CN110447167A - 马达控制方法、马达控制***和电动助力转向*** - Google Patents

马达控制方法、马达控制***和电动助力转向*** Download PDF

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Abstract

马达控制方法包括以下步骤：获得马达的反电动势的α轴上的分量BEMFα和β轴上的分量BEMFβ；对分量BEMFα和分量BEMFβ分别进行时间微分；对分量BEMFα的微分值进行平方而求取第一乘法值、并且对分量BEMFβ的微分值进行平方而求取第二乘法值；求第一乘法值与第二乘法值之和的平方根；根据分量BEMFα和分量BEMFβ求反电动势的绝对值；根据平方根的值和反电动势的绝对值求转子的旋转速度和转数中的至少一方；以及根据转子的旋转速度和转数中的至少一方来控制马达。

Description

马达控制方法、马达控制***和电动助力转向***
技术领域
本公开涉及马达控制方法、马达控制***和电动助力转向***。
背景技术
在电动马达(下面，称为“马达”)的控制***中，通常，除了马达电流和电压的信息以外，还需要马达的转子的位置(转子角)和旋转速度等信息。例如，转子角和旋转速度可根据霍尔传感器或旋转变压器等位置传感器的检测值取得。旋转速度可根据转子角的时间变化量来计算。
专利文献1和2公开了被用于转向***的、对转向角速度(相当于马达的旋转速度的速度)进行检测的方法。在这些方法中，采用各向异性磁阻元件作为转向角传感器(相当于位置传感器的传感器)检测出转向角速度。具体而言，根据来自转向角传感器的输出信号生成转向角信号，并根据转向角信号的时间变化量检测出转向角速度。例如，在专利文献2的方法中，通过转向角的变化量除以与该变化量对应的、从转向角发生变化的时刻起到转向角下一次发生变化的时刻为止的所需时间，从而计算转向角速度。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：日本特开2005-134380号公报
专利文献2：日本特开2005-241634号公报
发明内容
发明要解决的课题
在上述的以往技术中，也可作为对马达的旋转速度进行计算的方法来使用。例如，可根据位置传感器检测出的转子角的时间变化量对转子的旋转速度进行计算。在马达控制***中，在位置传感器由于例如来自外部的什么碰撞而破损的情况下，不能根据该传感器的输出对转子的旋转速度进行计算。另一方面，已知采用观测器代替位置传感器来估计转子角和旋转速度的技术。但是，存在这样的课题：这样的估计通常需要更复杂的计算，因此，计算机的计算负载增大。
本公开的实施方式提供能够减少计算机的计算负载的、采用估计转子的旋转速度的办法的新的马达控制方法、马达控制***和具有该马达控制***的电动助力转向(EPS)***。
用于解决课题的手段
本公开的举例说明的马达控制方法包括：步骤A，获得马达的反电动势在αβ固定坐标系中的α轴上的分量BEMFα和β轴上的分量BEMFβ；步骤B，对所述α轴上的分量BEMFα和所述β轴上的分量BEMFβ分别进行时间微分；步骤C，对所述α轴上的分量BEMFα的微分值进行平方而求取第一乘法值，并且对所述β轴上的分量BEMFβ的微分值进行平方而求取第二乘法值；步骤D，求所述第一乘法值与所述第二乘法值之和的平方根；步骤E，根据所述α轴上的分量BEMFα和所述β轴上的分量BEMFβ求所述αβ固定坐标系中的所述反电动势的绝对值；步骤F，根据所述平方根的值和所述反电动势的绝对值，求所述马达的转子的旋转速度和转数中的至少一方；以及步骤G，根据所述转子的旋转速度和转数中的至少一方来控制所述马达。
本公开的举例说明的马达控制***具有：马达；和控制电路，其对所述马达进行控制，所述控制电路获得马达的反电动势在αβ固定坐标系中的α轴上的分量BEMFα和β轴上的分量BEMFβ，对所述α轴上的分量BEMFα和所述β轴上的分量BEMFβ分别进行时间微分，对所述α轴上的分量BEMFα的微分值进行平方而求取第一乘法值，并且对所述β轴上的分量BEMFβ的微分值进行平方而求取第二乘法值，求所述第一乘法值与所述第二乘法值之和的平方根，根据所述α轴上的分量BEMFα和所述β轴上的分量BEMFβ，求所述αβ固定坐标系中的所述反电动势的绝对值，根据所述平方根的值和所述反电动势的绝对值，求所述马达的转子的旋转速度和转数中的至少一方，根据所述转子的旋转速度和转数中的至少一方来控制所述马达。
发明效果
根据本公开的举例说明的实施方式，提供能够减少计算机的计算负载的、采用估计转子的旋转速度的办法的新的马达控制方法、马达控制***和具有该马达控制***的电动助力转向***。
附图说明
图1是示出实施方式一的马达控制***1000的硬件块的框图。
图2是示出实施方式一的马达控制***1000中的逆变器300的硬件结构的框图。
图3是示出实施方式一的变形例的马达控制***1000的硬件块的框图。
图4是示出控制器100的功能块的功能框图。
图5是示出转数计算单元110内的功能块的功能框图。
图6是示出马达以高速向正转方向旋转时的、规定期间内的实际的转数的波形的图表。
图7是示出规定期间内的转子角的波形的图表。
图8是示出规定期间内的、反电动势BEMFα的波形(上)、反电动势BEMFβ的波形(中间)和反电动势的大小Vm的波形(下)的图表。
图9是示出马达以高速向正转方向旋转时的、规定期间内的估计的转数的波形的图表。
图10是示出马达以高速向反转方向旋转时的、规定期间内的实际的转数的波形的图表。
图11是示出规定期间内的转子角的波形的图表。
图12是示出规定期间内的、反电动势BEMFα的波形(上)、反电动势BEMFβ的波形(中间)和反电动势的大小Vm的波形(下)的图表。
图13是示出马达以高速向反转方向旋转时的、规定期间内的估计的转数的波形的图表。
图14是示出马达以低速向正转方向旋转时的、规定期间内的实际的转数的波形的图表。
图15是示出规定期间内的转子角的波形的图表。
图16是示出规定期间内的、反电动势BEMFα的波形(上)、反电动势BEMFβ的波形(中间)和反电动势的大小Vm的波形(下)的图表。
图17是示出马达以低速向正转方向旋转时的、规定期间内的估计的转数的波形的图表。
图18是示出马达以低速向反转方向旋转时的、规定期间内的实际的转数的波形的图表。
图19是示出规定期间内的转子角的波形的图表。
图20是示出规定期间内的、反电动势BEMFα的波形(上)、反电动势BEMFβ的波形(中间)和反电动势的大小Vm的波形(下)的图表。
图21是示出马达以低速向反转方向旋转时的、规定期间内的估计的转数的波形的图表。
图22是示出实施方式二的EPS***2000的典型的结构的示意图。
具体实施方式
下面，参照附图对本公开的马达控制方法、马达控制***和具有该马达控制***的电动助力转向***的实施方式详细地进行说明。但是，为了避免下面的说明过于冗长，且为了易于本领域技术人员理解，有时省略不必要的详细的说明。例如，有时省略已被充分知晓的事项的详细说明或对实质上相同的结构的重复说明。
(实施方式一)
[马达控制***1000的结构]
图1示意性地示出了本实施方式的马达控制***1000的硬件块。
马达控制***1000典型地具有马达M、控制器(控制电路)100、驱动电路200、逆变器(也称为“逆变电路”)300、多个电流传感器400、模数转换电路(下面，称为“AD转换器”)500和ROM(Read Only Memory：只读存储器)600。马达控制***1000例如被模块化，并可作为具有马达、传感器、驱动器和控制器的马达模块来制造并销售。在本说明书中，以作为构成要素而具有马达M的***为例对马达控制***1000进行说明。但是，马达控制***1000也可以是不具有马达M作为构成要素的、用于驱动马达M的***。
马达M例如是表面磁铁型同步型马达(SPMSM)或埋入磁铁型同步型马达(IPMSM)等永磁铁同步马达和三相交流马达。马达M具有例如三相(U相、V相和W相)的绕组(未图示)。三相的绕组与逆变器300电连接。不限于三相马达，五相、七相等多相马达也是本公开的范畴。在本说明书中，以对三相马达进行控制的马达控制***为例对本公开的实施方式进行说明。
控制器100是例如微型控制器单元(MCU)。或者，控制器100也可通过例如组装有CUP芯的现场可编程门阵列(FPGA)来实现。
控制器100对马达控制***1000的整体进行控制，并通过例如矢量控制对马达M的转矩和旋转速度进行控制。不限于矢量控制，马达M也可通过其它的闭环控制来控制。旋转速度相当于转子的角速度，通过在1秒内转子旋转的角度(rad/s)来表示。此外，旋转速度可通过在单位时间(例如1分钟内)转子旋转的转数(rpm)或者单位时间(例如1秒内)转子旋转的转数(rps)来表示。在本说明书中，有时旋转速度和转数被无区别地使用。
矢量控制是如下方法：将流向马达的电流分解成有助于转矩产生的电流分量和有助于磁通产生的电流分量，并对彼此正交的各电流分量独立地进行控制。控制器100根据例如通过多个电流传感器400测定出的实际电流值和根据实际电流值估计出的转子角等来设定目标电流值。控制器100根据该目标电流值生成PWM(Pulse Width Modulation：脉宽调制)信号并输出至驱动电路200。
控制器100可根据多个电流传感器400测定出的实际电流值对转子的转数进行计算。控制器100根据该转数对马达M进行控制。
驱动电路200典型地为栅极驱动器。驱动电路200根据从控制器100输出的PWM信号生成对逆变器300中的开关元件的开关动作进行控制的控制信号。如后面所述，驱动电路200也可以被安装于控制器100。
逆变器300将例如从直流电源(未图示)提供的直流电力转换成交流电力，并利用被转换成的交流电力对马达M进行驱动。例如，逆变器300能够根据从驱动电路200输出的控制信号将直流电力转换成U相、V相和W相的准正弦波即三相交流电力。利用该被转换成的三相交流电力驱动马达M。
多个电流传感器400具有流向马达M的U相、V相和W相的绕组的至少两个电流进行检测的至少两个电流传感器。在本实施方式中，多个电流传感器400具有对流向U相和V相的电流进行检测的两个电流传感器400A、400B(参照图2)。当然，多个电流传感器400既可以具有对流向U相、V相和W相的绕组的三个电流进行检测的三个电流传感器，也可以具有例如对流向V相和W相的电流或者流向W相和U相的电流进行检测的两个电流传感器。各电流传感器具有例如分流电阻和对流向分流电阻的电流进行检测的电流检测电路(未图示)。分流电阻的电阻值为例如0.1Ω左右。
AD转换器500将从多个电流传感器400输出的模拟信号采样而转换成数字信号，并将该转换成的数字信号向控制器100输出。控制器100也可以进行AD转换。在该情况下，多个电流传感器400能够将模拟信号向控制器100直接输出。
ROM 600是例如能够写入的存储器(例如PROM(可编程序只读存储器))、能够改写的存储器(例如闪存)或者读出专用存储器。ROM 600存储具有用于使控制器100控制马达M的命令组的控制程序。例如，控制程序在启动时在RAM(随机存取存储器)(未图示)中暂时被展开。ROM 600也可以被安装于控制器100而无需被外置于控制器100。安装有ROM 600的控制器100也可以是例如上述的MCU。
参照图2对逆变器300的硬件结构详细地进行说明。
图2示意性地示出了本实施方式的马达控制***1000中的逆变器300的硬件结构。
逆变器300具有三个低侧开关元件SW_L1、SW_L2和SW_L3以及三个高侧开关元件SW_H1、SW_H2和SW_H3。作为开关元件，可以采用例如电场效果晶体管(FET、典型的为MOSFET(金属氧化物半导体场效应晶体管))或者绝缘栅双极晶体管(IGBT)等半导体开关元件。开关元件具有回流二极管。
在图2中示出了对流向U相和V相的电流进行检测的两个电流传感器400A、400B的分流电阻Rs。如图所示，例如分流电阻Rs可电连接于低侧开关元件与地线之间。或者，例如分流电阻Rs可电连接于高侧开关元件与电源之间。
通过进行采用了例如矢量控制的三相通电控制，从而控制器100能够驱动马达M。例如，控制器100生成用于进行三相通电控制的PWM信号，并将该PWM信号向驱动电路200输出。驱动电路200根据PWM信号生成对逆变器300中的各开关元件(例如MOSFET)的开关动作进行控制的栅极控制信号，并提供给各开关元件的栅极。
图3示意性地示出了本实施方式的变形例的马达控制***1000的硬件块。
如图所示，马达控制***1000也可以不具有驱动电路200。在该情况下，控制器100具有对逆变器300的各开关元件的开关动作直接进行控制的接口。具体而言，控制器100可根据PWM信号生成栅极控制信号。控制器100可通过该接口输出栅极控制信号，并将该栅极控制信号提供给各开关元件的栅极。
如图3所示，马达控制***1000也可以还具有位置传感器700。位置传感器700被配置在马达M的附近，对转子角进行检测。具体而言，位置传感器700检测转子的机械角，并将其向控制器100输出。位置传感器700通过例如具有磁阻(MR)元件的MR传感器与传感器磁铁的组合来实现。此外，位置传感器700可以是例如旋转变压器或者霍耳IC(集成电路)。
马达控制***1000可具有例如速度传感器或加速度传感器来代替位置传感器700。在采用速度传感器作为位置传感器的情况下，控制器100通过对旋转速度信号或角速度信号进行积分处理等，从而能够计算出转子角。此外，在采用加速度传感器作为位置传感器的情况下，控制器100通过对角加速度信号进行积分处理等，从而能够计算出转子角。
本公开的马达控制***可被用于例如图1和图2所示那样的、不具有位置传感器的、进行所谓的无传感器控制的马达控制***。此外，本公开的马达控制***也可被用于例如图3所示的那样的、具有位置传感器的马达控制***。
下面，参照图4和图5，以基于无传感器控制的马达控制为例对马达控制***1000的控制方法的具体例进行说明，主要对转子的转数的估计办法进行说明。本公开的马达控制方法可被用于要求转数的估计的各种马达控制***。
[马达控制***1000的控制方法]
本实施方式的马达控制方法、特别是用于实现对转子的转数进行估计的算法既可以仅通过例如面向特定用途集成电路(ASIC)或FPGA等硬件实现，也可以通过硬件和软件的组合来实现。
图4示意性地示出了控制器100的功能块。图5示意性地示出了控制器100中的转数计算单元110的功能块。在本说明书中，功能框图中的各块通过功能块单位来表示，而不是通过硬件单位来表示。软件可以是例如模块，所述模块构成用于执行与各功能块对应的特定的处理的计算机程序。
如图4所示，控制器100具有例如转数计算单元110和马达控制单元120。在本说明书中，为了便于说明，将各功能块记载为单元。当然，该记载不用于将各功能块限定性地解释为硬件或软件的意图。
转数计算单元110根据参考电压Vα *、Vβ *、电流(电枢电流)Iα和Iβ对转子的旋转速度和转数的中至少一方进行估计。马达控制单元120根据通过转数计算单元110估计的、转子的旋转速度和转数中的至少一方对马达M进行控制。
转数计算单元110具有例如反电动势计算单元111、两个时间微分单元112_1、112_2、四个平方单元113_1、113_2、113_3、113_4、两个加法器114_1、114_2、两个平方根单元115_1、115_2、除法器116和转数计算单元117。
在各功能块作为软件被安装于控制器100的情况下，该软件的执行主体是例如控制器100的核心部。如上所述，控制器100可通过FPGA来实现。在该情况下，所有或一部分的功能块可通过硬件实现。此外，通过采用多个FPGA使处理分散，从而能够使特定的计算机的计算负载分散。在该情况下，图4或图5所示的功能块的全部或一部分可分散安装于该多个FPGA。多个FPGA通过例如车载的控制器局域网(CAN)彼此被连接成可通信，能够进行数据的收发。
在例如三相通电控制中，在通常的Y接线的接线方式的马达中，考虑了电流的方向的流向三相绕组的电流的总和在每个电角为“0”。换言之，满足电流Ia、Ib和Ic的总和为零的关系。将流向马达M的U相绕组的电流标记为Ia，将流向马达M的V相绕组的电流标记为Ib，将流向马达M的W相绕组的电流标记为Ic。
控制器100(例如核心部)接收电流Ia、Ib和Ic中的两个电流，通过计算求出剩下的一个电流。在本实施方式中，控制器100取得通过电流传感器400A测定出的电流Ia和通过电流传感器400B测定出的电流Ib。控制器100采用电流Ia、Ib和Ic的总和为零的上述关系，根据电流Ia、Ib来计算电流Ic。也可以将采用三个电流传感器测定出的电流Ia、Ib和Ic输入至控制器100。
控制器100采用矢量控制等中采用的所谓的克拉克转换，能够将电流Ia、Ib和Ic转换成αβ固定坐标系中的、α轴上的电流Iα和β轴上的电流Iβ。这里，αβ固定坐标系是静止坐标系。三相中的一相的方向(例如U相方向)是α轴，与α轴正交的方向是β轴。
控制器100进一步采用克拉克转换，将参考电压Va *、Vb *和Vc *转换成αβ固定坐标系中的、α轴上的参考电压Vα *和β轴上的参考电压Vβ *。参考电压Va *、Vb *和Vc *表示用于控制逆变器300的各开关元件的上述PWM信号。
例如，求出电流Iα、Iβ、参考电压Vα *和Vβ *的计算也可以由控制器100的马达控制单元120来执行。在该情况下，也可以将电流Iα、Iβ、参考电压Vα *和Vβ *输入至转数计算单元110。
反电动势计算单元111根据下述的式(1)和(2)计算基于电流Iα、Iβ、参考电压Vα *和Vβ *的α轴上的反电动势分量BEMFα和β轴上的反电动势分量BEMFβ。由此，可获得反电动势分量BEMFα和BEMFβ。
BEMFα＝Vα *－R·Iα 式(1)
BEMFβ＝Vβ *－R·Iβ 式(2)
这里，R为电枢电阻。电枢电阻R通过例如控制器100的核心部被设定为反电动势计算单元111。
根据上述的式(1)和(2)计算的反电动势分量BEMFα和BEMFβ本来采用基本波和高次谐波来表现。这里，以除去高次谐波为目的，采用例如控制器100具有的通用低通滤波器，反电动势分量BEMFα和BEMFβ通常被过滤处理。通过该处理，反电动势分量BEMFα和BEMFβ可如式(3)和(4)所示的那样仅通过基本波来表现。
BEMFα＝Vm·cos(ρ) 式(3)
BEMFβ＝Vm·sin(ρ) 式(4)
Vm＝(BEMFα 2+BEMFβ 2)1/2 (式5)
这里，Vm(有时标注为“BEMF”)是反电动势的大小(绝对值)，通过式(5)来表现。此外，ρ为相位角，表现为例如式(6)所示的时间t的函数。ω表示旋转速度，ρ(0)表示初始相位。
ρ(t)＝ω·t+ρ(0) 式(6)
在本说明书中，初始相位为零。在该情况下，反电动势分量BEMFα和BEMFβ可通过式(7)和(8)表示。
BEMFα＝Vm·cos(ω·t) 式(7)
BEMFβ＝Vm·sin(ω·t) 式(8)
反电动势计算单元111将反电动势分量BEMFα输出至时间微分单元112_1和平方单元113_3。反电动势计算单元111将反电动势分量BEMFβ输出至时间微分单元112_2和平方单元113_4。
时间微分单元112_1对通过式(7)表示的反电动势分量BEMFα进行时间微分。若对式(7)的BEMFα进行时间微分，则可得到式(9)。这里，“’”表示时间微分的运算符。
BEMFα’＝－ω·Vm·sin(ω·t) 式(9)
时间微分单元112_2对通过式(8)表示的反电动势分量BEMFβ进行时间微分。若对式(8)的BEMFβ进行时间微分，则可得到式(10)。
BEMFβ’＝ω·Vm·cos(ω·t) 式(10)
平方单元113_1对反电动势分量BEMFα的时间微分值BEMFα’进行平方而求取第一乘法值。第一乘法值通过式(11)表示。平方单元113_2对反电动势分量BEMFβ的时间微分值BEMFβ’进行平方而求取第二乘法值。第二乘法值通过式(12)表示。加法器114_1将第一乘法值与第二乘法值相加。
(BEMFα’)2＝ω2·Vm2·sin2(ω·t) 式(11)
(BEMFβ’)2＝ω2·Vm2·cos2(ω·t) 式(12)
平方根单元115_1对加法器114_1的相加值的平方根进行计算。平方根的值通过式(13)表示。
[(BEMFα’)2+(BEMFβ’)2]1/2＝ω·Vm 式(13)
平方单元113_3对反电动势分量BEMFα进行平方。平方后的值通过式(14)表示。平方单元113_4对反电动势分量BEMFβ进行平方。平方后的值通过式(15)表示。
(BEMFα)2＝Vm2·cos2(ω·t) 式(14)
(BEMFβ)2＝Vm2·sin2(ω·t) 式(15)
加法器114_2将对反电动势分量BEMFα进行平方而得到的值与对反电动势分量BEMFβ进行平方而得到的值相加。平方根单元115_2对加法器114_2的相加值的平方根进行计算。平方根的值通过式(16)表示。根据反电动势分量BEMFα和反电动势分量BEMFβ求αβ固定坐标系中的反电动势的绝对值。
(BEMFα 2+BEMFβ 2)1/2＝Vm 式(16)
转数计算单元110能够根据平方根单元115_1的平方根的值和反电动势的绝对值，求出马达M的转子的旋转速度和转数中的至少一方。
除法器116将平方根单元115_1的输出除以平方根单元115_2的输出(反电动势的绝对值)。除法值示出式(17)所示的旋转速度。
ω·Vm/Vm＝ω 式(17)
转数计算单元117根据从除法器116输出的旋转速度ω计算转子的转数f(rps)。旋转速度ω与转数f之间的关系如式(18)所示。
f＝ω/2π 式(18)
转数计算单元110可根据马达电流估计旋转速度和转数中的至少一方，将它们向马达控制单元120输出。例如，当在马达控制***中不需要转数的信息的情况下，转数计算单元117不是必须的。旋转速度和转数的信息也可被用于例如矢量控制中的各种过滤处理等。
马达控制单元120根据转数计算单元110估计出的旋转速度和转数中的至少一方对马达进行控制。例如，马达控制单元120能够采用转数通过无传感器控制对马达M进行控制。马达控制单元120进行例如通常的矢量控制所需的计算。另外，矢量控制是公知的技术，因此，省略对该控制的详细说明。
根据本实施方式，能够根据马达电流估计转子的旋转速度和转数。由于能够进行不使用位置传感器的无传感器控制，因此，能够抑制位置传感器的故障和硬件的追加造成的***成本的增大等。此外，由于用于估计转子的旋转速度和转数的计算被简化，因此，能够降低存储器成本。
在采用位置传感器的马达控制(称为“传感器控制”)的***中，在位置传感器由于例如来自外部的什么碰撞而破损的情况下，不能根据该传感器的输出取得转子的旋转速度。另一方面，在位置传感器发生故障的情况下，能够将马达控制从传感器控制切换成无传感器控制。通过在该无传感器控制中应用本公开的转子的转数的估计方法，从而即使在位置传感器发生故障的情况下也能够继续马达控制。
下面，示出了采用dSPACE公司的“快速控制原型设计(RCP)***”和MathWorks公司的Matlab/Simulink验证本公开的下述算法的妥当性的结果，该算法被用于估计转子的转数。该验证中采用了因矢量控制而受到控制的表面磁铁型(SPM)马达的模型。在表1中示出了验证时的各种***参数的值。
[表1]
转子的旋转方向通常是正转方向和反转方向。在本说明书中，从负载侧观察，将转子绕轴向逆时针方向旋转的方向称为“正转方向”，将转子绕轴向顺时针方向旋转的方向称为“反转方向”。当然，正转和反转方向可定义成根据产品规格而不同。
首先，对转子向正转方向高速旋转时取得的模拟结果进行说明。在设想例如EPS(电动助力转向)***的情况下，对于向正转方向的旋转，高速度的范围可为例如26.2rps以上。
图6示出了规定期间(0秒到0.25秒)内的马达的实际的转数(rps)的波形。图7示出了规定期间内的转子角的波形。图8示出了规定期间内的、反电动势BEMFα的波形(上)、反电动势BEMFβ的波形(中间)和反电动势的大小Vm的波形(下)。图9示出了根据本公开的转数的估计方法估计的、规定期间内的马达的转数(rps)的波形。图6至图9的横轴表示时间(秒)。图6和图9的纵轴表示转数(rps)。图7的纵轴表示转子角(度)。图8的纵轴表示电压(V)。
图6至图9表示转子向正转方向高速(30rps)旋转时取得的各种波形。
图9的结果意味着转数计算单元110取得了转子的转数(30rps)。比较图6和图9可知，在转子向正转方向高速旋转时，能够正确地估计与转子的实际的转数接近的值。另外，在图6所示的实际的转数的波形上叠加有噪声。
接着，对转子向反转方向高速旋转时取得的模拟结果进行说明。在设想例如EPS***的情况下，对于向反转方向的旋转，高速度的范围可为例如－26.2rps以下。
图10示出了规定期间(0秒到0.25秒)内的马达的实际的转数(rps)的波形。图11示出了规定期间内的转子角的波形。图12示出了规定期间内的、反电动势BEMFα的波形(上)、反电动势BEMFβ的波形(中间)和反电动势的大小Vm的波形(下)。图13示出了根据本公开的转数的估计方法估计的、规定期间内的马达的转数(rps)的波形。图10至图13的横轴表示时间(秒)。图10和图13的纵轴表示转数(rps)。图11的纵轴表示转子角(度)。图12的纵轴表示电压(V)。
图10至图13表示转子向反转方向高速(－30rps)旋转时取得的各种波形。在图10和图13中示出马达的转数的绝对值。
图13的结果意味着转数计算单元110取得了转子的转数(－30rps)。比较图10和图13可知，在转子向反转方向高速地旋转时，能够正确地估计与转子的实际的转数接近的值。
下面，对转子向正转方向低速旋转时取得的模拟结果进行说明。在例如设想EPS***的情况下，对于向正转方向的旋转，低速度的范围可为例如高于0.0rps且低于26.2rps。
图14示出了规定期间(0秒到0.25秒)内的马达的实际的转数(rps)的波形。图15示出了规定期间内的转子角的波形。图16示出了规定期间内的、反电动势BEMFα的波形(上)、反电动势BEMFβ的波形(中间)和反电动势的大小Vm的波形(下)。图17示出了根据本公开的转数的估计方法估计的、规定期间内的马达的转数(rps)的波形。图14至图17的横轴表示时间(秒)。图14和图17的纵轴表示转数(rps)。图15的纵轴表示转子角(度)。图16的纵轴表示电压(V)。
图14至图17表示转子向正转方向低速(16rps)旋转时取得的各种波形。
图17的结果意味着转数计算单元110取得了转子的转数(16rps)。比较图14和图17可知，在转子向正转方向低速地旋转时，能够正确地估计与转子的实际的转数接近的值。
最后，对转子向反转方向低速旋转时取得的模拟结果进行说明。在例如设想EPS***的情况下，对于向反转方向的旋转，低速度的范围可为例如高于－26.2rps且低于0.0rps。
图18示出了规定期间(0秒到0.25秒)内的马达的实际的转数(rps)的波形。图19示出了规定期间内的转子角的波形。图20示出了规定期间内的、反电动势BEMFα的波形(上)、反电动势BEMFβ的波形(中间)和反电动势的大小Vm的波形(下)。图21示出了根据本公开的转数的估计方法估计的、规定期间内的马达的转数(rps)的波形。图18至图21的横轴表示时间(秒)。图18和图21的纵轴表示转数(rps)。图19的纵轴表示转子角(度)。图20的纵轴表示电压(V)。
图18至图21表示转子向反转方向低速(－16rps)旋转时取得的各种波形。在图18和图21中示出马达的转数的绝对值。
图21的结果意味着转数计算单元110取得了转子的转数(－16rps)。比较图18和图21可知，在转子向反转方向低速地旋转时，能够正确地估计与转子的实际的转数接近的值。
根据以上的模拟结果可知，根据本公开的转子的转数的估计方法，在包括起动时在内的低速驱动到高速驱动的宽范围中能够正确地估计转子的转数。
(实施方式二)
图22示意性地示出了本实施方式的EPS***2000的典型的结构。
汽车等车辆通常具有EPS***。本实施方式的EPS***2000具有转向***520和生成辅助转矩的辅助转矩机构540。EPS***2000生成辅助转矩，所述辅助转矩对因驾驶员操作方向盘而产生的转向***的转向转矩进行辅助。利用辅助转矩使驾驶员的操作负担得以减轻。
转向***520具有例如方向盘521、转向轴522、万向轴接头523A、523B、旋转轴524、齿轮齿条副机构525、齿条轴526、左右球形接头552A、552B、拉杆527A、527B、转向节528A、528B和左右的转向车轮529A、529B。
辅助转矩机构540具有例如转向转矩传感器541、汽车用电子控制单元(ECU)542、马达543和减速机构544。转向转矩传感器541对转向***520的转向转矩进行检测。ECU 542根据转向转矩传感器541的检测信号生成驱动信号。马达543根据驱动信号生成与转向转矩相应的辅助转矩。马达543通过减速机构544向转向***520传递生成的辅助转矩。
ECU 542具有例如实施方式一的控制器100和驱动电路200等。在汽车中构筑有以ECU为核心的电子控制***。在EPS***2000中，例如，利用ECU 542、马达543和逆变器545构筑马达控制***。作为该马达控制***，可以适当地采用实施方式一的马达控制***1000。
本公开的实施方式还可适当地被用于要求转子的转数的检测能力的线控换挡、线控转向、线控制动等线控技术和牵引马达等马达控制***。
例如，本公开的实施方式的马达控制***可被安装于与日本政府和美国运输省道路交通***(NHTSA)规定的等级0至4(自动化的标准)对应的自动驾驶车辆。
产业上的可利用性
本公开的实施方式可被广泛地用于吸尘器、吹风机、吊扇、洗衣机、电冰箱和电动助力转向***等具有各种马达的多种设备。
标号说明
100：控制器；110：转数计算单元；120：马达控制单元；200：驱动电路；300：逆变器；400、400A、400B：电流传感器；500：AD转换器；600：ROM；700：位置传感器；1000：马达控制***；2000：EPS***

Claims (7)

1.一种马达控制方法，该马达控制方法包括：
步骤A，获得马达的反电动势在αβ固定坐标系中的α轴上的分量BEMFα和β轴上的分量BEMFβ；
步骤B，对所述α轴上的分量BEMFα和所述β轴上的分量BEMFβ分别进行时间微分；
步骤C，对所述α轴上的分量BEMFα的微分值进行平方而求取第一乘法值，并且对所述β轴上的分量BEMFβ的微分值进行平方而求取第二乘法值；
步骤D，求取所述第一乘法值与所述第二乘法值之和的平方根；
步骤E，根据所述α轴上的分量BEMFα和所述β轴上的分量BEMFβ，求取所述αβ固定坐标系中的所述反电动势的绝对值；
步骤F，根据所述平方根的值和所述反电动势的绝对值，求取所述马达的转子的旋转速度和转数中的至少一方；以及
步骤G，根据所述转子的旋转速度和转数中的至少一方来控制所述马达。
2.根据权利要求1所述的马达控制方法，其中，
在所述步骤A中，根据式(1)计算所述α轴上的分量BEMFα，
并根据式(2)计算所述β轴上的分量BEMFβ，
BEMFα＝Vα*-R·Iα (1)
BEMFβ＝Vβ*-R·Iβ (2)
这里，Vα*表示所述α轴上的参考电压，Vβ*表示所述β轴上的参考电压，Iα是电枢电流的所述α轴上的分量，Iβ是所述电枢电流的所述β轴上的分量，R表示电枢电阻。
3.根据权利要求1或2所述的马达控制方法，其中，
在所述步骤E中，根据式(3)计算所述αβ固定坐标系中的所述马达的反电动势的绝对值BEMF，
BEMF＝(BEMFα 2+BEMFβ 2)1/2 (3)。
4.根据权利要求1～3中的任一项所述的马达控制方法，其中，
在所述步骤F中，将所述平方根的值除以所述反电动势的绝对值而求取所述转子的旋转速度。
5.根据权利要求4所述的马达控制方法，其中，
在所述步骤F中，将所述转子的旋转速度乘以1/2π而求取所述转数。
6.一种马达控制***，该马达控制***具有：
马达；和
控制电路，其对所述马达进行控制，
所述控制电路获得马达的反电动势在αβ固定坐标系中的α轴上的分量BEMFα和β轴上的分量BEMFβ，
所述控制电路对所述α轴上的分量BEMFα和所述β轴上的分量BEMFβ分别进行时间微分，
所述控制电路对所述α轴上的分量BEMFα的微分值进行平方而求取第一乘法值，并且对所述β轴上的分量BEMFβ的微分值进行平方而求取第二乘法值，
所述控制电路求取所述第一乘法值与所述第二乘法值之和的平方根，
所述控制电路根据所述α轴上的分量BEMFα和所述β轴上的分量BEMFβ，求取所述αβ固定坐标系中的所述反电动势的绝对值，
所述控制电路根据所述平方根的值和所述反电动势的绝对值，求取所述马达的转子的旋转速度和转数中的至少一方，
所述控制电路根据所述转子的旋转速度和转数中的至少一方来控制所述马达。
7.一种电动助力转向***，其具有权利要求6所述的马达控制***。
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