CN1219017A - 电动机的控制装置 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种电动机的控制装置,能够降低由断续的控制所引起的转矩脉动,来进行平滑的加速减速。在速度基准信号变换器9中运算主干装置1的速度基准信号ωr的前次值ωr－1与本次值ωr的偏差,根据来自主干装置1的速度基准信号的更新周期与电动机控制装置中的运算周期的比率和上述偏差,把来自主干装置的速度基准信号ωr变换为符合电动机控制装置的运算周期的速度基准信号ωr*,根据该变换的速度基准信号ωr*生成电动机驱动信号,驱动电动机6。

Description

电动机的控制装置
本发明涉及根据从作为外部装置的主干装置以一定的更新周期所输入的速度基准信号生成电动机驱动信号的电动机的控制装置。
这种现有的电动机的控制装置按图6所示的那样构成，进行速度反馈、电流反馈控制。在该图所示的电动机的控制装置中，从主干装置1所输入的速度基准信号ωr*由速度控制器(ASPR)2变换为电流基准Id*、Iq*，通过电流控制器(ACR)3作为电压基准Vd*、Vq*而输出，并提供给PWM(Pulse Width Modulator)变换器4，通过来自PWM变换器4的触发脉冲指令Gu、Gv、Gw，功率变换器5把从直流电源所供给的直流电压Vdc变换为所希望的交流电压VM，给电动机(IM)6供给所需的电流来进行驱动。主干装置1的速度基准信号ωr*以一定周期进行更新，在控制装置的每个运算周期中输入该主干装置1的速度基准信号ωr*。
在上述构成中，速度控制器2具有比例(P)、积分(I)运算功能，当在速度基准信号ωr*与由速度检出器(S.S)7所检出的检出速度ω之间产生偏差(ωrd)时，从速度控制器2输出电流基准Id*、Iq*以减少该偏差。电流控制器3也具有比例(P)、积分(I)运算功能，当在电流基准Id*、Iq*与由电流检出器8所检出的电动机电流Id、Iq之间产生偏差时，由电流控制器3通过PWM变换器4向功率变换器5提供电压基准Vd*、Vq*，以减少其偏差。
在上述现有的控制装置中，当电动机的控制装置的响应快速时，如图7(a)所示的那样，在从主干装置1所输入的速度基准信号ωr*的更新周期TM长于电动机控制装置的运算周期TD的情况下，速度基准信号成为阶梯状。因此，速度基准信号ωr*、电流基准Id*、Iq*、电压基准Vd*、Vq*以及提供给电动机6的电动机电流I如图7(b)所示的那样成为仅在偏差产生时加在速度基准信号上的断续的控制，而出现转矩脉动。而为了抑制它就需缩短主干装置1的更新周期，这在成本上是不利的，而且，会使电动机的控制装置的响应滞后，对此还没有与性能降低相关的对策。
鉴于上述问题，本发明的目的是提供一种电动机的控制装置，能够减低因断续的控制所引起的转矩脉动，并实现平滑的加速减速。
为了实现上述目的，本发明的电动机的控制装置，根据从主干装置以一定的更新周期输入的速度基准信号生成电动机驱动信号，其特征在于，包括：存储装置，存储主干装置的速度基准信号的前次值；速度基准信号变换装置，运算该存储的速度基准信号的前次值与本次值的偏差，根据来自主干装置的速度基准信号的更新周期与电动机控制装置中的运算周期的比率和上述偏差，来把来自主干装置的速度基准信号变换为符合电动机控制装置的运算周期的速度基准信号。
根据本发明，为了运算主干装置的速度基准信号的前次值与本次值的偏差，根据来自主干装置的速度基准信号的更新周期与电动机控制装置中的运算周期的比率和上述偏差，来把来自主干装置的速度基准信号变换为符合电动机控制装置的运算周期的速度基准信号，而使该速度基准信号成为细密的阶梯状的信号，由此，使电动机驱动电流成为平滑的，就能降低转矩脉动电流，而能够实现平滑的加速减速。
根据本发明，在上述主发明中，上述速度基准信号变换装置具有对电动机控制装置本身的速度基准信号的偏差程度进行偏差限制的装置，比较主干装置的速度基准信号的偏差与电动机控制装置内的速度基准信号的偏差，来选择偏差幅度较少缓和的速度基准信号。
如果这样，由于通过设置对速度基准信号的偏差程度进行偏差限制的装置来选择偏差幅度较少的缓和的速度基准信号，就能抑制因急剧的变化所引起的作用过度，来限制机械负荷。
根据本发明，在上述主发明中，上述速度基准信号变换装置比较主干装置的速度基准信号的前次值和本次值，存储该速度基准信号变化之前的电动机控制装置的运算周期次数，运算主干装置的速度基准信号的前次值和本次值的偏差，用主干装置的速度基准信号的更新周期与电动机控制装置的运算周期的比率除以上述偏差，把该相除结果加到电动机控制装置内的速度基准信号的前次值上。
如果这样，速度基准信号变换装置比较主干装置的速度基准信号的前次值和本次值，存储该速度基准信号变化之前的运算周期次数，用速度基准信号的更新周期与控制装置的运算周期的比率除以速度基准信号的前次值和本次值的偏差，把该相除结果加到控制装置的速度基准信号的前次值上，由此，能够取得主干装置的速度基准信号的更新周期，即使更新周期变化，也能降低转矩脉动电流，而实现平滑的加速减速。
根据本发明，在上述主发明中，在来自主干装置的速度基准信号的更新周期不是恒定的情况下，上述速度基准信号变换装置设定该速度基准信号的假设更新周期，用该设定的假设更新周期进行上述速度基准信号的生成。
如果这样，在来自主干装置的速度基准信号的更新周期不是恒定的情况下，设定假设更新周期，用该设定的假设更新周期进行速度基准信号的生成，由此，能够降低转矩脉动电流，而实现平滑的加速减速。
根据本发明，在上述主发明中，在来自主干装置的速度基准信号的更新周期不是恒定的情况下，上述速度基准信号变换装置把目前的更新周期作为主干装置本次的更新周期，用该更新周期进行上述速度基准信号的生成。
如果这样，在来自主干装置的速度基准信号的更新周期不是恒定的情况下，把目前的更新周期作为本次的更新周期，用该更新周期进行速度基准信号的生成，由此，能够降低转矩脉动电流，而实现平滑的加速减速。
根据本发明，在上述主发明中，在来自主干装置的速度基准信号的更新周期不是恒定的情况下，上述速度基准信号变换装置运算目前的任意次数的更新周期的平均值，把该运算结果的更新周期作为本次的更新周期，用该更新周期进行上述速度基准信号的生成。
如果这样，在来自主干装置的速度基准信号的更新周期不是恒定的情况下，运算目前的任意次数的更新周期的平均值，把该运算结果的更新周期作为本次的更新周期，用该更新周期进行速度基准信号的生成，由此，能够降低转矩脉动电流，而实现平滑的加速减速。
根据本发明，在上述主发明中，在来自主干装置的速度基准信号的更新周期不是恒定的情况下，上述速度基准信号变换装置把目前的任意次数的更新周期中的周期最短的更新周期作为本次的更新周期，用该更新周期进行上述速度基准信号的生成。
如果这样，在来自主干装置的速度基准信号的更新周期不是恒定的情况下，把以前的任意次数的更新周期中的周期最短的更新周期作为本次的更新周期，用该更新周期进行速度基准信号的生成，由此，能够降低转矩脉动电流，而实现平滑的加速减速。
图1是表示本发明的一个实施例的电动机的控制装置的构成的方框图；
图2是表示在电动机的控制装置中所使用的速度基准信号变换器的详细构成的图；
图3是表示由图2所示的速度基准信号变换器所输出的速度基准信号和电动机电流的图；
图4是表示在图2所示的速度基准信号变换器上增加了偏差限制器的构成的图；
图5是表示在来自主干装置的速度基准信号的更新周期不是恒定的情况下，设定速度基准信号的假设更新周期，由该假设更新周期所生成的电动机控制装置的速度基准信号ωr*和主干装置的速度基准信号ωr的图；
图6是表示现有的电动机的控制装置的构成的方框图；
图7是表示图6所示的现有电动机的控制装置中的速度基准信号的变化和电动机的电流的图。
下面使用附图来对本发明的实施例进行说明。
图1是表示本发明的一个实施例的电动机的控制装置的构成的方框图。该图所示的电动机的控制装置包括：速度基准信号变换器9，从主干装置1以一定的更新周期输入速度基准信号ωr，把该速度基准信号变换为符合电动机控制装置的运算周期的速度基准信号ωr*；速度控制器2，把来自该速度基准信号变换器9的速度基准信号变换为电流基准信号；电流控制器3，把来自该速度控制器2的电流基准信号变换为电压基准信号；PWM变换器4，由来自该电流控制器3的电压信号生成PWM(脉宽调制)信号；功率变换器5，把来自该PWM变换器4的PWM信号变换为电动机驱动用交流电压，并给电动机6提供所需要的电流来进行驱动；速度检出器7，为了得到速度偏差而检出电动机6的旋转速度并进行反馈；电流检出器8，为了进行电流反馈控制而检出在电动机6中流通的电流。该电动机的控制装置的构成部件中，除了速度基准信号变换器9之外的其他构成部件与图6所示的现有电动机的控制装置的构成部件相同。
如图2详细表示的那样，上述速度基准信号变换器9包括：周期运算器22，求出从主干装置1所输入的速度基准信号ωr的更新周期TM；偏差运算器20，具有存储主干装置1的速度基准信号ωr的前次值ωr-1的装置，同时，算出该前次值ωr-1与从主干装置1所输入的本次的速度基准信号ωr的偏差ωr-ωr-1，用由周期运算器22求出的主干装置1的速度基准信号的更新周期TM与电动机控制装置的运算周期TD的比率来除以上述偏差，并输出该相除结果ωrdev；积分器21，输出电动机控制装置的前次的速度基准信号ωr-1*；加法器31，由开关装置S1以运算周期TD来对从上述偏差运算器20所输出的相除结果进行开关，并加到从积分器21所输出的电动机控制装置的前次的速度基准信号ωr- 1*上，反复进行该相加运算，直到速度基准信号ωr*变为等于主干装置1的速度基准信号ωr为止。
在这样构成的电动机的控制装置中，通过偏差运算器20求出以一定周期更新的主干装置的速度基准信号ωr与前次值ωr-1的偏差，用主干装置的速度基准信号的更新周期TM与电动机控制装置的运算周期TD的比率来除以该偏差。把该相除结果ωrdev反复地加到从积分器21所输出的电动机控制装置的前次的速度基准信号ωr-1*上。该相加运算进行到速度基准信号ωr*变为等于主干装置1的速度基准信号ωr为止，因此，如图3(a)所示的那样，主干装置的速度基准信号ωr被变换为符合控制装置的运算间隔的平滑的速度基准信号ωr*，由功率变换器5提供了图3(b)所示的电动机电流I的电动机6按电动机速度ω来进行加速减速。由此，能够抑制转矩脉动电流，来进行线性和平滑的控制。
例如，在由具有20msec的更新周期的主干装置1和具有lmsec的运算周期的电动机6的控制装置所构成，并且速度基准信号的前次值为500rpm，本次值为600rpm的情况下，根据速度基准信号变换器9，对于主干装置1的一个更新周期，速度基准信号在每个连续5rpm的20次的运算周期中被加到作为前次值的500rpm上，则线性的加速减速变得可能，电动机电流比现有技术更平均地流通。与主干装置1的速度基准信号ωr相对应的电动机控制装置的速度控制响应一般很迅速，并且，与主干装置1的速度基准信号更新周期TM相比，电动机控制装置的运算周期TD足够短，因此，通过设置上述那样的速度基准信号变换器9，就能生成平滑的速度基准信号。
在上述构成中，如图4所示的那样，在上述速度基准信号变换器9中设置与速度基准信号的偏差程度相对应的偏差限制器23，比较主干装置的速度基准信号ωr的偏差(ωr-ωr-1)与电动机控制装置内的速度基准信号的偏差，由偏差限制器23来选择偏差较少平滑的值，由此就能实现不会给电动机提供高负荷的运转。
在上述构成中，作为取得主干装置的速度基准信号的更新周期TM的周期运算器22，由于主干装置的速度基准信号ωr与速度基准信号变换器9的速度基准信号ωr*变得相等，就能存储电动机控制装置的速度运算周期次数ND，取得用电动机控制装置中的运算周期TD乘以该运算周期次数ND的值作为主干装置的更新周期TM。
而且，在上述构成中，在不是以恒定的更新周期从主干装置输入速度基准信号ωr的情况下，在电动机控制装置内存储主干装置侧的速度基准信号的假设更新周期TMD，把假设更新周期TMD看作为本次的更新周期，由速度基准信号变换器9来算出上述所需的速度基准信号ωr*，在假设更新周期TMD以内生成到达主干装置的速度基准信号ωr这样的速度基准信号ωr*。由此，即使在主干装置的更新周期不是恒定的情况下，同样能够生成平滑的速度基准信号。此时，假设更新周期TMD比电动机控制装置的运算周期TD足够长。
而且，在上述构成中，在不是以恒定的更新周期从主干装置输入速度基准信号ωr的情况下，由周期运算器22求出主干装置的前次更新周期TM-1，并设置进行存储的装置，如图5所示的那样，把该前次更新周期TM-1看作为本次的更新周期，由速度基准信号变换器9来生成在更新周期TM-1以内到达速度基准信号ωr这样的速度基准信号ωr*。但是，在到达主干装置的速度基准信号ωr的速度之前更新速度基准信号ωr的情况下，用偏差限制器23的值来进行加速或减速，直到成为目标的速度的主干装置的速度基准信号ωr为止。此时，由偏差限制器23从更新周期TM减去运转的时间TLMT，与上述相同，从该运算结果和电动机控制装置的运算周期TD以及速度基准信号ωr+1来生成符合主干装置的速度基准信号ωr的电动机控制装置的速度基准信号ωr*，对目标的速度基准信号ωr+1进行补偿控制以便于到达更新周期TM以内。由此，在主干装置的更新周期不是恒定的情况下，能够生成跟踪其变化的速度基准，作为电动机的控制响应，也能在满足要求的范围内抑制转矩脉动电流。
而且，在上述构成中，在不是以恒定的更新周期从主干装置输入速度基准信号ωr的情况下，设置运算以前的任意次数的更新周期并存储的周期运算器22，用该任意次数除任意次数的更新周期相加结果∑TM，由此，运算平均更新周期TMM，生成电动机控制装置的运算周期TD，并且与上述相同从速度基准信号ωr+1以符合主干装置的速度基准信号ωr的比率生成电动机控制装置的速度基准信号ωr*。其中，在到达目标速度之前更新主干装置的速度基准信号的情况下，通过进行与上述相同的速度基准补偿，在新的平均更新周期TMM+1以内进行控制，以便到达主干装置的新速度基准信号ωr+1。
而且，在上述构成中，在不是以恒定的更新周期从主干装置输入速度基准信号ωr的情况下，把目前的任意次数中的最短周期TMS作为本次的周期，与上述相同算出电动机控制装置内的速度基准信号ωr*。由此，同样能够生成平滑的速度基准信号。
以上那样的发明的实施例能够用于驱动电动机或者功率变换装置。
本发明的电动机的控制装置不仅能够用于IGBT逆变器装置，不言而喻还能够使用循环变换器、闸流晶体管伦纳德速度控制装置等。
如上述那样，根据本发明，运算主干装置的速度基准信号的前次值与本次值的偏差，根据主干装置的速度基准信号的更新周期与电动机控制装置的运算周期的比率和上述偏差，来把来自主干装置的速度基准信号变换为符合电动机控制装置的运算周期的速度基准信号，因此，该速度基准信号成为平滑的信号，由此，使电动机驱动电流变成平滑的，就能降低转矩脉动电流，来进行平滑的加速减速，而得到稳定的控制系统。
设置对速度基准信号的偏差程度进行偏差控制的装置，比较主干装置的速度基准信号的偏差与电动机控制装置内的速度基准信号的偏差，来选择偏差幅度较少缓和的速度基准信号，因此，就能抑制急剧的变化所引起的过度调节，而限制机械负荷。
速度基准信号变换装置比较主干装置的前次值与本次值，存储速度基准信号变化前的运算周期次数，用速度基准信号的更新周期与控制装置的运算周期的比率除以速度基准信号的前次值与本次值的偏差，把该相除结果加到控制装置的速度基准信号的前次值上，因此，能够取得主干装置的速度基准信号的更新周期，即使更新周期变化，也能降低转矩脉动电流，而进行平滑的加速减速。
在来自主干装置的速度基准信号的更新周期不是恒定的情况下，设定假设更新周期，用该假设更新周期进行速度基准信号的生成，也可以把以前的更新周期作为本次的更新周期，用该更新周期进行速度基准信号的生成。
在来自主干装置的速度基准信号的更新周期不是恒定的情况下，运算目前的任意次数的更新周期的平均值，把该运算结果的更新周期作为本次的更新周期，用该假设更新周期进行速度基准信号的生成，也可以把目前的任意次数的更新周期中的周期最短的更新周期作为本次的更新周期，用该更新周期进行速度基准信号的生成。这样，就能降低转矩脉动电流，来实现平滑的加速减速。

Claims (7)

1．一种电动机的控制装置，根据从主干装置以一定的更新周期所输入的速度基准信号生成电动机驱动信号，其特征在于，包括：存储装置，存储主干装置的速度基准信号的前次值；速度基准信号变换装置，运算该存储的速度基准信号的前次值与本次值的偏差，根据来自主干装置的速度基准信号的更新周期与电动机控制装置中的运算周期的比率和上述偏差，把来自主干装置的速度基准信号变换为符合电动机控制装置的运算周期的速度基准信号。
2．根据权利要求1所述的电动机的控制装置，其特征在于，上述速度基准信号变换装置具有对电动机控制装置本身的速度基准信号的偏差程度设置偏差限制装置，比较主干装置的速度基准信号的偏差与电动机控制装置内的速度基准信号的偏差，选择偏差幅度较少的缓和的速度基准信号。
3．根据权利要求1所述的电动机的控制装置，其特征在于，上述速度基准信号变换装置比较主干装置的速度基准信号的前次值和本次值，存储该速度基准信号变化之前的电动机控制装置的运算周期次数，运算主干装置的速度基准信号的前次值和本次值的偏差，用主干装置的速度基准信号的更新周期与电动机控制装置的运算周期的比率除以上述偏差，把该相除结果加到电动机控制装置内的速度基准信号的前次值上。
4．根据权利要求1所述的电动机的控制装置，其特征在于，上述速度基准信号变换装置，在来自主干装置的速度基准信号的更新周期不是恒定的情况下，设定该速度基准信号的假设更新周期，用该设定的假设更新周期进行上述速度基准信号的生成。
5．根据权利要求1所述的电动机的控制装置，其特征在于，上述速度基准信号变换装置，在来自主干装置的速度基准信号的更新周期不是恒定的情况下，把目前的更新周期作为主干装置本次的更新周期，用该更新周期进行上述速度基准信号的生成。
6．根据权利要求1所述的电动机的控制装置，其特征在于，上述速度基准信号变换装置，在来自主干装置的速度基准信号的更新周期不是恒定的情况下，运算目前的任意次数的更新周期的平均值，把该运算结果的更新周期作为本次的更新周期，用该更新周期进行上述速度基准信号的生成。
7．根据权利要求1所述的电动机的控制装置，其特征在于，上述速度基准信号变换装置，在来自主干装置的速度基准信号的更新周期不是恒定的情况下，把目前的任意次数的更新周期中的周期最短的更新周期作为本次的更新周期，用该更新周期进行上述速度基准信号的生成。
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