Патент на изобретение №2397601

(54) УСТРОЙСТВО ВЕКТОРНОГО УПРАВЛЕНИЯ ДВИГАТЕЛЯ С СИНХРОНИЗАЦИЕЙ НА ПОСТОЯННОМ МАГНИТЕ

(57) Реферат:

Изобретение относится к области электротехники и может быть использовано в промышленности в устройствах векторного управления синхронного двигателя с постоянным магнитом. Техническим результатом является упрощение управления максимальным крутящим моментом в устройстве векторного управления. Устройство векторного управления для синхронного двигателя с постоянным магнитом, приводимым в действие инвертором, включает в себя: блок (10) формирования команды тока для формирования команды id* тока по оси d и команды iq* тока по оси q из данной команды Т* крутящего момента; блок (20) управления током, действующий так, чтобы ток двигателя совпадал с командой тока. Блок формирования команды тока включает в себя: блок (11) формирования основной команды тока по оси d для формирования первой основной команды id1* тока по оси d с использованием команды крутящего момента; блок 12 ограничителя для ввода команды id1* тока и вывода значения, ограниченного ниже нуля, в качестве второй основной команды id2* тока по оси d; блок (14) компенсации команды тока по оси d для вывода команды id2* тока, скорректированного в соответствии со значением dV компенсации команды тока по оси d, в качестве команды id* тока по оси d; и блок (15) формирования команды тока по оси q для формирования команды iq* тока по оси q из команды id* тока по оси d. Возможно сформировать команду id* тока по оси d и команду iq* тока по оси q, допускающие реализацию управления максимального крутящего момента с использованием выражения с простым действием. 8 з.п. ф-лы, 4 ил.

Область техники

Настоящее изобретение относится к устройству векторного управления синхронного двигателя с постоянным магнитом, а конкретнее к устройству векторного управления синхронного двигателя с постоянным магнитом, снабженному блоком формирования команды тока, который может быть получен с помощью использования простого математического выражения команды id* тока по оси d и команды iq* тока по оси q, допускающим реализацию управления максимального крутящего момента.

Предшествующий уровень техники

Технология векторного управления синхронного двигателя с постоянным магнитом с использованием инвертора широко используется в промышленных областях; с помощью раздельного действия на амплитуду и фазу выходного напряжения инвертора вектор тока в двигателе оптимально действует, так что крутящий момент двигателя мгновенно управляется на высокой скорости. Так как по сравнению с асинхронным двигателем магнитный поток обеспечивается посредством постоянного магнита, никакого тока возбуждения не требуется, и так как никакого тока не протекает в роторе, никаких вторичных потерь в обмотке не создается; поэтому синхронный двигатель с постоянным магнитом известен как высокоэффективный двигатель, и применение синхронного двигателя с постоянным магнитом к устройству управления электромобилем изучено в последние годы. Известно, что в синхронном двигателе с постоянным встроенным магнитом (то есть синхронной машине с постоянным внутренним магнитом, ниже сокращенной как IPMSM), который привлекает внимание людей в последние годы среди синхронных двигателей с постоянным магнитом, его крутящий момент эффективно получается при использовании крутящего момента противодействия, созданного благодаря разнице между значениями магнитного сопротивления в роторе, в дополнение к крутящему моменту, созданному магнитным потоком, вызванным постоянным магнитом.

Однако известно, что в IPMSM существует большое количество сочетаний тока по оси d и тока по оси q для формирования заданного крутящего момента. Кроме того, известно, что характеристики IPMSM, такие как амплитуда тока, который протекает в IPMSM, коэффициент мощности, потери в сердечнике и потери в обмотке, значительно изменяются в зависимости от соответствующих амплитуд тока по оси d и тока по оси q, то есть выбора вектора тока. Соответственно, чтобы эффективно действовать IPMSM, требуется выбрать подходящий вектор тока в соответствии с применением и действовать им. Другими словами, в устройстве векторного управления синхронного двигателя с постоянным магнитом требуется формировать подходящую команду тока для мгновенного векторного управления электрического тока, который протекает в двигателе, чтобы вектор тока удовлетворял необходимым условиям, описываемым ниже; поэтому важно, в показателях конфигурирования системы, как конфигурировать блок формирования команды тока, который формирует команду тока из команды крутящего момента.

Способы выбора команды тока включают в себя способ установления эффективности двигателя на максимум, способ установления коэффициента мощности двигателя в “1”, способ установления крутящего момента, полученного с помощью заданного связанного магнитного потока, на максимум, способ установления крутящего момента, полученного с помощью определенного тока электрического двигателя, на максимум, и т.п.; однако в показателях применения к устройству управления электромобилем способ установления крутящего момента, полученного с помощью заданного тока, на максимум (в дальнейшем ссылаемый как “управление максимального крутящего момента”) является оптимальным, потому что с использованием этого способа может быть минимизирован номинальный ток инвертора, между тем может выполняться высокоэффективное действие двигателя, при помощи чего потеря в инверторе также может быть минимизирована.

В качестве связанной традиционной технологии Патентный документ 1 раскрывает способ, в котором соответствующие оптимальные значения тока id по оси d и тока iq по оси q, соответствующие различным видам значений крутящего момента двигателя, предварительно измеряются и заносятся в карту; во время действия двигателя ссылаются по необходимости на карту в ответ на команду крутящего момента и команду id* тока по оси d и команду iq* тока по оси q, соответствующие команде крутящего момента; затем выполняется управление током таким образом, что электрические токи соответствуют команде id* тока по оси d и команде iq* тока по оси q.

[Патентный документ 1] Выложенная публикация заявки на патент Японии 2006-121855

Раскрытие изобретения

Проблемы, которые должны быть решены изобретением

Однако способ, в котором ссылаются на карту, не является предпочтительным, так как для того, чтобы создать карту, требуется рабочий этап, на котором измеряются электрические токи, пока двигатель действует с различными видами значений крутящего момента, и затем принимается решение об оптимальных сочетаниях тока id по оси d и тока iq по оси q, и в связи с этим создание карты занимает значительное время и рабочую силу, и поэтому установка карты в действующее устройство векторного управления не может быть быстро выполнена, например, по той причине, что карта становится большой в объеме и усложненной, и требуется большой объем памяти для хранения карты.

Настоящее изобретение реализовано, чтобы решить вышеупомянутые проблемы; его цель – предоставить устройство векторного управления синхронного двигателя с постоянным магнитом, включающее блок формирования команды тока, который может получать команду id* тока по оси d и команду iq* тока по оси q, с помощью которых может быть реализовано управление максимального крутящего момента с использованием простого выражения для вычисления, без использования какой-либо карты, и которое может быть легко установлено в действующее устройство векторного управления.

Средство для решения проблем

Устройство векторного управления синхронного двигателя с постоянным магнитом согласно настоящему изобретению разделяет электрический ток в синхронном двигателе с постоянным магнитом, приводимым в действие инвертором, который преобразует постоянное напряжение в переменное напряжение произвольной частоты и выдает переменное напряжение, на ток id по оси d и ток iq по оси q, которые являются величинами по оси d и оси q соответственно, и вращаются синхронно с фазой вращения синхронного двигателя с постоянным магнитом, и управляет током id по оси d и током iq по оси q. Устройство векторного управления включает в себя блок формирования команды тока, который формирует команду id* тока по оси d и команду iq* тока по оси q из данной команды крутящего момента; и блок управления током, который действует таким образом, что токи в двигателе совпадают с соответствующими командами тока. Блок формирования команды тока снабжается блоком формирования основной команды тока по оси d, который использует команду крутящего момента, чтобы сформировать первую основную команду id1* тока по оси d; блок ограничителя, который принимает первую основную команду id1* тока по оси d и выдает значение, ограниченное ниже нуля, в качестве второй основной команды id2* тока по оси d; блок компенсации команды тока по оси d, который принимает вторую основную команду id2* тока по оси d и выдает в качестве команды id* тока по оси d значение, полученное с помощью корректировки второй основной команды id2* тока по оси d в соответствии со значением dV компенсации команды тока по оси d, выдаваемым из блока управления током; и блок формирования команды тока по оси q, который формирует команду iq* тока по оси q из команды id* тока по оси d, и блок формирования команды тока формирует команду id* тока по оси d и команду iq* тока по оси q, допускающие формирование с минимальными токами крутящего момента, соответствующего команде крутящего момента.

Преимущества изобретения

Устройство векторного управления синхронного двигателя с постоянным магнитом согласно настоящему изобретению позволяет реализовать управление максимального крутящего момента с использованием простого выражения для вычисления, без использования какой-либо карты, и получить в высокоскоростной области команду id* тока по оси d и команду iq* тока по оси q, которые дают возможность управления в ослабленном магнитном потоке; поэтому может быть получено устройство векторного управления синхронного двигателя с постоянным магнитом, имеющее блок формирования команды тока, который может легко устанавливаться в действующее устройство векторного управления.

Краткое описание чертежей

Фиг.1 – принципиальная схема, иллюстрирующая конфигурацию устройства векторного управления синхронного двигателя с постоянным магнитом согласно Варианту 1 осуществления из настоящего изобретения.

Фиг.2 – график, представляющий соотношение между кривой крутящего момента и кривой, указывающей условие минимального тока согласно Варианту 1 осуществления из настоящего изобретения.

Фиг.3 – блок-схема, иллюстрирующая конфигурацию блока формирования команды тока согласно Варианту 1 осуществления из настоящего изобретения.

Фиг.4 – блок-схема, иллюстрирующая конфигурацию блока формирования команды тока согласно Варианту 2 осуществления из настоящего изобретения.

Описание номеров ссылок

1: КОНДЕНСАТОР

2: ИНВЕРТОР

3, 4, 5: ГАЛЬВАНОМЕТР

6: ДВИГАТЕЛЬ

7: РАСПОЗНАВАТЕЛЬ

8: ИНДИКАТОР НАПРЯЖЕНИЯ

10: БЛОК ФОРМИРОВАНИЯ КОМАНДЫ ТОКА

11: БЛОК ФОРМИРОВАНИЯ ОСНОВНОЙ КОМАНДЫ ТОКА ПО ОСИ D

12: БЛОК ОГРАНИЧИТЕЛЯ

13: СХЕМА ОПРЕДЕЛЕНИЯ АБСОЛЮТНОЙ ВЕЛИЧИНЫ

14: СУММАТОР (БЛОК КОМПЕНСАЦИИ КОМАНДЫ ТОКА ПО ОСИ D)

15, 15A: БЛОК ФОРМИРОВАНИЯ КОМАНДЫ ТОКА ПО ОСИ Q

20: БЛОК УПРАВЛЕНИЯ ТОКОМ

100: УСТРОЙСТВО ВЕКТОРНОГО УПРАВЛЕНИЯ

Лучший вариант осуществления изобретения

Вариант 1 осуществления

Фиг.1 – схема, иллюстрирующая конфигурацию устройства векторного управления синхронного двигателя с постоянным магнитом согласно Варианту 1 осуществления из настоящего изобретения. Как проиллюстрировано на фиг.1, основная схема устройства векторного управления синхронного двигателя с постоянным магнитом согласно Варианту 1 осуществления конфигурируется с помощью конденсатора 1, который служит в качестве источника постоянного тока, инвертора 2, который преобразует постоянное напряжение на конденсаторе 1 в переменное напряжение произвольной частоты, и синхронного двигателя 6 с постоянным магнитом (в дальнейшем ссылаемый просто как двигатель). На схеме размещаются индикатор 8 напряжения, который обнаруживает напряжение на конденсаторе 1, и гальванометры 3, 4 и 5, которые обнаруживают токи iw, iv и iu соответственно в выводных цепях инвертора 2; в двигателе 6 располагается распознаватель 7, который обнаруживает информацию m о положении ротора; соответствующие сигналы обнаружения вводятся в устройство 100 векторного управления.

К тому же распознаватель 7 может быть заменен кодером, или позиционный сигнал, полученный с помощью распознавателя 7, может быть заменен позиционным сигналом, полученным в соответствии со способом без датчиков, в котором позиционный сигнал вычисляется на основе напряжения и тока; в таких случаях распознаватель 7 не требуется. Другими словами, способ для получения позиционного сигнала не ограничивается способом, в котором используется распознаватель 7. Более того, поскольку рассматриваются гальванометры 3, 4 и 5, когда гальванометры снабжаются по меньшей мере для двух фаз, ток для оставшейся фазы может быть получен с помощью вычисления; соответственно устройство векторного управления синхронного двигателя с постоянным магнитом может конфигурироваться таким образом, который описан выше. Выходные токи инвертора 2 могут быть получены посредством воспроизведения токов инвертора 2 со стороны постоянного тока.

Стробирующие сигналы U, V, W, X, Y и Z, сформированные устройством 100 векторного управления, вводятся в инвертор 2, чтобы переключающие элементы, встроенные в инвертор 2, были с управляемым широтно-импульсным модулятором. В качестве инвертора 2 предпочтительно используется инвертор на основе широтно-импульсного модулятора источника напряжения; поскольку его конфигурация общеизвестна, подробное объяснение для нее будет пропущено. Команда T* крутящего момента вводится из неиллюстрированного устройства управления с более высоким уровнем иерархии в устройство 100 векторного управления; устройство 100 векторного управления управляет инвертором 2 таким образом, что крутящий момент, сформированный двигателем 6, совпадает с командой Т* крутящего момента.

Далее будет объясняться конфигурация устройства 100 векторного управления. Устройство 100 векторного управления конфигурируется с блоком 10 формирования команды тока и блоком 20 управления током.

Блок 10 формирования команды тока, который является основной частью настоящего изобретения, имеет функцию приема команды T* крутящего момента и величины dV компенсации команды тока по оси d и формирования команды id* тока по оси d и команды iq* тока по оси q. Величина dV компенсации команды тока по оси d является величиной для корректировки команды id* тока по оси d, чтобы двигатель 6 действовал в ослабленном магнитном потоке, чтобы в области высоких скоростей наведенное напряжение двигателя 6 не превышало выходного максимального напряжения инвертора 2. В качестве примера способа вычисления для величины dV компенсации команды тока по оси d существует, например, общеизвестная технология, в которой в случае, где команда напряжения двигателю 6 превышает данное заданное значение, величина dV компенсации команды тока по оси d (становится ниже нуля) формируется в соответствии с избыточной величиной; однако, поскольку его точная конфигурация не имеет значения в этом документе, объяснение для нее будет пропущено. К тому же, так как блок 10 формирования команды тока является основной частью настоящего изобретения, объяснение для него будет сделано позже.

Блок 20 управления током принимает EFC постоянного напряжения для инвертора 2 и позиционную информацию m для двигателя 6 и преобразует токи iu, iv и iw электрического двигателя по трехфазным статичным осям, измеренные на выводной стороне инвертора 2, в ток id по оси d и ток iq по оси q, которые являются электрическими токами, преобразованными в величины в координатах dq, которые вращаются синхронно с фазой вращения двигателя. Более того, блок 20 управления током имеет функцию принятия решения о включении/выключении введенных в инвертор 2 стробирующих сигналов U, V, W, X, Y и Z таким образом, что ток id по оси d и ток iq по оси q совпадают с командой id* тока по оси d и командой iq* тока по оси q соответственно, сформированными блоком 10 формирования команды тока. К тому же значительное количество общеизвестных технологий может применяться к конфигурации блока 20 управления током; поэтому объяснение для них будет пропущено.

Основной принцип, который требуется для понимания конфигурации блока 10 формирования команды тока, который является основной частью настоящего изобретения, будет объясняться ниже.

Условие (в дальнейшем ссылаемое как условие минимального тока) для тока id по оси d и тока iq по оси q для реализации управления максимального крутящего момента, в которой максимальный крутящий момент получается с помощью заданного электрического тока, задается нижеследующим уравнением (1), которое уже общеизвестно:

где L_d обозначает индуктивность по оси d (Гн); L_q – индуктивность по оси q (Гн); _a – постоянный магнитный поток (Вб); i_d – ток по оси d (A) и i_q – ток по оси q (A).

В случае, где формируется заданный крутящий момент Т, с помощью принятия решения тока id по оси d и тока iq по оси q таким образом, чтобы удовлетворять уравнению (1), величина вектора тока, образованного из id и iq, может быть минимизирована. Другими словами, может быть минимизирована амплитуда тока в двигателе 6.

Между тем крутящий момент Т, сформированный двигателем 6, задается нижеследующим уравнением (2):

где Pn обозначает количество полюсных пар в двигателе 6.

Перестроение уравнения для тока iq по оси q приводит к нижеследующему уравнению (3):

В результате решения системы уравнений, состоящей из уравнения (1) и уравнения (3), чтобы получить id и iq, может быть получено сочетание тока id по оси d и тока iq по оси q, которое может сформировать заданный крутящий момент Т с минимальными токами.

Здесь теоретически возможно, что в результате прочтения в уравнениях (1) и (3) крутящего момента Т в качестве команды Т* крутящего момента, тока id по оси d в качестве команды id* тока по оси d и тока iq по оси q в качестве команды iq* тока по оси q и решения системы уравнений, состоящей из уравнения (1) и уравнения (3) для id* и iq*, получаются команда id* тока по оси d и команда iq* тока по оси q, допускающие формирование с минимальным электрическим током крутящего момента Т, который совпадает с командой Т* крутящего момента.

Фиг.2 – график, представляющий соотношение между кривой крутящего момента и кривой, указывающей условие минимального тока, согласно Варианту 1 осуществления из настоящего изобретения. Соотношение между кривой крутящего момент и кривой, указывающей условие минимального тока, представляет собой соотношения в уравнениях (1) и (3) с током id по оси d в виде абсциссы и тока iq по оси q в виде ординаты. Каждая из кривых из верхнего правой до нижней левой части является кривой крутящего момента, изображаемой с помощью замены рабочего крутящего момента Т (= 50 Н·м – 1500 Н·м) крутящим моментом Т в уравнении (3). Кривая Imi из верхней левой до нижней правой части является кривой, указывающей условие минимального тока, представленное уравнением (1); кривая Imi представляет сочетание тока id по оси d и тока iq по оси q, допускающее формирование заданного крутящего момента Т с минимальными токами.

Ток id по оси d и ток iq по оси q, допускающие формирование заданного крутящего момента Т с минимальными токами, могут быть получены с помощью вычисления точки пересечения кривой Imi, указывающей уравнение (1), с кривой Tor, указывающей уравнение (3) на фиг.2. На фиг.2 для Pn, Ld, Lq и _a в уравнениях (1) и (3) устанавливаются константы, которые определяются путем представления приводного двигателя электромобиля, чья выходная мощность приблизительно равна 300 кВт.

К тому же кривая крутящего момента и кривая, указывающая условие минимального тока, в случае восстанавливающего периода располагаются в непредставленном третьем секторе на фиг.2 и соответствуют представленным кривым, изображенным симметрично кривым в случае рабочего периода, представленного на фиг.2, относительно абсциссы. Соответственно по этой причине кривые в случае восстанавливающего периода также могут предполагаться на основе кривых в случае рабочего периода, представленного на фиг.2. А именно, как можно увидеть из фиг.2, в случае, где формируется рабочий крутящий момент в 1300 Н·м в виде крутящего момента Т, условие минимального тока является сочетанием id приблизительно в -200 А и iq приблизительно в 237 А; соответственно в случае, где формируется восстанавливающий крутящий момент в -1300 Н·м в виде крутящего момента Т, условие минимального тока является сочетанием id приблизительно в -200 А и iq приблизительно в -237 А. Совершенно очевидно, что кривая крутящего момента и кривая, указывающая условие минимального тока, в случае восстанавливающего периода могут быть снабжены в дополнение к кривым в случае рабочего периода, чтобы получались ток id по оси d и ток iq по оси q, которые удовлетворяют условию минимального тока.

Между тем, чтобы вычислить точку пересечения кривой Imi, представленной уравнением (1), с кривой Tor, представленной уравнением (3), требуется решить систему уравнений, состоящую из уравнения (1) и уравнения (3) для id и iq; однако, поскольку система уравнений дает в результате биквадратное уравнение, сложно получить решения, в силу чего установка в действующем устройстве векторного управления является сложной. Соответственно во многих традиционных технологиях, которые описаны выше, ток id по оси d и ток iq по оси q, которые могут сформировать заданный крутящий момент Т с минимальными токами, получаются с использованием карты.

В отличие от этого настоящее изобретение предназначено для вычисления тока id по оси d и тока iq по оси q, которые могут сформировать крутящий момент Т с минимальными токами, в соответствии с простым выражением для вычисления и без использования какой-либо карты. Вышеупомянутый способ будет подробно описываться ниже.

Можно увидеть, что хотя и являясь кривой второго порядка, кривая Imi на фиг.2, указывающая условие минимального тока, является почти прямой линией за исключением области (id>-50 А, iq<75 А), где ток id по оси d и ток iq по оси q являются малыми. Соответственно на фиг.2 с помощью пунктирной линии представлена почти прямая линия Iap, полученная путем применения линейной аппроксимации к кривой, указывающей условие минимального тока, на диапазоне за исключением области (id>-50 А, iq<75 А), где ток id по оси d и ток iq по оси q являются малыми. Из фиг.2 можно увидеть, что почти прямая линия Iap располагается почти на кривой, указывающей условие минимального тока.

В приложении к управлению электромобилем, которое является предметом настоящего изобретения, случай, где двигатель 6 действует в области, в которой ток id по оси d и ток iq по оси q являются малыми, ограничивается, например, действием с постоянной скоростью, в котором двигатель 6 действует с незначительным крутящим моментом, чтобы поддерживать скорость электромобиля; поэтому частота вышеупомянутого случая во всем времени действия очень низкая. Поэтому даже в том случае, где линейная аппроксимация применяется к кривой, указывающей условие минимального тока, в большинстве случаев двигатель действует при условии минимального тока; соответственно не существует никакой практической проблемы.

Пусть почти прямая линия для кривой на фиг.2, указывающая условие минимального тока, будет задана нижеследующим уравнением (4):

В примере на фиг.2 наклон a прямой линии равен -1,0309 и отсекаемый отрезок b равен 30,0. В случае, где используется почти прямая линия для уравнения (4), ток id по оси d и ток iq по оси q, допускающие формирование заданного крутящего момента Т с минимальными токами, могут быть получены путем вычисления точки пересечения кривой Iap, указывающей условие минимального тока, с кривой Tor; ток id по оси d и ток iq по оси q могут быть получены путем решения системы уравнений, состоящей из уравнения (3) и уравнения (4). Система уравнений, приводящая к уравнению второго порядка, может быть легко решена. С помощью упорядочивания уравнений (3) и (4) и могут быть получены нижеследующие уравнения (5):

На основе уравнения (5) ток id по оси d задается нижеследующим уравнением (6):

(6)

Из уравнения (6) может быть получен ток id по оси d, допускающий формирование заданного крутящего момента Т с минимальным током, то есть ток id по оси d, который реализует управление максимального крутящего момента. С помощью замены id, заданного уравнением (6), на id в уравнении (3) может быть получен ток iq по оси q.

К тому же могут быть предварительно получены a и b в уравнении (6), которые представлены на фиг.2, из почти прямой линии для кривой, указывающей условие минимального тока, представленное в уравнение (1).

Описанное до этого времени является объяснением принципа способа получения вектора тока, допускающего реализацию управления максимального крутящего момента, то есть сочетания тока id по оси d и тока iq по оси q.

Далее будет объясняться конфигурация отдельного блока 10 формирования команды тока, который является предпочтительным для векторного управления синхронного двигателя с постоянным магнитом.

Фиг.3 – схема, иллюстрирующая конфигурацию блока 10 формирования команды тока согласно Варианту 1 осуществления из настоящего изобретения. Как проиллюстрировано на фиг.3, из абсолютного значения Tabs* команды крутящего момента, полученного в результате пропускания команды Т* крутящего момента через схему 13 определения абсолютной величины, и наклона a и отсекаемого отрезка b почти прямой линии, указывающей условие минимального тока, представленное уравнением (4), блок 11 формирования основной команды тока по оси d вычисляет первое основную команду id1* тока по оси d на основе нижеследующего уравнения (7). Уравнение (7) получается путем замены тока id по оси d и крутящего момента Т в уравнении (6) первой основной командой id1* тока по оси d и абсолютным значением Tabs* команды крутящего момента соответственно.

(7)

Первая основная команда id1* тока по оси d, вычисленная в соответствии с уравнением (7), вводится в блок 12 ограничителя; в случае, где id1* положительно, вторая основная команда id2* тока по оси d, которая является выводом блока 12 ограничителя, становится “0”; в случае, где id1* отрицательно, id2*, которое является выводом блока 12 ограничителя, становится равным id1*. Другими словами, блок 12 ограничителя имеет функцию ограничения id2*, чтобы оно не стало больше нуля.

Как описано выше, с помощью установки в ноль верхнего предельного значения у второй основной команды id2* тока по оси d можно не допустить, особенно в области, где команда T* крутящего момента небольшая (приблизительно 50 Н*м или меньше), что точка пересечения кривой крутящего момента с почти прямой линией, указывающей условие минимального тока, возникает в первом секторе (не представлен), в силу чего вычисляется команда id* тока по оси d и команда iq* тока по оси q, которые далеки от условия минимального тока.

С другой точки зрения, в области, где команда Т* крутящего момента небольшая, может быть выполнен автоматический переход на управление, в котором id зафиксировано на нуле, что является общеизвестной технологией. К тому же при использовании в уравнении (7) абсолютного значения Tabs* команды крутящего момента становится возможным получить первую основную команду id1* тока по оси d с использованием одного уравнения (7) как в случае, где выдается рабочий крутящий момент, так и в случае, где выдается восстанавливающий крутящий момент; поэтому вычисление может быть упрощено.

Затем команда id* тока по оси d получается путем суммирования второй команды id2* тока по оси d и величины dV компенсации команды тока по оси d в сумматоре 14, который служит в качестве блока компенсации команды тока по оси d. Величина dV компенсации команды тока по оси d является значением ниже нуля, которое меняется в зависимости от условия действия двигателя 6.

Как описано выше, в случае, где скорость вращения двигателя средняя или низкая, и напряжение для двигателя 6 является одинаковым или ниже максимального выходного напряжения инвертора 2, величина dV компенсации команды тока по оси d становится нулем, при помощи чего может быть получена команда id* тока по оси d, которая удовлетворяет условию минимального тока; в случае, где в области высокоскоростного вращения напряжение для двигателя 6 превышает максимальное выходное напряжение инвертора 2, становится возможным уменьшить команду id* тока по оси d в соответствии с величиной dV компенсации команды тока по оси d, при помощи чего двигатель 6 может действовать в ослабленном магнитном потоке.

Наконец, в блоке 15 формирования команды тока по оси q с помощью замены команды id* тока по оси d и команды Т* крутящего момента на нижеследующее уравнение (8) получается команда iq* тока по оси q. Уравнение (8) получается путем замены тока id по оси d, тока iq по оси q и крутящего момента Т в уравнении (3) командой id* тока по оси d, командой iq* тока по оси q и командой Т* крутящего момента соответственно.

Как описано выше, устройство векторного управления синхронного двигателя с постоянным магнитом согласно Варианту 1 осуществления из настоящего изобретения позволяет реализовать управление максимального крутящего момента с использованием простого выражения для вычисления, без использования какой-либо карты, и получить в высокоскоростной области команду id* тока по оси d и команду iq* тока по оси q, которые дают возможность управления в ослабленном магнитном потоке. Управление выполняется блоком 20 управления током таким образом, что соответствующие токи в двигателе 6 совпадают с командой id* тока по оси d и командой iq* тока по оси q, чтобы могло быть получено устройство векторного управления синхронного двигателя с постоянным магнитом, допускающее выполнение управления максимального крутящего момента двигателя 6.

Вышеупомянутые константы Ld, Lq и _a двигателя и наклон a и отсекаемый отрезок b почти прямой линии, которые используются в соответствующих выражениях для вычислений в блоке 10 формирования команды тока, могут изменяться по произвольному хронометражу.

Например, возможно, что вышеупомянутые константы Ld, Lq и _a двигателя, наклон a и отсекаемый отрезок b изменяются в соответствии со скоростью двигателя 6, величина крутящего момента, амплитуды тока и условия вождения, например рабочий период или восстанавливающий период, или что вышеупомянутые константы Ld, Lq и _a двигателя, наклон a и отсекаемый отрезок b изменяются и регулируются в соответствии с командой Т* крутящего момента, командой id* тока по оси d, командой iq* тока по оси q или током id по оси d и током iq по оси q, которые являются значениями измерения. Таким образом, как описано выше, даже в области (id > -50 А, iq < 75 А) на фиг.2, где ток id по оси d и ток iq по оси q являются малыми, может быть вычислено более точное условие минимального тока; поэтому может быть получен более идеальный действующий режим.

В показателях обеспечения стабильности системы управления желательно, чтобы в случае, где константы Ld, Lq и _a двигателя и наклон a и отсекаемый отрезок b почти прямой линии изменяются и регулируются, к скорости двигателя 6, величине крутящего момента, амплитуде тока, команде Т* крутящего момента и команде id* тока по оси d и команде iq* тока по оси q, либо току id по оси d и току iq по оси q не ссылались непосредственно, а после обработки посредством элемента задержки, например низкопроходного фильтра или схемы задержки первого порядка. В частности, значения констант Ld и Lq двигателя могут изменяться вследствие эффекта магнитного насыщения; поэтому желательно исправлять значения по необходимости.

Вариант 2 осуществления

Фиг.4 – схема, иллюстрирующая конфигурацию блока 10 формирования команды тока в устройстве векторного управления синхронного двигателя с постоянным магнитом согласно Варианту 2 осуществления из настоящего изобретения. Здесь будут объясняться только составляющие элементы, которые отличаются от таковых из Варианта 1 осуществления, проиллюстрированного на фиг.3, и объяснения для аналогичных составляющих элементов будут пропускаться. Как проиллюстрировано на фиг.4, в блоке 10 формирования команды тока согласно Варианту 2 осуществления блок 15 формирования команды тока по оси q заменяется блоком 15А формирования команды тока по оси q.

В блоке 15А формирования команды тока по оси q с помощью замены команды id* тока по оси d и наклона a и отсекаемого отрезка b почти прямой линии нижеследующим уравнением (9) получается команда iq* тока по оси q. Уравнение (9) получается путем замены тока id по оси d и тока iq по оси q в уравнении (4) командой id* тока по оси d и командой iq* тока по оси q соответственно.

В варианте 2 осуществления, так как команда iq* тока по оси q вычисляется в соответствии с уравнением (9), конфигурация выражения проще, чем в Варианте 1 осуществления, в котором iq* вычисляется в соответствии с уравнением (8); поэтому объем вычисления может быть снижен, в силу чего может использоваться недорогой микропроцессор.

Описанные в вышеупомянутых вариантах осуществления конфигурации являются примерами особенностей настоящего изобретения и могут объединяться с другими общеизвестными технологиями; совершенно очевидно, что различные признаки настоящего изобретения могут конфигурироваться с помощью изменения, например частичного пропускания вышеупомянутых вариантов осуществления, без отклонения от объема и сущности настоящего изобретения.

Кроме того, в вышеупомянутых вариантах осуществления, хотя объяснение настоящего изобретения приведено в исполнение с учетом его применения в электромобиле, область применения настоящего изобретения этим не ограничивается; совершенно очевидно, что настоящее изобретение может применяться к различным связанным областям, например областям электрических автомобилей, элеваторов и электроэнергетических систем.

Формула изобретения

1. Устройство векторного управления двигателя с синхронизацией на постоянном магните, применяемое к устройству управления электромобилем, разделяющее электрический ток в двигателе с синхронизацией на постоянном магните, приводимом в действие инвертором, который преобразует постоянное напряжение в переменное напряжение произвольной частоты и выдает переменное напряжение, на ток id по оси d и ток iq по оси q, которые являются величинами по оси d и оси q соответственно, и вращаются синхронно с фазой вращения двигателя с синхронизацией на постоянном магните, и управляющее током id по оси d и током iq по оси q, причем устройство векторного управления содержит: блок формирования команды тока, который формирует команду id* тока по оси d и команду iq* тока по оси q из данной команды крутящего момента; и блок управления током, который действует таким образом, что токи в двигателе совпадают с соответствующими командами тока, в котором блок формирования команды тока снабжается блоком формирования основной команды тока по оси d, который использует команду крутящего момента так, чтобы сформировать первую основную команду id1* тока по оси d; блок ограничителя, который принимает первую основную команду id1* тока по оси d и выдает значение, полученное ограничением первой основной команды id1* тока по оси d ниже нуля, в качестве второй основной команды id2* тока по оси d; блок компенсации команды тока по оси d, который принимает вторую основную команду id2* тока по оси d и выдает в качестве команды id* тока по оси d значение, полученное с помощью корректировки второй основной команды id2* тока по оси d в соответствии со значением dV компенсации команды тока по оси d, выдаваемым из блока управления током; и блок формирования команды тока по оси q, который формирует команду iq* тока по оси q из команды id* тока по оси d, и блок формирования команды тока формирует команду id* тока по оси d и команду iq* тока по оси q, допускающие формирование с минимальными токами крутящего момента, соответствующего команде крутящего момента, при этом блок формирования основной команды тока по оси d формирует первую основную команду id1* тока по оси d с помощью получения точки пересечения нижеследующего уравнения (3), указывающего соотношение между крутящим моментом, током по оси d и током по оси q двигателя с нижеследующим линейным уравнением (4), которое получается путем применения линейной аппроксимации к кривой, указывающей условие, при котором двигатель может сформировать заданный крутящий момент с минимальными токами, в диапазоне, исключающем область, где ток id по оси d и ток iq по оси q являются малыми, и которая имеет наклон и отсекаемый отрезок, которые представляют соотношение между током по оси d и током по оси q, и при этом первая основная команда id1* тока по оси d формируется из нижеследующего первого уравнения (7)



где Tabs* обозначает абсолютное значение команды крутящего момента; L_d – индуктивность по оси d (Гн); L_q – индуктивность по оси q (Гн); _а – постоянный магнитный поток (Вб); Pn – количество полюсных пар двигателя; а – наклон линейного уравнения; и b – отсекаемый отрезок линейного уравнения.

2. Устройство векторного управления двигателя с синхронизацией на постоянном магните по п.1, в котором любой из L_d, L_q, _а, a и b в первом уравнении изменяется по произвольному хронометражу.

3. Устройство векторного управления двигателя с синхронизацией на постоянном магните по п.1, в котором любой из L_d, L_q, _а, a и b в первом уравнении изменяется в соответствии с сигналом, включающим в себя ток id по оси d и ток iq по оси q в двигателе, команду id* тока по оси d, команду iq* тока по оси q и команду T* крутящего момента.

4. Устройство векторного управления двигателя с синхронизацией на постоянном магните по п.1, в котором команда iq* тока по оси q формируется путем замены команды id* тока по оси d нижеследующим вторым уравнением:

где T* обозначает команду крутящего момента;
L_d – индуктивность по оси d (Гн);
L_q – индуктивность по оси q (Гн);
_а – постоянный магнитный поток (Вб);
Pn – количество полюсных пар двигателя.

5. Устройство векторного управления двигателя с синхронизацией на постоянном магните по п.4, в котором любой из L_d, L_q и _а во втором уравнении изменяется по произвольному хронометражу.

6. Устройство векторного управления двигателя с синхронизацией на постоянном магните по п.4, в котором любой из L_d, L_q и _а во втором уравнении изменяется в соответствии с сигналом, включающим в себя ток id по оси d и ток iq по оси q в двигателе, команду id* тока по оси d, команду iq* тока по оси q и команду T* крутящего момента.

7. Устройство векторного управления двигателя с синхронизацией на постоянном магните по п.1, в котором iq* тока по оси q формируется путем замены команды id* тока по оси d нижеследующим третьим уравнением:

где а и b обозначают наклон и отсекаемый отрезок соответственно, из первого уравнения.

8. Устройство векторного управления двигателя с синхронизацией на постоянном магните по п.7, в котором любой из а и b в третьем уравнении изменяется по произвольному хронометражу.

9. Устройство векторного управления двигателя с синхронизацией на постоянном магните по п.7, в котором любой из а и b в третьем уравнении изменяется в соответствии с сигналом, включающим в себя ток id по оси d и ток iq по оси q в двигателе, команду id* тока по оси d, команду iq* тока по оси q и команду Т* крутящего момента.

РИСУНКИ