TW546907B - Method and device for correcting the estimated value of speed of induction motor - Google Patents

Description

546907 五、發明說明Q) 【發明領域】 e本务明係關於感應馬達之向量控制方法及其裝置，尤 其是有關使用因磁通量推定器所引起的馬達速度或其他資 訊之推定方法的無感測器向量控制方法及其裝置。 【發明背景與習知技術】 ，了實現向量控制方法，雖然必須要有馬達速度與位 置之貧訊，無感測器向量控制方法係作為得到該等資訊之 方法，並不使用感測器，取而代之的是利用磁通量推定器 推定各種資訊。 ^知之感應馬達磁通量推定器係於k · ts秒（k為表示 控制步驟順序的整數，ts為控制步驟的周期)s之時間點， 檢測出供應至感應馬達的電流之中至少2相份之定子側電 流（例如U相電流isu(k) ;V相電流isv(k))及定子侧電壓 (例如U相電壓Vsu(k)，V相電壓Vsv(k))，利用3相—2相變 換，於一般向量控制所使用之靜止座標系之α —点軸座標 系，將該電流、電壓予以座標變換，分別算出k · I秒時" 之α相電流is,(k)、点相電流is/k)、α相電壓Va(Sk(、石 相電壓％(!〇。 α 習知例1中，從電學論D，Vol. III. Nq_ u P · 9 5 4 - 9 6 0 ( 1 9 9 1 )中所揭示之感應馬達狀態方程式所導 出的磁通量推定器之式（1)及速度推定式（2f、相^推定式 (3)分別如下所示。還有，於推定值附加下標「㊀$七 ，用 以便於了解該值為推定值。

546907 五、發明說明（2) ^saest aril 0 arl2 -ail2 ^saest *l/a-Ls 0 'Si -¾- d best 0 aril ail2 arl2 ^s/Jest + 0 l/a.Ls + Si lsa ~ ^saest dt Φ raest ar21 0 ar22 一 ai22 ^ raest 0 0 Ύβ. S3 一 g4 }s0' ~ %est. Φ rQest- 0 ar21 ai22 ar22 -Φ r^est- .0 0 . S4 - 但是， arll = -导-h、arl2=-丄·丄、ail2 =丄·ωΓ〇Γ丄·ωΓβ5ί a-Ls στΓ p rr P r p rest

Lm 1 ’ ar21 = —、ar22=--、ai22=〇)rora)rest rr rr …Lm2 Lr a-Ls-Lr

Rs :定子電阻，I :轉子電阻，Lm :轉子與定子相互 電感，Ls :定子自電感，W :轉子自電感 % :速度，oFest :速度推定值 gl，g2，g：3，§4 :觀測器之反饋增益 is α :定子α相電流，込β :定子/5相電流，V α :定子 α相電壓，V $ :定子冷相電壓 is :定子《相電流推定值，is :定子/5相電流 推定值 :轉子α相磁場磁通量推定值，0 I· Met :轉子 召相磁場磁通量推定值

546907 五、發明說明（3) (2) corest=kcop [ φ r 3 est (i s α 一 i s α est) 一 办 r α 的“1 s 日 一 士 s 0 邮）] + 1ί0^ί[ φ r3est(isa — isaest) 一 0 rctest(is0 is0est)]dt

Qw^tarT1 (φ r3est/ Φ raest) ( 3 ) 接著，表示將該等展開成逐次形之式子 + 。· *Sl#Ts ~S2#TS 〇 1、' 0 0 . 〇 0 va(k)· v^(k)_ + S2^s Sl#Ts g3*Ts _g4-Ts 名4*TS g3-Ts. isa (k) isaest (k) .is/3 (k) is3est (k) ⑷ ^aest (k + 1) l+arll-Ts 0 arl2-Ts -ail2.Ts · isaest (k) is/?est (k +1) 0 l+arll-Ts ail2-Ts arl2-Ts W(k) 乡 raest (k + 1) ar21-Ts 0 1 + ar22 -ai22-Ts 0 rczest (k) 》rtet(k+l). .0 ar21-Ts ai22-Ts l+ar22.Ts. -必 rv?est (k) ωrest (k) = Κ^[φ r/?est (k) [isa (k) ~ isaest (k)} ~ 0rcrest (k) {ϊ5β (k) - (k)}] + ^·Τ3 Σ [0^(0(^(0 -isaestCOl-^raestWUs/i) -is^est(〇}] t —0 Θ lest = tan -1 [φ rtet (k) /Φ mest (k)) ⑸ ⑹

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使用根據上式動作之感應馬達控制電路用之觀測器， 利用控制步驟k之推定值等，算出控制步驟（k + 1 )之推定 值。亦即，使用以控制步驟k之控制迴路所推測之k · τ科 時之 α相電流推定值is aest (k )與《相電流is a(k)之推定誤 差 iSa(k) - iSaest(k) /3相電流推定值is /3est (k )與）5相電流is 〆k)之推定誤 差 is/3(k) isji5est(k) ，算出（k + 1) .Ts秒時之推定值isaest(k+1)、込点 (k+Ι) 、 0Γ aest (k + 1)、Wk + 1)。 如上所述，習知例1必須具有用以使用定子側電壓乂 、V Θ的電壓感測器。 接 無感應 因於推 起的對 式係利 的速度 值，藉 號，控 次磁通 的滑動 頻率指 習知例2係為特開平7- 1 23798號公報中所 著 馬達的速度感測器向量控制方式，其目的在於防 定，應馬達之實際速度值的過程中之「延遲」所 向里控制阻礙’此感應馬達的無感測器向量控制 用由相同因次磁福旦^ , ...^ 、里硯測器與速度適應機構所構

^二奋人磁通里觀測器，推定感應馬達之實際速Z 際速度推定值與速度指令值之比較誤差訊 制電流控制區而；隹一丄 旦、τ 向進仃向量控制，積分依據該相同 里硯測器之黾邊9 a & . ’、、建2 —人磁通量推定值之後，得到馬立 角頻率修正佶， 八乂士 而修正控制該電流控制區之滑動 々值。

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夕但疋，於習知技術之感應馬達磁通量推定器中，強烈 主刪除於上述習知例1所看到的電壓感測器，以削減成 在此’作為實現成本削減的1個方法係如習知例2般， ，用α相電壓指令值v/(k)、々相電壓指令值v^(k)，取 二α ^電壓實測值v « (k)、/3相電壓實測值v e (k)，而。可 =此情形之電壓指令值與實際值之間有誤差，而有於轉子 ^鏈磁通1推定值、0r々st及速度推定值〇rest間產 生疾差之問題。 本^明之目的在於提供一種能夠解決如上述習知例之

缺點三y進行精確度佳之速度推定，且不具備速度感測器 之所明热速度感測器感應馬達之速度推定值修正方法及JL 裝置。 八 【發明概要】 …為了達成该目的，本發明利用從習知之磁通量推定器 所得到的相位推定值hest與滑動角速度，使用下式： ω，^ = ^ιβ5ί~ω5 ⑺ ^出速度推定值⑹，rest。相位推定值0lest與相位之實際值 1之間即使有％定的推定誤差，因為一旦微分即可消 ^穩定的誤差，如式（7)般，微分相位推定值心…後的一 人角速度減去滑動角速度％之後的值ω，，將成為馬達 之正確的速度推定值。藉此，再進行以下之修正。

第9頁 546907 五、發明說明（6) kn 1+s-T, (ω rest 八 ast) ⑻ :修正增益，Ts :—次延遲時間常數 致 上式之ω ’ ’ rest與實際之速度(k) 若進一步詳述，為了修正因輸入電壓之誤差或整數演 算之演算誤差所引起的速度推定值％est之偏差，先求得速 度O ’ r*eSt與速度推定值〇r*eSt之差值’其中，速度 rest 係 r aest 為磁通量推定器所推測的轉子交鏈磁通量推定值Φ3 以式（6)之演算所求得的相位推定值0lest之微分 值，與利用滑動角頻率演算所算出的滑動角速度6JS之差 值，接著，為了抑制過渡期之變化，以一次延遲積分器積 分，藉由與速度推定值Aest之差值，求出式（8)之速度推 定值 ω ’ ’ Fest。 【較佳實施例之詳細說明】 接著，茲將參考圖式，說明本發明之實施態樣。 圖1係顯示適用本發明之感應馬達之速度推定值修正 方法之一實施態樣的感應馬達控制系統例之結構的方塊 圖。 針對圖1之控制系統方塊圖，說明結構與動作。還 有，於本發明文中，將馬達定子上之座標系設為α - /5軸 靜止座標系，將以與一次磁場之角速度為相同角速度旋轉 的座標系設為d-q軸旋轉座標。

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« 7卜界與後述之速度修正 分別將速度指令與 ’速度控制器1係利用' 速度推定值.，，⑽輸入ί度控；8器 下式· C =kr (ωΓ* i，，rest) +吾/(< —Ot kl :比例增益，Τ!:積分時間 算，旋，轉座標系之q相電流指令iq*後予以輸出。q相電流 制器2係輸入該γ與從相位變換器丨〇輸出的q相電流值机工 利用下式： q ’

Vq ==k2· (iq -iq) +^r/(iq ~ iq) dt h :比例增益，T2 :積分時間 异出q相電壓指令Vq*後予以輸出。另一方面，將從外界傳 來的旋轉座標系之d相電流指令id*與從相位變換器1 〇傳來 的d相電流值id，分別輪入d相電流控制器3，利用下式··

Vd* = k3· (i/ - id) + - id) dt

第11頁 546907 五、發明說明（8) & .比例增益，τ3 :積分時間 輸出d相電壓指令ν/後予以輸出。將電壓指令輸入 向量控制電路4，向量控制電路4將該等之電壓q指令dv*盥 V/，利用下式： q /、 、才OS0lest —Sil^est、 ；lsin^lest C0^lest ； (ν； 藉由=磁通量推定器7所輸入的相位0lest，分別換算成靜 止座標系=α相電壓指令V/、/3相電壓指令V/後予以輸 出。反相器電路5根據該等之電壓指令Va*、V/而驅動感應

1 SV 馬達9相全換器6輸入感應馬達之υ相電流isu與V相電流 ，利用下式： ϋ 1 〇 12 psu (isv, 、菱換成靜止座標系之α相電流is α與石相電流is Θ。磁通量 推定器7輸入該等之α相電流i〃、万相電流與電壓指令 V /、V / ’而輸出α相、召相電流推定值is aest、is々st (未 以圖示）、轉子交鏈磁通量推定值0^est、0ry3est (未以圖 示）、以及速度推定值owrest、相位推定值0lest。亦即，磁 通量推定器7内藏上述之式（丨）至式（3)，利用該等之算

第12頁 546907 五、發明說明（9) lest，利用下式 j，進行該等資訊之演算。相位變換器丨〇係使用相位推定 ϋ Γ7 . . ji-.T ra -r- ί% r cos0lest Si^lest (ha W xt C0哟帥 ^s0j •又換α冷相私流込α；、is ρ，分別輸出d、q相電流值i 、 \ 0 d 上述各要素之結構與動作係為眾所周知的習知之益威 測器向量控制。在此，於士者—+ ^ .、、…a 隹此於本貫施態樣中，使用更加裝設的 =又修正器8與滑動角頻率演算器丨丨，進行從磁通量 裔7所輸出的速度推定值之修正，將正確的速度推 值ω rest供應至速度控制器1。 滑動角頻率演算器n輸入d相電流 黾流指令iq*，利用下式： q =k4

k4 :換算係數 2算滑動角速度％後予以輸出。速度修正器8分別從磁通 里推定态7輸入速度推定值及相位推定值θ , . e 從滑動角頻率演算器u輸入滑動角速度％，使；已内3藏疋

第13頁 546907 _____ ___^-----—----— 五、發明說明（10) 之上述式（7)及式（8)，進行所輸入的速度推定值之修 正’而計算更正確之速度推定值ω，，rest ° 本實施態樣依此方式，藉由即使於速度推定值％est產 生誤差之情形亦進行修正，而可以使馬達維持更正確之速 度精確度、轉矩精確度。 【產業上利用之可能性】 如上所述，本發明因利用對於以使用於習知無感測器 向量控制之磁通量推定器所所計算輸出的感應馬達之速度 推定值，藉由使用既定之演算式予以修正，即使速度推定 _ 值產生誤差亦可總是得到正確之速度推定值，故能夠提高 感應馬達之速度精確度、轉矩精確度。

第14頁 546907 圖式簡單說明 [圖示之簡單說明] 圖1係顯示適用本發明之感應馬達之速度推定值修正 方法之一實施態樣的感應馬達控制系統例之功能結構的方 塊圖。 [符號說明] β 1 :速度控制器 2 : q相電流控制器 3 : d相電流控制器 4 :向量控制電路 _ 5 :反相器電路 6 :相變換器 7 :磁通量推定器 8 :速度修正器 9 :感應馬達 10 :相位變換器 11 :滑動角頻率演算器

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Claims (1)

1. 546907 六、申請專利範圍 1. 一種感應馬達之速度推定值修正方法，該感應馬 達使用磁通量推定器，該磁通量推定器檢測出供應至感應 馬達的電流之中至少2相份之定子侧電流，將變換成靜止 座標系之α - /3軸座標系之α相電流與万相電流及變換成 a - yS軸座標系之電壓指令值，輸入至磁通量推定器，而 推定電流推定值、2次侧交鏈磁通量推定值、速度推定 值、相位推定值， 該感應馬達之速度無感測器向量控制方法之特徵為： 將速度推定值對於由相位推定值之微分值減去滑動角 速度所得差值之偏差值，乘上既定之修正係數所得修正 量，加入速度推定值，而得到修正後的速度推定值。 2. 如申請專利範圍第1項之感應馬達之速度推定值修 正方法，其中，該偏差值以下式表示： ， dn ^rest = ^lest-^s 其中’ ω ’ :偏差 0iest :相位推定值 :滑動角速度， 而該修正後的速度推定值以下式表示：

   第16頁 546907 六、申請專利範圍 其中，kp :修正增益、Ts :—次延遲時間常數 wrest :速度推定值 ω ’ ’ ^st :修正後的速度推定值。 3. 一種感應馬達之速度推定值修正裝置，該感應馬 達使用磁通量推定器，該磁通量推定器檢測出供應至感應 馬達的電流之中至少2相份之定子側電流，將變換成靜止 座標系之α - /3軸座標系之α相電流與点相電流及變換成 α - /3轴座標系之電壓指令值，輸入至磁通量推定器，而 推定電流推定值、2次側交鏈磁通量推定值、速度推定 值、相位推定值， 該感應馬達之速度無感測器向量控制裝置之特徵為： 將速度推定值對於由相位推定值之微分值減去滑動角 速度所得差值之偏差值，乘上既定之修正係數所得修正 量，加入速度推定值，而得到修正後的速度推定值。 4. 如申請專利範圍第3項之感應馬達之速度推定值修 正裝置，其中，該偏差值以下式表示： W’rest =圣 01被-％ 其中’ ω :偏差 0lest :相位推定值 :滑動角速度，

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