專利名稱：三相交流電動(dòng)機(jī)的驅(qū)動(dòng)控制裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及三相交流電動(dòng)機(jī)的驅(qū)動(dòng)控制裝置，特別涉及通過矩形波電壓相位控制來驅(qū)動(dòng)并控制三相交流電動(dòng)機(jī)的三相交流電動(dòng)機(jī)的驅(qū)動(dòng)控制裝置。
背景技術(shù)：
圖7表示專利文獻(xiàn)1中記載的三相交流電動(dòng)機(jī)的驅(qū)動(dòng)控制裝置的概要。
該驅(qū)動(dòng)控制裝置例如搭載于混合動(dòng)力汽車等。該驅(qū)動(dòng)控制裝置通過在包括用于在較高效率之下驅(qū)動(dòng)三相交流電動(dòng)機(jī)的PWM(脈沖寬度調(diào)制)電流控制模式以及PWM電壓相位控制模式、用于提高三相交流電動(dòng)機(jī)輸出的矩形波電壓相位控制模式三種控制模式之間切換控制模式，來控制逆變器的驅(qū)動(dòng)。
PWM電流控制模式是在圖7中開關(guān)沈、觀均切換到上側(cè)情況下的控制模式。在該 PWM電流控制模式下，將電壓振幅|V|以及電壓相位Ψ設(shè)定成使得供給三相交流電動(dòng)機(jī)38 的電流值和指令電流值一致，根據(jù)這些電壓振幅|V|以及電壓相位Ψ生成交變脈沖電壓， 該交變脈沖電壓施加到三相交流電動(dòng)機(jī)38。
在PWM電壓相位控制模式中，根據(jù)電壓振幅|V|的經(jīng)過時(shí)間的變化而設(shè)定電壓相位Ψ。根據(jù)所設(shè)定的電壓相位Ψ生成交變脈沖電壓，通過在圖7中開關(guān)沈切換到下側(cè)并且開關(guān)觀切換到上側(cè)，該交變脈沖電壓被施加到三相交流電動(dòng)機(jī)38。
在矩形波電壓相位控制模式下，電壓振幅|V|取決于直流的蓄電池電壓Vdc，電壓相位Ψ是根據(jù)指令轉(zhuǎn)矩值來設(shè)定。基于所設(shè)定的電壓振幅|ν|以及電壓相位Ψ生成矩形波電壓，該矩形波電壓通過在圖7中開關(guān)觀切換到下側(cè)來施加到三相交流電動(dòng)機(jī)38。
另外，在該驅(qū)動(dòng)控制裝置中，在未圖示的車輛控制裝置中根據(jù)加速器操作量、制動(dòng)器踏下量所生成的指令轉(zhuǎn)矩值輸入到電流指令生成部12以及加法器13中。電流指令生成部12基于所輸入的指令轉(zhuǎn)矩值生成指令電流值Iq、Id，將所生成的這些指令電流值Iq、Id 向電流控制器14輸出。電流控制器14基于所輸入的指令電流值Iq、Id和由電流傳感器 40檢測(cè)的電流值而執(zhí)行比例積分控制，生成成為電壓指令值的電壓振幅|V|以及電壓相位 Ψ。開關(guān)26選擇性地切換是否將由該電流控制器14生成的電壓振幅|V|以及電壓相位Ψ 分別輸入到PWM電路30。若這些電壓振幅|V|以及電壓相位Ψ被輸入，則PWM電路30基于這些電壓振幅|V|以及電壓相位Ψ生成正弦波。進(jìn)而，PWM電路30基于該正弦波和預(yù)先設(shè)定的三角波的比較生成開關(guān)指令，經(jīng)由開關(guān)觀向逆變器36輸出該開關(guān)指令。該逆變器36根據(jù)從PWM電路30輸出的開關(guān)指令生成交變脈沖電壓，將該交變脈沖電壓作為驅(qū)動(dòng)電壓施加到三相交流電動(dòng)機(jī)38。
電流傳感器40檢測(cè)因施加該驅(qū)動(dòng)電壓而流過三相交流電動(dòng)機(jī)38的電流，將所檢測(cè)的電流值向加法器M輸出。由電流傳感器40檢測(cè)的電流值和由電流指令生成部12生成的指令電流值輸入到該加法器中。加法器M生成分別輸入的指令電流值和檢測(cè)電流值的差即電流偏差ΔΙ，將該電流偏差Δ I向電流一致判斷部22輸出。電流一致判斷部22在所檢測(cè)出的該電流值與指令電流值一致的情況下，切換開關(guān)26。
另一方面，與上述指令轉(zhuǎn)矩值一起由轉(zhuǎn)矩檢測(cè)單元20所檢測(cè)的每次的轉(zhuǎn)矩值輸入到加法器13中。加法器13生成這些轉(zhuǎn)矩值之間的差即轉(zhuǎn)矩偏差ΔΤ，將所生成的轉(zhuǎn)矩偏差Δ T供給至電壓相位控制器18。電壓相位控制器18根據(jù)轉(zhuǎn)矩偏差Δ T生成電壓相位 Ψ。該電壓相位控制器18在上述矩形波電壓相位控制模式時(shí)生成矩形波的電壓相位Ψ，在上述PWM電壓相位控制模式時(shí)生成交流脈沖電壓的電壓相位Ψ。
另外，電壓振幅控制器16對(duì)電壓振幅判斷部34也供給電壓振幅|V|。電壓振幅判斷部34比較所供給的電壓振幅|V|和與該矩形波電壓相當(dāng)?shù)碾妷赫穹?，根?jù)其比較結(jié)果切換開關(guān)觀。
矩形波產(chǎn)生部32基于從電壓相位控制器18輸入的電壓相位Ψ而生成對(duì)于逆變器36成為開關(guān)指令的矩形波電壓。若這樣的開關(guān)指令經(jīng)由開關(guān)觀而傳遞到逆變器36，則逆變器36將基于矩形波電壓而進(jìn)行開關(guān)的交變(交流)電壓施加到三相交流電動(dòng)機(jī)38。 由此，三相交流電動(dòng)機(jī)38被驅(qū)動(dòng)。
如上所述，上述驅(qū)動(dòng)控制裝置通過在PWM電流控制模式、PWM電壓相位控制模式以及矩形波電壓相位控制模式之間選擇性地切換控制模式，來根據(jù)上述汽車的行駛環(huán)境適當(dāng)控制三相交流電動(dòng)機(jī)38的驅(qū)動(dòng)。
上述矩形波電壓相位控制模式通常用于三相交流電動(dòng)機(jī)3的高旋轉(zhuǎn)區(qū)域。因此， 為了確保在矩形波電壓相位控制模式下的控制響應(yīng)性，需要在短時(shí)間內(nèi)完成該控制運(yùn)算。 在以往，該運(yùn)算是通過如下的處理來執(zhí)行的。
S卩，如圖8所示，在該矩形波電壓相位控制模式下，作為上述逆變器36的U相、V 相、W相的各相輸出的矩形波電壓(進(jìn)行開關(guān)的交變(交流)電壓)以與三相交流電動(dòng)機(jī) 38的轉(zhuǎn)子位置(轉(zhuǎn)子角度)同步的方式每相以180°為周期依次切換。
在這種開關(guān)控制中，首先，在V相輸出被斷開的時(shí)刻tl和U相輸出接通的時(shí)刻t2 的中間時(shí)刻t3、即三相交流電動(dòng)機(jī)38的轉(zhuǎn)子位置達(dá)到角度θ 1的時(shí)刻檢測(cè)出流過三相交流電動(dòng)機(jī)38的電流。接著，通過基于所檢測(cè)出的電流的轉(zhuǎn)矩反饋運(yùn)算來計(jì)算出與此時(shí)的轉(zhuǎn)矩偏差ΔΤ對(duì)應(yīng)的電壓相位Ψ。基于這樣計(jì)算出的電壓相位Ψ確定下一次各相的輸出切換角度，通過由所確定的該輸出切換角度進(jìn)行下一次中斷設(shè)定，來執(zhí)行三相交流電動(dòng)機(jī)38的驅(qū)動(dòng)控制。如上所述，如同圖8中的期間t3-t2所示，用于生成三相輸出的開關(guān)指令是在轉(zhuǎn)子的角度位置從中斷角度θ 1移動(dòng)到中斷結(jié)束角度θ 2的期間(約30° )計(jì)算出。
這種開關(guān)指令的計(jì)算通常需要70μ sec時(shí)間。但是，在如上所述地以與轉(zhuǎn)子位置同步的方式進(jìn)行三相輸出的切換的情況下，隨著三相交流電動(dòng)機(jī)38的旋轉(zhuǎn)速度上升而與各中斷角度之間相當(dāng)?shù)臅r(shí)間、即允許用于計(jì)算下一次的一周期的開關(guān)指令的時(shí)間變短。例如，在四極對(duì)的三相交流電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)數(shù)為20，OOOrpm的情況下，相當(dāng)于上述中斷角度之間的時(shí)間(t3-t2)變成60 μ sec以下，導(dǎo)致短于上述開關(guān)指令的計(jì)算中通常所需要的時(shí)間。因此，在時(shí)間(t3-t2)內(nèi)未完成運(yùn)算而無法進(jìn)行下一次矩形波的生成，從而開關(guān)元件在一周期不動(dòng)作。由此，在矩形波電壓相位控制中，在與中斷角度間相當(dāng)?shù)母鲿r(shí)間內(nèi)未完成開關(guān)指令的運(yùn)算的情況下，發(fā)生矩形波電壓的遺漏，從而例如導(dǎo)致三相交流電動(dòng)機(jī)的失步(lose steps)等驅(qū)動(dòng)控制裝置無法進(jìn)行適當(dāng)?shù)哪孀兤骺刂啤?br> 現(xiàn)有技術(shù)文獻(xiàn)
專利文獻(xiàn)
專利文獻(xiàn)1 日本特許第3533091號(hào)公報(bào)發(fā)明內(nèi)容
發(fā)明要解決的問題
本發(fā)明目的在于提供一種三相交流電動(dòng)機(jī)的驅(qū)動(dòng)控制裝置，即使在三相交流電動(dòng)機(jī)的高速旋轉(zhuǎn)區(qū)域中也能夠在較高可靠性之下進(jìn)行矩形波電壓控制。
用于解決問題的手段
為了達(dá)到上述目的，根據(jù)本發(fā)明提供一種三相交流電動(dòng)機(jī)的驅(qū)動(dòng)控制裝置，在通過三相交變矩形波電壓驅(qū)動(dòng)三相交流電動(dòng)機(jī)時(shí)，基于對(duì)該三相交流電動(dòng)機(jī)的指令轉(zhuǎn)矩值和該三相交流電動(dòng)機(jī)的實(shí)際轉(zhuǎn)矩值的轉(zhuǎn)矩偏差而反饋控制上述三相交變矩形波電壓的電壓相位，其中，該三相交變矩形波電壓是基于與由三相交流電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子的旋轉(zhuǎn)位置求出的電角度的一個(gè)周期對(duì)應(yīng)而設(shè)定的開關(guān)指令進(jìn)行電力轉(zhuǎn)換的。該裝置具有相位指令運(yùn)算部，進(jìn)行基于上述轉(zhuǎn)矩偏差的轉(zhuǎn)矩反饋運(yùn)算，基于該運(yùn)算結(jié)果求出需要校正的相位的提前角量/ 延遲角量即相位指令，并且依次存儲(chǔ)并更新所求出的該相位指令；以及脈沖圖案輸出部，為了生成上述開關(guān)指令而一邊監(jiān)視上述旋轉(zhuǎn)位置一邊總是輸出脈沖圖案，其中，該脈沖圖案是相對(duì)于上述三相交變矩形波電壓的基本相位僅相位位移上述相位指令量的脈沖圖案，該基本相位是相對(duì)于上述電角度的一個(gè)周期而唯一確定的。


圖1是表示本發(fā)明的一實(shí)施方式涉及的三相交流電動(dòng)機(jī)的驅(qū)動(dòng)控制裝置的框圖。
圖2是表示圖1的裝置涉及的相位指令計(jì)算處理順序的流程圖。
圖3是表示圖1的裝置涉及的相位位移處理順序的流程圖。
圖4是表示(a)相位指令存儲(chǔ)器中存儲(chǔ)并更新的相位指令Ψ*、和(b)根據(jù)相位指令而依次被更新的位移后相位Ψ + Ψ*和三相交變矩形波電壓的切換角度的關(guān)系、和(C)與三相交流電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子的旋轉(zhuǎn)位置對(duì)應(yīng)的電角度、和⑷反映了位移后相位Ψ + Ψ*的三相量脈沖圖案的、推移的一例的時(shí)序圖。
圖5是表示(a)與三相交流電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)子位置對(duì)應(yīng)的電角度、和(b)成為基準(zhǔn)的三相脈沖圖案以及根據(jù)相位指令相位位移的三相脈沖圖案的、推移的一例的時(shí)序圖。
圖6是表示本發(fā)明的一變形例涉及的三相交流電動(dòng)機(jī)的驅(qū)動(dòng)控制裝置的框圖。
圖7是表示現(xiàn)有的三相交流電動(dòng)機(jī)的驅(qū)動(dòng)控制裝置的框圖。
圖8是表示(a)與三相交流電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)子位置對(duì)應(yīng)的電角度、和(b)三相矩形波電壓的、推移的一例的時(shí)序圖。
具體實(shí)施方式
下面，說明具體實(shí)現(xiàn)本發(fā)明的一實(shí)施方式。此外，本實(shí)施方式的三相交流電動(dòng)機(jī)的驅(qū)動(dòng)控制裝置與前面的圖7的驅(qū)動(dòng)控制裝置一樣例如驅(qū)動(dòng)并控制搭載于混合動(dòng)力汽車等而成為其原動(dòng)機(jī)的三相交流電動(dòng)機(jī)。
如圖1所示，該三相交流電動(dòng)機(jī)的驅(qū)動(dòng)控制裝置具備控制三相交流電動(dòng)機(jī)M的驅(qū)動(dòng)的微型計(jì)算機(jī)100。該微型計(jì)算機(jī)100具有設(shè)定三相交變矩形波電壓的基本相位ψ的基本相位設(shè)定部110。基本相位Ψ是根據(jù)三相交流電動(dòng)機(jī)M的設(shè)計(jì)而相對(duì)于其電角度的一周期唯一確定的。由該基本相位設(shè)定部110設(shè)定的基本相位Ψ輸入到加法器120中。
另外，在未圖示的車輛控制裝置中根據(jù)加速器操作量、制動(dòng)器踏下量而生成的指令轉(zhuǎn)矩值、和由轉(zhuǎn)矩傳感器等檢測(cè)出的三相交流電動(dòng)機(jī)M的實(shí)際轉(zhuǎn)矩值輸入到設(shè)置在這種微型計(jì)算機(jī)100上的相位指令運(yùn)算部130中。在該相位指令運(yùn)算部130中執(zhí)行基于分別輸入的指令轉(zhuǎn)矩值和實(shí)際轉(zhuǎn)矩值的偏差的轉(zhuǎn)矩反饋運(yùn)算，基于該運(yùn)算結(jié)果求出需要校正的相位的提前角量/延遲角量即相位指令Ψ*。這樣求出的相位指令Ψ 衣次存儲(chǔ)到相位指令存儲(chǔ)器131而被更新，并且被存儲(chǔ)或更新的值依次讀取到加法器120中。加法器120通過這些所輸入的基本相位Ψ和相位指令的加法處理，計(jì)算出相對(duì)于基本相位Ψ被位移相位指令量后的相位即位移后相位Ψ + Ψ*。
這樣位移后相位Ψ + 輸入到三相脈沖圖案輸出部200。為了生成開關(guān)指令，三相脈沖圖案輸出部200輸出相對(duì)于上述基本相位Ψ而僅相位位移相位指令量的脈沖圖案。該三相脈沖圖案輸出部200具備作為微型計(jì)算機(jī)100內(nèi)的被輸入上述位移后相位 Ψ + Ψ*的存儲(chǔ)器控制部140、和根據(jù)該存儲(chǔ)器控制部140訪問而輸出脈沖圖案的波形存儲(chǔ)器210(例如，非易失性存儲(chǔ)器)。存儲(chǔ)器控制部140例如一邊基于由分解器(resolver)等構(gòu)成的轉(zhuǎn)子位置檢測(cè)部MO的輸出而監(jiān)視三相交流電動(dòng)機(jī)M的轉(zhuǎn)子的旋轉(zhuǎn)位置(電角度) θ e，一邊總是從相位指令存儲(chǔ)器131(更準(zhǔn)確地講是加法器120)讀取位移后相位Ψ + 而訪問波形存儲(chǔ)器210。此外，在本實(shí)施方式中，該三相交流電動(dòng)機(jī)M的極對(duì)數(shù)和分解器的軸倍角的比為1 1。另外，在波形存儲(chǔ)器210中存儲(chǔ)有僅與上述相位指令即，相對(duì)于基本相位Ψ的提前角量/延遲角量)的分解力和相對(duì)于基本相位Ψ的最大的提前角量 /延遲角量對(duì)應(yīng)的個(gè)數(shù)的、起源于與上述基本相位Ψ對(duì)應(yīng)的固定脈沖圖案的各三相量的脈沖波形的組。即，通過與相位指令對(duì)應(yīng)的相位位移能夠生成的三相量的脈沖波形的所有組存儲(chǔ)在存儲(chǔ)器210中。存儲(chǔ)器控制器140總是讀取上述位移后相位Ψ + Ψ*，并為了選擇與所讀取的該位移后相位Ψ + Ψ*對(duì)應(yīng)的三相量的脈沖波形的組而訪問波形存儲(chǔ)器210。 此外，在本實(shí)施方式中總是讀取上述位移后相位Ψ + Ψ*，但也可以每當(dāng)上述相位指令變更時(shí)讀取位移后相位Ψ + Ψ*。選擇的三相量的脈沖波形的組作為從上述基本相位Ψ僅相位位移基于上述反饋運(yùn)算而計(jì)算的相位指令量后的脈沖圖案而從三相脈沖圖案輸出部 200向三相開關(guān)指令輸出部220輸出。
如上所述，在本實(shí)施方式中相位指令運(yùn)算部130和三相脈沖圖案輸出部200相互獨(dú)立，其中，該相位指令運(yùn)算部130通過轉(zhuǎn)矩反饋運(yùn)算計(jì)算出需要校正的提前角量/延遲角量即相位指令Ψ*，該三相脈沖圖案輸出部200根據(jù)所計(jì)算的相位指令 < 而生成固定的脈沖圖案。因此，相位指令運(yùn)算部130進(jìn)行用于計(jì)算轉(zhuǎn)矩偏差的轉(zhuǎn)矩反饋運(yùn)算的同時(shí)，反復(fù)執(zhí)行將求出的上述相位指令Ψ 衣次存儲(chǔ)到相位指令存儲(chǔ)器131并更新的處理。另一方面， 三相脈沖圖案輸出部200反復(fù)執(zhí)行基于存儲(chǔ)并更新的該相位指令Ψ*而生成從基本相位Ψ 僅相位位移該相位指令量后的脈沖圖案的處理。通過分別獨(dú)立執(zhí)行這些處理，三相脈沖圖案輸出部200能夠適當(dāng)?shù)剌敵龌谙辔恢噶畲鎯?chǔ)器131中存儲(chǔ)并更新的每次最新的相位指令而相位位移后的脈沖圖案。并且，三相脈沖圖案輸出部200通過選擇存儲(chǔ)在波形存儲(chǔ)器210中的三相量的脈沖波形的組來生成與上述位移后相位Ψ + 對(duì)應(yīng)的脈沖圖案， 因此能夠更加簡(jiǎn)單且準(zhǔn)確地生成用于生成開關(guān)指令的脈沖圖案。由此，能夠減輕在上述微型計(jì)算機(jī)100基于上述反饋控制生成脈沖圖案上的運(yùn)算負(fù)荷。
若經(jīng)過這種處理所生成的脈沖圖案輸入到三相開關(guān)指令輸出部220，則三相開關(guān)指令輸出部220根據(jù)所輸入的該三相脈沖圖案生成開關(guān)指令，并向逆變器230輸出。逆變器230是例如設(shè)置有三相量(六個(gè))的由IGBTansulated Gate Bipolar Transistor 絕緣柵雙極型晶體管)等構(gòu)成的開關(guān)元件對(duì)的周知的逆變器。這樣，通過從三相開關(guān)指令輸出部220輸出的開關(guān)指令輸入到逆變器230中，逆變器230輸出根據(jù)該開關(guān)指令而電力變換的三相交變矩形波電壓，并施加到三相交流電動(dòng)機(jī)M。
如上所述，三相交流電動(dòng)機(jī)M基于三相交變矩形波電壓而被驅(qū)動(dòng)，根據(jù)該轉(zhuǎn)矩偏差受到反饋控制。
此外，實(shí)際上本實(shí)施方式涉及的三相交流電動(dòng)機(jī)的驅(qū)動(dòng)控制裝置與前面圖7中所示的驅(qū)動(dòng)控制裝置相同，進(jìn)行通過三相交流的驅(qū)動(dòng)控制(省略圖示)、和通過三相交變矩形波電壓的驅(qū)動(dòng)控制的切換，其中，該三相交流是基于脈沖寬度調(diào)制的開關(guān)指令而電力變換的，該三相交變矩形波電壓是基于由上述三相脈沖圖案輸出部200設(shè)定并輸出的脈沖圖案而電力變換的。在這些驅(qū)動(dòng)控制的切換中，如上所述，在三相交流電動(dòng)機(jī)M的低旋轉(zhuǎn)區(qū)域中進(jìn)行通過基于脈沖寬度調(diào)制的開關(guān)指令而電力變換的三相交流的驅(qū)動(dòng)控制，在三相交流電動(dòng)機(jī)M的高旋轉(zhuǎn)區(qū)域中進(jìn)行通過三相交變矩形波電壓的驅(qū)動(dòng)控制。
接著，參照?qǐng)D2詳細(xì)說明由上述相位指令運(yùn)算部130執(zhí)行的相位指令計(jì)算處理 (轉(zhuǎn)矩反饋處理)。此外，該處理是保持預(yù)定的時(shí)間間隔而周期性地執(zhí)行。
如該圖2所示，在該處理中，首先，分別讀取在車輛控制裝置中根據(jù)加速器操作量或制動(dòng)器踏下量而生成的指令轉(zhuǎn)矩值、和根據(jù)該指令轉(zhuǎn)矩值而被驅(qū)動(dòng)的三相交流電動(dòng)機(jī)M 的實(shí)際檢測(cè)轉(zhuǎn)矩值(步驟S 100,S 101)。接著，根據(jù)通過基于所讀取的這些指令轉(zhuǎn)矩值以及檢測(cè)轉(zhuǎn)矩值的轉(zhuǎn)矩反饋運(yùn)算所獲得的轉(zhuǎn)矩偏差，例如通過映射運(yùn)算等計(jì)算出需要校正的相位的提前角量/延遲角量即相位指令(步驟S102)。所計(jì)算出的該相位指令 < 存儲(chǔ)到上述相位指令存儲(chǔ)器131中并被更新(步驟S103)。通過反復(fù)執(zhí)行這種相位指令計(jì)算處理，依次計(jì)算出與每次的指令轉(zhuǎn)矩值以及檢測(cè)轉(zhuǎn)矩值對(duì)應(yīng)的相位指令Ψ*，通過所計(jì)算出的該相位指令來依次更新存儲(chǔ)在相位指令存儲(chǔ)器131中的相位指令Ψ*。
接著，參照?qǐng)D3以及圖4詳細(xì)說明由上述三相脈沖圖案輸出部200執(zhí)行相位位移處理。此外，在圖4中表示(a)在相位指令存儲(chǔ)器131中存儲(chǔ)并更新的相位指令Ψ*、禾Π (b) 根據(jù)該相位指令而依次更新的位移后相位Ψ + Ψ*和三相交變矩形波電壓的切換角度的關(guān)系、和(c)與三相交流電動(dòng)機(jī)M的轉(zhuǎn)子的旋轉(zhuǎn)位置對(duì)應(yīng)的電角度、和(d)反映了上述位移后相位Ψ + 的三相量的脈沖圖案的、推移的一例的時(shí)序圖。
在該相位位移處理中，通過監(jiān)視三相交流電動(dòng)機(jī)M的轉(zhuǎn)子的旋轉(zhuǎn)位置來依次求出 (c)三相交流電動(dòng)機(jī)M的電角度(步驟S200)。并且，在加法器120中將(a)相位指令即相位指令存儲(chǔ)器131中存儲(chǔ)并更新的相位指令Ψ*與基本相位Ψ相加，其相加結(jié)果Ψ + 被讀取(步驟S201)。接著，基于所讀取的該相加結(jié)果Ψ + Ψ*獲得(b)相對(duì)于基本相位Ψ的提前角或延遲角的相位即位移后相位Ψ + (步驟S202)。另外，在發(fā)生正轉(zhuǎn)矩時(shí)，以在轉(zhuǎn)矩不足時(shí)提前電壓相位且在轉(zhuǎn)矩過剩時(shí)延遲電壓相位的方式計(jì)算出該位移后相位Ψ + Ψ*。 另外，在發(fā)生負(fù)轉(zhuǎn)矩時(shí)，以在轉(zhuǎn)矩不足時(shí)延遲電壓相位且在轉(zhuǎn)矩過剩時(shí)提前電壓相位的方式計(jì)算出位移后相位Ψ + Ψ*。這樣，三相交流電動(dòng)機(jī)M的轉(zhuǎn)矩僅增減電壓相位相對(duì)于基本相位Ψ提前/延遲的量，從而消除通過轉(zhuǎn)矩反饋運(yùn)算計(jì)算出的轉(zhuǎn)矩偏差即指令轉(zhuǎn)矩值和轉(zhuǎn)矩值的偏差。另外，如圖3所示，在上述位移后相位Ψ +Ψ*變化的情況下，從波形存儲(chǔ)器210 選擇與該位移后相位Ψ + Ψ*對(duì)應(yīng)的三相脈沖圖案的組，輸出所選擇的脈沖圖案的組作為根據(jù)相位指令而相位位移的脈沖圖案(步驟S203 “是”、S204)。
由此，參照?qǐng)D4，首先，如(a)所示，相位指令根據(jù)上述轉(zhuǎn)矩偏差如…Ψ、-1)、 Ψ*(η)、Ψ、+1)…那樣依次被更新。若如上所述地相位指令依次被更新，則如(b)中箭頭所示，位移后相位Ψ+ 根據(jù)這些各相位指令Ψ、-1)、Ψ、)、Ψ*(η+1)依次被確定為Ψ + Ψ*(η-1)、Ψ + Ψ*(η), Ψ + Ψ*(η+1)。若這樣位移后相位Ψ + Ψ 衣次被確定，則如從 (b)到(d)的虛線箭頭所示那樣，根據(jù)依次被更新的位移后相位Ψ + Ψ*(η-1)、Ψ + Ψ*(η), Ψ + Ψ*(η+1)的三相量的脈沖圖案總是從上述波形存儲(chǔ)器210被選擇并輸出。由此，生成反映了(d)依次被更新的相位指令的三相量的脈沖圖案。另一方面，在上述位移后相位 Ψ + Ψ*未被變更的情況即上述轉(zhuǎn)矩偏差為一定的情況下，繼續(xù)輸出當(dāng)前輸出的三相脈沖圖案的組(步驟S203:“否”)。
如上所述，在指令轉(zhuǎn)矩值和實(shí)際轉(zhuǎn)矩值發(fā)生偏差的情況下，為了消除該偏差而計(jì)算出相位指令Ψ*，根據(jù)該相位指令依次執(zhí)行固定的脈沖圖案的相位位移處理，從而以消除對(duì)于三相交流電動(dòng)機(jī)M的指令轉(zhuǎn)矩值和相同電動(dòng)機(jī)M的實(shí)際檢測(cè)轉(zhuǎn)矩值的偏差的方式執(zhí)行三相交流電動(dòng)機(jī)M的驅(qū)動(dòng)控制。
若起因于三相交流電動(dòng)機(jī)M的轉(zhuǎn)數(shù)的上升而該電角度依次達(dá)到使三相交變矩形波電壓的接通斷開狀態(tài)的組合變化的角度(60°間隔)為止的期間變短，則存在在該期間中無法完成上述轉(zhuǎn)矩反饋處理所需的相位指令的計(jì)算的情況。但是，即使在這種情況下，根據(jù)本實(shí)施方式的相位位移處理，也繼續(xù)求出(讀取)與當(dāng)前存儲(chǔ)在相位指令存儲(chǔ)器 131中的相位指令Ψ*對(duì)應(yīng)的位移后相位Ψ + Ψ*。因此，不間斷地生成并輸出與這種位移后相位Ψ +Ψ*對(duì)應(yīng)的三相脈沖圖案。由此，能夠不受因三相交流電動(dòng)機(jī)M的轉(zhuǎn)數(shù)的上升等而產(chǎn)生的影響而生成三相脈沖圖案，進(jìn)而能夠生成施加于三相交流電動(dòng)機(jī)M的交變矩形波電壓，從而能夠在較高可靠度之下進(jìn)行三相交流電動(dòng)機(jī)M的驅(qū)動(dòng)控制。
接著，參照?qǐng)D5說明通過這種驅(qū)動(dòng)控制裝置監(jiān)視的三相交流電動(dòng)機(jī)M的轉(zhuǎn)子的旋轉(zhuǎn)位置、和用于生成與該旋轉(zhuǎn)位置對(duì)應(yīng)而生成的三相交變矩形波的脈沖圖案的關(guān)系。此外， 在圖5中分別示出(a)與三相交流電動(dòng)機(jī)M的轉(zhuǎn)子的旋轉(zhuǎn)位置對(duì)應(yīng)的電角度、和(b)與基本相位Ψ對(duì)應(yīng)的基本脈沖圖案LuO LwO和與位移后相位Ψ + 對(duì)應(yīng)的脈沖圖案Lul Lwl的關(guān)系。
如(b)中虛線所示，基本脈沖圖案LuO LwO每對(duì)應(yīng)于三相交流電動(dòng)機(jī)M的電角度的一個(gè)周期(0° 360° )而設(shè)定為如下。與上述逆變器230的U相對(duì)應(yīng)的基本脈沖圖案LuO具有上述旋轉(zhuǎn)位置從0°推移到180°期間的接通期間。與上述逆變器230的V相對(duì)應(yīng)的基本脈沖圖案LvO具有上述旋轉(zhuǎn)位置以從基本脈沖圖案LuO延遲120°而追蹤的方式從120°推移到300°為止期間的接通期間。與上述逆變器230的W相對(duì)應(yīng)的基本脈沖圖案LwO具有上述旋轉(zhuǎn)位置以從基本脈沖圖案LuO延遲而追蹤的方式從對(duì)0°推移到下一個(gè)電角度周期60°為止期間的接通期間。如上所述，在本實(shí)施方式中，成為上述相位位移的基準(zhǔn)的各基本脈沖圖案LuO LwO(換言之，基本相位Ψ)與三相交流電動(dòng)機(jī)M的電角度的一個(gè)周期對(duì)應(yīng)而唯一地被確定。
在此，若通過上述反饋運(yùn)算求出相位指令Ψ*，則如(b)所示，輸出將各基本脈沖圖案LuO LwO僅相位位移相位指令Ψ*量的脈沖圖案Lul Lwl。如上所述，在本實(shí)施方式中通過將預(yù)先確定的各基本脈沖圖案LuO LwO的相位位移基于與上述監(jiān)視的三相交流電動(dòng)機(jī)M的電角度總是比較而依次執(zhí)行，來上述脈沖圖案無間斷地執(zhí)行轉(zhuǎn)矩反饋。
以上說明的本實(shí)施方式具有以下的優(yōu)點(diǎn)。
(1)相位指令運(yùn)算部130和三相脈沖圖案輸出部200相互獨(dú)立，其中，該相位指令運(yùn)算部130進(jìn)行上述轉(zhuǎn)矩反饋運(yùn)算，將需要校正的相位的提前角量/延遲角量即相位指令 Ψ 衣次存儲(chǔ)并更新，該三相脈沖圖案輸出部200生成根據(jù)該相位指令而被相位位移的脈沖圖案。因此，相位指令運(yùn)算部130進(jìn)行用于計(jì)算轉(zhuǎn)矩偏差的轉(zhuǎn)矩反饋運(yùn)算的同時(shí)，反復(fù)執(zhí)行將所求出的上述相位指令Ψ 衣次存儲(chǔ)到相位指令存儲(chǔ)部131并更新的處理。另一方面，三相脈沖圖案輸出部200重復(fù)執(zhí)行生成基于所存儲(chǔ)并更新的該相位指令Ψ*而從基本相位Ψ僅相位位移該相位指令量的、脈沖圖案的處理。由此，能夠與轉(zhuǎn)矩反饋運(yùn)算是否完成無關(guān)地持續(xù)生成用于生成開關(guān)指令的脈沖圖案，進(jìn)而，能夠在較高可靠度下進(jìn)行三相交流電動(dòng)機(jī)M的驅(qū)動(dòng)控制。
(2)將基于上述轉(zhuǎn)矩反饋運(yùn)算的、相位的提前角量/延遲角量的校正作為自基本相位Ψ僅相位位移相位指令來進(jìn)行。由此，能夠更加準(zhǔn)確且簡(jiǎn)單地實(shí)現(xiàn)這種相位的提前角量/延遲角量的校正，進(jìn)而較好地減輕微型計(jì)算機(jī)100的運(yùn)算負(fù)荷。
(3)通過總是計(jì)算出上述位移后相位Ψ + Ψ*，并且總是監(jiān)視三相交流電動(dòng)機(jī)M的轉(zhuǎn)子的旋轉(zhuǎn)位置，判斷使上述三相交變矩形波電壓的接通斷開方式組合變化的角度。由此， 能夠?qū)⑼ㄟ^轉(zhuǎn)矩反饋運(yùn)算求出的相位指令準(zhǔn)確地反映到開關(guān)指令中。另外，由于總是執(zhí)行這種相位位移處理，因此在相位指令基于轉(zhuǎn)矩反饋運(yùn)算而被更新的時(shí)刻，執(zhí)行與所更新的相位指令對(duì)應(yīng)的相位位移。由此，即使產(chǎn)生指令轉(zhuǎn)矩值和實(shí)際的轉(zhuǎn)矩值的轉(zhuǎn)矩偏差， 也由于根據(jù)該轉(zhuǎn)矩偏差而被更新的相位指令Ψ*、位移后相位Ψ + Ψ*高度及時(shí)地反映到上述脈沖圖案，因此能夠?qū)崿F(xiàn)更高精度的轉(zhuǎn)矩反饋控制。
(4)通過選擇并輸出存儲(chǔ)在波形存儲(chǔ)器210中的三相量的脈沖波形的組，來生成用于生成開關(guān)指令的三相脈沖圖案Lul Lwl。由此，能夠?qū)⑴c上述相位指令Ψ*對(duì)應(yīng)而輸出的三相脈沖圖案Lul Lwl的生成作為與微型計(jì)算機(jī)100獨(dú)立設(shè)置的硬件的處理來實(shí)現(xiàn)，進(jìn)而，還能夠通過減輕微型計(jì)算機(jī)100的運(yùn)算負(fù)荷而實(shí)現(xiàn)上述相位位移處理的高速化。
(5)微型計(jì)算機(jī)100作為功能構(gòu)成要素而具備設(shè)定基本相位Ψ的基本相位設(shè)定部 110。因此，能夠提高由這種基本相位設(shè)定部110設(shè)定基本相位ψ的自由度。由此，例如， 即使在作為驅(qū)動(dòng)控制對(duì)象的三相交流電動(dòng)機(jī)M的設(shè)計(jì)變更等情況下，也能夠靈活地對(duì)應(yīng)這種設(shè)計(jì)變更，進(jìn)而，進(jìn)一步提高上述驅(qū)動(dòng)控制裝置的通用性。
(6)三相交流電動(dòng)機(jī)M的轉(zhuǎn)子的旋轉(zhuǎn)位置是通過由分解器等構(gòu)成的轉(zhuǎn)子位置檢測(cè)部240來檢測(cè)。由此，使上述旋轉(zhuǎn)位置的檢測(cè)、以及由三相脈沖圖案輸出部200進(jìn)行的上述旋轉(zhuǎn)位置的監(jiān)視變得容易。
此外，上述實(shí)施方式還可以如下地進(jìn)行變更而實(shí)施。
在上述實(shí)施方式中，在微型計(jì)算機(jī)100內(nèi)單獨(dú)設(shè)置有作為用于計(jì)算上述位移后相位Ψ + 的功能構(gòu)成要素的、基本相位設(shè)定部110、加法器120以及相位指令運(yùn)算部130。 不限定于此，作為與前面的圖1對(duì)應(yīng)的圖例如圖6所示，微型計(jì)算機(jī)100也可以采用相位指令運(yùn)算部150，該相位指令運(yùn)算部150 —并具備將基本相位Ψ作為固定值而存儲(chǔ)的基本相位存儲(chǔ)器151 ；以及存儲(chǔ)并更新該基本相位Ψ和與指令轉(zhuǎn)矩值以及檢測(cè)轉(zhuǎn)矩值的轉(zhuǎn)矩偏差對(duì)應(yīng)的相位指令的相加值的、位移后相位存儲(chǔ)器152。由此，在相位指令運(yùn)算部150 的內(nèi)部能夠求出在上述三相脈沖圖案輸出部200中的相位位移所需信息即相對(duì)于基本相位Ψ而位移相位指令量后的相位，因此實(shí)現(xiàn)在微型計(jì)算機(jī)100中進(jìn)行運(yùn)算處理的情況下的運(yùn)算算法的簡(jiǎn)略化。
在上述實(shí)施方式中，三相交流電動(dòng)機(jī)M的極對(duì)數(shù)和構(gòu)成轉(zhuǎn)子位置檢測(cè)部MO的分解器的軸倍角的比為1 1。不限定于此，使用不同比的三相交流電動(dòng)機(jī)M以及分解器，并且基于該比能夠校正上述三相脈沖圖案。即，在三相交流電動(dòng)機(jī)M的極對(duì)數(shù)為4且分解器的軸倍角為2的情況下，通過分解器檢測(cè)出將實(shí)際的三相交流電動(dòng)機(jī)M的電角度進(jìn)行1/2倍的值作為該轉(zhuǎn)子的旋轉(zhuǎn)位置。因此，也可以基于三相交流電動(dòng)機(jī)M的極對(duì)數(shù)和分解器的比校正轉(zhuǎn)子位置檢測(cè)部MO的檢測(cè)值，并基于被校正的該值而生成上述三相脈沖圖案Lul Lwl0通過這種構(gòu)成，在通過上述驅(qū)動(dòng)控制裝置進(jìn)行三相交流電動(dòng)機(jī)M的反饋控制時(shí)能夠進(jìn)一步提高其通用性。
在上述實(shí)施方式中，上述轉(zhuǎn)子位置檢測(cè)部240為分解器等。取而代之，轉(zhuǎn)子位置檢測(cè)部240也可以為編碼器(encoder)、其他的旋轉(zhuǎn)位置傳感器，總而言之，只要是能夠監(jiān)視三相交流電動(dòng)機(jī)M的轉(zhuǎn)子的旋轉(zhuǎn)位置的即可。
在上述實(shí)施方式中，上述三相脈沖圖案輸出部200具備微型計(jì)算機(jī)100內(nèi)的存儲(chǔ)器控制部140、和微型計(jì)算機(jī)100外的波形存儲(chǔ)器210。取而代之，去掉波形存儲(chǔ)器210而也可以在微型計(jì)算機(jī)100內(nèi)進(jìn)行與相位指令對(duì)應(yīng)的三相脈沖圖案Lul Lwl的生成。 在此情況下，也由于相位指令運(yùn)算部130和三相脈沖圖案輸出部200相互獨(dú)立，因此相位指令運(yùn)算部130進(jìn)行用于計(jì)算轉(zhuǎn)矩偏差的轉(zhuǎn)矩反饋運(yùn)算的同時(shí)，重復(fù)執(zhí)行將所求出的上述相位指令Ψ 衣次存儲(chǔ)到相位指令存儲(chǔ)器131中并更新的處理。另一方面，三相脈沖圖案輸出部200重復(fù)執(zhí)行生成基于所存儲(chǔ)并更新的該相位指令Ψ*而從基本相位Ψ僅相位位移該相位指令量的脈沖圖案的處理。由此，即使三相交流電動(dòng)機(jī)M的轉(zhuǎn)子位置在上述三相交變矩形波電壓的接通斷開方式組合變化的角度期間，因由相位指令運(yùn)算部130進(jìn)行的轉(zhuǎn)矩反饋運(yùn)算或相位指令的計(jì)算未完成而在這些時(shí)刻上產(chǎn)生偏差，三相脈沖圖案輸出部200 也能夠合理地輸出基于當(dāng)前存儲(chǔ)在相位指令存儲(chǔ)器131中的相位指令Ψ*而相位位移的脈沖圖案。
在上述實(shí)施方式中，雖然省略圖示上述三相交流電動(dòng)機(jī)的驅(qū)動(dòng)控制裝置，但切換執(zhí)行三相交流的驅(qū)動(dòng)控制和三相交變矩形波電壓的驅(qū)動(dòng)控制，其中，該三相交流是基于脈沖寬度調(diào)制的開關(guān)指令而電力變換的，該三相交變矩形波電壓是基于通過上述三相脈沖圖案輸出部200設(shè)定并輸出的脈沖圖案而電力變換的。不限定于此，當(dāng)然本發(fā)明也能夠適用于僅進(jìn)行通過三相交變矩形波電壓的驅(qū)動(dòng)控制的驅(qū)動(dòng)裝置中。
權(quán)利要求
1.一種三相交流電動(dòng)機(jī)的驅(qū)動(dòng)控制裝置，在通過三相交變矩形波電壓驅(qū)動(dòng)三相交流電動(dòng)機(jī)時(shí)，基于對(duì)該三相交流電動(dòng)機(jī)的指令轉(zhuǎn)矩值和該三相交流電動(dòng)機(jī)的實(shí)際轉(zhuǎn)矩值的轉(zhuǎn)矩偏差而反饋控制上述三相交變矩形波電壓的電壓相位，其中，該三相交變矩形波電壓是基于與由三相交流電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)子的旋轉(zhuǎn)位置求出的電角度的一個(gè)周期對(duì)應(yīng)而設(shè)定的開關(guān)指令進(jìn)行電力轉(zhuǎn)換的，該三相交流電動(dòng)機(jī)的驅(qū)動(dòng)控制裝置具有相位指令運(yùn)算部，進(jìn)行基于上述轉(zhuǎn)矩偏差的轉(zhuǎn)矩反饋運(yùn)算，基于該運(yùn)算結(jié)果求出需要校正的相位的提前角量/延遲角量即相位指令，并且依次存儲(chǔ)并更新所求出的該相位指令；以及脈沖圖案輸出部，為了生成上述開關(guān)指令而一邊監(jiān)視上述旋轉(zhuǎn)位置一邊總是輸出脈沖圖案，其中，該脈沖圖案是相對(duì)于上述三相交變矩形波電壓的基本相位僅相位位移上述相位指令量后的脈沖圖案，該基本相位是相對(duì)于上述電角度的一個(gè)周期而唯一確定的。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的三相交流電動(dòng)機(jī)的驅(qū)動(dòng)控制裝置，其中，上述脈沖圖案輸出部具有非易失性波形存儲(chǔ)器，該波形存儲(chǔ)器預(yù)先僅存儲(chǔ)有與上述相位指令的分解力和相對(duì)于上述基本相位的最大提前角量/延遲角量對(duì)應(yīng)的個(gè)數(shù)的、起源于與上述基本相位對(duì)應(yīng)的脈沖圖案的各三相量的脈沖波形的組，上述脈沖圖案輸出部從上述波形存儲(chǔ)器中總是選擇并輸出上述監(jiān)視的旋轉(zhuǎn)位置與上述相位指令對(duì)應(yīng)的三相量的脈沖波形的組。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的三相交流電動(dòng)機(jī)的驅(qū)動(dòng)控制裝置，其中，還具備基本相位設(shè)定部，用于設(shè)定上述基本相位；以及加法器，將所設(shè)定的該基本相位和上述存儲(chǔ)并更新的相位指令相加而輸出相加結(jié)果，上述脈沖圖案輸出部讀取該相加結(jié)果而作為將上述基本相位僅相位位移上述存儲(chǔ)并更新的相位指令量之后的位移后相位。
4.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的三相交流電動(dòng)機(jī)的驅(qū)動(dòng)控制裝置，其中，上述相位指令運(yùn)算部作為固定值而保持有上述基本相位，依次存儲(chǔ)并更新上述基本相位和上述相位指令的相加結(jié)果。
5.根據(jù)權(quán)利要求1至4中任一項(xiàng)所述的三相交流電動(dòng)機(jī)的驅(qū)動(dòng)控制裝置，其中，上述監(jiān)視的旋轉(zhuǎn)位置是通過設(shè)置于上述三相交流電動(dòng)機(jī)的旋轉(zhuǎn)位置傳感器來檢測(cè)出的。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的三相交流電動(dòng)機(jī)的驅(qū)動(dòng)控制裝置，其中，上述檢測(cè)出的旋轉(zhuǎn)位置基于上述旋轉(zhuǎn)位置傳感器的軸倍角和上述三相交流電動(dòng)機(jī)的極對(duì)數(shù)的比而被校正。
7.根據(jù)權(quán)利要求1至6中任一項(xiàng)所述的三相交流電動(dòng)機(jī)的驅(qū)動(dòng)控制裝置，其中，上述三相交流電動(dòng)機(jī)是車輛的原動(dòng)機(jī)，上述三相交流電動(dòng)機(jī)的驅(qū)動(dòng)控制包括通過三相交流的驅(qū)動(dòng)控制，該三相交流是基于脈沖寬度調(diào)制后的開關(guān)指令而進(jìn)行電力轉(zhuǎn)換的，切換執(zhí)行通過該三相交流的驅(qū)動(dòng)控制和通過上述三相交變矩形波電壓的驅(qū)動(dòng)控制。
全文摘要
一種三相交流電動(dòng)機(jī)的驅(qū)動(dòng)控制裝置，具有相位指令運(yùn)算部。在通過三相交變矩形波電壓驅(qū)動(dòng)該電動(dòng)機(jī)時(shí)，該相位指令運(yùn)算部進(jìn)行基于轉(zhuǎn)矩偏差的轉(zhuǎn)矩反饋運(yùn)算，基于該運(yùn)算結(jié)果求出需要校正的相位的提前角量/延遲角量即相位指令，并且存儲(chǔ)并更新所求出的該相位指令，該三相交變矩形波電壓是基于與由三相交流電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子的旋轉(zhuǎn)位置求出的電角度的一個(gè)周期對(duì)應(yīng)而設(shè)定的開關(guān)指令進(jìn)行電力轉(zhuǎn)換的。為了生成上述開關(guān)指令，向逆變器輸出相對(duì)于上述三相交變矩形波電壓的基本相位僅相位位移上述相位指令量的脈沖圖案，該基本相位是相對(duì)于上述電角度的一個(gè)周期而唯一確定的。
文檔編號(hào)H02P27/06GK102498659SQ20108004111
公開日2012年6月13日 申請(qǐng)日期2010年9月15日 優(yōu)先權(quán)日2009年9月18日
發(fā)明者真鍋鎮(zhèn)男 申請(qǐng)人:豐田自動(dòng)車株式會(huì)社