[发明专利]三相电动机控制器、三相电动机系统、三相电动机控制方法和程序

说明书

技术领域

本发明涉及一种三相电动机控制器，更具体地，涉及一种使用向量控制器来控制三相电动机的技术。

背景技术

一种用于控制三相电动机以目标角速度旋转的方法是向量控制。向量控制是通过利用两个分离分量(直流轴分量(或d轴分量)和正交轴分量(或q轴分量))来表示次级绕组的电状态(如电流和电压)并控制各个分量，从而以与dc机相同的方式来操作三相电动机(如感应电动机、同步电动机和永磁电动机)的方法。

图1是示出了三相电动机系统的框图，三相电动机系统包括：三相电动机控制设备，基于d-q轴变换来对三相电动机执行向量控制。图1的三相系统包括：三相电动机101、角度检测器102、驱动器电路103和三相电动机控制设备104。三相电动机控制设备104包括：目标旋转角度生成器105、反馈控制器106和双相至三相变换部108。

示意性地，图1的三相电动机系统的操作如下：角度检测器102检测三相电动机101的转子的旋转角度。角度检测器102检测的旋转角度以下称为检测旋转角度θ。目标旋转角度生成器105产生转子的旋转角度的目标值(目标旋转角度θ^*)。目标旋转角度θ^*被产生为使得附着有负载的三相电动机101以目标角速度旋转。反馈控制器106响应于目标旋转角度θ^*和检测旋转角度θ，通过反馈控制来产生d轴命令Vd^*和q轴命令Vq^*。双相至三相变换部108对d轴命令Vd^*和q轴命令Vq^*执行双相至三相变换，以产生三相命令Vu^*、Vv^*和Vw^*。驱动器电路103响应三相命令Vu^*、Vv^*和Vw^*，以通过三相电力线103a来馈送三相电力，从而驱动三相电动机101。图1的三相电动机系统实现了目标角速度，其中反馈控制器106执行反馈控制，如电流控制和速度控制。

在多种专利文献中公开了图1所示的三相电动机系统。例如，日本专利公报No.3,244,744B(专利文献1)公开了一种将PI控制和神经网络用于反馈控制的配置。日本专利申请公开No.H09-215399A(专利文献2)公开一种执行速度控制作为反馈控制来计算q轴命令的配置。此外，日本专利申请公开No.2006-149176A(专利文献3)公开了反馈控制器包括电流控制器或速度控制器以及重复控制器。

此外，日本专利申请公开No.H07-170799A(专利文献4)公开了一种通过校正反馈控制系统内提供的电流检测器中的误差(偏移值或非线性误差)来提高控制精度并避免扭矩纹波的技术。此外，日本专利申请公开No.H08-322299A(专利文献5)公开了一种用于产生在存储容量减小的反馈控制中使用的三角函数的函数值的技术。此外，PCT申请No.WO2005/067137的日文翻译(专利文献6)公开了一种通过校正旋转角度(或位置)的检测值来精确计算旋转角度的技术。

图1所示的三相电动机系统的一个问题是如何处理与三相电动机101的转子旋转同步的扭矩扰动(以下称为“旋转同步扭矩扰动”)。当由于相对于三相电动机的转子轴的旋转中心的偏移等等，转动惯量相对于三相电动机101的转子的旋转中心的分布不平衡时，扭矩可能与旋转同步地变化。换言之，三相电动机101的转子的旋转受到旋转同步扭矩扰动的影响。由于旋转同步扭矩扰动，向量控制造成三相电动机101的旋转角度不同于目标旋转角度θ^*。换言之，三相电动机101的转子的角速度与目标角速度不一致。

一种用于将三相电动机101的旋转角度调节至目标旋转角度θ^*的方法可以是将反馈控制的控制频率范围设置在较高范围中，即增大角度检测器102和三相控制单元104的操作频率。然而，该方法是不够的，因为考虑到角度检测器102的采样频率的限制和防止反馈系统振荡的必要性，实际可实现的控制频率范围是有限的。当旋转同步扭矩扰动增大而反馈控制系统的控制频率范围受限时，目标旋转角度与检测旋转角度之间的差值可能变为大于所允许的最大值。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：日本专利公报No.3,244,744

专利文献2：日本专利申请公开No.H09-215399A

专利文献3：日本专利申请公开No.2006-149176A

专利文献4：日本专利申请公开No.H07-170799A