專利名稱：電機(jī)控制器和電機(jī)控制系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種電機(jī)控制器和電機(jī)控制系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
迄今為止，已經(jīng)知道用于控制電機(jī)的電機(jī)控制器和電機(jī)控制系統(tǒng)。通過使用諸如PWM波電壓驅(qū)動(dòng)的方法，這種類型的控制器通過用于將輸入的DC (直流)電力轉(zhuǎn)換為AC (交流)電力并輸出AC電力的電力轉(zhuǎn)換部件來控制電機(jī)。例如，PTL I公開了一種控制技術(shù)，其中當(dāng)電機(jī)以大扭矩和低速率旋轉(zhuǎn)時(shí)，載波信號(hào)的載波頻率被切換到低頻率以防止電力轉(zhuǎn)換部件的切換部件由于高溫而斷路。通過切換載波頻率，可以防止電流集中在特定相位，并因此抑制高溫的升高和對(duì)切換部件的損壞。引用列表 專利參考文獻(xiàn)PTL I :日本專利 No. 3812299

發(fā)明內(nèi)容
技術(shù)問題控制器例如通過在與載波信號(hào)同步的定時(shí)的中斷而執(zhí)行控制操作。因此，當(dāng)切換載波頻率時(shí)，控制操作周期同時(shí)被切換。與此同時(shí)，已經(jīng)知道通過附加地使用估算的干擾(disturbance)成分的反饋控制而控制電機(jī)的技術(shù)。根據(jù)這種技術(shù),使用取決于控制操作周期的控制常數(shù)估算干擾成分。在這種情況下，由于控制常數(shù)在載波頻率切換的同時(shí)改變，所以干擾成分可能被錯(cuò)估。這繼而可以導(dǎo)致電機(jī)的電流響應(yīng)特性變差的情況，從而在切換載波頻率時(shí)提供用戶奇怪的感覺。鑒于這種情況而做出本發(fā)明，并且本發(fā)明的目的是防止在切換載波頻率時(shí)錯(cuò)估干擾成分，從而抑制電流響應(yīng)特性的劣化。解決問題的方案為了解決上述問題，在本發(fā)明中，控制單元包括電流控制部分，其被配置為計(jì)算要施加到電機(jī)的電壓的電壓命令值；驅(qū)動(dòng)信號(hào)生成部分，其被配置為通過將電壓命令值與載波信號(hào)作比較，生成用于驅(qū)動(dòng)電力轉(zhuǎn)換單元的驅(qū)動(dòng)信號(hào)；以及載波頻率命令部分，其被配置為指示載波信號(hào)的載波頻率的切換。控制單元在基于載波信號(hào)的載波頻率的周期中執(zhí)行控制操作。這里，電流控制部分包括反饋控制部分，其被配置為通過使用電流檢測值的反饋控制來計(jì)算電壓命令值；以及干擾估算部分，其被配置為將估算的干擾成分加至電壓命令值。在切換載波頻率的情況下，此干擾估算部分在緊接在載波頻率的切換之后的控制操作隨后的周期中執(zhí)行的控制操作中，更新用于干擾估算且取決于控制操作周期的控制常數(shù)。發(fā)明的有益效果根據(jù)本發(fā)明，在緊接在載波頻率的切換之后的控制操作隨后的周期中執(zhí)行的控制操作中，更新用于干擾估算且取決于控制操作周期的控制常數(shù)。這時(shí)，可以避免這種在載波頻率切換的同時(shí)改變?nèi)Q于控制操作周期的控制常數(shù)的情況。因此，可以通過使用適當(dāng)?shù)目刂瞥?shù)來估算干擾成分，并且由此可以防止干擾成分的錯(cuò)估。所以，可以抑制電流響應(yīng)特性的劣化。


圖I是示意性地示出根據(jù)第一實(shí)施例的電機(jī)控制系統(tǒng)的整體配置的說明圖。圖2是用于描述根據(jù)第一實(shí)施例的控制器40中的控制操作周期的說明圖。圖3是示意性地示出電流控制部分43的d軸配置的說明圖。圖4是示出死區(qū)時(shí)間(dead time)處理值的改變的說明圖。圖5是要在控制常數(shù)中反映的控制操作周期的說明圖。 圖6是示出由電流控制部分43執(zhí)行的電流控制中的過程的主要部分的流程圖。圖7是示出在切換載波頻率fc之前和之后估算的干擾值的改變的說明圖。圖8是示出在切換載波頻率fc之前和之后估算的干擾值的改變的說明圖。圖9是示意性地示出根據(jù)第二實(shí)施例的電流控制部分43A的配置的說明圖。圖10是示出由電流控制部分43A執(zhí)行的電流控制中的過程的主要部分的流程圖。圖11是用于描述根據(jù)第三實(shí)施例的控制器40中的控制操作周期的說明圖。圖12是示意性地示出根據(jù)第三實(shí)施例的電流控制部分43B的d軸配置的說明圖。圖13是示出由電流控制部分43B執(zhí)行的電流控制中的過程的主要部分的流程圖。
具體實(shí)施例方式(第一實(shí)施例)圖I是示意性地示出根據(jù)本發(fā)明第一實(shí)施例的電機(jī)控制系統(tǒng)的整體配置的說明圖。根據(jù)這個(gè)實(shí)施例的電機(jī)控制系統(tǒng)例如被應(yīng)用于電動(dòng)車并且控制其驅(qū)動(dòng)電機(jī)。這個(gè)電機(jī)控制系統(tǒng)主要由電機(jī)10、作為電力轉(zhuǎn)換單元或電力轉(zhuǎn)換部件的逆變器30、以及控制器40(電機(jī)控制器)構(gòu)成。電機(jī)10例如是多相AC同步電機(jī)，其具有以中性點(diǎn)為中心彼此星形連接的多相繞組(在本實(shí)施例中，U相繞組、V相繞組、和W相繞組的三相繞組)。通過在當(dāng)從逆變器30向各相繞組供應(yīng)三相AC電力時(shí)生成的磁場、和由轉(zhuǎn)子的永久磁鐵產(chǎn)生的磁場之間的相互作用來驅(qū)動(dòng)該電機(jī)10。逆變器30連接到電源20，并且當(dāng)未示出的開關(guān)(切換單元、切換部件)處于導(dǎo)通狀態(tài)時(shí)從電源20的DC電力生成三相AC電流。這里，電源20是DC電源，并且諸如鎳金屬氫化物電池或鋰離子電池的電池可以用作電源20。對(duì)應(yīng)于上臂的單向開關(guān)(能夠在一個(gè)方向中控制導(dǎo)通的開關(guān)；未示出)連接在連接到電池20的陰極的陰極總線和分別對(duì)應(yīng)于三相的輸出端子之間。此外，對(duì)應(yīng)于下臂的單向開關(guān)(未示出)連接在連接到電池20的陽極的陽極總線和分別對(duì)應(yīng)于三相的輸出端子之間。每個(gè)開關(guān)是主要由諸如IGBT的晶體管構(gòu)成的半導(dǎo)體開關(guān)。續(xù)流二極管反并聯(lián)連接到晶體管。 通過從控制器40輸出的各個(gè)門驅(qū)動(dòng)信號(hào)Dim*到Dwl*來控制對(duì)應(yīng)于三相上臂和下臂的開關(guān)的通(ON)/斷(OFF)狀態(tài)或?qū)顟B(tài)的切換(切換操作)。當(dāng)通過門驅(qū)動(dòng)信號(hào)Dim*到Dwr中的對(duì)應(yīng)一個(gè)接通時(shí)，每個(gè)開關(guān)達(dá)到導(dǎo)通狀態(tài)；當(dāng)通過該門驅(qū)動(dòng)信號(hào)關(guān)斷時(shí)，每個(gè)開關(guān)達(dá)到非導(dǎo)通狀態(tài)(阻斷狀態(tài))。控制器40包括控制單元，其控制逆變器30以控制電機(jī)10的輸出扭矩。具體地，控制器40為各個(gè)開關(guān)生成提供到逆變器30的門驅(qū)動(dòng)信號(hào)Dim*到Dwl*，并且通過這些門驅(qū)動(dòng)信號(hào)Dim*到Dwr控制開關(guān)的導(dǎo)通狀態(tài)。因而，控制器40通過逆變器30控制要施加到電機(jī)10的各個(gè)相的電壓vu到vw。控制器40接收由各種傳感器50和51檢測的傳感器信號(hào)。例如，電流傳感器(電流檢測單元、電流檢測部件)50分別檢測電機(jī)10中的U相電流iu和V相電流iv。這里，因?yàn)榇嬖谒腥嚯娏鞯目偤偷扔诹愕年P(guān)系，所以控制器40可以在U相和V相電流iu和iv的檢測結(jié)果的基礎(chǔ)上檢測W相電流iw。與此同時(shí)，位置傳感器(例如，旋轉(zhuǎn)變壓器)51附接至IJ電機(jī)10并且檢測電機(jī)10的電旋轉(zhuǎn)相(電角度)ph。 當(dāng)就控制單元(控制部件)的功能觀察其時(shí)，控制單元(控制部件)包括電流/電壓計(jì)算部分41、低通濾波器處理部分(LPF) 42、電流控制部分43、第一坐標(biāo)轉(zhuǎn)換部分44、PWM轉(zhuǎn)換部分45、載波頻率命令部分46、第二坐標(biāo)轉(zhuǎn)換部分47、以及轉(zhuǎn)速(revolution)計(jì)算部分48。電流/電壓計(jì)算部分41在電機(jī)10的扭矩命令值T'電源電壓Vdc、以及電機(jī)轉(zhuǎn)速rad的基礎(chǔ)上計(jì)算d軸和q軸電流命令值id*和iq'以及d軸和q軸干擾電壓命令值vcf_dc和vq^dc。由電流/電壓計(jì)算部分41計(jì)算的d軸和q軸電流命令值id*和iq*分別是電機(jī)10的對(duì)應(yīng)于d軸和q軸的電流命令值。此外，d軸和q軸干擾電壓命令值vcT_dc和vq*_dc是為了感生電壓的前饋補(bǔ)償而執(zhí)行解耦控制的命令值。這里，將扭矩命令值T*從諸如車輛控制器的外部設(shè)備輸入到控制器40 (電流/電壓計(jì)算部分41)。并且，電源電壓Vdc是輸入到逆變器30的電源20的電壓。電機(jī)轉(zhuǎn)速rad是電機(jī)10的轉(zhuǎn)速(旋轉(zhuǎn)速度)，并且通過由轉(zhuǎn)速計(jì)算部分48在從位置傳感器51輸出的電角度Ph的基礎(chǔ)上執(zhí)行的微分來計(jì)算。通過考慮到電機(jī)10等的特性的測試和仿真，預(yù)先獲取扭矩命令值T'電源電壓Vdc、以及電機(jī)轉(zhuǎn)速rad、與d軸和q軸電流命令值id' iq*>以及d軸和q軸干擾電壓命令值vcf_dc、vq^dc的關(guān)系。電流/電壓計(jì)算部分41保存定義所述關(guān)系的映射(map)。電流/電壓計(jì)算部分41通過映射計(jì)算來計(jì)算d軸和q軸電流命令值icf和iq'以及d軸和q軸干擾電壓命令值vd^dc和vq^dc。所計(jì)算的d軸和q軸電流命令值id*和iq*被輸出到電流控制部分43。另一方面，所計(jì)算的d軸和q軸干擾電壓命令值vcf_dc和vq^Ldc被輸出到低通濾波器處理部分42。低通濾波器處理部分42對(duì)d軸和q軸干擾電壓命令值V(f_dC和Vq*_dC執(zhí)行低通濾波處理，并將經(jīng)濾波的d軸和q軸干擾電壓命令值vcT_df和vcf_df輸出到電流控制部分43。電流控制部分(電流控制部件)43在d軸和q軸電流命令值icf和iq'd軸和q軸干擾電壓命令值vcf_df和vq^df、d軸和q軸電流檢測值id和iq、以及載波頻率命令值Sfc的基礎(chǔ)上,計(jì)算d軸和q軸電壓命令值vcf和vq*。在電流控制部分43中計(jì)算的d軸和q軸電壓命令值vcT和vq*是電機(jī)10的分別對(duì)應(yīng)于d軸和q軸的電壓命令值。
這里，d軸和q軸電流檢測值id和iq是分別對(duì)應(yīng)于d軸和q軸的實(shí)際電流值，并且是由第二坐標(biāo)轉(zhuǎn)換部分47在從電流傳感器50的檢測結(jié)果獲得的各個(gè)相的電流iu、iv和IW的基礎(chǔ)上而計(jì)算的。具體地，第二坐標(biāo)轉(zhuǎn)換部分47在數(shù)學(xué)式I (Math. I)的基礎(chǔ)上計(jì)算d軸和q軸電流檢測值id和iq。[數(shù)學(xué)式I]
權(quán)利要求
1.一種電機(jī)控制器，用于通過電力轉(zhuǎn)換單元來控制電機(jī)，所述電力轉(zhuǎn)換單元被配置為通過使用切換單元而轉(zhuǎn)換輸入的電力并輸出所轉(zhuǎn)換的電力，所述電機(jī)控制器包括 電流檢測單元，其被配置為檢測供應(yīng)到所述電機(jī)的電流，作為電流檢測值；以及 控制單元，其被配置為在基于載波信號(hào)的載波頻率的周期中執(zhí)行控制操作，其中 所述控制單元包括 電流控制部分，其被配置為計(jì)算要施加到所述電機(jī)的電壓的電壓命令值； 驅(qū)動(dòng)信號(hào)生成部分，其被配置為通過將從所述電流控制部分輸出的電壓命令值與所述載波信號(hào)相比較而生成用于驅(qū)動(dòng)所述切換單元的驅(qū)動(dòng)信號(hào)；以及 載波頻率命令部分，其被配置為指示所述載波信號(hào)的載波頻率的切換， 所述電流控制部分包括 反饋控制部分，其被配置為通過使用所述電流檢測值的反饋控制來計(jì)算所述電壓命令值；以及 干擾估算部分，其被配置為在所述電流檢測值和所述電壓命令值的基礎(chǔ)上估算干擾成分、并且將所估算的干擾成分加至要輸出到所述驅(qū)動(dòng)信號(hào)生成部分的所述電壓命令值，并且 在所述載波頻率被切換的情況下，在比緊接在所述載波頻率的切換之后的控制操作晚的周期中執(zhí)行的控制操作中，所述干擾估算部分更新用于干擾估算且取決于控制操作周期的控制常數(shù)。
2.如權(quán)利要求I所述的電機(jī)控制器，其中，所述干擾估算部分在緊接在所述載波頻率的切換之后的控制操作之后一個(gè)周期執(zhí)行的控制操作中，更新所述控制常數(shù)。
3.如權(quán)利要求I和2中任意一項(xiàng)所述的電機(jī)控制器，其中，所述干擾估算部分計(jì)算死區(qū)時(shí)間處理值，所述死區(qū)時(shí)間處理值用于設(shè)置從所述電壓命令值到所述電流檢測值的反饋中的死區(qū)時(shí)間，并且，所述干擾估算部分計(jì)算所述電壓命令值的上一個(gè)和再上一個(gè)值的中間值，作為所述死區(qū)時(shí)間處理值。
4.如權(quán)利要求3所述的電機(jī)控制器，其中，在緊接在所述載波頻率的切換之后的所述控制操作中，所述干擾估算部分根據(jù)切換之前和切換之后的載波頻率之間的比率來計(jì)算所述電壓命令值的上一個(gè)和再上一個(gè)值的中間值。
5.如權(quán)利要求3所述的電機(jī)控制器，其中，在緊接在所述載波頻率的切換之后的控制操作中，所述干擾估算部分根據(jù)所述載波頻率的切換之前和切換之后的控制操作周期之間的比率來計(jì)算所述電壓命令值的上一個(gè)和再上一個(gè)值的中間值。
6.如權(quán)利要求3所述的電機(jī)控制器，其中，在緊接在所述載波頻率的切換之后的控制操作中，所述干擾估算部分根據(jù)所述載波頻率的切換之前和切換之后的所述載波頻率之間的比率、以及所述切換之前和所述切換之后的控制操作周期之間的比率，來計(jì)算所述電壓命令值的上一個(gè)和再上一個(gè)值的中間值。
7.—種電機(jī)控制系統(tǒng),包括 電力轉(zhuǎn)換單元，其被配置為通過使用切換單元而轉(zhuǎn)換從電源輸入的電力，并且輸出所轉(zhuǎn)換的電力； 電機(jī)，其被配置為根據(jù)從所述電力轉(zhuǎn)換單元施加的電壓而輸出扭矩；以及 控制器，其被配置為通過所述電力轉(zhuǎn)換單元來控制所述電機(jī)，其中所述控制器包括電流檢測單元，其被配置為檢測供應(yīng)到所述電機(jī)的電流，作為電流檢測值；以及 控制單元，其被配置為在基于載波信號(hào)的載波頻率的周期中執(zhí)行控制操作， 所述控制單元包括 電流控制部分，其被配置為計(jì)算要施加到所述電機(jī)的電壓的電壓命令值； 驅(qū)動(dòng)信號(hào)生成部分，其被配置為通過將從所述電流控制部分輸出的電壓命令值與所述載波信號(hào)相比較而生成用于驅(qū)動(dòng)所述切換單元的驅(qū)動(dòng)信號(hào)，以及 載波頻率命令部分，其被配置為指示所述載波信號(hào)的載波頻率的切換， 所述電流控制部分包括 反饋控制部分，其被配置為通過使用所述電流檢測值的反饋控制來計(jì)算所述電壓命令值；以及 干擾估算部分，其被配置為在所述電流檢測值和所述電壓命令值的基礎(chǔ)上估算干擾成分，并且將所估算的干擾成分加至要輸出到所述驅(qū)動(dòng)信號(hào)生成部分的所述電壓命令值，并且 在所述載波頻率被切換的情況下，在比緊接在所述載波頻率的切換之后的控制操作晚的周期中執(zhí)行的控制操作中，所述干擾估算部分更新用于干擾估算且取決于控制操作周期的控制常數(shù)。
8.如權(quán)利要求7所述的電機(jī)控制系統(tǒng)，其中，所述干擾估算部分在緊接在所述載波頻率的切換之后的控制操作之后一個(gè)周期執(zhí)行的控制操作中，更新所述控制常數(shù)。
9.如權(quán)利要求7和8中任意一項(xiàng)所述的電機(jī)控制系統(tǒng)，其中，所述干擾估算部分計(jì)算死區(qū)時(shí)間處理值，所述死區(qū)時(shí)間處理值用于設(shè)置從所述電壓命令值到所述電流檢測值的反饋中的死區(qū)時(shí)間，并且所述干擾估算部分計(jì)算所述電壓命令值的上一個(gè)和再上一個(gè)值的中間值，作為所述死區(qū)時(shí)間處理值。
10.如權(quán)利要求9所述的電機(jī)控制系統(tǒng)，其中，在緊接在所述載波頻率的切換之后的所述控制操作中，所述干擾估算部分根據(jù)切換之前和切換之后的載波頻率之間的比率來計(jì)算所述電壓命令值的上一個(gè)和再上一個(gè)值的中間值。
11.如權(quán)利要求9所述的電機(jī)控制系統(tǒng)，其中，在緊接在所述載波頻率的切換之后的控制操作中，所述干擾估算部分根據(jù)所述載波頻率的切換之前和切換之后的控制操作周期之間的比率來計(jì)算所述電壓命令值的上一個(gè)和再上一個(gè)值的中間值。
12.如權(quán)利要求9所述的電機(jī)控制系統(tǒng)，其中，在緊接在所述載波頻率的切換之后的控制操作中，所述干擾估算部分根據(jù)所述載波頻率的切換之前和切換之后的所述載波頻率之間的比率、以及所述切換之前和所述切換之后的控制操作周期之間的比率，來計(jì)算所述電壓命令值的上一個(gè)和再上一個(gè)值的中間值。
13.一種電機(jī)控制器，用于通過電力轉(zhuǎn)換部件來控制電機(jī)，所述電力轉(zhuǎn)換部件用于通過使用切換部件而轉(zhuǎn)換輸入的電力并輸出所轉(zhuǎn)換的電力，所述電機(jī)控制器包括 電流檢測部件，用于檢測供應(yīng)到所述電機(jī)的電流，作為電流檢測值；以及 控制部件，用于在基于載波信號(hào)的載波頻率的周期中執(zhí)行控制操作，其中 所述控制部件包括 電流控制部件，用于計(jì)算要施加到所述電機(jī)的電壓的電壓命令值； 驅(qū)動(dòng)信號(hào)生成部件，用于通過將從所述電流控制部件輸出的電壓命令值與所述載波信號(hào)相比較而生成用于驅(qū)動(dòng)所述切換部件的驅(qū)動(dòng)信號(hào)；以及 載波頻率命令部件，用于指示所述載波信號(hào)的載波頻率的切換， 所述電流控制部件包括 反饋控制部件，用于通過使用所述電流檢測值的反饋控制來計(jì)算所述電壓命令值；以及 干擾估算單元，用于在所述電流檢測值和所述電壓命令值的基礎(chǔ)上估算干擾成分，并 且將所估算的干擾成分加至要輸出到所述驅(qū)動(dòng)信號(hào)生成部件的電壓命令值，并且 在所述載波頻率被切換的情況下，在比緊接在所述載波頻率的切換之后的控制操作晚的周期中執(zhí)行的控制操作中，所述干擾估算部件更新用于所述干擾估算且取決于控制操作周期的控制常數(shù)。
全文摘要
控制器40在基于載波的載波頻率fc的周期中執(zhí)行控制操作，具體地，在對(duì)應(yīng)于載波信號(hào)的波峰和波谷的定時(shí)執(zhí)行控制操作。此外，在所述載波頻率fc被切換的情況下，在緊接在所述載波頻率fc的切換之后的控制操作之后一個(gè)周期執(zhí)行的控制操作中，構(gòu)成控制器40的干擾估算部分更新用于干擾估算且取決于控制操作周期的控制常數(shù)。
文檔編號(hào)H02P27/08GK102893510SQ20118002076
公開日2013年1月23日 申請(qǐng)日期2011年5月12日 優(yōu)先權(quán)日2010年6月3日
發(fā)明者正治滿博 申請(qǐng)人:日產(chǎn)自動(dòng)車株式會(huì)社