用于交流電動(dòng)機(jī)的控制裝置制造方法
【專利摘要】提供了一種用于交流電動(dòng)機(jī)的控制裝置。用于交流電動(dòng)機(jī)的控制裝置包括電流傳感器和電流估計(jì)部件。電流傳感器檢測流過其是傳感器相的、電動(dòng)機(jī)的一相的電流。電流估計(jì)部件基于由平行于傳感器相軸的α軸和垂直于傳感器相軸的β軸定義的固定坐標(biāo)系中的α軸電流和β軸電流，計(jì)算與傳感器相的軸有關(guān)的電流相位。電流估計(jì)部件基于電流相位和電流檢測值來估計(jì)電動(dòng)機(jī)的其他相中流過的電流。電流估計(jì)部件基于電流檢測值來計(jì)算α軸電流。電流估計(jì)部件基于電流檢測值和用于流過電動(dòng)機(jī)的其他相的電流的命令值來計(jì)算β軸電流。
【專利說明】用于交流電動(dòng)機(jī)的控制裝置
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種用于AC (交流)電動(dòng)機(jī)的控制裝置，該用于AC電動(dòng)機(jī)的控制裝置使用電流傳感器檢測三相中的一相中的相電流以控制AC電動(dòng)機(jī)的通電。
【背景技術(shù)】
[0002]近年來，鑒于改進(jìn)燃油經(jīng)濟(jì)性和減少廢氣排放的社會(huì)需求，安裝有AC電動(dòng)機(jī)作為車輛的驅(qū)動(dòng)電源的電動(dòng)車輛和混合動(dòng)力車輛受到關(guān)注。例如，一些混合動(dòng)力車輛被配置成使得:DC (直流)電源如二次電池和AC電動(dòng)機(jī)通過電力轉(zhuǎn)換設(shè)備如逆變器彼此連接。DC電源的DC電壓通過逆變器轉(zhuǎn)換成AC電壓以驅(qū)動(dòng)AC電動(dòng)機(jī)。AC電動(dòng)機(jī)由控制裝置以例如下列專利文獻(xiàn)中公開的方式來控制。
[0003]專利文獻(xiàn)I JP-A-2004-159391
[0004]專利文獻(xiàn)2 JP-A-2010-124544
[0005]專利文獻(xiàn)3: JP-A-2008-86139
[0006]專利文獻(xiàn)4 JP-A-2004-64903
[0007]專利文獻(xiàn)5 JP-A-H10-225199
[0008]專利文獻(xiàn)6 JP-A- 2001-145398
[0009]在專利文獻(xiàn)I中，由電流傳感器來檢測流經(jīng)AC電動(dòng)機(jī)的三相中的一相(例如，U相)的電流。然后，基于電流傳感器檢測的電流檢測值、d軸電流命令值、q軸電流命令值和AC電動(dòng)機(jī)的電角，計(jì)算其他相(例如，V相和W相)的電流估計(jì)值。
[0010]具體地，通過將由q軸以及d軸電流命令值Id*和q軸電流命令值Iq*的組合向量形成的命令電流相角α加上由AC電動(dòng)機(jī)的定子和轉(zhuǎn)子的U相軸形成的角Θ來計(jì)算U相電流相角Θ1 (=α + θ)。然后，根據(jù)下面的公式使用U相電流相角Θ I和電流傳感器檢測的電流檢測值Iu計(jì)算電流幅度la。然后，根據(jù)下面的公式使用電流幅度Ia和U相電流相角Θ I計(jì)算其他相的電流估計(jì)值Iv和Iw。
[0011 ] Ia = In / [ /3 X sin(例)}]
[0012]Iv = 4(1./3) X Iax {-sin(01 +120°)}
[0013]Iw = (1/3) xlax{-sin (ΘΙ + 240°)}
[0014]基于電流檢測值Iu以及電流估計(jì)值Iv和Iw計(jì)算d軸電流Id和q軸電流Iq0然后，通過計(jì)算AC電動(dòng)機(jī)的電壓命令值對(duì)流經(jīng)AC電動(dòng)機(jī)的電流進(jìn)行反饋控制，使得d軸電流Id和q軸電流Iq可以分別等于d軸電流命令值Id*和q軸電流命令值Iq*。
[0015]注意，AC電動(dòng)機(jī)的電流向量隨命令電流向量(對(duì)應(yīng)于電流命令值的電流向量)變化。然而，由于控制誤差和反饋控制的影響，電流向量與命令電流向量之間有偏差(即差異)。因此，命令電流相位不同于實(shí)際電流相位并且不能真實(shí)地反映實(shí)際電流相位。
[0016]然而，根據(jù)專利文獻(xiàn)1，通過使用根據(jù)命令電流相角計(jì)算的U相電流相角，在不考慮實(shí)際電流相位的情況下計(jì)算其他相的電流估計(jì)值。因此，電流估計(jì)值可能不具有足夠高以控制AC電動(dòng)機(jī)的精度。
[0017]在專利文獻(xiàn)3中，由電流傳感器檢測流經(jīng)AC電動(dòng)機(jī)的三相中的一相(例如，U相)的電流。然后，基于AC電動(dòng)機(jī)的三相電流命令值和電流傳感器檢測的電流檢測值計(jì)算其他相(例如，V相和W相)的電流估計(jì)值。
[0018]具體地，通過基于電流傳感器檢測的電流檢測值Iu以及其他相的三相電命令值Iv*和Iw*使用電角進(jìn)行dq轉(zhuǎn)換來控制AC電動(dòng)機(jī)。電命令值Iv*和Iw*通過基于AC電動(dòng)機(jī)的d軸電流命令值Id*和q軸電流命令值Iq*使用電角進(jìn)行轉(zhuǎn)換來計(jì)算。然而，由于電命令值被簡單地用作其他相的電流檢測值的替代，因此命令電流相位不能真實(shí)地反映實(shí)際電流相位。因此，在轉(zhuǎn)矩和旋轉(zhuǎn)速度需要時(shí)刻改變的車輛中，將不能充分精確地計(jì)算估計(jì)電流，因此將不能適當(dāng)?shù)乜刂艫C電動(dòng)機(jī)。
[0019]在專利文獻(xiàn)4中，DC電源線上設(shè)置有一個(gè)電流傳感器以檢測總線電流。然而，如果用于控制安裝在車輛上的大功率電動(dòng)機(jī)的控制系統(tǒng)中的DC電源線上設(shè)置有電流傳感器，那么由于DC電源線的擴(kuò)展，可能會(huì)增加傳導(dǎo)噪聲。
[0020]在專利文獻(xiàn)5中，根據(jù)由電動(dòng)機(jī)常量獲取的狀態(tài)方程使用AC電動(dòng)機(jī)的三相中的一相的電流檢測值來計(jì)算d軸電流Id和q軸電流Iq。然而，電動(dòng)機(jī)常量隨溫度變化。因此，根據(jù)狀態(tài)方程計(jì)算的d軸電流Id和q軸電流Iq可能具有大的估計(jì)誤差，使得控制可能變得不穩(wěn)定。另外，由于計(jì)算復(fù)雜，可能使得電子控制單元(ECU)難以執(zhí)行計(jì)算。
[0021 ] 在專利文獻(xiàn)6中，通過對(duì)AC電動(dòng)機(jī)的三相中的一相的電流檢測值和其他相的電流估計(jì)值進(jìn)行dq轉(zhuǎn)換來計(jì)算AC電動(dòng)機(jī)的d軸電流Id和q軸電流Iq。然后,經(jīng)由一階滯后濾波器執(zhí)行平均，然后執(zhí)行逆dq轉(zhuǎn)換。然而，由于一階滯后濾波器，電流估計(jì)值中可能會(huì)發(fā)生滯后，從而控制可能變得不穩(wěn)定。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0022]本發(fā)明的目的是提供一種用于AC電動(dòng)機(jī)的控制裝置，該用于AC電動(dòng)機(jī)的控制裝置使用檢測流過AC電動(dòng)機(jī)的三相中的一相的電流(例如，流過用于驅(qū)動(dòng)AC電動(dòng)機(jī)的逆變器的三個(gè)輸出中的一個(gè)輸出的電流)的電流傳感器。
[0023]根據(jù)本發(fā)明的一方面，用于具有三相的AC電動(dòng)機(jī)的控制裝置包括電流傳感器和控制器。電流傳感器檢測作為AC電動(dòng)機(jī)的三相中的預(yù)定的一相的傳感器相中流過的電流?？刂破靼娏鞴烙?jì)部件并且控制AC電動(dòng)機(jī)的通電。電流估計(jì)部件基于由α軸和β軸定義的固定坐標(biāo)系中的α軸電流和β軸電流來計(jì)算傳感器相參考電流相位，傳感器相參考電流相位是與作為參考的傳感器相有關(guān)的電流相位，α軸和β軸分別在與傳感器相軸相同的方向上和在垂直于傳感器相軸的方向上，以及電流估計(jì)部件基于傳感器相參考電流相位和由電流傳感器檢測的電流檢測值來計(jì)算三相中的不同于傳感器相的其他相的電流估計(jì)值。電流估計(jì)部件基于傳感器相的電流檢測值來計(jì)算α軸電流，以及基于其他相的電流命令值和傳感器相的電流檢測值來計(jì)算β軸電流。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0024]圖1是說明應(yīng)用用于AC電動(dòng)機(jī)的控制裝置的電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的配置的示意圖；
[0025]圖2是用于AC電動(dòng)機(jī)的控制裝置的框圖；[0026]圖3是示意性地說明AC電動(dòng)機(jī)的控制模式的表；
[0027]圖4是示出AC電動(dòng)機(jī)的操作狀態(tài)與控制模式之間的關(guān)聯(lián)的曲線圖；
[0028]圖5是說明電流反饋控制方案(正弦波控制模式)中根據(jù)第一實(shí)施方式的用于AC電動(dòng)機(jī)的控制裝置的控制部件的配置的框圖；
[0029]圖6是說明電流反饋控制方案(過調(diào)制控制模式)中根據(jù)第一實(shí)施方式的用于AC電動(dòng)機(jī)的控制裝置的控制部件的配置的框圖；
[0030]圖7是說明圖5和圖6中的控制部件的電流估計(jì)部件的配置的框圖；[0031]圖8是基于傳感器相說明固定坐標(biāo)系(α - β坐標(biāo)系)的圖；
[0032]圖9是說明轉(zhuǎn)矩反饋控制方案(矩形波控制模式)中根據(jù)第一實(shí)施方式的用于AC電動(dòng)機(jī)的控制裝置的控制部件的配置的框圖；
[0033]圖10是說明圖9中的控制部件的電流估計(jì)部件的配置的框圖；
[0034]圖11是說明矩形波控制模式中的切換定時(shí)和中間定時(shí)的圖；
[0035]圖12A和圖12B分別是示出每個(gè)切換時(shí)刻和每個(gè)中間時(shí)刻電流檢測值的波形的圖；
[0036]圖13A和圖13B分別是說明比較示例中的β軸電流i β和傳感器相參考電流相位ΘΧ的計(jì)算精度的圖；
[0037]圖14Α和圖14Β分別是說明第一實(shí)施方式中的β軸電流i β和傳感器相參考電流相位Θ X的計(jì)算精度的圖；
[0038]圖15Α和15Β是說明轉(zhuǎn)矩反饋控制方案中當(dāng)基于α軸電流的微分值Λ i α計(jì)算β軸電流?β時(shí)使用的校正的圖；
[0039]圖16是根據(jù)第一實(shí)施方式的電流估計(jì)處理的流程圖；
[0040]圖17是圖16中的傳感器相參考電流相位檢測處理的流程圖；
[0041]圖18是表明從電流反饋控制方案切換至轉(zhuǎn)矩反饋控制方案的圖案[I]的時(shí)間圖；
[0042]圖19是表明從電流反饋控制方案切換至轉(zhuǎn)矩反饋控制方案的圖案[2]的時(shí)間圖；
[0043]圖20是表明從電流反饋控制方案切換至轉(zhuǎn)矩反饋控制方案的圖案[3]的時(shí)間圖；
[0044]圖21是表明從電流反饋控制方案切換至轉(zhuǎn)矩反饋控制方案的圖案[4]的時(shí)間圖；
[0045]圖22是表明從電流反饋控制方案切換至轉(zhuǎn)矩反饋控制方案的圖案[5]的時(shí)間圖；
[0046]圖23是表明從轉(zhuǎn)矩反饋控制方案切換至電流反饋控制方案的圖案[6]的時(shí)間圖；
[0047]圖24是示出根據(jù)第一實(shí)施方式的在控制方案從電流反饋控制方案切換至轉(zhuǎn)矩反饋控制方案時(shí)提供的電流波形的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的圖；
[0048]圖25A和圖25B是基于圖24中的電流波形的轉(zhuǎn)矩波形的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)；
[0049]圖26是示出根據(jù)第一實(shí)施方式的在控制方案從轉(zhuǎn)矩反饋控制方案切換至電流反饋控制方案時(shí)提供的電流波形的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的圖；
[0050]圖27A和圖27B是示出基于圖26中的電流波形的轉(zhuǎn)矩波形的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的圖；
[0051]圖28是說明根據(jù)第二實(shí)施方式的電流估計(jì)部件的配置的框圖；
[0052]圖29A和圖29B是說明第二實(shí)施方式中的漸近估計(jì)操作的向量圖；
[0053]圖30是說明根據(jù)第二實(shí)施方式的修改的電流估計(jì)部件的配置的框圖；以及
[0054]圖31是說明根據(jù)第二實(shí)施方式的修改的漸近估計(jì)操作的向量圖?！揪唧w實(shí)施方式】
[0055]將參照附圖詳細(xì)地描述控制AC電動(dòng)機(jī)的驅(qū)動(dòng)的用于AC電動(dòng)機(jī)的控制裝置。在下面的實(shí)施方式中，將用相同附圖標(biāo)記表示基本上相同的配置元件，從而簡化描述。
[0056](第一實(shí)施方式)
[0057]如圖1中所述，根據(jù)第一實(shí)施方式的、作為用于AC電動(dòng)機(jī)的控制裝置的電動(dòng)機(jī)控制裝置10應(yīng)用于驅(qū)動(dòng)混合動(dòng)力車輛的電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)I。
[0058]電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)I包括AC電動(dòng)機(jī)2、DC電源8、電動(dòng)機(jī)控制裝置10等等。AC電動(dòng)機(jī)2是生成用于驅(qū)動(dòng)例如電驅(qū)動(dòng)車輛的驅(qū)動(dòng)輪6的轉(zhuǎn)矩的電動(dòng)機(jī)。AC電動(dòng)機(jī)2是永磁式同步三相AC電動(dòng)機(jī)。
[0059]電驅(qū)動(dòng)車輛包括驅(qū)動(dòng)輪6由電能驅(qū)動(dòng)的車輛，如混合動(dòng)力車輛、電動(dòng)車輛和燃料電池電動(dòng)車輛。本實(shí)施方式中的電驅(qū)動(dòng)車輛是裝備有發(fā)動(dòng)機(jī)3和AC電動(dòng)機(jī)2的混合動(dòng)力車輛，AC電動(dòng)機(jī)2是電動(dòng)發(fā)電機(jī)(MG)并且具有以下功能:作為生成用于驅(qū)動(dòng)驅(qū)動(dòng)輪6的轉(zhuǎn)矩的電動(dòng)機(jī)的功能；以及作為由從發(fā)動(dòng)機(jī)3和驅(qū)動(dòng)輪6發(fā)送的車輛的動(dòng)能驅(qū)動(dòng)并且能夠發(fā)電的發(fā)電機(jī)的功能。
[0060]AC電動(dòng)機(jī)2通過例如傳動(dòng)裝置的齒輪4連接至車軸5。因此，AC電動(dòng)機(jī)2的驅(qū)動(dòng)力通過齒輪4旋轉(zhuǎn)車軸5從而驅(qū)動(dòng)驅(qū)動(dòng)輪6。
[0061]DC電源8是不可充電/可再充電的電存儲(chǔ)設(shè)備，如例如鎳氫化物、鋰離子等的二次電池、以及雙電層電容器等等。DC電源8與電動(dòng)機(jī)控制裝置10的逆變器12 (圖2)連接，并且被配置成使得其能夠通過逆變器12向AC電動(dòng)機(jī)2提供電能以及從AC電動(dòng)機(jī)2接收電能。
[0062]車輛控制電路9由微型計(jì)算機(jī)等形成并且其中包括CPU、ROM、I/O、連接他們的總線等等，盡管這些沒有示出。車輛控制電路9通過在CPU執(zhí)行預(yù)存儲(chǔ)的程序所實(shí)現(xiàn)的軟件處理以及通過由專用電子電路所實(shí)現(xiàn)的硬件處理來控制整個(gè)電驅(qū)動(dòng)車輛。
[0063]車輛控制電路9被構(gòu)造成使得能夠從各種傳感器和開關(guān)等等中獲取信號(hào)。這些信號(hào)包括來自加速器傳感器的加速信號(hào)、來自制動(dòng)開關(guān)的制動(dòng)信號(hào)、來自轉(zhuǎn)向開關(guān)的轉(zhuǎn)向信號(hào)等等。車輛控制電路9基于這些所獲取的信號(hào)等檢測車輛的操作狀態(tài)，以及向電動(dòng)機(jī)控制裝置10輸出與操作狀態(tài)相對(duì)應(yīng)的轉(zhuǎn)矩命令值trq*。車輛控制電路9向控制發(fā)動(dòng)機(jī)3的操作的未示出的發(fā)動(dòng)機(jī)控制電路輸出命令信號(hào)。
[0064]如圖2中所述，電動(dòng)機(jī)控制裝置10包括逆變器12、電流傳感器13、以及作為控制部件的控制器15。
[0065]由未示出的升壓轉(zhuǎn)換器產(chǎn)生的DC電源的升壓電壓作為系統(tǒng)電壓VH被輸入至逆變器12。逆變器12包括未示出的六個(gè)橋接的切換元件。對(duì)于切換元件，例如，可以使用IGBT(絕緣柵雙極晶體管)、M0S (金屬氧化物半導(dǎo)體)晶體管、雙極晶體管等等。基于從控制器15的PWM信號(hào)生成部件25 (圖5)輸出的PMW信號(hào)UU、UL、VU、VL、WU和WL控制切換元件的接通/關(guān)斷。因此，基于應(yīng)用于AC電動(dòng)機(jī)2的三相AC電壓vu、vv、Vw控制AC電動(dòng)機(jī)2的驅(qū)動(dòng)。
[0066]電流傳感器13僅設(shè)置在AC電動(dòng)機(jī)2的任一相中。在本實(shí)施方式中，電流傳感器13設(shè)置在AC電動(dòng)機(jī)2的W相中。其中設(shè)置有電流傳感器13的W相被稱為傳感器相。電流傳感器13檢測W相中流過的相電流作為傳感器相中的電流檢測值iw_sns，并且將電流檢測值iw_sns輸出至控制器15。盡管將W相作為傳感器相，可替代地，也可以將U相或V相作為傳感器相。
[0067]旋轉(zhuǎn)角傳感器14設(shè)置在AC電動(dòng)機(jī)2的未示出的轉(zhuǎn)子附近，并且檢測電角Θ e以及將電角Qe輸出至控制器15。AC電動(dòng)機(jī)2的轉(zhuǎn)子的旋轉(zhuǎn)圈數(shù)(旋轉(zhuǎn)速度)N基于旋轉(zhuǎn)角傳感器14檢測的電角Θ e來計(jì)算。在下文中，AC電動(dòng)機(jī)2的轉(zhuǎn)子的旋轉(zhuǎn)圈數(shù)N將被簡單稱為AC電動(dòng)機(jī)2的旋轉(zhuǎn)圈數(shù)N。旋轉(zhuǎn)角傳感器14是求解儀，但也可以是其他類型的傳感器如旋轉(zhuǎn)編碼器。
[0068]根據(jù)基于由旋轉(zhuǎn)角傳感器14檢測的電角Θ e的AC電動(dòng)機(jī)2的旋轉(zhuǎn)圈數(shù)N、以及來自車輛控制電路9的轉(zhuǎn)矩命令值trq*，電動(dòng)機(jī)控制裝置10在使用AC電動(dòng)機(jī)2作為電動(dòng)機(jī)的電力運(yùn)行操作中耗電，以及在使用AC電動(dòng)機(jī)2作為發(fā)電機(jī)的再生操作中發(fā)電。具體地，根據(jù)旋轉(zhuǎn)圈數(shù)N以及根據(jù)轉(zhuǎn)矩命令值trq*為正還是為負(fù)，電動(dòng)機(jī)控制設(shè)備10在下列四種模式間切換操作。
[0069]<1>正常旋轉(zhuǎn)電力運(yùn)行，其中，當(dāng)旋轉(zhuǎn)圈數(shù)N為正并且轉(zhuǎn)矩命令值trq*為正時(shí)，耗電。
[0070]<2>正常旋轉(zhuǎn)再生操作，其中，當(dāng)旋轉(zhuǎn)圈數(shù)N為正并且轉(zhuǎn)矩命令值trq*為負(fù)時(shí)，發(fā)電。
[0071]<3>反向旋轉(zhuǎn)電力運(yùn)行，其中，當(dāng)旋轉(zhuǎn)圈數(shù)N為負(fù)并且轉(zhuǎn)矩命令值trq*為負(fù)時(shí)，耗電。
[0072]<4>反向旋轉(zhuǎn)再生操作，其中，當(dāng)旋轉(zhuǎn)圈數(shù)N為負(fù)并且轉(zhuǎn)矩命令值trq*為正時(shí)，發(fā)電。
[0073]在旋轉(zhuǎn)圈數(shù)為N>0 (正常旋轉(zhuǎn))并且轉(zhuǎn)矩命令值為trq*>0,或者旋轉(zhuǎn)圈數(shù)為N〈0 (反向旋轉(zhuǎn))并且轉(zhuǎn)矩命令值為trq*〈0的情況下，逆變器12驅(qū)動(dòng)AC電動(dòng)機(jī)2使得執(zhí)行下列操作:通過切換元件的切換操作將DC電源8側(cè)提供的DC電力轉(zhuǎn)換成AC電力；并且輸出轉(zhuǎn)矩(執(zhí)行電力運(yùn)行操作)。
[0074]而在旋轉(zhuǎn)圈數(shù)為N>0 (正常旋轉(zhuǎn))并且轉(zhuǎn)矩命令值為trq*〈0,或旋轉(zhuǎn)圈數(shù)為N〈0 (反向旋轉(zhuǎn))并且轉(zhuǎn)矩命令值為trq*>0的情況下，逆變器12執(zhí)行下列操作:逆變器12通過切換元件的切換操作將AC電動(dòng)機(jī)2生成的AC電力轉(zhuǎn)換成DC電力；并且將DC電力提供至DC電源8側(cè)從而執(zhí)行再生操作。
[0075]將參照?qǐng)D3描述電動(dòng)機(jī)控制裝置10控制AC電動(dòng)機(jī)2的模式。關(guān)于逆變器12中的電力轉(zhuǎn)換，電動(dòng)機(jī)控制裝置10在圖3所示的三種控制模式之間切換控制模式以控制AC電動(dòng)機(jī)2。
[0076]使用正弦波PWM控制模式(正弦波控制模式)作為通用PWM控制。在這種控制模式下，根據(jù)正弦電壓命令與以三角波為代表的載波之間的電壓比較來控制逆變器12的每個(gè)相中的上臂(高電位側(cè))和下臂(低電位側(cè))中的切換元件的接通/關(guān)斷。因此，應(yīng)該被控制使得在如下的特定時(shí)間周期內(nèi)波的基波分量變成正弦波:一組對(duì)應(yīng)于上臂切換元件的接通周期的高電平周期與對(duì)應(yīng)于下臂切換元件的接通周期的低電平周期。
[0077]在正弦波控制模式下，正弦電壓命令的幅度被限制在載波幅度范圍內(nèi)或載波幅度以下。為此，在正弦波控制模式下，AC電動(dòng)機(jī)2上所施加的電壓的基波分量可以被增加至僅系統(tǒng)電壓VH的近似0.61倍。系統(tǒng)電壓VH是施加于逆變器12的輸入DC電壓。在下文中，AC電動(dòng)機(jī)2的線間電壓的基波分量(有效值)與施加于逆變器12上的系統(tǒng)電壓VH的比值將被稱為調(diào)制率。
[0078]在正弦波控制模式下，正弦電壓命令的幅度在載波幅度范圍內(nèi)或載波幅度以下。因此，施加于AC電動(dòng)機(jī)2上的線間電壓變成正弦波。在這種情況下，正弦波控制模式中包括其中通過在載波幅度范圍內(nèi)或載波幅度以下將3k階諧波分量(k是自然數(shù))疊加在正弦波分量上生成電壓命令的控制模式。典型地，當(dāng)k=l時(shí)將3階諧波分量疊加在正弦波上的方法對(duì)應(yīng)于上述控制模式。這使得可以將調(diào)制率增加高達(dá)近0.71。
[0079]在這種控制方案中，由于諧波分量，出現(xiàn)了電壓命令高于載波幅度的周期。然而，因?yàn)樵诰€間消除了疊加在每個(gè)相中的3k階諧波分量，所以線間電壓維持正弦波。
[0080]在過調(diào)制PWM控制模式(過調(diào)制控制模式)下，在電壓命令的正弦波分量的幅度大于載波幅度的范圍內(nèi)執(zhí)行與正弦波控制模式下相同的PWM控制。特別地，可以通過電壓幅度校正進(jìn)一步增強(qiáng)基波分量，電壓幅度校正使得電壓命令相比它們的原始正弦波波形產(chǎn)生失真。因此，可以進(jìn)一步將調(diào)制率從正弦波控制|旲式下的最聞?wù){(diào)制率提聞聞達(dá)近似0.78的范圍內(nèi)。在過調(diào)制控制模式下，電壓命令的正弦波分量的幅度大于載波的幅度。因此，施加于AC電動(dòng)機(jī)2上的線間電壓不是正弦波而是失真的電壓。
[0081]在正弦波控制模式和過調(diào)制控制模式下，執(zhí)行通過反饋輸出電流將AC電壓的幅度和相位施加于AC電動(dòng)機(jī)2的電流反饋控制。
[0082]同時(shí)，在矩形波控制模式下，將上面特定周期內(nèi)的高電平周期與低電平周期的比值為1:1的矩形波的一個(gè)脈沖施加于AC電動(dòng)機(jī)2。因此，調(diào)制率被提高高達(dá)近似0.78。
[0083]在矩形波控制模式下，AC電動(dòng)機(jī)2上所施加的電壓的幅度是固定的。因此，基于轉(zhuǎn)矩估計(jì)值與轉(zhuǎn)矩命令值之間的差通過矩形波電壓脈沖的相控制來執(zhí)行轉(zhuǎn)矩反饋控制。
[0084]圖4示出了 AC電動(dòng)機(jī)2的操作狀態(tài)與上面描述的控制模式之間的關(guān)聯(lián)。
[0085]在AC電動(dòng)機(jī)2中，感應(yīng)電壓隨著旋轉(zhuǎn)圈數(shù)或輸出轉(zhuǎn)矩的增加而增加，因此驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)所需的電動(dòng)機(jī)所需電壓增加。因此，必需使由升壓轉(zhuǎn)換器升壓并且輸入至逆變器12的系統(tǒng)電壓VH高于電動(dòng)機(jī)所需電壓。優(yōu)選地，通過采取下列措施來改善電壓利用因子:在系統(tǒng)電壓VH的最大值處，控制模式從正弦波控制模式切換至過調(diào)制控制模式并且進(jìn)一步從過調(diào)制控制模式切換至矩形波控制模式。
[0086]如圖4中示意性地所示,在低旋轉(zhuǎn)圈數(shù)范圍(低速范圍)Al內(nèi)，使用正弦波控制模式以減少轉(zhuǎn)矩波動(dòng)；在中間旋轉(zhuǎn)圈數(shù)范圍(中速范圍)A2內(nèi)，使用過調(diào)制控制模式；在高旋轉(zhuǎn)圈數(shù)范圍(高速范圍)A3內(nèi)，應(yīng)用矩形波控制模式。特別地，通過采用過調(diào)制控制模式和矩形波控制模式來改善AC電動(dòng)機(jī)2的輸出。
[0087]在轉(zhuǎn)矩反饋控制方案中，不使用d軸電流命令值或q軸電流命令值。因此，當(dāng)在被配置成使得僅一相中設(shè)置有用于檢測相電流的電流傳感器的用于AC電動(dòng)機(jī)的控制裝置中使用矩形波控制模式時(shí)會(huì)發(fā)生:不可以采用用于使用d軸電流命令值和q軸電流命令值來計(jì)算除傳感器相之外的相中的電流估計(jì)值的技術(shù)。
[0088]就是說，被配置成使得僅一相中設(shè)置有電流傳感器的用于AC電動(dòng)機(jī)的控制裝置通常包含以下問題:不可以同時(shí)使用其中使用電流命令值的電流反饋控制方案和其中不使用電流命令值的轉(zhuǎn)矩反饋控制方案。
[0089]同時(shí)，本實(shí)施方式中的電動(dòng)機(jī)控制裝置10的特征在于:可以同時(shí)使用其中使用電流命令值的電流反饋控制方案和其中不使用電流命令值的轉(zhuǎn)矩反饋控制方案；以及可以在上面三種控制模式之間切換控制模式。為此，控制器15的配置和控制器15中的電流估計(jì)部件的配置根據(jù)所選擇的控制模式不時(shí)地變化。
[0090]在下面的描述中，盡管控制器15是集體稱號(hào)，然而對(duì)應(yīng)于正弦波控制模式的控制部件、對(duì)應(yīng)于過調(diào)制控制模式的控制部件和對(duì)應(yīng)于矩形波控制模式的控制部件分別用附圖標(biāo)記151、152和153區(qū)分。這種區(qū)分只是為了說明的目的。在本實(shí)施方式中，通過軟件處理或由專用電子電路執(zhí)行的硬件處理來改變?cè)O(shè)置在物理上相同的電路板中的控制器15以執(zhí)行每種控制模式。
[0091]首先，參照?qǐng)D5至圖8，控制器151對(duì)應(yīng)于正弦波控制模式，控制器152對(duì)應(yīng)于過調(diào)制控制模式。正弦波控制模式和過調(diào)制控制模式兩者是電流反饋控制方案并且具有很多相同的部分。
[0092]如圖5中所述，對(duì)應(yīng)于正弦波控制模式的控制器151包括:dq軸電流命令值計(jì)算部件21、電流減法器22、PI計(jì)算部件23、逆dq轉(zhuǎn)換部件24、PWM信號(hào)生成部件25、以及電流估計(jì)部件301。
[0093]dq軸電流命令值計(jì)算部件21基于從車輛控制電路9獲取的轉(zhuǎn)矩命令值trq*來計(jì)算AC電動(dòng)機(jī)2的旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系(d-q坐標(biāo)系)中的d軸電流命令值id*和q軸電流命令值iq*。d軸電流命令值id*和q軸電流命令值iq*通過參考預(yù)存儲(chǔ)的映射來計(jì)算。可替換地，可以根據(jù)公式等計(jì)算這些命令值。
[0094]電流減法器22包括d軸電流減法器221和q軸電流減法器222。在d軸電流減法器221中，計(jì)算d軸電流差A(yù)id，d軸電流差Λ id是d軸電流命令值id*與在電流估計(jì)部件301中計(jì)算并反饋的d軸電流估計(jì)值id_est之間的差。在q軸電流減法器222中，計(jì)算q軸電流差△ iq，q軸電流差△ iq是q軸電流命令值iq*與在電流估計(jì)部件301中計(jì)算并反饋的q軸電流估計(jì)值iq_est之間的差。
[0095]PI計(jì)算部件23包 括d軸PI計(jì)算部件231和q軸PI計(jì)算部件232。在d軸PI計(jì)算部件231中，通過PI (比例積分)操作計(jì)算d軸電壓命令值vd*，使得d軸電流差Λ id收斂于O以使d軸電流估計(jì)值id_est跟隨d軸電流命令值id*。在q軸PI計(jì)算部件232中，通過PI操作計(jì)算q軸電壓命令值vq*，使得q軸電流差Λ iq收斂于O以使q軸電流估計(jì)值iq_est跟隨q軸電流命令值iq*。
[0096]在逆dq轉(zhuǎn)換部件24中，基于從旋轉(zhuǎn)角傳感器14獲取的電角Θ e執(zhí)行下列處理:將d軸電流命令值vd*和q軸電壓命令值vq*轉(zhuǎn)換成U相電壓命令值vu*、V相電壓命令值vv*、和W相電壓命令值vw*。
[0097]在PWM信號(hào)生成部件25中，基于三相電壓命令值vu*、vv*和vw*以及施加于逆變器12上的系統(tǒng)電壓VH計(jì)算與逆變器12的切換元件的接通/關(guān)斷切換有關(guān)的PWM信號(hào)UU、UL、VU、VL、WU 和 WL0
[0098]從而，控制AC電動(dòng)機(jī)2的驅(qū)動(dòng)，使得實(shí)現(xiàn)操作:通過基于PWM信號(hào)UU、UL、VU、VL、WU和WL控制逆變器12的切換元件的接通/關(guān)斷來生成三相AC電壓vu、W和w ；以及將三相AC電壓vu、vv和vw施加于AC電動(dòng)機(jī)2上，使得從AC電動(dòng)機(jī)2輸出對(duì)應(yīng)于轉(zhuǎn)矩命令值trq*的轉(zhuǎn)矩。
[0099]接下來將參照?qǐng)D6描述對(duì)應(yīng)于過調(diào)制控制模式的控制器152。將只描述與對(duì)應(yīng)于正弦波控制模式的控制器151的配置之間的差異。
[0100]如圖6中所述，對(duì)應(yīng)于過調(diào)制控制模式的控制器152與對(duì)應(yīng)于正弦波控制模式的控制器151之間的差異在于:在PI計(jì)算部件230與逆dq轉(zhuǎn)換部件24之間設(shè)置有電壓幅度校正部件235 ;在從電流估計(jì)部件302到電流減法器22的反饋路徑上設(shè)置有濾波處理部件26。
[0101]電壓幅度校正部件235使電壓命令相比他們的原始正弦波波形產(chǎn)生失真，使得由PI計(jì)算部件230輸出的電壓命令的正弦波分量的幅度變得大于載波幅度。如參照?qǐng)D3所描述的，這使得可以將調(diào)制率從正弦波控制模式下的最大調(diào)制率增加到近似0.78的范圍。
[0102]濾波處理部件26通過低通濾波器處理d軸電流估計(jì)值id_est和q軸電流估計(jì)值iq_est。然后濾波處理部件26將濾波后的d軸電流估計(jì)值id_lpf和q軸電流估計(jì)值iq_Ipf反饋至電流減法器22。
[0103]電流估計(jì)部件301和302分別在正弦波控制模式和過調(diào)制控制模式下執(zhí)行除傳感器相之外的相中的電流估計(jì)。電流反饋控制方案中的這些控制模式的特征在于:由dq軸電流命令值計(jì)算部件21計(jì)算的d軸電流命令值id*和q軸電流命令值iq*可以用在電流估計(jì)中。
[0104]當(dāng)兩相中設(shè)置有電流傳感器13時(shí)，可以采取以下措施容易地計(jì)算其中未設(shè)置電流傳感器13的剩余一相中的電流:利用其中三相電流iu、iv和iw的瞬時(shí)值的和為零的基
爾霍夫定律。
[0105]而在僅一相(W相)中設(shè)置有電流傳感器13的本實(shí)施方式中,在其中未設(shè)置電流傳感器13的其他相(U相和V相)中的一相中的電流在電流估計(jì)部件301中使用下列來估計(jì):除一相中的傳感器相的電流檢測值iw_sns和電角Θ e之外、還有d軸電流命令值id*和q軸電流命令值iq*的信息。在下面的描述中，其中的電流被估計(jì)的相將被稱為估計(jì)相。U相被假定為估計(jì)相。然而，可替代地，W相可以作為傳感器相，V相可以作為估計(jì)相。
[0106]如圖7中所述，電流估計(jì)部件301和302每個(gè)包括:傳感器相參考電流相位檢測部件31、基準(zhǔn)(基本)波估計(jì)部件32、過零插值部件33、以及dq轉(zhuǎn)換部件34。
[0107]傳感器相參考電流相位檢測部件31包括逆dq轉(zhuǎn)換部件311和相檢測部件312，并且計(jì)算傳感器相參考電流相位θχ。
[0108]在逆dq轉(zhuǎn)換部件311中，獲取電角Qe以及dq軸電流命令值計(jì)算部件21計(jì)算的d軸電流命令值id*和q軸電流命令值iq*。然后通過逆dq轉(zhuǎn)換計(jì)算不是估計(jì)相的V相中的電流命令值iv*。可替代地，當(dāng)估計(jì)相為V相時(shí)，可以計(jì)算U相中的電流命令值iu*。可替代地，可以計(jì)算U相電流命令值iu*和V相電流命令值iv*。
[0109]在相檢測部件312中，將在逆dq轉(zhuǎn)換部件311中計(jì)算的V相電流命令值iv*和傳感器相中的電流檢測值iw_sns用于計(jì)算α軸電流ia和β軸電流?β。在下文中，計(jì)算α-β坐標(biāo)系中定義的傳感器相參考電流相位ΘΧ。
[0110]如圖8所示，α軸與作為傳感器相的W相的軸相一致，并且β軸正交于α軸。傳感器相參考電流相位θχ是由α軸和電流幅度的電流向量Ia (la Z θ x)形成的與傳感器相中的電流檢測值iw_sns同步的角。在正常旋轉(zhuǎn)和正轉(zhuǎn)矩的電力運(yùn)行狀態(tài)下，當(dāng)W相電流iw的波形從負(fù)到正過零時(shí),傳感器相參考電流相位θχ是0[° ];當(dāng)胃相電流iw的波形從正到負(fù)過零時(shí)，傳感器相參考電流相位θ X是180[° ]。
[0111]下面將描述傳感器相 參考電流相位θ X的計(jì)算中使用的α軸電流i α和β軸電流?β。當(dāng)使用相電流iu、iv和iw表示α軸電流ia和β軸電流?β時(shí)，得到公式(I)和公式(2)。在公式(I)和公式(2)中，K是轉(zhuǎn)換因子。
【權(quán)利要求】
1.一種用于具有三相的交流電動(dòng)機(jī)的控制裝置，所述控制裝置包括: 電流傳感器(13)，所述電流傳感器(13)用于檢測作為所述交流電動(dòng)機(jī)的所述三相中的預(yù)定的一相的傳感器相中流過的電流；以及 控制器(15)，所述控制器(15)包括電流估計(jì)部件(301，302，303)并且控制所述交流電動(dòng)機(jī)的通電， 其中，所述電流估計(jì)部件基于由α軸和β軸定義的固定坐標(biāo)系中的α軸電流和β軸電流來計(jì)算傳感器相參考電流相位，所述傳感器相參考電流相位是與作為參考的所述傳感器相有關(guān)的電流相位，所述α軸和所述β軸分別在與傳感器相軸相同的方向上和在垂直于所述傳感器相軸的方向上，以及所述電流估計(jì)部件基于所述傳感器相參考電流相位和由所述電流傳感器檢測的電流檢測值來計(jì)算所述三相中的不同于所述傳感器相的其他相的電流估計(jì)值， 其中，所述電流估計(jì)部件基于所述傳感器相的所述電流檢測值來計(jì)算所述α軸電流，以及基于所述其他相的電流命令值和所述傳感器相的所述電流檢測值來計(jì)算所述β軸電流。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的控制裝置，其中: 所述電流估計(jì)部件通過計(jì)算對(duì)應(yīng)于所述傳感器相參考電流相位的估計(jì)系數(shù)并且將所述傳感器相的所述電流檢測值乘以所述估計(jì)系數(shù)，計(jì)算所述其他相的所述電流估計(jì)值。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的控制裝置，其中: 所述電流估計(jì)部件基于所述傳感器相的所述電流檢測值和所述其他相的所述電流估計(jì)值，計(jì)算所述交流電動(dòng)機(jī)的旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系中的d軸電流估計(jì)值和q軸電流估計(jì)值；以及所述d軸電流估計(jì)值和所述q軸電流估計(jì)值用于控制所述交流電動(dòng)機(jī)的通電。
【文檔編號(hào)】H02P21/14GK103812413SQ201310530615
【公開日】2014年5月21日 申請(qǐng)日期:2013年10月31日 優(yōu)先權(quán)日:2012年11月1日
【發(fā)明者】小俁隆士, 伊藤武志, 加古寬文 申請(qǐng)人:株式會(huì)社電裝