本發(fā)明涉及對(duì)逆變器電路中的死區(qū)時(shí)間中的輸出電壓變動(dòng)進(jìn)行補(bǔ)償?shù)碾妱?dòng)機(jī)控制裝置。

背景技術(shù)：

已知通過(guò)用逆變器進(jìn)行開(kāi)關(guān)生成交流電壓、將其對(duì)電動(dòng)機(jī)施加而控制電動(dòng)機(jī)電流的技術(shù)。這樣的逆變器中，為了防止上下臂短路，設(shè)置了使上下臂同時(shí)截?cái)嗟乃绤^(qū)時(shí)間。在該死區(qū)時(shí)間中發(fā)生逆變器輸出電壓變動(dòng)，但在專(zhuān)利文獻(xiàn)1中，記載了對(duì)這樣的逆變器輸出電壓變動(dòng)進(jìn)行補(bǔ)償?shù)募夹g(shù)。

在專(zhuān)利文獻(xiàn)1中，記載了基于dq軸電流指令和電動(dòng)機(jī)的旋轉(zhuǎn)角計(jì)算電動(dòng)機(jī)電流的基波的相位，基于該相位推測(cè)死區(qū)時(shí)間中的電動(dòng)機(jī)電流的極性，用前饋控制方式輸出存儲(chǔ)器中存儲(chǔ)的死區(qū)時(shí)間補(bǔ)償電壓的結(jié)構(gòu)。

另外，在專(zhuān)利文獻(xiàn)2中，記載了基于電動(dòng)機(jī)電流的平均值或基波的值和高頻紋波的峰值的極性，判斷有無(wú)死區(qū)時(shí)間補(bǔ)償?shù)募夹g(shù)。

現(xiàn)有技術(shù)文獻(xiàn)

專(zhuān)利文獻(xiàn)

專(zhuān)利文獻(xiàn)1：日本特開(kāi)平1-60264號(hào)公報(bào)

專(zhuān)利文獻(xiàn)2：日本特開(kāi)平9-308263號(hào)公報(bào)

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

發(fā)明要解決的課題

專(zhuān)利文獻(xiàn)1中，隨著電動(dòng)機(jī)電流的基波的振幅減小，因?yàn)殡妱?dòng)機(jī)電流中包括的高頻成分，電動(dòng)機(jī)電流的極性與電動(dòng)機(jī)電流的基波的相位無(wú)關(guān)地變化。因此，用于死區(qū)時(shí)間補(bǔ)償?shù)碾妱?dòng)機(jī)電流的極性的推測(cè)值與實(shí)際的電動(dòng)機(jī)電流的極性暫時(shí)不同，從而存在不能正確求出死區(qū)時(shí)間補(bǔ)償電壓、導(dǎo)致過(guò)補(bǔ)償?shù)膯?wèn)題。

專(zhuān)利文獻(xiàn)2中，電動(dòng)機(jī)電流的絕對(duì)值較小時(shí)，死區(qū)時(shí)間補(bǔ)償因?yàn)楦哳l紋波的峰值而停止，所以能夠避免死區(qū)時(shí)間補(bǔ)償成為過(guò)補(bǔ)償。但是，在補(bǔ)償停止中發(fā)生的死區(qū)時(shí)間中的逆變器輸出電壓變動(dòng)未被補(bǔ)償，所以在與電動(dòng)機(jī)電流的絕對(duì)值較小的狀態(tài)等價(jià)的電動(dòng)機(jī)電流的基波的振幅較小的狀態(tài)持續(xù)時(shí)存在成為問(wèn)題的可能性。例如，因?yàn)樗绤^(qū)時(shí)間補(bǔ)償停止而未被補(bǔ)償?shù)哪孀兤鬏敵鲭妷鹤儎?dòng)，被并非本來(lái)目的的反饋補(bǔ)償器補(bǔ)償，從而反饋補(bǔ)償器不能按本來(lái)目的工作，會(huì)對(duì)將電動(dòng)機(jī)電流的基波的振幅從較小的狀態(tài)控制為較大的狀態(tài)時(shí)的過(guò)渡特性造成影響。

用于解決課題的技術(shù)方案

第1方面的發(fā)明，是一種用具有構(gòu)成上臂和下臂的開(kāi)關(guān)元件的逆變器將直流電壓轉(zhuǎn)換為交流電壓而對(duì)電動(dòng)機(jī)施加，來(lái)控制所述電動(dòng)機(jī)的電流使其成為電流目標(biāo)值的電動(dòng)機(jī)控制裝置，其特征在于：包括死區(qū)時(shí)間補(bǔ)償部，其用死區(qū)時(shí)間補(bǔ)償電壓對(duì)所述上臂和所述下臂每次開(kāi)關(guān)的死區(qū)時(shí)間中的逆變器輸出電壓變動(dòng)進(jìn)行補(bǔ)償；所述死區(qū)時(shí)間補(bǔ)償部，取得決定電動(dòng)機(jī)電流的基波的半周期內(nèi)的所述死區(qū)時(shí)間中的所述電動(dòng)機(jī)電流的極性的參數(shù)，與所述參數(shù)的大小相應(yīng)地改變所述死區(qū)時(shí)間補(bǔ)償電壓。

發(fā)明效果

根據(jù)本發(fā)明，在發(fā)生了電動(dòng)機(jī)電流的基波的極性與死區(qū)時(shí)間中的電動(dòng)機(jī)電流的極性不同的狀態(tài)的情況下，也能夠適當(dāng)?shù)貙?duì)死區(qū)時(shí)間中的逆變器輸出電壓變動(dòng)進(jìn)行補(bǔ)償。

附圖說(shuō)明

圖1是表示本發(fā)明的電動(dòng)機(jī)控制裝置的第一實(shí)施方式的框圖。

圖2是表示死區(qū)時(shí)間補(bǔ)償部的詳情的框圖。

圖3是表示gain_vdt映射的一例的圖。

圖4是說(shuō)明差分電壓的圖。

圖5是說(shuō)明積分項(xiàng)電壓的圖。

圖6是說(shuō)明dq坐標(biāo)上的差分電壓的圖。

圖7是說(shuō)明第一實(shí)施方式中的死區(qū)時(shí)間補(bǔ)償電壓的圖。

圖8是說(shuō)明第二實(shí)施方式的圖。

具體實(shí)施方式

以下參考附圖說(shuō)明本發(fā)明的實(shí)施方式。

－第一實(shí)施方式－

圖1是說(shuō)明本發(fā)明的電動(dòng)機(jī)控制裝置的第一實(shí)施方式的框圖。圖1所示的控制部10對(duì)應(yīng)于本實(shí)施方式的電動(dòng)機(jī)控制裝置，圖1表示應(yīng)用于電動(dòng)機(jī)系統(tǒng)的情況。直流電源30的電壓被pwm逆變器40轉(zhuǎn)換為三相交流電壓vu、vv、vw，對(duì)電動(dòng)機(jī)50施加。pwm逆變器40基于從控制部10輸入的pwm信號(hào)d'u、d'v、d'w生成三相交流電壓vu、vv、vw。用該pwm信號(hào)d'u、d'v、d'w控制電動(dòng)機(jī)50中流動(dòng)的三相電動(dòng)機(jī)電流。

控制部10具備電流指令計(jì)算部1、電流控制部2、三相轉(zhuǎn)換部3、pwm轉(zhuǎn)換部4、微分部5、dq軸轉(zhuǎn)換部6和死區(qū)時(shí)間補(bǔ)償部20。

電流指令計(jì)算部1根據(jù)從外部給出的轉(zhuǎn)矩指令值t*、和用微分部5計(jì)算出的電動(dòng)機(jī)50的轉(zhuǎn)速ω、和直流電源30的電壓hv，計(jì)算d軸電流目標(biāo)值id*和q軸電流目標(biāo)值iq*。其中，轉(zhuǎn)矩指令值t*是指示電動(dòng)機(jī)50的輸出轉(zhuǎn)矩的信號(hào)。

電流控制部2基于來(lái)自電流指令計(jì)算部1的d軸電流目標(biāo)值id*和q軸電流目標(biāo)值iq*與后述的d軸電流值id和q軸電流值iq的偏差，運(yùn)算關(guān)于反饋控制的比例項(xiàng)和積分項(xiàng)。其結(jié)果作為d軸電壓指令值vd*和q軸電壓指令值vq*輸出。其中，dq軸電壓指令值vd*、vq*的計(jì)算中，也可以根據(jù)需要應(yīng)用非干涉控制。

三相轉(zhuǎn)換部3基于電動(dòng)機(jī)50的轉(zhuǎn)子相位θ，將輸入的d軸電壓指令值vd*和q軸電壓指令值vq*轉(zhuǎn)換為三相電壓指令值即u相電壓指令值vu*、v相電壓指令值vv*和w相電壓指令值vw*。其中，電動(dòng)機(jī)50的轉(zhuǎn)子相位θ，用未圖示的同步分解器或編碼器等位置檢測(cè)器檢測(cè)。

pwm轉(zhuǎn)換部4根據(jù)加上死區(qū)時(shí)間補(bǔ)償部20輸出的死區(qū)時(shí)間補(bǔ)償后的三相電壓指令值v'u、v'v、v'w計(jì)算u相的脈沖寬度d'u、v相脈沖寬度d'v、w相脈沖寬度d'w，作為pwm信號(hào)輸出。其中，死區(qū)時(shí)間補(bǔ)償部20的詳情在后文中敘述。微分部5通過(guò)對(duì)轉(zhuǎn)子相位θ進(jìn)行微分，而計(jì)算電動(dòng)機(jī)50的轉(zhuǎn)子角速度ω。

dq軸轉(zhuǎn)換部6將用未圖示的電流傳感器檢測(cè)出的三相的電動(dòng)機(jī)電流iu、iv、iw基于轉(zhuǎn)子相位θ轉(zhuǎn)換為d軸電流值id、q軸電流值iq。其中，三相的電動(dòng)機(jī)電流iu、iv、iw包括基波和pwm開(kāi)關(guān)生成的高頻紋波。

接著，對(duì)于作為本實(shí)施方式的特征的死區(qū)時(shí)間補(bǔ)償部20說(shuō)明詳情。如圖2所示，死區(qū)時(shí)間補(bǔ)償部20具備電流相位計(jì)算部21、基礎(chǔ)補(bǔ)償電壓計(jì)算部22、可變?cè)鲆嬗?jì)算部23。死區(qū)時(shí)間補(bǔ)償部20中，通過(guò)對(duì)三相電壓指令值v*u、v*v、v*w加上死區(qū)時(shí)間補(bǔ)償電壓vdtu、vdtv、vdtw，計(jì)算出加上死區(qū)時(shí)間補(bǔ)償后的三相電壓指令值v'u、v'v、v'w。

電流相位計(jì)算部21根據(jù)轉(zhuǎn)子相位θ和dq軸電流目標(biāo)值id*、iq*計(jì)算三相電動(dòng)機(jī)電流的基波的三相的相位。例如，用u相的感應(yīng)電壓的過(guò)零下降點(diǎn)作為dq軸坐標(biāo)的0度，設(shè)q軸為u相的感應(yīng)電壓方向、d軸與q軸垂直的情況下，通過(guò)對(duì)轉(zhuǎn)子相位θ加上根據(jù)dq軸電流目標(biāo)值id*、iq*生成的電流矢量的相位，而求出u相電流的基波的相位。然后，從該相位偏移120度和240度后的值分別是v相電流和w相電流的基波的相位。

基礎(chǔ)補(bǔ)償電壓計(jì)算部22在上述基波的相位之外還根據(jù)圖2所示的輸入?yún)?shù)基于下式(1)計(jì)算基礎(chǔ)補(bǔ)償電壓的大小。然后，以其極性與各相電動(dòng)機(jī)電流的基波極性相同的方式計(jì)算三相的基礎(chǔ)補(bǔ)償電壓。其中，式(1)中，hv是直流電源30的電壓值[v]、td是死區(qū)時(shí)間[s]、fs是pwm載波頻率[hz]。

(基礎(chǔ)補(bǔ)償電壓的大小)＝hv×td×fs…(1)

載波1個(gè)周期內(nèi)的死區(qū)時(shí)間中的逆變器輸出電壓變動(dòng)的平均值的大小用式(1)表達(dá)，其極性與電動(dòng)機(jī)電流的極性相反。各相電動(dòng)機(jī)電流的基波的極性在各相電動(dòng)機(jī)電流的基波的相位為0～108度之間為正，在180～360度之間為負(fù)。

這樣求出的基礎(chǔ)補(bǔ)償電壓，是以電動(dòng)機(jī)電流的基波的極性與死區(qū)時(shí)間中的電動(dòng)機(jī)電流的極性一致為前提計(jì)算的。因此，實(shí)際上電動(dòng)機(jī)電流的基波的極性與死區(qū)時(shí)間中的電動(dòng)機(jī)電流的極性一致的情況下，能夠無(wú)誤差地補(bǔ)償死區(qū)時(shí)間中的逆變器輸出電壓變動(dòng)。

但是，發(fā)生了死區(qū)時(shí)間中的電動(dòng)機(jī)電流的極性與電動(dòng)機(jī)電流的基波的極性不一致的狀況的情況下，在上述基礎(chǔ)補(bǔ)償電壓與死區(qū)時(shí)間中的逆變器輸出電壓變動(dòng)之間會(huì)發(fā)生誤差。于是，本實(shí)施方式的死區(qū)時(shí)間補(bǔ)償部20中，為了不發(fā)生這樣的誤差，而通過(guò)對(duì)從基礎(chǔ)補(bǔ)償電壓計(jì)算部22輸出的基礎(chǔ)補(bǔ)償電壓乘以用可變?cè)鲆嬗?jì)算部23計(jì)算出的gain_vdt，而調(diào)節(jié)基礎(chǔ)補(bǔ)償電壓。

此處，在說(shuō)明可變?cè)鲆嬗?jì)算部23的詳情之前，先參考圖4、5說(shuō)明上述誤差的發(fā)生?，F(xiàn)有的死區(qū)時(shí)間補(bǔ)償中，為了對(duì)死區(qū)時(shí)間中的逆變器輸出電壓變動(dòng)進(jìn)行補(bǔ)償，而使補(bǔ)償電壓的大小除了電動(dòng)機(jī)電流的基波的過(guò)零點(diǎn)附近外在電動(dòng)機(jī)電流半周期內(nèi)總是一定，極性與電動(dòng)機(jī)電流的基波極性相同。然后，在電動(dòng)機(jī)電流基波的過(guò)零點(diǎn)附近減小該補(bǔ)償量，或者使補(bǔ)償停止。這是因?yàn)樗绤^(qū)時(shí)間中的逆變器輸出電壓變動(dòng)依賴(lài)于死區(qū)時(shí)間中的電動(dòng)機(jī)電流的極性。

但是，如圖4(a)所示，電動(dòng)機(jī)電流的基波l1的振幅較小、電動(dòng)機(jī)電流l2的高頻成分引起的紋波振幅較大的情況下，會(huì)發(fā)生不能適當(dāng)?shù)赜?jì)算出基礎(chǔ)補(bǔ)償電壓的問(wèn)題。這是因?yàn)樵谒绤^(qū)時(shí)間中的電動(dòng)機(jī)電流l2的極性與基波l1的極性相同的情況和不同的情況下，要補(bǔ)償?shù)碾妷褐挡煌Ｓ^(guān)察圖4(a)所示的例子的最初的半周期時(shí)，符號(hào)r所示的部分中電動(dòng)機(jī)電流l2的極性與基波l1的極性相反。

圖4(a)所示的電動(dòng)機(jī)電流的情況下，對(duì)死區(qū)時(shí)間中的逆變器輸出電壓變動(dòng)在基波l1的半周期內(nèi)求平均得到的值(參考圖4(b))、與對(duì)死區(qū)時(shí)間補(bǔ)償電壓在半周期內(nèi)求平均得到的值(參考圖4(c))之間，產(chǎn)生如圖4(d)所示的差分電壓。即，直接使用從基礎(chǔ)補(bǔ)償電壓計(jì)算部22輸出的基礎(chǔ)補(bǔ)償電壓時(shí)，在如圖4(a)所示的情況下，不能夠適當(dāng)?shù)匮a(bǔ)償死區(qū)時(shí)間中的逆變器輸出電壓變動(dòng)。

以往，對(duì)于這樣的穩(wěn)定的差分電壓，例如如圖5所示，通過(guò)用于將電動(dòng)機(jī)電流控制為電流指令值的反饋控制的積分項(xiàng)電壓進(jìn)行了補(bǔ)償。圖5(a)所示的電動(dòng)機(jī)電流l2的情況下，超過(guò)箭頭t所示的時(shí)刻時(shí)基波l1的振幅開(kāi)始增加。結(jié)果，即使電動(dòng)機(jī)電流l2中包括高頻成分引起的紋波，在從時(shí)刻0起1.5周期之后，死區(qū)時(shí)間中的電動(dòng)機(jī)電流l2的極性也變得與基波l1的極性相同。因此，如圖5(b)所示，在1.5周期之后，差分電壓成為零。

圖5(c)示出了積分項(xiàng)電壓。如圖5(b)所示產(chǎn)生了差分電壓的情況下，用圖1的電流控制部2計(jì)算出如圖5(c)所示的積分項(xiàng)電壓，以差分電壓減小的方式進(jìn)行反饋控制。但是，該差分電壓隨著電動(dòng)機(jī)電流的基波的振幅變得大于高頻成分的振幅而消除。因此，如符號(hào)a1、a2所示的區(qū)間一般，在積分項(xiàng)電壓的變化不能追隨電動(dòng)機(jī)電流的基波的振幅變化的情況下，積分項(xiàng)電壓成為使電動(dòng)機(jī)電流的響應(yīng)性惡化的原因。

如圖5(b)所示最初產(chǎn)生了差分電壓的狀態(tài)下，積分項(xiàng)電壓對(duì)此進(jìn)行了補(bǔ)償。電流目標(biāo)值增大、使電動(dòng)機(jī)電流的基波的振幅增大而使反饋控制的比例項(xiàng)達(dá)到一定程度時(shí)，差分電壓幾乎成為0[v]，但積分項(xiàng)電壓不能從累積的狀態(tài)立刻變化為適當(dāng)?shù)闹?。因此，在電?dòng)機(jī)電流的基波成為一定以上的值之后，電動(dòng)機(jī)電流不以符合預(yù)期的時(shí)間常數(shù)響應(yīng)。

本實(shí)施方式中，通過(guò)采用可變?cè)鲆嬗?jì)算部23，而基于決定死區(qū)時(shí)間中的電動(dòng)機(jī)電流的極性的電動(dòng)機(jī)電流的高頻的紋波振幅的大小、和基波的振幅的大小，調(diào)節(jié)死區(qū)時(shí)間補(bǔ)償電壓vdtu、vdtv、vdtw。結(jié)果，能夠降低差分電壓，進(jìn)行高精度的死區(qū)時(shí)間補(bǔ)償。

(可變?cè)鲆嬗?jì)算部23的詳細(xì)說(shuō)明)

可變?cè)鲆嬗?jì)算部23具有用于決定gain_vdt(＝0～1)的gain_vdt映射。在gain_vdt映射中，將與圖2所示的輸入?yún)?shù)的各種值關(guān)聯(lián)的gain_vdt映射化?？勺?cè)鲆嬗?jì)算部23輸出與輸入?yún)?shù)值對(duì)應(yīng)的gain_vdt。

如后所述，這些輸入?yún)?shù)是決定電動(dòng)機(jī)電流的高頻紋波的振幅的原因，根據(jù)這些值和電動(dòng)機(jī)電流的基波的振幅決定死區(qū)時(shí)間中的電流極性。然后，對(duì)與多組輸入?yún)?shù)對(duì)應(yīng)的多個(gè)gain_vdt進(jìn)行比較的情況下，輸入?yún)?shù)組中死區(qū)時(shí)間中的電流極性與基波的極性相同的比例越高，gain_vdt的值越接近1。進(jìn)而，如圖5(c)的第5個(gè)半周期所示，死區(qū)時(shí)間中的電流極性與基波全部相同時(shí)，gain_vdt＝1。反之，輸入?yún)?shù)組中死區(qū)時(shí)間中的電流極性與基波的極性相反的比例越高，gain_vdt的值越接近-1，死區(qū)時(shí)間中的電流極性與基波全部相反的情況下，gain_vdt＝-1。另外，死區(qū)時(shí)間中的電流極性與基波極性相同的比例等于極性相反的比例的情況下，gain_vdt＝0。即，gain_vdt被設(shè)定為-1～+1的值。

這樣，可變?cè)鲆嬗?jì)算部23中，從gain_vdt映射中選擇與作為決定死區(qū)時(shí)間中的電動(dòng)機(jī)電流的極性的原因的輸入?yún)?shù)對(duì)應(yīng)的gain_vdt。然后，將選擇的gain_vdt與基礎(chǔ)補(bǔ)償電壓相乘的結(jié)果作為死區(qū)時(shí)間補(bǔ)償電壓vdtu、vdtv、vdtw與三相電壓指令值v*u、v*v、v*w相加。即，死區(qū)時(shí)間補(bǔ)償電壓vdtu、vdtv、vdtw成為與輸入?yún)?shù)相應(yīng)地變化的可變量。

(輸入?yún)?shù)的說(shuō)明)

作為決定電動(dòng)機(jī)電流的半周期內(nèi)的死區(qū)時(shí)間中的電動(dòng)機(jī)電流的極性的原因的輸入?yún)?shù)，根據(jù)下式(2)所示的電動(dòng)機(jī)電壓與電動(dòng)機(jī)電流的關(guān)系式導(dǎo)出。式(2)中，vd、vq是dq軸電動(dòng)機(jī)電壓，ω是電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速，ld、lq是dq軸電動(dòng)機(jī)電感，r是電動(dòng)機(jī)相電阻，id、iq是dq軸電動(dòng)機(jī)電流，ψa是電動(dòng)機(jī)交鏈磁通，s是微分算子。

[數(shù)學(xué)式1]

式(2)用dq軸坐標(biāo)表達(dá)了電動(dòng)機(jī)電流與電動(dòng)機(jī)電壓的關(guān)系，對(duì)于用時(shí)域表達(dá)的兩者的關(guān)系通過(guò)拉普拉斯轉(zhuǎn)換而用復(fù)數(shù)域表達(dá)。根據(jù)式(2)，可知d軸電動(dòng)機(jī)電流id是電壓成分即[vd+lq×ω×iq(感應(yīng)電壓成分)]除以電動(dòng)機(jī)相電阻r的值，按時(shí)間常數(shù)ld/r變化。另外，q軸電動(dòng)機(jī)電流iq是電壓成分即[vq-ld×ω×id(感應(yīng)電壓成分)-ω×ψa(感應(yīng)電壓成分)]除以電動(dòng)機(jī)相電阻r的值，按時(shí)間常數(shù)lq/r變化。

在式(2)中，dq軸電動(dòng)機(jī)電壓vd、vq是將作為三相pwm對(duì)電動(dòng)機(jī)50施加的電壓轉(zhuǎn)換至dq軸坐標(biāo)后的脈沖狀的電壓。這在dq軸電動(dòng)機(jī)電流id、iq中發(fā)生高頻紋波，結(jié)果在將dq軸電動(dòng)機(jī)電流id、iq三相轉(zhuǎn)換后的電動(dòng)機(jī)50的各相電流iu、iv、iw中也發(fā)生高頻紋波。高頻的紋波的振幅由該脈沖狀電壓的寬度和高度決定。脈沖的寬度依賴(lài)于dq軸電動(dòng)機(jī)電壓vd、vq的有效值的大小和載波頻率fs，脈沖的高度依賴(lài)于直流電源30的電壓值hv。

這樣，式(2)中記載的參數(shù)和上述直流電源電壓hv和載波頻率fs是決定電動(dòng)機(jī)電流的高頻紋波的振幅的原因，根據(jù)這些值和電動(dòng)機(jī)電流的基波的振幅決定死區(qū)時(shí)間中的電流極性。

式(2)的dq軸電動(dòng)機(jī)電流id、iq和dq軸電動(dòng)機(jī)電壓vd、vq與dq軸電流目標(biāo)值id*、iq*和dq軸電壓指令值vd*、vq*等價(jià)。dq軸電壓指令值vd*、vq*由dq軸電流目標(biāo)值id*、iq*和式(2)的感應(yīng)電壓成分決定。電動(dòng)機(jī)電流的基波依賴(lài)于dq軸電流目標(biāo)值id*、iq*。因此，用以下所示的參數(shù)作為決定死區(qū)時(shí)間中的極性的原因、即可變?cè)鲆嬗?jì)算部23的輸入?yún)?shù)即可。

(p1)電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速ω

(p2)dq軸電流目標(biāo)值id*、iq*

(p3)電源電壓hv

(p4)載波頻率fs

(p5)電動(dòng)機(jī)特性ld、lq、r、ψa

其中，雖然認(rèn)為dq軸電動(dòng)機(jī)電流id、iq與dq軸電流目標(biāo)值id*、iq*等價(jià)，但兩者中過(guò)渡性地存在差異，所以也可以使用對(duì)dq軸電流目標(biāo)值id*、iq*施加了用于消除過(guò)渡性差異的濾波后的值。

另外，dq軸電流目標(biāo)值id*、iq*由轉(zhuǎn)矩指令值t*、電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速ω和電源電壓hv決定，所以也可以用轉(zhuǎn)矩指令值t*代替dq軸電流目標(biāo)值id*、iq*作為輸入?yún)?shù)。該情況下，也可以與dq軸電流目標(biāo)值id*、iq*的情況同樣地使用對(duì)轉(zhuǎn)矩指令值t*施加了濾波后的值。另外，圖2所示的例子中，使用了轉(zhuǎn)矩指令值tr*作為輸入?yún)?shù)。

(gain_vdt映射的各元素的計(jì)算方法)

接著，說(shuō)明圖3所示的gain_vdt映射的各元素(gain_vdt)的計(jì)算方法。首先，設(shè)定gain_vdt＝1，設(shè)為用基礎(chǔ)補(bǔ)償電壓作為死區(qū)時(shí)間補(bǔ)償電壓vdtu、vdtv、vdtw與三相電壓指令值vu*、vv*、vw*相乘的狀態(tài)。然后，將上述輸入的參數(shù)組按控制電動(dòng)機(jī)50的電流時(shí)可能發(fā)生的各種運(yùn)轉(zhuǎn)狀態(tài)下的值的順序固定，取得與各值對(duì)應(yīng)的電動(dòng)機(jī)電流控制所需的狀態(tài)量(dq軸電壓指令值vd*、vq*、dq軸電動(dòng)機(jī)電壓vd、vq、基礎(chǔ)補(bǔ)償電壓)。

逆變器輸出電壓變動(dòng)與基礎(chǔ)補(bǔ)償電壓之間不存在差分電壓的狀態(tài)(不存在相對(duì)于基波極性相反的紋波電流的狀態(tài))下，dq軸電壓指令值vd*、vq*等于對(duì)于vd、vq在穩(wěn)定狀態(tài)下解式(2)得到的值。即，dq軸電壓指令值vd*、vq*用死區(qū)時(shí)間補(bǔ)償模塊20增大(或減小)了補(bǔ)償量，用pwm轉(zhuǎn)換部4進(jìn)行pwm轉(zhuǎn)換時(shí)設(shè)定了死區(qū)時(shí)間，所以最終對(duì)電動(dòng)機(jī)50施加時(shí)補(bǔ)償量被死區(qū)時(shí)間引起的電壓變動(dòng)抵消。結(jié)果，對(duì)電動(dòng)機(jī)50施加等于dq軸電壓指令值vd*、vq*的vd、vq。

另一方面，在存在差分電壓的狀態(tài)下，差分電壓包括在dq軸電壓指令值vd*、vq*中。即，死區(qū)時(shí)間補(bǔ)償電壓vdtu、vdtv、vdtw的大小與死區(qū)時(shí)間引起的電壓變動(dòng)不同而產(chǎn)生差分電壓的情況下，對(duì)電動(dòng)機(jī)50施加的dq軸電動(dòng)機(jī)電壓vd、vq與dq軸電壓指令值vd*、vq*相差相當(dāng)于該差分電壓的量。因?yàn)樵诜答伩刂浦幸允筪q軸電動(dòng)機(jī)電流id、iq成為dq軸電流目標(biāo)值id*、iq*的方式進(jìn)行控制，所以差分電壓對(duì)dq軸電壓指令值vd*、vq*造成影響。因此，能夠用下式(3)求出差分電壓的大小。

差分電壓的大?。健蘽(vd*-vd)^2+(vq*-vq)^2}…(3)

式(3)中，vd、vq是如下式(4)所示在穩(wěn)定狀態(tài)下解上述式(2)得到的值。

vd＝(id(s)×r)-(lq×ω×iq(s))

vq＝(iq(s)×r)+(ld×ω×id(s))+(ω×ψa)…(4)

如圖4(d)所示，差分電壓的極性按電動(dòng)機(jī)電流的基波的每個(gè)半周期改變，但圖6所示的dq坐標(biāo)軸中成為與dq軸電流目標(biāo)值id*、iq*相同方向(相同相位)產(chǎn)生的直流的電壓成分，其大小大致等于在電動(dòng)機(jī)電流的半周期內(nèi)對(duì)差分電壓求平均得到的值。在該運(yùn)轉(zhuǎn)狀態(tài)下，為了將電動(dòng)機(jī)電流控制為dq軸電流目標(biāo)值id*、iq*，需要對(duì)電動(dòng)機(jī)施加如圖6所示的dq軸電動(dòng)機(jī)電壓vd、vq。

另一方面，電流控制部2的輸出是圖6所示的vd*、vq*。這是因?yàn)樵诨A(chǔ)補(bǔ)償電壓的狀態(tài)下，等價(jià)于在死區(qū)時(shí)間補(bǔ)償部20中對(duì)dq軸電壓指令值vd*、vq*加上差分電壓來(lái)輸出。

因此，以使該運(yùn)轉(zhuǎn)狀態(tài)下的“基礎(chǔ)補(bǔ)償電壓×(1-gain_vdt)”的大小等于用式(3)求出的差分電壓的大小的方式，求出gain_vdt映射的元素即可。該情況下，表達(dá)為gain_vdt＝1-(差分電壓)/(基礎(chǔ)補(bǔ)償電壓)。例如，差分電壓＝0的情況下，gain_vdt＝1。另外，差分電壓>0的情況下，gain_vdt<1。通過(guò)給出與各種運(yùn)轉(zhuǎn)狀態(tài)對(duì)應(yīng)的輸入?yún)?shù)組并如上所述地取得gain_vdt，而得到圖3的gain_vdt映射的各元素。

其中，改變輸入?yún)?shù)的值時(shí)電動(dòng)機(jī)電流的基波的振幅增大時(shí)，gain_vdt接近1。因此，在能夠充分降低差分電壓的范圍中求出gain_vdt映射的元素即可。

在電流控制部2中對(duì)相當(dāng)于式(4)的包括ω的感應(yīng)電壓成分的電壓用非干涉控制進(jìn)行補(bǔ)償，在求出gain_vdt映射的元素的范圍中式(4)的id(s)×r和iq(s)×r小到相對(duì)于差分電壓可以忽略的情況下，也可以根據(jù)下式(5)求出差分電壓的大小。該情況下，只要觀(guān)測(cè)dq坐標(biāo)軸的積分項(xiàng)電壓即可。這是因?yàn)椴罘蛛妷罕环e分項(xiàng)的電壓補(bǔ)償。積分項(xiàng)電壓可以在圖1的電流控制部2中得到。

(差分電壓的大小)＝√(d軸積分項(xiàng)^2+q軸積分項(xiàng)^2)…(5)

其中，也可以對(duì)電動(dòng)機(jī)電流的基波的每個(gè)半周期多次測(cè)量gain_vdt映射的元素，對(duì)測(cè)量結(jié)果求平均，作為最終的gain_vdt映射的元素。通過(guò)這樣能夠提高gain_vdt的精度。另外，改變各參數(shù)的間隔，設(shè)為在控制電動(dòng)機(jī)50的電流時(shí)可能出現(xiàn)的值中，能夠根據(jù)gain_vdt映射計(jì)算出能夠充分降低差分電壓的gain_vdt的間隔即可。

能夠預(yù)先計(jì)算出gain_vdt映射的元素，將其作為gain_vdt映射存儲(chǔ)在可變?cè)鲆嬗?jì)算部23中。

另外，也可以代替預(yù)先準(zhǔn)備gain_vdt映射地，改為在電動(dòng)機(jī)使用時(shí)，對(duì)于在控制電動(dòng)機(jī)的電流的過(guò)程中發(fā)生的狀態(tài)每次計(jì)算gain_vdt映射的元素，存儲(chǔ)該值而形成gain_vdt映射。通過(guò)反復(fù)進(jìn)行各種運(yùn)轉(zhuǎn)狀態(tài)下的gain_vdt的計(jì)算，存儲(chǔ)最終可能出現(xiàn)的全部狀態(tài)的gain_vdt映射的元素。

例如，將gain_vdt映射的各元素的初始值設(shè)為1。在電動(dòng)機(jī)使用中成為某一輸入?yún)?shù)時(shí)，對(duì)于該輸入?yún)?shù)進(jìn)行如上所述的gain_vdt的計(jì)算處理，將其計(jì)算結(jié)果(gain_vdt)存儲(chǔ)為與該輸入?yún)?shù)對(duì)應(yīng)的gain_vdt映射的元素。

進(jìn)而，在預(yù)先準(zhǔn)備了gain_vdt映射的情況下，也可以如上所述地用在電動(dòng)機(jī)使用時(shí)得到的gain_vdt替換預(yù)先存儲(chǔ)的gain_vdt。

具體進(jìn)行說(shuō)明，例如，設(shè)gain_vdt映射的與規(guī)定輸入?yún)?shù)對(duì)應(yīng)的元素(預(yù)先設(shè)定的gain_vdt)為g1。使用該g1的情況下的差分電壓是差分電壓≠0的情況下，根據(jù)“基礎(chǔ)補(bǔ)償電壓×(g1-g2)＝差分電壓”的式子計(jì)算g2。該g2是新得到的元素，存儲(chǔ)g2代替g1。當(dāng)然，在差分電壓＝0的情況下g2＝g1，gain_vdt映射的與規(guī)定輸入?yún)?shù)對(duì)應(yīng)的元素保持固定。

例如，輸入?yún)?shù)之一的電動(dòng)機(jī)特性(ld、lq、r、ψa)發(fā)生了經(jīng)年變化的情況下，通過(guò)如上所述地在電動(dòng)機(jī)使用時(shí)替換gain_vdt，能夠?qū)崿F(xiàn)精度提高。其中，在電動(dòng)機(jī)使用時(shí)計(jì)算gain_vdt的結(jié)構(gòu)的情況下，在圖2的可變?cè)鲆嬗?jì)算部23中，隨時(shí)進(jìn)行基于dq軸電壓指令值vd*、vq*和vd、vq、或者基于dq軸積分項(xiàng)的gain_vdt映射的元素的運(yùn)算和存儲(chǔ)。

其中，在決定死區(qū)時(shí)間中的極性的原因中，對(duì)電動(dòng)機(jī)電流的半周期內(nèi)的死區(qū)時(shí)間中的電動(dòng)機(jī)電流的極性變化造成的影響較小，即使不考慮它也能夠計(jì)算出能夠充分降低差分電壓的gain_vdt的情況下，也可以從可變?cè)鲆嬗?jì)算部23的輸入?yún)?shù)中刪除這些原因。

用gain_vdt調(diào)節(jié)基礎(chǔ)補(bǔ)償電壓的結(jié)果在圖7中示出。如圖7(c)所示死區(qū)時(shí)間補(bǔ)償電壓vdtu、vdtv、vdtw可變，所以(b)所示的死區(qū)時(shí)間中的逆變器輸出電壓變動(dòng)、與(c)所示的死區(qū)時(shí)間補(bǔ)償電壓vdtu、vdtv、vdtw之間的差(電流半周期平均值)大致為零。

其中，上述實(shí)施方式中，在可變?cè)鲆嬗?jì)算部23中g(shù)ain_vdt從gain_vdt映射輸出，但輸入?yún)?shù)的變化和上述gain_vdt映射的元素的計(jì)算結(jié)果的關(guān)系能夠用計(jì)算式表達(dá)的部分也可以采用計(jì)算式。另外，通過(guò)與根據(jù)電動(dòng)機(jī)電流基波的相位調(diào)節(jié)死區(qū)時(shí)間補(bǔ)償電壓vdtu、vdtv、vdtw的大小的公知例(例如，在電動(dòng)機(jī)電流的基波的過(guò)零點(diǎn)調(diào)節(jié)的技術(shù))組合，而存在能夠計(jì)算出電流基波半周期內(nèi)的更適當(dāng)?shù)乃绤^(qū)時(shí)間補(bǔ)償電壓vdtu、vdtv、vdtw的可能性。

－第二實(shí)施方式－

以下說(shuō)明的第二實(shí)施方式，相對(duì)于第一實(shí)施方式僅有g(shù)ain_vdt映射的元素的計(jì)算方法不同，其他結(jié)構(gòu)相同。本實(shí)施方式中，在電動(dòng)機(jī)的基波的半周期內(nèi)檢測(cè)死區(qū)時(shí)間中的電動(dòng)機(jī)電流的極性，基于與基波極性相同的情況的時(shí)間、和與基波極性相反的時(shí)間，計(jì)算gain_vdt映射的各元素。

在計(jì)算gain_vdt映射的各元素時(shí)，首先在設(shè)定gain_vdt＝1而輸出基礎(chǔ)補(bǔ)償電壓的狀態(tài)下，將輸入?yún)?shù)分別固定為控制電動(dòng)機(jī)的電流時(shí)可能出現(xiàn)的運(yùn)轉(zhuǎn)狀態(tài)的值。然后，在電動(dòng)機(jī)電流的基波的各個(gè)半周期內(nèi)，設(shè)死區(qū)時(shí)間中的電動(dòng)機(jī)電流極性與基波的極性相同的情況的時(shí)間為tdt_same，不同的情況的時(shí)間為tdt_diff，分別對(duì)其測(cè)量。gain_vdt基于測(cè)量結(jié)果按照下式(6)計(jì)算。

(gain_vdt)＝(tdt_same-tdt_diff)/(tdt_same+tdt_diff)…(6)

即，相對(duì)于電動(dòng)機(jī)電流的基波的半周期內(nèi)的“總死區(qū)時(shí)間＝tdt_same+tdt_diff”，電動(dòng)機(jī)電流的基波的極性與死區(qū)時(shí)間中的電動(dòng)機(jī)電流的極性全部相同的情況(tdt_diff＝0的情況)下使gain_vdt＝1。另外，一半相同的情況(tdt_same＝tdt_diff的情況)下，使gain_vdt＝0。進(jìn)而，全部不同的情況(tdt_same＝0的情況)下使gain_vdt＝-1。

在tdt_same和tdt_diff的測(cè)量中如圖8所示，能夠使用值與死區(qū)時(shí)間中的電動(dòng)機(jī)電流的極性相應(yīng)地變化的計(jì)數(shù)器。例如，分別設(shè)置在死區(qū)時(shí)間中的電動(dòng)機(jī)電流的極性為正的情況下增加的計(jì)數(shù)器、和為負(fù)的情況下增加的計(jì)數(shù)器。然后，根據(jù)各計(jì)數(shù)器的計(jì)數(shù)值，分別求出電動(dòng)機(jī)電流的基波的半周期內(nèi)的tdt_same和tdt_diff。通過(guò)按每個(gè)半周期將計(jì)數(shù)值清零，能夠求出gain_vdt。

另外，反復(fù)對(duì)于在控制電動(dòng)機(jī)的電流的過(guò)程中發(fā)生的狀態(tài)每次計(jì)算gain_vdt映射的元素、存儲(chǔ)該值。結(jié)果，對(duì)于可能出現(xiàn)的全部狀態(tài)取得gain_vdt。該情況下，在可變?cè)鲆嬗?jì)算部23中，隨時(shí)進(jìn)行tdt_same和tdt_diff的測(cè)量和gain_vdt的運(yùn)算和存儲(chǔ)。除此以外，上述以外的關(guān)于gain_vdt計(jì)算的事項(xiàng)與實(shí)施方式1的情況相同。

以上說(shuō)明的實(shí)施方式中，如圖2、7所示，死區(qū)時(shí)間補(bǔ)償部20取得決定電動(dòng)機(jī)電流l2的基波l1的半周期內(nèi)的死區(qū)時(shí)間中的電動(dòng)機(jī)電流l2的極性的輸入?yún)?shù)，與輸入?yún)?shù)的大小相應(yīng)地改變死區(qū)時(shí)間補(bǔ)償電壓vdtu、vdtv、vdtw。作為輸入?yún)?shù)，有電源電壓hv、表示電動(dòng)機(jī)50的運(yùn)轉(zhuǎn)狀態(tài)的電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速ω、dq軸電流目標(biāo)值id*、iq*、載波頻率fs、與電動(dòng)機(jī)特性相關(guān)的dq軸電動(dòng)機(jī)電感l(wèi)d、lq、電動(dòng)機(jī)相電阻r、電動(dòng)機(jī)交鏈磁通ψa。

結(jié)果，與決定死區(qū)時(shí)間中的極性的原因相應(yīng)地調(diào)節(jié)死區(qū)時(shí)間補(bǔ)償電壓，在電動(dòng)機(jī)電流的基波的半周期內(nèi)，基波的振幅相對(duì)于電動(dòng)機(jī)電流的高頻紋波振幅較小，發(fā)生了電動(dòng)機(jī)電流的基波的極性與死區(qū)時(shí)間中的電動(dòng)機(jī)電流的極性不同的狀態(tài)的情況下，也能夠適當(dāng)?shù)貙?duì)死區(qū)時(shí)間中的逆變器輸出電壓變動(dòng)進(jìn)行補(bǔ)償。

例如，如圖2所示，死區(qū)時(shí)間補(bǔ)償電壓用基礎(chǔ)補(bǔ)償電壓與gain_vdt(可變系數(shù))的積表達(dá)。基礎(chǔ)補(bǔ)償電壓基于根據(jù)電流目標(biāo)值求出的電動(dòng)機(jī)電流的基波的極性、死區(qū)時(shí)間相對(duì)于開(kāi)關(guān)周期的比例、和直流電壓的大小設(shè)定。另外，gain_vdt(可變系數(shù))基于取得的參數(shù)的大小、和將死區(qū)時(shí)間補(bǔ)償電壓的大小設(shè)為基礎(chǔ)補(bǔ)償電壓的狀態(tài)下的逆變器輸出電壓變動(dòng)與上述基礎(chǔ)補(bǔ)償電壓的差設(shè)定。

差可以如式(3)所示基于為了控制電動(dòng)機(jī)電流而對(duì)電動(dòng)機(jī)50施加的電壓(vd，vq)計(jì)算，也可以如式(5)所示基于積分項(xiàng)電壓計(jì)算。任意一種情況下，都不需要對(duì)現(xiàn)有的電動(dòng)機(jī)控制裝置追加的硬件。

另外，如圖8所示，也可以基于死區(qū)時(shí)間中的電動(dòng)機(jī)電流l2的極性與基波l1的極性相等的第一時(shí)間即tdt_same、與不同的第二時(shí)間即tdt_diff的差設(shè)定gain_vdt(可變系數(shù))。

另外，也可以采用預(yù)先準(zhǔn)備表示輸入?yún)?shù)的各種大小與gain_vdt的對(duì)應(yīng)關(guān)系的gain_vdt映射，從gain_vdt映射中選擇與取得的輸入?yún)?shù)的大小對(duì)應(yīng)的gain_vdt的結(jié)構(gòu)。

進(jìn)而，在具備預(yù)先設(shè)定了元素的gain_vdt映射的結(jié)構(gòu)中，也可以在電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)中計(jì)算基于差設(shè)定的gain_vdt，用計(jì)算出的gain_vdt替換gain_vdt映射的預(yù)先設(shè)定的gain_vdt。由此，能夠?qū)崿F(xiàn)死區(qū)時(shí)間補(bǔ)償?shù)木忍岣摺?/p>

另外，本發(fā)明不限定于上述各實(shí)施例，包括各種變形例。例如，上述實(shí)施例是為了易于理解地說(shuō)明本發(fā)明而詳細(xì)說(shuō)明的，并不限定于必須具備全部結(jié)構(gòu)。另外，能夠?qū)⒛硞€(gè)實(shí)施例的結(jié)構(gòu)的一部分置換為其他實(shí)施例的結(jié)構(gòu)，也能夠在某個(gè)實(shí)施例的結(jié)構(gòu)上添加其他實(shí)施例的結(jié)構(gòu)。另外，對(duì)于各實(shí)施例的結(jié)構(gòu)的一部分，能夠追加、刪除、置換其他結(jié)構(gòu)。

附圖標(biāo)記說(shuō)明

1…電流指令計(jì)算部，2…電流控制部，3…三相轉(zhuǎn)換部，4…pwm轉(zhuǎn)換部，5…微分部，6…dq軸轉(zhuǎn)換部，10…控制部，20…死區(qū)時(shí)間補(bǔ)償部，21…電流相位計(jì)算部，22…基礎(chǔ)補(bǔ)償電壓計(jì)算部，23…可變?cè)鲆嬗?jì)算部，30…直流電源，40…pwm逆變器，50…電動(dòng)機(jī)。