehzahl langsamer ist als im Hochgeschwindigkeitsbereich, auf einen kleineren Wert geregelt als im Hochgeschwindigkeitsbereich. Als bekanntes Verfahren zur Bestimmung des Stromsollwerts i_d* der d-Achse im Bereich niedriger bis mittlerer Drehzahlen steht ein Verfahren wie die i_d=0-Regelung oder MTPA zur Verfügung.
Im Allgemeinen gibt es eine Grenze für die maximale Wechselspannung, die der Leistungswandler 3 an den Synchronmotor 1 abgeben kann. Im Hochgeschwindigkeitsbereich kann die Vektorsumme der elektromotorischen Kraft ω_eΦ_a und der Spannung ω_eL_qi_q die maximale Ausgangsspannung des Leistungswandlers 3 überschreiten, so dass ein Verfahren namens Flussschwächungsregelung eingesetzt werden muss.
Wenn die Spannung der dq-Achse einen Grenzwert „V_om“ hat, erfüllt der Grenzwert V_om im Hochgeschwindigkeitsbereich eine Beziehung des folgenden Ausdrucks (3), der eine Näherungsgleichung ist. Man beachte, dass der Ausgangsgrenzbereich des Leistungswandlers 3 streng genommen eine sechseckige Form hat, hier aber näherungsweise auf einen Kreis bezogen wird. Obwohl die Diskussion in der ersten Ausführungsform von der Annäherung an einen Kreis ausgeht, ist es unnötig zu sagen, dass die Diskussion auch unter der Annahme eines exakten Sechsecks geführt werden kann.
[Gleichung 3] ${(Φ_{a} + L_{d} i_{d})}^{2} + {(L_{q} i_{q})}^{2} ≅ {(\frac{V_{o m}}{ω_{e}})}^{2}$
In der ersten Ausführungsform wird ein Kreis, dessen Radius in der Mitte des Ursprungs der Grenzwert Vom ist, als Spannungsgrenzkreis 30 bezeichnet. Es ist zu beachten, dass der Grenzwert Vom bekanntermaßen in Abhängigkeit vom Wert der Bus-Gleichspannung variiert, wenn es sich bei dem Leistungswandler 3 um einen pulsweitenmodulierten (PWM) Wechselrichter handelt.
Die elektromotorische Kraft ω_eΦ_a ist im Hochgeschwindigkeitsbereich sehr groß; daher ist es zur Erhöhung des q-Achsenstroms i_q notwendig, den d-Achsenstrom i_d in negativer Richtung durchzulassen und die Amplitude eines Spannungsbefehlsvektors v* im Bereich des Spannungsgrenzkreises 30 zu halten. Wie oben beschrieben, wird das Regelungsverfahren, das die Spannungsamplitude durch Erzeugung eines d-Achsen-Statorflusses L_di_d in der Richtung entgegengesetzt zur dq-Achsen-Flussverknüpfung Φ_a reduziert, allgemein als Flussschwächungsregelung bezeichnet. Dabei steht „L_d“ für eine Induktivität in der d-Achse.
Das einfachste Verfahren der Flussschwächungsregelung ist ein Verfahren zur Bestimmung des d-Achsen-Stromsollwerts i_d* auf der Grundlage einer Spannungsgleichung. Durch Lösen der obigen Gleichung (3) für den Strom i_d der d-Achse erhält man die folgende Gleichung (4).
[Gleichung 4] $i_{d} = \frac{- Φ_{a} \pm \sqrt{{(\frac{V_{o m}}{ω_{e}})}^{2} - {(L_{q} i_{q})}^{2}}}{L_{d}}$
Die Flussschwächungsregelung, die den d-Achsenstrom i_d auf der Grundlage des obigen Ausdrucks (4) erhält, hat jedoch den Nachteil, dass sie empfindlich auf eine Änderung, Variation oder ähnliches einer Motorkonstante reagiert, und wird in der Industrie nicht oft verwendet.
Die integrale Flussschwächungsregelung ist als ein Verfahren bekannt, das anstelle der Flussschwächungsregelung auf der Grundlage des obigen Ausdrucks (4) verwendet wird. Beispielsweise ist ein Verfahren bekannt, bei dem der Stromsollwert i_d* für die d-Achse durch Integralregelung der Differenz zwischen der Spannungsamplitude |v_dq*| und dem ersten Spannungsgrenzwert V_lim1 bestimmt wird. In der folgenden Beschreibung kann ein solches Verfahren als „d-axis current command-manipulating flux weakening control“ (d-Achsen Befehlsmanipulations-Flussschwächungsregelung) bezeichnet werden.
4 ist ein Blockdiagramm, das ein Beispiel für eine Konfiguration des Flussschwächungsreglers im Motortreiber gemäß der ersten Ausführungsform zeigt. Der Flussschwächungsregler 9 enthält einen Subtrahierer 41 und einen Integrator 42 mit einem Begrenzer. Der Subtrahierer 41 gibt eine Differenz aus, die durch Subtraktion der Spannungsamplitude |v_dq*| von dem ersten Spannungsgrenzwert V_lim1 gewonnen wird. Der Integrator 42 erhält den d-Achsen-Stromsollwert i_d* durch Integration eines Ergebnisses der Multiplikation der Differenz mit einer Regelverstärkung (nicht dargestellt). Da der Flussschwächungsregler 9 ein Regler ist, der die Differenz zwischen dem ersten Spannungsgrenzwert V_lim1 und der Spannungsamplitude |v_dq*| integriert, kann der Motortreiber 100 den d-Achsen-Stromsollwert i_d* automatisch auf einen geeigneten Wert einstellen, der weder zu groß noch zu klein ist.
In einem Fall, in dem die Spannungsamplitude |v_dq*| größer ist als der erste Spannungsgrenzwert V_lim1, ist die Differenz dazwischen negativ, so dass sich der d-Achsen-Stromsollwert i_d* in die negative Richtung ändert. Im Gegensatz dazu ist in einem Fall, in dem die Spannungsamplitude |v_dq*| kleiner als der erste Spannungsgrenzwert V_lim1 ist, die Differenz dazwischen positiv, so dass sich der d-Achsen-Stromsollwert i_d* in die positive Richtung ändert. Im Allgemeinen ist ein Begrenzer für den d-Achsenstromsollwert i_d* vorgesehen. Das Vorsehen des Begrenzers verhindert die Divergenz der Integraloperation im Integrator 42. Der Begrenzer verhindert auch die Entmagnetisierung des Synchronmotors 1 aufgrund eines zu hohen Stromsollwerts für die d-Achse i_d*. Außerdem kann ein Begrenzer in positiver Richtung vorgesehen werden, um den Durchgang des positiven d-Achsenstroms i_d zu verhindern, wenn sich der Synchronmotor 1 im Bereich niedriger bis mittlerer Drehzahlen dreht. Der Grenzwert in positiver Richtung wird üblicherweise auf Null oder auf eine „Stromsollwert bei maximaler Drehmoment-pro-Ampere-Regelung“ eingestellt.
Um die Zweckmäßigkeit des Motortreibers 100 gemäß der ersten Ausführungsform zu erläutern, wird ein weiteres Verfahren beschrieben, das allgemein als FlussschwächungsRegelungsverfahren bekannt ist. Als eine Art integrale Flussschwächungsregelung wird das im obigen Patentdokument 1 beschriebene Verfahren der „positional error command calculation“ angesehen. Beim oben beschriebenen Verfahren der Flussschwächungsregelung vergrößert sich der Phasenwinkel des Spannungsbefehls als Ergebnis der Manipulation des d-Achsen-Strombefehls, aber ein ähnlicher Effekt kann erzielt werden, wenn die Phase des Spannungsbefehls direkt manipuliert wird. Das Verfahren der direkten Beeinflussung der Phase des Spannungsbefehls wird als „Spannungsphasenregelung“ oder ähnliches bezeichnet. Es wird davon ausgegangen, dass die „Spannungsphasenregelung“ auch bei der „Lagefehlerbefehlsberechnung“ verwendet wird. Ein anderes Verfahren ist bekannt, bei dem anstelle der Phase des Spannungsbefehls die Phase der Regelkoordinaten in Bezug auf die Magnetpolposition in Vorwärtsrichtung verschoben wird. In der folgenden Beschreibung werden diese Verfahren mit Phasenmanipulation als „phasenmanipulierende Flussschwächungsregelung“ bezeichnet. Jede phasenmanipulierende Flussschwächungsregelung hat den Nachteil, dass die mathematische Perspektive problematisch und die Berechnung zur Bestimmung der Regelverstärkung kompliziert sind.
Im Allgemeinen wirkt sich die problematische mathematische Sichtweise stark auf die Schwierigkeit der Regelungsanpassung aus. Der klassische regelungstechnische Ansatz ist ein leistungsfähiges Mittel für den Verstärkungsentwurf, funktioniert aber nicht, wenn ein Anlagenmodell oder ein Regler nichtlineare Elemente enthält. Eine trigonometrische Funktion ist für eine phasendrehende Manipulation erforderlich, aber viele Differentialgleichungen, die eine trigonometrische Funktion enthalten, sind nichtlineare Elemente. Die trigonometrische Funktion kann linear angenähert werden, wenn der Betrag der Phasenmanipulation klein ist, aber der Betrag der Phasenmanipulation bei der Flussschwächungsregelung ändert sich stark im Bereich von null bis 90 Grad, so dass es schwierig ist, die lineare Annäherung durchzuführen. Es ist allgemein bekannt, dass die Diskussion über die nichtlineare Regelung schwierig ist, und die Einstellung der Regelung ist nicht einfach. Wenn keine geeignete Verstärkung theoretisch gefunden werden kann, müssen Versuche zur Anpassung der Regelverstärkung wiederholt werden, was einen hohen Aufwand erfordert. In dieser Hinsicht kann man sagen, dass die phasenmanipulierende Flussschwächungsregelung ein ungünstiges Verfahren ist.
Bei dem Motortreiber 100 gemäß der ersten Ausführungsform ermöglicht die „d-axis current command-manipulating flux weakening control“ eine im Vergleich zur „phase-manipulating flux weakening control“ einfach durchzuführende Auslegung der Verstärkung. Das Verstärkungsdesign in der „d-Achsen-Strombefehl-manipulierenden Flussschwächungsregelung“ wird später beschrieben.
5 ist ein Blockdiagramm, das ein Beispiel für eine Konfiguration des Drehzahlabfallreglers im Motortreiber gemäß der ersten Ausführungsform zeigt. Hier wird eine Konfiguration beschrieben, bei der davon ausgegangen wird, dass sie für eine Anwendung verwendet wird, die nur den Leistungsbetrieb im Vorwärtslauf durchführt, wie z. B. der Kältemittelverdichter. Es ist natürlich möglich, dass der Drehzahlabfallregler 10 eine Konfiguration unter Berücksichtigung von Rückwärtsdrehung oder regenerativem Betrieb aufweist.
Der Drehzahlabfallregler 10 beinhaltet einen Subtrahierer 51 und einen Integrator 52 mit einem Begrenzer. Der Subtrahierer 51 gibt eine Differenz aus, die sich aus der Subtraktion der Spannungsamplitude |v_dq*| von dem zweiten Spannungsgrenzwert V_lim2 ergibt. Der Integrator 52 erhält den Drehzahlabfallbetrag Δω durch Integration eines Ergebnisses der Multiplikation der Differenz mit einer Regelverstärkung (nicht dargestellt). Da der Drehzahlabfallregler 10 ein Regler ist, der die Differenz zwischen dem zweiten Spannungsgrenzwert V_lim2 und der Spannungsamplitude |v_dq*| integriert, kann der Motortreiber 100 den Drehzahlabfallbetrag Δω automatisch auf einen geeigneten Wert einstellen, der weder zu groß noch zu klein ist.
In einem Fall, in dem die Spannungsamplitude |v_dq*| größer ist als der zweite Spannungsgrenzwert V_lim2, ist die Differenz dazwischen negativ, so dass sich der Drehzahlabfallbetrag Δω in die negative Richtung ändert. Ist dagegen die Spannungsamplitude |v_dq*| kleiner als der zweite Spannungsgrenzwert V_lim2, ist die Differenz positiv, so dass sich der Drehzahlabfallbetrag Δω in positiver Richtung ändert. Der Integrator 52 begrenzt den Bereich, den der Drehzahlabfallbetrag Δω einnehmen kann, durch einen Begrenzer, so dass der Integrationsvorgang nicht abweicht. Indem ein oberer Grenzwert des Drehzahlabfallbetrags Δω auf Null gesetzt wird, kann der Motortreiber 100 verhindern, dass der Synchronmotor 1 unter der Bedingung abbremst, dass keine Spannungssättigung auftritt. Das heißt, der Drehzahlabfallregler 10 stellt den Drehzahlabfallbetrag Δω so ein, dass die Spannungsamplitude |v_dq*| den zweiten Spannungsgrenzwert V_lim2 nicht überschreitet. Der Drehzahlabfallregler 10 ermittelt also den Drehzahlabfallbetrag Δω, der bewirkt, dass die Spannungsamplitude |v_dq*| kleiner als der zweite Spannungsgrenzwert Viim2 ist.
Als unterer Grenzwert des Drehzahlabfallbetrags Δω muss lediglich ein geeigneter Wert eingestellt werden. Die Beschreibung geht von dem Fall aus, dass im Hochgeschwindigkeitsbereich eine Spannungssättigung auftritt, so dass es in vielen Fällen ausreicht, wenn beispielsweise der untere Grenzwert des Drehzahlabfalls Δω auf einen Wert eingestellt wird, der etwa -10% bis -20% der Maximaldrehzahl ω_Max des Synchronmotors 1 beträgt. Wie oben beschrieben, liegt der Bereich, den der Drehzahlabfall Δω im Leistungsbetrieb in Vorwärtsrichtung annehmen kann, bei 0≥Δω≥0,2 ω_Max.
Auf der Grundlage des so erhaltenen Drehzahlabfalls Δω reduziert der Drehzahlregler 6 den Drehzahlsollwert ω₁* und bestimmt den zweiten Drehzahlsollwert ω₂*. In einem Fall, in dem eine ernsthafte Spannungssättigung auftritt, z. B. wenn der Synchronmotor 1 mit einem Lastmoment belastet wird, das größer ist als das maximale Drehmoment, das der Synchronmotor 1 abgeben kann, mildert der Motortreiber 100 die Spannungssättigung, indem er den Drehzahlsollwert ω₁* reduziert. Durch die oben beschriebene Konfiguration des Flussschwächungsreglers 9 und des Drehzahlabfallreglers 10 kann die Verstärkungsauslegung des Flussschwächungsreglers 9 und des Drehzahlabfallreglers 10 sehr einfach durchgeführt werden.
Nachfolgend wird die Auslegung der Verstärkung im Motortreiber 100 unter Bezugnahme auf die 6 bis 15 beschrieben. 6 ist ein Diagramm, das ein Beispiel für ein Regelungsmodell des Motortreibers und des Synchronmotors gemäß der ersten Ausführungsform zeigt. 6 zeigt Details eines Reglermodells des Motortreibers 100 und eines elektrischen Anlagenmodells des Synchronmotors 1. Hier wird der Reglerentwurf zur gezielten Bestimmung einer Flussschwächungsregelverstärkung K_Ifw des Flussschwächungsreglers 9 und einer Drehzahlabfallverstärkung K_Ist des Drehzahlabfallreglers 10 beschrieben.
7 ist ein Diagramm, das ein Modell veranschaulicht, das sich dem in 6 dargestellten Regelmodell in der Nähe eines Betriebspunktes im Hochgeschwindigkeitsbereich annähert. In einem Fall, in dem das Regelverhalten des dq-Achsen-Stromreglers 7 im Vergleich zum Regelverhalten des Drehzahlreglers 6, des Flussschwächungsreglers 9 und des Drehzahlabfallreglers 10 als ausreichend hoch bestimmt wird, kann davon ausgegangen werden, dass der d-Achsen-Stromsollwert i_d* im Wesentlichen dem d-Achsen-Strom i_d entspricht und dass der q-Achsen-Stromsollwert i_q* im Wesentlichen dem q-Achsen-Strom i_q entspricht. Es wird auch angenommen, dass sich die Drehzahl ω_e in der Nähe des Arbeitspunktes allmählich ändert. Außerdem wird angenommen, dass die Drehzahl ω_e ausreichend hoch ist und ein Spannungsabfall aufgrund des Ankerwiderstands R sehr klein und vernachlässigbar ist. Unter diesen Bedingungen kann das in 6 dargestellte Regelmodell vereinfacht und wie in 7 dargestellt werden.
Hier wird die Auslegung der Flussschwächungsregelung K_Ifw beschrieben, die die Regelverstärkung des Flussschwächungsreglers ist. 8 ist ein erstes Diagramm zur Erläuterung der Auslegung der Flussschwächungsregelverstärkung des in 4 dargestellten Flussschwächungsreglers. 9 ist ein zweites Diagramm zur Erläuterung des Aufbaus der Flussschwächungsregelverstärkung des in 4 dargestellten Flussschwächungsreglers. 10 ist ein drittes Diagramm zur Erläuterung des Aufbaus der Flussschwächungsregelverstärkung des in 4 dargestellten Flussschwächungsreglers. 11 ist ein viertes Diagramm zur Erläuterung des Aufbaus der Flussschwächungsregelverstärkung des in 4 dargestellten Flussschwächungsreglers.
Das in 8 dargestellte Blockdiagramm erhält man, indem man den Drehzahlabfallregler 10 und den Drehzahlregler 6 aus dem in 7 dargestellten Modell weglässt. Hier wird eine Übertragungsfunktion zur Gewinnung der Spannungsamplitude |v_dq*| auf der Grundlage des ersten Spannungsgrenzwertes V_lim1 betrachtet. Da es sich bei der Übertragungsfunktion um eine Funktion mit einem einzigen Eingang und einem einzigen Ausgang handelt, werden andere Eingangselemente als der erste Spannungsgrenzwert V_lim1 in der Nähe des Arbeitspunktes als konstant angesehen. Das heißt, der q-Achsen-Stromsollwert i_q* und die dq-Achsen-Flussverknüpfung Φ_a werden ignoriert. Unter diesen Bedingungen kann das in 9 dargestellte Blockdiagramm aus dem in 8 dargestellten Blockdiagramm gewonnen werden.
Das in 10 dargestellte Blockdiagramm stellt ein normatives Modell des Flussschwächungsreglers 9 dar, das auf dem in 9 dargestellten Blockdiagramm basiert. Es ist wünschenswert, dass der Flussschwächungsregler 9 so ausgelegt ist, dass die Spannungsamplitude |v_dq*| einer Änderung des ersten Spannungsgrenzwertes V_lim1 in geeigneter Weise folgt. Wünschenswert ist auch, dass die Geschwindigkeit bis zur Konvergenz des Ansprechens mit einer frei wählbaren Zeitkonstante vorgegeben wird. Daher sollte das normative Modell des Flussschwächungsreglers 9 ein Tiefpassfilter 60 erster Ordnung sein. Das Tiefpassfilter 60 hat eine Grenzwinkelfrequenz ω_fw. Die Grenzwinkelfrequenz ist ein Kehrwert der Zeitkonstante.
Es ist klar, dass das in 10 dargestellte Tiefpassfilter 60 der in 11 dargestellten Konfiguration durch eine einfache Änderung entspricht. Das in 11 dargestellte Tiefpassfilter 60 beinhaltet einen Subtrahierer 61 und einen Integrator 62. Der Flussschwächungsregler 9 kann die gewünschten Ansprechcharakteristiken erhalten, indem er die Flussschwächungsregelverstärkung K_Ifw so auslegt, dass die Open-Loop-Übertragungsfunktion in dem in 9 dargestellten Blockdiagramm mit der Open-Loop-Übertragungsfunktion in dem in 11 dargestellten Blockdiagramm übereinstimmt. Daher wird die Flussschwächungsregelverstärkung K_Ifw durch die folgende Gleichung (5) bestimmt:
[Gleichung 5] $K_{I ƒ w} = \frac{ω_{ƒ w}}{ω_{e} L_{d}}$
Als nächstes wird die Auslegung der Drehzahlabfallregelverstärkung, die die Regelverstärkung des Drehzahlabfallreglers 10 ist, beschrieben. 12 ist ein erstes Diagramm, das die Auslegung der Drehzahlabfallreglerverstärkung des in 5 dargestellten Drehzahlabfallreglers veranschaulicht. 13 ist ein zweites Diagramm, das den Aufbau der Drehzahlabfallreglerverstärkung des in 5 dargestellten Drehzahlabfallreglers veranschaulicht. 14 ist ein drittes Diagramm, das die Auslegung der Drehzahlabfallreglerverstärkung des in 5 dargestellten Drehzahlabfallreglers zeigt. 15 ist ein viertes Diagramm, das die Auslegung der Drehzahlabfallreglerverstärkung des in 5 dargestellten Drehzahlabfallreglers zeigt. Die Drehzahlabfallreglerverstärkung wird auf der Grundlage einer Übertragungsfunktion des Drehzahlreglers 6 und einer Übertragungsfunktion des Synchronmotors 1 bestimmt.
Das in 12 dargestellte Blockdiagramm kann durch Weglassen des Flussschwächungsreglers 9 aus dem in 7 dargestellten Modell erhalten werden. Hier wird eine Übertragungsfunktion zur Gewinnung der Spannungsamplitude |v_dq*| auf der Grundlage des zweiten Spannungsgrenzwertes V_lim2 betrachtet. Da es sich bei der Übertragungsfunktion um eine Funktion handelt, die durch einen einzigen Eingang und einen einzigen Ausgang ausgedrückt wird, werden andere Eingangselemente als der zweite Spannungsgrenzwert V_lim2 in der Nähe des Arbeitspunktes als konstant angesehen. Das heißt, der d-Achsen-Stromsollwert i_d* und die dq-Achsen-Flussverknüpfung Φ_a werden ignoriert. Unter diesen Bedingungen kann das in 13 dargestellte Blockdiagramm aus dem in 12 dargestellten Blockdiagramm gewonnen werden.
Darüber hinaus kann das in 14 dargestellte Blockdiagramm durch Modifizierung des in 13 dargestellten Blockdiagramms erhalten werden. Das in 14 dargestellte Blockdiagramm enthält eine Übertragungsfunktion des Drehzahl-FB-Reglers 23. Hier wird zunächst die Verstärkungsauslegung des Drehzahl-FB-Reglers 23 beschrieben.
Als Verfahren zum Entwurf einer proportionalen Verstärkung Kps des Drehzahl-FB-Reglers 23 ist beispielsweise ein Verfahren bekannt, das die folgende Gleichung (6) verwendet. Als Verfahren zur Auslegung einer integralen Verstärkung K_IS des Drehzahl-FB-Reglers 23 ist z.B. ein Verfahren mit der folgenden Gleichung (7) bekannt:
[Gleichung 6] $K_{P S} = \frac{J}{P_{m}^{2} Φ_{a}} ω_{s c}$

[Gleichung 7] $K_{I S} = K_{P S} ω_{P I}$
In den Ausdrücken steht „J“ für die Trägheit, „P_m“ für den Logarithmus des Pols, „cosc“ für das Drehzahlregelband und „ω_PI“ für die PI-Knickpunkt-Winkelfrequenz. Wenn „ ω_PI” und „ω_SC” so bestimmt werden, dass ein Sollwertverhalten auf der Seite der Proportionalregelung bestimmt wird und die Integralregelung nur betrieben wird, um den stationären Fehler auf Null zu bringen, wird „ω_PI“ vorzugsweise auf ein Fünftel oder weniger von „ω_SC“ eingestellt.
Eine Open-Loop-Übertragungsfunktion Go (s) in dem in 14 dargestellten Blockdiagramm wird durch die folgende Gleichung (8) ausgedrückt. Daher kann das in 14 dargestellte Blockdiagramm als das in 15 dargestellte Blockdiagramm modifiziert werden.
[Gleichung 8] $G_{O} (s) = \frac{K_{I s t}}{s^{2}} (s K_{P S} + K_{I S}) ω_{e} L_{q}$
Eine geschlossene Übertragungsfunktion GC (s) in dem in 15 dargestellten Blockschaltbild wird durch die folgende Gleichung (9) ausgedrückt. In Gleichung (9) ist der Grad einer komplexen Zahl „s“ eines Übertragungsfunktionsparameters zwei.
[Gleichung 9] $G_{c} (s) = \frac{s K_{I s t} K_{P S} ω_{e} L_{q} + K_{I s t} K_{I S} ω_{e} L_{q}}{s^{2} + s K_{I s t} K_{P S} ω_{e} L_{q} + K_{I s t} K_{I S} ω_{e} L_{q}}$
Ein allgemeiner Ausdruck für eine Übertragungsfunktion eines Verzögerungssystems zweiter Ordnung wird durch die folgende Gleichung (10) ausgedrückt. In diesem Ausdruck steht „ζ“ für einen Dämpfungskoeffizienten und „ω_n“ für eine Eigenwinkelfrequenz.
[Gleichung 10] $\frac{K ω_{n}^{2}}{s^{2} + 2 ζ ω_{n} s + ω_{n}^{2}}$
Durch Vergleich des Koeffizienten des Nenners in Gleichung (9) und des Koeffizienten des Nenners in Gleichung (10) kann die Drehzahlabfallverstärkung K_Ist, die es der Eigenwinkelgeschwindigkeit ω_n des Drehzahlabfallreglers 10 ermöglicht, einen frei gewählten Wert anzunehmen, durch die folgende Gleichung (11) bestimmt werden:
[Gleichung 11] $K_{I s t} = \frac{ω_{n}^{2}}{K_{I S} ω_{e} L_{q}}$
Man beachte, dass der Dämpfungskoeffizient ζ des Drehzahlabfallreglers 10 durch die folgende Gleichung (12) ausgedrückt wird:
[Gleichung 12] $ζ = \frac{ω_{n}}{2 ω_{P I}}$
In einem Fall, in dem der Dämpfungskoeffizient ζ nicht angemessen ist, wird die Drehzahlabfallregelung durch den Drehzahlabfallregler 10 instabil. Wenn der Dämpfungskoeffizient ζ weniger als 0,5 beträgt, ist die Schwankung des Drehzahlabfallbetrags Δω bis zur Konvergenz des Drehzahlabfallbetrags Δω spürbar. Es ist daher wünschenswert, dass der Dämpfungskoeffizient ζ mindestens 0,5 oder mehr beträgt. Da klar ist, dass ω_n>0 und ω_PI >0 ist, ist der Dämpfungskoeffizient ζ immer ein positiver Wert. Daher kann man sagen, dass die in der obigen Gleichung (9) ausgedrückte Übertragungsfunktion stabil ist.
Es ist schwierig, den Verstärkungsentwurf im Falle einer Regelkonfiguration durchzuführen, die eine Flag-Bestimmung durchführt, ob die Spannung gesättigt ist oder nicht, und die Verarbeitung des Verlassens des Geschwindigkeitsbefehls wie im oben beschriebenen Patentdokument 1 durchführt. Andererseits ist gemäß der ersten Ausführungsform die oben beschriebene eindeutige Verstärkungsauslegung möglich, indem die Regelung wie in 1 dargestellt konfiguriert wird.
16 ist ein Diagramm, das ein Beispiel von Betriebswellenformen zeigt, wenn der Motortreiber gemäß der ersten Ausführungsform verwendet wird. 16 zeigt ein Beispiel für die Beziehung zwischen der Drehzahl ω_e, dem Lastmoment T, dem Stromsollwert der d-Achse i_d*, der Spannungsamplitude |v_dq*| und dem Betrag des Drehzahlabfalls Δω und der Zeit.
Es wird angenommen, dass das Lastmoment T von der Zeit t1 bis zur Zeit t5 allmählich ansteigt, wie in 16 dargestellt, wenn sich der Synchronmotor 1 mit konstanter Drehzahl dreht. Im Zeitraum bis zum Zeitpunkt t2 ist die Spannungsamplitude |v_dq*| kleiner als der erste Spannungsgrenzwert V_lim1, und somit ist der Stromsollwert i_d* der d-Achse gleich Null. Zum Zeitpunkt t2 überschreitet die Spannungsamplitude |v_dq*| den ersten Spannungsgrenzwert V_lim1. Dann erhöht der integrale Flussschwächungsregler 9 den d-Achsen-Stromsollwert i_d* in negativer Richtung, so dass die Spannungsamplitude |v_dq*| nicht mehr ansteigt.
Es wird angenommen, dass der d-Achsen-Stromsollwert i_d* in negativer Richtung erhöht wird, um zum Zeitpunkt t3 einen unteren Grenzwert I_dLimL zu erreichen. Der untere Grenzwert I_dLimL wird eingestellt, um den Synchronmotor 1 vor Entmagnetisierung, Wärmeentwicklung und dergleichen zu schützen. Der Strom i_d der d-Achse, der den unteren Grenzwert I_dLimL überschreitet, kann nicht durch den Synchronmotor 1 geleitet werden. Daher muss nach der Zeit t3 der Drehzahlsollwert ω₁* gesenkt werden, um die Spannungssättigung zu verringern.
In 16 ist der zweite Spannungsgrenzwert V_lim2 auf einen höheren Wert als der erste Spannungsgrenzwert V_lim1 eingestellt. Die Spannungsamplitude |v_dq*| steigt während des Zeitraums von Zeit t3 bis Zeit t4 an und erreicht den zweiten Spannungsgrenzwert V_lim2 zum Zeitpunkt t4, und der Drehzahlabfallbetrag Δω beginnt zu entstehen. In der Zeit von t4 bis t5 sinkt die Drehzahl ω_e aufgrund der Erzeugung des Drehzahlabfalls Δω, und die Spannungsamplitude |v_dq*| steigt nicht mehr an. Nach der Zeit t5 ist das Lastmoment T konstant, so dass die Drehzahl ω_e nicht mehr abnimmt.
In der ersten Ausführungsform werden der erste Spannungsgrenzwert V_lim1 und der zweite Spannungsgrenzwert V_lim2 getrennt eingestellt, und der zweite Spannungsgrenzwert V_lim2 ist höher als der erste Spannungsgrenzwert V_lim1, wodurch der Motortreiber 100 den Betriebszeitpunkt der Flussschwächungsregelung und den Betriebszeitpunkt der Drehzahlabfallregelung gegeneinander verschiebt. Infolgedessen kann der Motortreiber 100 das Ausgangsdrehmoment des Synchronmotors 1 erhöhen, indem er die Flussschwächungsregelung optimal einsetzt.
Es ist zu beachten, dass im Fall der Erhöhung des maximalen Drehmoments und der Verringerung des Kupferverlustes durch Ausnutzung eines Überregelungsbereichs des Leistungswandlers 3 der erste Spannungsgrenzwert V_lim1 und der zweite Spannungsgrenzwert V_lim2 innerhalb eines Bereichs eingestellt werden können, der durch die folgende Gleichung (13) ausgedrückt wird. Dadurch kann der Motortreiber 100 den Leistungsgrenzbereich des Synchronmotors 1 voll ausnutzen, indem er den Betrag des Drehzahlabfalls Δω regelt, nachdem die Begrenzung der Spannungsamplitude durch die Flussschwächungsregelung nicht mehr wirksam ist.
[Gleichung 13] $V_{lim 2} > V_{lim 1} \geq V_{D C} / \sqrt{2}$
Gemäß der ersten Ausführungsform kann der Motortreiber 100 ein Phänomen verhindern, bei dem die Regelung des Synchronmotors 1 zum Zeitpunkt der Spannungssättigung instabil wird, ohne dass ein komplizierter Aufwand für die Regelungseinstellung betrieben werden muss. Bei Anwendungen an einem Kältemittelkompressor oder ähnlichem ist die Arbeitsersparnis bei der Reglereinstellung ein großer Vorteil. Weiterhin kann der Motortreiber 100 durch Ausnutzung des Überregelungsbereiches des Leistungswandlers 3 das maximale Drehmoment erhöhen und den Kupferverlust reduzieren. Wie oben beschrieben, hat der Motortreiber 100 den Effekt, dass der Arbeitsaufwand für die Verstellung zur Durchführung einer stabilen Regelung am Motor reduziert werden kann.
Ausführungsform 2
In einer zweiten Ausführungsform wird eine Hardwarekonfiguration des Motortreibers 100 beschrieben. 17 ist ein Diagramm, das ein Beispiel für die Hardwarekonfiguration des Motortreibers gemäß der zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt. In der zweiten Ausführungsform sind die Komponenten, die mit denen der ersten Ausführungsform identisch sind, mit denselben Bezugsziffern bezeichnet, die den entsprechenden Komponenten der ersten Ausführungsform zugeordnet sind. 17 zeigt den Synchronmotor 1, den Leistungswandler 3 und die Stromerfassungseinheit 4, die in dem Motorsystem enthalten sind, sowie die mechanische Vorrichtung 2, die mit dem Synchronmotor 1 als Stromquelle arbeitet, zusammen mit dem Motortreiber 100.
Der Motortreiber 100 beinhaltet als Hardwarekonfiguration einen Prozessor 101 und einen Speicher 102. Die in 1 dargestellten Funktionen der Positions-/Drehzahlvorgabeeinheit 5, des Drehzahlreglers 6, des dq-Achsen-Stromreglers 7, der Spannungsamplitudenberechnungseinheit 8, des Flussschwächungsreglers 9 und des Drehzahlabfallreglers 10 werden durch den Prozessor 101 realisiert, der ein im Speicher 102 gespeichertes Programm ausführt.
Der Prozessor 101 ist eine Zentraleinheit (CPU), eine Verarbeitungseinheit, eine Recheneinheit, ein Mikroprozessor, ein Mikrocomputer oder ein digitaler Signalprozessor (DSP). Der Speicher 102 beinhaltet einen flüchtigen Speicher, z. B. einen Speicher mit wahlfreiem Zugriff, und einen nichtflüchtigen Hilfsspeicher, z. B. einen Flash-Speicher. Der Speicher 102 kann anstelle des nichtflüchtigen Hilfsspeichers auch ein zusätzliches Speichermedium, z. B. eine Festplatte, enthalten. Auf die Darstellung des flüchtigen Speichers und des Hilfsspeichers wird verzichtet. Der Prozessor 101 liest das in der Hilfsspeichereinrichtung gespeicherte Programm über die flüchtige Speichereinrichtung. Der Prozessor 101 gibt Daten, wie z. B. ein Berechnungsergebnis, an die flüchtige Speichervorrichtung aus. Der Prozessor 101 kann die Daten über die flüchtige Speichereinrichtung in der Hilfsspeichereinrichtung speichern.
Für den Leistungswandler 3 und die Stromerfassungseinheit 4 sind verschiedene Modi untersucht worden, aber grundsätzlich kann jeder Modus dafür verwendet werden. Das Motorsystem kann mit Spannungserfassungsmitteln versehen sein, die eine Eingangsspannung oder eine Ausgangsspannung des Leistungswandlers 3 erfassen, oder mit Spannungserfassungsmitteln, die eine Gleichstrom-Busspannung erfassen.
Grundsätzlich kann jedes Verfahren zum Senden und Empfangen von Daten zwischen den Komponenten verwendet werden. Jede Komponente kann ein digitales Signal senden und empfangen oder ein analoges Signal senden und empfangen. Das digitale Signal kann durch parallele oder serielle Kommunikation übermittelt werden. Das analoge Signal und das digitale Signal können gegebenenfalls durch einen Konverter (nicht abgebildet) umgewandelt werden. Wenn beispielsweise der von der Stromerfassungseinheit 4 erfasste Phasenstrom durch ein analoges Signal ausgedrückt wird, wird das analoge Signal durch einen Digital-Analog-Wandler (D/A-Wandler) (nicht abgebildet) in ein digitales Signal umgewandelt, und die Daten werden an den Prozessor 101 übertragen. Der D/A-Wandler (nicht dargestellt) kann innerhalb des Motortreibers 100 oder innerhalb der Stromerfassungseinheit 4 vorgesehen sein.
Das vom Prozessor 101 an den Leistungswandler 3 übertragene Signal des Spannungsbefehls kann entweder ein analoges Signal oder ein digitales Signal sein. Darüber hinaus kann der Prozessor 101 eine Modulationseinheit wie eine Trägervergleichsmodulationseinheit oder eine Raumvektormodulationseinheit enthalten. Der Prozessor 101 kann den Spannungsbefehl, der eine nach der Modulation erhaltene Impulsfolge ist, an den Leistungswandler 3 übertragen. Wenn die Spannungserfassungseinrichtung, die die Eingangsspannung oder die Ausgangsspannung des Leistungswandlers 3 erfasst, oder die Spannungserfassungseinrichtung, die die Gleichstrombusspannung erfasst, vorgesehen ist, kann grundsätzlich jedes Verfahren als Übertragungs- und Empfangsverfahren zwischen der Spannungserfassungseinrichtung und dem Motortreiber 100 verwendet werden. Ist der Positionssensor am Synchronmotor 1 angebracht, so kann grundsätzlich jedes Verfahren als Übertragungs- und Empfangsverfahren zwischen dem Positionssensor und dem Motortreiber 100 verwendet werden.
Der Prozessor 101 ermittelt den Spannungsbefehl 12, indem er auf der Grundlage des Drehzahlsollwerts ω₁* eine Drehzahlregelungsberechnung und eine Stromregelungsberechnung durchführt. Wenn die Amplitude des Spannungsbefehls 12 den ersten Spannungsgrenzwert V_lim1 überschreitet, arbeitet die Flussschwächungsregelung, und wenn die Amplitude des Spannungsbefehls 12 den zweiten Spannungsgrenzwert V_lim2 überschreitet, arbeitet die Drehzahlabfallregelung.
Der Drehzahlbefehl ω₁*, der erste Spannungsgrenzwert V_lim1 und der zweite Spannungsgrenzwert V_lim2 werden dem Motortreiber 100 von einem Rechner außerhalb des Motortreibers 100 vorgegeben. Die Abbildung des Rechners, der den Geschwindigkeitsbefehl ω₁*, den ersten Spannungsgrenzwert V_lim1 und den zweiten Spannungsgrenzwert V_lim2 an den Motortreiber 100 gibt, entfällt. Der Geschwindigkeitsbefehl ω₁*, der erste Spannungsgrenzwert V_lim1 und der zweite Spannungsgrenzwert V_lim2 können im Prozessor 101 berechnet werden. Je nach Rechenleistung des Prozessors 101 kann der Prozessor 101 neben der Berechnung des Geschwindigkeitsbefehls ω₁*, des ersten Spannungsgrenzwerts V_lim1 und des zweiten Spannungsgrenzwerts V_lim2 auch andere Rechenoperationen durchführen.
Die in der obigen Ausführungsform dargestellte Konfiguration veranschaulicht lediglich ein Beispiel für den Inhalt der vorliegenden Erfindung und kann daher mit einer anderen bekannten Technik kombiniert oder teilweise weggelassen und/oder modifiziert werden, ohne den Umfang der vorliegenden Erfindung zu verlassen.
Bezugszeichenliste

1: Synchronmotor
2: mechanische Vorrichtung
3: Leistungswandler
4: Stromerfassungseinheit
5: Positions-/Drehzahlvorgabeeinheit
6: Drehzahlregler
7: dq-Achsen-Stromregler
8: Spannungsamplituden-Berechnungseinheit
9: Flussschwächungsregler
10: Drehzahlabfallregler
11: Signal
12: Spannungsbefehl
21, 25: Addierer
22, 41, 51, 61: Subtrahierer
23: Drehzahl-FB-regler
24: Drehzahl FF-regler
30: Spannungsgrenzkreis
42, 52, 62: Integrator
60: Tiefpassfilter
100: Motortreiber
101: Prozessor
102: Speicher

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

JP 5256009 [0005]

Claims

Motortreiber, der Folgendes aufweist: einen Stromregler, um den Wert eines durch einen Motor fließenden Phasenstroms in Werte eines d-Achsenstroms und eines q-Achsenstroms umzuwandeln, die Ströme in einem dq-Koordinatensystem sind, und um den Phasenstrom durch Bestimmen eines Spannungsbefehls auf der Grundlage des d-Achsenstroms und eines d-Achsenstromsollwerts sowie des q-Achsenstroms und eines q-Achsenstromsollwerts zu regeln; eine Spannungsamplituden-Berechnungseinheit, um eine Spannungsamplitude zu erhalten, die eine Amplitude des Spannungsbefehls ist, einen Drehzahlregler zum Regeln einer Drehzahl des Motors durch Bestimmen des q-Achsen-Stromsollwerts auf der Grundlage eines Drehzahlsollwerts, der Drehzahl (ω_e) und eines Drehzahlabfallbetrags, der den Drehzahlsollwert reduziert; einen Flussschwächungsregler zur Durchführung einer Flussregelung zur Begrenzung einer Amplitude einer an den Motor abgegebenen Spannung, indem der d-Achsen-Stromsollwert auf der Grundlage der Spannungsamplitude und eines ersten Spannungsgrenzwertes bestimmt wird; und einen Drehzahlabfallregler zum Regeln des Drehzahlabfallbetrags auf der Grundlage der Spannungsamplitude und eines zweiten Spannungsgrenzwerts, wobei der Drehzahlabfallregler den Drehzahlabfallbetrag ermittelt, der die Spannungsamplitude kleiner als den zweiten Spannungsgrenzwert macht.
Motortreiber nach Anspruch 1, wobei der zweite Spannungsgrenzwert ein größerer Wert als der erste Spannungsgrenzwert ist.
Motortreiber nach Anspruch 1 oder 2, wobei der Drehzahlabfallregler ein Regler zur Integration der Differenz zwischen dem zweiten Spannungsgrenzwert und der Spannungsamplitude ist.
Motortreiber nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei der Flussschwächungsregler ein Regler zur Integration einer Differenz zwischen dem ersten Spannungsgrenzwert und der Spannungsamplitude ist.
Motortreiber nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei eine Regelverstärkung des Drehzahlabfallreglers auf der Basis einer Übertragungsfunktion des Drehzahlreglers und einer Übertragungsfunktion des Motors ermittelt wird.