CN109104134A - 交流旋转电机的控制装置 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种交流旋转电机的控制装置，能够提高转矩指令的校正值的变化相对于转速和转矩的变化变大的非线性较高的区域的转矩指令的校正值的设定精度，并且能够抑制校正值设定映射的数据量的增加。校正值设定映射进行转矩轴不等间隔设定和转轴不等间隔设定中的一方或双方，所述转矩轴不等间隔设定是指在各个转速下将转矩指令的映射轴的刻度设定为不等间隔，转轴不等间隔设定是指将转速的映射轴的刻度设定为不等间隔。

Description

交流旋转电机的控制装置
技术领域
本发明涉及通过逆变器来控制交流旋转电机的交流旋转电机的控制装置。
背景技术
关于上述这种交流旋转电机的控制装置，例如，已知有下述专利文献1所记载的技术。在专利文献1的技术中，构成为对转矩指令进行校正，以补偿交流旋转电机的输出转矩相对于转矩指令的偏差。在专利文献1的技术中，使用将转速和转矩指令作为映射轴的校正值设定映射来计算出转矩指令的校正值。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：日本专利特开2007－274781号公报
发明内容
发明所要解决的技术问题
但是，根据转速和转矩等运行条件，影响转矩输出特性的电感、铁损电阻等会发生变化。并且，根据运行条件，控制动作会发生变化。因此，根据转速和转矩的不同区域，相对于转速和转矩的变化，转矩指令的校正值的变化变大的非线性变高。因此，在非线性变高的转速和转矩的区域中，需要将映射轴的刻度设置得较细，提高转矩指令的校正值的设定精度。另一方面，若在所有区域中将映射轴的刻度设置得较细，则存在校正值设定映射的数据量增加的问题。
然而，在专利文献1的技术中，如专利文献1的图5所示的那样，将转速的映射轴的刻度设为均等，并将各个转速下转矩指令的映射轴的刻度设为均等。因此，在专利文献1的技术中，非线性较高的一部分区域没有将映射轴的刻度设定得较细，从而无法提高转矩指令的校正值的设定精度，或者是在所有区域中将映射轴的刻度设定得较细，从而存在数据量增加的问题。
因此，希望获得一种交流旋转电机的控制装置，能够提高转矩指令的校正值的变化相对于转速和转矩的变化变大的非线性较高的转速和转矩的区域中的转矩指令的校正值的设定精度，并且能够抑制校正值设定映射的数据量的增加。
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的控制装置通过逆变器控制交流旋转电机，包括：
转矩指令设定部，该转矩指令设定部设定转矩指令；
转矩指令校正部，该转矩指令校正部基于所述转矩指令和所述交流旋转电机的转速计算转矩指令校正值，并计算出利用所述转矩指令校正值校正所述转矩指令后得到的校正后的转矩指令；以及
逆变器控制部，该逆变器控制部基于所述校正后的转矩指令，对所述逆变器具有的多个开关元件进行导通截止控制，
所述转矩指令校正部将所述转矩指令和所述转速设为映射轴，并参照将所述转矩指令校正值设为映射设定数据的校正值设定映射，计算出与当前的所述转矩指令和所述转速相对应的所述转矩指令校正值，
所述校正值设定映射进行转矩轴不等间隔设定和转轴不等间隔设定中的一方或双方，所述转矩轴不等间隔设定是指在各个所述转速下将所述转矩指令的映射轴的刻度设定为不等间隔，所述转轴不等间隔设定是指将所述转速的映射轴的刻度设定为不等间隔。
发明效果
根据本发明所涉及的交流旋转电机的控制装置，在转矩指令校正值的变化相对于转速和转矩的变化变大的转速和转矩的区域中，将映射轴的刻度设定得比除此以外的区域要细，从而能够提高转矩指令校正值的设定精度，高精度地对输出转矩相对于转矩指令的偏差进行补偿。在变化变小的除此以外的区域中，可将映射轴的刻度设定得较粗，从而能够抑制校正值设定映射的数据量的增加。
附图说明
图1是本发明的实施方式1所涉及交流旋转电机及交流旋转电机的控制装置的简要结构图。
图2是本发明的实施方式1所涉及的交流旋转电机的控制装置的硬件结构图。
图3是本发明的实施方式1所涉及的逆变器控制部的框图。
图4是对本发明的实施方式1所涉及的控制方法的选择处理进行说明的说明图。
图5是说明本发明的实施方式1所涉及的基于最大转矩电流控制及电压限制控制来设定dq轴电流指令值的说明图。
图6是说明本发明的实施方式1所涉及的PWM信号的生成处理的时序图。
图7是本发明的实施方式1所涉及的校正值设定映射的说明图。
图8是本发明的实施方式1所涉及的校正值设定映射的设定数据的说明图。
图9是本发明的实施方式1所涉及的过调制区域的说明图。
图10是说明本发明的实施方式1所涉及的过调制区域中PWM信号的生成处理的时序图。
图11是本发明的实施方式1所涉及的转矩校正值计算部的框图。
图12是对本发明的实施方式1所涉及的最大转矩的设定处理进行说明的说明图。
图13是本发明的实施方式1所涉及的将转矩指令比设为映射轴的校正值设定映射的说明图。
图14是本发明的实施方式1所涉及的将转矩指令比设为映射轴的校正值设定映射的设定数据的说明图。
图15是表示本发明的实施方式2所涉及的转矩校正值计算部的处理的流程图。
图16是表示本发明的实施方式3所涉及的转矩校正值计算部的处理的流程图。
图17是表示本发明的实施方式4所涉及的转矩校正值计算部的处理的流程图。
图18是本发明的实施方式5所涉及的逆变器控制部的框图。
具体实施方式
1.实施方式1
参照附图说明实施方式1所涉及的交流旋转电机2的控制装置1(以下，简称为控制装置1)。图1是本实施方式所涉及的控制装置1及交流旋转电机2的简要结构图。
交流旋转电机2包括固定于非旋转构件的定子、以及配置于该定子的径向内侧且以能够相对于非旋转构件旋转的方式被支承的转子。本实施方式中，交流旋转电机2为永磁体同步旋转电机，在定子中卷绕有三相的绕组Cu、Cv、Cw，在转子中设有永磁体。交流旋转电机2经由进行直流交流变换的逆变器10与直流电源4电连接。交流旋转电机2至少具有接受来自直流电源4的供电并产生动力的电动机的功能。另外，除了电动机的功能之外，交流旋转电机2还可以具有发电机的功能。
逆变器10是在直流电源4与交流旋转电机2之间进行功率转换的直流交流变换装置。逆变器10构成为桥接电路，与三相各相(U相、V相、W相)的绕组相对应地设置有三组串联连接在正极电线与负极电线间的两个开关元件，其中，正极电线与直流电源4的正极相连接，负极电线与直流电源4的负极相连接。串联连接正极侧的开关元件和负极侧的开关元件的连接点连接至相对应的相的绕组。开关元件使用续流二极管反向并联连接而成的IGBT(Insulated Gate Bipolar Transistor：绝缘栅双极型晶体管)、MOSFET(金属氧化物半导体场效应晶体管)等。
如图3所示，逆变器10具备用于检测流过各绕组的电流的电流传感器11。电流传感器11设置在将开关元件的串联电路与绕组相连的各相的电线上。逆变器10具备检测从直流电源4提供给逆变器10的直流电源电压Vdc的电源电压传感器13。电源电压传感器13设置在正极电线与负极电线之间。
控制装置1是通过控制逆变器10来进行交流旋转电机2的控制的控制装置。如图1所示，控制装置1具备转矩指令设定部103、转矩指令校正部104、逆变器控制部102等功能部。控制装置1所具备的各功能部102～104等由控制装置1所具备的处理电路来实现。具体而言，控制装置1如图2所示，具备下述部分来作为处理电路，即：CPU(Central ProcessingUnit：中央处理器)等运算处理装置90(计算机)、与运算处理装置90间进行数据的交换的存储装置91、向运算处理装置90输入外部信号的输入电路92、从运算处理装置90向外部输出信号的输出电路93、以及用于运算处理装置90与外部装置进行数据通信的通信电路94等。
作为运算处理装置90，可以设置ASIC(Application Specific IntegratedCircuit：专用集成电路)、IC(Integrated Circuit：集成电路)、DSP(Digital SignalProcessor：数字信号处理器)、FPGA(Field Programmable Gate Array：现场可编程门阵列)、各种逻辑电路、以及各种信号处理电路等。此外，作为运算处理装置90，也可以设置多个相同种类的装置或不同种类的装置来分担执行各处理。作为存储装置91，可以设置构成为能从运算处理装置90读取并写入数据的RAM(Random Access Memory：随机存取存储器)、构成为能从运算处理装置90读取数据的ROM(Read Only Memory：只读存储器)等。输入电路92与各种传感器和开关相连接，具备将这些传感器和开关的输出信号输入到运算处理装置90的A/D转换器等。输出电路93与开关元件等电负载相连接，具备将控制信号从运算处理装置90输出到这些电负载的驱动电路等。本实施方式中，电流传感器11、转速传感器12、以及电源电压传感器13等被连接至输入电路92。逆变器10(开关元件或开关元件的栅极驱动电路)等被连接至输出电路93。综合控制装置等外部的控制装置95经由通信线路连接至通信电路94，基于各种通信协议进行有线通信。
于是，控制装置1所具备的各功能部102～104等的各功能通过运算处理装置90执行ROM等存储装置91所存储的软件(程序)，并与存储装置91、输入电路92、以及输出电路93等控制装置1的其他硬件进行协作来实现。另外，各功能部102～104等所使用的映射、判定值等设定数据作为软件(程序)的一部分存储于ROM等存储装置91。以下，对控制装置1的各功能进行详细说明。
<逆变器控制部102>
如图3的框图所示，逆变器控制部102基于从后述的转矩指令校正部104传输来的校正后的转矩指令Tmf，来对逆变器10所具有的多个开关元件进行导通截止控制。本实施方式中，逆变器控制部102构成为进行使用了矢量控制法的电流反馈控制。逆变器控制部102基于校正后的转矩指令Tmf，计算流过交流旋转电机2的绕组的电流指令，为了使实际电流接近电流指令而计算施加于交流旋转电机2的绕组的电压指令，基于电压指令对多个开关元件进行PWM(Pulse Width Modulation：脉宽调制)控制，由此来进行导通截止控制。为此，逆变器控制部102包括dq轴电流指令计算部40、电流反馈控制部41、电压坐标变换部42、PWM信号生成部43、电流坐标变换部44、转速检测部45、以及电源电压检测部46。
转速检测部45检测交流旋转电机2的转速ω。转速检测部45基于设置于转子的转轴的转速传感器12的输出信号，检测出转子的电气角θ(磁极位置θ)、及作为转速ω的电气角速度。电源电压检测部46基于电源电压传感器13的输出信号，检测直流电源电压Vdc。
由转矩指令校正部104计算出的校正后的转矩指令Tmf被输入到dq轴电流指令计算部40。dq轴电流指令计算部40为了使校正后的转矩指令Tmf的转矩输出到交流旋转电机2，计算出在dq轴旋转坐标系中表示流过三相绕组Cu、Cv、Cw的电流的d轴电流指令值Idr0及q轴电流指令值Iqr0。
dq轴旋转坐标是由设置于转子的永磁体的N极的朝向(磁极位置)所规定的d轴、以及电气角比d轴提前90°(π/2)的方向所规定的q轴构成，且与转子在电气角θ下的旋转同步进行旋转的二轴的旋转坐标。
本实施方式中，dq轴电流指令计算部40根据交流旋转电机2的运行条件，从电流矢量控制法的多个控制方法中选择一个控制方法，根据所选择的控制方法来运算dq轴电流指令值Idr0、Iqr0。本实施方式中，dq轴电流指令计算部40构成为：参照图4所示那样的预先设定有交流旋转电机2的转速ω及转矩与选择的控制方法的关系的控制方法选择映射，来选择对应于当前的交流旋转电机2的转速ω、校正后的转矩指令Tmf的一个选择方法。dq轴电流指令计算部40根据转速ω和转矩指令的动作点来切换执行最大转矩电流控制和电压限制控制。
最大转矩电流控制是计算出相对于同一电流产生最大转矩的dq轴电流指令值Idr0、Iqr0的控制方法。电压限制控制是将交流旋转电机2的绕组所产生的感应电压保持在电压限制值的控制方法。如图5所示，在转矩指令较小的区域中，选择最大转矩电流控制，在相对于同一电流产生最大转矩的最大转矩电流曲线上，随着转矩指令增加，d轴电流指令值Idr0向负方向增加，q轴电流指令值Iqr0向正方向增加。接着，若由于转矩指令的增加，交流旋转电机2的感应电压达到电压限制值，则选择电压限制控制，随着转矩指令增加，在对应于电压限制值的恒感应电压椭圆上，d轴电流指令值Idr0向负方向增加，q轴电流指令值Iqr0向正方向或负方向增加。电压限制值被设定为直流电源电压Vdc以下的值。例如，电压限制值被设定为直流电源电压Vdc与预先设定为1以下的值的系数相乘后得到的值。或者，电压限制值也可以设定为交流旋转电机2的元器件不会发生故障的上限电压。
dq轴电流指令计算部40构成为参照预先设定有转矩指令与dq轴电流指令值Idr0、Iqr0的关系的转矩电流变换映射，计算与校正后的转矩指令Tmf相对应的dq轴电流指令值Idr0、Iqr0。转矩电流变换映射按控制方式来设置。也可以使用近似式来取代转矩电流变换映射。
电流坐标变换部44基于电流传感器11的输出信号，检测从逆变器10流向交流旋转电机2的各相的绕组Cu、Cv、Cw的三相电流Iu、Iv、Iw。电流坐标变换部44基于磁极位置θ对流过各相的绕组的三相电流Iu、Iv、Iw进行三相二相变换及旋转坐标变换，变换成由dq轴旋转坐标系表示的d轴电流Id及q轴电流Iq。
电流反馈控制部41为了使dq轴电流Id、Iq接近于dq轴电流指令值Idr0、Iqr0而进行电流反馈控制，即：通过PI控制等使在dq轴旋转坐标系中表示施加于交流旋转电机2的电压的指令信号的d轴电压指令值Vd及q轴电压指令值Vq变化。另外，也可以进行用于实现d轴电流与q轴电流无干扰等的前馈控制。
然后，电压坐标变换部42基于磁极位置θ对dq轴电压指令值Vd、Vq进行固定坐标变换及二相三相变换，从而变换成提供给三相的各相绕组的交流电压指令值即三相交流电压指令值Vu、Vv、Vw。
如图6中示出的1相那样，PWM信号生成部43将三相交流电压指令值Vu、Vv、Vw分别与具有直流电源电压Vdc的振幅且以载波频率振动的载波(三角波)进行比较，在交流电压指令值超过载波时，使矩形脉冲波导通，在交流电压指令值低于载波时，使矩形脉冲波截止。PWM信号生成部43将三相各相的矩形脉冲波作为三相各相的逆变器控制信号Su、Sv、Sw输出到逆变器10，使逆变器10的各开关元件导通截止。
<转矩指令设定部103>
转矩指令设定部103设定转矩指令Tm。本实施方式中，构成为基于从外部的控制装置95输出来的转矩指令，来设定转矩指令Tm。另外，转矩指令设定部103可以通过转速反馈控制来设定转矩指令Tm，也可以将振动分量叠加于转矩指令Tm。
<转矩指令校正部104>
如图1所示，转矩指令校正部104具备基于转矩指令Tm和交流旋转电机的转速ω计算转矩指令校正值dTm的转矩校正值计算部104a、以及计算出利用转矩指令校正值dTm校正转矩指令后得到的校正后的转矩指令Tmf的校正后转矩计算部104b。校正后转矩计算部104b将转矩指令Tm与转矩指令校正值dTm相加，从而计算出校正后的转矩指令Tmf(Tmf＝Tm+dTm)。
本实施方式中，转矩指令校正部104为了避免转矩指令无意中变大或突变而设置有转矩指令限制处理部104c，对校正后转矩计算部104b计算出的校正后的转矩指令Tmf施加限制。为了便于说明，将限制后的转矩指令也称为校正后的转矩指令Tmf。
根据转速ω和转矩等运行条件，影响转矩输出特性的电感、铁损电阻等会发生变化。并且，根据运行条件，控制动作会发生变化。因此，即使基于转矩指令来设定dq轴电流指令值Idr0、Iqr0，由此来控制交流旋转电机2，交流旋转电机2的输出转矩有时也会偏离转矩指令。根据上述的转矩指令校正部104，基于转矩指令Tm及交流旋转电机的转速ω计算转矩指令校正值dTm，对转矩指令Tm进行校正，由此能够对因转速ω及转矩的运行条件而产生的输出转矩相对于转矩指令Tm的偏差进行补偿。
转矩校正值计算部104a构成为参照将转矩指令Tm及转速ω设为映射轴、将转矩指令校正值dTm设为映射设定数据的校正值设定映射，从而计算出与当前的转矩指令Tm及转速ω相对应的转矩指令校正值dTm。
根据转速ω及转矩的不同区域，相对于转速ω及转矩的变化，转矩指令校正值dTm的变化变大的非线性变高，从而希望将映射轴的刻度设定得较细。因此，如图7所示，校正值设定映射中进行转矩轴不等间隔设定、以及转轴不等间隔设定的一方或双方(本例中为双方)，转矩轴不等间隔设定是指在各个转速ω下将转矩指令的映射轴的刻度设定为不等间隔，转轴不等间隔设定是指将转速ω的映射轴的刻度设定为不等间隔。
根据该结构，在转矩指令校正值dTm的变化相对于转速ω及转矩的变化变大的转速ω和转矩的区域中，将映射轴的刻度设定得比除此以外的区域要细，从而能够提高转矩指令校正值dTm的设定精度，能高精度地对输出转矩相对于转矩指令Tm的偏差进行补偿。在变化变小的除此以外的区域中，可将映射轴的刻度设定得较粗，从而能够抑制校正值设定映射的数据量的增加。
另外，在图7中，转矩指令Tm的映射轴、转速ω的映射轴由虚线来表示，在转矩指令Tm的映射轴与转速ω的映射轴相交的坐标处分别设定作为映射设定数据的转矩指令校正值dTm。转矩指令校正值dTm的设定值基于理论计算、实验结果等预先设定，校正值设定映射存储在ROM等存储装置91中。如图8所示，设定有与转矩指令Tm及转速ω的映射轴的坐标值相对应的转矩指令校正值dTm。
转矩校正值计算部104a读取与当前的转矩指令Tm及转速ω最接近的四个映射轴的坐标值的转矩指令校正值dTm，基于当前的坐标值对四个坐标值的转矩指令校正值dTm进行线性插补，由此计算出与当前的转矩指令Tm及转速ω相对应的转矩指令校正值dTm。
<过调制区域的映射轴的细分化>
如图9所示，在转速ω及转矩变大的区域中，存在施加于交流旋转电机的绕组的三相交流电压的基波频率分量的振幅Vx1f变为比提供给逆变器10的直流电源电压Vdc要大的过调制区域。过调制区域中，如下式所示，三相交流电压的基波频率分量的振幅Vx1f除以直流电源电压Vdc后得到的电压利用率MR变为比1大。
MR＝Vx1f/Vdc (1)
本实施方式中，如上所述，对固定坐标变换及二相三相变换后的三相交流电压指令值Vu、Vv、Vw不进行实施方式4中后述的二相调制PWM控制等调制，三相交流电压的基波频率分量的振幅Vx1f等于成为正弦波的三相交流电压指令值Vu、Vv、Vw的振幅。如图10所示，若电压利用率MR大于1，则三相交流电压指令值Vu、Vv、Vw的振幅中，产生超过以直流电源电压Vdc的振幅振动的载波的区间，在超过区间中，矩形脉冲波不会根据载波的振动进行导通截止，而是连续地导通或截止。因此，若电压利用率MR变为大于1，则基于三相交流电压指令值Vu、Vv、Vw的交流电压不会施加于绕组，输出转矩相对于转矩指令的偏差变大。此外，随着电压利用率MR从1开始增加，超过区间增大，输出转矩的偏差变大。因此，在图9所示的过调制区域中，也是随着转速ω及转矩增大，电压利用率MR从1开始增加，输出转矩的偏差增大。由此，在过调制区域中，相对于转速ω和转矩的变化，输出转矩的偏差的变化变大，转矩指令校正值dTm的变化变大。
因此，在本实施方式中，如图7所示，校正值设定映射中，进行转轴过调制细分化设定、以及转矩轴过调制细分化设定的一方或双方(本例中为双方)。转轴过调制细分化设定是下述设定：在成为过调制区域的转速ω的范围即过调制转速范围中，将转速ω的映射轴的刻度设定得比低转速范围要细，该低转速范围是转速ω比过调制转速范围要低的范围。转矩轴过调制细分化设定是下述设定：在各个转速ω下，在成为过调制区域的转矩指令的范围即过调制转矩指令范围中，将转矩指令的映射轴的刻度设定得比低转矩指令范围要细，该低转矩指令范围是转矩指令Tm低于过调制转矩指令范围的范围。
若采用该结构，则如上所述，在相对于转速ω及转矩的变化，转矩指令校正值dTm的变化特别大的过调制区域中，将映射轴的刻度设定得比除此以外的区域要细，从而能够提高转矩指令校正值dTm的设定精度，高精度地对输出转矩相对于转矩指令Tm的偏差进行补偿。在变化变小的除此以外的区域中，可将映射轴的刻度设定得较粗，从而能够抑制校正值设定映射的数据量的增加。
本实施方式中，校正值设定映射中，在各个转速ω的过调制转矩指令范围中，随着转矩指令变大，逐渐地将转矩指令Tm的映射轴刻度设定得较细。
根据该结构，如上所述，在过调制区域中，随着转矩变大，电压利用率MR从1开始增加，输出转矩的偏差增加，输出转矩的偏差的变化相对于转矩的变化变大，随之通过逐渐地将转矩指令的映射轴的刻度设定得较细，从而能够高精度地补偿输出转矩的偏差。
本实施方式中，校正值设定映射中，在低转速范围内，随着转速ω接近过调制转速范围，也逐渐地将转速ω的映射轴的刻度设定得较细。根据该结构，随着接近过调制区域，相对于转速ω的变化，转矩指令校正值dTm的变化逐渐变大，随之通过逐渐将转速ω的映射轴的刻度设定得较细，从而能够高精度地补偿输出转矩相对于转矩指令Tm的偏差。
<控制方式的切换区域的映射轴的细分化>
此外，校正值设定映射中，在最大转矩电流控制和电压限制控制进行切换的转速ω的范围即控制切换转速范围中，将转速ω的映射轴的刻度设定得比低转速范围要细，该低转速范围是转速ω低于控制切换转速范围的范围。
在最大转矩电流控制和电压限制控制的切换区域中，相对于转速ω及转矩的变化，转矩指令校正值dTm的变化的趋势发生切换而变成非线性区域，因此，希望将映射轴的刻度设定得较细。根据上述结构，在控制切换转速范围中，将转速ω的映射轴的刻度设定得比低转速范围要细，因此，在控制的切换区域中，能够提高转矩指令校正值dTm的设定精度，高精度地补偿输出转矩相对于转矩指令Tm的偏差。
本实施方式的图7的示例中，控制切换转速范围包含在上述的过调制转速范围中，而在不包含的情况下，在控制切换转速范围及过调制转速范围这两个范围中均将转速ω的映射轴的刻度设定得比低转速范围要细即可。
<映射的数据量削减>
本实施方式中，如图11所示，转矩校正值计算部104a包括最大转矩计算部104aa、以及转矩校正值映射部104ab。最大转矩计算部104aa如图12所示，参照预先设定了转速ω及直流电源电压Vdc与交流旋转电机2所能输出的最大转矩Tmax间的关系的最大转矩设定映射，计算与当前的转速ω及直流电源电压Vdc相对应的最大转矩Tmax。接着，转矩校正值计算部104a将当前的转矩指令Tm除以当前的最大转矩Tmax，从而计算出转矩指令比Tmr。
转矩校正值映射部104ab如图13和图14所示，参照校正值设定映射，计算出与当前的转矩指令比Tmr及转速ω相对应的转矩指令校正值dTm，在该校正值设定映射中，作为转矩指令Tm的映射轴，将转矩指令比Tmr设为映射轴，并且将转速ω设为映射轴，并将转矩指令校正值dTm设为映射设定数据。
根据该结构，如图8所示，相对于转矩指令校正值dTm的各个设定值，不需要设定转矩指令比Tmr和转速ω的坐标值，如图14所示，能够针对所有的转速ω，设定通用的一个转矩指令比Tmr的映射轴的坐标值，能够削减校正值设定映射的数据量。此外，能够针对所有的转矩指令比Tmr，设定通用的一个转速ω的映射轴的坐标值。
2.实施方式2
接着，对实施方式2所涉及的控制装置1进行说明。省略说明与上述实施方式1相同的结构部分。本实施方式所涉及的交流旋转电机2及控制装置1的基本结构及处理与实施方式1相同，其不同点在于，为了应对直流电源电压Vdc的变化而设置有多个校正值设定映射。
在使用DC-DC转换器作为直流电源4的情况下，根据DC-DC转换器的升压比或降压比，直流电源电压Vdc发生变化。或者，在使用蓄电池作为直流电源4的情况下，根据蓄电量，直流电源电压Vdc发生变动。由于电压利用率MR与直流电源电压Vdc成反比(MR∝1/Vdc)，因此，若直流电源电压Vdc增加，则在相同的转速ω和转矩指令Tm下，电压利用率MR也会减少。因此，若直流电源电压Vdc增加，则过调制区域向转速ω及转矩指令Tm的增加侧移动。并且，若直流电源电压Vdc增加，则电压限制值增加，最大转矩电流控制与电压限制控制的切换区域向转速ω的增加侧移动。
因此，对互不相同的多个直流电源电压Vdc分别设置多个校正值设定映射。而且，在多个校正值设定映射中，分别根据与相应的直流电源电压Vdc所对应的过调制区域及控制切换区域，来对映射轴进行细分化。
转矩校正值计算部104a参照接近于提供给逆变器的当前的直流电源电压Vdc的两个直流电源电压Vdc的校正值设定映射，计算两个转矩指令校正值dTm1、dTm2。接着，转矩校正值计算部104a基于当前的直流电源电压Vdc，计算对两个转矩指令校正值dTm1、dTm2进行插补后的值来作为最终的转矩指令校正值dTm。
以下，使用图15的流程图，说明对低、中、高三个直流电源电压VdcL、VdcM、VdcH分别设置有低、中、高三个校正值设定映射MAPL、MAPM、MAPH的情况(VdcH＞VdcM＞VdcL)。
在步骤S01中，转矩校正值计算部104a判定当前的直流电源电压Vdc是否位于高直流电源电压VdcH与中直流电源电压VdcM之间。转矩校正值计算部104a在判定为当前的直流电源电压Vdc位于高直流电源电压VdcH与中直流电源电压VdcM之间的情况下(步骤S01：是)，在步骤S02中，选择高电压校正值设定映射MAPH与中电压校正值设定映射MAPM来作为两个校正值设定映射。另一方面，转矩校正值计算部104a在判定为当前的直流电源电压Vdc不位于高直流电源电压VdcH与中直流电源电压VdcM之间的情况下(步骤S01：否)，作为当前的直流电源电压Vdc位于中直流电源电压VdcM与低直流电源电压VdcL之间的情况，在步骤S03中，选择中电压校正值设定映射MAPM和低电压校正值设定映射MAPL来作为两个校正值设定映射。
接着，转矩校正值计算部104a在步骤S04中，参照步骤S02或步骤S03中选择出的两个校正值设定映射的各个映射，计算出与当前的转矩指令Tm和转速ω相对应的两个转矩指令校正值dTm1、dTm2。
转矩校正值计算部104a在步骤S05中，基于当前的直流电源电压Vdc，计算对两个转矩指令校正值dTm1、dTm2进行线性插补后的值来作为最终的转矩指令校正值dTm。例如，在VdcH＞Vdc＞VdcM的情况下，通过下式的线性插补，计算出最终的转矩指令校正值dTm。转矩校正值计算部104a在Vdc＞VdcH的情况下，可以使用式(2)，通过外插来计算最终的转矩指令校正值dTm。
dTm＝(Vdc－VdcM)/(VdcH－VdcM)×(dTm1－dTm2)+dTm2 (2)
接着，转矩校正值计算部104a在步骤S06中，如下式所示，将转矩指令校正值dTm与转矩指令Tm相加，计算出校正后的转矩指令Tmf。
Tmf＝Tm+dTm (3)
3.实施方式3
接着，对实施方式3所涉及的控制装置1进行说明。省略说明与上述实施方式1相同的结构部分。本实施方式所涉及的交流旋转电机2及控制装置1的基本结构及处理与实施方式1相同，其不同点在于，为了应对载波频率的变化而设置有多个校正值设定映射。
本实施方式中，PWM信号生成部43构成为根据运行条件，使载波频率变化。由于PWM控制的载波频率变化，交流旋转电机2的铁损电阻变化，即使是相同的转矩指令，交流旋转电机2的输出转矩也会发生变动。因此，希望根据载波频率的变化来使转矩指令校正值dTm变化。
因此，对互不相同的多个载波频率分别设置多个校正值设定映射。而且，在多个校正值设定映射中，分别根据过调制区域及控制切换区域，来对映射轴进行细分化。
转矩校正值计算部104a参照与当前的载波频率相对应的载波频率的校正值设定映射，计算转矩指令校正值dTm。
以下，使用图16的流程图，说明PWM信号生成部43构成为根据运行条件，将载波频率切换成低、中、高三个载波频率FcL、FcM、FcH中的任一个(FcH＞FcM＞FcL)，且对低、中、高的载波频率FcL、FcM、FcH分别设置有低、中、高三个校正值设定映射MAPfcL、MAPfcM、MAPfcH的情况。
在步骤S11中，转矩校正值计算部104a判定当前的载波频率是否是高载波频率FcH。转矩校正值计算部104a在判定为当前的载波频率是高载波频率FcH的情况下(步骤S11：是)，在步骤S13中，选择高频率校正值设定映射MAPfcH。另一方面，转矩校正值计算部104a在判定为当前的载波频率不是高载波频率FcH的情况下(步骤S11：否)，在步骤S12中，判定当前的载波频率是否是中载波频率FcM。转矩校正值计算部104a在判定为当前的载波频率是中载波频率FcM的情况下(步骤S12：是)，在步骤S14中，选择中频率校正值设定映射MAPfcM。另一方面，转矩校正值计算部104a在判定为当前的载波频率不是中载波频率FcM的情况下(步骤S12：否)，作为当前的载波频率为低载波频率FcL的情况，在步骤S15中，选择低频率校正值设定映射MAPfcL。
接着，转矩校正值计算部104a在步骤S16中，参照步骤S13、步骤S14或步骤S15中选择出的校正值设定映射，计算出与当前的转矩指令Tm和转速ω相对应的转矩指令校正值dTm。接着，转矩校正值计算部104a在步骤S17中，将转矩指令校正值dTm与转矩指令Tm相加，计算出校正后的转矩指令Tmf。
4.实施方式4
接着，对实施方式4所涉及的控制装置1进行说明。省略说明与上述实施方式1相同的结构部分。本实施方式所涉及的交流旋转电机2及控制装置1的基本结构及处理与实施方式1相同，其不同点在于，为了应对多个PWM控制的调制方式而设置有多个校正值设定映射。
本实施方式中，PWM信号生成部43构成为根据运行条件，切换PWM控制的调制方式。调制方式有正弦波PWM调制、三次谐波注入PWM控制、空间矢量PWM控制、二相调制PWM控制等。正弦波PWM控制是如实施方式1那样在不施加调制的情况下使用正弦波的三相交流电压指令值来进行PWM控制的方式。三次谐波注入PWM控制是使用正弦波的三相交流电压指令值加上三次谐波后的三相交流电压指令值来进行PWM控制的方式。空间矢量PWM控制是使用正弦波的三相交流电压指令值的中间电压的1/2加上正弦波的三相交流电压指令值后得到的三相交流电压指令值来进行PWM控制的方式。二相调制PWM控制是将任意一相的交流电压指令值固定为0或直流电源电压Vdc，以三相交流电压指令值的线间电压不变的方式对其他两相进行调制的方式。
由于PWM控制的调制方式变化，交流旋转电机2的铁损电阻、逆变器10的开关损耗、过调制区域中输出转矩相对于转矩指令的偏差等发生变化，即使是相同的转矩指令，交流旋转电机2的输出转矩也会发生变动。因此，希望根据PWM控制的调制方式的变化来使转矩指令校正值dTm变化。
因此，对多个PWM控制的调制方式分别设置多个校正值设定映射。而且，在多个校正值设定映射中，分别根据过调制区域及控制切换区域，来对映射轴进行细分化。
转矩校正值计算部104a参照当前正执行的调制方式的校正值设定映射来计算转矩指令校正值dTm。
以下，使用图17的流程图，说明PWM信号生成部43构成为根据运行条件，将调制方式切换为正弦波PWM控制、空间矢量PWM控制及二相调制PWM控制中的任一个，且设置有正弦波PWM控制用的校正值设定映射MAP1、空间矢量PWM控制用的校正值设定映射MAP2、以及二相调制PWM控制用的校正值设定映射MAP3的情况。
在步骤S21中，转矩校正值计算部104a判定当前的调制方式是否是正弦波PWM控制。转矩校正值计算部104a在判定为当前的调制方式是正弦波PWM控制的情况下(步骤S21：是)，在步骤S23中，选择正弦波PWM控制用的校正值设定映射MAP1。另一方面，转矩校正值计算部104a在判定为当前的调制方式不是正弦波PWM控制的情况下(步骤S21：否)，在步骤S22中，判定当前的调制方式是否是空间矢量PWM控制。转矩校正值计算部104a在判定为当前的调制方式是空间矢量PWM控制的情况下(步骤S22：是)，在步骤S24中，选择空间矢量PWM控制用的校正值设定映射MAP2。另一方面，转矩校正值计算部104a在判定为当前的调制方式不是空间矢量PWM控制的情况下(步骤S22：否)，作为当前的调制方式是二相调制PWM控制的情况，在步骤S25中，选择二相调制PWM控制用的校正值设定映射MAP3。
接着，转矩校正值计算部104a在步骤S26中，参照步骤S23、步骤S24或步骤S25中选择出的校正值设定映射，计算出与当前的转矩指令Tm和转速ω相对应的转矩指令校正值dTm。接着，转矩校正值计算部104a在步骤S27中，将转矩指令校正值dTm与转矩指令Tm相加，计算出校正后的转矩指令Tmf。
5.实施方式5
接着，对实施方式5所涉及的控制装置1进行说明。省略说明与上述实施方式1相同的结构部分。本实施方式所涉及的交流旋转电机2及控制装置1的基本结构及处理与实施方式1相同，其不同点在于，进行输出转矩的反馈控制、以及电压利用率的反馈控制。
图18是本实施方式所涉及的逆变器控制部102等的简要框图。逆变器控制部102包括转矩推定值计算部47、转矩控制部48、以及电压利用率控制部49。
转矩推定值计算部47基于电流指令和电压指令，来推定交流旋转电机2的转矩。本实施方式中，转矩推定值计算部47使用下式，基于dq轴电压指令值Vd、Vq、最终的dq轴电流指令值Idr2、Iqr2、以及电气角速度ω，来计算转矩推定值Test。这里，R是预先设定的线圈电阻值，Pn是预先设定的极对数。
转矩控制部48对电流指令进行校正，以使转矩推定值Test接近校正后的转矩指令Tmf。本实施方式中，转矩控制部48如下式所示那样，基于转矩推定值Test和校正后的转矩指令Tmf的偏差dTest进行PI控制，由此来对dq轴电流指令值Idr0、Iqr0进行校正，计算出转矩反馈校正后的dq轴电流指令值Idr1、Iqr1。这里，θtest是损耗为最小的dq轴电流指令的校正方向，转矩控制部48使用基于实验结果预先设定的近似式等，计算出θtest。
过调制区域和控制方式的切换区域中，由于电流指令和电压指令的设定的非线性变高，因此转矩推定值的变化变大，转矩反馈控制的电流指令和电压指令的变化变大。因此，通过进行转矩反馈控制，在过调制区域和控制方式的切换区域中，相对于转速ω和转矩的变化，输出转矩的变化变大。如实施方式1所记载的那样，在过调制区域和控制方式的切换区域中，由于校正值设定映射的映射轴进行了细分化，因此能够高精度地补偿输出转矩相对于转矩指令Tm的偏差。
电压利用率控制部49计算电压指令的线间电压相对于提供给逆变器10的直流电源电压Vdc的比率即电压利用率MR＊。本实施方式中，电压利用率控制部49使用下式，基于dq轴电压指令值Vd、Vq及直流电源电压Vdc，计算电压利用率MR＊。
MR＊＝√(Vd2+Vq2)/Vdc×√2 (6)
电压利用率控制部49对电流指令进行校正，以使电压利用率MR＊接近目标电压利用率MR0。本实施方式中，电压利用率控制部49如下式所示，基于电压利用率MR＊与目标电压利用率MR0的偏差dMR进行PI控制，由此对转矩反馈校正后的dq轴电流指令值Idr1、Iqr1进行校正，计算出电压利用率反馈校正后的dq轴电流指令值Idr2、Iqr2。这里，θmr是电压利用率MR＊的变化达到最大的dq轴电流指令的校正方向，电压利用率控制部49使用基于实验结果预先设定的近似式等，计算出θmr。
过调制区域和控制方式的切换区域中，由于电压指令的设定的非线性提高，因此电压利用率MR＊的变化变大，电压利用率反馈控制的电流指令和电压指令的变化变大。因此，通过进行电压利用率反馈控制，在过调制区域和控制方式的切换区域中，相对于转速ω和转矩的变化，输出转矩的变化变大。如实施方式1所记载的那样，在过调制区域和控制方式的切换区域中，将校正值设定映射的映射轴进行了细分化，因此能够高精度地补偿输出转矩相对于转矩指令Tm的偏差。
〔其他的实施方式〕
最后，对本发明的其他的实施方式进行说明。另外，以下说明的各实施方式的结构并不限于分别单独地进行应用，只要不发生矛盾，就能够与其他的实施方式的结构进行组合来应用。
(1)在上述的各实施方式中，以下述情况为例进行了说明，即：逆变器控制部102通过使用了矢量控制法的电流反馈控制，基于校正后的转矩指令Tmf，对逆变器10具有的多个开关元件进行导通截止控制。但是，本发明的实施方式并不限于此。即，逆变器控制部102也可以构成为通过V/F控制等其他的控制方式，基于校正后的转矩指令Tmf，对逆变器10具有的多个开关元件进行导通截止控制。例如，在使用V/F控制的情况下，逆变器控制部102可以构成为：计算出以交流旋转电机2的旋转频率振动的正弦波的三相交流电压指令值Vu、Vv、Vw，使三相交流电压指令值Vu、Vv、Vw的振幅根据校正后的转矩指令Tmf进行变化。
(2)在上述实施方式1中，以下述情况为例进行了说明，即：使用一个校正值设定映射，在过调制区域及控制方式的切换区域中，进行映射轴的细分化。但是，本发明的实施方式并不限于此。即，也可以构成为：使用映射轴被细分化后的过调制区域和控制方式的切换区域用的校正值设定映射、以及映射轴刻度较粗的其它区域用的校正值设定映射这两个校正值设定映射，转矩校正值计算部104a根据是过调制区域还是控制方式的切换区域来切换两个校正值设定映射。
(3)在上述实施方式1～3、5中，以下述情况为例进行了说明，即：对三相交流电压指令值Vu、Vv、Vw不进行二相调制PWM控制等调制。但是，本发明的实施方式并不限于此。即，PWM信号生成部43至少在过调制区域中可以进行三次谐波注入PWM控制、空间矢量PWM控制、二相调制PWM控制等调制。在过调制区域中，即使进行调制，由于是非线性较高的区域，因此也能够通过对映射轴进行细分化，来高精度地补偿输出转矩相对于转矩指令Tm的偏差。
(4)在上述实施方式2中，以下述情况为例进行了说明，即：根据直流电源电压Vdc，切换所要参照的校正值设定映射，在上述实施方式3中，以下述情况为例进行了说明，即：根据载波频率，切换所要参照的校正值设定映射，在上述实施方式4中，以下述情况为例进行了说明，即：根据PWM控制的调制方式，切换所要参照的校正值设定映射。但是，本发明的实施方式并不限于此。即，也可以构成为：在将直流电源电压Vdc、载波频率、以及PWM控制的调制方式中任意两个以上的参数设为可变的情况下，准备能够与设为可变的两个以上的参数的组合相对应的数量的校正值设定映射，转矩校正值计算部104a根据直流电源电压Vdc、载波频率、以及PWM控制的调制方式中任意两个以上的参数，切换所要参照的校正值设定映射。
另外，本发明在本发明的范围内能够自由地对各实施方式进行组合，或者适当地对各实施方式进行变形和省略。
标号说明
1交流旋转电机的控制装置、2交流旋转电机、10逆变器、102逆变器控制部、103转矩指令设定部、104转矩指令校正部、ω交流旋转电机的转速、Tm转矩指令、Tmax最大转矩、Tmf校正后的转矩指令、Tmr转矩指令比、dTm转矩指令校正值。

Claims (9)

1.一种交流旋转电机的控制装置，通过逆变器来控制交流旋转电机，其特征在于，包括：
转矩指令设定部，该转矩指令设定部设定转矩指令；
转矩指令校正部，该转矩指令校正部基于所述转矩指令和所述交流旋转电机的转速，计算转矩指令校正值，并计算出利用所述转矩指令校正值校正所述转矩指令后得到的校正后的转矩指令；以及
逆变器控制部，该逆变器控制部基于所述校正后的转矩指令，对所述逆变器具有的多个开关元件进行导通截止控制，
所述转矩指令校正部参照将所述转矩指令和所述转速设为映射轴，并将所述转矩指令校正值设为映射设定数据而得到的校正值设定映射，计算出与当前的所述转矩指令和所述转速相对应的所述转矩指令校正值，
所述校正值设定映射进行转矩轴不等间隔设定和转轴不等间隔设定中的一方或双方，所述转矩轴不等间隔设定是指在各个所述转速下将所述转矩指令的映射轴的刻度设定为不等间隔，所述转轴不等间隔设定是指将所述转速的映射轴的刻度设定为不等间隔。
2.如权利要求1所述的交流旋转电机的控制装置，其特征在于，
所述校正值设定映射中，进行转轴过调制细分化设定以及转矩轴过调制细分化设定中的一方或双方，所述转轴过调制细分化设定是指：在过调制区域的所述转速的范围即过调制转速范围中，将所述转速的映射轴的刻度设定得比所述转速低于所述过调制转速范围的低转速范围要细，其中，所述过调制区域是施加于所述交流旋转电机的绕组的交流电压的基波频率分量的振幅比提供给逆变器的直流电源电压要大的区域，所述转矩轴过调制细分化设定是指：在各个所述转速下，在所述过调制区域的所述转矩指令的范围即过调制转矩指令范围中，将所述转矩指令的映射轴的刻度设定得比所述转矩指令低于所述过调制转矩指令范围的低转矩指令范围要细。
3.如权利要求2所述的交流旋转电机的控制装置，其特征在于，
所述校正值设定映射中，在各个所述转速的所述过调制转矩指令范围中，随着所述转矩指令变大，将所述转矩指令的映射轴的刻度设定得逐渐变细。
4.如权利要求1至3的任一项所述的交流旋转电机的控制装置，其特征在于，
所述逆变器控制部根据所述转速和所述转矩指令的动作点，选择执行对于同一电流产生最大转矩的最大转矩电流控制、以及将交流旋转电机的绕组中产生的感应电压保持在电压限制值的电压限制控制，
所述校正值设定映射中，在所述最大转矩电流控制和所述电压限制控制发生切换的所述转速的范围即控制切换转速范围中，将所述转速的映射轴的刻度设定得比转速低于所述控制切换转速范围的低转速范围要细。
5.如权利要求1至4的任一项所述的交流旋转电机的控制装置，其特征在于，
所述逆变器控制部参照预先设定了所述转速及直流电源电压与各个所述转速下所述交流旋转电机所能输出的最大转矩之间的关系的最大转矩设定映射，计算出与当前的所述转速和所述直流电源电压相对应的所述最大转矩，将当前的所述转矩指令除以当前的所述最大转矩从而计算出转矩指令比，
参照所述校正值设定映射，计算出与当前的所述转矩指令比和所述转速相对应的所述转矩指令校正值，所述校正值设定映射中，作为所述转矩指令的映射轴将所述转矩指令比设为映射轴且将所述转速设为映射轴，并将所述转矩指令校正值设为映射设定数据。
6.如权利要求1至5的任一项所述的交流旋转电机的控制装置，其特征在于，
对互不相同的多个直流电源电压分别设置多个所述校正值设定映射，
所述转矩指令校正部参照接近提供给所述逆变器的当前的所述直流电源电压的两个所述直流电源电压的所述校正值设定映射，计算出两个所述转矩指令校正值，基于当前的所述直流电源电压，计算对两个所述转矩指令校正值进行插补后得到的值作为最终的所述转矩指令校正值。
7.如权利要求1至6的任一项所述的交流旋转电机的控制装置，其特征在于，
所述逆变器控制部通过PWM控制对所述多个开关元件进行导通截止控制，且能够改变用于所述PWM控制的载波的载波频率，
对互不相同的多个所述载波频率分别设置多个所述校正值设定映射，
所述转矩指令校正部参照与当前的所述载波频率相对应的所述校正值设定映射，计算出所述转矩指令校正值。
8.如权利要求1至7的任一项所述的交流旋转电机的控制装置，其特征在于，
所述逆变器控制部能够执行多个调制方式的PWM控制，
对多个所述调制方式分别设置多个所述校正值设定映射，
所述转矩指令校正部参照当前正执行的所述调制方式的所述校正值设定映射，计算出所述转矩指令校正值。
9.如权利要求1至8的任一项所述的交流旋转电机的控制装置，其特征在于，
所述逆变器控制部基于所述校正后的转矩指令，计算流过所述交流旋转电机的绕组的电流指令，并计算施加于所述交流旋转电机的绕组的电压指令以使实际电流接近所述电流指令，基于所述电压指令对所述多个开关元件进行PWM控制，由此来进行导通截止控制，
计算所述电压指令的线间电压相对于提供给所述逆变器的直流电源电压的比率即电压利用率，并对所述电流指令进行校正，以使所述电压利用率接近目标电压利用率，
基于所述电流指令和所述电压指令，推定所述交流旋转电机的转矩，并对所述电流指令进行校正，以使转矩的推定值接近所述校正后的转矩指令。
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