CN102763321A - 电动机驱动装置的控制装置 - Google Patents
电动机驱动装置的控制装置 Download PDFInfo
- Publication number
- CN102763321A CN102763321A CN2011800098165A CN201180009816A CN102763321A CN 102763321 A CN102763321 A CN 102763321A CN 2011800098165 A CN2011800098165 A CN 2011800098165A CN 201180009816 A CN201180009816 A CN 201180009816A CN 102763321 A CN102763321 A CN 102763321A
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- control
- excitation
- command value
- voltage
- adjustment
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Pending
Links
Images
Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
- H02P—CONTROL OR REGULATION OF ELECTRIC MOTORS, ELECTRIC GENERATORS OR DYNAMO-ELECTRIC CONVERTERS; CONTROLLING TRANSFORMERS, REACTORS OR CHOKE COILS
- H02P27/00—Arrangements or methods for the control of AC motors characterised by the kind of supply voltage
- H02P27/04—Arrangements or methods for the control of AC motors characterised by the kind of supply voltage using variable-frequency supply voltage, e.g. inverter or converter supply voltage
- H02P27/06—Arrangements or methods for the control of AC motors characterised by the kind of supply voltage using variable-frequency supply voltage, e.g. inverter or converter supply voltage using dc to ac converters or inverters
- H02P27/08—Arrangements or methods for the control of AC motors characterised by the kind of supply voltage using variable-frequency supply voltage, e.g. inverter or converter supply voltage using dc to ac converters or inverters with pulse width modulation
-
- H—ELECTRICITY
- H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
- H02P—CONTROL OR REGULATION OF ELECTRIC MOTORS, ELECTRIC GENERATORS OR DYNAMO-ELECTRIC CONVERTERS; CONTROLLING TRANSFORMERS, REACTORS OR CHOKE COILS
- H02P21/00—Arrangements or methods for the control of electric machines by vector control, e.g. by control of field orientation
- H02P21/0003—Control strategies in general, e.g. linear type, e.g. P, PI, PID, using robust control
- H02P21/0021—Control strategies in general, e.g. linear type, e.g. P, PI, PID, using robust control using different modes of control depending on a parameter, e.g. the speed
-
- H—ELECTRICITY
- H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
- H02P—CONTROL OR REGULATION OF ELECTRIC MOTORS, ELECTRIC GENERATORS OR DYNAMO-ELECTRIC CONVERTERS; CONTROLLING TRANSFORMERS, REACTORS OR CHOKE COILS
- H02P21/00—Arrangements or methods for the control of electric machines by vector control, e.g. by control of field orientation
- H02P21/0085—Arrangements or methods for the control of electric machines by vector control, e.g. by control of field orientation specially adapted for high speeds, e.g. above nominal speed
- H02P21/0089—Arrangements or methods for the control of electric machines by vector control, e.g. by control of field orientation specially adapted for high speeds, e.g. above nominal speed using field weakening
-
- H—ELECTRICITY
- H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
- H02P—CONTROL OR REGULATION OF ELECTRIC MOTORS, ELECTRIC GENERATORS OR DYNAMO-ELECTRIC CONVERTERS; CONTROLLING TRANSFORMERS, REACTORS OR CHOKE COILS
- H02P21/00—Arrangements or methods for the control of electric machines by vector control, e.g. by control of field orientation
- H02P21/06—Rotor flux based control involving the use of rotor position or rotor speed sensors
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Power Engineering (AREA)
- Control Of Ac Motors In General (AREA)
Abstract
实现一种电动机驱动装置的控制装置,在基于调制率等电压指标来执行强励磁控制以及矩形波控制的构成中能够恰当地结束强励磁控制。当表示电压指令值(Vd、Vq)相对于直流电压(Vdc)的大小的电压指标(M)小于规定的矩形波阈值时,电压波形控制部(10)执行PWM控制,当电压指标(M)在矩形波阈值以上时,电压波形控制部(10)执行矩形波控制,励磁调整部(8)以电压指标(M)在比矩形波阈值小的规定的强励磁阈值以上作为条件来执行强励磁控制,模式控制部(5)以励磁调整指令值(ΔId)在增强励磁磁通的方向上在基于目标转矩(TM)以及电压速度比(RVω)而确定的调整指令阈值(ΔIdT)以上作为条件,来结束励磁调整部(8)所执行的强励磁控制。
Description
技术领域
本发明涉及对具备将直流电压转换成交流电压并提供给交流电动机的直流交流转换部的电动机驱动装置进行控制的控制装置。
背景技术
通常,使用一种利用逆变器将来自直流电源的直流电压转换成交流电压来驱动交流电动机的电动机驱动装置。在这样的电动机驱动装置中,为了向交流电动机的各相线圈供给正弦波状的交流电压来有效地产生转矩,多进行基于矢量控制的正弦波PWM(脉冲宽度调制)控制以及最大转矩控制。然而,对于电动机而言,随着旋转速度变高,感应电压变高,驱动电动机所需的交流电压(以下称为“所需电压”)也变高。而且,当该所需电压超过可从逆变器输出的最大交流电压(以下称为“最大输出电压”)时,线圈中不能流过所需的电流,从而无法恰当地控制电动机。于是,为了降低该感应电压,进行减弱电动机的励磁磁通的弱励磁控制。但是,若进行弱励磁控制,则由于不能进行最大转矩控制,因此可输出的最大转矩降低,并且效率也降低。
针对这样的问题,在下述专利文献1中,记载了随着电动机的旋转速度上升,感应电压变高,从正弦波PWM控制移向过调制PWM控制,进而移向矩形波控制的电动机驱动装置的控制装置的技术。这里,关于交流电压波形的基波分量的有效值与直流电源电压(***电压)的比率即调制率,在正弦波PWM控制中调制率的上限为0.61。与此相对,在过调制PWM控制中,能够将调制率提高至0.61~0.78的范围,在矩形波控制中,调制率最大为0.78。因此,根据该专利文献1中记载的控制装置,通过过调制PWM控制或者矩形波控制来增大提供给交流电动机的交流电压波形的基波分量的振幅(提高调制率),从而与仅进行正弦波PWM控制的构成相比,扩大了可以有效利用直流电压来进行最大转矩控制的旋转速度区域。而且,在电动机的所需电压比最大输出电压低的状态下,进行正弦波PWM控制或者过调制PWM控制并且进行最大转矩控制,若电动机的所需电压达到最大输出电压,则进行矩形波控制并且进行弱励磁控制。
然而,在专利文献1中记载的控制装置中,在可以进行最大转矩控制的动作区域中进行PWM控制,但在这样的PWM控制中,由于构成逆变器的开关元件的开关动作次数多,因此开关损耗容易变大。为了进一步提高电动机的效率,抑制这样的开关损耗是有效的。另一方面,根据矩形波控制,与PWM控制相比,能够大幅度地减少开关元件的开关动作次数,因此可以抑制开关损耗。在下述的专利文献2中记载了在可以进行PWM控制的动作区域中,也沿增强交流电动机的励磁磁通的方向决定励磁调整指令值,从而使调制率为最大值来进行矩形波控制(1脉冲驱动)。由此,在电动机中流动的电流增加而导致电动机中的损耗增加若干,但能够降低逆变器中的开关损耗,可以提高***整体的效率。
专利文献1:日本特开2006-311770号公报
专利文献2:日本特开2008-079399号公报
然而,在矩形波控制中,调制率被维持为最大值,因此在利用调制率来切换矩形波控制与PWM控制的构成中,即使交流电动机的运转状态发生变化也不能结束矩形波控制。因此,在交流电动机的旋转速度降低,或者目标转矩降低的情况下,仅沿增强励磁磁通的方向使励磁调整指令值变大也不结束矩形波控制。因此,有可能因励磁调整指令值变大而效率降低,或者有可能在旋转速度降低的区域中由于进行矩形波控制而在交流电动机的输出转矩中产生振动等。但是,在所述专利文献2中,在通过这样的增强励磁磁通的强励磁控制来执行矩形波控制的构成中,完全没有关于用于适当结束该矩形波控制以及强励磁控制的构成记载。
于是,优选实现在基于所述调制率等电压指标来执行强励磁控制以及矩形波控制的构成中,能够恰当地结束强励磁控制的电动机驱动装置的控制装置。
发明内容
为达成所述目的的本发明所涉及的对具备将直流电压转换成交流电压并提供给交流电动机的直流交流转换部的电动机驱动装置进行控制的控制装置的特征构成在于下述方面,即该控制装置具备:电流指令决定部,其基于所述交流电动机的目标转矩,来决定从所述直流交流转换部提供给所述交流电动机的电流的指令值、亦即基本电流指令值;励磁调整部,其决定所述基本电流指令值的调整值、亦即励磁调整指令值;电压指令决定部,其决定基于根据所述励磁调整指令值对所述基本电流指令值进行了调整后的调整后电流指令值以及所述交流电动机的旋转速度,来决定从所述直流交流转换部提供给所述交流电动机的电压的指令值、亦即电压指令值;电压波形控制部,其基于所述电压指令值来控制所述直流交流转换部,执行至少包含脉冲宽度调制控制以及矩形波控制的电压波形控制;以及模式控制部,其控制所述励磁调整部以及所述电压波形控制部,当表示所述电压指令值相对于所述直流电压的大小的电压指标小于规定的矩形波阈值时,所述电压波形控制部执行所述脉冲宽度调制控制,当所述电压指标在所述矩形波阈值以上时,所述电压波形控制部执行所述矩形波控制,所述励磁调整部构成为执行至少包含强励磁控制以及通常励磁控制的励磁控制,所述强励磁控制按照对所述基本电流指令值进行增强所述交流电动机的励磁磁通的调整的方式来决定所述励磁调整指令值,所述通常励磁控制按照不对所述基本电流指令值进行调整的方式来决定所述励磁调整指令值,所述励磁调整部以所述电压指标在比所述矩形波阈值小的规定的强励磁阈值以上作为条件来执行所述强励磁控制,所述模式控制部将所述直流电压与所述交流电动机的旋转速度之比作为电压速度比,以所述励磁调整指令值在增强所述励磁磁通的方向上在基于所述目标转矩以及所述电压速度比而确定的调整指令阈值以上作为条件,来结束所述励磁调整部所执行的所述强励磁控制。
根据该特征构成,基于表示电压指令值相对于直流电压的大小的电压指标来执行强励磁控制,通过执行该强励磁控制能够使电压指标上升从而将电压波形控制移向矩形波控制。因此,能够拓宽交流电动机中矩形波控制被执行的运转区域,能够降低直流交流转换部中的开关损耗来提高效率。另外,此时通过励磁调整部恰当地决定励磁调整指令值来使强励磁的程度发生变化,从而能够与交流电动机的旋转速度无关地恰当地向交流电动机输出与目标转矩对应的转矩。进而,根据该特征构成,以励磁调整指令值沿增强励磁磁通的方向在基于目标转矩以及电压速度比确定的调整指令阈值以上作为条件来结束强励磁控制,因此能够在因励磁调整指令值变大而效率降低前恰当地结束强励磁控制。即,能够根据因励磁调整指令值变大引起的电动机中的损耗的增大和因执行矩形波控制引起的开关损耗的降低的关系来恰当地结束强励磁控制,因此能够抑制作为包含交流电动机以及电动机驱动装置的***整体的效率恶化。此时,通过使用基于目标转矩以及电压速度比而确定的调整指令阈值,能够设定与目标转矩以及电压速度比对应的恰当的调整指令阈值。
这里,优选所述模式控制部在执行所述强励磁控制并且执行所述矩形波控制的强励磁及矩形波控制模式的过程中结束所述强励磁控制时,通过在减少所述励磁磁通的调整量的方向上逐渐地使所述励磁调整指令值发生变化,来逐渐地降低所述电压指标,经由执行所述强励磁控制并且执行所述脉冲宽度调制控制的强励磁及脉冲宽度调制控制模式,移向执行所述通常励磁控制并且执行所述脉冲宽度调制控制的通常励磁及脉冲宽度调制控制模式。
根据该构成,在从强励磁及矩形波控制模式结束强励磁控制时,经由执行强励磁控制并且执行脉冲宽度调制控制的强励磁及脉冲宽度调制控制模式,而移向通常励磁及脉冲宽度调制控制模式,因此能够抑制在结束强励磁控制时励磁调整指令值以及电压指标急剧地变化。因此,能够抑制流入到交流电动机的线圈的电流的急剧变化、过冲,并且能够抑制交流电动机输出转矩的振动的发生。
另外,优选将执行了执行所述通常励磁控制并且执行所述脉冲宽度调制控制的通常励磁及脉冲宽度调制控制模式时的所述交流电动机以及所述电动机驱动装置的损耗作为通常时损耗,将执行了执行所述强励磁控制并且执行所述矩形波控制的强励磁及矩形波控制模式时的所述交流电动机以及所述电动机驱动装置的损耗作为强励磁时损耗,将所述强励磁时损耗比所述通常时损耗变少的所述励磁调整指令值的范围中的增强所述励磁磁通的方向的上限作为所述调整指令阈值。
根据该构成,能够按照配合根据目标转矩以及电压速度比而发生变化的强励磁时损耗以及通常时损耗,以励磁调整指令值成为强励磁时损耗比通常时损耗少的范围,即执行强励磁及矩形波控制模式比执行通常励磁及脉冲宽度调制控制模式的损耗少的范围的上限作为条件来结束强励磁控制的方式,恰当地设定调整指令阈值。由此,当伴随因励磁调整指令值变大而引起的电动机的损耗增大的效率降低超过伴随因执行矩形波控制引起的开关损耗的降低的效率提高时,能够结束强励磁控制。因此,能够最大限地得到伴随降低开关损耗的效率提高的效果,能够改善作为包含交流电动机以及电动机驱动装置的***整体的效率。
另外,优选所述模式控制部判断所述励磁调整指令值在所述调整指令阈值以上、以及所述旋转速度小于规定的旋转速度阈值这两个条件,当至少一个条件得到满足时,结束所述强励磁控制。
根据该构成,除了励磁调整指令值在调整指令阈值以上之外,旋转速度小于所述旋转速度阈值也作为条件来判断,当至少一个条件得到满足时结束强励磁控制,因此能够在交流电动机的旋转速度降低到小于适于执行矩形波控制的旋转速度前,恰当地结束强励磁控制。因此,通过在旋转速度低的区域进行矩形波控制,能够抑制交流电动机的输出转矩中产生振动等。
这里,优选所述旋转速度阈值基于所述目标转矩以及所述直流电压而确定。根据该构成,能够设定与目标转矩以及直流电压对应的恰当的旋转速度阈值。
另外,优选根据所述目标转矩以及所述直流电压这两个值,将在执行所述通常励磁控制的过程中所述电压指标成为所述强励磁阈值的旋转速度作为所述旋转速度阈值。
根据该构成,在执行通常励磁控制的过程中,能够按照配合根据目标转矩以及直流电压而发生变化的电压指标,以实质上该电压指标小于强励磁阈值作为条件来结束强励磁控制的方式恰当地设定旋转速度阈值。由此,能够按照与开始强励磁控制的条件一致的方式,来设定结束强励磁控制的条件。另外,能够基于与目标转矩以及直流电压这两个值对应的旋转速度来判定这样的强励磁控制的结束条件,因此能够容易且恰当地结束强励磁控制。
另外,优选形成为下述构成,即在所述交流电动机的目标转矩从规定的强励磁允许转矩范围偏离的情况下,所述模式控制部进行控制使得所述励磁调整部不执行所述强励磁控制。
这里,在矩形波控制中,在线圈中流动的电流所包含的基波分量以外的高次谐波分量容易变大。因此,根据交流电动机的目标转矩的值的不同,有时不适合通过进行强励磁控制来移向矩形波控制。根据该构成,通过限制允许进行强励磁控制的转矩范围,能够仅在适合移向矩形波控制的状态下进行强励磁来恰当地执行矩形波控制。
另外,优选形成为下述构成,即所述模式控制部在结束所述强励磁控制时,对所述励磁调整部进行控制使得所述励磁调整指令值从当前值以恒定的变化速度向零变化。
根据该构成,在结束强励磁控制时,励磁调整指令值按照以恒定的速度向零减少的方式进行变化,因此能够逐渐地降低电压指标。由此,在电压指标从矩形波阈值逐渐地降低的期间,能够恰当地执行强励磁及脉冲宽度调制控制模式。因此,能够抑制在结束强励磁控制时励磁调整指令值以及电压指标急剧地变化,能够抑制流入交流电动机的线圈的电流的急剧变化、过冲,并且能够抑制交流电动机输出转矩的振动的发生。
另外,优选所述电压指令决定部基于从直流交流转换部提供给所述交流电动机的电流的实际值、亦即实际电流值,对所述调整后电流指令值进行反馈控制来决定所述电压指令值。
根据该构成,通过基于由电流传感器等检测出的实际电流值与基于励磁调整指令值调整后的电流指令值之间的偏差的电流反馈控制,能够恰当地决定电压指令值。
附图说明
图1是表示本发明的实施方式所涉及的电动机驱动装置的构成的电路图。
图2是本发明的实施方式所涉及的控制装置的功能框图。
图3是表示本发明的实施方式所涉及的电压控制区域映射的例子的图。
图4是表示本发明的实施方式所涉及的基本d轴电流指令值映射的例子的图。
图5是表示本发明的实施方式所涉及的q轴电流指令值映射的例子的图。
图6是表示本发明的实施方式所示涉及的积分输入调整部中所使用的转换映射的例子的图。
图7是表示本发明的实施方式所涉及的旋转速度阈值的导出方法的概念图。
图8是表示本发明的实施方式所涉及的调整指令阈值的导出方法的概念图。
图9是表示本发明的实施方式所涉及的控制装置的动作的流程的流程图。
图10是表示本发明的实施方式所涉及的控制装置中的伴随目标转矩以及旋转速度的变化的d轴电流指令值以及q轴电流指令值的变化的一个例子的图。
具体实施方式
首先,基于附图对本发明的实施方式进行说明。如图1所示,在本实施方式中,以电动机驱动装置1构成为驱动作为通过三相交流电动作的交流电动机的内置式永磁电动机4(IPMSM,以下仅称为“电动机4”)的装置的情况为例进行说明。该电动机4构成为根据需要还作为发电机而动作。该电动机4例如用于电动车辆、混合车辆等的驱动力源。电动机驱动装置1构成为具有将直流电压Vdc转换成交流并提供给电动机4的逆变器6。而且,在本实施方式中,如图2所示,控制装置2通过控制电动机驱动装置1,使用矢量控制法来对电动机4进行电流反馈控制。此时,控制装置2构成为可以执行脉冲宽度调制(Pulse WidthModulation,以下称为“PWM”)控制以及矩形波控制作为电压波形控制。另外,控制装置2构成为可以执行通常励磁控制、弱励磁控制以及强励磁控制作为励磁调整控制,其中,通常励磁控制不对基于目标转矩TM而决定的基本电流指令值Idb、Iqb进行调整,弱励磁控制按照减弱电动机4励磁磁通的方式对基本电流指令值Idb、Iqb进行调整,强励磁控制按照增强电动机4的励磁磁通的方式对基本电流指令值Idb、Iqb进行调整。而且,该控制装置2具有下述特征,即构成为在基于作为电压指标的调制率M来执行强励磁控制以及矩形波控制的构成中,能够根据电动机4的运转状态恰当地结束强励磁控制。以下,对本实施方式所涉及的电动机驱动装置1及其控制装置2详细地进行说明。
1.电动机驱动装置的构成
首先,基于图1对本实施方式所涉及的电动机驱动装置1的构成进行说明。该电动机驱动装置1具备将直流电压Vdc转换成交流电压并提供给电动机4的逆变器6。另外,电动机驱动装置1具备:产生直流电压Vdc的直流电源3、和对来自直流电源3的直流电压Vdc进行平滑化处理的平滑电容C1。作为直流电源3,例如可以使用镍氢二次电池、锂离子二次电池等各种二次电池、电容器或者他们的组合等。作为直流电源3的电压的直流电压Vdc由电压传感器41检测,并被输出到控制装置2。
逆变器6是用于将直流的直流电压Vdc转换成交流电压并提供给电动机4的装置,相当于本发明中的直流交流转换部。逆变器6具备多组开关元件E1~E6和二极管D1~D6。这里,在逆变器6中,按照电动机4的各相(U相、V相、W相这3相)的每一相具备一对开关元件,具体而言,具备U相用上臂元件E1以及U相用下桥臂元件E2,V相用上臂元件E3以及V相用下桥臂元件E4,以及W相用上臂元件E5以及W相用下桥臂元件E6。作为这些开关元件E1~E6,在本例中使用IGBT(绝缘栅双极型晶体管)。各相用的上臂元件E1、E3、E5的发射极和下桥臂元件E2、E4、E6的集电极分别与电动机4的各相线圈连接。另外,各相用的上臂元件E1、E3、E5的集电极与***电压线51连接,各相用的下桥臂元件E2、E4、E6的发射极与负极线52连接。另外,各开关元件E1~E6分别并联连接作为自由轮二极管发挥作用的二极管D1~D6。其中,作为开关元件E1~E6,除了可以使用IGBT之外,还可以使用双极型、场效应型、MOS型等各种构造的功率晶体管。
开关元件E1~E6的每一个根据从控制装置2输出的开关控制信号S1~S6来进行开关动作。由此,逆变器6将直流电压Vdc转换成交流电压并提供给电动机4,将与目标转矩TM对应的转矩输出给电动机4。此时,各开关元件E1~E6根据开关控制信号S1~S6,进行与后述的PWM控制或者矩形波控制对应的开关动作。在本实施方式中,开关控制信号S1~S6是驱动各开关元件E1~E6的栅极的栅极驱动信号。另一方面,当电动机4作为发电机发挥作用时,逆变器6将发电产生的交流电压转换成直流电压并提供给***电压线51。在电动机4的各相线圈中流动的各相电流、具体而言U相电流Iur、V相电流Ivr以及W相电流Iwr由电流传感器42检测并被输出给控制装置2。
另外,电动机4的转子在各时刻的磁极位置θ由旋转传感器43检测并被输出到控制装置2。旋转传感器43例如由分解器等构成。这里,磁极位置θ表示电角上转子的旋转角度。电动机4的目标转矩TM作为来自未图示的车辆控制装置等其他控制装置等的请求信号被输入到控制装置2中。即,目标转矩TM作为针对电动机4的输出转矩的指令值(转矩指令值)。
2.控制装置的构成
接下来,使用图2~图7对图1所示的控制装置2的构成详细地进行说明。以下,要说明的控制装置2的各功能部将微型计算机等逻辑电路作为核心部件,由对输入的数据执行各种处理用的硬件或者软件(程序)或者这双方构成。如上所述,向控制装置2输入目标转矩TM以及磁极位置θ。进而,还向控制装置2输入U相电流Iur、V相电流Ivr、以及W相电流Iwr。于是,如图2所示,控制装置2基于根据这些目标转矩TM、磁极位置θ、磁极位置θ导出的电动机4的旋转速度ω以及各相电流Iur、Ivr、Iwr,进行使用了矢量控制法的电流反馈控制,决定作为提供给电动机4的电压的指令值的电压指令值Vd、Vq。而且,基于该电压指令值Vd、Vq生成并输出驱动逆变器6用的开关控制信号S1~S6,经由该逆变器6来进行电动机4的驱动控制。
2-1.控制模式
在本实施方式中,控制装置2构成为基于电压指令值Vd、Vq来控制逆变器6,对于要进行的电压波形控制,可以执行PWM控制以及矩形波控制。另外,构成为关于通过决定作为励磁调整指令值相对于基本电流指令值Idb、Iqb的d轴电流调整指令值ΔId来调整电动机4的励磁磁通的励磁控制,可以执行通常励磁控制、强励磁控制以及弱励磁控制。而且,控制装置2组合这些电压波形控制与励磁控制而选择性地执行多个控制模式的任意一个。
在PWM控制中,根据基于电压指令值Vd、Vq的三相交流电压Vu、Vv、Vw(参照图2)来控制逆变器6的各开关元件E1~E6的开关。具体而言,U、V、W各相的逆变器6的输出电压波形即PWM波形通过由上臂元件E1、E3、E5为导通状态的高电平期间与下桥臂元件E2、E4、E6为导通状态的低电平期间构成的脉冲的集合构成,并且按照该基波分量在一定期间内大致为正弦波状的方式控制各脉冲的占空比。在本实施方式中,PWM控制中包含通常PWM控制与过调制PWM控制这2种控制方式。
通常PWM控制是交流电压波形Vu、Vv、Vw在载波波形的振幅以下的PWM控制。作为这样的通常PWM控制,以正弦波PWM控制为代表,在本实施方式中,使用对正弦波PWM控制的各相基波施加中性点偏置电压的空间矢量PWM(Space Vector PWM,以下称为“SVPWM”)控制。其中,在SVPWM控制中,不依赖与载波的比较地通过数字运算直接生成PWM波形,但在该情况下,交流电压波形Vu、Vv、Vw在假想的载波波形的振幅以下。在本发明中,假设这种不使用载波来生成PWM波形的方式也包含于基于与假想的载波波形的振幅的比较的通常PWM控制或者过调制PWM控制中。若将逆变器6的输出电压波形的基波分量的有效值与直流电压Vdc的比率作为调制率M(参照后述的式(4)),则在作为通常PWM控制的SVPWM控制中,调制率M能够在“0~0.707”的范围内变化。
过调制PWM控制是交流电压波形Vu、Vv、Vw的振幅超过载波波形(三角波)的振幅的PWM控制。在过调制PWM控制中,按照与通常PWM控制相比,使各脉冲的占空比在基波分量的波峰侧大,在波谷侧小,从而使逆变器6的输出电压波形的基波分量的波形变形,振幅比通常PWM控制大的方式进行控制。在过调制PWM控制中,能够使调制率M在“0.707~0.78”的范围内变化。
矩形波控制是各开关元件E1~E6的导通以及截止以电动机4的电角1个周期为周期各执行1次,使各相以电角的每半个周期为单位输出1次脉冲的旋转同步控制。即,在矩形波控制中,按照U、V、W各相的逆变器6的输出电压波形每1个周期交替地表现1次所述高电平期间与所述低电平期间,并且这些高电平期间与低电平期间之比为1:1的矩形波的方式进行控制。此时,各相的输出电压波形相互错开120°相位来输出。由此,矩形波控制向逆变器6输出矩形波状电压。在矩形波控制中,调制率M固定为最大调制率Mmax即“0.78”。即,若调制率M达到最大调制率Mmax,则执行矩形波控制。因此,在本实施方式中,用于执行矩形波控制的调制率M的阈值即矩形波阈值Mb被设定为最大调制率Mmax。
如上所述,本实施方式中的励磁控制中包含通常励磁控制、强励磁控制以及弱励磁控制。如后所述,在电流指令决定部7中,决定基于电动机4的目标转矩TM,从逆变器6提供给电动机4的电流的指令值即基本电流指令值Idb、Iqb。励磁控制是利用调整这样决定的基本电流指令值Idb、Iqb的励磁调整指令值(d轴电流调整指令值ΔId),来调整电动机4的励磁磁通的控制。具体而言,电流指令决定部7基于目标转矩TM,来决定作为基本电流指令值的基本d轴电流指令值Idb以及基本q轴电流指令值Iqb。这里,在电流矢量控制法中,d轴被设定为励磁的磁通方向,q轴被设定为相对于励磁的朝向,前进了π/2电角的方向。因此,通过将调整基本d轴电流指令值Idb的d轴电流调整指令值ΔId恰当地决定为励磁调整指令值,能够调整电动机4的励磁磁通。
如后所述,电流指令决定部7按照进行最大转矩控制的方式决定基本电流指令值Idb、Iqb。这里,最大转矩控制是按照对相同电流调节电流相位以使电动机4的输出转矩为最大的控制。在该最大转矩控制中,能够使在电动机4的电枢线圈中流过的电流产生最有高效的转矩。其中,电流相位是指d轴电流指令值与q轴电流指令值的合成矢量对q轴的相位。通常励磁控制是不对由电流指令决定部7决定的基本电流指令值Idb、Iqb进行调整的励磁控制。即,在通常励磁控制中,d轴电流调整指令值ΔId被设定为零(ΔId=0)以便不对基本d轴电流指令值Idb进行调整。因此,在本实施方式中,控制装置2在执行通常励磁控制的过程中进行最大转矩控制。换言之,本实施方式所涉及的通常励磁控制是最大转矩控制。
强励磁控制是按照与通常励磁控制(最大转矩控制)相比,增强电动机4的励磁磁通的方式对基本电流指令值Idb、Iqb进行调整的励磁控制。即,强励磁控制是按照增强电动机4的励磁磁通的方向的磁通从电枢线圈产生的方式调节电流相位的控制。这里,在强励磁控制中,按照与通常励磁控制相比延迟电流相位的方式设定d轴电流调整指令值ΔId。具体而言,在强励磁控制中,d轴电流调整指令值ΔId被设定为正的值(ΔId>0)以便使基本d轴电流指令值Idb向正方向变化(增加)。
弱励磁控制是按照与通常励磁控制(最大转矩控制)相比,减弱电动机4的励磁磁通的方式对基本电流指令值Idb、Iqb进行调整的励磁控制。即,弱励磁控制是按照减弱电动机4的励磁磁通的方向的磁通从电枢线圈产生的方式调节电流相位的控制。这里,在弱励磁控制中,按照与通常励磁控制相比,提前电流相位的方式设定d轴电流调整指令值ΔId。具体而言,在弱励磁控制中,d轴电流调整指令值ΔId被设定为负值(ΔId<0)以便使基本d轴电流指令值Idb向负方向变化(减少)。
图3是表示规定了由旋转速度ω和目标转矩TM规定的电动机4可动作的区域中执行各控制模式的区域的电压控制区域映射34(参照图2)的例子的图。如该图所示,在本实施方式中,控制装置2构成为可以执行下述模式,即:执行通常励磁控制并且执行PWM控制的通常励磁及PWM控制模式A1;执行强励磁控制并且执行PWM控制的强励磁及PWM控制模式A2;执行强励磁控制并且执行矩形波控制的强励磁及矩形波控制模式A3;以及执行弱励磁控制并且执行矩形波控制的弱励磁及矩形波控制模式A5。进而,该控制装置2构成为在不经由强励磁及PWM控制模式A2以及强励磁及矩形波控制模式A3移向弱励磁及矩形波控制模式A5的情况下,可以在通常励磁及PWM控制模式A1与弱励磁及矩形波控制模式A5之间执行进行弱励磁控制并且进行PWM控制的弱励磁及PWM控制模式A4。图3的映射所示的区域F是执行强励磁控制的强励磁控制区域。在该强励磁控制区域F中,基本上执行强励磁及矩形波控制模式A3,但在该强励磁及矩形波控制模式A3与其他模式之间转移之时,执行强励磁及PWM控制模式A2。
另外,如上所述,在本实施方式中,作为PWM控制,执行通常PWM控制以及过调制PWM控制这2个电压波形控制。因此,通常励磁及PWM控制模式A1包含执行通常励磁控制并且执行通常PWM控制的通常励磁及通常PWM控制模式A1a和执行通常励磁控制并且执行过调制PWM控制的通常励磁及过调制PWM控制模式A1b。另一方面,强励磁及PWM控制模式A2成为执行强励磁控制并且执行过调制PWM控制的强励磁及过调制PWM控制模式A2b。进而,这里弱励磁及PWM控制模式A4作为执行弱励磁控制并且执行过调制PWM控制的弱励磁及过调制PWM控制模式A4a。
在图3所示的电压控制区域的例子中,曲线L1~L3均是由通常励磁控制(最大转矩控制)中调制率M为某值时的电动机4的旋转速度ω以及目标转矩TM而确定的线。曲线L1是通常励磁控制中调制率M为最大调制率Mmax(=0.78)的线。曲线L2是通常励磁控制中中调制率M成为被设定为通常PWM控制与过调制PWM控制的边界的值的过调制阈值Mo(=0.707)的线。在本实施方式中,后述的强励磁阈值Ms被设定为与过调制阈值Mo一致。曲线L3是通常励磁控制中调制率M成为被设定为过调制阈值Mo与最大调制率Mmax之间的值(例如0.76)的线。
然而,随着电动机4的旋转速度ω变高,感应电压变高,驱动电动机4所需的交流电压(以下称为“所需电压”)也变高。而且,若该所需电压超过转换此时的直流电压Vdc可以从逆变器6输出的最大交流电压(以下称为“最大输出电压”),则不能在线圈中流动需要的电流,从而不能恰当地控制电动机4。于是,表示电动机4的所需电压相对于基于直流电压Vdc的最大输出电压的调制率M达到最大调制率Mmax的曲线L1的高旋转侧的区域中,执行弱励磁及矩形波控制模式A5。其中,所述的所需电压以及最大输出电压均能够作为交流电压的有效值来相互地进行比较。
进而,在本实施方式中,在调制率M比最大调制率Mmax低的状态下,也满足规定的条件时,执行进行强励磁控制并且进行矩形波控制的强励磁及矩形波控制模式A3。另外,在强励磁及矩形波控制模式A3与其他的模式之间转移时,为抑制调整后电流指令值Id、Iq急剧地变化,执行强励磁及PWM控制模式A2。由此,能够抑制在电动机4的线圈中流动的电流的急剧变化、过冲(overshoot),并且能够抑制电动机4的输出转矩的振动的产生。若进行通常励磁控制,则在调制率M比最大调制率Mmax低的状态下,通过执行强励磁控制,能够一边使电动机4输出与目标转矩TM对应的转矩,一边进行矩形波控制。
如图3所示,强励磁控制区域F被设定于对目标转矩TM规定的强励磁允许转矩范围TMR内。即,强励磁控制区域F被设定为强励磁允许转矩范围TMR内的、通常励磁控制中的调制率M从强励磁阈值Ms(这里,与过调制阈值Mo一致,曲线L2)变为最大调制率Mmax(曲线L1)的区域(Ms≤M<Mmax)。当根据电动机4的旋转速度ω以及目标转矩TM确定的动作点从通常励磁及PWM控制模式A1的区域移动进入强励磁控制区域F内时,控制装置2进行从通常励磁及PWM控制模式A1经由强励磁及PWM控制模式A2而移向强励磁及矩形波控制模式A3的控制。相反地,当电动机4的动作点从强励磁控制区域F移动,进入通常励磁及PWM控制模式A1的区域内时,控制装置2进行从强励磁及矩形波控制模式A3经由强励磁及PWM控制模式A2而移向通常励磁及PWM控制模式A1的控制。当电动机4的动作点留在强励磁控制区域F内时,持续强励磁及矩形波控制模式A3的执行状态。通过设定这样的强励磁控制区域F,与以往就存在的仅具有弱励磁及矩形波控制模式A5的情况相比,扩大了执行电动机4可以动作的区域中矩形波控制的区域。其中,在图3中,划分强励磁控制区域F内的虚线表示当电动机4的旋转速度ω或者目标转矩TM以规定变化速度变化时,执行强励磁及PWM控制模式A2的区域与执行强励磁及矩形波控制模式A3的区域切换的边界的一个例子。该边界的位置为根据旋转速度ω或者目标转矩TM的变化速度不同而不同的位置。
在比曲线L2靠低旋转侧的区域中,执行通常励磁及通常PWM控制模式A1a。另外,在强励磁允许转矩范围TMR以外,在比曲线L2靠高旋转侧且比曲线L3靠低旋转侧的区域中,执行通常励磁及过调制PWM控制模式A1b。进而,在强励磁允许转矩范围TMR以外,在比曲线L3靠高旋转侧且比曲线L1靠低旋转侧的区域中,执行弱励磁及过调制PWM控制模式A4a(弱励磁及PWM控制模式A4)。若从通常励磁及过调制PWM控制模式A1b急剧地移向进行弱励磁控制并且进行矩形波控制的状态(弱励磁及矩形波控制模式A5),则调整后电流指令值Id、Iq急剧地变化,通过执行弱励磁及过调制PWM控制模式A4a,能够抑制调整后电流指令值Id、Iq的急剧变化。
2-2.控制装置的功能部
接下来,基于图2所示的控制装置2的功能框图,对控制装置2的各功能部进行说明。如图2所示,向d轴电流指令值导出部21输入目标转矩TM。d轴电流指令值导出部21基于输入的目标转矩TM导出基本d轴电流指令值Idb。这里,基本d轴电流指令值Idb相当于进行最大转矩控制时的d轴电流的指令值。在本实施方式中,d轴电流指令值导出部21使用图4所示的基本d轴电流指令值映射,导出与目标转矩TM的值对应的基本d轴电流指令值Idb。在图示的例子中,当输入“TM1”的值作为目标转矩TM时,据此,d轴电流指令值导出部21导出“Id1”作为基本d轴电流指令值Idb。同样地,在d轴电流指令值导出部21被输入“TM3”、“TM5”的值作为目标转矩TM的情况下,分别导出“Id3”、“Id5”作为基本d轴电流指令值Idb。这样导出的基本d轴电流指令值Idb被输入到加法器23中。在加法器23中还输入由后述的积分器32导出的d轴电流调整指令值ΔId。如下述式(1)所示,加法器23在基本d轴电流指令值Idb上加上d轴电流调整指令值ΔId,来导出调整后d轴电流指令值Id。
Id=Idb+ΔId…(1)
对q轴电流指令值导出部22输入目标转矩TM以及d轴电流调整指令值ΔId。q轴电流指令值导出部22基于输入的目标转矩TM与d轴电流调整指令值ΔId来导出调整后q轴电流指令值Iq。在本实施方式中,q轴电流指令值导出部22使用图5所示的q轴电流指令值映射,导出与目标转矩TM以及d轴电流调整指令值ΔId的值对应的调整后q轴电流指令值Iq。在图5中,细实线是表示用于输出TM1~TM5的各转矩的d轴电流与q轴电流的值的组合的等转矩线61,粗实线是表示用于进行最大转矩控制的d轴电流以及q轴电流的值的最大转矩控制线62。另外,在图5中,粗点划线是表示由此时的电动机4的旋转速度ω以及直流电压Vdc限制的d轴电流以及q轴电流可取的值的范围的电压限制椭圆63。该电压限制椭圆63的直径与电动机4的旋转速度ω成反比例,与直流电压Vdc成正比例。在调整后d轴电流指令值Id以及调整后q轴电流指令值Iq取该电压限制椭圆63上的值时,调制率M变为最大调制率Mmax(=0.78)。此时,控制装置2使电压波形控制部10进行矩形波控制。另外,图5中用阴影线表示的强励磁控制区域F表示执行强励磁及PWM控制模式A2以及强励磁及矩形波控制模式A3的区域。该强励磁控制区域F的上限由最大转矩控制线62与电压限制椭圆63交叉的点来规定。另外,如后所述,强励磁控制在通常励磁控制中的调制率M变为强励磁阈值Ms时开始,在满足规定的强励磁结束条件时结束。因此,强励磁控制区域F的下限由这些强励磁阈值Ms以及强励磁结束条件来规定。
在图示的例子中,当输入“TM1”的值作为目标转矩TM时,q轴电流指令值导出部22将目标转矩TM=TM1的等转矩线61与最大转矩控制线62的交点的q轴电流的值即“Iq1”导出为基本q轴电流指令值Iqb。这里,基本q轴电流指令值相当于进行最大转矩控制时的q轴电流的指令值。该情况下,不进行弱励磁控制以及强励磁控制这两者,从后述的积分器32输入的d轴电流调整指令值ΔId为零(ΔId=0)。因此,调整后q轴电流指令值Iq成为与基本q轴电流指令值Iqb相同的值。此时,控制装置2执行通常励磁及PWM控制模式A1。
另外,当输入“TM3”的值作为目标转矩TM时,q轴电流指令值导出部22将目标转矩TM=TM3的等转矩线61与最大转矩控制线62的交点的q轴电流的值即“Iq3”导出为基本q轴电流指令值Iqb。此时,基本d轴电流指令值Idb以及基本q轴电流指令值Iqb处于强励磁控制区域F内,因此执行强励磁控制。该情况下,作为d轴电流调整指令值ΔId,从后述的积分器32输入正值这里为“ΔId1”(ΔId1>0)。因此,q轴电流指令值导出部22将沿目标转矩TM=TM3的等转矩线61向d轴的正方向移动了“ΔId1”的电压限制椭圆63上的q轴电流的值即“Iq4”导出为调整后q轴电流指令值Iq。此时,控制装置2执行强励磁及矩形波控制模式A3。
另外,当输入了“TM5”的值作为目标转矩TM时,q轴电流指令值导出部22将目标转矩TM=TM5的等转矩线61与最大转矩控制线62的交点的q轴电流的值即“Iq5”导出为基本q轴电流指令值Iqb。此时,基本d轴电流指令值Idb以及基本q轴电流指令值Iqb处于电压限制椭圆63的外侧,因此执行弱励磁控制。该情况下,作为d轴电流调整指令值ΔId,从后述的积分器32输入负值这里为“-ΔId2”(-ΔId2<0)。因此,q轴电流指令值导出部22将沿目标转矩TM=TM5的等转矩线61向d轴的负方向移动了“-ΔId2”的电压限制椭圆63上的q轴电流的值即“Iq6”导出为调整后q轴电流指令值Iq。此时,控制装置2执行弱励磁及矩形波控制模式A5。
其中,与通过图5的q轴电流指令值映射求出的基本q轴电流指令值Iqb(Iq 1、Iq3、Iq5)对应的d轴电流的值(Id1、Id3、Id5)与使用图4所示的基本d轴电流指令值映射求出的基本d轴电流指令值Idb的值一致。因此,也可以通过该图5所示的映射求出基本d轴电流指令值Idb。在本实施方式中,基于电动机4的目标转矩TM决定基本d轴电流指令值Idb以及基本q轴电流指令值Iqb的d轴电流指令值导出部21以及q轴电流指令值导出部22构成本发明中的电流指令决定部7。而且,基本d轴电流指令值Idb以及基本q轴电流指令值Iqb成为由逆变器6提供给电动机4的电流的指令值,即本发明中的基本电流指令值。
对电流控制部24输入如所述那样导出的调整后d轴电流指令值Id以及调整后q轴电流指令值Iq。进而,电流控制部24中从三相二相转换部27输入实际d轴电流Idr以及实际q轴电流Iqr,从旋转速度导出部28输入电动机4的旋转速度ω。实际d轴电流Idr以及实际q轴电流Iqr与由逆变器6提供给电动机4的电流的实际值对应,基于由电流传感器42(参照图1)检测出的U相电流Iur、V相电流Ivr以及W相电流Iwr和由旋转传感器43(参照图1)检测出的磁极位置θ,通过三相二相转换部27进行三相二相转换被导出。另外,电动机4的旋转速度ω基于由旋转传感器43(参照图1)检测出的磁极位置θ,被旋转速度导出部28导出。
电流控制部24基于实际d轴电流Idr以及实际q轴电流Iqr,对调整后d轴电流指令值Id以及调整后q轴电流指令值Iq进行反馈控制,来决定电压指令值Vd、Vq。因此,电流控制部24导出调整后d轴电流指令值Id与实际d轴电流Idr的偏差、即d轴电流偏差δId,以及调整后q轴电流指令值Iq与实际q轴电流Iqr的偏差、即q轴电流偏差δIq。而且,电流控制部24基于d轴电流偏差δId进行比例积分控制运算(PI控制运算)来导出基本d轴电压指令值Vzd,并且基于q轴电流偏差δIq进行比例积分控制运算来导出基本q轴电压指令值Vzq。其中,也优选进行比例积分微分控制运算(PID控制运算)来代替这些比例积分控制运算。
而且,电流控制部24如下述的式(2)所示,进行对基本d轴电压指令值Vzd减去q轴电枢反作用Eq的调整,来导出d轴电压指令值Vd。
Vd=Vzd-Eq
=Vzd-ω·Lq·Iqr…(2)
如该式(2)所示,q轴电枢反作用Eq基于电动机4的旋转速度ω、实际q轴电流Iqr以及q轴电感Lq来导出。
进而,电流控制部24如下述的式(3)所示,对基本q轴电压指令值Vzq进行加上d轴电枢反作用Ed以及永磁铁的电枢交链磁通产生的感应电压Em的调整,来导出q轴电压指令值Vq。
Vq=Vzq+Ed+Em
=Vzq+ω·Ld·Idr+ω·MIf…(3)
如该式(3)所示,d轴电枢反作用Ed基于电动机4的旋转速度ω、实际d轴电流Idr以及d轴电感Ld来导出。另外,感应电压Em基于由永磁铁的电枢交链磁通的有效值而确定的感应电压定数MIf以及电动机4的旋转速度ω来导出。
在本实施方式中,d轴电压指令值Vd以及q轴电压指令值Vq与本发明中的电压指令值相当。而且,基于对基本电流指令值Idb、Iqb进行了基于d轴电流调整指令值ΔId的励磁调整后的调整后电流指令值Id、Iq、电动机4的旋转速度ω和实际d轴电流Idr以及实际q轴电流Iqr,来决定电压指令值Vd、Vq。因此,由该电流控制部24构成本发明中的电压指令决定部9。
电压波形控制部10基于电压指令值Vd、Vq控制逆变器6,执行至少包含PWM控制以及矩形波控制的电压波形控制。在本实施方式中,电压波形控制部10选择性地执行通常PWM控制、过调制PWM控制以及矩形波控制中的任意一个。在本实施方式中,电压波形控制部10依据来自后述的模式控制部5的指令,当调制率M在矩形波阈值Mb(=0.78)以上时执行矩形波控制。另外,电压波形控制部10当调制率M小于矩形波阈值Mb时,进而基于过调制阈值Mo(=0.707)执行通常PWM控制或者过调制PWM控制。电压波形控制部10中包含二相三相转换部25以及控制信号生成部26。
对二相三相转换部25输入d轴电压指令值Vd以及q轴电压指令值Vq。另外,还对二相三相转换部25输入由旋转传感器43(参照图1)检测出的磁极位置θ。二相三相转换部25使用磁极位置θ来对d轴电压指令值Vd以及q轴电压指令值Vq进行二相三相转换,从而导出三相的交流电压指令值,即U相电压指令值Vu、V相电压指令值Vv以及W相电压指令值Vw。但是,这些交流电压指令值Vu、Vv、Vw的波形按控制模式而不同,因此二相三相转换部25向控制信号生成部26输出按控制模式而不同的电压波形的交流电压指令值Vu、Vv、Vw。具体而言,二相三相转换部25当从后述的模式控制部5接受到通常PWM控制的执行指令时,输出与该通常PWM控制对应的交流电压波形的交流电压指令值Vu、Vv、Vw。这里,通常PWM控制为SVPWM控制,因此根据该SVPWM控制用的交流电压波形来输出交流电压指令值Vu、Vv、Vw。另外,二相三相转换部25当从模式控制部5接受到过调制PWM控制的执行指令时,输出与该过调制PWM控制对应的交流电压波形的交流电压指令值Vu、Vv、Vw。另外,二相三相转换部25当从模式控制部5接受到矩形波控制的执行指令时,输出与该矩形波控制对应的交流电压波形的交流电压指令值Vu、Vv、Vw。这里,执行矩形波控制时的交流电压指令值Vu、Vv、Vw能够作为逆变器6的各开关元件E1~E6的开关切换相位的指令值。该指令值是与各开关元件E1~E6的导通截止控制信号对应,并且表示表达切换各开关元件E1~E6的导通或者截止的时机的磁极位置θ的相位的指令值。
对控制信号生成部26输入由二相三相转换部25生成的U相电压指令值Vu、V相电压指令值Vv以及W相电压指令值Vw。控制信号生成部26根据那些交流电压指令值Vu、Vv、Vw,生成控制图1所示的逆变器6的各开关元件E1~E6的开关控制信号S1~S6。而且,逆变器6根据开关控制信号S1~S6进行各开关元件E1~E6的导通截止动作。由此,执行电动机4的PWM控制(通常PWM控制或者过调制PWM控制)或者矩形波控制。
对调制率导出部29输入由电流控制部24导出的d轴电压指令值Vd以及q轴电压指令值Vq。另外,对调制率导出部29输入由电压传感器41检测出的直流电压Vdc的值。调制率导出部29基于这些值,依据下述的式(4)导出调制率M。
M=√(Vd2+Vq2)/Vdc…(4)
在本实施方式中,调制率M是逆变器6的输出电压波形的基波分量的有效值与直流电压Vdc的比率,这里,导出为将直流电压Vdc的值除以3相线间电压有效值后的值。在本实施方式中,该调制率M相当于表示电压指令值Vd、Vq的大小相对于此时的直流电压Vdc的电压指标。如上所述,调制率M的最大值(最大调制率Mmax)是与执行矩形波控制时的调制率M相当的“0.78”。这里,该最大调制率Mmax也是矩形波阈值Mb。
对减法器30输入由调制率导出部29导出的调制率M和规定的指令调制率MT。在本实施方式中,指令调制率MT设定为最大调制率Mmax(=0.78)。减法器30如下述的式(5)所示,导出从调制率M减去指令调制率MT后的调制率偏差ΔM。
ΔM=M-MT…(5)
在本实施方式中,调制率偏差ΔM表示电压指令值Vd、Vq超出可以由此时的直流电压Vdc输出的最大交流电压的值的程度。因此,调制率偏差ΔM实质上作为表示直流电压Vdc的不足程度的电压不足指标发挥作用。
对积分输入调整部31输入由减法器30导出的调制率偏差ΔM。积分输入调整部31对调制率偏差ΔM的值进行规定的调整,向积分器32输出该调整后的值即调整值Y。图6是表示由该积分输入调整部31使用的转换映射的一个例子的图。如该图所示,在本实施方式中,积分输入调整部31在调制率偏差ΔM在规定的强励磁开始偏差ΔMs(ΔMs<0)以上且小于零的状态(ΔMs≤ΔM<0)下,输出正的调整值Y(Y>0),在调制率偏差ΔM比零大的状态(0<ΔM)下,输出负的调整值Y(Y<0),在调制率偏差ΔM小于强励磁开始偏差ΔMs的状态(ΔM<ΔMs)以及调制率偏差ΔM为零的状态(ΔM=0)下,输出零(Y=0)作为调整值Y。更具体而言,积分输入调整部31在调制率偏差ΔM为强励磁开始偏差ΔMs以上且小于中间偏差ΔMsm的状态(ΔMs≤ΔM<ΔMsm)下,输出随着调制率偏差ΔM增加而增加的调整值Y。在该范围中,调制率偏差ΔM与调整值Y之间的关系能够用一次函数来表达。这样,通过设定调整值Y随着调制率偏差ΔM的增加而增加的转换映射的区域,能够抑制d轴电流调整指令值ΔId在刚开始强励磁控制后就急剧地上升。因此,能够抑制起因于d轴电流调整指令值ΔId的急剧上升,由于调整后的电流指令值Id、Iq急剧地变化而产生的电动机4的线圈中流动的电流的急剧变化、过冲,并且能够抑制电动机4输出转矩的振动。
另外,积分输入调整部31在调制率偏差ΔM为中间偏差ΔMsm以上的状态(ΔMsm≤ΔM)下,输出随着调制率偏差ΔM增加而减少的调整值Y。在该范围内,调整值Y与调制率偏差ΔM成正比例,比例常数为负值。这里,强励磁开始偏差ΔMs是用于开始强励磁控制的调制率偏差ΔM的阈值,被设定为小于零的值。该强励磁开始偏差ΔMs与指令调制率MT配合而构成强励磁控制的开始条件。因此,强励磁开始偏差ΔMs被设定成与指令调制率MT(=0.78)配合而决定的强励磁阈值Ms为恰当的值。如上所述,在本实施方式中,强励磁阈值Ms被设定为与过调制阈值Mo(=0.707)一致。因此,这里,强励磁开始偏差ΔMs被设定为“-0.073”(=0.707-0.78)。其中,中间偏差ΔMsm被设定为比强励磁开始偏差ΔMs大且小于零的值,例如“-0.035”。这样,强励磁阈值Ms被设定为比矩形波阈值Mb(在本实施方式中,与指令调制率MT以及最大调制率Mmax相等)小的值。强励磁控制以调制率M在该强励磁阈值Ms以上为执行条件。
如图2所示,对积分器32输入由积分输入调整部31导出的调整值Y。积分器32使用规定的增益对该调整值Y进行积分,并将该积分值导出为d轴电流调整指令值ΔId。在本实施方式中,该d轴电流调整指令值ΔId是基本电流指令值Idb、Iqb的调整值,相当于用于调整电动机4的励磁磁通的励磁调整指令值。该d轴电流调整指令值ΔId由调制率导出部29、减法器30、积分输入调整部31以及积分器32决定。因此,在本实施方式中,由调制率导出部29、减法器30、积分输入调整部31、以及积分器32构成励磁调整部8。而且,根据d轴电流调整指令值ΔId,选择性地执行通常励磁控制(最大转矩控制)、强励磁控制或者弱励磁控制。这里,当d轴电流调整指令值ΔId为零(ΔId=0)时,执行通常励磁控制(最大转矩控制)。当d轴电流调整指令值ΔId取正值(ΔId>0)时,对基本电流指令值Idb、Iqb执行增强电动机4的励磁磁通的调整。即,通过流动正的d轴电流调整指令值ΔId、即强励磁电流,与通常励磁控制相比,电动机4的励磁磁通被增强,来执行强励磁控制。当d轴电流调整指令值ΔId取负值(ΔId<0)时,对基本电流指令值Idb、Iqb执行减弱电动机4的励磁磁通的调整。即,通过流动负的d轴电流调整指令值ΔId即弱励磁电流,与通常励磁控制相比,电动机4的励磁磁通被减弱,来执行弱励磁控制。
如上所述,在调制率偏差ΔM为强励磁开始偏差ΔMs以上且小于零的状态(ΔMs≤ΔM<0)下,输出正值(Y>0)作为调整值Y,因此由积分器32导出的d轴电流调整指令值ΔId增加(向正方向变化),d轴电流调整指令值ΔId向增强电动机4的励磁磁通的方向变化。另外,在调制率偏差ΔM比零大的状态(0<ΔM)下,输出负值(Y<0)作为调整值Y,因此由积分器32导出的d轴电流调整指令值ΔId减少(向负方向变化),d轴电流调整指令值ΔId向减弱电动机4的励磁磁通的方向变化。在调制率偏差ΔM小于强励磁开始偏差ΔMs(ΔM<ΔMs)以及调制率偏差ΔM为零的状态(ΔM=0)下,输出零(Y=0)作为调整值Y,因此由积分器32导出的d轴电流调整指令值ΔId不变化,按照不使电动机4的励磁磁通发生变化的方式来决定d轴电流调整指令值ΔId。
如上所述,在本实施方式所涉及的通常励磁控制中,对相同电流进行调节电流相位的最大转矩控制,以使电动机4的输出转矩最大。因此,从用于执行通常励磁控制的d轴电流调整指令值ΔId的基准值(ΔId=0)起,沿增强电动机4的励磁磁通的方向,d轴电流调整指令值ΔId发生变化,与此相伴,输出相同转矩所需的调整后的电流指令值Id、Iq增加,基于此导出的电压指令值Vd、Vq以及调制率M增加。换言之,电压指令决定部9随着d轴电流调整指令值ΔId从基准值(ΔId=0)增加(向正方向变化),使电压指令值Vd、Vq增大。另外,调制率导出部29随着d轴电流调整指令值ΔId从基准值(ΔId=0)增加(向正方向变化),使调制率M增大。
模式控制部5基于包含旋转速度ω以及目标转矩TM的电动机4的动作状态以及直流电压Vdc,从多个控制模式中决定要执行的控制模式,根据该控制模式,控制包含励磁调整部8以及电压波形控制部10的控制装置2的各部分。进而,模式控制部5在执行强励磁控制的过程中进行强励磁结束条件的判定,当该强励磁结束条件得到满足时,也进行结束强励磁控制的强励磁结束控制。这里,如图2所示,对模式控制部5输入旋转速度ω、目标转矩TM、直流电压Vdc、调制率M以及d轴电流调整指令值ΔId,基于这些值来执行模式控制部5的控制动作。在本实施方式中,模式控制部5基本上基于图3中作为示例的电压控制区域映射34,来执行控制模式的决定。另外,模式控制部5在执行强励磁控制的过程中,基于图7以及图8中作为示例的强励磁结束条件映射来执行强励磁控制的结束判定。对于该模式控制部5的详细内容,以下进行说明。
2-3.模式控制部的详细内容
如图3所示,模式控制部5除了强励磁控制区域F之外,还随着电动机4的旋转速度ω以及目标转矩TM变高,按照通常励磁及通常PWM控制模式A1a、通常励磁及过调制PWM控制模式A1b、弱励磁及过调制PWM控制模式A4a、弱励磁及矩形波控制模式A5的顺序来转移控制模式。如上所述,这些各控制模式间的边界(曲线L1、L2、L3)被设定于通常励磁控制(最大转矩控制)中的调制率M为恒定的位置。其中,曲线L1被设定于通常励磁控制中的调制率M为最大调制率Mmax(=0.78)的位置,为了基于旋转速度ω以及目标转矩TM进行通常励磁控制,在导出的调制率M超过最大调制率Mmax的状态下,控制装置2执行弱励磁及矩形波控制模式A5。
强励磁控制区域F被设定于对目标转矩TM规定的强励磁允许转矩范围TMR内。另外,强励磁控制区域F在除去弱励磁控制区域(执行弱励磁及矩形波控制模式A5的区域)的区域整体中,被设定于假定不进行强励磁控制而进行通常励磁控制的情况下的调制率M从强励磁阈值Ms(曲线L2)到最大调制率Mmax(曲线L1)的区域(Ms≤M<Mmax)中。这里,强励磁阈值Ms根据指令调制率MT与强励磁开始偏差ΔMs这双方的设定来确定。即,在调制率M逐渐地上升接近指令调制率MT的状况下,积分输入调整部31如上所述,在调制率偏差ΔM为强励磁开始偏差ΔMs(ΔMs<0)以上且小于零的状态(ΔMs≤ΔM<0)下输出正调整值Y(Y>0)。而且,调制率偏差ΔM如所述式(5)所示,从调制率M减去指令调制率MT来求出。因此,开始强励磁控制时的调制率M的值即强励磁阈值Ms如下述的式(6)所示,向指令调制率MT加上强励磁开始偏差ΔMs来求出。
Ms=MT+ΔMs…(6)
在本实施方式中,指令调制率MT被设定为“0.78”,强励磁开始偏差ΔMs被设定为“-0.073”,因此强励磁阈值Ms变为与过调制阈值Mo相等的“0.707”。因此,在目标转矩TM处于强励磁允许转矩范围TMR内的状态下,在执行通常励磁及通常PWM控制模式A1a的过程中当调制率M超过了强励磁阈值Ms时,即当电动机4的动作点进入强励磁控制区域F时,励磁调整部8开始强励磁控制。
另外,模式控制部5在调制率M为矩形波阈值Mb(最大调制率Mmax)以上的状态下,使电压波形控制部10执行矩形波控制,在调制率M小于矩形波阈值Mb的状态下,使电压波形控制部10执行PWM控制。进而,在本实施方式中,PWM控制中包含通常PWM控制与过调制PWM控制这2种,因此模式控制部5在调制率M小于矩形波阈值Mb且为过调制阈值Mo(=0.707)以下的状态下,使电压波形控制部10执行通常PWM控制,在比过调制阈值Mo(=0.707)大的状态下,使电压波形控制部10执行过调制PWM控制。如上所述,电压波形控制部10构成为具备二相三相转换部25以及控制信号生成部26,通过它们来执行包含PWM控制以及矩形波控制的电压波形控制。
当由旋转速度ω以及目标转矩TM确定的电动机4的动作点进入强励磁控制区域F时,通过所述那样的指令调制率MT以及强励磁开始偏差ΔMs的设定,从积分输入调整部31输出正调整值Y,通过积分器32输出正d轴电流调整指令值ΔId。由此,开始强励磁控制。如上所述,规定强励磁控制区域F的强励磁阈值Ms(曲线L2)由指令调制率MT(=0.78)以及强励磁开始偏差ΔMs(=-0.073)确定,在本例中,与过调制阈值Mo(=0.707)一致。模式控制部5在强励磁控制开始后,首先使电压波形控制部10执行PWM控制。在本例中,强励磁控制开始时的调制率M是过调制阈值Mo,因此模式控制部5使电压波形控制部10执行过调制PWM控制。即,模式控制部5在开始强励磁控制之时,首先执行强励磁及过调制PWM控制模式A2b。之后,由于强励磁控制,调制率M逐渐地上升,最终达到矩形波阈值Mb。调制率M达到矩形波阈值Mb后,模式控制部5使电压波形控制部10执行矩形波控制。由此,执行强励磁及矩形波控制模式A3。
然而,励磁调整部8在调制率M超过强励磁阈值Ms而开始强励磁控制后,按照使调制率M与指令调制率MT一致的方式调整d轴电流调整指令值ΔId。这里,指令调制率MT与矩形波阈值Mb相同,为最大调制率Mmax(=0.78)值。因此,在开始强励磁控制后,调制率M最终收敛于最大调制率Mmax。这样,调制率M达到矩形波阈值Mb即最大调制率Mmax后,模式控制部5使电压波形控制部10执行矩形波控制。另外,从该状态起,随着电动机4的目标转矩TM、旋转速度ω发生变化,调制率M发生变化时,根据该调制率M的变化,调制率偏差ΔM也发生变化,因此在励磁调整部8中,d轴电流调整指令值ΔId向增强励磁磁通的方向或者向减弱励磁磁通的方向恰当地变更。由此,d轴电流调整指令值ΔId从执行强励磁控制的正值恰当地变化到执行弱励磁控制的负值。在d轴电流调整指令值ΔId为负值的状态下,执行弱励磁控制。执行强励磁控制以及弱励磁控制中的任意一个的情况下,调制率M都收敛于矩形波阈值Mb即最大调制率Mmax,执行矩形波控制的状态被维持。
2-4.强励磁结束控制
如上所述,本实施方式所涉及的控制装置2在执行矩形波控制的过程中,按照将调制率M维持为矩形波阈值Mb即最大调制率Mmax的方式来决定d轴电流调整指令值ΔId,执行强励磁控制、弱励磁控制。因此,在仅通过调制率M切换矩形波控制与PWM控制的构成中,即使电动机4的运转状态发生变化,矩形波控制也不结束。即,当旋转速度ω以及目标转矩TM中的一方或者双方降低,电动机4的动作点进入比图3的曲线L2靠左侧的通常励磁及通常PWM控制模式A1a的区域中时,仅d轴电流调整指令值ΔId向增强励磁磁通的方向变大,矩形波控制以及强励磁控制也不结束。因此,由于d轴电流调整指令值ΔId变大,效率有可能降低,或者由于在旋转速度ω低的区域中进行矩形波控制,电动机4的输出转矩中有可能产生振动等。于是,模式控制部5在这样的情况下执行强励磁结束控制,以便能够通过恰当地结束强励磁控制来结束矩形波控制。
即,模式控制部5基于目标转矩TM、直流电压Vdc以及d轴电流调整指令值ΔId,来判定结束强励磁控制的条件,即强励磁结束条件。而且,在满足强励磁结束条件的情况下,模式控制部5结束励磁调整部8所进行的强励磁控制。在本实施方式中,强励磁结束条件被设定为满足以下的(A)、(B)以及(C)3个条件中的任意一个。
(A)电动机4的旋转速度ω<旋转速度阈值ωT
(B)d轴电流调整指令值ΔId≥调整指令阈值ΔIdT
(C)目标转矩TM在强励磁允许转矩范围TMR外
其中,在本实施方式中,如所述的条件(C)所示那样,将目标转矩TM在强励磁允许转矩范围TMR外也包含于强励磁结束条件中来进行判定,从而限制成仅在强励磁允许转矩范围TMR内进行强励磁控制。以下,对这些强励磁结束条件以及强励磁控制的结束动作详细地进行说明。
2-4-1.强励磁结束条件(A):基于旋转速度ω的结束条件
如上所述,模式控制部5使用基于电动机4的旋转速度ω的结束条件作为强励磁结束条件(A)。即,模式控制部5以电动机4的旋转速度ω小于基于目标转矩TM以及直流电压Vdc而确定的旋转速度阈值ωT(ω<ωT)作为条件,来结束励磁调整部8所进行的强励磁控制。在本实施方式中,根据目标转矩TM以及直流电压Vdc这两个值,在执行通常励磁控制的过程中,将调制率M成为所述的强励磁阈值Ms(=0.707)的电动机4的旋转速度ω作为旋转速度阈值ωT。
控制装置2具备与目标转矩TM以及直流电压Vdc建立关连,规定了恰当的旋转速度阈值ωT的旋转速度阈值映射35A(参照图7(c))作为强励磁结束条件映射35(参照图1)。模式控制部5基于该旋转速度阈值映射35A,导出与目标转矩TM以及直流电压Vdc对应的恰当的旋转速度阈值ωT。图7是表示该旋转速度阈值ωT的导出方法,换言之旋转速度阈值映射35A的创建方法的概念图。
恰当的旋转速度阈值ωT能够使用实际的控制装置2用实验求出。例如,如图7(a)所示,首先从直流电源3可取得的直流电压Vdc的范围内选择任意电压,这里选择“Vdc1”(Vdc=Vdc1)。另外,从电动机4可取得的目标转矩TM的范围内选择任意转矩,例如选择“TM1”(TM=TM1)。接下来,将选择出的直流电压Vdc=Vdc1以及目标转矩TM=TM1输入到控制装置2中,使逆变器6执行PWM控制(这里是通常PWM控制),使电动机4的旋转速度ω从零起逐渐地上升。而且,测量与旋转速度ω对应的d轴电流调整指令值ΔId,测量d轴电流调整指令值ΔId从零向正值变化的瞬间的旋转速度ω。如上所述,励磁调整部8构成为当调制率M超过强励磁阈值Ms时,输出正d轴电流调整指令值ΔId。因此,通过监视d轴电流调整指令值ΔId,能够测量调制率M成为强励磁阈值Ms时的旋转速度ω。在图7(a)所示的例子中,此时的旋转速度ω变为“ω11”。将这样求出的旋转速度ω=ω1设定为该直流电压Vdc=Vdc1以及目标转矩TM=TM1下的旋转速度阈值ωT。即,该旋转速度阈值ωT=ω1变为与作为参数(argument)的直流电压Vdc=Vdc1以及目标转矩TM=TM1对应的旋转速度阈值映射35A(参照图7(c))的值。
之后,维持直流电压Vdc=Vdc1不变,在电动机4可取得的目标转矩TM的范围内选择各种转矩,同样地,一边执行PWM控制,一边使电动机4的旋转速度ω从零逐渐地上升,来测量d轴电流调整指令值ΔId从零向正值变化的瞬间的旋转速度ω。在图7(a)的例子中,目标转矩TM=TM2时的旋转速度ω为“ω12”,目标转矩TM=TM3时的旋转速度ω为“ω13”。选择多个转矩,测量对各转矩的旋转速度ω,从而如图7(a)中表示为曲线LωT那样,在直流电压Vdc为“Vdc1”的状态下,能够求出在通常励磁控制过程中调制率M为强励磁阈值Ms(=0.707)的目标转矩TM与旋转速度ω之间的关系。该曲线LωT与所述的调制率M为过调制阈值Mo(=0.707)的曲线L2在理论上一致。如图7(b)所示,将这样求出的目标转矩TM与旋转速度ω之间的关系(曲线LωT)作为对于该直流电压Vdc=Vdc1的旋转速度阈值ωT的映射。之后,如直流电压Vdc=Vdc2、直流电压Vdc=Vdc3、…那样,在直流电源3可取得的直流电压Vdc的范围内选择各种电压,同样地求出调制率M为强励磁阈值Ms(=0.707)的目标转矩TM与旋转速度ω之间的关系。而且,将对各直流电压Vdc求出的目标转矩TM与旋转速度ω之间的关系作为对于各直流电压Vdc的旋转速度阈值ωT的映射,并登记在旋转速度阈值映射35A中。
综上,如图7(c)所示,能够创建与目标转矩TM以及直流电压Vdc建立关连而规定了恰当的旋转速度阈值ωT的旋转速度阈值映射35A。作为图1所示的强励磁结束条件映射35的一部分,控制装置2具备模式控制部5可以参照的所述那样的旋转速度阈值映射35A。
2-4-2.强励磁结束条件(B):基于d轴电流调整指令值ΔId的结束条件
如上所述,模式控制部5使用基于作为励磁调整指令值的d轴电流调整指令值ΔId的结束条件作为强励磁结束条件(B)。即,模式控制部5以d轴电流调整指令值ΔId在增强励磁磁通的方向上成为基于目标转矩TM以及电压速度比RVω而确定的调整指令阈值ΔIdT以上(ΔId≥ΔIdT)作为条件,来结束励磁调整部8的强励磁控制。这里,电压速度比RVω是直流电压Vdc与电动机4的旋转速度ω的比。在本实施方式中,着眼于通过执行强励磁控制并且执行矩形波控制而得到的逆变器6中的开关损耗的降低效果和由于在增强励磁磁通的方向上增大d轴电流调整指令值ΔId而导致的效率的恶化的关系。具体而言,将执行了通常励磁及PWM控制模式A1(这里是通常励磁及通常PWM控制模式A1a)时的电动机4以及电动机驱动装置1的损耗作为通常时损耗Loss1,将执行了强励磁及矩形波控制模式A3时的电动机4以及电动机驱动装置1的损耗作为强励磁时损耗Loss2,将因执行强励磁控制而引起的效率提高的量作为损耗差值ΔLoss(=Loss1-Loss2)。而且,将强励磁时损耗Loss2比通常时损耗Loss1少、即损耗差值ΔLoss为正(ΔLoss>0)的d轴电流调整指令值ΔId的范围中的增强励磁磁通的方向的上限作为调整指令阈值ΔIdT。
控制装置2具备与目标转矩TM以及电压速度比RVω建立关连,规定了恰当的调整指令阈值ΔIdT的调整指令阈值映射35B(参照图8(c))作为强励磁结束条件映射35(参照图1)。模式控制部5基于该调整指令阈值映射35B,导出与目标转矩TM以及电压速度比RVω对应的恰当的调整指令阈值ΔIdT。图8是表示该调整指令阈值ΔIdT的导出方法,换言之是表示调整指令阈值映射35B的创建方法的概念图。
恰当的调整指令阈值ΔIdT能够使用实际的控制装置2通过实验来求出。例如,如图8(a)所示,首先从直流电源3可取得的直流电压Vdc的范围内选择任意电压,以及从电动机4可取得的目标转矩TM的范围内选择任意转矩。这里,作为一个例子,选择“Vdc1”作为直流电压Vdc,选择“TM3”作为目标转矩TM(Vdc=Vdc1、TM=TM3)。而且,在选择出的直流电压Vdc=Vdc1以及目标转矩TM=TM3下,导出可以执行PWM控制的旋转速度ω、即PWM可能上限速度ωU。该PWM可能上限速度ωU在图8(a)所示那样的Id-Iq平面上,当直流电压Vdc=Vdc1时,能够求出通过最大转矩控制线62以及目标转矩TM=TM3的等转矩线61的交点的电压限制椭圆63U的旋转速度ω。接下来,向控制装置2输入选择出的直流电压Vdc=Vdc1以及目标转矩TM=TM3,使逆变器6执行PWM控制(这里是通常PWM控制),使电动机4的旋转速度ω从PWM可能上限速度ωU逐渐地降低。而且,测量根据旋转速度ω变化的d轴电流调整指令值ΔId与通常时损耗Loss1的关系。另外,在相同的直流电压Vdc以及目标转矩TM的条件下,使逆变器6执行矩形波控制,使电动机4的旋转速度ω从PWM可能上限速度ωU逐渐地降低。而且,测量根据旋转速度ω变化的d轴电流调整指令值ΔId与强励磁时损耗Loss2的关系。这里,通常时损耗Loss1以及强励磁时损耗Loss2分别包含PWM控制或者矩形波控制下的、电动机4中的铜损、铁损、以及电动机驱动装置1中的开关损耗等,通过从直流电源3提供给电动机驱动装置1的电力与通过电动机4得到的输出的差求出。
综上,求出根据旋转速度ω变化的d轴电流调整指令值ΔId、通常时损耗Loss1和强励磁时损耗Loss2的关系。于是,根据各d轴电流调整指令值ΔId(旋转速度ω)下的通常时损耗Loss1与强励磁时损耗Loss2的差值(Loss1-Loss2),如图8(a)所示那样,导出根据旋转速度ω变化的d轴电流调整指令值ΔId与损耗差值ΔLoss的关系。而且,基于d轴电流调整指令值ΔId与损耗差值ΔLoss的关系,测量损耗差值ΔLoss从正向负变化的瞬间(损耗差值ΔLoss=0的瞬间)的旋转速度ω以及d轴电流调整指令值ΔId。在图8(a)所示的例子中,此时的旋转速度ω为“ω1”,d轴电流调整指令值ΔId为“ΔId31”。这样求出的旋转速度ω=ω1与直流电压Vdc=Vdc1的比为此时的电压速度比RVω1。而且,将这样求出的d轴电流调整指令值ΔId=ΔId31作为该电压速度比RVω=RVω1以及目标转矩TM=TM3下的调整指令阈值ΔIdT。即,该调整指令阈值ΔIdT=ΔId31成为与作为参数的电压速度比RVω=RVω1以及目标转矩TM=TM3对应的调整指令阈值映射35B(参照图8(c))的值。
之后,如图8(b)所示,维持直流电压Vdc=Vdc1不变,如目标转矩TM=TM1、目标转矩TM=TM2、…那样,在电动机4可取得的目标转矩TM的范围内选择各种转矩,同样地导出根据旋转速度ω变化的d轴电流调整指令值ΔId与损耗差值ΔLoss的关系。而且,对各目标转矩TM,求出损耗差值ΔLoss从正向负变化的瞬间的旋转速度ω以及d轴电流调整指令值ΔId,将该旋转速度ω与直流电压Vdc的比作为此时的电压速度比RVω,将这样求出的d轴电流调整指令值ΔId作为该电压速度比RVω以及目标转矩TM下的调整指令阈值ΔIdT。另外,如直流电压Vdc=Vdc2、直流电压Vdc=Vdc3、…那样,在直流电源3可取得的直流电压Vdc的范围内选择各种电压,对各直流电压Vdc,与所述同样地选择各种目标转矩TM,导出根据旋转速度ω变化的d轴电流调整指令值ΔId与损耗差值ΔLoss的关系。而且,对直流电压Vdc与目标转矩TM的组合的每一个,求出损耗差值ΔLoss从正向负变化的瞬间的旋转速度ω以及d轴电流调整指令值ΔId,将该旋转速度ω与直流电压Vdc的比作为此时的电压速度比RVω,将这样求出的d轴电流调整指令值ΔId作为该电压速度比RVω以及目标转矩TM下的调整指令阈值ΔIdT。而且,将电压速度比RVω、目标转矩TM和调整指令阈值ΔIdT的关系登记于调整指令阈值映射35B作为调整指令阈值ΔIdT的映射。
综上,能够创建如图8(c)所示,与目标转矩TM以及电压速度比RVω建立关连,规定了恰当的调整指令阈值ΔIdT的调整指令阈值映射35B。作为图1所示的强励磁结束条件映射35的一部分,控制装置2具备模式控制部5可以参照的所述那样的调整指令阈值映射35B。其中,在所述的方法中,构成为基于损耗差值ΔLoss从正向负变化的瞬间的旋转速度ω,求出作为调整指令阈值ΔIdT的参数的电压速度比RVω。因此,有时构成调整指令阈值映射35B的纵轴的电压速度比RVω对各目标转矩TM为不相同的值。该情况下,优选通过线形插补等,求出使电压速度比RVω与规定的值一致时的调整指令阈值ΔIdT来进行映射化。
2-4-3.强励磁结束条件(C):基于强励磁允许转矩范围TMR的结束条件
另外,在本实施方式中,模式控制部5使用基于强励磁允许转矩范围TMR的结束条件作为强励磁结束条件(C)。即,模式控制部5当电动机4的目标转矩TM偏离规定的强励磁允许转矩范围TMR时,结束强励磁控制,以使励磁调整部8不执行强励磁控制。即,模式控制部5将强励磁允许转矩范围TMR的上限作为允许转矩上限TMRH,将下限作为允许转矩下限TMRL,当目标转矩TM<允许转矩下限TMRL、或者目标转矩TM>允许转矩上限TMRH时,结束强励磁控制。这里,允许转矩上限TMRH优选按照下述方式设置,即例如进行了电动机4中流动的交流电流的基波分量以外的高次谐波分量容易变大的矩形波控制之时,电动机4的电枢线圈中流动的电流不超过该电动机4所允许的电流限制值。另外,允许转矩下限TMRL优选按照下述方式设置,即例如从强励磁允许转矩范围TMR除去由于输出转矩过小而不适于进行矩形波控制的转矩范围。
2-4-4.强励磁控制的结束动作
而且,模式控制部5在满足所述的强励磁结束条件(A)~(C)的任意一个的情况下,进行使d轴电流调整指令值ΔId为零的控制。即,模式控制部5在满足强励磁结束条件的情况下,向积分器32输出使d轴电流调整指令值ΔId为零的指令,从而使积分器32输出的d轴电流调整指令值ΔId为零。此时,模式控制部5按照使d轴电流调整指令值ΔId从当前值向零以恒定的变化速度变化的方式控制励磁调整部8。即,在执行强励磁控制的过程中,d轴电流调整指令值ΔId变为正值,因此模式控制部5在结束强励磁控制之时,使d轴电流调整指令值ΔId随着时间的经过从当前值逐渐地降低(减少)至零。模式控制部5在这样结束强励磁控制之时,进行通过沿使励磁磁通的调整量减少的方向使d轴电流调整指令值ΔId逐渐地变化来使调制率M逐渐地降低的控制。由此,在使调制率M从执行矩形波控制模式的矩形波阈值Mb(最大调制率Mmax=0.78)逐渐地降低,直至d轴电流调整指令值ΔId变为零为止的期间且调制率M变为过调制阈值Mo(=0.707)为止的期间,执行强励磁及过调制PWM控制模式A2b(强励磁及PWM控制模式A2)。而且,当d轴电流调整指令值ΔId变为零,调制率M变为小于过调制阈值Mo时,移向通常励磁及通常PWM控制模式A1a(通常励磁及PWM控制模式A1)。
因此,在本实施方式中,模式控制部5在结束强励磁控制之时,从强励磁及矩形波控制模式A3经由强励磁及PWM控制模式A2,移向通常励磁及PWM控制模式A1。由此,在结束强励磁控制之时,能够抑制利用d轴电流调整指令值ΔId调整后的电流指令值Id、Iq急剧地变化,以及抑制调制率M急剧地变化,能够抑制电动机4的线圈中流动的电流的急剧变化、过冲,并且能够抑制电动机4的输出转矩振动的产生。其中,模式控制部5当均不满足所述强励磁结束条件(A)、(B)、以及(C)时,停止用于强制地使d轴电流调整指令值ΔId为零的结束动作。由此,重新开始积分器32对调整值Y进行积分来导出d轴电流调整指令值ΔId的控制。
3.控制装置的动作
接下来,使用图9以及图10对控制装置2的各部分的动作详细地进行说明。图9是表示本实施方式所涉及的控制装置2中的电压指令值Vd、Vq导出前的各部分的动作的流程的流程图。
如图9所示,控制装置2首先通过调制率导出部29导出调制率M(步骤#01)。接下来,通过减法器30,导出从调制率M中减去指令调制率MT(最大调制率Mmax=0.78)后的调制率偏差ΔM(=M-MT)(步骤#02)。之后,控制装置2判定d轴电流调整指令值ΔId是否比零大(ΔId>0)(步骤#03)。该判定用来判定那时控制装置2是否处于强励磁控制中。当d轴电流调整指令值ΔId为零以下(ΔId≤0)时(步骤#03:否),能够判定为控制装置2处于通常励磁控制过程中或者弱励磁控制过程中。于是,接下来判定调制率偏差ΔM是否小于零(ΔM<0)(步骤#04)。该判定用于判定调制率M是否小于指令调制率MT。当调制率偏差ΔM在零以上(ΔM≥0)时(步骤#04:否),处理进入步骤#06,基于该调制率偏差ΔM由积分器32对从积分输入调整部31输出的零以下的调整值Y(参照图6)进行积分,来导出d轴电流调整指令值ΔId(步骤#06)。由此,d轴电流调整指令值ΔId向负方向,即减弱电动机4的励磁磁通的方向变化。此时,只要在通常励磁控制中,就开始弱励磁控制,只要在弱励磁控制中,弱励磁的程度就增大。
当调制率偏差ΔM小于零(ΔM<0)时(步骤#04:是),然后,判定调制率偏差ΔM是否在强励磁开始偏差ΔMs以上(ΔM≥ΔMs)(步骤#05)。当调制率偏差ΔM小于强励磁开始偏差ΔMs(ΔM<ΔMs)时(步骤#05:否),由积分输入调整部31输出零作为调整值Y(参照图6)。因此,不进行积分器32所执行的调整值Y的积分,处理进入步骤#07。因此,d轴电流调整指令值ΔId不变化。此时,如果在通常励磁控制中就持续该通常励磁控制,如果在弱励磁控制中,就持续该弱励磁控制。当调制率偏差ΔM在强励磁开始偏差ΔMs以上(ΔM≥ΔMs)(步骤#05:是)时,由积分输入调整部31输出正值作为调整值Y(参照图6)。于是,通过积分器32对正调整值Y进行积分,来导出d轴电流调整指令值ΔId(步骤#06)。由此,d轴电流调整指令值ΔId向正方向,即增强电动机4的励磁磁通的方向变化。此时,如果在通常励磁控制中,就开始强励磁控制,如果在弱励磁控制中弱励磁的程度就减少或者移向强励磁控制。
另一方面,当d轴电流调整指令值ΔId比零大(ΔId>0)(步骤#03:是)时,能够判定为控制装置2在强励磁控制中。于是,然后通过模式控制部5判定所述的强励磁结束条件(A)~(C)。具体而言,条件(A):电动机4的旋转速度ω是否小于基于目标转矩TM以及直流电压Vdc而确定的旋转速度阈值ωT(ω<ωT)(步骤#10),条件(B):d轴电流调整指令值ΔId是否在基于目标转矩TM以及电压速度比RVω而确定的调整指令阈值ΔIdT以上(ΔId≥ΔIdT)(步骤#11),条件(C):判定电动机4的目标转矩TM是否在规定的强励磁允许转矩范围TMR外(步骤#12)。当满足这些强励磁结束条件(A)~(C)中的任意一个(步骤#10:是、步骤#11:是或者步骤#12:是)时,模式控制部5进行强励磁控制的结束动作。即,模式控制部5为了结束强励磁控制,使d轴电流调整指令值ΔId以恒定的变化速度变为零(步骤#13)。由此,强励磁控制结束,变为执行通常励磁控制的状态。当所述的强励磁结束条件(A)~(C)的任意一个均未得到满足(步骤#10:否、步骤#11:否、以及步骤#12:否)时,持续进行强励磁控制,处理进入步骤#06。因此,根据调制率偏差ΔM由积分器32对从积分输入调整部31输出的调整值Y进行积分,来导出d轴电流调整指令值ΔId(步骤#06)。由此,在强励磁控制中,也可以根据调制率偏差ΔM恰当地调整d轴电流调整指令值ΔId。此时,有时d轴电流调整指令值ΔId向负方向变化,从强励磁控制移向弱励磁控制。
之后,使由d轴电流指令值导出部21导出的基本d轴电流指令值Idb和由积分器32导出的d轴电流调整指令值ΔId相加来导出调整后d轴电流指令值Id(步骤#07)。另外,通过q轴电流指令值导出部22导出调整后q轴电流指令值Iq(步骤#08)。然后,基于这些调整后d轴电流指令值Id以及调整后q轴电流指令值Iq,由电流控制部24导出电压指令值Vd、Vq(步骤#18)。至此完成处理。
接下来,使用图3以及图10,对依据图9所示的流程图的控制装置2的动作的具体例进行说明。图10是利用表示随着时间T的经过,从图3所示的点t0向t6按顺序使电动机4的动作点变化,之后从点t7向t13按顺序使电动机4的动作点变化时的目标转矩TM、旋转速度ω以及因d轴电流调整指令值ΔId进行调整后的电流指令值Id、Iq的变化的一个例子的图。具体而言,图10(a)表示沿时间轴T的目标转矩TM的变化,图10(b)表示那时的旋转速度ω的变化,图10(c)表示那时的调整后d轴电流指令值Id以及调整后q轴电流指令值Iq的变化。
在本例中,在时刻t0~t1中,在目标转矩TM为零的状态下,使旋转速度ω从零上升至ω1。此时,调整后d轴电流指令值Id以及调整后q轴电流指令值Iq保持零。在时刻t1~t2中,在使旋转速度ω恒定为ω1的状态下,使目标转矩TM从零上升至TM6。此时,调整后d轴电流指令值Id与目标转矩TM成正比例,减少至Id8,调整后q轴电流指令值Iq与目标转矩TM成正比例,增加至Iq8。在时刻t2~t6中,在使目标转矩TM恒定为TM6的状态下,使旋转速度ω从ω1上升至ω2。此时,在电动机4的动作点进入强励磁控制区域F前的时刻t2~t3中,调整后d轴电流指令值Id以及调整后q轴电流指令值Iq维持为恒定。在时刻t0~t3中,执行通常励磁及PWM控制模式A1(通常励磁及通常PWM控制模式A1a)。在电动机4的动作点进入强励磁控制区域F起的时刻t3~t4中,通过增加d轴电流调整指令值ΔId来执行强励磁控制,调整后d轴电流指令值Id从Id8增加至Id9,调整后q轴电流指令值Iq从Iq8增加至Iq9。此时,在调制率M到达矩形波阈值Mb前的期间(时刻t3~t4)中,执行强励磁及PWM控制模式A2。
之后,在时刻t4~t5中,由于旋转速度ω上升,图5所示的电压限制椭圆63的直径缩小,因此在矩形波控制中,设定在电压限制椭圆63上的调整后d轴电流指令值Id以及调整后q轴电流指令值Iq都减少。具体而言,调整后d轴电流指令值Id从Id9减少至Id8,调整后q轴电流指令值Iq从Iq9减少至Iq8。此时,d轴电流调整指令值ΔId也减少。在时刻t4~t5中,执行强励磁及矩形波控制模式A3。而且,在时刻t5,d轴电流调整指令值ΔId变为零,强励磁控制结束。在离开强励磁控制区域F开始的时刻t5~t6中,d轴电流调整指令值ΔId进一步减少,变为负值,从而执行弱励磁控制,调整后d轴电流指令值Id从Id8减少至Id7,调整后q轴电流指令值Iq从Iq8减少至Iq7。在时刻t6~t7中,旋转速度ω以及目标转矩TM双方被维持恒定,因此调整后d轴电流指令值Id以及调整后q轴电流指令值Iq都不变化。
在时刻t7~t11中,在使目标转矩TM恒定为TM6的状态下,使旋转速度ω从ω2下降至ω1。此时,在电动机4的动作点进入强励磁控制区域F前的时刻t7~t8中,执行弱励磁控制,同时d轴电流调整指令值ΔId逐渐地增加,调整后d轴电流指令值Id从Id7增加至Id8,调整后q轴电流指令值Iq从Iq7增加至Iq8。而且,在时刻t8,d轴电流调整指令值ΔId变为零,弱励磁控制结束。在时刻t5~t8中,执行弱励磁及矩形波控制模式A5。在电动机4的动作点进入强励磁控制区域F开始的时刻t8~t9中,由于旋转速度ω下降,图5所示的电压限制椭圆63的直径扩大,因此在矩形波控制中,设定在电压限制椭圆63上的调整后d轴电流指令值Id以及调整后q轴电流指令值Iq均增加。具体而言,调整后d轴电流指令值Id从Id8增加至Id9,调整后q轴电流指令值Iq 从Iq8增加至Iq9。此时,d轴电流调整指令值ΔId也增加。在时刻t8~t9中,执行强励磁及矩形波控制模式A3。在本例中,在时刻t9,变为满足强励磁结束条件(A)~(C)中的任意一个的状态,之后,在到达时刻t10前的期间中,使d轴电流调整指令值ΔId以恒定的变化速度(减少速度)变为零。由此,调整后d轴电流指令值Id从Id9减少至Id8,调整后q轴电流指令值Iq从Iq9减少至Iq8。这样,d轴电流调整指令值ΔId的减少速度受到限制,因此利用d轴电流调整指令值ΔId进行调整后的调整后d轴电流指令值Id以及调整后q轴电流指令值Iq的减少速度也受到限制,按照描画缓和的曲线的方式增加。由此,调制率M的变化速度(下降速度)受到限制,在调制率M到达强励磁阈值Ms(图3的曲线L2)前确保规定的时间,因此该期间(时刻t9~t10)中执行强励磁及PWM控制模式A2。
在从电动机4的动作点离开强励磁控制区域F开始的时刻t10~t11中,调整后d轴电流指令值Id以及调整后q轴电流指令值Iq被维持恒定。在时刻t11~t12中,在使旋转速度ω恒定为ω1的状态下,使目标转矩TM从TM6下降至零。此时,调整后d轴电流指令值Id与目标转矩TM成正比例,从Id8增加至零,调整后q轴电流指令值Iq与目标转矩TM成正比例,从Iq8减少至零。在时刻t12~t13中,在目标转矩TM为零的状态下,使旋转速度ω从ω1下降至零。此时,调整后d轴电流指令值Id以及调整后q轴电流指令值Iq保持为零。在时刻t10~t13中,执行通常励磁及PWM控制模式A1(通常励磁及通常PWM控制模式A1a)。
4.其他的实施方式
(1)在所述的实施方式中,以使用基于目标转矩TM以及直流电压Vdc确定的值作为强励磁结束条件(A)中使用的旋转速度阈值ωT的情况为例进行了说明。但是,本发明的实施方式不限于此。例如,与目标转矩TM以及直流电压Vdc无关地将旋转速度阈值ωT设定为恒定的值也是本发明的优选的实施方式之一。另外,将旋转速度阈值ωT设定为基于目标转矩TM以及直流电压Vdc的任意一个确定的值也是本发明的优选的实施方式之一。进而,也优选将旋转速度阈值ωT设定为基于目标转矩TM、直流电压Vdc、调整指令阈值ΔIdT等,用规定的公式计算出的值。这样确定旋转速度阈值ωT的情况下,尤其优选当基于该旋转速度阈值ωT的强励磁结束条件(A)和基于所述的调整指令阈值ΔIdT的强励磁结束条件(B)双方被满足时,结束强励磁控制的构成。该情况下,模式控制部5以d轴电流调整指令值ΔId在增强励磁磁通的方向上,为调整指令阈值ΔIdT以上,且旋转速度ω小于旋转速度阈值ωT作为条件,来结束强励磁控制。其中,在该情况下,进一步优选基于强励磁允许转矩范围TMR的强励磁结束条件(C)作为选择性的条件,当满足条件(B)、和条件(C)中的任意一方且满足条件(A)时,结束强励磁控制的构成。
(2)在所述的实施方式中,以当满足(A)电动机4的旋转速度ω<旋转速度阈值ωT、(B)d轴电流调整指令值ΔId≥调整指令阈值ΔIdT、以及(C)目标转矩TM处于强励磁允许转矩范围TMR外这3个强励磁结束条件的任意一个时,结束强励磁控制的情况为例进行了说明。但是,本发明的实施方式不限于此。例如,模式控制部5仅判断强励磁结束条件(B),仅当满足该条件(B)时,进行强励磁结束控制的构成也是本发明的优选的实施方式之一。另外,模式控制部5判断强励磁结束条件(B)以及(A)、或者强励磁结束条件(B)以及(C),仅在满足这些任意一组强励磁结束条件的情况下,进行强励磁结束控制的构成也是本发明的优选的实施方式之一。
(3)在所述的实施方式中,对使用调制率M为强励磁阈值Ms(=0.707)的电动机4的旋转速度ω作为强励磁结束条件(A)中使用的旋转速度阈值ωT的情况进行了说明。但是,本发明的实施方式不限于此。也可以将旋转速度阈值ωT设定为调制率M为强励磁阈值Ms以外的恒定值时的旋转速度ω。因此,将旋转速度阈值ωT设定为调制率M为比强励磁阈值Ms小的值(例如M=0.7、M=0.65、M=0.5等)时的旋转速度ω,或者将其设定为调制率M为比强励磁阈值Ms大的值(例如M=0.72、M=0.75等)时的旋转速度ω也是本发明的优选的实施方式之一。另外,不限于调制率M为恒定值时的旋转速度ω,也可以将基于目标转矩TM与直流电压Vdc确定的规定的旋转速度ω设定为旋转速度阈值ωT。例如,按直流电压Vdc的值设定满足TM=-αω+β(α、β是常数)的旋转速度ω,并将其作为旋转速度阈值ωT也是本发明的优选的实施方式之一。
(4)在所述的实施方式中,以将强励磁结束条件(B)中使用的调整指令阈值ΔIdT设定为因执行强励磁控制引起的效率提高的量、即损耗差值ΔLoss(=Loss1-Loss2)为正的d轴电流调整指令值ΔId的范围的上限的情况为例进行了说明。但是,本发明的实施方式不限于此。例如,也可以将调整指令阈值ΔIdT设定为损耗差值ΔLoss为正的d轴电流调整指令值ΔId的范围内的任意值,或者将其设定为损耗差值ΔLoss为负的d轴电流调整指令值ΔId的范围内。另外,也可以按照使调整指令阈值ΔIdT与损耗差值ΔLoss无关系的方式,将基于目标转矩TM以及电压速度比RVω确定的值设定为调整指令阈值ΔIdT。
(5)在所述的实施方式中,在强励磁及矩形波控制模式中,以在结束强励磁控制之时,进行通过以恒定的变化速度使d轴电流调整指令值ΔId逐渐地减少来逐渐地降低调制率M,经由强励磁及脉冲宽度调制控制模式来移向通常励磁及脉冲宽度调制控制模式的控制的情况为例进行了说明。但是,本发明的实施方式不限与此。例如,按照与结束强励磁控制时的d轴电流调整指令值ΔId的当前值的大小无关地,使d轴电流调整指令值ΔId从当前值变为零为止的变化时间为恒定的方式,逐渐地减少d轴电流调整指令值ΔId的构成也是本发明的优选的实施方式之一。该情况下,确保了d轴电流调整指令值ΔId变为零为止的时间,因此在从强励磁及矩形波控制模式移向通常励磁及脉冲宽度调制控制模式时,也能够执行强励磁及脉冲宽度调制控制模式。
(6)在所述的实施方式中,以强励磁阈值Ms被设定为与过调制阈值Mo(=0.707)一致的情况为例进行了说明。但是,本发明的实施方式不限于此。将强励磁阈值Ms设定为比过调制阈值Mo小的值(例如M=0.7、M=0.65、M=0.5等),或者将其设定为比过调制阈值Mo大的值(例如M=0.72、M=0.75等)也是本发明的优选的实施方式之一。其中,将强励磁阈值Ms设定为比过调制阈值Mo大的值的情况下,在开始强励磁控制前,执行通常励磁及过调制PWM控制模式A1b作为通常励磁及PWM控制模式A1。
(7)在所述的实施方式中,以电动机驱动装置1是将来自直流电源3的直流电压Vdc提供给逆变器6的构成的情况为例进行了说明。但是,本发明的实施方式不限于此。例如,具备转换来自直流电源3的电源电压来生成希望值的***电压的DC-DC转换器等电压转换部,将由该电压转换部生成的***电压提供给作为直流交流转换部的逆变器6的构成也是本发明的优选的实施方式之一。该情况下,电压转换部也能够是作为可以使电源电压升压的升压转换器之外的使电源电压降压的降压转换器,或者也能够是对电源电压进行升压以及进行降压这双方的升降压转换器。
(8)在所述的实施方式中,以交流电动机4是通过三相交流电动作的内置式永磁电动机(IPMSM)的情况为例进行了说明。但是,本发明的实施方式不限于此,例如,作为交流电动机4,能够使用面贴式永磁同步电动机(SPMSM),或者,除同步电动机以外,例如还能够使用感应电动机等。另外,作为提供给这样的交流电动机的交流电,能够使用三相以外的单相、二相、或者四相以上的多相交流电。
(9)在所述的实施方式中,以例如电动机4作为电动车辆、混合车辆等的驱动力源使用的情况为例进行了说明。但是,本实施方式所涉及的电动机4的用途不限于此,可以对于所有用途的电动机应用本发明。
产业上的可利用性
本发明优选可利用于对电动机驱动装置进行控制的控制装置,该电动机驱动装置具备将直流电压转换成交流电压并提供给交流电动机的直流交流转换部。
附图标记说明
1:电动机驱动装置;2:控制装置;4:交流电动机;5:模式控制部;6:逆变器(直流交流转换部);7:电流指令决定部;8:励磁调整部;9:电压指令决定部;10:电压波形控制部;Vdc:直流电压;TM:目标转矩;ω:旋转速度;Idb:基本d轴电流指令值(基本电流指令值);Id:调整后d轴电流指令值(调整后电流指令值);Iqb:基本q轴电流指令值(基本电流指令值);Iq:调整后q轴电流指令值(调整后电流指令值);ΔId:d轴电流调整指令值(励磁调整指令值);Vd:d轴电压指令值(电压指令值);Vq:q轴电压指令值(电压指令值);M:调制率(电压指标);Mb:矩形波阈值;Ms:强励磁阈值;RVω:电压速度比;ωT:旋转速度阈值;ΔIdT:调整指令阈值;TMR:强励磁允许转矩范围;A1:通常励磁及PWM控制模式;A2:强励磁及PWM控制模式;A3:强励磁及矩形波控制模式。
Claims (9)
1.一种电动机驱动装置的控制装置,该控制装置对具备将直流电压转换成交流电压并提供给交流电动机的直流交流转换部的电动机驱动装置进行控制,其中,
该控制装置具备:
电流指令决定部,其基于所述交流电动机的目标转矩,来决定从所述直流交流转换部提供给所述交流电动机的电流的指令值、亦即基本电流指令值;
励磁调整部,其决定所述基本电流指令值的调整值、亦即励磁调整指令值;
电压指令决定部,其基于根据所述励磁调整指令值对所述基本电流指令值进行了调整后的调整后电流指令值以及所述交流电动机的旋转速度,来决定从所述直流交流转换部提供给所述交流电动机的电压的指令值、亦即电压指令值;
电压波形控制部,其基于所述电压指令值来控制所述直流交流转换部,执行至少包含脉冲宽度调制控制以及矩形波控制的电压波形控制;以及
模式控制部,其控制所述励磁调整部以及所述电压波形控制部,
当表示所述电压指令值相对于所述直流电压的大小的电压指标小于规定的矩形波阈值时,所述电压波形控制部执行所述脉冲宽度调制控制,当所述电压指标在所述矩形波阈值以上时,所述电压波形控制部执行所述矩形波控制,
所述励磁调整部构成为执行至少包含强励磁控制以及通常励磁控制的励磁控制,所述强励磁控制按照对所述基本电流指令值进行增强所述交流电动机的励磁磁通的调整的方式来决定所述励磁调整指令值,所述通常励磁控制按照不对所述基本电流指令值进行调整的方式来决定所述励磁调整指令值,所述励磁调整部以所述电压指标在比所述矩形波阈值小的规定的强励磁阈值以上作为条件来执行所述强励磁控制,
所述模式控制部将所述直流电压与所述交流电动机的旋转速度之比作为电压速度比,以所述励磁调整指令值在增强所述励磁磁通的方向上在基于所述目标转矩以及所述电压速度比而确定的调整指令阈值以上作为条件,来结束所述励磁调整部所执行的所述强励磁控制。
2.根据权利要求1所述的电动机驱动装置的控制装置,其中,
所述模式控制部在执行所述强励磁控制并且执行所述矩形波控制的强励磁及矩形波控制模式的过程中结束所述强励磁控制时,通过在减少所述励磁磁通的调整量的方向上逐渐地使所述励磁调整指令值发生变化,来逐渐地降低所述电压指标,经由执行所述强励磁控制并且执行所述脉冲宽度调制控制的强励磁及脉冲宽度调制控制模式,移向执行所述通常励磁控制并且执行所述脉冲宽度调制控制的通常励磁及脉冲宽度调制控制模式。
3.根据权利要求1或2所述的电动机驱动装置的控制装置,其中,
将执行了执行所述通常励磁控制并且执行所述脉冲宽度调制控制的通常励磁及脉冲宽度调制控制模式时的所述交流电动机以及所述电动机驱动装置的损耗作为通常时损耗,将执行了执行所述强励磁控制并且执行所述矩形波控制的强励磁及矩形波控制模式时的所述交流电动机以及所述电动机驱动装置的损耗作为强励磁时损耗,
将所述强励磁时损耗比所述通常时损耗变少的所述励磁调整指令值的范围中的增强所述励磁磁通的方向的上限作为所述调整指令阈值。
4.根据权利要求1~3中任意一项所述的电动机驱动装置的控制装置,其中,
所述模式控制部判断所述励磁调整指令值在所述调整指令阈值以上、以及所述旋转速度小于规定的旋转速度阈值这两个条件,当至少一个条件得到满足时,结束所述强励磁控制。
5.根据权利要求4所述的电动机驱动装置的控制装置,其中,
所述旋转速度阈值基于所述目标转矩以及所述直流电压而确定。
6.根据权利要求5所述的电动机驱动装置的控制装置,其中,
根据所述目标转矩以及所述直流电压这两个值,将在执行所述通常励磁控制的过程中所述电压指标成为所述强励磁阈值的旋转速度作为所述旋转速度阈值。
7.根据权利要求1~6中任意一项所述的电动机驱动装置的控制装置,其中,
在所述交流电动机的目标转矩从规定的强励磁允许转矩范围偏离的情况下,所述模式控制部进行控制使得所述励磁调整部不执行所述强励磁控制。
8.根据权利要求1~7中任意一项所述的电动机驱动装置的控制装置,其中,
所述模式控制部在结束所述强励磁控制时,对所述励磁调整部进行控制使得所述励磁调整指令值从当前值以恒定的变化速度向零变化。
9.根据权利要求1~8中任意一项所述的电动机驱动装置的控制装置,其中,
所述电压指令决定部基于从直流交流转换部提供给所述交流电动机的电流的实际值、亦即实际电流值,对所述调整后电流指令值进行反馈控制来决定所述电压指令值。
Applications Claiming Priority (3)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2010081515A JP5120670B2 (ja) | 2010-03-31 | 2010-03-31 | 電動機駆動装置の制御装置 |
JP2010-081515 | 2010-03-31 | ||
PCT/JP2011/052400 WO2011122105A1 (ja) | 2010-03-31 | 2011-02-04 | 電動機駆動装置の制御装置 |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
CN102763321A true CN102763321A (zh) | 2012-10-31 |
Family
ID=44708830
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
CN2011800098165A Pending CN102763321A (zh) | 2010-03-31 | 2011-02-04 | 电动机驱动装置的控制装置 |
Country Status (5)
Country | Link |
---|---|
US (1) | US20110241583A1 (zh) |
JP (1) | JP5120670B2 (zh) |
CN (1) | CN102763321A (zh) |
DE (1) | DE112011100226T5 (zh) |
WO (1) | WO2011122105A1 (zh) |
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN106849805A (zh) * | 2017-02-09 | 2017-06-13 | 澳特卡新能源科技(上海)有限公司 | 一种电动压缩机驱动电机的弱磁控制方法 |
CN110829920A (zh) * | 2019-11-04 | 2020-02-21 | 中国第一汽车股份有限公司 | 一种调制装置及*** |
Families Citing this family (27)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
MX2013000965A (es) * | 2010-07-23 | 2013-04-24 | Mitsubishi Electric Corp | Aparato de control y metodo de control para maquina giratoria de ca. |
BR112013001384A2 (pt) * | 2010-07-27 | 2016-05-24 | Mitsubishi Electric Corp | aparelho de controle para uma máquina giratória de ca |
JP5718668B2 (ja) * | 2011-02-15 | 2015-05-13 | トヨタ自動車株式会社 | 回転電機駆動システム |
DE102011085853A1 (de) * | 2011-11-07 | 2013-05-08 | Siemens Aktiengesellschaft | Verfahren und Anordnung zum Betrieb von Synchronmotoren |
JP2014054066A (ja) * | 2012-09-06 | 2014-03-20 | Toyota Motor Corp | 回転電機駆動システムの制御装置 |
JP5955761B2 (ja) * | 2012-12-25 | 2016-07-20 | トヨタ自動車株式会社 | 車両の制御装置 |
JP5986013B2 (ja) * | 2013-02-19 | 2016-09-06 | 株式会社日立製作所 | 電動機駆動システム |
JP6183165B2 (ja) * | 2013-11-12 | 2017-08-23 | サンケン電気株式会社 | 誘導電動機制御装置及び誘導電動機制御方法 |
JP2015136237A (ja) * | 2014-01-17 | 2015-07-27 | 株式会社安川電機 | 回転電機制御装置、回転電機制御方法、及び制御マップの作成方法 |
DE102014104488A1 (de) * | 2014-03-31 | 2015-10-01 | Robert Bosch Automotive Steering Gmbh | Verfahren zur Ansteuerung eines Elektromotors für ein Hilfskraft-Lenksystem |
CN104079230B (zh) * | 2014-07-07 | 2016-09-28 | 神王伟国 | 异步电动机效率优化控制的方法、装置、***及电动汽车 |
FR3024616B1 (fr) * | 2014-07-31 | 2016-07-15 | Renault Sa | Procede et dispositif de commande du couple electromagnetique d'un groupe motopropulseur |
US9634579B2 (en) * | 2015-04-03 | 2017-04-25 | Hamilton Sundstrand Corporation | Systems and methods for controlling inverters |
WO2017143434A1 (en) * | 2016-02-23 | 2017-08-31 | Canadian Space Agency | Energy-efficient motor drive with or without open-circuited phase |
JP6289545B2 (ja) * | 2016-06-15 | 2018-03-07 | 三菱電機株式会社 | 回転電機の制御方法 |
DE102016118170A1 (de) * | 2016-09-26 | 2018-03-29 | Wittenstein Se | Verfahren und vorrichtung zum abbauen elastisch gespeicherter energie |
US9774279B1 (en) * | 2017-03-02 | 2017-09-26 | Borgwarner Inc. | Brushless DC motor control and method |
DE102017217913A1 (de) * | 2017-10-09 | 2019-04-11 | Robert Bosch Gmbh | Verfahren zum Wechseln zwischen Blockansteuerung und PWM-Ansteuerung einer elektrischen Maschine |
CN110504891B (zh) * | 2018-05-16 | 2021-09-03 | 台达电子工业股份有限公司 | 马达驱动电路及其控制方法 |
JP7144197B2 (ja) * | 2018-06-01 | 2022-09-29 | 株式会社Soken | 回転電機の制御装置 |
WO2020017202A1 (ja) * | 2018-07-18 | 2020-01-23 | パナソニックIpマネジメント株式会社 | 電動工具、制御方法、プログラム |
JP7052713B2 (ja) * | 2018-12-27 | 2022-04-12 | 株式会社豊田自動織機 | インバータ制御装置 |
CN111404429B (zh) * | 2018-12-28 | 2021-11-12 | 比亚迪股份有限公司 | 一种车辆及其电机控制方法与装置、计算机可读存储介质 |
US11456680B2 (en) * | 2020-05-08 | 2022-09-27 | Hamilton Sundstrand Corporation | Over-modulation pulse width modulation with maximum output and minimum harmonics |
IT202100018689A1 (it) * | 2021-07-15 | 2023-01-15 | Ferrari Spa | Procedimento ed apparato per controllare un motore elettrico |
CN115871481A (zh) * | 2021-09-29 | 2023-03-31 | 本田技研工业株式会社 | 电动发电机控制***及混合动力车辆 |
KR20230089191A (ko) * | 2021-12-13 | 2023-06-20 | 현대모비스 주식회사 | 모터의 약자속 제어를 위한 데이터 맵 작성 방법 및 시스템 |
Citations (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US20060049792A1 (en) * | 2004-09-09 | 2006-03-09 | Aisin Aw Co., Ltd. | Motor drive control apparatus, motor drive control method and program of the same |
CN1830134A (zh) * | 2003-07-31 | 2006-09-06 | 丰田自动车株式会社 | 能够抑制过电流的负载驱动器 |
JP2006311770A (ja) * | 2005-05-02 | 2006-11-09 | Toyota Motor Corp | モータ駆動システムの制御装置 |
JP2007259538A (ja) * | 2006-03-22 | 2007-10-04 | Aisin Aw Co Ltd | 電動駆動制御装置及び電動駆動制御方法 |
JP2008079399A (ja) * | 2006-09-20 | 2008-04-03 | Toshiba Corp | 車両制御装置 |
-
2010
- 2010-03-31 JP JP2010081515A patent/JP5120670B2/ja not_active Expired - Fee Related
-
2011
- 2011-02-01 US US13/018,953 patent/US20110241583A1/en not_active Abandoned
- 2011-02-04 CN CN2011800098165A patent/CN102763321A/zh active Pending
- 2011-02-04 WO PCT/JP2011/052400 patent/WO2011122105A1/ja active Application Filing
- 2011-02-04 DE DE112011100226T patent/DE112011100226T5/de not_active Ceased
Patent Citations (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN1830134A (zh) * | 2003-07-31 | 2006-09-06 | 丰田自动车株式会社 | 能够抑制过电流的负载驱动器 |
US20060049792A1 (en) * | 2004-09-09 | 2006-03-09 | Aisin Aw Co., Ltd. | Motor drive control apparatus, motor drive control method and program of the same |
JP2006311770A (ja) * | 2005-05-02 | 2006-11-09 | Toyota Motor Corp | モータ駆動システムの制御装置 |
JP2007259538A (ja) * | 2006-03-22 | 2007-10-04 | Aisin Aw Co Ltd | 電動駆動制御装置及び電動駆動制御方法 |
JP2008079399A (ja) * | 2006-09-20 | 2008-04-03 | Toshiba Corp | 車両制御装置 |
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN106849805A (zh) * | 2017-02-09 | 2017-06-13 | 澳特卡新能源科技(上海)有限公司 | 一种电动压缩机驱动电机的弱磁控制方法 |
CN110829920A (zh) * | 2019-11-04 | 2020-02-21 | 中国第一汽车股份有限公司 | 一种调制装置及*** |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
JP2011217469A (ja) | 2011-10-27 |
US20110241583A1 (en) | 2011-10-06 |
WO2011122105A1 (ja) | 2011-10-06 |
JP5120670B2 (ja) | 2013-01-16 |
DE112011100226T5 (de) | 2012-10-31 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
CN102763321A (zh) | 电动机驱动装置的控制装置 | |
CN102763322A (zh) | 电动机驱动装置的控制装置 | |
CN102301580B (zh) | 电机驱动装置的控制装置 | |
CN102577093B (zh) | 电动机驱动装置的控制装置 | |
Sozer et al. | Guidance in selecting advanced control techniques for switched reluctance machine drives in emerging applications | |
Shi et al. | New method to eliminate commutation torque ripple of brushless DC motor with minimum commutation time | |
CN101803177B (zh) | 电动机的控制装置 | |
CN102891647B (zh) | 用于在集成永磁体电动机中控制磁场减弱精确度的方法和磁场减弱控制回路 | |
CN103701384A (zh) | 内置式永磁同步电机弱磁控制方法 | |
JP7238982B2 (ja) | 回転電機制御システム | |
JP5370769B2 (ja) | 電動機駆動装置の制御装置 | |
CN102474208A (zh) | 电动机驱动装置的控制装置 | |
CN107023382B (zh) | 增压器及船舶 | |
JP2009291019A (ja) | 交流モータ用インバータの制御装置 | |
CN105027421A (zh) | 电动机控制装置 | |
Park et al. | Simple commutation torque ripple reduction using PWM with compensation voltage | |
JP6080996B1 (ja) | 電動機駆動システム | |
Zan et al. | A new control strategy for SR generation system based on modified PT control | |
RU2396696C2 (ru) | Электропривод переменного тока | |
Ismail et al. | Improved torque ripple reduction method for surface-mounted permanent magnet synchronous motor in flux-weakening region | |
JP5370748B2 (ja) | 電動機駆動装置の制御装置 | |
Krasovsky et al. | Obtaining the MTPA mode in the Three-phase Traction SRM with a Flat Topped Shape of Phase Current | |
Milasi et al. | A novel multi-loop self-tunning adaptive pi control scheme for switched reluctance motors | |
Priya et al. | GCMT-249 Investigation and Performance Analysis of Direct Torque Control of 3Φ Induction Motor using 7 Level Neutral Point Clamped Multilevel Inverter | |
CN111512538B (zh) | 用于运行电机的方法、计算单元、存储介质 |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
C06 | Publication | ||
PB01 | Publication | ||
C10 | Entry into substantive examination | ||
SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
C02 | Deemed withdrawal of patent application after publication (patent law 2001) | ||
WD01 | Invention patent application deemed withdrawn after publication |
Application publication date: 20121031 |