CN102195554B

CN102195554B - 用于旋转电机的控制设备

Info

Publication number: CN102195554B
Application number: CN201110066166.XA
Authority: CN
Inventors: 井村彰宏
Original assignee: Denso Corp
Current assignee: Denso Corp
Priority date: 2010-03-18
Filing date: 2011-03-18
Publication date: 2014-07-09
Anticipated expiration: 2031-03-18
Also published as: CN102195554A; US8466642B2; JP5146478B2; DE102011001259A1; US20110227515A1; JP2011199998A

Abstract

本发明涉及一种用于旋转电机的控制设备，其包括：用来预测所述旋转电机的受控变量的预测部分，其中对于功率转换电路的每一个规定操作状态为所述旋转电机施加该功率转换电路的输出电压；以及用来操纵所述功率转换电路的操纵部分，其把所述功率转换电路操作在基于由所述预测部分预测的受控变量而被确定为实际操作状态的其中一个对应的操作状态下。所述控制设备还包括平均电压方向计算部分，其用来计算所述功率转换电路的平均输出电压矢量的方向。所述操纵部分包括优先级设定部分，其在确定实际操作状态时，基于由所述平均电压方向计算部分计算的平均输出电压矢量的方向来设定用于每一个所述操作状态的优先级。

Description

用于旋转电机的控制设备

技术领域

本发明涉及一种用于旋转电机的控制设备。

背景技术

如例如在日本专利申请公开号2006-174697中所述，知道一种执行模型预测控制以便控制旋转电机的控制设备。该控制设备如下操作。首先，临时设定采样定时k,k+1,…k+N-1（N≥1）处的开关状态序列，并且对于采样定时k到k+N进行扭矩踪迹的预测。接下来，通过外插进行之后的扭矩踪迹的预测作为在采样定时k+N-1到k+N处的扭矩踪迹。接下来，把所述临时设定序列中的开关状态的改变次数除以表示直到通过所述外插预测的扭矩偏离预定范围为止所执行的采样次数的数n。接下来，如果前面的除法的商是所有临时设定的开关序列的最小值，则把该开关序列的采样定时k处的开关状态确定为采样定时k处的实际开关状态。根据前面的模型预测控制，可以减少开关状态的改变次数。

在前面的模型预测控制中，随着直到通过所述外插预测的扭矩偏离预定范围为止所经过的时间段变得更长，所述商变得更小。相应地，即使对于采样定时k到k+N-1的开关状态的改变次数较大，如果采样次数的数n较大，所述商就会变小。因此，前面描述的传统控制设备不总能足够地减少开关状态的改变次数。此外，由于通过外插进行的扭矩预测的精度不一定很高，相应地前面描述的传统控制设备就会基于不准确的扭矩行为预测可变地设定用来评估开关状态的改变次数的加权因数，从而存在控制的可靠性方面的问题。

发明内容

一个实施例提供一种用于旋转电机的控制设备，其包括：

用来预测所述旋转电机的受控变量的预测部分，其中对于功率转换电路的每一个规定操作状态为所述旋转电机施加该功率转换电路的输出电压，所述功率转换电路包括每个被连接到所述旋转电机的相应一个端子并且受到开/关控制，以便建立及断开DC电源的正或负端子与旋转电机的所述相应一个端子之间的电连接的开关元件；以及

用来操纵所述功率转换电路的操纵部分，其把所述功率转换电路操作在其中一个所述操作状态下，以作为基于由所述预测部分预测的受控变量而确定的实际操作状态，

其中，

所述控制设备还包括平均电压方向计算部分，其用来计算所述功率转换电路的平均输出电压矢量的方向，并且

所述操纵部分包括优先级设定部分，其在确定实际操作状态时，基于由所述平均电压方向计算部分计算的平均输出电压矢量的方向来为每一个所述操作状态设定优先级。

根据本发明，提供一种用于旋转电机的控制设备，其能够在执行模型预测控制时大大减少开关状态的改变次数。

从下面的包括附图和权利要求书的描述，本发明的其他优点和特征将变得显而易见。

附图说明

在附图中：

图1是示出用于控制电动机/发电机的控制***的结构的图示，所述控制***包括根据本发明的第一实施例的控制设备；

图2A和2B是解释代表包括在所述控制***内的逆变器的操作状态的电压矢量的图示；

图3是示出传统模型预测控制中的问题的时序图；

图4A和4B是用于在传统三角波比较PWM控制与传统模型预测控制之间进行比较的图示；

图5A和5B是示出第一实施例中的逆变器的开关状态转变的一个实例的图示；

图6是示出由第一实施例的控制设备执行的模型预测控制的操作的流程图；

图7是示出图6中所示的模型预测控制中的电流预测处理的流程图；

图8是示出图6中所示的模型预测控制中的用于识别平均电压矢量区域的处理的图示；

图9是示出图6中所示的模型预测控制中的用来考虑电压矢量改变的处理的流程图；

图10A和10B是用于解释第一实施例的有利效果的时序图；

图11A到11C是示出第一实施例的有利效果的图示；

图12是用于解释第一实施例的有利效果的时序图；

图13是示出由根据本发明的第二实施例的控制设备执行的模型预测控制的操作的流程图；

图14是示出图13中所示的模型预测控制中的用来考虑电压矢量改变的处理的图示；

图15是示出由根据本发明的第三实施例的控制设备执行的模型预测控制的操作的流程图；以及

图16是示出由根据本发明的第四实施例的控制设备执行的模型预测控制中的用来考虑电压矢量改变的处理的流程图。

具体实施方式

第一实施例

图1是示出用于控制安装在混合动力车上的电动机/发电机10的控制***的总体结构的图示，所述控制***包括根据本发明的第一实施例的控制设备20。电动机/发电机10是三相永磁同步电动机。电动机/发电机10还是具有凸极的旋转电机。也就是说，电动机/发电机10是IPSM（内置永磁同步电动机）。

电动机/发电机10通过逆变器IV连接到高压电池12。逆变器IV包括开关元件Sup和Sun的串联连接、开关元件Svp和Svn的串联连接以及开关元件Swp和Swn的串联连接。这些串联连接的连接节点分别连接到电动机/发电机10的U相、V相和W相绕组。作为每一个开关元件Sup、Sun、Svp、Svn、Swp和Swn，在该实施例中使用IGBT（绝缘栅双极型晶体管）。所述开关元件Sup、Sun、Svp、Svn、Swp和Swn分别与二极管Dup、Dun、Dvp、Dvn、Dwp和Dwn并联连接。

该实施例的控制***包括以下组件以用来检测电动机/发电机10和逆变器IV的操作状态：旋转角传感器14用来测量电动机/发电机10的旋转角（电角度θ），电流传感器16用来检测分别流经电动机/发电机10的三相绕组的相电流iu、iv和iw，电压传感器18用来检测逆变器IV的输入电压（电源电压VDC）。

来自这些传感器的检测值通过一个接口（未示出）被输入到构成低压***的控制设备20。控制设备20基于从这些传感器接收到的检测值生成用以操纵逆变器IV的信号。用以操纵逆变器IV的所述信号包括分别用来操纵开关元件Sup、Sun、Svp、Svn、Swp和Swn的操纵信号gup、gun、gvp、gvn、gwp和gwn。

控制设备20操纵逆变器IV，从而把电动机/发电机10的扭矩控制在所需扭矩Tr。更具体来说，控制设备20操纵逆变器IV，从而把流经电动机/发电机10的电流控制在命令电流，从而使得电动机/发电机10生成所需扭矩Tr。在该实施例中，虽然电动机/发电机10的扭矩是最终受控变量，但是把电动机/发电机10的输入电流作为中间受控变量控制在命令电流。更具体来说，为了把电动机/发电机10的输入电流控制在命令电流，控制设备20执行模型预测控制，其中针对临时设定的逆变器IV的几个操作状态预测电动机/发电机10的输入电流，并且基于每一个预测输入电流与命令电流之间的差异确定逆变器IV的实际操作状态。下面将详细解释所述模型预测控制。

通过dq转换部分22把由电流传感器16检测到的相电流iu、iv和iw转换成旋转坐标系下的实际电流id和iq。由旋转角传感器14检测到的电角度θ被输入到速度计算部分23。速度计算部分23基于电角度θ计算电动机/发电机10的旋转速度（电角速度ω）。

命令电流设定部分24根据输入到该处的所需扭矩Tr输出dq坐标系下的命令电流idr和iqr。命令电流idr和iqr、实际电流id和iq以及电角度θ被输入到模型预测控制部分30以作为输入参数。模型预测控制部分30基于这些输入参数确定电压矢量Vi以便指定逆变器IV的操作状态。电压矢量Vi被输入到操纵部分26，其生成将被提供给逆变器IV的操纵信号。

逆变器IV的操作状态由图2A中所示的8个电压矢量V0到V7代表。举例来说，电压矢量V0代表低压侧（由图2A中的“低侧”标识）的开关元件Sun、Svn和Swn接通的状态，电压矢量V7代表高压侧（由图2A中的“高侧”标识）的开关元件Sup、Svp和Swp接通的状态。电压矢量V0和V7用于使得由逆变器IV施加到电动机/发电机10的电压为零，以便短路电动机/发电机10的所有相。相应地，其被称作零电压矢量。其他电压矢量V1到V6的每一个用于指定其中至少一条上臂（高压侧的开关元件）和至少一条下臂（低压侧的开关元件）接通的状态。相应地，其被称作有效电压矢量。图2B是示出其原点由零电压矢量V0和V7定义的固定二维坐标系上的有效电压矢量V1到V6的图示。如图2B中所示，电压矢量V1、V3和V5所代表这样的状态，在所述状态的每一个下，U、V和W相的其中之一的高压侧的开关元件接通。

接下来将解释模型预测控制部分30的操作。图1中所示的操作状态设定部分31把图2B中所示的电压矢量V0到V7的一个设定为逆变器IV的操作状态。dq转换部分32把由操作状态设定部分31设定的电压矢量dq转换成dq坐标系下的电压矢量Vdq=(vd,vq)。可以通过分别对于图2A中所示的电压矢量V0到V7的每一个把“高侧”和“低侧”替换成“VDC/2”和“-VDC/2”来执行这一转换。举例来说，把电压矢量V0转换成(-VDC/2,-VDC/2,-VDC/2)，并且把电压矢量V1转换成(VDC/2,-VDC/2,-VDC/2)。

预测部分33基于电压矢量（vd,vq）、当前的实际电流id和iq以及电角速度ω来预测用于由操作状态设定部分31设定的逆变器IV的操作状态的实际电流id和iq。在这里，关于电流的导数项求解下面的电压等式（c1）和（c2）以获得下面的状态等式（c3）和（c4），并且通过离散化所获得的状态等式（c3）和（c4）来预测快一步（one step ahead）的电流。

在等式（c1）和（c2）中，R表示电阻，p表示微分因数，Ld表示d轴电感，Lq表示q轴电感，并且φ表示交连磁通量（linkage flux）常数。

对于由操作状态设定部分31设定的每一个操作状态执行电流预测。

操作状态确定部分34从由预测部分33预测的电流ide和iqe以及输入到该处的命令电流idr和iqr确定逆变器IV的操作状态。在该实施例中，操作状态确定部分34使用评估函数J来做出所述确定。通过使用评估函数J来评估由操作状态设定部分31设定的每一个操作状态，并且选择具有最高评估的操作状态。在该实施例中，作为所述评估函数J，采用当评估较低时其输出值较大的这样一种函数。更具体来说，评估函数J计算命令电流矢量Idqr=(idr,iqr)与预测电流矢量Idqe=(ide,iqe)之间的内积。这是因为命令电流矢量Idqr与预测电流矢量Idqe之间的差会取正值和负值二者。因此，当命令电流矢量Idqr与预测电流矢量Idqe之间的差变得较大时，评估函数J所做的评估变得较低。

使用评估函数J使得有可能在每一个控制循环Tc中选择其中一个操作状态，该操作状态最小化预测电流矢量Idqe与命令电流矢量Idqr之间的差。但是，使用评估函数J也可能会增大对于开关状态改变同时被切换的电动机/发电机10的相数。在这种情况下，由于会出现大的浪涌电压，因此需要开关元件具有高的耐受电压。

最初，发明人研究了一种使得有可能把对于开关状态改变同时被切换的相数限制到1内的控制方法。更具体来说，发明人研究了这样一种处理，其中在命令电流与预测电流之间的差处于可允许范围之内时强制施行所述限制，并且当所述差处于所述可允许范围之外时，选择所有操作状态当中的由评估函数J为之给出最高评估的一个。图3是示出通过这一处理的开关状态改变的一个实例的图示。从图3中可以发现，在该处理中，因为由不同有效电压矢量代表的操作状态之间的改变频率较高，因此每单位时间执行的开关状态改变次数较高。图4A是示出通过传统的三角波比较PWM处理的开关状态改变的一个实例的图示。

如图4A中所示，在传统的三角波比较PWM中，通过从命令电流矢量Idqr减去实际电流矢量Idq而形成的误差矢量edq（其起点处在原点处）的终点根据两个有效电压矢量和一个零电压矢量之间的周期性切换模式而改变。在图4A中还示出了平均电压矢量Va。

平均电压矢量Va代表具有逆变器IV的输出电压的特定电角频率的基波分量。逆变器IV以短于一个电角度循环的间隔改变开关状态，以便逆变器IV的输出电压遵循所述电角频率的分量的正弦波。平均电压矢量Va对应于从逆变器IV输出的所述正弦波形的电压。平均电压矢量Va的范数（norm）是与调制指数或电压利用率因数成比例的物理值。在这里，所述调制指数对应于逆变器IV的输出电压的基波分量的傅立叶系数。在该实施例中，为了计算该傅立叶系数，把所述基波的幅度中心与逆变器IV的输出电压的变化中心彼此对准。

误差矢量edq的终点在通过从平均电压矢量Va减去代表逆变器IV的操作状态的电压矢量而形成的矢量的方向上偏离。相应地，当代表逆变器IV的操作状态的矢量为零电压矢量时，误差矢量edq的终点在平均电压矢量Va的方向上偏离。特别地，在三角波比较PWM处理中，逆变器IV被设定在由零电压矢量代表的操作状态下的时间段较长，这是因为当误差矢量edq的终点处在与由两个有效电压矢量（图4A中的V3和V4）所围成的区域180度相对时选择由零电压矢量代表的操作状态，其中所述两个有效电压矢量在所述有效电压矢量和平均电压矢量Va的起点同样也是误差矢量edq的起点时与平均电压矢量Va成最小角度。此外，实际电流大于命令电流的时间段和实际电流小于命令电流的时间段彼此交替，这是因为误差矢量edq的终点偏离由所述两个有效电压矢量围成的区域并且误差矢量edq的范数在一定程度上增大，其结果是由零电压矢量代表的操作状态被改变到由所述有效电压矢量代表的操作状态。相应地，在该模式的一个周期上的平均电流有可能很好地遵循命令电流。

图4B是示出通过模型预测控制的开关状态改变的一个实例的图示。在该例中，开关状态被频繁切换。这是因为在每一个控制循环处选择由评估函数J给出最高评估的开关状态。如前面所解释的那样，当使用模型预测控制时，开关状态被改变的次数趋向于增多，这是因为在微观时间尺度上搜索最优解决方案的原因。但是这一点在模型预测控制中并不是不可避免的。

如果例如通过基于在前面的两个或更多个控制循环的预测电流来预测下一控制循环Tc处的操作状态而延长预测周期，则有可能抑制在微观时间尺度上搜索最优解决方案的所述趋势。但是在这种情况下，控制设备20的计算负荷会增大。顺带地，通过从命令电流矢量Idqr减去实际电流矢量Idq而形成图4B中所示的误差矢量edq。

有鉴于上述内容，发明人想到参照平均电压矢量Va来确定下一控制循环Tc处的操作状态。平均电压矢量Va适于把实际流经电动机/发电机10的电流设定为命令电流idr和iqr。相应地，发明人想到通过参照平均电压矢量Va将使得有可能在长于控制循环周期Tc的时间尺度上选择最优操作状态，而无需通过模型预测控制延长预测周期。

图5A是示出由在该实施例中执行的模型预测控制所选择的操作状态改变的一个实例的图示。如图5A中所示，在点P1处选择与平均电压矢量Va成最小角度的两个有效电压矢量当中的一个（图5A中的V3），在该点P1处，电流误差超出可允许范围（其中误差矢量edq的范数变得大于阈值eth）。随后，在点P2处选择所述两个有效电压矢量当中的另一个（图5A中的V4）。随后，在电流误差再次超出可允许范围的点P3处（其中误差矢量edq的范数变得大于阈值eth）选择零电压矢量（图5A中的V7）。因此，与使用三角波PWM处理的情况一样，可以延长由零电压矢量代表的操作状态的持续时间，从而减少开关状态改变的次数。

点P2应当被设定到适于控制与由两个有效电压矢量围成的区域180度相对的区域内的点P3的一点，其中所述两个有效电压矢量与平均电压矢量Va成最小角度。有鉴于此，在该实施例中，点P2被设定到这样一个时间点，在该时间点处，命令电流矢量Idqr的范数|Idqr|与预测电流矢量Idqe的范数|Idqe|之间的量值关系反转。

接下来将解释该实施例中的模型预测控制的操作。以控制循环Tc的时间间隔重复执行所述操作。

首先，在步骤S10中，把代表当前（此时）操作状态的电压矢量V(n)临时设定为代表下一更新定时处（其在以控制循环Tc的间隔到来的下一更新定时处）的操作状态的电压矢量V(n+1)。在后续步骤S12中执行预测处理，以便计算在下一更新定时前的一个控制循环Tc的定时处的预测电流矢量Idqe(n+2)。

下面将参照图7中所示的流程图更加详细地解释该预测处理。

该预测处理开始于步骤S12a，在该步骤中，检测电角度θ(n)以及实际电流id(n)和iq(n)，并且输出在前一控制循环Tc处确定的电压矢量V(n)。在后续步骤S12b中，预测前面的一个控制循环的电流（ide(n+1)，iqe(n+1)）。步骤S12b用于根据在步骤S12a中输出的电压矢量V(n)预测前面的一个控制循环的时间处的电流。在这里，利用由前面的等式（c3）和（c4）代表的模型计算电流ide(n+1)和iqe(n+1)，并且通过前向差分方法以控制循环Tc的间隔将其离散化。在该计算中，在步骤S12a中检测到的实际电流id(n)和iq(n)被用作电流初始值，并且把根据在步骤S12a中检测到的电角度θ(n)进行dq转换之后的电压矢量V(n)用作dq轴上的电压矢量。

在后续步骤S12c中，计算比在为下一更新定时设定电压矢量V(n+1)时前面两个控制循环的电流。也就是说，按照与步骤S12b中相同的方式计算预测电流ide(n+2)和iqe(n+2)。但是在该计算中，在步骤S12b中计算的预测电流ide(n+1)和iqe(n+1)被用作电流初始值，并且把根据与在步骤S12a中检测到的电角度θ(n)相等的角度进行dq转换之后的电压矢量V(n+1)加上ωTc用作dq轴上的电压矢量。在完成步骤S12c之后，返回图6中所示的操作。

在图6中所示的步骤S14中，通过从命令电流矢量Idqr减去预测电流矢量idqe(n+2)计算误差矢量edq。在后续步骤S16中，计算平均电压矢量Va。在这里，通过把命令电流矢量Idqr置换到消除了微分算子p的前面的等式（c1）和（c2）来计算平均电压矢量Va。也就是说，由于流经电动机/发电机10的电流的平均值是命令电流idr和iqr（除了由于开关状态改变而导致的波纹之外），因此计算在命令电流idr和iqr稳定地流动时施加到电动机/发电机10的电压作为平均电压矢量Va。

可以通过一个用来识别其中存在平均电压矢量Va的区域的处理来确定是否满足上述条件。更具体来说，可以通过在平均电压矢量Va与有效电压矢量V1到V6共享共同起点时识别出平均电压矢量Va存在于每个由有效电压矢量V1到V6中的相邻两个围成的区域S1到S6当中的哪一个之内来做出所述确定。在这里，通过计算平均电压矢量Va与电压矢量V1之间的角度θva来识别出平均电压矢量Va所在的区域S1到S6中的一个，这是基于从旋转二维坐标系坐标变换到固定二维坐标系（αβ坐标系）的平均电压矢量Va的坐标分量(Vα,Vβ)而实现的。如图8中所示，区域S1到S6的每一个具有π/3的角宽度。

通过识别出平均电压矢量Va存在于区域S1到S6当中的哪一个区域之内，就自动确定了与平均电压矢量Va成最小角度的两个有效电压矢量。

如果步骤S18中的确定结果是否定的，或者如果步骤S20中的确定结果是肯定的，则操作继续到步骤S22，以便考虑下一更新定时处的电压矢量V(n+1)的改变。当步骤S22完成时，或者如果步骤S20中的确定结果是否定的，则操作终止。

接下来将参照图9详细解释在步骤S22中执行的处理。

该处理开始于在步骤S30中确定状态转变允许标志F是否为1。如果步骤S30中的确定结果是肯定的，则处理继续到步骤S32。在步骤S32中，所述处理把与平均电压矢量Va成最小角度的两个有效电压矢量的其中之一（其不是当前电压矢量V(n)，而是图9中用实线示出的矢量）视为具有最高优先级以替代当前电压矢量V(n)，并且将其设定为考虑对象。

另一方面，如果步骤S30中的确定结果是否定的，则处理继续到步骤S34，以便确定当前电压矢量V(n)是否是有效电压。步骤S30用于为图5中所示的点P1处的特定一个电压矢量给出优先级。也就是说，如果步骤S34中的确定结果是否定的，则处理继续到步骤S36，在该步骤中所述处理把与平均电压矢量Va成最小角度的两个有效电压矢量的其中之一视为具有最高优先级，其代表可以从当前操作状态V(n)通过切换一相或更少相而达到的操作状态，并且将其设定为考虑对象。举例来说，如果所述两个有效电压矢量是有效电压矢量V3和V4并且当前电压矢量是零电压矢量V0，则把有效电压矢量V3设定为考虑对象，这是因为有效电压V3所代表的操作状态可以通过切换一相而达到，并且有效电压V4所代表的操作状态可以通过切换两相而达到。

另一方面，如果步骤S34中的确定结果是肯定的，则操作继续到步骤S38以便确定第一条件与第二条件的逻辑OR（或）是否为真，其中第一条件是存在与平均电压矢量Va成角度A（≤20度）的有效电压矢量Vi，第二条件是紧接在切换到当前电压矢量V(n)之前的前一电压矢量是有效电压矢量。第二条件是为图5中所示的点P3处的零电压矢量给出优先级。第一条件是鉴于以下情况而为零电压矢量给出优先级：当存在与平均电压矢量V成足够小角度的有效电压矢量Vi时，该有效电压矢量Vi对于形成平均电压矢量Va几乎没有贡献。如果步骤S34中的确定结果是肯定的，则处理继续到步骤S40，在该步骤中，所述处理把由可以从当前操作状态通过切换一相或更少相而达到的零电压矢量所代表的操作状态视为具有最高优先级，并且将其设定为考虑对象。举例来说，在当前电压矢量V(n)是V4时，把零电压矢量V7所代表的操作状态设定为考虑对象，并且在当前电压矢量V(n)是V3时，把零电压矢量V0所代表的操作状态设定为考虑对象。

当步骤S32、S36或S40完成时，处理继续到步骤S42。在步骤S42中，对于由设定为考虑对象的电压矢量所代表的操作状态被临时设定的情况计算预测电流矢量Idqe(n+2)，并且确定误差矢量edq的范数|edq|是否小于或等于对应这种情况的阈值eth。如果步骤S42中的确定结果是肯定的，则处理继续到步骤S46以便采用被设定为考虑对象的电压矢量。

另一方面，如果步骤S42或步骤S38中的确定结果是否定的，则处理继续到步骤S44，在该步骤中，在代表可以从当前电压矢量V(n)所代表的操作状态通过切换一相或更少相而达到的操作状态的所有电压矢量当中，采用由评估函数J给出最高评估的该电压矢量。举例来说，在当前矢量V(n)是有效电压矢量V3时，在有效电压矢量V2、V3和V4以及零电压矢量V0当中，采用由评估函数J给出最高评估的该电压矢量。

当步骤S46或S44完成时，处理终止。

接下来将参照图10A和10B解释前面描述的第一实施例的优点。图10A示出了该实施例中的电动机/发电机10的U相电流和电压矢量的转变的一个实例。图10B示出了在执行参照图3解释的传统模型预测控制时的U相电流和电压矢量的转变的一个比较实例。从图10A和10B中可以看出，根据该实施例，可以大大减少开关状态改变的次数。

接下来将与使用三角波比较PWM处理的情况相比较解释该实施例的电动机/发电机10的操作。图11A示出了在该处执行开关状态改变次数和U相电流的测量的各点。图11B示出了在对应的测量点处所测得的开关状态改变次数。图11C示出了在对应的测量点处所测得的U相电流的高频分量的RMS值。图11B和11C示出了用于图11A中所示的三个不同旋转速度当中的每一个旋转速度的四个无效（diriment）扭矩当中的每一个扭矩处的平均值。图11C中所示的每一个RMS值是通过在电角度的一个循环周期内对实际U相电流与命令值之间的差的平方根进行积分而计算出的。

如这些图中所示，根据该实施例，与使用三角波比较PWM处理的情况相比可以减少开关状态改变的次数。此外，根据该实施例，与使用三角波比较PWM处理的情况相比，RMS值相同或更小。

图12是示出该实施例中的开关状态改变的一个实例的图示。如图12中所示，与使用三角波比较PWM处理的情况相比，该实施例中的电压矢量改变频率相同或更低。

前面描述的第一实施例提供了以下优点：

（1）根据平均电压矢量Va的方向设定用于确定逆变器IV的实际操作状态的优先级。这使得有可能以比控制循环Tc的时间尺度更长的时间尺度的方式确定逆变器IV的最优操作状态。

（2）在电流误差处于可允许范围内的条件下（误差矢量edq的范数|edq|小于阈值eth）为当前操作状态给出最高优先级。这使得有可能减少操作状态改变的次数。

（3）当两个条件的逻辑乘积为真时为零电压矢量所代表的操作状态给出最高优先级，其中一个条件是，当确定电流误差超出可允许范围时（即当确定误差矢量edq的范数|edq|大于阈值eth时），代表被确定为预测对象的操作状态的电压矢量是有效电压矢量，另一个条件是，代表前一操作状态的电压矢量是有效电压矢量。这使得有可能在较长时间段内利用所述零电压矢量把误差限制在可允许范围内。

（4）当两个条件的逻辑乘积为真时为零电压矢量所代表的操作状态给出最高优先级，其中一个条件是，当确定误差电流超出可允许范围时（即当确定误差矢量edq的范数|edq|大于阈值eth时），代表被确定为预测对象的操作状态的电压矢量是有效电压矢量，另一个条件是，在各有效电压矢量当中存在一个有效电压矢量与平均电压矢量Va所成的角度小于预定角度A。这使得有可能在较长时间段内利用所述零电压矢量把误差限制在可允许范围内。

（5）当确定误差电流超出可允许范围时（即当确定误差矢量edq的范数|edq|大于阈值eth时），在与平均电压矢量Va成最小角度的两个有效电压矢量所代表的操作状态当中，为可以通过切换一相或更少相而达到的该操作状态给出最高优先级。这使得有可能为适于把电流误差限制在可允许范围内的有效电压矢量给出优先级。

（6）当命令电流矢量Idqr的范数|Idqr|与预测电流矢量Idqe的范数|Idqe|之间的量值关系反转时，为分别与平均电压矢量Va相邻的两个有效电压矢量当中的一个（其不代表当前操作状态）给出最高优先级。这使得有可能把误差矢量edq的终点限制成存在于与平均电压矢量Va所在的区域180度相对的区域内。

（7）在可以通过切换电动机/发电机10的一相或更少相而达到的操作状态当中，当用于为之给出最高优先级的操作状态的命令值与预测值之间的差不在可允许范围之内时，把由评估函数J给出最高优先级的该操作状态设定为下一操作状态。这使得有可能在无法把所述误差限制在对应于为之给出最高优先级的操作状态的可允许范围内时，选择出适于减少开关状态改变次数的其中一个操作状态。

（8）在分别可以通过切换电动机/发电机10的一相或更少相而达到的操作状态当中，当用于被确定为预测对象的操作状态（其由于可以通过切换电动机/发电机10的一相或更少相而达到因此被确定为预测对象）的命令值与预测值之间的差不在可允许范围之内时，把由评估函数J给出最高优先级的该操作状态设定为下一操作状态。这使得有可能在发生预期之外的行为时选择出适于减少操作状态改变次数的其中一个操作状态。

（9）如果需要切换电动机/发电机10的两相或更多相，则禁止操作状态改变。这使得有可能在操作状态改变时减小浪涌电压。

（10）如果需要实现电动机/发电机10的两相或更多相的切换，从预测对象排除任何操作状态。这使得有可能减轻所述控制设备的计算负荷。

（11）从命令电流idr和iqr计算平均电压矢量Va。这使得有可能适当地计算平均输出电压矢量的方向。

（12）基于被确定为逆变器IV的操作状态的该操作状态来预测电流初始值。这使得有可能在模型预测控制下精确地预测电流。

（13）从所检测到的电流值（id(n)，iq(n)）预测下一更新定时n+1处的电流值（ide(n+1)，iqe(n+1)）。这使得有可能精确地预测电流。

（14）基于从操作状态的下一更新定时n+1开始经过一个控制循环Tc之后的时间处的预测电流值确定下一更新定时处的操作状态。这使得有可能适当地确定逆变器IV的操作状态。

（15）为了预测所设定操作状态的下一更新定时处的初始电流值，使用在当前更新定时处检测到的电流（id(n)，iq(n)）。这使得有可能令用于在设定操作状态时预测下一更新定时处的电流的处理与用来预测该预测中的初始电流值的处理基本上彼此相同。这样便于预测处理装置的设计工作，并且允许共享用于预测处理装置的计算程序。

第二实施例

接下来将描述本发明的第二实施例，其中将特别强调与第一实施例的差异。

图13是示出在第二实施例中执行的模型预测控制的操作的流程图。所述操作由控制设备20在规则时间间隔下重复执行。在图13中，与图6中所示的相同的步骤编号代表相同的步骤。

所述操作与第一实施例的等效操作的不同之处在于把状态转变允许标志F设定到1的条件。第一实施例中的所述条件是命令电流矢量Idqr的范数|Idqr|与预测电流矢量Idqe的范数|Idqe|之间的量值关系反转。但是在第二实施例中，所述条件是其起点处于原点处的误差矢量edq的终点到达一条直线（图14中所示的虚线），该直线与平均电压矢量Va正交并且穿过原点。

第二实施例也可以提供第一实施例所提供的优点。

第三实施例

接下来将描述本发明的第三实施例，其中将特别强调与第一实施例的差异。

图15是示出在第三实施例中执行的模型预测控制的操作的流程图。所述操作由控制设备20在规则时间间隔下重复执行。在图15中，与图6中所示的相同的步骤编号代表相同的步骤。

所述操作与第一实施例的等效操作的不同之处在于计算平均电压矢量Va的方式。在第二实施例中，在步骤S16a中通过计算电压矢量V(n),V(n-1),…V(n-N)的简单移动平均值来计算平均电压矢量Va，其中所述电压矢量V(n),V(n-1),…V(n-N)代表到前一更新定时为止的过去N（>2）个更新定时处所分别采用的操作状态。由于控制循环Tc的周期是恒定的，因此根据电角速度ω可变地设定数字N。这是因为平均电压矢量Va是对应于基频的矢量，因此为了基于多个时间序列电压矢量的简单移动平均值计算平均电压矢量Va，优选的是根据基频可变地设定用来计算所述移动平均值的周期。

第三实施例也可以提供第一实施例所提供的优点。

第四实施例

接下来将描述本发明的第四实施例，其中将特别强调与第一实施例的差异。

图16是示出在该实施例中执行的用以考虑电压矢量的改变的处理的流程图。所述处理由控制设备20在规则时间间隔下重复执行。在图16中，与图9中所示的相同的步骤编号代表相同的步骤。

该处理开始于用以确定代表当前操作状态的电压矢量V(n)是否是有效电压矢量的步骤S50。如果步骤S50中的确定结果是否定的，则处理继续到步骤S52，在该步骤中，所述处理确定与平均电压矢量Va成最小角度的两个有效电压矢量当中的一个所代表的操作状态（其可以通过切换一相或更少相而达到）具有最高优先级，并且将其设定为预测对象。

另一方面，如果步骤S50中的确定结果是肯定的，则处理继续到步骤S54以确定代表前一操作状态的电压矢量是否是有效电压矢量。如果步骤S54中的确定结果是否定的，则处理继续到步骤S56以确定状态转变允许标志F是否为1。如果步骤S56中的确定结果是肯定的，则处理继续到步骤S58，在该步骤中所述处理确定与平均电压矢量Va形成最小角度的两个有效电压矢量当中的一个所代表的操作状态（其不代表当前操作状态）具有最高优先级，并且将其设定为预测对象。

另一方面，如果步骤S56中的确定结果是否定的，则处理继续到步骤S60，在该步骤中所述处理确定由所述两个有效电压矢量的其中一个（其不是代表当前操作状态的电压矢量V(n)）所代表的操作状态以及由可以通过切换一相或更少相而达到的电压矢量所代表的操作状态具有最高优先级，并且把二者当中由评估函数J给出更高评估的一个设定为考虑对象。

在完成步骤S52、S58和S60之后，处理继续到步骤S62以确定用于被设定为考虑对象的操作状态的误差矢量edq的范数|edq|是否小于或等于阈值eth。如果步骤S62中的确定结果是肯定的，则处理继续到步骤S72以采用被确定为具有最高优先级的操作状态，并且将其设定为改变考虑对象。

另一方面，如果步骤S54中的确定结果是肯定的，或者步骤S62中的确定结果是否定的，则处理继续到步骤S64，在该步骤中所述处理确定在由零电压矢量所代表的操作状态当中，可以通过切换一相或更少相而达到的该操作状态具有最高优先级。在后续步骤S68中，所述处理确定用于该操作状态的误差矢量edq的范数|edq|是否小于或等于阈值eth。如果步骤S68中的确定结果是肯定的，则处理继续到步骤S72。

另一方面，如果步骤S68中的确定结果是否定的，则处理继续到步骤S70以采用分别可以从当前电压矢量V(n)所代表的当前操作状态通过切换一相或更少相而达到的其中一个操作状态，其由评估函数J给出最高评估。

在完成步骤S70或S72之后，处理终止。

顺带可以明显看出，如果在步骤S62中对于在步骤S60中被设定为考虑对象的操作状态做出了否定的确定，则在步骤S68中将对于在步骤S64中被设定为考虑对象的操作状态做出否定的确定。相应地，当在步骤S62中对于在步骤S60中被设定为考虑对象的操作状态做出了否定确定时，处理可以跳到步骤S70。

根据前面描述的第四实施例，除了前面由第一实施例提供的优点（1）到（3）和（5）到（15）之外，还可以获得以下优点。

（16）如果代表在确定误差矢量edq的范数|edq|大于阈值eth时被设定为预测对象的操作状态的电压矢量是有效电压矢量，并且代表前一操作状态的电压矢量是零电压矢量，则除了所述零电压矢量之外，由与平均电压矢量Va成最小角度的两个电压矢量的其中之一（其不代表当前操作状态）所代表的操作状态被确定为具有最高优先级（步骤S60）。这使得有可能尽量延长误差矢量edq的范数|edq|小于或等于阈值eth的时间段。

其他实施例

可以如下所述地修改前面的实施例。关于零电压优先级排序装置：用以确定由零电压矢量所代表的操作状态具有高于由有效电压矢量所代表的任何其中一个操作状态的优先级的条件不限于在前面的实施例中所描述的条件。举例来说，所述条件可以是：代表当误差矢量edq的范数变得大于阈值eth时的实际操作状态的矢量是有效电压矢量。此外，所述条件可以是前面例示的条件与下面的条件（a）的逻辑和为真。

条件（a）：代表当误差矢量的范数变得大于阈值eth时的实际操作状态的矢量是有效电压矢量，并且存在与平均电压矢量Va所成的角度小于或等于预定角度A的电压矢量。

零电压矢量优先级排序装置的配置不限于在前面的实施例中所描述的配置。举例来说，评估函数J可以被配置成为零电压矢量所代表的操作状态给出更高优先级。这可以通过对评估函数J进行加权而实现，从而使得在评估函数J评估零电压矢量所代表的操作状态时使用最小权重。

关于当前状态优先级排序装置：

当前状态优先级排序装置不限于被配置成在误差矢量edq的范数小于阈值eth并且状态转变允许标志F关闭时保持当前操作状态。举例来说，可以通过把评估函数J配置成在满足预定条件时为当前操作状态给出更高优先级来实现所述当前状态优先级排序装置。这可以通过对评估函数J进行加权而实现，从而使得在评估函数J评估当前操作状态时使用最小权重。

此外还可以去除当前状态优先级排序装置。

关于有效电压矢量优先级排序装置：

有效电压矢量优先级排序装置不限于在前面的实施例中所描述有效电压矢量优先级排序装置。举例来说，可以通过以下方式来实现所述有效电压矢量优先级排序装置：在误差矢量edq的范数大于阈值eth并且代表当前操作状态的电压矢量是零电压矢量的情况下，把评估函数J配置成为与平均电压矢量Va成最小角度的有效电压矢量所代表的操作状态给出更高优先级。这可以通过对评估函数J进行加权而实现，从而使得当评估函数J在前述条件下评估有效电压矢量所代表的操作状态时使用最小权重。

关于状态转变允许装置：

用以打开状态转变允许标志F的条件不限于在前面的实施例中所描述的条件。举例来说，所述条件可以是误差矢量edq的终点偏离出由两个有效电压矢量所围成的区域，其中所述两个有效电压矢量的起点处于误差矢量edq为0的点处并且与平均电压矢量Va成最小角度。作为另一个例子，所述条件可以是在其终点偏离出所述区域之后，所述误差矢量也偏离出该区域。

关于状态转变优先级排序装置：

状态转变优先级排序装置不限于在前面的实施例中所描述的状态转变优先级排序装置。举例来说，可以通过以下方式来实现所述状态转变优先级排序装置：在状态转变允许标志F被打开的情况下，把评估函数J配置成为与平均电压矢量Va成最小角度的有效电压矢量所代表的并且不是当前操作状态的操作状态给出更高评估。这可以通过对评估函数J进行加权而实现，从而使得当评估函数J评估在前述条件下由有效电压矢量所代表并且不是当前操作状态的操作状态时使用最小权重。

可以对前面的实施例进行修改，以便在以下条件下确定误差矢量将超出可允许范围时保持当前操作状态：当状态转变允许标志F被打开时，与平均电压矢量Va成最小角度的有效电压矢量所代表的并且不是当前操作状态的操作状态被设定为预测对象。

关于优先级设定装置：

优先级设定装置不限于以下情况：其中为零电压矢量所代表的操作状态给出高于有效电压矢量所代表的任何其中一个操作状态的优先级的条件是误差矢量edq的范数变得大于阈值eth。

举例来说，所述条件可以是误差矢量edq的终点到达一条直线，其中该直线穿过误差矢量的起点并且在平均电压矢量Va的方向上延伸。这样的条件在逆变器IV操作于调制指数大于1的过调制范围内时是有利的。这是因为所述条件便于误差矢量edq的终点从图5中所示的点P2偏向原点，从而在误差矢量edq的范数变得大于阈值eth时使得所述终点远离在平均电压矢量Va的方向上延伸的所述直线。

作为另一个例子，所述条件可以是误差矢量edq的终点进入由两个有效电压矢量所围成的区域，其中所述两个有效电压矢量的方向与最接***均电压矢量Va的两个有效电压矢量的方向相反。

关于禁止装置：

用来禁止旋转电机（电动机/发电机10）的分别连接到将要针对开关状态改变而被切换的开关元件的端子数变得大于1的禁止装置的逻辑不限于图8或16中所示的逻辑。举例来说，所述禁止逻辑可以具有这样的逻辑：其在每一个控制循环处把在每个中旋转电机的分别连接到将要针对开关状态改变而被切换的开关元件的端子数小于或等于1的所有操作状态设定为预测对象，并且禁止改变到除了被设定为预测对象的操作状态之外的任何操作状态。此外在这种情况下，有可能通过提供零电压优先级排序装置和有效电压优先级排序装置来执行与图8或图16中所示的类似处理。

可以不提供用以禁止旋转电机的连接到将要针对开关状态改变而被切换的开关元件的端子数变得大于1的禁止装置。在这种情况下，可以替换地提供用以禁止旋转电机的连接到将要针对开关状态改变而被切换的开关元件的端子数变得大于2的禁止装置。

关于平均电压方向计算装置：

1. 为之输入电流相关参数的平均电压方向计算装置不限于被配置成把命令电流输入到去除了电流导数项的电压等式的平均电压方向计算装置。举例来说，可以把流经电动机/发电机10的电流的检测值输入到电压等式。但是优选的是在将其输入到电压等式之前对检测值进行过滤。

此外，平均电压方向计算装置不限于被配置成对于从去除了电流导数项的dq轴电压等式计算的dq轴上的平均电压矢量进行αβ转换的平均电压方向计算。举例来说，可以使用用于计算dq轴上的平均电压矢量的电压等式的经过αβ转换的版本。在这种情况下，平均电压方向计算装置的输入和输出分别是αβ轴上的电流和αβ坐标系内的平均电压矢量。优选地，输入电流是命令电流idr和iqr的经过αβ转换的版本，但是也可以使用实际电流的αβ分量。

可以为平均电压方向计算装置提供被配置成接收三相的电流并且输出固定三维坐标系内的平均电压矢量的装置。在这种情况下，输入电流优选地是命令电流idr和iqr的经过三相转换的版本，但是也可以使用实际电流的三相分量。

此外，平均电压方向计算装置不限于去除了电流的导数项的电压等式。举例来说，其可以是包括αβ轴上的命令值Iαβr=(iαr,iβr)的导数项的以下等式（c5）。

顺带一提的是，前面的等式（c5）是从下面的等式（c6）导出的，等式（c6）代表电流矢量Iαβ与当前电压矢量Vi之间的关系，从中去除电流矢量Iαβ并且假设等式（6）中的电压矢量是零电压矢量就导出等式（c5）。

为之输入电流相关参数的平均电压方向计算装置可以在其中逆变器IV的操作状态是零电压矢量所代表的操作状态的周期内计算通过从命令电流矢量Idqr减去所检测到的电流矢量Idq而形成的误差矢量edq的方向改变。

2. 为之输入电流相关参数的平均电压方向计算装置不限于对代表逆变器IV的实际操作状态的电压矢量执行简单的移动平均值处理的平均电压方向计算装置。举例来说，平均电压方向计算装置可以被配置成执行索引移动平均值处理，其中对于较早的输入使用较小的加权系数。但是对于检测平均电压矢量的方向来说，这样的求平均处理不是绝对必要的。

3. 平均电压矢量Va不一定必须与逆变器IV的输出电压的基波分量相关联。举例来说，可以基于逆变器IV在短于一个电角度循环（其对于实现诸如电动机/发电机的电流之类的变量的命令值来说是必要的）并且长于控制循环Tc的周期内的输出电压的平均值来定义平均电压矢量。更具体来说，可以基于被用来实现在过调制范围内与六次谐波电流分量叠加的基波分量上预测的电流的命令值（命令电流idr和iqr）的电压平均值来定义平均电压矢量。顺带一提的是，例如在HOZUMI、ISHIDA、MICHIKI和OOKUMA的“Fast Torque Control System of PMSM based on Model Predictive Control in Consideration of Inverter Overmodulation Range（考虑到逆变器过调制范围的基于模型预测控制的PMSM快速扭矩控制***）”（2009年，Annual Conference of I.E.E. of Japan. Industry Applications Society）中描述了把六次谐波分量叠加到命令值上的技术。

被用于根据命令值和预测值确定逆变器IV的操作状态的受控变量不限于电流。举例来说，其可以是扭矩或磁通量。在这种情况下，设定磁通量命令值以实现最大扭矩控制。同样在这种情况下，有效的做法是在扭矩或磁通量偏离预定范围时基于平均电压矢量Va来考虑逆变器IV的操作状态改变。

此外，可以根据电流和扭矩确定操作状态。

在这种情况下，虽然在确定d轴电流和q轴电流时唯一地确定扭矩，但是电流和扭矩都可以被设定为预测对象。这使得有可能把预测电流仅用于设定状态转变允许标志F的值的处理，对于其他处理则把预测扭矩和命令扭矩之间的变化差与一个预定阈值进行比较，而不是把误差矢量edq的范数与阈值eth进行比较。

在前面的实施例中，旋转电机的最终受控变量（最终需要其处于期望值而不管其是否是预测对象的受控变量）是扭矩。但是所述最终受控变量也可以是旋转速度。

关于预测装置：

在前面的实施例中，用来检测电流的定时与用来更新逆变器IV的操作状态的定时同步。但是也可以在每一个时间上相邻的更新定时之间的中心定时处检测电流。同样在这种情况下，有效的做法是基于所检测到的电流预测下一更新定时处的电流以作为在下一更新定时处设定的逆变器操作状态的电流预测的初始值。

在前面的实施例中，用来检测电角度θ的定时与逆变器IV的操作状态的更新定时同步。但是也可以在每一个时间上相邻的更新定时之间的中心定时处检测电角度θ。

在前面的实施例中，预测从逆变器IV的操作状态的更新定时前面的一个控制循环的时间处的受控变量。但是也可以预测从逆变器IV的操作状态的更新定时前面的一个控制循环以内的时间处的受控变量。

用于将连续***模型离散化的技术不限于使用诸如前向差分方法之类的差分方法的技术。举例来说，可以利用线性多步方法或者Runge-Kutta方法将连续***模型离散化。

被用来预测电流的模型不限于忽略铁损耗的模型。可以利用考虑到铁损耗的模型来预测电流。

被用来预测电流的模型不限于在基波分量上预测的模型。举例来说，可以利用在感生电压或电感的谐波分量上预测的模型来预测电流。此外，可以利用映射图而不是模型来预测电流。在这种情况下，所述映射图的输入参数可以是电压（vd，vq）或电角速度ω，或者可以包括温度。在这里，所述映射图是存储装置，其中存储有其对应于输入参数的离散值的输出参数值。

在前面的实施例中，对逆变器IV的操作的下一更新定时（前面的一个控制循环的定时）处的电动机/发电机的受控变量进行预测。但是也有可能通过预测多达前面几个控制循环的每一个更新定时处的逆变器IV的受控变量来确定前面一个控制循环的更新定时处的逆变器IV的操作状态。这样的确定可以在图9中所示的步骤S44中做出，或者在图16中所示的步骤S66和S70中做出。顺带一提的是，作为这种情况下的评估函数的输出，可以使用在每一个更新定时处为之输入误差矢量edq的评估函数J的输出的总和。在这种情况下，可以为每一个更新定时处的评估函数J的评估结果给出相同的贡献因数。或者可以为用于更远的将来的评估结果给出较小的贡献因数。

前面的实施例是针对内置永磁同步电机。但是本发明也适用于表面永磁同步电机以及场绕组同步电机。此外，本发明还适用于诸如感应电动机之类的感应旋转电机。

虽然前面的实施例是针对混合动力车，但是本发明也适用于安装在电动力车上的旋转电机，而不管该旋转电机是否被用作主引擎。

虽然在前面的实施例中把高压电池12用作DC电源，但是所述DC电源也可以是抬升高压电池12的电压的转换器的端子。

前面解释的优选实施例是为了例示仅由所附权利要求书限定的本申请的发明。应当理解的是，本领域技术人员可以想到对所述优选实施例做出修改。

Claims

1.一种用于旋转电机的控制设备，其包括：

用来预测旋转电机的受控变量的预测部分，其中对于功率转换电路的每一个规定操作状态为所述旋转电机施加该功率转换电路的输出电压，所述功率转换电路包括每个被连接到所述旋转电机的相应一个端子并且受到开/关控制，以便建立及断开DC电源的正或负端子与旋转电机的所述相应一个端子之间的电连接的开关元件；以及

用来操纵功率转换电路的操纵部分，其把功率转换电路操作在其中一个操作状态下，以作为基于由所述预测部分预测的受控变量而确定的实际操作状态，

其中，

所述控制设备还包括平均电压方向计算部分，其用来计算功率转换电路的平均输出电压矢量的方向，其是在受控变量的命令值下控制受控变量所需的，

所述操纵部分包括优先级设定部分，其在确定实际操作状态时，基于由平均电压方向计算部分计算的平均输出电压矢量的方向来为每一个所述操作状态设定优先级，以及

所述平均电压方向计算部分被配置成通过执行表示实际操作状态的电压矢量的求平均过程或者通过执行把命令电流输入到去除了电流的电流导数项的电压等式的过程来计算平均输出电压矢量。

2.根据权利要求1的控制设备，其中，每一个操作状态由包括有效电压矢量和零电压矢量在内的相应的一个电压矢量代表，并且优先级设定部分为与平均输出电压矢量成最小角度的一对两个有效电压矢量的其中一个所代表的操作状态给出的优先级高于其为除了所述一对两个有效电压矢量之外的有效电压矢量所代表的操作状态给出的优先级。

3.根据权利要求1的控制设备，其中，优先级设定部分把为之给出更高优先级的操作状态选为预测部分的预测对象，并且操纵部分把被选择为预测对象的其中一个操作状态确定为实际操作状态。

4.根据权利要求1的控制设备，其还包括可允许范围确定部分，以便确定在假设功率转换电路操作于当前操作状态下时的受控变量预测值与接收自外部的受控变量命令值之间的预测差是否处于预定可允许范围内，

优先级设定部分包括当前状态优先级排序部分，以便在确定预测差处于可允许范围内的情况下为功率转换电路的当前操作状态给出最高优先级。

5.根据权利要求4的控制设备，其中，当优先级设定部分为当前操作状态给出最高优先级时，当前状态优先级排序部分把当前操作状态确定为实际操作状态。

6.根据权利要求4的控制设备，其中，优先级设定部分包括零电压矢量优先级排序部分，其被配置成在满足第一条件的情况下为零电压矢量所代表的操作状态给出最高优先级，其中第一条件是代表当确定预测差处于可允许范围之外时被设定为预测对象的操作状态的电压矢量是有效电压矢量。

7.根据权利要求6的控制设备，其中，当优先级设定部分为零电压矢量所代表的操作状态给出最高优先级时，零电压矢量优先级排序部分把零电压矢量所代表的操作状态设定为预测对象，并且如果确定预测差处于可允许范围内则把零电压矢量所代表的并且被设定为预测对象的操作状态确定为实际操作状态。

8.根据权利要求6的控制设备，其中，如果第一条件与第二条件的逻辑乘积为真，则优先级设定部分为零电压矢量所代表的操作状态给出最高优先级，其中第二条件是代表紧接在当前操作状态之前的前一操作状态的电压矢量是有效电压矢量。

9.根据权利要求8的控制设备，其中，如果第三条件与第四条件的逻辑和为真，则优先级设定部分为零电压矢量所代表的操作状态给出最高优先级，其中第三条件是第一条件与第二条件的逻辑乘积为真，第四条件是第一条件与第五条件的逻辑乘积为真，第五条件是存在与平均电压方向计算部分所计算的平均输出电压矢量的方向所成的角度小于或等于20度的有效电压矢量。

10.根据权利要求6的控制设备，其中，如果代表在确定预测差处于可允许范围之外时被设定为预测对象的操作状态的电压矢量是有效电压矢量，并且代表紧接在当前操作状态之前的前一操作状态的电压矢量是零电压矢量，

则零电压矢量优先级排序部分为零电压矢量所代表的操作状态以及与平均电压计算部分所计算的平均输出电压矢量的方向成最小角度的两个电压矢量当中不代表当前操作状态的一个电压矢量所代表的操作状态给出最高优先级。

11.根据权利要求10的控制设备，其中，当零电压矢量优先级排序部分为零电压矢量所代表的操作状态以及所述两个电压矢量的其中一个所代表的操作状态给出最高优先级时，

优先级设定部分把零电压矢量所代表的操作状态以及所述两个电压矢量的其中一个所代表的操作状态设定为预测对象，并且在对于被设定为预测对象的各操作状态所计算的至少其中一个预测差处于可允许范围的情况下，把具有最小预测差的其中一个被设定为预测对象的操作状态设定为实际操作状态。

12.根据权利要求4的控制设备，其中，优先级设定部分包括有效电压矢量优先级排序部分，其被配置成在代表当确定预测差处于可允许范围之外时被设定为预测对象的操作状态的电压矢量是零电压矢量的情况下，为与平均输出电压矢量成最小角度的一对两个有效电压矢量的其中一个所代表的操作状态给出最高优先级。

13.根据权利要求12的控制设备，其中，当有效电压矢量优先级排序部分为与平均输出电压矢量成最小角度的一对两个有效电压矢量的所述其中一个所代表的操作状态给出最高优先级时，优先级设定部分把所述一对两个有效电压矢量的所述其中一个所代表的操作状态设定为预测对象，并且如果确定预测差处于可允许范围之内，则操纵部分把所述被设定为预测对象的操作状态确定为实际操作状态。

14.根据权利要求4的控制设备，其中，受控变量包括流经旋转电机的电流，并且所述控制设备还包括被配置成确定是否满足预定条件的状态转变确定部分，所述预定条件是，当把相减矢量值定义为通过从对应于由预测部分预测的电流预测值的矢量值减去对应于流经旋转电机的电流命令值的矢量值而获得的矢量值时，所述相减矢量值偏离由与平均输出电压矢量相邻的一对两个有效电压矢量围成的区域，此时平均输出电压矢量和所述有效电压矢量的起点被设定到相减矢量值为0的一点，

优先级设定部分包括状态转变优先级排序部分，其被配置成为所述一对两个有效电压当中的一个不代表满足所述预定条件时的当前操作状态的有效电压给出最高优先级。

15.根据权利要求14的控制设备，其中，当状态转变优先级排序部分为与平均输出电压矢量相邻的所述一对两个有效电压矢量中的不代表当前操作状态的一个所代表的操作状态给出最高优先级时，操纵部分把与平均输出电压矢量相邻的所述一对两个有效电压矢量中的不代表当前操作状态的一个所代表的并且被给出最高优先级的操作状态设定为预测对象，并且在确定预测差处于可允许范围之内时把被设定为预测对象的操作状态确定为实际操作状态。

16.根据权利要求4的控制设备，其中，操纵部分包括最优值搜索部分，其被配置成在确定用于由优先级设定部分为之给出最高优先级的操作状态的预测差处于可允许范围之外时，把可以通过切换一相或更少相而达到的所有操作状态当中预测差最小的操作状态设定为功率转换电路的下一操作状态。

17.根据权利要求1的控制设备，其还包括禁止部分，所述禁止部分被配置成禁止把需要切换两个或更多开关元件的操作状态确定为实际操作状态。

18.根据权利要求17的控制设备，其中，预测部分排除把由禁止部分禁止的操作状态设定为预测对象。

19.根据权利要求1的控制设备，其中，所述旋转电机具有彼此不同的d轴电感和q轴电感。

20.根据权利要求1的控制设备，其中，预测部分包括用来预测用于各操作状态的受控变量以便确定实际操作状态的第一预测部分，以及用来预测被用于第一预测部分的受控变量的初始值以便预测用于被确定为实际操作状态的操作状态的受控值的第二预测部分。