本發(fā)明的實(shí)施方式涉及逆變器控制裝置以及電機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)。

背景技術(shù)：

以往，在永磁同步電機(jī)(pmsm)和同步磁阻電機(jī)(synrm)的無(wú)旋轉(zhuǎn)相位角傳感器控制裝置中，使用了在高速區(qū)域中利用感應(yīng)電壓的旋轉(zhuǎn)相位角的推定方法。然而，在synrm和磁鐵磁通較小的pmsm中，即使是高速區(qū)域，在低負(fù)載的狀態(tài)下感應(yīng)電壓也較小，因此存在旋轉(zhuǎn)相位角的推定精度不良的問(wèn)題。

在先技術(shù)文獻(xiàn)

專利文獻(xiàn)

專利文獻(xiàn)1：日本特開(kāi)2003-250293號(hào)公報(bào)

專利文獻(xiàn)2：日本特開(kāi)2006-74902號(hào)公報(bào)

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

發(fā)明所要解決的技術(shù)問(wèn)題

本發(fā)明提供一種逆變器控制裝置以及電機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)，其能夠高精度地推定高速且低負(fù)載的狀態(tài)下的電機(jī)的旋轉(zhuǎn)相位角。

用于解決技術(shù)問(wèn)題的方案

一個(gè)實(shí)施方式所涉及的逆變器控制裝置具備逆變器主電路、電流檢測(cè)器、電流指令值計(jì)算部、電壓指令值計(jì)算部以及推定部。逆變器主電路能夠與規(guī)定的旋轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)對(duì)象電連接。電流檢測(cè)器檢測(cè)從逆變器主電路輸出的電流值。電流指令值計(jì)算部計(jì)算出使從逆變器主電路輸出的輸出電壓大于等于規(guī)定的目標(biāo)值的電流指令值。電壓指令值計(jì)算部計(jì)算出使電流值等于電流指令值的電壓指令值。推定部根據(jù)電壓指令值以及電流值，計(jì)算出旋轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)對(duì)象的推定旋轉(zhuǎn)相位角。

附圖說(shuō)明

圖1是示出第一實(shí)施方式所涉及的電機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)的圖。

圖2是說(shuō)明三相固定坐標(biāo)系以及dcqc軸旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系的圖。

圖3是示出圖1的速度-旋轉(zhuǎn)相位角推定部的結(jié)構(gòu)的圖。

圖4是示出圖1的電流指令值計(jì)算部的結(jié)構(gòu)的圖。

圖5是說(shuō)明電流指令值的計(jì)算方法的圖。

圖6是示出圖1的控制裝置的扭矩指令值t*與輸出電壓之間的關(guān)系的圖。

圖7是示出電流指令值計(jì)算部的變形例1的結(jié)構(gòu)的圖。

圖8是示出電流指令值計(jì)算部的變形例2的結(jié)構(gòu)的圖。

圖9是說(shuō)明變形例2中的電流指令值的計(jì)算方法的圖。

圖10是說(shuō)明變形例2中的電流指令值的計(jì)算方法的圖。

圖11是示出電流指令值計(jì)算部的變形例3的結(jié)構(gòu)的圖。

圖12是示出修正部的結(jié)構(gòu)的圖。

圖13是示出電流指令值計(jì)算部的變形例4的結(jié)構(gòu)的圖。

圖14是示出第二實(shí)施方式所涉及的電機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)的圖。

圖15是示出圖14的扭矩指令值計(jì)算部的結(jié)構(gòu)的圖。

圖16是示出圖14的電流指令值計(jì)算部的結(jié)構(gòu)的圖。

具體實(shí)施方式

下面，參照附圖，對(duì)本發(fā)明的實(shí)施方式進(jìn)行說(shuō)明。

(第一實(shí)施方式)

參照?qǐng)D1至圖13，對(duì)第一實(shí)施方式所涉及的電機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)(以下稱為“系統(tǒng)”)進(jìn)行說(shuō)明。圖1是示出本實(shí)施方式所涉及的系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)的圖。如圖1所示，本實(shí)施方式所涉及的系統(tǒng)具備電機(jī)1和逆變器控制裝置2。

電機(jī)1是控制裝置2的旋轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)對(duì)象，連接于控制裝置2。下面，以電機(jī)1為同步磁阻電機(jī)(以下稱為“synrm1”)的情況為例進(jìn)行說(shuō)明。synrm1具備定子和轉(zhuǎn)子。定子具有三個(gè)勵(lì)磁相(u相、v相以及w相)。定子通過(guò)流向各勵(lì)磁相的三相交流電流產(chǎn)生磁場(chǎng)。轉(zhuǎn)子不具有永磁體。轉(zhuǎn)子通過(guò)與定子產(chǎn)生的磁場(chǎng)之間的磁相互作用而旋轉(zhuǎn)。

逆變器控制裝置2(以下稱為“控制裝置2”)以無(wú)傳感器的方式控制synrm1的旋轉(zhuǎn)相位角。如圖1所示，本實(shí)施方式所涉及的控制裝置2具備逆變器21、電流檢測(cè)器22、坐標(biāo)變換部23、電流指令值計(jì)算部24、電壓指令值計(jì)算部25、坐標(biāo)變換部26、pwm調(diào)制部27以及速度-旋轉(zhuǎn)相位角推定部28。

逆變器21是具備開(kāi)關(guān)元件(晶體管)的電路。逆變器21通過(guò)切換開(kāi)關(guān)元件的通/斷，從而將來(lái)自電源(省略圖示)的電力轉(zhuǎn)換為交流，并供給至synrm1。逆變器21從pwm調(diào)制部22被輸入控制各開(kāi)關(guān)元件的通/斷的控制信號(hào)。

電流檢測(cè)器22檢測(cè)流向synrm1的定子的三相交流電流中的、兩相或者三相的電流值。圖1示出了檢測(cè)兩相(u相以及w相)的電流值iu、iw的結(jié)構(gòu)。

坐標(biāo)變換部23將電流檢測(cè)器22檢測(cè)出的電流值iu、iw從三相固定坐標(biāo)系變換到dcqc軸旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系。在此，參照?qǐng)D2，對(duì)三相固定坐標(biāo)系以及dcqc軸旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系進(jìn)行說(shuō)明。

如圖2所示，三相固定坐標(biāo)系是由α軸和β軸構(gòu)成的固定坐標(biāo)系。在圖2中，α軸設(shè)定為u相方向，β軸設(shè)定為與α軸垂直的方向。由電流檢測(cè)器22檢測(cè)出的電流值iu、iw表示在這種三相固定坐標(biāo)上。

與此相對(duì)地，dcqc軸旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系是由dc軸和qc軸構(gòu)成的旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系。dc軸設(shè)定成由控制裝置2推定為d軸方向(轉(zhuǎn)子的電感最小的方向)的方向，qc軸設(shè)定成由控制裝置2推定為q軸方向(轉(zhuǎn)子的電感最大的方向)的方向。圖2的電感橢圓表示轉(zhuǎn)子的電感。

如圖2所示，dcqc軸和dq軸未必一定一致。用從α軸到β軸的角度表示轉(zhuǎn)子實(shí)際的旋轉(zhuǎn)相位角θ。另外，用從α軸到dc軸的角度表示控制裝置2推定出的轉(zhuǎn)子的推定旋轉(zhuǎn)相位角θest。旋轉(zhuǎn)相位角θ與推定旋轉(zhuǎn)相位角θest的角度越接近，意味著旋轉(zhuǎn)相位角的推定精度越高。

坐標(biāo)變換部23通過(guò)使用速度旋轉(zhuǎn)相位角推定部28輸出的推定旋轉(zhuǎn)相位角θest，能夠?qū)⑷喙潭ㄗ鴺?biāo)系變換為dcqc軸旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系。下面，將由坐標(biāo)變換部23進(jìn)行了坐標(biāo)變換的電流值iu、iw稱為電流值idc、iqc。電流值idc為流向定子的電流的dc軸成分，電流值iqc為流向定子的電流的qc軸成分。

電流指令值計(jì)算部24根據(jù)扭矩指令值t*以及推定速度ωest，計(jì)算出電流指令值idc*、iqc*。扭矩指令值t*是指要使轉(zhuǎn)子產(chǎn)生的扭矩值。在本實(shí)施方式中，扭矩指令值t*為從外部裝置輸入的值。推定速度ωest是指控制裝置2推定出的轉(zhuǎn)子的角速度。電流指令值idc*是指流向synrm1的電流的dc軸成分。電流指令值iqc*是指流向synrm1的電流的qc軸成分。關(guān)于電流指令值計(jì)算部24的細(xì)節(jié)，將在后面進(jìn)行說(shuō)明。

電壓指令值計(jì)算部25(電流控制部)計(jì)算出使synrm1的電流值idc、iqc等于電流指令值idc*、iqc*的電壓指令值vdc*、vqc*。電壓指令值vdc*為施加到synrm1的定子上的電壓的dc軸成分。電壓指令值vqc*為施加到synrm1的定子上的電壓的qc軸成分。

坐標(biāo)變換部26將電壓指令計(jì)算部25輸出的電壓指令值vdc*、vqc*從dcqc軸旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系變換到三相固定坐標(biāo)系。坐標(biāo)變換部26與坐標(biāo)變換部23同樣地，通過(guò)使用推定旋轉(zhuǎn)相位角θest，能夠?qū)cqc軸旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系變換為三相固定坐標(biāo)系。下面，將由坐標(biāo)變換部26進(jìn)行了坐標(biāo)變換的電壓指令值vdc*、vqc*稱為電壓指令值vu*、vv*、vw*。電壓指令值vu*為施加到定子的u相上的電壓，電壓指令值vv*為施加到定子的v相上的電壓，電壓指令值vw*為施加到定子的w相上的電壓。

pwm調(diào)制部27通過(guò)使用了三角波的pwm(pulse-widthmodulation：脈沖寬度調(diào)制)對(duì)電壓指令值vu*、vv*、vw*進(jìn)行調(diào)制，生成與逆變器21的各開(kāi)關(guān)元件的通或者斷相對(duì)應(yīng)的二值的控制信號(hào)。pwm調(diào)制部27將生成的控制信號(hào)輸入到逆變器21。

速度-旋轉(zhuǎn)相位角推定部28(以下稱為“推定部28”)根據(jù)扭矩指令值t*、電壓指令值vdc*、vqc*以及電流值idc、iqc，推定synrm1的轉(zhuǎn)子的速度ω以及旋轉(zhuǎn)相位角θ，并計(jì)算出推定速度ωest以及推定旋轉(zhuǎn)相位角θest。

圖3是示出推定部28的結(jié)構(gòu)的圖。如圖3所示，推定部28具備相位差δ設(shè)定部31、γ電壓計(jì)算部32、γ電壓推定部33、減法器34、pi控制器35以及積分器36。

相位差δ設(shè)定部31從預(yù)先存儲(chǔ)的多個(gè)相位差δ中輸出與扭矩指令值t*相應(yīng)的相位差δ。相位差δ是指，基于旋轉(zhuǎn)相位角θ與推定旋轉(zhuǎn)相位角θest之間的誤差δθ的影響的、電壓的變化最大的相位差的值或者范圍。以扭矩值為單位預(yù)先以解析或者實(shí)驗(yàn)的方式計(jì)算出多個(gè)相位差δ，并存儲(chǔ)到相位差δ設(shè)定部31中。

γ電壓計(jì)算部32根據(jù)電壓指令值vdc*、vqc*和相位差δ設(shè)定部31設(shè)定(輸出)的相位差δ，計(jì)算出γ電壓的電壓值vγ。γ電壓是指根據(jù)誤差δθ發(fā)生變化的特征量。電壓值vγ例如通過(guò)下式計(jì)算。

[數(shù)學(xué)式1]

vr＝vdc^*cos(δ)+cqc^*sin(δ)···(1)

γ電壓計(jì)算部32計(jì)算出的電壓值vγ被輸入到減法器34。

γ電壓推定部33根據(jù)電壓值vdcest、vqcest和相位差δ設(shè)定部31設(shè)定(輸出)的相位差δ，計(jì)算出γ電壓的推定電壓值vγest。

首先，γ電壓推定部33根據(jù)電流值idc、iqc和推定速度ωest，計(jì)算出電壓值vdcest、vqcest。電壓值vdcest為施加到synrm1的定子上的電壓的dc軸成分的推定值。電壓值vqcest為施加到synrm1的定子上的電壓的qc軸成分的推定值。電壓值vdcest、vqcest通過(guò)下式計(jì)算。

[數(shù)學(xué)式2]

在式(2)中，rm為定子的繞線電阻，ld為d軸方向的電感，lq為q軸方向的電感，p為微分算子(d/dt)。γ電壓推定部33預(yù)先存儲(chǔ)這些值。

接下來(lái)，γ電壓推定部33根據(jù)電壓值vdcest、vqcest和相位差δ，計(jì)算出γ電壓的推定電壓值vγest。推定電壓值vγest例如通過(guò)下式計(jì)算。

[數(shù)學(xué)式3]

vγest＝vdcestcos(δ)+vqcestsin(δ)···(3)

γ電壓推定部33計(jì)算出的推定電壓值vγest被輸入到減法器34。

減法器34從推定電壓值vγest中減去電壓值vγ，計(jì)算出γ電壓的誤差δvγ。由于γ電壓根據(jù)誤差δθ而發(fā)生變化，因此誤差δvγ與誤差δθ成比例。減法器34計(jì)算出的誤差δvγ被輸入到pi控制器35。

此外，通過(guò)式(1)計(jì)算出γ電壓，能夠提高誤差δvγ相對(duì)于誤差δθ的線性度。即、能夠擴(kuò)大誤差δvγ與誤差δθ成比例的誤差δθ的范圍。

pi控制器35以使誤差δvγ變?yōu)?的方式進(jìn)行pi控制，從而推定轉(zhuǎn)子的速度ω，并計(jì)算出推定速度ωest。pi控制器35計(jì)算出的推定速度ωest被逐次反饋給γ電壓推定部33，并被輸入到積分器36。

積分器36對(duì)pi控制器35計(jì)算出的推定速度ωest進(jìn)行積分，計(jì)算出推定旋轉(zhuǎn)相位角θest。

通過(guò)如上的結(jié)構(gòu)，推定部28能夠計(jì)算出推定速度ωest以及推定旋轉(zhuǎn)相位角θest。推定部28計(jì)算出的推定速度ωest被輸入到電流指令值計(jì)算部24。另外，推定旋轉(zhuǎn)相位角θest被輸入到坐標(biāo)變換部23、26，并被用于坐標(biāo)變換。

此外，推定部28推定速度ω以及旋轉(zhuǎn)相位角θ的推定方法并不局限于此，能夠從已知的推定方法中任意選擇。例如，推定部28可以通過(guò)利用由交鏈磁通產(chǎn)生的電壓的其他方法來(lái)推定旋轉(zhuǎn)相位角θ，也可以使用交鏈磁通本身來(lái)推定旋轉(zhuǎn)相位角θ，還可以通過(guò)以使電流值的q軸成分的偏差變?yōu)?的方式進(jìn)行pi控制，從而推定旋轉(zhuǎn)相位角θ。

在此，對(duì)電流指令值計(jì)算部24進(jìn)行詳細(xì)說(shuō)明。本實(shí)施方式所涉及的電流指令值計(jì)算部24以使synrm1的輸出電壓大于等于規(guī)定的目標(biāo)值vset的方式，計(jì)算出電流指令值。目標(biāo)值vset，是作為能夠高精度地推定速度ω以及旋轉(zhuǎn)相位角θ的輸出電壓而預(yù)先以實(shí)驗(yàn)或者解析的方式求得的電壓值。

在此，圖4是示出電流指令值計(jì)算部24的結(jié)構(gòu)的圖。如圖4所示，電流指令值計(jì)算部24具備第一計(jì)算部41、第二計(jì)算部42以及選擇部43。

第一計(jì)算部41根據(jù)扭矩指令值t*生成第一電流指令值id1*、iq1*。第一電流指令值id1*是指流向synrm1的電流的dc軸成分。第一電流指令值iq1*是指流向synrm1的電流的qc軸成分。第一計(jì)算部41以使synrm1的扭矩變?yōu)榕ぞ刂噶钪祎*的方式，計(jì)算出第一電流指令值id1*、iq1*。

圖5是說(shuō)明電流指令值的計(jì)算方法的圖。在圖5中，橫軸為idc，縱軸為iqc，箭頭51為第一電流矢量，箭頭52為第二電流矢量，曲線53為扭矩指令值t*的等扭矩曲線，曲線62為目標(biāo)值vset的等電壓橢圓。

第一電流矢量51為與第一電流指令值id1*、iq1*相對(duì)應(yīng)的矢量。在上述說(shuō)明中，雖然用(id1*，iq1*)的二值方式表示了第一電流指令值，但是也能夠用電流的大小(id1*²+iq1*²)^1/2和電流相位角β1表示。這些表示方式能夠相互變換。從圖5的平面上選擇任意的點(diǎn)，與計(jì)算(選擇)第一電流指令值相對(duì)應(yīng)。

如圖5所示，第一計(jì)算部41選擇扭矩指令值t*的等扭矩曲線53上的任意的點(diǎn)作為第一電流指令值。第一計(jì)算部41能夠采用與希望通過(guò)控制裝置2實(shí)現(xiàn)的控制相應(yīng)的任意方法，從等扭矩曲線53上選擇第一電流指令值。

例如，第一計(jì)算部41以使流向定子的電流的大小(第一電流矢量的大小)變?yōu)樽钚〉姆绞?，選擇第一電流指令值。在這種情況下，第一計(jì)算部41既可以無(wú)視磁飽和而選擇使電流相位角β1變?yōu)?35度的第一電流指令值，也可以考慮磁飽和而選擇使電流相位角β1變?yōu)榇笥?35度的角度的第一電流指令值。另外，第一計(jì)算部41還可以以使synrm1的效率和功率因數(shù)變?yōu)樽畲蟮姆绞?，選擇第一電流指令值。

第一計(jì)算部41既可以參照存儲(chǔ)有每個(gè)扭矩值的第一電流指令值的數(shù)據(jù)表來(lái)選擇如上所述的第一電流指令值，也可以通過(guò)計(jì)算求得。由第一計(jì)算部41計(jì)算出的第一電流指令值被輸入到選擇部43。

第二計(jì)算部42根據(jù)扭矩指令值t*以及推定速度ωest，計(jì)算出第二電流指令值id2*、iq2*。第二電流指令值id2*是指流向synrm1的電流的dc軸成分。電流指令值iq2*是指流向synrm1的電流的qc軸成分。第二計(jì)算部42以使synrm1的扭矩變?yōu)榕ぞ刂噶钪祎*、并且synrm1的輸出電壓變?yōu)槟繕?biāo)值vset的方式，計(jì)算出第二電流指令值id2*、iq2*。

圖5的第二電流矢量52為與第二電流指令值id2*、iq2*相對(duì)應(yīng)的矢量。在上述說(shuō)明中，雖然用(id2*，iq2*)的二值方式表示了第二電流指令值，但是也能夠用電流的大小(id2*²+iq2*²)^1/2和電流相位角β2表示。這些表示方式能夠相互變換。從圖5的平面上選擇任意的點(diǎn)，與計(jì)算(選擇)第二電流指令值相對(duì)應(yīng)。

如圖5所示，第二計(jì)算部42選擇扭矩指令值t*的等扭矩曲線53與目標(biāo)值vset的等電壓橢圓54的交點(diǎn)中的任意一個(gè)交點(diǎn)作為第二電流指令值。如圖5所示，在存在兩個(gè)交點(diǎn)a、b的情況下，第二計(jì)算部42優(yōu)選選擇交點(diǎn)a。

交點(diǎn)a是指兩個(gè)交點(diǎn)中的iqc軸側(cè)(q軸側(cè))的交點(diǎn)。一般而言，由于等電壓橢圓54在d軸方向上寬而在q軸方向上窄，因此，與選擇d軸側(cè)的交點(diǎn)b相比，當(dāng)選擇q軸側(cè)的交點(diǎn)a時(shí)，流向定子的電流的大小(第二電流矢量的大小)會(huì)變小。因此，通過(guò)第二計(jì)算部42選擇交點(diǎn)a，能夠使控制裝置2省電。下面，假設(shè)第二電流指令值為交點(diǎn)a。

此外，第二計(jì)算部42既可以參照存儲(chǔ)有每個(gè)扭矩值的第二電流指令值的數(shù)據(jù)表來(lái)選擇如上所述的第二電流指令值，也可以通過(guò)求解下式求得。

[數(shù)學(xué)式4]

由第二計(jì)算部42計(jì)算出的第二電流指令值被輸入到選擇部43。

選擇部43輸出第一電流指令值id1*、iq1*或者第二電流指令值id2*、iq2*，以作為電流指令值idc*、iqc*。首先，選擇部43判斷與第一電流指令值id1*、iq1*相應(yīng)的輸出電壓v1是否低于目標(biāo)值vset。輸出電壓v1是指作為電流指令值而輸出了第一電流指令值的情況下的synrm1的輸出電壓。關(guān)于判定方法，將在后面進(jìn)行說(shuō)明。

接下來(lái)，選擇部43根據(jù)判定結(jié)果選擇第一電流指令值id1*、iq1*以及第二電流指令值id2*、iq2*中的一者，并作為電流指令值idc*、iqc*輸出。

在輸出電壓v1低于目標(biāo)值vset的情況下(v1＜vset)，選擇部43選擇第二電流指令值id2*、iq2*作為電流指令值idc*、iqc*。如圖5所示，輸出電壓v1低于目標(biāo)值vset的情況是指第一電流指令值包含在等電壓橢圓54中的情況。

此時(shí)，第二電流指令值比第一電流指令值更靠近iqc軸(q軸)。即、第二電流指令值的電流相位角β2比第一電流指令值的電流相位角β1更位于iqc軸(q軸)側(cè)。另外，第二電流指令值的q軸成分iq2*比第一電流指令值的q軸成分iq1*大，第二電流指令值的d軸成分id2*比第一電流指令值的d軸成分id1*小。

另一方面，在輸出電壓v1大于等于目標(biāo)值vset的情況下(v1≥vset)，選擇部43選擇第一電流指令值id1*、iq1*為電流指令值idc*、iqc*。輸出電壓v1大于等于目標(biāo)值vset的情況是指第二電流指令值位于等電壓橢圓54上或者等電壓橢圓54的外側(cè)的情況。

此時(shí)，第一電流指令值比第二電流指令值更靠近iqc軸(q軸)。即、第一電流指令值的電流相位角β1比第二電流指令值的電流相位角β2更位于iqc軸(q軸)側(cè)。另外，第一電流指令值的q軸成分iq1*比第二電流指令值的q軸成分iq2*大，第一電流指令值的d軸成分id1*比第二電流指令值的d軸成分id2*小。

選擇部43輸出選擇出的第一電流指令值或者第二電流指令值，以作為電流指令值。由選擇部43輸出的電流指令值被輸入到電壓指令計(jì)算部25。

接下來(lái)，對(duì)選擇部43判定輸出電壓v1是否低于目標(biāo)值vset的判定方法進(jìn)行說(shuō)明。

選擇部43例如通過(guò)取得輸出電壓v1并與目標(biāo)值vset進(jìn)行比較，從而進(jìn)行判定。選擇部43既可以參照存儲(chǔ)有每個(gè)第一電流指令值的輸出電壓的數(shù)據(jù)表來(lái)選擇輸出電壓v1，也可以通過(guò)下式計(jì)算。

[數(shù)學(xué)式5]

另外，選擇部43可以通過(guò)比較第一電流指令值的電流相位角β1與第二電流指令值的電流相位角β2，從而進(jìn)行判定。選擇部43在電流相位角β2比電流相位角β1更位于q軸側(cè)的情況下，判定為輸出電壓v1低于目標(biāo)值vset。

進(jìn)一步，選擇部43可以通過(guò)比較第一電流指令值的q軸成分iq1*與第二電流指令值的q軸成分iq2*，從而進(jìn)行判定。選擇部43在q軸成分iq1*比q軸成分iq2*小的情況下，判定為輸出電壓v1低于目標(biāo)值vset。

另外，進(jìn)一步，選擇部43可以通過(guò)比較第一電流指令值的d軸成分id1*與第二電流指令值的d軸成分id2*，從而進(jìn)行判定。選擇部43在d軸成分id1*比d軸成分id2*大的情況下，判定為輸出電壓v1低于目標(biāo)值vset。

如圖6中實(shí)線所示，通過(guò)電流指令值計(jì)算部24這樣計(jì)算出電流指令值idc*、iqc*，能夠相對(duì)于任意的扭矩指令值t*使synrm1的輸出電壓大于等于目標(biāo)值vset。

在以往的控制裝置中，如圖6中虛線所示，即使synrm1在高速區(qū)域中動(dòng)作，在扭矩指令值t*較小的低負(fù)載的狀態(tài)下，synrm1的輸出電壓(感應(yīng)電壓)也會(huì)變小。因此，難以利用感應(yīng)電壓高精度地推定速度ω和旋轉(zhuǎn)相位角θ。

然而，本實(shí)施方式所涉及的控制裝置2即使在低負(fù)載的情況下，也能夠使輸出電壓大于等于目標(biāo)值vset，因此，能夠根據(jù)synrm1的輸出電壓高精度地推定synrm1的速度ω和旋轉(zhuǎn)相位角θ。

此外，在上述說(shuō)明中，雖然對(duì)控制裝置2控制synrm1的動(dòng)作的情況進(jìn)行了說(shuō)明，但是該控制裝置2也能夠用作磁鐵磁通較小的pmsm的控制裝置。磁鐵磁通較小的pmsm與synrm1同樣地，低負(fù)載時(shí)的感應(yīng)電壓較小。通過(guò)將本實(shí)施方式所涉及的控制裝置2應(yīng)用于這種pmsm，能夠提高pmsm的速度ω和旋轉(zhuǎn)相位角θ在低負(fù)載時(shí)的推定精度。

(第一實(shí)施方式的變形例1)

參照?qǐng)D7，對(duì)本實(shí)施方式所涉及的電流指令值計(jì)算部24的變形例1進(jìn)行說(shuō)明。圖7是示出電流指令值計(jì)算部24的變形例1的結(jié)構(gòu)的圖。如圖7所示，第二計(jì)算部43具備q軸成分計(jì)算部44和d軸成分計(jì)算部45。電流指令值計(jì)算部24的其他結(jié)構(gòu)與圖4相同。

q軸成分計(jì)算部44根據(jù)推定速度ωest計(jì)算出第二電流指令值的q軸成分iq2*。具體而言，q軸成分計(jì)算部44以使電流值iq2*與推定速度ωest成反比的方式，計(jì)算出q軸成分iq2*。q軸成分iq2*例如通過(guò)下式計(jì)算。

[數(shù)學(xué)式6]

d軸成分計(jì)算部45根據(jù)扭矩指令值t*以及q軸成分iq2*，計(jì)算出第二電流指令值的d軸成分id2*。d軸成分id2*例如通過(guò)下式計(jì)算。

[數(shù)學(xué)式7]

通過(guò)這樣的結(jié)構(gòu)，控制裝置2能夠使低負(fù)載時(shí)的輸出電壓大于等于目標(biāo)值vset。另外，能夠抑制高速區(qū)域中的電流損耗。

(第一實(shí)施方式的變形例2)

參照?qǐng)D8至圖10，對(duì)本實(shí)施方式所涉及的電流指令值計(jì)算部24的變形例2進(jìn)行說(shuō)明。圖8是示出電流指令值計(jì)算部24的變形例2的結(jié)構(gòu)的圖。如圖8所示，該電流指令值計(jì)算部24根據(jù)扭矩指令值t*以及推定速度ωest，計(jì)算出電流指令值iqc*、idc*。

在本變形例中，如圖9所示，電流指令值計(jì)算部24以使電流指令值的q軸成分iqc*大于等于規(guī)定的目標(biāo)值iqset的方式，計(jì)算出q軸成分iqc*。另外，如圖10所示，電流指令值計(jì)算部24以使推定速度ωest越大目標(biāo)值iqset越小的方式，生成q軸成分iqc*。

通過(guò)這樣的結(jié)構(gòu)，能夠使低負(fù)載時(shí)的電機(jī)輸出電壓大于等于目標(biāo)值vset。另外，能夠抑制高速區(qū)域中的電流損耗。

(第一實(shí)施方式的變形例3)

參照?qǐng)D11以及圖12，對(duì)本實(shí)施方式所涉及的電流指令值計(jì)算部24的變形例3進(jìn)行說(shuō)明。上述說(shuō)明的電流指令值計(jì)算部24通過(guò)從兩個(gè)電流指令值中選擇一個(gè)，從而計(jì)算出使輸出電壓大于等于目標(biāo)值vset的電流指令值。與此相對(duì)地，在本變形例中，通過(guò)修正一個(gè)電流指令值，從而計(jì)算出使輸出電壓大于等于目標(biāo)值vset的電流指令值。

圖11是示出電流指令值計(jì)算部24的變形例3的結(jié)構(gòu)的圖。如圖11所示，電流指令值計(jì)算部24具備q軸成分計(jì)算部46、修正部47、加法器48以及d軸成分計(jì)算部49。

q軸成分計(jì)算部46根據(jù)扭矩指令值t*，計(jì)算出電流指令值iq3*。電流指令值iq3*是電流指令值的q軸成分的修正前的值。本變形例中的電流指令值計(jì)算部24通過(guò)修正電流指令值iq3*來(lái)計(jì)算電流指令值的q軸成分。采用與希望通過(guò)控制裝置實(shí)現(xiàn)的控制相應(yīng)的任意方法，以使synrm1的扭矩變?yōu)榕ぞ刂噶钪祎*的方式，計(jì)算出電流指令值iq3*。

例如，q軸成分計(jì)算部46以使流向定子的電流的大小變?yōu)樽钚〉姆绞剑?jì)算出電流指令值iq3*。在這種情況下，q軸成分計(jì)算部46既可以無(wú)視磁飽和而計(jì)算出使電流相位角β變?yōu)?35度的電流指令值iq3*，也可以考慮磁飽和而計(jì)算出使電流相位角β變?yōu)榇笥?35度的角度的電流指令值iq3*。另外，q軸成分計(jì)算部46還可以以使synrm1的效率和功率因數(shù)變?yōu)樽畲蟮姆绞?，?jì)算出電流指令值iq3*。

q軸成分計(jì)算部46計(jì)算出的電流指令值iq3*被輸入到加法器48。

修正部47從電壓指令值計(jì)算部25被輸入電壓指令值vdc*、vqc*。修正部47根據(jù)電壓指令值vdc*、vqc*，計(jì)算出修正值δiq*。修正值δiq*是用于修正電流指令值iq3*以計(jì)算出電流指令值的q軸成分iqc*的電流指令值。關(guān)于修正部47的細(xì)節(jié)，將在后面進(jìn)行說(shuō)明。修正部47計(jì)算出的修正值δiq*被輸入到加法器48。

加法器48在電流指令值iq3*上加上修正值δiq*，計(jì)算出電流指令值iqc*。加法器48計(jì)算出的電流指令值iqc*被輸入到d軸成分計(jì)算部49。

d軸成分計(jì)算部49根據(jù)扭矩指令值t*和電流指令值iqc*，以使synrm1的扭矩變?yōu)榕ぞ刂噶钪祎*的方式，計(jì)算出電流指令值的d軸成分idc*。d軸成分idc*例如通過(guò)下式計(jì)算。

[數(shù)學(xué)式8]

在此，參照?qǐng)D12，對(duì)修正部47進(jìn)行說(shuō)明。圖12是示出修正部47的結(jié)構(gòu)的圖。如圖12所示，修正部47具備輸出電壓計(jì)算部61、減法器62、限幅器63以及pi控制器64。

輸出電壓計(jì)算部61被輸入電壓指令值計(jì)算部25計(jì)算出的電壓指令值vdc*、vqc*。輸出電壓計(jì)算部61根據(jù)電壓指令值vdc*、vqc*，計(jì)算出synrm1的輸出電壓v1。輸出電壓v1例如通過(guò)下式計(jì)算。

[數(shù)學(xué)式9]

輸出電壓計(jì)算部61計(jì)算出的輸出電壓v1被輸入到減法器62。

減法器62從輸出電壓的目標(biāo)值vset中減去輸出電壓v1，計(jì)算出輸出電壓的誤差δv。減法器62計(jì)算出的誤差δv被輸入到限幅器63。

限幅器63將誤差δv限制為0以上。即、僅輸出0以上的誤差δv。限幅器63輸出的誤差δv被輸入到pi控制器64。

pi控制器64根據(jù)被限制為0以上的誤差δv進(jìn)行pi控制，并計(jì)算出使synrm1的輸出電壓v1大于等于目標(biāo)值vset的修正值δiq*。pi控制器64計(jì)算出的修正值δiq*被輸入到加法器48。

通過(guò)這樣的結(jié)構(gòu)，在與電流指令值相應(yīng)的輸出電壓v1低于目標(biāo)值vset的情況下、即δv大于等于0的情況下，將修正值δiq*作為補(bǔ)償(offset)電流追加到電流指令值中，從而使輸出電壓v1大于等于目標(biāo)值vset。由此，能夠使低負(fù)載時(shí)的輸出電壓v1大于等于目標(biāo)值vset。

(第一實(shí)施方式的變形例4)

參照?qǐng)D16，對(duì)本實(shí)施方式所涉及的電流指令值計(jì)算部24的變形例4進(jìn)行說(shuō)明。在本變形例中，與變形例3同樣地通過(guò)修正一個(gè)電流指令值來(lái)計(jì)算出使輸出電壓大于等于目標(biāo)值vset的電流指令值。在變形例3中，通過(guò)修正部47生成修正值δiq*，并由加法器48在電流指令值iq3*上加上該修正值δiq*，從而生成了電流指令值iqc*。與此相對(duì)地，在本變形例中，通過(guò)下限限幅器91對(duì)電流指令值iq3*的下限進(jìn)行限制，從而生成電流指令值iqc*。

如圖9所示，下限限幅器91以使iqc*大于等于iqset的方式，修正(限制)iq3*。iqset例如根據(jù)本實(shí)施方式所使用的最小速度ωmin和輸出電壓的目標(biāo)值vset，通過(guò)下式計(jì)算。

[數(shù)學(xué)式10]

通過(guò)這樣的結(jié)構(gòu)，即使在低負(fù)載時(shí)，也能夠使輸出電壓v1大于等于目標(biāo)值vset。在本變形例中，相對(duì)于第一實(shí)施方式以及變形例1至3，通過(guò)僅追加下限限幅器91這一簡(jiǎn)單的結(jié)構(gòu)，便能夠使輸出電壓v1大于等于目標(biāo)值vset。

(第二實(shí)施方式)

接下來(lái)，參照?qǐng)D14至圖16，對(duì)第二實(shí)施方式所涉及的控制裝置2進(jìn)行說(shuō)明。圖14是示出本實(shí)施方式所涉及的系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)的圖。如圖14所示，本實(shí)施方式所涉及的控制裝置2進(jìn)一步具備扭矩指令值計(jì)算部29。其他的結(jié)構(gòu)與第一實(shí)施方式相同。

扭矩指令值計(jì)算部(速度控制器)29根據(jù)速度指令值ω*以及推定速度ωest，計(jì)算出扭矩指令值t*。速度指令值ω*是指使synrm1的轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)的角速度。在本實(shí)施方式中，向電流指令值計(jì)算部24輸入扭矩指令值計(jì)算部29計(jì)算出的扭矩指令值t*。此外，在本實(shí)施方式中，速度指令值ω*為從外部裝置輸入的值。

圖15是示出扭矩指令值計(jì)算部29的結(jié)構(gòu)的圖。如圖15所示，扭矩指令值計(jì)算部29具備減法器71和pi控制器72。

減法器71被輸入速度指令值ω*和推定速度ωest。減法器71從速度指令值ω*中減去推定速度ωest，計(jì)算出轉(zhuǎn)子的角速度的誤差δω。減法器71計(jì)算出的誤差δω被輸入到pi控制器72。

pi控制器72根據(jù)誤差δω進(jìn)行pi控制，計(jì)算出使誤差δω變?yōu)?的扭矩指令值t*。pi控制器72計(jì)算出的扭矩指令值t*被輸入到電流指令值計(jì)算部24。

如上所述，電流指令值計(jì)算部24既可以設(shè)置成第一實(shí)施方式中說(shuō)明的結(jié)構(gòu)，也能夠設(shè)置成其他結(jié)構(gòu)。圖16是示出電流指令值計(jì)算部24的其他結(jié)構(gòu)的圖。該電流指令值計(jì)算部24根據(jù)扭矩指令值t*以及相位角指令值β*，計(jì)算出電流指令值idc*、idc*。

如圖16所示，該電流指令值計(jì)算部24具備輸出電壓計(jì)算部81、減法器82、限幅器83、pi控制器84、相位角指令值計(jì)算部85、減法器86以及電流指令值取得部87。

輸出電壓計(jì)算部81被輸入電壓指令值計(jì)算部25計(jì)算出的電壓指令值vdc*、vqc*。輸出電壓計(jì)算部81根據(jù)電壓指令值vdc*、vqc*，計(jì)算出synrm1的輸出電壓v1。輸出電壓計(jì)算部81計(jì)算出的輸出電壓v1被輸入到減法器82。

減法器82從輸出電壓的目標(biāo)值vset中減去輸出電壓v1，計(jì)算出輸出電壓的誤差δv。減法器82計(jì)算出的誤差δv被輸入到限幅器83。

限幅器83將誤差δv限制為0以上。即、僅輸出0以上的誤差δv。限幅器83輸出的誤差δv被輸入到pi控制器84。

pi控制器84根據(jù)被限制為0以上的誤差δv進(jìn)行pi控制，計(jì)算出使synrm1的輸出電壓v1大于等于目標(biāo)值vset的修正值δβ*。修正值δβ*是用于修正相位角指令值β1*以計(jì)算出相位角指令值β*的相位角指令值。pi控制器84計(jì)算出的修正值δβ*被輸入到減法器86。

相位角指令值計(jì)算部85根據(jù)扭矩指令值t*，計(jì)算出相位角指令值β1*。相位角指令值β1*是相位角指令值β*的修正前的值。采用與希望通過(guò)控制裝置實(shí)現(xiàn)的控制相應(yīng)的任意方法，以使synrm1的扭矩變?yōu)榕ぞ刂噶钪祎*的方式，計(jì)算出相位角指令值β1*。

例如，相位角指令值計(jì)算部85以使流向定子的電流的大小變?yōu)樽钚〉姆绞?，?jì)算出相位角指令值β1*。在這種情況下，相位角指令值計(jì)算部85既可以無(wú)視磁飽和而將相位角指令值β1*設(shè)為135度，也可以考慮磁飽和而將相位角指令值β1*設(shè)為大于135度的角度。另外，相位角指令值計(jì)算部85還可以以使synrm1的效率和功率因數(shù)變?yōu)樽畲蟮姆绞?，?jì)算出相位角指令值β1*。

相位角指令值計(jì)算部85計(jì)算出的相位角指令值β1*被輸入到減法器86。

減法器86從相位角指令值β1*中減去修正值δβ*，計(jì)算出相位角指令值β*。減法器86計(jì)算出的相位角指令值β*被輸入到電流指令值取得部87。

電流指令值取得部87根據(jù)扭矩指令值t*以及相位角指令值β*，計(jì)算出電流指令值idc*、iqc*。具體而言，電流指令值取得部87只要取得扭矩指令值t*的等扭矩曲線上的、電流相位角變?yōu)橄辔唤侵噶钪郸?的點(diǎn)的坐標(biāo)即可。由電流指令值取得部87取得的電流指令值idc*、iqc*被輸入到電壓指令值計(jì)算部25。

如上所述，圖16的電流指令值計(jì)算部24以使輸出電壓v1大于等于目標(biāo)值vset的方式，修正電流相位角。具體而言，以使電流指令值向q軸側(cè)移動(dòng)的方式，向延遲方向修正電流相位角。由此，能夠使低負(fù)載時(shí)的輸出電壓v1大于等于目標(biāo)值vset。

另外，本實(shí)施方式所涉及的控制裝置2與第一實(shí)施方式相比，所要求的扭矩控制的精度較低。這是因?yàn)?，本?shí)施方式所涉及的控制裝置2以使synrm1的速度ω變?yōu)樗俣戎噶钪郸?的方式進(jìn)行控制。

因此，電流指令值計(jì)算部24能夠計(jì)算出電流指令值，不使用用于準(zhǔn)確地控制synrm1的扭矩的數(shù)據(jù)表(存儲(chǔ)有每個(gè)電流指令值的輸出電壓的數(shù)據(jù)表等)。

此外，本發(fā)明并不僅限于上述各實(shí)施方式本身，在實(shí)施階段能夠在不脫離其宗旨的范圍內(nèi)對(duì)構(gòu)成要素進(jìn)行變形加以具體化。另外，能夠通過(guò)對(duì)上述各實(shí)施方式中公開(kāi)的多個(gè)構(gòu)成要素進(jìn)行適當(dāng)組合來(lái)形成各種發(fā)明。另外，例如也可以考慮從各實(shí)施方式示出的全部構(gòu)成要素中刪除若干個(gè)構(gòu)成要素而得到的結(jié)構(gòu)。進(jìn)一步，也可以對(duì)記載于不同實(shí)施方式中的構(gòu)成要素進(jìn)行適當(dāng)組合。

附圖標(biāo)記說(shuō)明

1：同步磁阻電機(jī)(synrm)

2：逆變器控制裝置

21：逆變器

22：電流檢測(cè)器

23：坐標(biāo)變換部

24：電流指令值計(jì)算部

25：電壓指令值計(jì)算部

26：坐標(biāo)變換部

27：pwm調(diào)制器

28：速度-旋轉(zhuǎn)相位角推定部

29：扭矩指令值計(jì)算部

31：相位差δ設(shè)定部

32：γ電壓計(jì)算部

33：γ電壓推定部

34：減法器

35：pi控制器

36：積分器

41：第一計(jì)算部

42：第二計(jì)算部

43：選擇部

44：q軸成分計(jì)算部

45：d軸成分計(jì)算部

46：q軸成分計(jì)算部

47：修正部

48：加法器

49：d軸成分計(jì)算部

51：第一電流矢量

52：第二電流矢量

53：等扭矩曲線

54：等電壓橢圓

61：輸出電壓計(jì)算部

62：減法器

63：限幅器

64：pi控制器

71：減法器

72：pi控制器

81：輸出電壓計(jì)算部

82：減法器

83：限幅器

84：pi控制器

85：相位角指令值計(jì)算部

86：減法器

87：電流指令值取得部