專利名稱：電動機(jī)驅(qū)動控制裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及電動機(jī)驅(qū)動控制裝置，特別是涉及即使在轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速發(fā)生驟變時(shí)也能夠進(jìn)行穩(wěn)定的電動機(jī)驅(qū)動控制的電動機(jī)驅(qū)動控制裝置。
背景技術(shù)：
在電動汽車及混合動力汽車等車輛中具有蓄電池等直流電源，還具有交流電動機(jī)作為動力源。另外，在直流電源與交流電動機(jī)之間具有將直流電力變換為交流電力的逆變
ο 作為通過逆變器控制交流電動機(jī)的技術(shù)，已知有PWM(脈沖寬度調(diào)制、Pulse Width Modulation)控制。PWM控制是電壓型逆變器的電壓轉(zhuǎn)換控制的一種，其向逆變器具有的開關(guān)元件供給作為脈沖信號的PWM信號，并控制開關(guān)元件的ON(開)/0FF(關(guān))的定時(shí)。通過調(diào)整開關(guān)元件的0N/0FF的定時(shí)，能夠控制向電動機(jī)施加的電壓。
通過三角波比較法生成PWM信號。即，通過對確定向電動機(jī)施加的電壓值的指令信號與也稱作載波的三角波的電壓值進(jìn)行大小比較，來生成PWM信號。
基于轉(zhuǎn)子的電角度和轉(zhuǎn)矩要求值來連續(xù)確定指令信號的電壓值。指令信號的波形通常為正弦波狀，在使用永磁電動機(jī)等同步電動機(jī)作為電動機(jī)的情況下，指令信號的周期隨著轉(zhuǎn)矩要求值、轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速的變化而增減。
另外，通過將時(shí)鐘信號積分得到三角波。通過汽車內(nèi)的控制單元等設(shè)定時(shí)鐘信號的頻率。
生成PWM信號時(shí)，通過三角波的頻率相對于指令信號的頻率之比來確定一個(gè)指令信號周期的PWM信號的脈沖數(shù)。例如若三角波的頻率相對于指令信號的頻率之比為15，則得出一個(gè)指令信號周期的PWM信號的脈沖數(shù)為15個(gè)。
另一方面，若逆變器在短時(shí)期內(nèi)進(jìn)行多次0N/0FF切換，則由于開關(guān)損耗導(dǎo)致開關(guān)元件過熱，有可能會導(dǎo)致工作不良。為了防止開關(guān)元件的過熱，采取了通過設(shè)置多個(gè)開關(guān)元件而使發(fā)熱分散來防止過熱等對策，但是近年來，為了降低成本等，與以往相比，正在減少逆變器的開關(guān)元件。在這樣的逆變器中，由于不采取如上述的對策，因此為了防止開關(guān)元件的過熱，需要相對減少一個(gè)指令信號周期的PWM信號的脈沖數(shù)而進(jìn)行設(shè)定。
但是，在將一個(gè)指令信號周期的PWM信號的脈沖數(shù)設(shè)定得較小的情況下，為了穩(wěn)定地進(jìn)行PWM控制，需要進(jìn)行根據(jù)指令信號的頻率的變化來變更時(shí)鐘信號的頻率，并將一個(gè)指令信號周期內(nèi)的PWM信號的脈沖數(shù)保持為一定的同步PWM控制。
例如，在要提高轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速時(shí)，指令信號的頻率增加。另一方面，在時(shí)鐘信號的頻率固定的情況下，一個(gè)指令信號周期內(nèi)的PWM信號的脈沖數(shù)降低。
若一個(gè)指令信號周期內(nèi)的PWM信號的脈沖數(shù)較多(例如15 20個(gè))，則脈沖數(shù)減少的影響就小，但是在一個(gè)指令信號周期內(nèi)的PWM信號的脈沖數(shù)較小的情況下(例如5 10個(gè))，脈沖數(shù)減少的影響就變大。在這樣的情況下，當(dāng)一個(gè)指令信號周期內(nèi)的PWM信號的脈沖數(shù)降低時(shí)，就變得不能從逆變器輸出按照指令信號所期望的電壓。結(jié)果，就可能導(dǎo)致逆變器的過電流、電動機(jī)的失調(diào)等控制失敗。
因此，已知如下的控制檢測轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速(rpm)，在轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速發(fā)生驟變從而PWM信號的脈沖數(shù)發(fā)生變動之前，變更三角波的頻率，由此將PWM信號的脈沖數(shù)保持在一定值。例如，在專利文獻(xiàn)1中公開的技術(shù)為，在轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速上升率超過閾值時(shí)，提高三角波的頻率。
專利文獻(xiàn)1 日本特開2007-159367號公報(bào)

發(fā)明內(nèi)容
通過轉(zhuǎn)子以一定程度旋轉(zhuǎn)來計(jì)算轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速。通常，考慮轉(zhuǎn)矩要求值的變化、行駛阻力的變動等外在要因，每隔一定時(shí)間從轉(zhuǎn)子電角度的變化量計(jì)算出轉(zhuǎn)速，計(jì)算花費(fèi)約1 毫秒 約3毫秒的時(shí)間。因此生成三角波的時(shí)鐘信號的頻率變更空出約1毫秒 約3毫秒的時(shí)間間隔來進(jìn)行。
另一方面，轉(zhuǎn)子電角度與電動機(jī)的旋轉(zhuǎn)成比例地連續(xù)增減，特別是在車輛用途中存在輪胎根據(jù)路面狀況通過滑移而空轉(zhuǎn)的情況等轉(zhuǎn)子電角度發(fā)生驟變的情況。其結(jié)果，使用轉(zhuǎn)子電角度求出的指令信號的頻率也存在在1毫秒 3毫秒的期間發(fā)生驟變的情況，PWM 信號的脈沖數(shù)有可能在轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)一周的期間增減。
因此，本發(fā)明的目的在于，在進(jìn)行PWM控制時(shí)，迅速應(yīng)對電動機(jī)的旋轉(zhuǎn)變化。
技術(shù)方案1的電動機(jī)驅(qū)動控制裝置，具有控制單元，輸出指令信號和三角波而生成PWM信號，并通過PWM信號控制電動機(jī)的驅(qū)動；和角度傳感器，檢測轉(zhuǎn)子電角度，所述控制單元，基于所述轉(zhuǎn)子電角度和轉(zhuǎn)矩要求值而確定指令信號的電壓值并輸出所述指令信號， 基于所述轉(zhuǎn)子電角度，對于每個(gè)第一時(shí)間間隔計(jì)算轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速，基于所述轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速，對于每個(gè)所述第一周期確定所述三角波的頻率并輸出所述三角波，對于每個(gè)比所述第一周期短的第二周期檢測所述三角波的相位角與所述轉(zhuǎn)子電角度之間的相位差，在輸出的所述三角波的相位角與所述轉(zhuǎn)子電角度之間的相位差的值超過預(yù)定的閾值時(shí)，變更所述三角波的頻率。
另外，技術(shù)方案2的電動機(jī)驅(qū)動控制裝置，將在所述指令信號的一個(gè)周期中所述 PWM信號應(yīng)輸出的脈沖數(shù)作為指定脈沖數(shù)存儲在所述控制單元中，所述控制單元，計(jì)算所述轉(zhuǎn)子電角度乘以所述指定脈沖數(shù)而得到的值作為基準(zhǔn)角，對于每個(gè)所述第二周期，檢測所述三角波的相位角與所述基準(zhǔn)角之間的相位差，當(dāng)輸出的所述三角波的相位角與所述基準(zhǔn)角之間的相位差的值超過所述閾值時(shí)，變更所述三角波的頻率。
另外，技術(shù)方案3的電動機(jī)驅(qū)動控制裝置設(shè)定士 180°作為所述閾值。
發(fā)明效果 根據(jù)本發(fā)明，能夠基于作為瞬時(shí)值的轉(zhuǎn)子電角度來進(jìn)行三角波的頻率的變更。因此，與基于必須設(shè)置一定的時(shí)間間隔才能計(jì)算的轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速信息的情況相比，能夠以極高的精度防止PWM信號的脈沖數(shù)增減。


圖1是表示控制單元、電動機(jī)及其外部設(shè)備的概略圖。
圖2是表示轉(zhuǎn)子電角度和三角波的相位角之間的時(shí)間變化的圖。
圖3是表示實(shí)施本發(fā)明的電動機(jī)驅(qū)動控制時(shí)的轉(zhuǎn)子電角度和三角波的相位的圖。
圖4是表示轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速發(fā)生驟變時(shí)的三角波、基準(zhǔn)角的相位的圖。
圖5是表示轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速發(fā)生驟變時(shí)的三角波、基準(zhǔn)角的相位的圖。
圖6是判定是否變更三角波的周期的流程圖。
圖7是表示實(shí)施本發(fā)明的電動機(jī)驅(qū)動控制時(shí)的三角波與基準(zhǔn)角的相位以及相位差的圖。
圖8是表示實(shí)施本發(fā)明的電動機(jī)驅(qū)動控制時(shí)的三角波與基準(zhǔn)角的相位以及相位差的圖。
圖9是表示實(shí)施本發(fā)明的電動機(jī)驅(qū)動控制時(shí)的三角波與基準(zhǔn)角的相位差的圖。
具體實(shí)施例方式以下使用附圖來對本發(fā)明的實(shí)施方式進(jìn)行詳細(xì)說明。
圖1是表示本發(fā)明的控制單元1、作為控制對象的電動機(jī)2、及它們的外部設(shè)備的概略圖。另外，作為本實(shí)施方式的電動機(jī)2，可以舉出永磁電動機(jī)等同步電動機(jī)。
以下對控制單元1的構(gòu)成進(jìn)行說明。控制單元1具有指令信號生成部3、三角波生成部4、及PWM控制部5。
指令信號生成部3生成指令信號S，并將其向PWM控制部5輸出。另外，三角波生成部4生成三角波Ck,并將其向PWM控制部5輸出。PWM控制部5接收指令信號S和三角波CA，來生成PWM信號PI。以下，對分別在指令信號生成部3、三角波生成部4、PWM控制部 5中進(jìn)行的操作、處理等進(jìn)行詳細(xì)說明。
首先，對指令信號生成部3進(jìn)行說明。指令信號生成部3從旋轉(zhuǎn)變壓器等旋轉(zhuǎn)角度傳感器6接收轉(zhuǎn)子7的電角度θ m，還從HV控制模塊8接收轉(zhuǎn)矩要求值TR。另外，指令信號生成部3基于接收的電角度θ m和轉(zhuǎn)矩要求值TR來生成指令信號S。在此，本實(shí)施方式中的汽車為所謂的混合動力汽車，HV控制模塊8檢測油門踏板的踏入量，并運(yùn)算應(yīng)向電動機(jī)2和未圖示的發(fā)動機(jī)發(fā)送的轉(zhuǎn)矩要求值TR。
指令信號生成部3基于轉(zhuǎn)子電角度θ m的信號和轉(zhuǎn)矩要求值TR來計(jì)算指令信號S 的電壓值Vs。向PWM控制部5發(fā)送指令信號S。另外，指令信號生成部3連續(xù)地接收轉(zhuǎn)子7 的電角度θ m和轉(zhuǎn)矩要求值TR，并連續(xù)地計(jì)算指令信號S的電壓值Vs。在此，指令信號S與轉(zhuǎn)子7同步而輸出，因此，指令信號S的周期與轉(zhuǎn)子7的電角度θ m的周期大致相同。
然后，對三角波生成部4進(jìn)行說明。在三角波生成部4中，設(shè)置于三角波生成部4 內(nèi)的時(shí)鐘信號發(fā)生器9輸出時(shí)鐘信號CLK。另外，三角波生成部4向積分電路供給時(shí)鐘信號 CLK而生成三角波CA。在此，為了輸出時(shí)鐘信號CLK，控制單元1中存儲有指定脈沖數(shù)Kp。 指定脈沖數(shù)Kp是指，指定在與指令信號S的一個(gè)周期相當(dāng)?shù)钠陂g內(nèi)PWM信號PI應(yīng)產(chǎn)生的脈沖數(shù)的數(shù)值。指定脈沖數(shù)Kp預(yù)先設(shè)定于控制單元1中，或由操作者適當(dāng)進(jìn)行設(shè)定輸入。
以以下所述的方式生成三角波CA。三角波生成部4從旋轉(zhuǎn)角度傳感器6接收轉(zhuǎn)子電角度θω。另外，三角波生成部4計(jì)測轉(zhuǎn)子電角度θ m的值直到轉(zhuǎn)子7旋轉(zhuǎn)一周為止， 并在轉(zhuǎn)子7旋轉(zhuǎn)一周時(shí)計(jì)算并存儲轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速Rmm(rpm)。另外，轉(zhuǎn)子7旋轉(zhuǎn)一周需要約1毫秒 約3毫秒的時(shí)間。即，三角波生成部4每隔1毫秒 3毫秒計(jì)算轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速Rmm，并更新在此之前存儲的轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速Rmm。
并且，三角波生成部4從轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速Rmm計(jì)算出轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)頻率fm，并將該頻率fm乘以轉(zhuǎn)子7的極對數(shù)和指定脈沖數(shù)Kp后的值作為時(shí)鐘信號CLK的頻率faK。時(shí)鐘信號CLK通過積分電路進(jìn)行積分而生成三角波CA。向PWM控制部5發(fā)送三角波CA。
在PWM控制部5中，比較指令信號S的電壓值Vs和三角波CA的電壓值Va的大小， 生成作為脈沖信號的PWM信號PI。
向逆變器10發(fā)送從PWM控制部5輸出的PWM信號PI。在逆變器10中，基于PWM 信號PI對開關(guān)元件進(jìn)行開關(guān)控制，由此，將向逆變器10施加的直流電壓轉(zhuǎn)換為驅(qū)動電動機(jī) 2的驅(qū)動電壓。為產(chǎn)生與來自HV控制模塊8的轉(zhuǎn)矩要求TR對應(yīng)的轉(zhuǎn)矩，電動機(jī)2進(jìn)行驅(qū)動。
接著，順著圖2至圖9來對控制單元1所進(jìn)行的電動機(jī)驅(qū)動控制進(jìn)行說明。
[電動機(jī)驅(qū)動控制的第一實(shí)施方式] 控制單元1計(jì)算轉(zhuǎn)子電角度θ m與三角波CA的相位角θ CA之間的相位差，比較相位差的值與預(yù)定的閾值，在相位差的值超過閾值的情況下，判斷為轉(zhuǎn)子7的轉(zhuǎn)速發(fā)生驟變， 并在轉(zhuǎn)子7旋轉(zhuǎn)一周的期間變更三角波CA的頻率。通過進(jìn)行這樣的電動機(jī)驅(qū)動控制，將指令信號S的一個(gè)周期內(nèi)的PWM信號PI的脈沖數(shù)保持為指定脈沖數(shù)Kp。以下，對本實(shí)施方式的電動機(jī)驅(qū)動控制進(jìn)行詳細(xì)說明。
在控制單元1內(nèi)設(shè)置的三角波生成部4，在轉(zhuǎn)子7旋轉(zhuǎn)一周的期間，在每個(gè)預(yù)定的計(jì)測定時(shí)測定轉(zhuǎn)子電角度91]1與三角波CA的相位角θ α的相位差。
圖2中表示轉(zhuǎn)子電角度θω的周期tl [秒]中的、轉(zhuǎn)子電角度θ 三角波CA的相位角的相位的時(shí)間變化。另外，設(shè)定6作為指定脈沖數(shù)Κρ。在本實(shí)施方式中，設(shè)定三角波CA的相位角成為0°的時(shí)刻作為計(jì)測定時(shí)。若以這種方式設(shè)定計(jì)測定時(shí)，則轉(zhuǎn)子電角度91]1與三角波CA的相位角之間的相位差Δ θ的值根據(jù)θα = 0°而與轉(zhuǎn)子電角度θ m的值相等，因此測定簡便。如圖2所示，三角波生成部4每隔三角波CA的一個(gè)周期，對轉(zhuǎn)子電角度值進(jìn)行采樣。圖2中，從Θω1至θω5取得5次轉(zhuǎn)子電角度θω，并測定它們的值與閾值的差。
三角波生成部4對從Θω1至θ m5的每一個(gè)設(shè)定上限閾值Them UL和下限閾值 Th θ m LL這兩種閾值。以下對上限閾值Th θ m UL和下限閾值Th θ m LL的設(shè)定方法進(jìn)行說明。
考慮例如三角波CA進(jìn)入第二個(gè)周期時(shí)，對轉(zhuǎn)子電角度θ ml設(shè)定上限閾值Th θ ml UL和下限閾值Th θ ml LL的情況。上限閾值及下限閾值以在指令信號S的一個(gè)周期中PWM 信號PI輸出的脈沖數(shù)變得比指定脈沖數(shù)Kp少時(shí)、及變得比指定脈沖數(shù)Kp多時(shí)的條件為基礎(chǔ)來計(jì)算。例如當(dāng)指定脈沖數(shù)Kp為6時(shí)，PWM信號PI在指令信號S的一個(gè)周期中輸出的脈沖數(shù)不為6的情況為，在指令信號S的一個(gè)周期中三角波CA的周期為5個(gè)周期以下時(shí)、或 7個(gè)周期以上時(shí)。若考慮到指令信號S的周期與轉(zhuǎn)子7的電角度周期大致相同，則當(dāng)轉(zhuǎn)子電角度θ m的一個(gè)周期中的三角波CA的周期為5個(gè)周期以下、或7個(gè)周期以上時(shí)，指令信號S的一個(gè)周期中的PWM信號PI的脈沖數(shù)偏離指定脈沖數(shù)。
在轉(zhuǎn)子電角度θ m的一個(gè)周期中三角波CA輸出5個(gè)周期的情況下，在三角波CA結(jié)束第一個(gè)周期時(shí)的轉(zhuǎn)子電角度θ m為從360° +5算出的72°，因此，得到72°作為上限閾值 ι θ ml—UL。
另一方面，在轉(zhuǎn)子電角度θω的一個(gè)周期中三角波CA輸出7個(gè)周期的情況下，在三角波CA結(jié)束第一個(gè)周期時(shí)的轉(zhuǎn)子電角度θ m為從360° +7算出的51.4°，因此，得到 51.4°作為下限閾值Theml LL。
以下以同樣的方式，從θω2至θ m5依次計(jì)算出下限閾值和上限閾值。從Θω1至θω5 計(jì)算出下限閾值和上限閾值后，在三角波生成部4中設(shè)定各自的閾值。若從轉(zhuǎn)子電角度θ ml 至θ m5的任意一個(gè)值為下限閾值以下或上限閾值以上，則三角波生成部4變更三角波CA的頻率。通過變更三角波CA的頻率，如圖3所示，到三角波CA的周期變?yōu)?個(gè)周期為止所花費(fèi)的時(shí)間從tl縮短為tl’。圖3中表示通過檢測出轉(zhuǎn)子電角度91]]變?yōu)樯舷揲撝狄陨系那闆r而增大三角波CA的頻率的例子。通過增大三角波CA的頻率，能夠在指令信號S的一個(gè)周期中將P麗信號PI輸出的脈沖數(shù)從5個(gè)變更為6個(gè)。
另外，三角波生成部4通過取代將三角波CA的相位角0。4從0°時(shí)到下一次變?yōu)?0°時(shí)為止的期間設(shè)定為運(yùn)算期間，而能夠確定任意的運(yùn)算期間。
[電動機(jī)驅(qū)動控制的第二實(shí)施方式] 在以上的說明中，直接測定轉(zhuǎn)子的電角度91]]與三角波CA的相位角之間的相位差，但是，為了易于測定轉(zhuǎn)子的電角度91]1與三角波CA的相位角之間的相位差，也可以計(jì)算出在下述中說明的稱為基準(zhǔn)角θs的值作為假想的角度值。
通過下述的式1計(jì)算基準(zhǔn)角θ s。
〈式1> θ s = (KpX θ J-(360° Xb) 在此，Kp為指定脈沖數(shù)，b為基于轉(zhuǎn)子電角度θ m的值而設(shè)定的系數(shù)。
在此，對系數(shù)b進(jìn)行說明?？蓮?至Kp-I的自然數(shù)的值取得b。三角波生成部4 設(shè)定b的值。具體而言，在從轉(zhuǎn)子電角度至60°的期間，設(shè)b = 0。在從轉(zhuǎn)子電角度至120°的期間，設(shè)b=l。以下，每到轉(zhuǎn)子電角度θω增加60°，便將b的值增加1。在轉(zhuǎn)子電角度θω變?yōu)?60°時(shí)，三角波生成部4使b返回0。以下重復(fù)該操作。 在該情況下，轉(zhuǎn)子電角度θω、系數(shù)b、基準(zhǔn)角θ s按照下述表1的方式進(jìn)行變化。另外，將指定脈沖數(shù)Kp設(shè)定為6。
[表 1]
權(quán)利要求
1.一種電動機(jī)驅(qū)動控制裝置，具有控制單元，輸出指令信號和三角波而生成PWM信號，并通過PWM信號控制電動機(jī)的驅(qū)動；和角度傳感器，檢測轉(zhuǎn)子電角度， 所述控制單元，基于所述轉(zhuǎn)子電角度和轉(zhuǎn)矩要求值而確定指令信號的電壓值并輸出所述指令信號， 基于所述轉(zhuǎn)子電角度，對于每個(gè)第一周期計(jì)算轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速，基于所述轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速，對于每個(gè)所述第一周期確定所述三角波的頻率并輸出所述三角波，對于每個(gè)比所述第一周期短的第二周期檢測所述三角波的相位角與所述轉(zhuǎn)子電角度之間的相位差，在輸出的所述三角波的相位角與所述轉(zhuǎn)子電角度之間的相位差的值超過預(yù)定的閾值時(shí)，變更所述三角波的頻率。
2.如權(quán)利要求1所述的電動機(jī)驅(qū)動控制裝置，將在所述指令信號的一個(gè)周期中所述PWM信號應(yīng)輸出的脈沖數(shù)作為指定脈沖數(shù)存儲在所述控制單元中， 所述控制單元，計(jì)算所述轉(zhuǎn)子電角度乘以所述指定脈沖數(shù)而得到的值作為基準(zhǔn)角， 對于每個(gè)所述第二周期，檢測所述三角波的相位角與所述基準(zhǔn)角之間的相位差， 當(dāng)輸出的所述三角波的相位角與所述基準(zhǔn)角之間的相位差的值超過所述閾值時(shí)，變更所述三角波的頻率。
3.如權(quán)利要求2所述的電動機(jī)驅(qū)動控制裝置， 設(shè)定士 180°作為所述閾值。
全文摘要
三角波生成部(4)在檢測轉(zhuǎn)子(7)的轉(zhuǎn)速的第一周期中計(jì)測三角波CA與轉(zhuǎn)子電角度θm之間的相位差，并在三角波CA與轉(zhuǎn)子電角度θm之間的相位差的值超過閾值時(shí)，變更三角波CA的頻率。由此能夠在進(jìn)行PWM控制時(shí)，迅速地應(yīng)對轉(zhuǎn)子的旋轉(zhuǎn)變化。
文檔編號H02P6/08GK102187566SQ20098014111
公開日2011年9月14日 申請日期2009年10月1日 優(yōu)先權(quán)日2008年10月17日
發(fā)明者高松直義, 岡村賢樹 申請人:豐田自動車株式會社