专利名称：电动机控制设备和电动机控制方法
技术领域：
本发明涉及通过校正作为转动位置传感器的分解器(解算器)的输出来控制电动机的一种电动机控制设备和控制方法。
背景技术：
为了使用旋转磁场连续转动电动机的转子，检测该转子的转动位置。用装在转轴上的作为转动位置传感器的分解器检测该转子的转动位置。
换句话说，该分解器检测该转动的转子的转动位置，并以模拟信号输出与该转子的各转动位置对应的位置信号。计算机的中央处理单元(下称CPU)把该分解器输出的模拟信号转换成数字信号。根据该转换成的数字信号，该CPU产生把用于产生该旋转磁场的交流电流供应给位于该转子外周部的定子绕组(一般由三相绕组构成)的驱动信号。然后，该CPU把该驱动信号输出给逆变器。根据来自CPU的驱动信号输出，该逆变器以预定时序(正时)把预定交流电流供应给该定子绕组的各相。这样，定子绕组产生旋转磁场，转子由定子绕组产生的旋转磁场转动。
但是，由于分解器的输出一般发生误差如0.5次和一次误差，因此来自分解器的转角输出不随时间线性增加。此外，会造成转子转速改变，从而造成分解器输出的误差。
这样，日本专利延迟公开No.2001-165707公开了一种用转子转速校正分解器输出误差的技术。
但是，日本专利延迟公开No.2001-165707未公开出用使用转子转速校正的分解器的输出进行电动机控制。因此，电动机控制未得到改善。
发明内容
本发明的一个目的是提供一种校正作为转动位置传感器的分解器的输出和使用该分解器的经校正的输出控制电动机的电动机控制设备和电动机控制方法。
本发明的第一方面涉及一种包括转动位置传感器、校正装置和控制装置的电动机控制设备。该转动位置传感器在进行电动机的矩形波控制时检测该电动机的转子的转动位置。该校正装置根据在矩形波控制中从基准时刻到该电动机的各控制时刻的时间差校正该转动位置传感器的输出的。该控制装置根据由该校正装置校正的该转动位置传感器的输出进行该电动机的矩形波控制。
该校正装置在决定给该电动机的各相施加电压的期间的电压相位指令改变时，考虑(计及)该电压相位指令的改变来校正该转动位置传感器的输出。
该校正装置可在转子转速改变时考虑该转子转速的改变来校正该转动位置传感器的输出。
该校正装置可考虑决定给该电动机的各相施加电压的期间的电压相位指令的改变和转子转速的改变来校正该转动位置传感器的输出。
该校正装置可使用在前一控制周期中转子转动一次所需时间和在本控制周期中转子转动一次所需时间，考虑转子转速的改变来校正该转动位置传感器的输出。
该校正装置可根据该电动机的一种控制方法来校正该转动位置传感器的输出。
在根据本发明的电动机控制设备中，根据从基准时刻到基于该转动位置的输出控制该电动机的控制时刻的时间间隔与从该基准时刻到需要在该矩形波控制中控制该电动机的真实控制时刻的时间间隔之差，来校正该转动位置传感器的输出。此外，考虑该电动机各相的电压相位指令的改变来校正该转动位置传感器的输出。另外，考虑电动机转速的改变来校正该转动位置传感器的输出。还有，考虑电动机各相的电压相位指令的改变和电动机转速的改变来校正该转动位置传感器的输出。
使用由每种校正方法校正的转动位置传感器的输出来进行电动机的矩形波控制。
这样，按照本发明，即使转动位置传感器的输出有误差，也可防止电动机控制失灵，从而可驱动电动机。此外，即使电动机各相的电压相位指令或电动机转速发生改变，也可防止电动机控制失灵，从而可驱动电动机。
本发明的第二方面涉及一种电动机控制方法，它包括下列步骤在进行电动机的矩形波控制时检测该电动机的转子的转动位置；根据从一基准时刻到基于该转动位置传感器的输出控制该电动机的控制时刻的时间间隔与从该基准时刻到需要在该矩形波控制中控制该电动机的真实控制时刻的时间间隔之差，来校正该转动位置传感器的输出；以及根据由该校正装置校正的该转动位置传感器的输出进行该电动机的矩形波控制。
本发明的第三方面涉及一种包括转动位置传感器、校正装置和控制装置的电动机控制设备。该转动位置传感器在进行电动机的矩形波控制时检测该电动机的转子的转动位置。该校正装置根据从一基准时刻到基于该转动位置传感器的输出控制该电动机的控制时刻的时间间隔与从该基准时刻到需要在该矩形波控制中控制该电动机的真实控制时刻的时间间隔之差，来校正该转动位置传感器的输出。该控制装置根据由该校正装置校正的该转动位置传感器的输出进行该电动机的矩形波控制。
图1为按照本发明第一实施例的电动机控制设备的示意方框图；图2为说明图1所示控制装置的各种功能的功能方框图；图3为图1所示交流(AC)电动机的U相、V相和W相各相电压指令时序图；图4为图1所示一分解器的输出和该电压指令的时序图；图5为说明按照本发明第一实施例的转角校正方法的流程图；图6为示出图1所示两交流电动机之一的电力发生波动时另一电动机的电压和电流波动的时序图；图7为按照本发明第二实施例的电动机控制设备的示意方框图；图8为说明图7所示控制装置的各种功能的功能方框图；图9为图7所示一分解器的输出和一电压指令的时序图；图10为说明按照本发明第二实施例的转角校正方法的流程图；图11为按照本发明第三实施例的电动机控制设备的示意方框图；图12为说明图11所示控制装置的各种功能的功能方框图；图13为示出图11所示一分解器的输出和转速变化的时序图；图14为说明按照本发明第三实施例的转角校正方法的流程图；图15为按照本发明第四实施例的电动机控制设备的示意方框图；图16为说明图15所示控制装置的各种功能的功能方框图；图17为说明按照本发明第四实施例的转角校正方法的流程图；图18为按照本发明第五实施例的电动机控制设备的示意方框图；图19为说明图18所示控制装置的各种功能的功能方框图；以及图20为一电压指令的时序图。
具体实施例方式
下面结合附图详细说明按照本发明各实施例的电动机控制设备。在这些附图中，相同部件用相同标号表示，其说明不再重复。
如图1所示，按照本发明第一实施例的电动机控制设备100包括直流(DC)电源B、逆变器10、20、电容器30、分解器40、50、电流传感器60、70和控制装置80。
逆变器10包括U相支路(桥臂)11、V相支路12和W相支路13。U相支路11、V相支路12和W相支路13并联在结点N1与N2之间。
U相支路11包括串联的NPN晶体管Q3、Q4。V相支路12包括串联的NPN晶体管Q5、Q6。W相支路13包括串联的NPN晶体管Q7、Q8。每个用于使电流从发射极侧流到集电极侧的二极管D3-D8连接在每个NPN晶体管Q3-Q8的集电极与发射极之间的部分。
逆变器20包括U相支路21、V相支路22和W相支路23。U相支路21、V相支路22和W相支路23并联在结点N1与N2之间。
U相支路21包括串联的NPN晶体管Q9、Q10。V相支路22包括串联的NPN晶体管Q11、Q12。W相支路23包括串联的NPN晶体管Q13、Q14。每个用于使电流从发射极侧流到集电极侧的二极管D9-D14连接在每个NPN晶体管Q9-Q14的集电极与发射极之间的部分。
逆变器10的各相支路的中点与交流电动机M1的各相绕组的各相端连接。逆变器20的各相支路的中点与交流电动机M2的各相绕组的各相端连接。即，交流电动机M1、M2各为三相永磁电动机，其中，每个U相绕组、V相绕组和W相绕组的一端与公共中心点连接。交流电动机M1的U相绕组的另一端与NPN晶体管Q3、Q4之间的中点连接。V相绕组的另一端与NPN晶体管Q5、Q6之间的中点连接。W相绕组的另一端与NPN晶体管Q7、Q8之间的中点连接。交流电动机M2的U相绕组的另一端与NPN晶体管Q9、Q10之间的中点连接。V相绕组的另一端与NPN晶体管Q11、Q12之间的中点连接。W相绕组的另一端与NPN晶体管Q13、Q14之间的中点连接。
电容器30连接在结点N1与N2之间的部分，以与逆变器10、20并联。
直流电源B包括二次电池，如镍氢电池或锂离子电池。逆变器10根据从控制装置80输出的驱动信号DRV1把来自电容器30的直流电压转换成交流电压，以驱动交流电动机M1。逆变器20根据从控制装置80输出的驱动信号DRV2把来自电容器30的直流电压转换成交流电压，以驱动交流电动机M2。
电容器30把来自直流电源B的直流电压平顺化，并把经平顺化的直流电压供应给逆变器10、20。分解器40装在交流电动机M1的转轴上。分解器40检测电动机M1的转子的转角θbn1，并把检测到的转角θbn1输出到控制装置80。分解器50装在交流电动机M2的转轴上。分解器50检测电动机M2的转子的转角θbn2，并把检测到的转角θbn2输出到控制装置80。
电流传感器60检测流到交流电动机M1的电动机电流MCRT1，并把检测到的电动机电流MCRT1输出到控制装置80。电流传感器70检测流到交流电动机M2的电动机电流MCRT2，并把检测到的电动机电流MCRT2输出到控制装置80。
在图1中，设置三个电流传感器60和三个电流传感器70。但是设置至少两个电流传感器60和至少两个电流传感器70就足够了。
控制装置80使用下文所述的方法校正从分解器40输出的转角θbn1。控制装置80使用经校正的转角θn1和从一外部电控制单元(下文称为ECU)输出的转矩指令值TR1，产生驱动逆变器10的NPN晶体管Q3-Q8的驱动信号DRV1，并把该产生的驱动信号DRV1输出到NPN晶体管Q3-Q8。
控制装置80使用下文所述的该方法校正从分解器50输出的转角θbn2。控制装置80使用经校正的转角θn2和从一外部ECU输出的转矩指令值TR2产生驱动逆变器20的NPN晶体管Q9-Q14的驱动信号DRV2，并把该产生的驱动信号DRV2输出到NPN晶体管Q9-Q14。
图2为说明产生驱动信号DRV1和DRV2的控制装置80的各种功能的功能方框图。如图2所示，控制装置80包括角度校正部81、电流转换部82、减算装置83、PI控制部84、转速计算部85、速度电动势估算部86、加算装置87、转换部88和驱动信号产生部89。
角度校正部81接收从分解器40(或分解器50)输出的转角θbn(θbn1或θbn2)，使用下文所述的方法校正转角θbn，并把经校正的转角θn(θn1或θn2)输出到电流转换部82、转速计算部85和转换部88。
电流转换部82使用从角度校正部81输出的转角θn1(或θn2)对电流传感器60(或电流传感器70)检测到的电动机电流MCRT1(或电流MCRT2)进行三相到两相的转换。即，电流转换部82使用转角θn1(或θn2)把流到交流电动机M1(或交流电动机M2)的三相绕组的各相的三相电动机电流MCRT1(或电动机电流MCRT2)转换成流到d轴和q轴的电流值Id、Iq。然后，电流转换部82把电流值Id、Iq输出到减算装置83。
减算装置83从用于使交流电动机M1(或交流电动机M2)输出由转矩指令值TR1(或转矩指令值TR2)指定的转矩的电流指令值Id*、Iq*中减去从电流转换部82输出的电流值Id、Iq得出偏差ΔId、ΔIq。PI控制部84使用对于偏差ΔId、Δiq的PI增益算出用于调节电动机电流的操作量。
转速计算部8 5根据从角度校正部8 5输出的转角θn1(或转角θn2)算出交流电动机M1(或交流电动机M2)的转速。然后，转速计算部85把算出的转速输出到速度电动势估算部86。速度电动势估算部86根据从转速计算部85输出的转速算出估算的速度电动势值。
加算装置87通过把从PI控制部84输出的用于调节电动机电流的操作量与从速度电动势估算部86输出的估算的速度电动势值相加算出电压操作量Vd、Vq。转换部88使用从角度校正部81输出的转角θn1(或转角θn2)对从加算装置87输出的电压操作量Vd、Vq进行两相到三相的转换。即，转换部88使用转角θn1(或转角θn2)把施加到d轴和q轴上的电压的操作量Vd、Vq转换成施加到交流电动机M1(或交流电动机M2)的三相绕组(U相绕组、V相绕组和W相绕组)上的电压的操作量。驱动信号产生部89根据转换部88的输出产生驱动信号DRV1、DRV2。
下面结合图3和4说明角度校正部81中的转角校正方法。图3示出在矩形波控制中的每个交流电动机M1、M2的U相、V相和W相的切换指令。每个分解器40、50的一圈(360°)相当于720°电角度。因此，每个交流电动机M1、M2的U相、V相和W相各相的切换指令每180°反向。因此，其励磁/去励磁状态改变的相在每个交流电动机M1、M2的U相、V相和W相之间每60°切换。在下文中，相状态从励磁状态切换成去励磁状态或从去励磁状态切换成励磁状态的时刻称为“切换时刻”。
间隔60°的各切换时刻之间的时间间隔在分解器40、50的输出不发生误差(假定转速恒定)时相同。因此，测量从把U相作为基准相而设定的一基准时刻到间隔60°的V相切换时刻和W相切换时刻的时间间隔，并使用所测量的时间间隔校正分解器40、50的输出误差。
如上所述，每个分解器40、50的一圈相当于720电角度。因此，720电角度相当于一个周期。在一个周期中有12个切换时刻。因此，角度校正部81使用一装在角度校正部81中的计时器测量从该基准时刻到从分解器40(或分解器50)输出的转角θbn变成n×60°(n＝1到12，即60°到720°(0°))时的时间间隔T1到T12。
角度校正部81把测得的时间间隔T1到T12代入下述方程(算式)，算出在各转角n×60°(60°到720°(0°))上的误差Δθn(n＝1到11)。
下面结合图4说明一种校正60°转角的方法。在分解器40(或分解器50)的输出表示出为由一直线k1所示的真实转动位置的情况下，当励磁/去励磁状态在从分解器40(或分解器50)输出的转角变成60°的时刻t1改变时，励磁/去励磁状态可与一切换指令DRTSW的真实下降同步地改变。
但是，在分解器40(或分解器50)的输出表示出如曲线k2所示的转动位置偏离真实转动位置的情况下，当励磁/去励磁状态在从分解器40(或分解器50)输出的转角变成60°的时刻t2改变时，励磁/去励磁状态的改变滞后切换指令DRTSW的下降一个ΔT。因此，交流电供应给U相绕组的时间段变长。
为了与切换指令DRTSW同步地改变励磁/去励磁状态，在曲线k2上得出时刻t1时的转角θ1，在从分解器40(或分解器50)输出的转角变成θ1的时刻改变励磁/去励磁状态。
由于角度校正部81测得的时间间隔T1为从时刻0到时刻t2的时间间隔，因此由方程720°×T1/T12得出直线K1上偏离60°的转角。直线k1上的角度偏差Δθ1由方程60°-720°×T1/T12得出。即把所测得的时间间隔T1和T12以及n＝1代入方程(1)中算出角度偏差Δθ1。
算出的角度偏差Δθ1基本等于时刻t1时直线k1上的转角与曲线k2上的转角之差。因此，由方程60°+Δθ1得出转角θ1。
因此，即使在分解器40(或分解器50)的输出发生误差时，通过在从分解器40(或分解器50)输出的转角变成θ1时改变励磁/去励磁状态，也能与切换指令DRTSW的下降同步地改变励磁/去励磁状态。
同样，当把直线K1上的120°转角转换成曲线K2上的转角时，使用方程2×60°+Δθ2。一般地，当把直线K1上的转角n×60°转换成曲线K2上的转角时，使用下列方程。
θn＝n×60°+Δθn...(2)因此，角度校正部81测量从基准时刻到从分解器40(或分解器50)输出的转角变成n×60°(n＝1到12，即60°到720°(0°))时的时间间隔T1-T12，并把测得的时间间隔T1到T12代入方程(1)中算出角度偏差Δθ1到Δθ11。然后，角度校正部把角度偏差Δθ1到Δθ11代入方程(2)中算出校正的转角θ1到θ11。
由于如下理由不把直线K1上的720°的转角转换成曲线K2上的转角。一般地，在分解器输出发生误差(0.5次误差、一次误差等)时，分解器输出的0°转角和720°转角与真实转角匹配(一致)，而分解器输出的非0°和720°转角偏离真实转角。因此，直线K1上的720°转角无需转换成曲线k2上的转角。因此，在假定分解器在时间间隔T12输出的转角与直线K1上的720°转角匹配的情况下，角度校正部81使用方程(1)计算在n×60°(n＝1到11，即60°到660°)转角上的角度偏差Δθ1到Δθ11。
此外，在上述转角校正方法中，测量时间间隔T1到T12，并使用在一个周期(0°到720°)中测得的时间间隔T1到T12校正从分解器输出的n×60°转角。然后，在下一个周期(0°到720°)中，使用经校正的转角改变每个交流电动机M1、M2各相的切换指令。
下面结合图5说明按照第一实施例的转角校正方法。开始一系列操作后，角度校正部81把n的值设为0(即n＝0)(步骤S1)。然后，角度校正部81把n的值设为1(即n＝n+1)(步骤S2)。然后发生切换中断(步骤S3)。然后，角度校正部81根据转角θbn(θbn1或θbn2)测量从基准时刻到从分解器40或分解器50输出的转角θbn(θbn1或θbn2)变成60°时的时间间隔T1(步骤S4)。然后，角度校正部81判定n的值是否为12(即n＝12)(步骤S5)。当判定n的值不为12时，反复进行步骤S2-S5。即反复进行步骤S2-S5，直到测得所有时间间隔T1到T12。
当判定n的值为12时，角度校正部81使用方程(1)和(2)校正间隔60°的各转角(步骤S6)。从而完成转角校正操作。
下面结合图1和2再次说明电动机控制设备100的工作情况。开始一系列操作后，分解器40把交流电动机M1转子的转角θbn1输出到控制装置80。分解器50把交流电动机M2转子的转角θbn2输出到控制装置80。电流传感器60检测流到交流电动机M1各相的电动机电流MCRT1，并把检测到的电流MCRT1输出到控制装置80。电流传感器70检测流到交流电动机M2各相的电动机电流MCRT2，并把检测到的电流MCRT2输出到控制装置80。
控制装置80按照从外部ECU收到的转矩指令值TR1计算用于使交流电动机M1输出由转矩指令值TR1指定的转矩的电流指令值Id1*、Iq1*。此外，控制装置80按照从外部ECU收到的转矩指令值TR2计算用于使交流电动机M2输出由转矩指令值TR2指定的转矩的电流指令值Id2*、Iq2*。
角度校正部81根据从分解器40输出的转角θbn1测量时间间隔T1到T12，用上述方法使用测得的时间间隔T1到T12校正转角θbn1，以及把经校正的转角θn1输出到电流转换部82、转速计算部85和转换部88。此外，角度校正部82根据从分解器50输出的转角θbn2测量时间间隔T1到T12，用上述方法使用测得的时间间隔T1到T12校正转角θbn2，以及把经校正的转角θn2输出到电流转换部82、转速计算部85和转换部88。
电流转换部82使用从角度校正部81输出的转角θn1把从电流传感器60输出的电动机电流MCRT1转换成流到交流电动机M1的d轴和q轴的电流值Id1、Iq1。此外，电流转换部82使用从角度校正部81输出的转角θn2把从电流传感器70输出的电动机电流MCRT2转换成流到交流电动机M2的d轴和q轴的电流值Id2、Iq2。
减算装置83从由控制装置80算出的电流指令值Id1*、Iq1*中减去由电流转换部82转换得出的电流值Id1、Iq1算出偏差ΔId1、ΔIq1。此外，减算装置83从由控制装置80算出的电流指令值Id2*、Iq2*中减去由电流转换部82转换得出的电流值Id2、Iq2算出偏差ΔId2、ΔIq2。
PI控制部84使用对于偏差ΔId1、ΔIq1的PI增益算出用于调节交流电动机M1的电动机电流的操作量。此外，PI控制部84使用对于偏差ΔId2、ΔIq2的PI增益算出用于调节交流电动机M2的电动机电流的操作量。
转速计算部85根据从角度校正部81输出的转角θn1算出交流电动机M1的转速ω01。此外，转速计算部85根据从角度校正部81输出的转角θn2算出交流电动机M2的转速ω02。速度电动势估算部86根据从转速计算部85输出的转速ω01计算交流电动机M1中的估算的速度电动势值。此外，速度电动势估算部86根据从转速计算部85输出的转速ω02计算交流电动机M2中的估算的速度电动势值。
加算装置87把从PI控制部84输出的用于调节交流电动机M1的电动机电流的操作量与从速度电动势估算部86输出的交流电动机M1中的估算的速度电动势值相加算出交流电动机M1的电压操作量Vd1、Vq1。此外，加算装置87把从PI控制部84输出的用于调节交流电动机M2的电动机电流的操作量与从速度电动势估算部86输出的交流电动机M2中的估算的速度电动势值相加算出交流电动机M2的电压操作量Vd2、Vq2。
转换部88通过使用从角度校正部81输出的转角θn1对从加算装置87输出的电压操作量Vd1、Vq1进行两相到三相的转换算出电压Vu1、Vv1、Vw1。此外，转换部88通过使用从角度校正部81输出的转角θn2对从加算装置87输出的电压操作量Vd2、Vq2进行两相到三相的转换算出电压Vu2、Vv2、Vw2。驱动信号产生部89根据从转换部88输出的电压Vu1、Vv1、Vw1产生驱动信号DRV1，并根据从转换部88输出的电压Vu2、Vv2、Vw2产生驱动信号DRV2。然后，驱动信号产生部89把产生的驱动信号DRV1输出到NPN晶体管Q3-Q8，并把产生的驱动信号DRV2输出到NPN晶体管Q9-Q14。
NPN晶体管Q3-Q8按照驱动信号DRV1开通和关断。逆变器10与切换指令DRTSW的真实上升和下降同步地在对交流电动机M1的各相供应电流和不供应电流之间切换。此外，NPN晶体管Q9-Q14按照驱动信号DRV2开通和关断。逆变器20与切换指令DRTSW的真实上升和下降同步地在对交流电动机M2的各相供应电流和不供应电流之间切换。
这样，即使分解器40(或分解器50)的输出有误差，通过校正分解器40(或分解器50)的输出的误差可与切换指令的上升和下降同步地驱动交流电动机M1(或交流电动机M2)。
图6示出在分解器40、50的输出被校正的情况下和分解器40、50的输出不被校正的情况下，当交流电动机M1的电力波动时，交流电动机M2的电压和电流波动。信号SG1、SG2表示在分解器40、50的输出不被校正的情况下的电压和电流。信号SG3、SG4表示在分解器40、50的输出被校正的情况下的电压和电流。
如图6所示，在分解器40、50的输出不被校正的情况下，电压SG1和电流SG2的波动3随时间增大。同时，在分解器40、50的输出被校正的情况下，交流电动机M2的电压SG3的波动在整个时间上极小，而电流SG4几乎不波动。
这样，通过使用从基准时刻到根据分解器的输出的切换时刻的时间间隔与从基准时刻到真实切换时刻的时间间隔之差校正分解器的输出，可稳定驱动交流电动机M1、M2。此外，在驱动两台交流电动机M1、M2的情况下，即使一台交流电动机M1的电力发生波动，该电力波动也几乎不传给交流电动机M2，因此可防止控制失灵。
在上述实施例中，把交流电动机M1、M2的U相作为基准相测量时间间隔T1到T12。但是，本发明不限于该基准相，也可把V相或W相作为基准相测量T1到T12。
如图7所示，按照本发明第二实施例的电动机控制设备100A的构型与按照本发明第一实施例的电动机控制设备100相同，只是用控制装置80A取代控制装置80。
如图8所示，控制装置80A包括角度校正部81A，以取代控制装置80的角度校正部81。
角度校正部81A考虑对每个交流电动机M1、M2各相的电压相位指令的变动校正从每个分解器40、50输出的转角θbn1、θbn2。即，角度校正部81A根据从分解器40(或分解器50)输出的转角θbn1(或转角θbn2)和从转换部88输出的电压相位指令值Vu1、Vv1、Vw1(或电压相位指令值Vu2、Vv2、Vw2)校正转角θbn。
下面结合图9说明角度校正部81A中的转角θbn1、θbn2的校正方法。当交流电动机M1(或交流电动机M2)的转矩指令值TR1(或转矩指令值TR2)波动时，各相切换指令DRTSW中的180°间隔的切换时刻改变。即，随着转矩指令值TR1(或转矩指令值TR2)的增加，切换指令DRTSW的下降时刻改变成点P2所示时刻，点P2在对应于180°的真实转角的点P1所示时刻之前。此外，随着转矩指令值TR1(或转矩指令值TR2)的减小，切换指令DRTSW的下降时刻改变成在点P1所示时刻之后的一时刻(未示出)。
这样，当转矩指令值TR1(或转矩指令值TR2)波动时，在交流电动机M1(或交流电动机M2)各相的电压相位指令中180°间隔的切换时刻改变。因此，在本发明第二实施例中，考虑到电压相位指令的改变进行在第一实施例中的60°间隔的转角的上述校正。
当180转角上的切换指令DRTSW的下降时刻从点P1变成点P2时，角度校正部81A根据电压相位指令值Vu1、Vv1、Vw1(或电压相位指令值Vu2、Vv2、Vw2)检测转角Δθsw和Δθv，并保持转角Δθsw和偏差角Δθv。此外，角度校正部81A使用内藏的计时器测量时间间隔T1到T12。因此，角度校正部81A可根据时间间隔T2和时间间隔T3算出时间ΔTsw。然后，角度校正部81A代入转角Δθsw、偏差角Δθv和时间ΔTsw算出偏差时间ΔTv。
ΔTv=ΔθvΔθsw/ΔTsw---(3)]]>电压相位指令的改变出现在一个周期中的180°、360°、540°和720°(0°)转角上。因此，把用方程(3)算出的偏差时间ΔTv与测得的时间间隔T12相加得出真实转角变成720°的时刻。由于电压相位指令的改变影响到在180°转角上和在180°转角后的各切换时刻，因此角度校正部81A使用下列方程代替方程(1)计算各转角上的偏差角Δθn。
(n＝3到11)角度校正部81A把算出的偏差角Δθn代入方程(2)中来校正间隔60°的各转角。
这样，角度校正部81A测量从基准时刻到从分解器40(或分解器50)输出的转角θbn变成n×60°(n＝1到12，即60°到720°(0°))时的时间间隔T1到T12。然后，角度校正部81A使用测得的时间间隔T2、T3算出180°、360°、540°和720°(0°)各转角上电压相位指令中的偏差时间ΔTv。使用偏差时间ΔTv，角度校正部81A分别用算式T3+ΔTv、T4+ΔTv、T5+ΔTv、T6+ΔTv、T7+ΔTv、T8+ΔTv、T9+ΔTv、T10+ΔTv、T11+ΔTv和T12+ΔTv对从基准时刻到从分解器输出的转角变成180°、240°、300°、360°、420°、480°、540°、600°、660°和720°的时间间隔进行校正。然后角度校正部81A使用各个经校正的时间间隔T3+ΔTv、T4+ΔTv、T5+ΔTv、T6+ΔTv、T7+ΔTv、T8+ΔTv、T9+ΔTv、T10+ΔTv、T11+ΔTv和T12+ΔTv和测得的时间间隔T1、T2算出间隔60°的各偏差角Δθn。角度校正部81A算出偏差角Δθn后，通过把偏差角Δθn代入方程(2)中校正间隔60°的各转角。
这样，角度校正部81A考虑电压相位指令的改变计算间隔60°的各转角的偏差角Δθn。
下面结合图10说明按照本发明第二实施例的转角校正方法。图10所示流程图与图5所示流程图相同，只是删除了步骤S6，增加了步骤S7和S8。在完成对时间间隔T1到T12的测量(步骤S5)后，角度校正部81A使用上述方程(3)计算校正值即电压相位指令改变时的偏差时间ΔTv(步骤S7)，然后通过把校正值ΔTv和测得的各个时间间隔T1到T2代入上述方程(4)来计算间隔60°的各转角的偏差角Δθn。然后角度校正部81A通过把偏差角Δθn代入方程(2)中校正间隔60°的各转角(步骤S8)。这样，完成校正间隔60°的各转角的操作。
电动机控制设备100A的整个操作与电动机控制设备100相同，只是用角度校正部81A代替角度校正部81进行操作。
其他操作与第一实施例相同。
如图11所示，按照本发明第三实施例的电动机控制设备100B与按照本发明第一实施例的电动机控制设备100相同，只是用控制装置80B取代电动机控制设备100的控制装置80。
如图12所示，控制装置80B包括角度校正部81B，以替代控制装置80的角度校正部81。
角度校正部81B考虑每个分解器40和分解器50的转速的改变校正间隔60°的各转角。如图13所示，转速不改变时，转角θbn(θbn1或θbn2)沿一直线K3随时间线性增加。但是，当转速改变时，转角θbn如曲线K4所示随时间非线性增加。
在本发明中，在基准位置上的转速为ω12′、分解器40(或分解器50)转动720°时的转速即在时间间隔T12上的转速为ω12的情况下，设定在时间间隔T12中转速以如直线k5所示的平均下降率下降。即，设定转动的加速度恒定，转速每60°下降Δω12/12。
这样，转速在60°转角上从ω12′改变成ω12′+Δω12/12。因此得出下列方程。
由于角度校正部81B测量时间间隔T1，因此可算出每60°转速的改变率Δω12/12。在转速不改变的情况下到第一切换时刻前的时间间隔T1*由方程T1*＝60°/ω12′得出。使用方程(5)变形此方程，得出下列方程。
T1*=T1×ω12′+Δω12/12ω12′---(6)]]>由于转速ω12′的值是已知的，把测得的时间间隔T1和算出的转速改变率Δω12/12代入方程(6)就可算出时间间隔T1*。从测得的时间间隔T12中减去时间间隔ΔT12可得出在转速不改变的情况下到最后切换时刻前的时间间隔T12*。即得到方程T12*＝T12-ΔT12。
这样，在60°转角上的偏差角Δθ1由下列方程得出。
此外，与时间间隔T1*由方程(6)表达的方式一样，时间间隔T12*用下列方程表达。
T12*=T12×ω12′+Δω12ω12′---(8)]]>把方程(6)和(8)代入方程(7)中，最后用下列方程得出在转角60°上的偏差角Δθ1。
由于时间间隔T1、T12的值为测量值，Δω12的值可用方程(5)算出，并且ω12′的值是已知的，因此可用方程(9)算出偏差角Δθ1。
一般地，在间隔60°的各转角上的偏差角Δθn(n＝1到11)用下列方程得出。
在角度校正部81B得出间隔60°的各转角上的偏差角Δθn之后，角度校正部81B通过把偏差角Δθn代入方程(2)来校正间隔60°的各转角。
这样，角度校正部81B考虑转速改变计算间隔60°的各转角上的偏差角Δθn。
转速改变并非出现在每一周期中，而是断续出现。例如，有一种情况是转速改变不出现在上一周期中，而是出现在本周期中。因此，在本发明中，使用使转子在转速改变不出现的上一周期中转动一次所需时间和使转子在转速改变出现的本周期中转动一次所需时间来校正间隔60°的转角。
这样，可考虑转速改变不出现的上一周期校正转角，从而可早期校正输出误差。
下面结合图14说明按照本发明第三实施例的转角校正方法。图14所示流程图与图5所示流程图相同，只是删除了步骤S6，增加了步骤S9和S10。在完成对时间间隔T1到T12的测量(步骤S5)后，角度校正部81B计算转速改变时的校正值Kn(步骤9)，然后把算出的校正值Kn和测得的时间间隔T1到T12代入方程(10)中算出间隔60°的各转角的偏差角Δθn。角度校正部81B通过把算出的偏差角Δθn代入方程(2)中校正间隔60°的各转角(步骤S10)。这样，完成了考虑转速改变校正间隔60°的各转角的操作。
电动机控制设备100B的整个操作与电动机控制设备100相同，只是用角度校正部81B代替角度校正部81进行操作。
其他操作与第一实施例相同。
如图15所示，按照本发明第四实施例的电动机控制设备100C与按照本发明第一实施例的电动机控制设备100相同，只是用控制装置80C取代电动机控制设备100的控制装置80。
如图16所示，控制装置80C包括角度校正部81C，以取代控制装置80的角度校正部81。角度校正部81C测量时间间隔T1到T12并考虑电压相位指令的改变和转速的改变校正间隔60°的各转角。即，角度校正部81C具有角度校正部81、角度校正部81A和角度校正部81B的功能。
在这种情况下，角度校正部81C使用方程(3)计算电压相位指令改变时的校正值ΔTv。此外，角度校正部81C用方程Kn＝(ω12′+n×Δω12/12)/ω12′计算转速改变时的校正值Kn。然后，角度校正部81C把算出的校正值ΔTv、Kn和测得的时间间隔T1到T12代入下列方程算出间隔60°的各转角的偏差角Δθ1。
(n＝3到11)然后，角度校正部81C把算出的偏差角Δθn代入方程(2)中校正间隔60°的各转角。
下面结合图17说明按照本发明第四实施例的转角校正方法。图17所示流程图与图5所示流程图相同，只是删除了步骤S6，增加了步骤S7、S9和S11。
在完成对时间间隔T1到T12的测量(步骤S5)后，角度校正部81C使用方程(3)计算电压相位指令改变时的校正值ΔTv(步骤S7)。然后，角度校正部81C计算转速改变时的校正值Kn(步骤S9)。然后，角度校正部81C把算出的校正值ΔTv、Kn和测得的时间间隔T1到T12代入方程(11)中算出间隔60°的各转角的偏差角Δθn，并把算出的偏差角Δθn代入方程(2)中校正间隔60°的各转角(步骤S11)。这样，完成了考虑电压相位指令改变和转速改变来校正间隔60°的各转角的操作。
电动机控制设备100C的整个操作与电动机控制设备100相同，只是用角度校正部81C代替角度校正部81进行操作。
其他操作与第一到第三实施例相同。
如图18所示，按照本发明第五实施例的电动机控制设备100D与按照本发明第一实施例的电动机控制设备100相同，只是用控制装置80D取代电动机控制设备100的控制装置80。
如图19所示，控制装置80D包括角度校正部81D，以取代控制装置80的角度校正部81。
在上述第一到第四实施例中，在校正间隔60°的转角时，需要测量每个分解器40、50在一个周期中的输出误差。因此，在紧接脉冲宽度调制控制(下面称为PWM控制)切换成矩形波控制之后的一周期中无法校正每个分解器40、50的输出误差。
在本发明第五实施例中，在进行矩形波控制前进行PWM控制时测量该误差，紧接PWM控制切换成矩形波控制之后校正每个分解器40、50的输出，根据分解器40、50的经校正的输出驱动交流电动机M1、M2。
如图20所示，在PWM控制中，曲线k6所示各相的电压指令在时刻t4与直线k7所示零电平相交。检测并存储在时刻t4从分解器40或分解器50输出的转角θbn(θbn1或θbn2)与在时刻t3切换指令DRTSW的上升时刻或切换指令DRTSW的下降时刻上的转角(即180°、360°、540°或720°转角)之间的误差。当PWM控制切换成矩形波控制时，使用在PWM控制中检测和存储的该误差校正间隔60°的转角。
由于PWM控制中电压指令与该零电平相交的零交点相当于切换指令的上升时刻或下降时刻(即切换指令中的切换时刻)，因此检测PWM控制中在该零交点上的每个分解器40、50的输出误差。
角度校正部81D在矩形波控制中接收从转换部88输出的切换指令DRTSW，并保持该切换指令DRTSW。然后，角度校正部81D根据PWM控制中各相的电压指令VDIR检测上述误差，并存储该误差。当PWM控制切换成矩形波控制时，角度校正部81D使用所存储的误差校正从分解器40或分解器50输出的间隔60°的各转角θbn(θbn1或θbn2)，并把经校正的转角θn(θn1或θn2)输出到电流转换部82、转速计算部85和转换部88。
这样，在第五实施例中，按照电动机的控制方法(矩形波控制方法)校正转角。即，在使用矩形波控制方法时，在PWM控制中检测各相的电压指令与该零电平相交的零交点上每个分解器40、50的输出误差，从而使用所检测的误差校正矩形波控制中从分解器40、50输出的各转角。在使用该校正方法时，考虑到PWM控制中各相的电压指令与该零电平相交的零交点相当于切换指令的上升时刻或下降时刻。这样，该校正方法适用于矩形波控制。
本说明书所公开的本发明实施例在所有方面都应视为例示性而非限制性的。本发明范围由权利要求而非由对上述实施例的说明限定，因此在权利要求的等同意义和范围内作出的所有改动都应包括在本发明范围中。
权利要求
1.一种电动机控制设备，其特征在于包括在进行电动机(M1、M2)的矩形波控制时检测该电动机(M1、M2)的转子的转动位置的转动位置传感器(40、50)；根据在矩形波控制中从基准时刻到该电动机的各控制时刻的时间差校正该转动位置传感器(40、50)的输出的校正装置(81；81A；81B；81C；81D)；以及根据由该校正装置(81；81A；81B；81C；81D)校正的该转动位置传感器(40、50)的输出进行该电动机(M1、M2)的矩形波控制的控制装置(80；80A；80B；80C；80D)。
2.根据权利要求1所述的电动机控制设备，其特征在于，该校正装置(81；81A；81B；81C；81D)在决定给该电动机(M1、M2)的各相施加电压的期间的电压相位指令改变时，考虑该电压相位指令的改变来校正该转动位置传感器(40、50)的输出。
3.根据权利要求1所述的电动机控制设备，其特征在于，该校正装置(81；81A；81B；81C；81D)在转子转速改变时，考虑该转子转速的改变来校正该转动位置传感器的输出。
4.根据权利要求1所述的电动机控制设备，其特征在于，该校正装置(81；81A；81B；81C；81D)考虑决定给该电动机(M1、M2)的各相施加电压的期间的电压相位指令的改变和转子转速的改变来校正该转动位置传感器(40、50)的输出。
5.根据权利要求3或4所述的电动机控制设备，其特征在于，该校正装置(81；81A；81B；81C；81D)使用在前一控制周期中转子转动一次所需时间和在本控制周期中转子转动一次所需时间，考虑转子转速的改变来校正该转动位置传感器(40、50)的输出。
6.根据权利要求1所述的电动机控制设备，其特征在于，该校正装置(81；81A；81B；81C；81D)根据该电动机的一种控制方法来校正该转动位置传感器(40、50)的输出。
7.一种电动机控制方法，其特征在于包括下列步骤在进行电动机(M1、M2)的矩形波控制时检测该电动机(M1、M2)的转子的转动位置；根据从一基准时刻到基于该转动位置的输出控制该电动机的控制时刻的时间间隔与从该基准时刻到需要在该矩形波控制中控制该电动机(M1、M2)的真实控制时刻的时间间隔之差，来校正该转动位置的输出；以及根据经校正的该转动位置的输出进行该电动机(M1、M2)的矩形波控制。
8.根据权利要求7所述的电动机控制方法，其特征在于，该校正在决定给该电动机(M1、M2)的各相施加电压的期间的电压相位指令改变时，考虑该电压相位指令的改变来校正该转动位置的输出。
9.根据权利要求7所述的电动机控制方法，其特征在于，该校正在转子转速改变时，考虑该转子转速的改变来校正该转动位置的输出。
10.根据权利要求7所述的电动机控制方法，其特征在于，该校正考虑决定给该电动机(M1、M2)的各相施加电压的期间的电压相位指令的改变和转子转速的改变来校正该转动位置的输出。
11.根据权利要求9或10所述的电动机控制方法，其特征在于，该校正使用在前一控制周期中转子转动一次所需时间和在本控制周期中转子转动一次所需时间，考虑转子转速的改变来校正该转动位置的输出。
12.按权利要求7所述的电动机控制设备，其特征在于，该校正根据该电动机(M1、M2)的一种控制方法来校正该转动位置的输出。
13.一种电动机控制设备，其特征在于包括在进行电动机(M1、M2)的矩形波控制时检测该电动机(M1、M2)的转子的转动位置的转动位置传感器(40、50)；根据从一基准时刻到基于该转动位置传感器(40、50)的输出控制该电动机(M1、M2)的控制时刻的时间间隔与从该基准时刻到需要在该矩形波控制中控制该电动机(M1、M2)的真实控制时刻的时间间隔之差，来校正该转动位置传感器(40、50)的输出的校正装置(81；81A；81B；81C；81D)；以及根据由该校正装置(81；81A；81B；81C；81D)校正的该转动位置传感器(40、50)的输出进行该电动机(M1、M2)的矩形波控制的控制装置(80；80A；80B；80C；80D)。
全文摘要
本发明涉及电动机控制设备和电动机控制方法。其中，控制装置(80)测量从基准时刻到从各分解器(40、50)输出的各转角θbn1、θbn2变成n×60°(n＝1到12，即60°到720°)时的时间间隔T1到T12。然后，控制装置(80)使用测得的T1到T12计算T1/T12到T11/T12，从而算出间隔60°的各转角上的偏差角Δθn。通过把算出的偏差角Δθn代入方程n×60°+Δθn(n＝1到11)中，控制装置(80)校正间隔60°的各转角。控制装置(80)使用各经校正的转角产生各驱动信号DRV1、DRV2，并把各驱动信号DRV1、DRV2输出到各逆变器(10、20)。该逆变器根据各驱动信号DRV1、DRV2驱动各交流电动机(M1、M2)。
文档编号H02P27/06GK1517683SQ20041000081
公开日2004年8月4日 申请日期2004年1月15日 优先权日2003年1月16日
发明者矢口英明, 横山聪二郎, 二郎 申请人:丰田自动车株式会社