CN103858334A - 交流旋转电机控制装置及具备交流旋转电机控制装置的电动助力转向装置 - Google Patents

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Abstract

本发明的交流旋转电机控制装置包括电压指令运算单元（1），该电压指令运算单元（1）对两个旋转轴上的电压指令进行运算；以及电压施加单元（2），该电压施加单元（2）基于电压指令运算单元输出的两个旋转轴上的电压指令对交流旋转电机（3）施加电压，电压指令运算单元（1）在对两个旋转轴的第一轴上的电压指令及第二轴上的电压指令进行运算的同时，还使得第二轴上的电压指令的限制值与第一轴上的电压指令的平方成比例地减少。

Description

交流旋转电机控制装置及具备交流旋转电机控制装置的电动助力转向装置
技术领域
本发明涉及基于两个旋转轴上的电压指令来控制交流旋转电机的交流旋转电机控制装置、以及具备交流旋转电机控制装置的电动助力转向装置。
背景技术
使用功率转换器将直流电压转换成交流电压，并将该交流电压施加到交流旋转电机，在此情况下，功率转换器所能施加到交流旋转电机上的电压振幅的上限由直流电压的振幅来决定。
在基于两个旋转轴上的电压指令对功率转换器施加到交流旋转电机上的电压进行控制的情况下，随着交流旋转电机的转速增大，交流旋转电机的感应电压变大，因此两个转轴上的电压指令也需要增大，然而，当达到由直流电压的振幅所决定的电压振幅的上限时，施加到交流旋转电机上的电压振幅将无法进一步增大。另一方面，施加到交流旋转电机上的电压相位可以任意地设定。
例如，专利文献1所记载的现有交流旋转电机控制装置中，功率转换装置检测出功率转换装置的三相输出电流之中的至少两相电流，将该检测电流坐标变换成旋转坐标系上正交的两轴分量，对其与各电流指令值之间的偏差进行放大来得到电压指令值，并且再次进行坐标变换，从而运算出三相电压指令值，由此进行控制，以使得所述功率转换装置的输出电压跟踪该电压指令值，该交流旋转电机控制装置包括：第一限制电路，该第一限制电路将d轴分量的偏差放大信号的绝对值限制在第一限制值以下；控制值运算电路，该控制值运算电路根据第一限制电路的输出信号即d轴分量电压指令值Vd *和第二限制值Vm，按照Vqm=(Vm 2-Vd *2)1/2的关系来运算q轴电压限制值Vqm；以及第二限制电路，该第二限制电路将q轴分量的偏差信号的绝对值限制在由控制值运算电路运算出的限制值Vqm以下，所述第二限制电路的输出信号即为q轴分量电压指令Vq *。
通过采用上述结构来进行以下控制：在交流旋转电机的转速增大、且功率转换器输出的电压振幅达到第二限制值Vm的情况下，将施加到交流旋转电机上的电压振幅保持在第二限制值Vm，并且使施加到交流旋转电机上的电压相位相对于d轴仅变化tan-1(Vqm/Vd *)。
此外，例如在专利文献2所记载的现有交流旋转电机控制装置中，进行以下控制：根据d轴及q轴的电流指令值、d轴及q轴的电流检测值、频率运算值、电动机常数的设定值，对驱动永磁体电动机的功率转换器的输出电压指令值进行控制，在功率转换器的输出电压值被限制的情况下，利用q轴的电流指令值与q轴的电流检测值之间的偏差，生成控制基准轴与电动机磁通轴之间的偏差即相位误差的指令值。
通过采用上述结构来进行以下控制：在交流旋转电机的转速增大、且功率转换器输出的电压振幅达到上限值的情况下，q轴的电流指令值与q轴的电流检测值的偏差变大，通过基于该偏差来提供控制基准轴与电动机磁通轴之间的偏差即相位误差的指令，从而改变施加到交流旋转电机上的电压相位。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：日本专利特开平2－111281号公报
专利文献2：日本专利特开2007－252052号公报
发明内容
发明所要解决的问题
在专利文献1所记载的现有交流旋转电机控制装置中，根据d轴分量电压指令值Vd *与第二限制值Vm，按照Vqm=(Vm 2-Vd *2)1/2的关系来运算q轴电压限制值Vqm，因此存在以下问题：若Vd *接近于Vm，则导致电压相位急剧变化，所述d轴分量的偏差放大信号发生波动，其结果是d轴电流发生振荡。
此外，在专利文献1所记载的现有交流旋转电机控制装置中，利用第一限制电路将d轴分量电压指令值Vd *限制在第一限制值以下，并基于d轴分量电压指令值Vd *通过平方根运算来得出q轴电压限制值Vqm，然而，第一限制电路会将d轴分量电压指令值Vd *限制为以使得平方根内的值不是负值。其结果导致以下问题：q轴电压限制值Vqm的可运算范围是从零到第二限制值Vm的范围，不能使q轴电压限制值Vqm为负值，因而可操作的电压相位被限制在相对于d轴为0～180度的范围内。
此外，在专利文献2所记载的现有交流旋转电机控制装置中，在功率转换器的输出电压值被限制的情况下，利用q轴的电流指令值与q轴的电流检测值的偏差来生成控制基准轴与电动机磁通轴之间的偏差即相位误差的指令值，因此，虽然能解决在Vd *接近Vm时电压相位急剧变化、可操作的电压相位被限制在相对于d轴为0～180度的范围内的问题，但由于在功率转换器的输出电压值被限制的情况和不被限制的情况下，进行控制的切换，因此存在动作不连续且因切换而产生转矩波动的问题。
本发明是为解决上述问题点而完成的，其目的在于提供一种交流旋转电机控制装置，能够将电压已饱和的电压相位控制为所期望的相位，而不进行伴随着不连续动作的控制切换。
解决技术问题所采用的技术方案
本发明所涉及的交流旋转电机控制装置包括：电压指令运算单元，该电压指令运算单元对两个旋转轴上的电压指令进行运算；以及电压施加单元，该电压施加单元基于所述电压指令运算单元输出的两个旋转轴上的电压指令对交流旋转电机施加电压，所述电压指令运算单元运算所述两个旋转轴的第一轴上的电压指令及第二轴上的电压指令，并且使得所述第二轴上的电压指令的限制值与所述第一轴上的电压指令的平方成比例地减少。
发明的效果
根据本发明的交流旋转电机控制装置，由于使第二轴上的电压指令的限制值与第一轴上的电压指令的平方成比例地减少，因此，在电压施加单元发生电压饱和的情况下，电压施加单元输出的电压振幅固定，且能够使相对于第一轴的电压相位随着第一轴上的电压指令的大小变化而相应地进行线性变化。
其结果是，即使相对于第一轴的电压相位接近于第一轴的情况下，也能抑制电压相位的急剧变化，从而能够进行稳定的控制。
关于本发明的上述及其他目的、特征、效果，可以从以下实施方式中的详细说明及附图的记载来进一步明确。
附图说明
图1是表示本发明的实施方式1中交流旋转电机控制装置的整体结构的图。
图2是描绘本发明的实施方式1中第一轴上的电压指令与第二轴上的电压指令的限制值之间的关系的图。
图3是描绘本发明的实施方式1中以第一轴为基准的“第一轴上的电压指令”和“限制后的第二轴上的电压指令”的电压相位的图。
图4是表示本发明的实施方式2中交流旋转电机控制装置的电压指令运算单元的内部结构的图。
图5是描绘本发明的实施方式2中第一轴上的电压指令与第二轴上的电压指令的限制值之间的关系的图。
图6是表示本发明的实施方式3中交流旋转电机控制装置的结构的图。
图7是记载有本发明的实施方式3中上下限值运算器输出的上限值和下限值的表格。
图8是描绘本发明的实施方式3中在转速为正的情况下、第一轴上的电压指令与第二轴上的电压指令的限制值之间的关系的图。
图9是描绘本发明的实施方式3中在转速为零的情况下、第一轴上的电压指令与第二轴上的电压指令的限制值之间的关系的图。
图10是描绘本发明的实施方式3中在转速为负的情况下、第一轴上的电压指令与第二轴上的电压指令的限制值之间的关系的图。
图11是记载有本发明的实施方式3中上下限值运算器输出的上限值和下限值的表格。
图12是表示本发明的实施方式4中电动助力转向控制装置的整体结构的图。
具体实施方式
实施方式1.
图1是表示本发明的实施方式1中交流旋转电机控制装置的整体结构的图。在图1中，运算两个旋转轴上的电压指令的电压指令运算单元1基于第一轴上的电流指令和第二轴上的电流指令、及第一轴上的检测电流和第二轴上的检测电流，输出第一轴上的电压指令及第二轴上的电压指令。该第一轴和第二轴分别为与交流旋转电机的旋转同步地进行旋转的两个旋转轴的各轴。
电压施加单元2基于所述第一轴上的电压指令、第二轴上的电压指令以及交流旋转电机3的旋转位置，对交流旋转电机3施加三相电压，与此同时，对交流旋转电机3的三相电流进行坐标变换，并将其作为第一轴上的检测电流及第二轴上的检测电流进行输出。旋转位置检测器4检测出交流旋转电机3的旋转位置，并输出至所述电压施加单元2。
对电压指令运算单元1的内部结构进行说明。减法器5从第一轴上的电流指令减去第一轴上的检测电流，输出第一轴上的电流偏差。同样地，减法器6从第二轴上的电流指令减去第二轴上的检测电流，输出第二轴上的电流偏差。
偏差放大器7对所述第一轴上的电流偏差进行放大，并将其作为第一轴上的电压指令进行输出。该电流偏差的放大可以是比例运算、比例积分运算中的任意一种。同样地，偏差放大器8对所述第二轴上的电流偏差进行放大，并将其作为第二轴上的电压指令进行输出。该电流偏差的放大可以是比例运算、比例积分运算中的任意一种。
乘法器9对第一轴上的电压指令进行平方运算，并将该值输出至比例运算器10。比例运算器10将第一轴上的电压指令的平方运算值乘以K1倍，输出与所述第一轴上的电压指令的平方成比例的值。这里，K1为任意的正数。
常数设定器11输出预先设定好的任意的正数C1。减法器12从由常数设定器11得到的C1减去比例运算器10输出的与第一轴上的电压指令的平方成比例的值并输出。若将减法器12输出的值定义为L1，则L1为下式（1）。
L1=C1-K1×（第一轴上的电压指令的平方）···（1）
当减法器12的输出L1在规定值L1min以上时，下限值限制器13输出L1，当减法器12的输出L1小于规定值时，下限值限制器13输出规定值L1min，由此下限值限制器13将L1限制在L1min以上并输出L1。常数设定器14输出符号与预先设定好的任意的正数L2相反的值-L2。另外，将-L2的值设定为小于所述L1的下限值L1min的值。换言之，下限值限制器13将L1限制为-L2以上的任意的值，但该任意的值L1min可以是正值、零、-L2以上的负值中的任意一个。
本实施方式1中的下限值限制器13将L1min设为负值，并将L1限制在L1min以上来进行L1的输出。
限制器15将第二轴上的电压指令限制在上限值与下限值的范围内，在由偏差放大器8得到的第二轴上的电压指令大于由下限值限制器13得到的L1的情况下，输出L1，在由偏差放大器8得到的第二轴上的电压指令小于由常数设定器14得到的-L2的情况下，输出-L2，在除此以外的情况下，输出由偏差放大器8得到的第二轴上的电压指令。
由此，电压指令运算单元1将偏差放大器7的输出作为第一轴上的电压指令，将限制器15的输出作为第二轴上的电压指令，并输出至电压施加单元2。
通过这种结构，电压指令运算单元1在运算两个旋转轴的第一轴上的电压指令及第二轴上的电压指令的同时，使第二轴上的电压指令的限制值与第一轴上的电压指令的平方成比例地减少。
接着，对电压施加单元2的内部结构进行说明。坐标变换器16基于由旋转位置检测器4得到的旋转位置，对由电压指令运算单元1得到的第一轴上的电压指令和第二轴上的电压指令进行坐标变换，并将其作为三相交流电压指令即U相电压指令、V相电压指令、W相电压指令进行输出，与此同时，对三相交流检测电流即U相检测电流、V相检测电流、W相检测电流进行坐标变换，并将其作为第一轴上的检测电流及第二轴上的检测电流进行输出。将由直流电源18得到的直流电压转换为交流电压的功率转换器17基于所述U相电压指令、V相电压指令、W相电压指令，将U相电压、V相电压、W相电压施加到交流旋转电机3上。电流检测器19检测出交流旋转电机3的U相电流，并将其作为U相检测电流输出至坐标变换器16。同样地，电流检测器20检测出交流旋转电机3的V相电流，并将其作为V相检测电流输出至坐标变换器16，电流检测器21检测出交流旋转电机3的W相电流，并将其作为W相检测电流输出至坐标变换器16。
通过这种结构，电压施加单元2基于电压指令运算单元1输出的两个旋转轴上的电压指令，来对交流旋转电机3施加电压。
图2是描绘本发明的实施方式1中第一轴上的电压指令与第二轴上的电压指令的限制值之间的关系的图。
在图2中，实线描绘由电压指令运算单元1输出的第一轴上的电压指令与第二轴上的电压指令的限制值之间的关系。此外，用虚线来描绘的圆表示功率转换器17所能施加到交流旋转电机3上的电压的范围。功率转换器17能够以任意的相位对交流旋转电机3施加电压，但其振幅的最大值是取决于由直流电源18得到的直流电压的大小的有限值。图2的刻度将功率转换器17施加在交流旋转电机3上的电压振幅的最大值设为100％。此外，第二轴上的电压指令的上限值L1的值是在将式（1）中的C1设为“功率转换器17所能输出的电压振幅的最大值”、即100％振幅，且将K1设为0.5的情况下的值。
在图2中，当第一轴的电压指令为-100％时，第二轴上的电压指令的限制值的上限值L1为+50％，且下限值-L2为-100％，因此，第二轴上电压指令可取-100％～+50％的范围的值。
此外，当第一轴的电压指令为+150％时，第二轴上的电压指令的限制值的上限值L1为-12.5％，且下限值-L2为-100％，因此，第二轴上电压指令可取-100％～-12.5％的范围的值。
例如，当第一轴上的电压指令为-50％，且第二轴上的电压指令为+50％时，即由所述虚线描绘的圆的内部的标记□，第一轴上的电压指令与第二轴上的电压指令均使得施加在交流旋转电机3上的电压与所期望的值相一致。
此外，例如，当第一轴上的电压指令为-100％，且由偏差放大器8输出的第二轴上的电压指令为+100％的情况下，第二轴上的电压指令被限制器15限制为+50％。在这种情况下，第一轴上的电压指令与第二轴上的电压指令的矢量和的振幅超过100％，即变为由所述虚线描绘的圆的外部（标记○）。当第一轴上的电压指令及第二轴上的电压指令的矢量和存在于由虚线描绘的圆的外部时，功率转换器17施加在交流旋转电机3上的电压的相位与标记○的相位相同，且其振幅为100％，于是功率转换器17输出由虚线描绘的圆上标记为●的电压。
此外，在本实施方式1中，作为第二轴上的电压指令的限制值L1，不仅可以是正值，也允许设为负值。当第一轴上的电压指令为-173％，且由偏差放大器8输出的第二轴上的电压指令为+100％的情况下，第二轴上的电压指令被限制器15限制为-50％。在这种情况下，第一轴上的电压指令与第二轴上的电压指令的矢量和的振幅超过100％，即变为由所述虚线描绘的圆的外部（标记△）。
当第一轴上的电压指令及第二轴上的电压指令的矢量和存在于由虚线描绘的圆的外部时，功率转换器17施加在交流旋转电机3上的电压的相位与标记△的相位相同，且其振幅为100％，于是功率转换器17输出由虚线描绘的圆上标记为▲的电压。观察标记▲可知，在第二轴上的电压指令的限制值L1在为负的区域，功率转换器17施加在交流旋转电机3上的电压的相位相对于第一轴要大于180度。
由此，由于本实施方式1的电压指令运算单元1允许与第一轴上的电压指令的平方成比例地减少的第二轴上的电压指令的限制值L1为正值或负值，因此，即使被限制器15限制前的第二轴上的电压指令为正值，在图2的情况下，当第一轴上的电压指令的振幅大于141％时，也能使被限制器15限制后的第二轴上的电压指令成为负值，由此可获得能够相对于第一轴的电压相位大于180度的效果。
图3描绘了如下情况：在“第一轴上的电压指令”和“限制前的第二轴上的电压指令”的矢量和超过100％的情况下，即在功率转换器17发生电压饱和，电压振幅为100％，且仅电压相位会发生变化的情况下，对以第一轴为基准的“第一轴上的电压指令”和“限制后的第二轴上的电压指令”的电压相位。
图中，“第一轴上的电压指令”的符号为负，“限制前的第二轴上的电压指令”的符号为正。此外，（a）、（b）、（c）是根据下述条件描绘而得到的曲线。
（a）：将第二轴上的电压指令的上限限制为100％的情况
（b）：与专利文献1相仿，以下式来限制第二轴上的电压指令的上限的情况
“第二轴上的电压指令的上限”＝
（“电压振幅的最大值的平方”-“第一轴上的电压指令的平方”）1/2···（2）
（c）：利用本发明的限制器15来限制第二轴上的电压指令的上限的情况
观察图3可知，当第一轴上的电压指令在约-50～0%的范围内时，（a）、（b）、（c）均没有较大的差异。另一方面，在-150～-50%的范围内，（a）、（b）、（c）产生差异。
（a）是将第二轴上的电压指令的上限限制为100％而得到的曲线。第一轴上的电压指令在约-150～-50%的范围内时，相对于第一轴上的电压指令，电压相位的变化较小，即使第一轴上的电压指令发生变化，电压相位也几乎没有变化。此时，由于功率转换器17的电压饱和，电压振幅固定为100％，因此，若电压相位也几乎不发生变化，则电流控制的响应性会显著降低。此外，即使将第一轴上的电压指令的振幅增大到图示的范围之外，所能输出的电压相位也达不到180度。因此，相无法使对于第一轴的电压相位大于180度。
（b）是效仿专利文献1所得到的曲线。第一轴上的电压指令在约-100～-50%的范围内时，相对于第一轴上的电压指令，电压相位的变化变大，尤其是当第一轴上的电压指令位于-100～-90%附近时，只要第一轴上的电压指令发生微小的变化，电压相位也会急剧地变化。换言之，在将相对于第一轴的电压相位控制为150～180度时，只要第一轴上的电压指令发生微小的振动，则电压相位就会发生变化，因此电压相位容易出现波动或振荡。
此外，由于式（2）的运算利用了平方根，因此若“第一轴上的电压指令的平方”大于“电压振幅的最大值的平方”，则无法进行运算，因而，第一轴上的电压指令的大小必须在100％以下，其结果是，无法使相对于第一轴的电压相位大于180度。
（c）是利用本实施方式1所记载的限制器15对第二轴上的电压指令的上限进行限制而得到的曲线。这里，将式（1）中的C1设为“功率转换器17所能输出的电压振幅的最大值”，即100％振幅，且将K1设为0.5。
即使第一轴上的电压指令在-150～-50%的范围内，也与第一轴上的电压指令在-50～0%的范围内的情况一样，相对于第一轴上的电压指令，电压相位几乎没有改变。
由此，利用本实施方式1所记载的限制器15，在功率转换器17处于因电压饱和而使得电压振幅固定为100％的状态下，能够使电压相位随着第一轴上的电压指令的振幅变化而相应地进行线性变化。
此外，如上所述，由于下限值限制器13将L1min设为负值，并将L1限制为L1min以上并进行L1输出，因此，当第一轴上的电压指令的振幅超过141％时，如图2所示，限制器15的上限值也从正变为负。因此，只要第一轴上的电压指令在-141%以下，以使得第一轴上的电压指令的振幅超过141％，就能够使相对于第一轴的电压相位大于180度。即，由于电压指令运算单元1允许与第一轴上的电压指令的平方成比例地减少的第二轴上的电压指令的限制值为正值或负值，因此能够获得使相对于第一轴的电压相位大于180度的效果。
只要解除了相对于第一轴的电压相位的限制，也就解除了交流旋转电机3所能控制的电流范围的限制，从而直至更高的转速都能进行稳定的控制。
如上所述，在专利文献1所记载的现有交流旋转电机控制装置中，当功率转换器处于电压饱和的状态，且第一轴上的电压指令位于-100～-90%附近时，只要第一轴上的电压指令发生微小的变化，电压相位就会急剧变化，从而存在电压相位容易出现波动或振荡的问题。
另一方面，根据本实施方式1的交流旋转电机控制装置，由于第二轴上的电压指令的限制值与第一轴上的电压指令的平方成比例地减少，因此在电压施加单元2的功率转换器17发生电压饱和的情况下，功率转换器17输出的电压振幅固定，且能够使相对于第一轴的电压相位随着第一轴上的电压指令的大小变化而相应地进行线性变化。其结果具有以下效果：即使在相对于第一轴的电压相位为180度，即电压相位接近于第一轴上的情况下，也能进行稳定的控制。
此外，在专利文献1所记载的现有交流旋转电机控制装置中，由于第二轴上的电压指令的限制值的运算中利用了平方根，因此第一轴上的电压指令的大小必须在100％以下，其结果是存在无法使相对于第一轴的电压相位大于180度的问题。
另一方面，根据本实施方式1的交流旋转电机控制装置，作为与第一轴上的电压指令的平方成比例地减少的第二轴上的电压指令的限制值，由于允许其为正值或负值，因此，即使在功率转换器17处于因电压饱和而使得电压振幅固定为100％的状态下，也能够使受到限制器15限制的第二轴上的电压指令为负值，从而能够实现在超过0～180度的范围的宽范围内对相对于第一轴的电压相位进行操作的效果。
此外，在专利文献2所记载的现有交流旋转电机控制装置中，由于在功率转换器的输出电压值被限制的情况和不被限制的情况下，进行控制的切换，因此存在动作不连续、以及因切换而产生转矩波动的问题。
另一方面，根据本实施方式1的交流旋转电机控制装置，只是利用限制器15对第二轴上的电压指令的上限值和下限值进行操作，而不需要进行特殊的控制切换。因此，即使功率转换器17因电压饱和而使得电压振幅在100％附近，也可获得以下效果，即：不会因控制切换而产生转矩波动。
另外，在本实施方式1中，两个旋转轴上的第一轴与交流旋转电机3的转子磁通的相位方向相同，两个旋转轴上的第二轴与两个旋转轴上的第一轴的方向正交。具体而言，只要利用公知的方法在坐标变换器16中进行坐标变换，使得两个旋转轴上的第一轴与交流旋转电机3的转子磁通以相同的相位方向同步地进行旋转即可。当两个旋转轴上的第一轴与交流旋转电机3的转子磁通的相位方向相同时，根据第一轴上的电压指令的振幅，限制器15对由偏差放大器8输出的第二轴上的电压指令进行限制，而对偏差放大器7输出的第一轴上的电压指令不进行限制，因此，能够使得相位方向与转子磁通相同的电流偏差变为零。
在进行上述作用的情况下，虽然无法利用限制器15将方向与转子磁通正交的电流控制为所期望的值，但由于偏差放大器7的输出不受限制，因此能够将具有相位方向与转子磁通相同的电流控制为所期望的值。由此，通过使两个旋转轴上的第一轴的相位方向与交流旋转电机3的转子磁通相同，能够在抵消转子磁通的方向上将电流控制为所期望的值，从而能够降低感应电压。
由此可获得以下效果，即：能够使交流旋转电机3在转速更高的范围内进行动作。
实施方式2.
在两个旋转轴上的第一轴的相位方向与交流旋转电机的转子磁通相同，且两个旋转轴上的第二轴的方向与两个旋转轴上的第一轴正交的情况下，由限制器15进行限制前的第二轴上的电压指令的符号因交流旋转电机3的转速的符号不同而不同。
在所述实施方式1中，下限值限制器13将L1min设为负值，并将L1限制在L1min以上并进行L1的输出。此外，限制器15在第二轴上的电压指令大于由下限值限制器13得到的L1的情况下，输出L1，在由偏差放大器8得到的第二轴上的电压指令小于由常数设定器14得到的-L2的情况下，输出-L2，在除此以外的其他情况下，输出由偏差放大器8得到的第二轴上的电压指令。
在采用这种结构的情况下，对于交流旋转电机3的不同转速符号，即使交流旋转电机的转速较高，也不会进行第二轴上的电压指令与第一轴上的电压指令的平方成比例地减少的动作，交流旋转电机的转速和输出转矩的特性会因转速符号的不同而不同。
这里，在本实施方式2中，具备电压指令运算单元，以使得交流旋转电机的转速与输出转矩的特性不会依赖于交流旋转电机的转速的符号。
图4是表示本发明的实施方式2中的交流旋转电机控制装置的电压指令运算单元1a的图，标注有与实施方式1相同的符号的部分是与其相同或相当的部分。
下限值限制器13a在减法器12的输出L1为规定值L1min以上的情况下，输出L1，在小于规定值的情况下，输出规定值L1min，对于将L1限制在L1min以上来进行L1的输出这一点，与上述实施方式1的下限值限制器相同，但不同点在于将L1min设为零，从而将L1限制在零以上。符号反相器30将由下限值限制器13a得到的L1的符号反转，从而输出-L1。
限制器15a将第二轴上的电压指令限制在上限值与下限值的范围内，在由偏差放大器8得到的第二轴上的电压指令大于由下限值限制器13a得到的L1的情况下，输出L1，在由偏差放大器8得到的第二轴上的电压指令小于由符号反相器30得到的-L1的情况下，输出-L1，在除此以外的情况下，输出由偏差放大器8得到的第二轴上的电压指令。
由此，电压指令运算单元1a将偏差放大器7的输出作为第一轴上的电压指令，将限制器15a的输出作为第二轴上的电压指令，并输出至电压施加单元2。
图5是描绘本发明的实施方式2中第一轴上的电压指令与第二轴上的电压指令的限制值之间的关系的图。
在图5中，实线是描绘由电压指令运算单元1a输出的第一轴上的电压指令与第二轴上的电压指令的限制值之间的关系而得到的曲线。此外，用虚线来描绘的圆表示功率转换器17所能施加到交流旋转电机3上的电压的范围。
图5的刻度与图2相同，将功率转换器17施加在交流旋转电机3上的电压振幅的最大值设为100％。
在所述实施方式1中，在限制前的第二轴上的电压指令大于L1的情况下，第二轴上的电压指令的限制值L1与第一轴上的电压指令的平方成比例地减少，而在限制前的第二轴上的电压指令小于-L2的情况下，第二轴上的电压指令的限制值L2为固定值，因此，限制后的第二轴上的电压指令不会与第一轴上的电压指令的平方成比例地减少。另一方面，在本实施方式2中，在限制前的第二轴上的电压指令大于L1的情况下，第二轴上的电压指令的限制值L1与第一轴上的电压指令的平方成比例地减少，因此，限制后的第二轴上的电压指令也与第一轴上的电压指令的平方成比例地减少，除此之外，即使在限制前的第二轴上的电压指令小于-L1的情况下，限制后的第二轴上的电压指令的振幅也与第一轴上的电压指令的平方成比例地减少。
在本实施方式2中，将电压指令运算单元1a构成为：作为与第一轴上的电压指令的平方成比例地减少的第二轴上的电压指令的限制值L1，仅允许其为正值，因此，当功率转换器17处于因电压饱和而使得电压振幅固定为100％的状态时，无法在超过0～180度范围的范围内对相对于第一轴的电压相位进行操作，但不论第二轴上的电压指令是何种符号，在功率转换器17处于因电压饱和而使得电压振幅固定为100％的状态下，限制后的第二轴上的电压指令的振幅都能够与第一轴上的电压指令的平方成比例地减少。其结果是，在功率转换器17发生电压饱和的情况下，功率转换器17输出的电压振幅保持固定，且随着第一轴上的电压指令的大小的变化，相对于第一轴的电压相位能够相应地进行线性变化，因此可获得以下效果，即：即使在相对于第一轴的电压相位为180度，即电压相位接近于第一轴上的情况下，也能进行稳定的控制。
因此，与交流旋转电机3的转速的符号无关，在交流旋转电机的转速较高、且功率转换器17发生电压饱和的情况下，由于进行使第二轴上的电压指令的振幅与第一轴上的电压指令的平方成比例地减少的动作，因此可获得以下效果，即：交流旋转电机的转速与输出转矩的特性不依赖于转速的符号。
实施方式3.
在实施方式2所记载的电压指令运算单元1a中，无论第二轴上的电压指令是何种符号，当功率转换器17处于因电压饱和而使得电压振幅固定为100％的状态时，能够使限制后的第二轴上的电压指令的振幅与第一轴上的电压指令的平方成比例地减少，但无法在超过0～180度范围的范围内对相对于第一轴的电压相位进行操作。
这里，在实施方式3中，对以下交流旋转电机控制装置进行说明，即：在确保交流旋转电机的转速和输出转矩的特性不依赖于交流旋转电机的转速符号的同时，当功率转换器17发生电压饱和时，能够在超过0～180度范围的范围内对相对于第一轴的电压相位进行操作。
图6是表示本发明的实施方式3中的交流旋转电机控制装置的结构的图，标注有与上述实施方式相同的符号的部分，是与其相同或相当的部分。
对两个旋转轴上的电压指令进行运算的电压指令运算单元1b基于第一轴上的电流指令和第二轴上的电流指令、第一轴上的检测电流和第二轴上的检测电流、以及由旋转位置检测器4得到的交流旋转电机3的旋转位置，输出第一轴上的电压指令及第二轴上的电压指令。电压指令运算单元1b内部的常数设定器40输出预先设定好的任意的正数L2。
上下限值运算器41基于由下限值限制器13得到的L1、由常数设定器40得到L2、以及由转速运算器42得到的转速，将上限值及下限值输出至限制器15b。转速运算器42基于由旋转位置检测器4得到的旋转位置的变化率运算出转速并输出。限制器15b将第二轴上的电压指令限制在上限值与下限值的范围内，在由偏差放大器8得到的第二轴上的电压指令大于由上下限值运算器41得到的上限值的情况下，输出上限值，在由偏差放大器8得到的第二轴上的电压指令小于由上下限值运算器41得到的下限值的情况下，输出下限值，在除此以外的情况下，输出由偏差放大器8得到的第二轴上的电压指令。
图7是记载有上下限值运算器41输出的上限值和下限值的表格。
观察图7可知，在转速为正的情况下，上下限值运算器41输出的上限值和下限值分别为L1、-L2。在这种情况下，由限制器15b控制的第一轴上的电压指令与第二轴上的电压指令的限制值之间的关系如图8所示。
观察图8可知，在转速为正的情况下，限制器15b与实施方式1进行同样的动作。在本实施方式3中，与上述实施方式1相同，两个旋转轴上的第一轴的相位方向与交流旋转电机3的转子磁通相同，两个旋转轴上的第二轴的方向与两个旋转轴上的第一轴正交。在这种结构中，在转速的符号为正且为高转速的情况下，偏差放大器8输出的第二轴上的电压指令沿正方向增大。
在功率转换器17发生电压饱和的情况下，由于限制器15b将第二轴上的电压指令设为使第二轴上的电压指令的上限值与第一轴上的电压指令的平方成比例地减少，因此，功率转换器17输出的电压振幅保持固定，且随着第一轴上的电压指令的大小变化，能够使相对于第一轴的电压相位相应地进行线性变化。其结果是，即使在相对于第一轴的电压相位为180度，即电压相位接近于第一轴上的情况下，也能进行稳定的控制。
并且，下限值限制器13将L1min设为负值，并将L1限制在L1min以上并进行L1的输出，因此当功率转换器17发生电压饱和时，可以将由限制器15b限制后的第二轴上的电压指令设为负值，这样即使在功率转换器17处于因电压饱和而使得电压振幅固定为100％的状态时，也能够在超过0～180度范围的范围内对相对于第一轴的电压相位进行操作。
此外，如图7所述，在转速为零的情况下，上下限值运算器41输出的上限值和下限值分别为L2、-L2。在这种情况下，由限制器15b控制的第一轴上的电压指令与第二轴上的电压指令的限制值之间的关系如图9所示。
功率转换器17的电压饱和发生在交流旋转电机3的转速较大的情况下，因此，在转速为零的情况下电压不会发生饱和，所以也不需要使第二轴上的电压指令的限制值与第一轴上的电压指令的平方成比例地减少。
此外，观察图7可，在转速为负的情况下，上下限值运算器41输出的上限值和下限值分别为L2、-L1。在这种情况下，由限制器15b控制的第一轴上的电压指令与第二轴上的电压指令的限制值之间的关系如图10所示。
在转速的符号为负且为高转速的情况下，偏差放大器8输出的第二轴上的电压指令的符号为负，且振幅变大。在功率转换器17发生电压饱和的情况下，由于限制器15b将第二轴上的电压指令设为使第二轴上的电压指令的下限值与第一轴上的电压指令的平方成比例地减少，因此，功率转换器17输出的电压振幅保持固定，且随着第一轴上的电压指令的大小的变化，能够使相对于第一轴的电压相位相应地进行线性变化。其结果是，即使在相对于第一轴的电压相位为-180度，即电压相位接近于第一轴上的情况下，也能进行稳定的控制。
并且，下限值限制器13将L1min设为负值，并将L1限制在L1min以上并进行L1的输出，与此同时，当转速为负时，上下限值运算器41输出的下限值为-L1，因此当功率转换器17发生电压饱和时，也可以将由限制器15b限制的第二轴上的电压指令设为正值，这样即使在功率转换器17处于因电压饱和而使得电压振幅固定为100％的状态时，也能够在超过0～-180度范围的范围内对相对于第一轴的电压相位进行操作。
如上所述，本实施方式3的交流旋转电机控制装置中的电压指令运算单元1b根据旋转方向将第二轴上的电压指令的上限值或第二轴上的电压指令的下限值中的任一个设为与第一轴上的电压指令的平方成比例地减少的第二轴上的电压指令的限制值，因此，可在确保交流旋转电机的转速与输出转矩的特性不依赖于交流旋转电机的转速符号的同时，使得当功率转换器17发生电压饱和时在超过0～180度、或0～-180度范围的范围内也能够对相对于第一轴的电压相位进行操作。
此外，根据本实施方式3的交流旋转电机控制装置，由于第二轴上的电压指令的限制值与第一轴上的电压指令的平方成比例地减少，因此，当功率转换器17发生电压饱和时，功率转换器17输出的电压振幅固定，且能够使相对于第一轴的电压相位随着第一轴上的电压指令的大小的变化而相应地进行线性变化。其结果是具有以下效果：即使在相对于第一轴的电压相位为180度，即电压相位接近于第一轴上的情况下，也能进行稳定的控制。
此外，由于两个旋转轴上的第一轴的相位方向与交流旋转电机3的转子磁通相同，根据第一轴上的电压指令的振幅，限制器15对由偏差放大器8输出的第二轴上的电压指令进行限制，而对偏差放大器7输出的第一轴上的电压指令不进行限制，因此，能够使相位方向与转子磁通相同的电流偏差变为零。虽然无法利用限制器15将与转子磁通正交的方向上的电流控制为所期望的值，但由于偏差放大器7的输出不受限制，因此能够将相位方向与转子磁通相同的电流控制为所期望的值。由此，通过使两个旋转轴上的第一轴的相位方向与交流旋转电机3的转子磁通相同，能够在抵消转子磁通的方向上将电流控制为所期望的值，从而能够减小感应电压。由此可获得以下效果，即：无论交流旋转电机3的转速为何种符号，均能使交流旋转电机3在转速更高的范围内进行动作。
另外，如上所述，功率转换器17的电压饱和发生在交流旋转电机3的转速较大的情况下。换言之，当转速在规定值A1以下时电压不会发生饱和，因此，当转速在规定值A1以下时，不需要使第二轴上的电压指令的限制值与第一轴上的电压指令的平方成比例地减少。由此，上下限值运算器41输出的上限值和下限值当然也可以使用图11所记载的表格，来取代图7记载的表格。
实施方式4.
在所述实施方式1～3中对交流旋转电机控制装置进行了说明，但也可利用该交流旋转电机控制装置产生对转向力矩进行辅助的转矩，从而构成电动助力转向控制装置。
在具备交流旋转电机控制装置的电动助力转向装置中，驾驶员转动方向盘时方向盘转速的上限取决于交流旋转电机的转速的上限。该方向盘转速的上限越高，则紧急回避转向性能就越好，本发明能够提供具有这样优异的追踪性的电动助力转向装置。
图12是表示实施方式4中的电动助力转向控制装置的结构的图，标注有与上述实施方式相同的符号的部分是与其相同或相当的部分。驾驶员通过向左右转动方向盘50来进行前轮51的转向。
转矩检测单元52检测出转向***的转向力矩，并将检测到的转矩输出至电流指令运算单元53。电流指令运算单元53基于该检测到的转矩和由转速运算器42得到的转速，对第一轴上的电流指令及第二轴上的电流指令进行运算并输出，以使得交流旋转电机3产生对转向***的转向力矩进行辅助的转矩。
在本实施方式4中，也使两个旋转轴上的第一轴的相位方向与交流旋转电机3的转子磁通相同，并使两个旋转轴上的第二轴的方向与两个旋转轴上的第一轴正交。在由转速运算器42得到的转速的大小变大时，电流指令运算单元53向抵消转子磁通的方向输出第一轴上的电流指令，以使得交流旋转电机3能在转速更高的范围内动作，从而能够得到紧急回避转向性能优异且追踪性良好的电动助力转向装置。
工业上的实用性
本发明是适用于安装在车辆上的例如电动助力转向装置的交流旋转电机控制装置。
标号说明
1电压指令运算单元、2电压施加单元、3交流旋转电机、4旋转位置检测器、5减法器、6减法器、7偏差放大器、8偏差放大器、9乘法器、10比例运算器、11常数设定器、12减法器、13下限值限制器、14常数设定器、15限制器、16坐标变换器、17功率转换器、18直流电源、19电流检测器、20电流检测器、21电流检测器。

Claims (6)

1.一种交流旋转电机控制装置，其特征在于，
包括：电压指令运算单元，该电压指令运算单元对两个旋转轴上的电压指令进行运算；以及电压施加单元，该电压施加单元基于所述电压指令运算单元输出的两个旋转轴上的电压指令来对交流旋转电机施加电压，
所述电压指令运算单元在对所述两个旋转轴上的第一轴上的电压指令及第二轴上的电压指令进行运算的同时，还使所述第二轴上的电压指令的限制值与所述第一轴上的电压指令的平方成比例地减少。
2.如权利要求1所述的交流旋转电机控制装置，其特征在于，
所述电压指令运算单元根据旋转方向，使所述第二轴上的电压指令的上限值、或所述第二轴上的电压指令的下限值中的任一个成为与所述第一轴上的电压指令的平方成比例地减少的所述第二轴上的电压指令的限制值。
3.如权利要求1或2所述的交流旋转电机控制装置，其特征在于，
所述电压指令运算单元允许与所述第一轴上的电压指令的平方成比例地减少的所述第二轴上的电压指令的限制值为正值或负值。
4.如权利要求1或2所述的交流旋转电机控制装置，其特征在于，
所述两个旋转轴上的第一轴的相位方向与所述交流旋转电机的转子磁通相同，所述两个旋转轴上的第二轴的方向与所述两个旋转轴上的第一轴正交。
5.如权利要求3所述的交流旋转电机控制装置，其特征在于，
所述两个旋转轴上的第一轴的相位方向与所述交流旋转电机的转子磁通相同，所述两个旋转轴上的第二轴的方向与所述两个旋转轴上的第一轴正交。
6.一种电动助力转向装置，其特征在于，
具备如权利要求1至5的任一项所述的交流旋转电机控制装置。
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