用于电动机驱动系统的控制设备和包括该控制设备的电动车辆的制作方法

专利名称：用于电动机驱动系统的控制设备和包括该控制设备的电动车辆的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种用于电动机驱动系统的控制设备以及包括该控制设
备的电动车辆，更具体涉及一种通过逆变器将DC电压转换成AC电压以 将其施加到AC电动机的电动机驱动系统的控制设备。
背景技术：
通常使用电动机控制系统，其通过逆变器将DC电压转换成AC电 压，以驱动和控制AC电动机。在这样的电动机驱动系统中， 一般根据 基于矢量控制的正弦PWM(脉冲宽度调制)来控制电动机电流，以高效 率驱动AC电动机。
但是，在正弦PWM控制方法中，不能够充分增大逆变器输出电压 的基波分量，并且限制电压的利用，使得其难以在高转速区域获得高功 率。考虑到这一点，已经提出使用与正弦PWM控制方法相比能够输出
具有更大基波分量的电压的调制方法。
例如，日本专利早期公开No. 2000-50689 (专利文献l)提出，在 其中将矩形波电压施加到AC电动机来旋转和驱动该AC电动机以提高高 速范围中的输出功率的控制构造中(在下文中，亦称为"矩形波控制方 法")，通过基于转矩命令值和实际值之间的偏差控制此矩形波电压的 相位，进行AC电动机的转矩控制。
此外，公开这样的构造，其中电动机驱动系统适用于混合动力汽车 (例如，"在生态学和动力之间实现平衡的丰田电动机控制技术"， Nikkei Monozukuri， 2004年8月，第89-95页)，该电动机驱动系统还 使用矩形波控制方法和正弦PWM控制方法之间的中间电压波形的"过 调制PWM控制方法"。此电动机驱动系统使用三种控制方法，即，正 弦PWM控制、过调制PWM控制以及矩形波控制方法，此三种方法根据 电动机运转状态(一般为转矩/转数)切换。另外，还公开这样的构造，其中考虑到在电动机电流反馈控制中逆 变器的输出电压饱和时谐波还叠加在电动机中流动的电流上，在由滤波 器运算部分从检测到的电动机电流中去除谐波分量之后，进行电动机电
流反馈控制(例如日本专利早期公开No. 9-215398:专利文献2)。
这里，在其中逆变器输出电压的基波分量大于正弦PWM控制方法 的调制方法中， 一般地，在如上所述的矩形波控制方法和过调制方法 中，当可以在AC电动机的中速和高速范围中提高输出功率时，由于电 动机施加电压的电压波形失真，与正弦PWM控制方法相比，控制响应 恶化。
这是因为，在矩形波控制方法中，操作量仅为电动机施加电压(矩 形波电压)的相位，因此，与可以使用施加电压的振幅和相位两者作为 操作量的正弦PWM控制方法相比，控制性恶化。另外，随着电动机施 加电压波形的失真增大，电动机电流失真分量增大。这需要类似于上述 专利文献2的滤波处理(例如，时间恒定约几十毫秒)，并且由于此 方面，发生控制延迟。
此外，即使在过调制控制方法中，与正弦PWM控制方法相比，电 动机电流的失真分量也类似地更大，并且由于上述滤波处理而使控制性 恶化。
因此，在类似于矩形波控制方法和其中逆变器输出电压的基波分量 大于正弦PWM控制方法的过调制控制方法的这样的调制方法中，电动 机施加电压的控制响应在电动机转数(其指每单位时间的转数，和转速 同义，同样应用于下文中)突然变化时延迟，使得电动机电流很可能扰 动。具体而言，如果电动机电流扰动而沿增大方向发散(diverge)时， 产生过电流/过电压，这可能引起不方便，诸如系统关机或设备毁坏。另 外，如果系统部件的额定性能(耐电压、电流容量等)被设计成过度响 应于上述恶化的控制响应所引起的过电压/过电流，则制造成本增大。

发明内容
为了解决上述问题而做出本发明，并且本发明的目的是在用于电动 机驱动系统的控制设备中，在AC电动机转数突然变化时适当控制电动 机电流，其中该控制设备根据其中逆变器输出电压(电动机施加电压)的基波分量大于正弦PWM控制方法的调制方法控制AC电动机。
根据本发明的用于电动机驱动系统的控制设备控制电动机驱动系
统，该电动机驱动系统包括将DC电压转换成用于驱动AC电动机的AC 电压的逆变器。该控制设备包括电流检测部分、转速检测部分、控制方 法选择部分、第一电动机控制部分、第二电动机控制部分、转速变化发 生检测部分以及电动机电压修正部分。电流检测部分检测供应到AC电 动机的电动机电流。转速检测部分检测AC电动机的转速。控制方法选 择部分根据AC电动机的运转状态可选择地设置逆变器中的电压转换的 控制方法。当控制方法选择部分选择第一控制方法时，第一电动机控制 部分基于电流检测部分检测到的电动机电流进行转矩控制，在第一控制 方法中根据基于矢量控制的正弦脉冲宽度调制方法来控制到AC电动机 的施加电压。当控制方法选择部分选择第二控制方法时，第二电动机控 制部分基于电流检测部分检测到的电动机电流进行转矩控制，在第二控 制方法中根据输出基波分量大于正弦脉冲宽度调制方法的电压的调制方 法控制AC电动机的施加电压。在选择第二控制方法期间，转速变化发 生检测部分基于转速检测部分的输出检测AC电动机中发生的预定值或 更大的转速变化。当转速变化发生检测部分检测到发生预定值或更大的 转速变化时，电动机电压修正部分根据转速变化修改第二电动机控制部 分对AC电动机的施加电压。
根据本发明的电动车辆包括构造成产生用于驱动驱动轮的转矩的AC 电动机、构造成包括将DC电压转换成用于驱动AC电动机的AC电压的 逆变器的电动机驱动系统、以及用于控制电动机驱动系统的控制设备。 该控制设备包括电流检测部分、转速检测部分、控制方法选择部分、第 一电动机控制部分、第二电动机控制部分、转速变化发生检测部分以及 电动机电压修正部分。电流检测部分检测供应到AC电动机的电动机电 流。转速检测部分检测AC电动机的转速。控制方法选择部分根据AC电 动机的运转状态可选择地设置逆变器中的电压转换的控制方法。当控制 方法选择部分选择第一控制方法时，第一电动机控制部分基于电流检测 部分检测到的电动机电流进行转矩控制，在第一控制方法中根据基于矢 量控制的正弦脉冲宽度调制方法控制AC电动机的施加电压。当控制方 法选择部分选择第二控制方法时，第二电动机控制部分基于电流检测部分检测到的电动机电流进行转矩控制，在第二控制方法中根据输出基波 分量大于正弦脉冲宽度调制方法的电压的调制方法控制AC电动机的施 加电压。在选择第二控制方法期间，转速变化发生检测部分基于转速检 测部分的输出检测AC电动机中发生的预定值或更大的转速变化。当转 速变化发生检测部分检测到发生预定值或更大的转速变化时，电动机电
压修正部分根据转速变化修正第二电动机控制部分对AC电动机的施加 电压。
根据如上所述的用于电动机驱动系统的控制设备和电动车辆，在根 据其中输出基波分量大于正弦波脉冲宽度调制方法的电压的调制方法 (通常，过调制PWM控制方法和矩形波控制方法)控制AC电动机的情 况下，当AC电动机的转速(每单位时间的转数)(其为控制目标)突 然变化时，根据已经发生的转速变化可以修正AC电动机的施加电压。 因此，即使在由基于检测AC电动机的电动机电流的第二控制方法进行 的反馈控制中发生了控制延迟，也可以根据AC电动机的转速变化进行 修正控制。因此，在AC电动机的转速突然变化时可以适当地控制电动 机电流，由此防止电动机电流过大。因此，保护了系统部件，此外，可 以降低与这些部件的额定性能(耐电压、电流容量等)的设计有关的安 全程度，由此有助于降低制造成本。
优选地，在根据本发明的用于电动机驱动系统的控制设备中，电动 机驱动系统还包括转换器，该转换器可以根据电压命令值可变地控制输 入到逆变器的DC电压的电平。此外，电动机电压修正部分被构造成， 当转速变化发生检测部分检测到发生预定值或更大的转速变化时，根据 转速变化设置转换器的电压命令值。
根据上述的用于电动机驱动系统的控制设备，在其中能够可变地控 制到逆变器的输入电压的电压电平的构造中，在AC电动机的转速变化 时，根据己经发生的转速变化，修正到逆变器的输入电压，使得可以在 防止第二控制方法(过调制PWM控制或矩形波控制方法)的控制延迟 的方向上增大或减小到AC电动机的施加电压。因此，可以防止电动机 转速突然变化时的电动机电流的增大。
优选地，在根据本发明的用于电动机驱动系统的控制设备中，第二 电动机控制部分包括矩形波控制部分。矩形波控制部分控制逆变器的切换，使得将以输入到逆变器的DC电压作为振幅的矩形波电压施加到AC 电动机，并且该矩形波电压的相位与转矩命令值的转矩偏差对应。此 外，电动机电压修正部分被构造成，当转速变化发生检测部分检测到预 定值或更大的转速减小时，控制逆变器的切换，使得在矩形波电压中强 制提供对应于转速变化的占空比。
根据上述的用于电动机控制系统的控制设备，在矩形波控制方法
中，如果AC电动机的转速突然减小，则在施加到AC电动机的矩形波电 压中强制提供占空比，使得AC电动机的施加电压可以根据AC电动机的 转速减小而减小。这防止了在AC电动机的转速突然减小时由矩形波控 制方法的控制延迟而产生过电流。
优选地，在根据本发明的用于电动机驱动系统的控制设备中，第二 电动机控制部分包括计算部分和脉冲宽度调制部分。计算部分根据电动 机电流与对应于转矩命令值的电流命令值的偏差，产生AC电动机的施 加电压的电压命令值。脉冲宽度调制部分根据电压命令值控制逆变器的 切换。此外，电动机电压修正部分被构造成，当转速变化发生检测部分 检测到发生预定值或更大的转速变化时，根据转速变化修正计算部分产 生的电压命令值，并将修正的电压命令值发送到脉冲宽度调制部分。
根据上述的用于电动机驱动系统的控制设备，在过调制PWM控制 方法中，如果AC电动机的转速急剧变化，则修正电压命令值(d轴电 压、q轴电压)，使得可以在防止过调制PWM控制的控制延迟的方向上 增大或减小AC电动机的施加电压。这防止了在AC电动机的转速突然变 化时过调制PWM控制方法的控制延迟而产生的过电流。
优选地，在根据本发明的电动机驱动系统的控制设备中，电动机电 压修正部分将AC电动机的转速减小时对应于转速变化的AC电动机的施 加电压的修正程度设置得大于AC电动机的转速增大时的修正程度。
根据上述的用于电动机驱动系统的控制设备，当在AC电动机的特 性方面当电动机电流的过度增大方向上扰动时电动机转速突然减小的时 候，可以有效地防止由于电动机电流控制的延迟导致的过电流。
根据本发明的用于电动机驱动系统的控制设备以及包括该控制设备 的电动车辆，在根据其中逆变器输出电压(电动机施加电压)的基波分 量大于正弦PWM控制方法的调制方法的电动机控制中，可以在AC电动机的转数(转速)突然变化时(例如，在电动车辆行驶过程中发生滑移 或抓地(grip)时用于产生车辆驱动力的电动机的转数突然变化的时候) 适合地控制电动机电流。


图1是根据本发明实施例的电动机驱动系统的整体构造图。
图2是图示用于根据本发明实施例的电动机驱动系统的控制方法的图。
图3是图示控制方法选择技术的流程图。
图4是图示对应于电动机状态的控制方法切换的图。
图5是正弦PWM控制方法和过调制PWM控制方法的控制框图。
图6是矩形波控制方法的控制框图。
图7是图示在矩形波控制方法下电动机转数突然变化时发生电动机 电流扰动的操作波形图。
图8是图7中VIII区域的放大图。
图9是由根据第一实施例的用于电动机驱动系统的控制设备进行系 统电压控制的流程图。
图10是图示由根据第一实施例用于电动机驱动系统的控制设备在电 动机转数突然变化时进行控制操作的图。
图ll是图IO中XI区域的放大图。
图12是由根据第一实施例的用于电动机驱动系统的控制设备进行 PWM控制方法的控制框图。
图13是由根据第二实施例的用于电动机驱动系统的控制设备进行矩 形波控制的控制框图。
图14是示出矩形波控制方法的通常时间每相电动机电压的波形图。
图15是图示图13中所示的矩形波占空比控制部分的操作的流程图。
图16是在由根据第二实施例用于电动机驱动系统的控制设备进行的 矩形波控制方法下在电动机转数突然减小时进行的控制操作的图。 图17是图16中XVII区域的放大图。
图18是由根据第三实施例的用于电动机驱动系统的控制设备进行的PWM控制方法的控制框图。
图19是图示图18中所示的电压命令修正部分的操作的流程图。
具体实施例方式
在下面，参考附图详细描述本发明的实施例。注意，下面附图中相 同或对应的部件采用相同标号，并且其描述基本不再重复。 (第一实施例)
图1是根据本发明实施例的电动机驱动系统的整体构造图。
参考图1，根据本发明实施例的电动机驱动系统100包括DC电压产 生部分10#、滤波电容器C0、逆变器14以及AC电动机M1。
AC电动机Ml例如是产生用于驱动安装在电动车辆(诸如，混合动 力车辆或电动车辆)上的驱动轮的转矩的驱动用电动机。或者，此AC 电动机Ml可以被构造成具有由发动机驱动的发电机的功能，并且可被 构造成具有电动机和发电机两个功能。此外，AC电动机M1可以内置于 混合动力车辆中作为用于发动机的电动机来运转，例如能够起动发动 机。
DC电压产生部分10#包括DC电源B、系统继电器SR1、 SR2、滤 波电容器Cl以及升降压转换器12。
DC电源B由镍金属氢化物或锂离子蓄电池、燃料电池或其组合形 成。DC电源B输出的DC电压Vb由电压传感器10检测。电压传感器 10将检测到的DC电压Vb输出到控制设备30。
系统继电器SRI连接在电源B的正电极端子和电力线6之间，系统 继电器SR2连接在DC电源B的负电极端子和接地线5之间。系统继电 器SR1、 SR2由来自控制设备30的信号SE打开/关闭。更具体而言，系 统继电器SR1、 SR2由来自控制设备30的H (逻辑高)电平的信号SE 打开，并且由来自控制设备30的L (逻辑低)电平的信号SE关闭。滤 波电容器Cl连接在电力线6和接地线5之间。
升降压转换器12包括电抗器L1、电力用半导体开关元件Q1、 Q2、 以及二极管Dl、 D2。
电力用开关元件Ql、 Q2串联连接在电力线7和接地线5之间。电 力用开关元件Ql和Q2的打开/关闭由来自控制设备30的切换控制信号Sl和S2控制。
在本发明的实施例中，IGBT (绝缘栅极双极晶体管)、功率MOS (金属氧化物半导体)晶体管、功率双极晶体管等可以用作电力用半导 体开关元件(下文中简称为"开关元件")。反向并联二极管Dl、 D2 被设置用于开关元件Q1、 Q2。
电抗器Ll连接在开关元件Ql和Q2的连接节点和电力线6之间。 此外，滤波电容器C0连接在电力线7和接地线5之间。
逆变器14由并联设置在电力线17和接地线5之间的U相臂15、 V 相臂16和W相臂17形成。每个相臂由串联连接在电力线7和接地线5 之间的开关元件形成。例如，U相臂15由开关元件Q3、 Q4形成，V相 臂由开关元件Q5、 Q6形成，而W相臂由开关元件Q7、 Q8形成。另 外，反向并联二极管D3-D8分别连接到开关元件Q3-Q8。开关元件Q3-Q8的打开/关闭由来自控制设备30的切换控制信号S3-S8控制。
每个相臂的中间点连接到AC电动机Ml的每相线圈的每相端。换句 话说，AC电动机Ml是三相永磁电动机，并且被形成使得三个U、 V、 W相线圈的一端共同连接到中性点。此外，每相线圈的另一端连接到每 个相臂15-17的开关元件的中间点。
在电压增大操作时，升降压转换器12向逆变器14供应通过增大从 DC电源B供应的DC电压Vb而产生的DC电压(该DC电压相当于到 逆变器14的输入电压，下文中也称为"系统电压")。更具体而言，响 应于来自控制设备30的切换控制信号Sl、 S2，交替设置开关元件Ql的 打开时段和Q2的打开时段，并且升压比取决于这些打开时段之比。
另外，在电压减小操作时，升降压转换器12减小从逆变器14通过 滤波电容器CO供应DC电压(系统电压)以对DC电源B进行充电。更 具体而言，响应于来自控制设备30的切换控制信号Sl、 S2，交替设置 仅仅开关元件Ql打开的时段和开关元件Ql、 Q2都关闭的时段。
滤波电容器CO对来自升降压转换器12的DC电压进行滤波，并且 将滤波了的DC电压供应到逆变器14。电压传感器13检测滤波电容器 CO的两相对端之间的电压(g卩，系统电压)，并将检测到的值VH输出 到控制设备30。
如果AC电动机M1的转矩命令值为正值(Tqcom>0)，当从滤波电容器CO供应DC电压时，通过响应于来自控制设备30的切换控制信号
S3-S8进行开关元件Q3-Q8的切换操作，逆变器14将DC电压转换成适 合的电动机施加电压(AC电压)，并驱动AC电动机Ml，使得输出正 转矩。另一方面，如果AC电动机Ml的转矩命令值为零(TqCom=0)， 通过响应于切换控制信号S3-S8的切换操作，逆变器14将DC电压转换 成适合的电动机施加电压(AC电压)，并驱动AC电动机Ml，使得转 矩变为零。因此，驱动AC电动机Ml，以产生由转矩命令值Tqcom所 指示的零或正扭矩。
此外，在装备有电动机驱动系统100的混合动力车辆或电动车辆的 再生制动时，将AC电动机Ml的转矩命令值Tqcom设置为负值 (TqcomO)。在此情况下，通过响应于切换控制信号S3-S8的切换操 作，逆变器14将AC电动机Ml产生的AC电压转换成DC电压，并将 转换了的DC电压(系统电压)通过滤波电容器CO供应到升降压转换器 12。注意，这里所指的再生制动包括驾驶混合动力车辆或电动车辆的驾 驶者操作制动踏板情况下伴随再生发电的制动，和虽然没有操作制动脚 踏板，在行驶过程中离开加速器踏板引起再生发电的同时车辆加速(或 加速中止)。
电流传感器24检测AC电动机MCI中流动的电动机电流，并将检 测到的电动机电流输出到控制设备30。这里，如图1中所示，因为三相 电流iu、 iv、 iw的瞬时值的和为零，电流传感器24可设置成仅检测两个 相的电动机电流(例如，V相电流iv和W相电流iw)。
转角传感器(分解器)25检测AC电动机Ml的转子转角8 ，并将 检测到的转角9发送到控制设备30。在控制设备30中，基于转角e计算 AC电动机M1的转数(转速)。
控制设备30基于从设置在外部的电子控单元(ECU)输入的转矩命 令值Tqcom、电池传感器10检测到的电池电压Vb、电压传感器13检测 到的系统电压VH、来自电流传感器24的电动机电流iv、 iw以及来自转 角传感器25的转角9 ，控制升降压转换器12和逆变器14的操作，使得 通过下述方法AC电动机Ml输出根据转矩命令值Tqcom的转矩。换句 话说，产生用于如上所述的控制升降压转换器12和逆变器14的切换控 制信号Si_S8，并将其输出到升降压转换器12和逆变器14。在升降压转换器12的电压增大操作时，控制设备30反馈控制滤波
电容器CO的输出电压VH，并产生切换控制信号S1、 S2，使得输出电压 VH达到电压命令值。
另外，控制设备30从外部ECU接收表示混合动力车辆或电动车辆 进入再生制动模式的信号RGE，以产生切换控制信号S3-S8，并将其输 出到逆变器14，使得AC电动机M1产生的AC电压转换成DC电压。因 此，逆变器14将AC电动机Ml中产生的AC电压转换成DC电压，以 供应到升降压转换器12。
另外，控制设备30从外部ECU接收表示混合动力车辆或电动车辆 进入再生制动模式的信号RGE，以产生切换控制信号S1、 S2，并将其输 出到升降压转换器12，使得供应自逆变器14的DC电压减小。因此， AC电动机Ml产生的AC电压被转换成DC电压，并被减小，以供应到 DC电源B。
此外，控制设备30产生用于打开/关闭系统继电器SRl、 SR2的信号
SE，并将其输出到系统继电器SR1、 SR2。
现在，详细描述由控制设备30所控制的逆变器14中的电力转换。 如图2中所示，在根据本发明实施例的电动机驱动系统100中，对
于电动机控制(更具体而言，逆变器M中的电力转换)，以切换方式使
用三种控制方法。
正弦PWM控制方法作为一般的PWM控制使用，其中根据正弦波状 的命令值和载波(一般为三角波)之间的电压比较控制每个相臂中开关 元件的打开/关闭。因此，对于一组与上臂元件(图1中的Q3、 Q5、 Q7)的打开时段对应的高电平时段和与下臂元件(图1中Q4、 Q6、 Q8)的打开时段对应的低电平时段，控制占空比使得基波分量变为一定 时段内的正弦波。众所周知，在正弦PWM控制方法中，该基波分量振 幅可以仅增大到逆变器输入电压的0.61倍。
另一方面，在矩形波控制方法中，将高电平时段和低电平时段之比 为1: 1的矩形波的一个脉冲施加到AC电动机。由此，可以将调制率增 大到0.78。
在过调制PWM控制方法中，在失真载波的振幅减小的情况下，进 行类似于上述正弦PWM控制方法的PWM控制。因此，基波分量可以失真，并且调制率可以增大到0.61-0.78的范围。
在AC电动机M1中，随着转数和输出转矩的增大，感应电压变得更 大，并且其需要电压也变得更大。由转换器12增大的电压(即，系统电 压VH)必须设置成大于该电动机需要电压(感应电压)。另一方面，由 转换器12增大的电压(g卩，系统电压)具有极限值(Vh最大电压)。
因此，在电动机需要电压(感应电压)低于系统电压的最大值(VH 最大电压)的范围中，应用基于正弦PWM控制方法或过调制PWM控制 方法的最大转矩控制，并且通过根据矢量控制的电动机电流控制将输出 转矩控制到转矩命令值Tqcom。
另一方面，当电动机需要电压(感应电压)到达系统电压的最大值 (VH最大电压)时，在保持系统电压VH的情况下，应用根据弱磁控制 的矩形波控制方法。在矩形波控制方法中，因为基波分量的振幅不变， 所以通过基于电力计算获得的转矩实际值和转矩命令值之间的偏差的矩 形波脉冲的电压相位控制来执行转矩控制。
如图3的流程图所示，由未示出的ECU从基于加速器开度等的车辆 请求输出计算AC电动机M1的转矩命令值Tqcom (步骤SIO)。响应于 此，控制设备30基于预定对照图等从AC电动机Ml的转矩命令值 Tqcom和转数计算电动机需要电压(感应电压)(步骤S20)。另外， 根据电动机需要电压和系统电压的最大值(VH最大电压)之间的关系， 判定弱磁控制(矩形波控制方法)和最大转矩控制(正弦PWM控制方 法/过调制PWM控制方法)中的哪一个应用于电动机控制(S30)。当应 用最大转矩控制时，依靠根据矢量控制的电压命令值的调制率范围，判 定使用正弦PWM控制方法和过调制PWM控制方法中的哪一个。根据如 上所述的控制流程，根据AC电动机Ml的运转状态从图2所示的多个控 制方法中选择合适的控制方法。
因此如图4所示，在低速范围Al中使用正弦PWM控制方法来减小 转矩变化，在中速范围A2中应用过调制PWM控制方法，而在高速范围 A3中应用矩形波控制方法。具体而言，应用过调制PWM控制方法和矩 形波控制方法能够实现AC电动机M1的输出功率的提高。这样，在可行 的调制率的范围内判定使用图2中所示的哪种控制方法。
图5是控制设备30中执行的正弦PWM控制方法和过调制PWM控制方法的控制框图。注意，图5中所示的控制框图由根据控制设备30所 执行的预定程序的控制计算处理来实现。
参考图5， PWM控制框200包括电流命令产生部分210、坐标转换 部分220、 250、转数计算部分230、 PI计算部分240以及PWM信号产 生部分260。
电流命令产生部分210根据预先形成的表格等产生与AC电动机Ml 的转矩命令值Tqcom对应的d轴电流命令值Idcom和q轴电流命令值 Iqcom。
坐标转换部分220通过使用由转角传感器25检测到的AC电动机 Ml的转角e进行的坐标转换(三相一两相)基于电流传感器24检测到 的V相电流iv和W相电流iw来计算d轴电流id和q轴电流iq。
PI计算部分240从d轴电流的命令值接收偏差Aid ( AId-Idcom-id)以及从q轴电流的命令值接收偏差AIq ( △ Iq=Iqcom-iq) 。 PI计算部 分240通过预定增益进行PI计算，以获得用于d轴电流偏差A Id和q轴 电流偏差AIq中每个的控制偏差，并且产生对应于此控制偏差的d轴电 压命令值Vd弁和q轴电压命令值Vq#。
坐标转换部分250通过使用AC电动机Ml的转角e进行的坐标转换 (两相—三相)将d轴电压命令值Vd弁和q轴电压命令值Vq弁转换成U 相、V相、W相的每相电压命令值Vu、 Vv、 Vw。这里，系统电压VH 也反映在从d轴、q轴电压命令值Vd#、 Vq弁到每相电压命令值Vu、 Vv、 Vw的转换中。
PWM信号产生部分260基于每相中的电压命令值Vu、 Vv、 Vw和 预定载波之间的比较，产生图1中所示的切换控制信号S3-S8。根据由 PWM控制框200产生的切换控制信号S3-S8控制逆变器14的切换，使 得用于根据转矩命令值Tqcom输出转矩的AC电压施加到AC电动机 Ml。这里，如上所述，在过调制PWM控制方法时，在PWM信号产生 部分260中PWM调制时使用的载波从正弦PWM控制方法中一般的方法 切换。
在根据本发明实施例的电动机驱动系统控制系统中，还提供控制模 式判定部分300、 VH命令值产生部分310以及PWM信号产生部分 350。当根据图3所示的流程图选择最大转矩控制(正弦PWM控制方法/
过调制PWM控制方法)时，控制模式判定部分300根据下面所示的调 制率计算选择正弦PWM控制方法和过调制PWM控制方法中的一个。
控制模式判定部分300使用PI计算部分240产生的d轴电压命令值 Vd弁和q轴电压命令值Vq弁根据下式(1) 、 (2)计算线电压振幅 Vamp。
Vamp= I Vd# | ' cosc^ + | Vq# | sin0 …(1)
tanc/>=Vq#/Vd# …(2)
此外，根据下式(3)，控制模式判定部分300计算调制率Kmd，调 制率Kmd是基于上述计算的线电压振幅Vamp和系统电压VH之间的比
Kmd = Vamp/VH# …(3)
根据上述计算得到的调制率Kmd，控制模式判定部分300选择正弦 PWM控制方法和过调制PWM控制方法中的一个。这里，如上所述，由 控制模式判定部分300对控制方法的选择反映在PWM信号产生部分260 中的载波的切换上。换句话说，在过调制PWM控制方法时，PWM信号 产生部分260中PWM调制所使用的载波从正弦PWM控制方法中的一般 方法切换。
根据图3所示的流程图，VH命令值产生部分310根据AC电动机 Ml的转矩命令值Tqcom和转数Nmt产生系统电压VH的控制命令值 VH# (下文中也称为电压命令值VH#)。
根据预定的PWM控制方法，PWM信号产生部分350基于电压传感 器IO检测到的电池电压Vb和当前系统电压VH产生切换控制信号Sl、 S2，使得转换器12的输出电压达到电压命令值VH#。
通过使用这样的构造，进行电动机电流(id、 iq)的反馈控制，使得 AC电动机M1的输出转矩与转矩命令值Tqcom—致。注意，在过调制控 制方法时，在通过坐标转换部分220从检测到的电动机电流(iv、 iw) 到d轴电流id、 q轴电流iq的转换中， 一起执行用于去除失真分量的滤 波处理。
现在，参考图6，将描述矩形波控制方法时的控制框图。
参考图6，矩形波控制框400包括电力计算部分410、转矩计算部分420、 PI计算部分430、矩形波产生器440、以及信号产生部分450。注 意，图6中所示的控制框图也通过控制设备30执行预定程序的控制计算 处理来实现。
根据下式(4)，电力计算部分410从由电流传感器24检测到的V 相电流iv和W相电流iw中获得的每相电流和每相(U相、V相、W 相)电压Vu、 Vv、 Vw计算供应到电动机的电力Q电动机电流)Pmt。 Pmt = iu ■ Vu + iv ■ Vv + iw Vw …(4)
根据下式(5)，转矩计算部分420使用电力计算部分410获得的电 动机电力Pmt和从由转角传感器25检测到的AC电动机Ml的转角9计 算出的角速度w计算转矩估计值Tq。
Tq = Pmt / w ... (5)
PI计算部分430从转矩命令值Tqcom接收转矩偏差ATq ( A Tq=Tqcom-Tq) 。 PI计算部分430针对转矩偏差△ Tq进行基于预定的增 益的PI计算，以获得控制偏差，并根据获得的控制偏差设置矩形波电压 的相位4)v。具体而言，当产生正转矩(TqcomX))时，在转矩不足时提 前电压相位，而在转矩过剩时延迟电压相位。另外，当产生负转矩 (TqcomO)时，在转矩不足时延迟电压相位，而在转矩过剩时提前电 压相位。
根据PI计算部分430设置的电压相位4)v，矩形波产生器440产生 每相电压命令值(矩形波脉冲)Vu、 Vv、 Vw。根据每相电压命令值 Vu、 Vv、 Vw，信号产生部分450产生切换控制信号S3-S8。根据切换控 制信号S3-S8，逆变器14进行切换操作，使得将根据电压相位cl)v的矩 形波脉冲作为电动机的每相电压施加。
这样，在矩形波控制方法时，通过转矩(电力)反馈控制可以进行 电动机转矩控制。但是，在矩形波控制方法中，电动机施加电压的操作 量仅为相位，因此，与其中可以将电动机施加电压的振幅和相位设置为 操作量的PWM控制方法相比，控制响应恶化。另外，在电力计算部分 410的电力计算(式(4))中， 一起执行滤波处理，以从检测到的电动 机电流(iv、 iw)中去除失真分量。
图7是图示在矩形波控制方法下电动机转数突然变化时发生电动机 电流扰动的操作波形图。图7示出在电动机控制模式通过正弦PWM方法(I)和过调制
PWM方法(n)进入矩形波控制方法(in)的状态中电动机转数突然发
生变化情况下的操作。例如，在装备AC电动机Ml作为车辆驱动电动机 的混合动力车辆(电动车辆)中，当该车辆经过低^道路或高p道路 时，由于车辆滑移或抓地，车辆发生这种电动机转数的突然变化。
在电动机转数突然增大(滑移)时，虽然电动机电流本来应该被控 制为逐渐增大，但是电动机施加电压由于上述矩形波控制方法中的控制 延迟的影响而不能变化很快，并且难以允许电动机电流跟随期望的状 态。相反，在电动机转数突然减小(滑移)时，虽然应当进行控制使得 电动机电流逐渐减小，但是由于电动机控制性的延迟，电流振幅可能变 得过剩。在此情况下，增大来自DC电源B (电池)的电流输出，使得 在电动机驱动系统中可能发生过电流/过电压。
图8示出图7中的VIII区域(电动机转数突然减小部分)的放大 图，以详述图7中所示的车辆抓地时电动机电流的行为。
参考图8，基本上，逆变器输出电压(即，电动机施加电压)在恒 定系统电压(逆变器输出电压)下受到矩形波控制，使得电动机电流的 振幅由于控制性较低而不能跟随电动机转数的突然变化，并且在增大方 向上扰动。
为了避免图8中所示的现象，在根据第一实施例的用于电动机驱动 系统的控制设备中，通过图6中所示的VH命令值修正部分320迸行的 下述系统电压控制。
图9是图示根据第一实施例的用于电动机驱动系统的控制设备进行 系统电压控制的流程图。
参考图9， VH命令值修正部分320在步骤S100取样该时间点的电 动机转数Nmt (i)。然后，在步骤S110中，基于在步骤S100中此次取 样的电动机转数Nmt (i)和n (n:预定自然数)次取样前的电动机转数 Nmt (i-n)之间的差值是否大于预定判定值ANj的判定，VH命令值修 正部分320检测电机转数的突然变化。换句话说，在步骤S110中，判定 是否下式(6)是否成立。
<formula>formula see original document page 21</formula> ... (6)
如果在S110中判定为否，g卩，如果没有检测到电动机转数的突然变化，则在步骤S130中，不修正VH命令值产生部分310所产生的电压命 令值VH#，并且将电压命令值VH弁直接用作转换器12的电压命令值 V亂
另一方面，如果在步骤S110中判定为是，即，如果检测到电动机转 数的突然变化，则在步骤S120中，VH命令值修正部分320按照下式 (7)根据转数的变化修正VH电压命令值VH弁。
VH#(i) = VH#(i-n)-麵(1) .k …(7)
Nmt (i - n)
这样，VH命令值修正部分320按照电动机转数比修正系统电压VH 的命令值。这里，式(7)中的k为调整系数(k>0)。另外，在步骤 S140中，VH命令值修正部分320存储通过步骤S120或步骤S130判定 的电压命令值VH弁，以为n次取样后的系统电压控制做准备。 这里，将描述电动机转数的变化和电动机电压之间的关系。 众所周知，同步电动机中d轴和q轴的电压方程式由下式(8)、 (9)表示。
Vd = Ra - id - co . Lq - iq …(8)
Vq = w . Ld id + Ra - iq + co - ^ (9)
这里，在式(8) 、 (9)中，Ra表示电枢绕组电阻，"表示电角速 度，小表示电枢磁束链(armature flux linkage)数。依赖于绕组电阻的电 压分量在很低速度的区域起作用，并且其他分量随着转数增大而变成支 配性。因此，考虑到矩形波控制方法用于高速范围(图2)，可以忽略 式(8) 、 (9)中的绕组电阻分量。因此，上述式(2) 、 (3)在矩形 波控制方法时由下式(10) 、 (11)表示。注意，在中速范围中使用的 过调制PWM控制方法时式(10) 、 (11)也成立。
Vd二-w.Lq-iq …(10)
Vq = co Ld-id十= w(Ld. id + ^) (11)
此外，电角速度"和电动机转数Nmt的关系如下式(12)所示。 co = 27T. f=27r. (Nm細).p …(12)
这里，在式(12)中，f表示电频率(与图8中所示的输入输出电压 的一个相位对应的周期的倒数)，p表示AC电动机Ml的电极对数。 将式(12)代入式(10) 、 (11)中，得到下式(13) 、 (14)。<formula>formula see original document page 23</formula>13) <formula>formula see original document page 23</formula>...(14)
从式(13) 、 (14)可以理解到，d轴电压Vd和q轴电压Vq与电 动机转数Nmt成比例。因此，如下式(15)所示，电动机端子电压Vr (线电压)也与电动机转数Nmt成比例。
因此，在电动机转数突然变化时，如上述步骤S120所述，转换器 12的电压命令值Vt^由VH命令值修正部分320修正，使得逆变器输入 电压(即，系统电压VH)根据转数比而变化。因此，电动机施加电压可 以前馈控制方式根据转数比减小或增大，而不用等待基于控制响应低的 电动机电流的转矩(电力)反馈控制。
图10和图11示出根据第一实施例用于电动机驱动系统的控制设备 在电动机转数突然变化时的控制操作。
图IO示出在与图7相同的条件下电动机转数突然变化时，通过进行 图9所示的VH命令值(VH#)修正控制来防止电动机电流增大的示例
图11是图10中的XI区域(电动机转数突然减小的部分)中的转换 器输出电压、逆变器输出电压(电动机施加电压)和电动机电流的变化 的放大图。
参考图11，根据图9中所示的流程图，通过根据电动机转数Nmt减 小转换器输出电压(系统电压)VH，可以减小逆变器输出电压(即，电 动机施加电压)。
注意，如图12中所示，在AC电动机Ml的中速范围中应用过调制 控制时，还可以使用VH命令值修正部分320进行转换器输出电压的控 制。换句话说，将VH命令值修正部分320 (图6)添加到图5中所示的 控制构造得到这样的构造，其中即使在应用过调制控制方法时，也执行 与图9类似的VH命令值修正例程，使得响应于电动机转数的突然变化 而设置逆变器14的输入电压(系统电压VH)。
通过使用这样的控制构造，即使当电动机转数突然变化时，可以防 止过调制控制时由于电动机电流控制性降低而发生过剩电动机电流，并
<formula>formula see original document page 23</formula>..(15)且可以将电动机电流保持在适当的电平。
这样，可保护诸如滤波电容器或逆变器的设备，另外，可以降低与 形成逆变器的开关元件的额定性能(耐电压、电流容量等)的设计有关 的安全程度。
此外，对于式(7)中的调制系数k，在电动机转数减小时(即，当
Nmt (i) -Nmt (i-n) <0时)和电动机转数增大时(即，当Nmt(i) -Nmt(i - n) > 0)时设置不同值。具体而言，当在电动机特性方面电动机 电流在过度增大方向上扰动时电动机转数减小的时候，可以增大调整系 数k (在1.0附近)，以增大对应于电动机转数变化的电动机施加电压的 修正程度，而当控制响应在电动机电流过度减小方向上降低时电动机转 数增大的时候，可以减小调整系数k (例如，在零附近)。
这里，将描述第一实施例中所述的电动机驱动系统的控制构造和本 发明的构造的对应关系。在控制设备30中，根据图3中所示的流程图的 控制方法选择功能部分对应于本发明的"控制方法选择装置(部 分)"，而正弦PWM控制时的图5中的PWM控制框200对应于本发明 的"第一电动机控制装置(部分)"。此外，过调制PWM控制时的图5 中的PWM控制框200和图6中的矩形波控制框400对应于本发明的"第 二电动机控制装置"。
另外，图9中步骤S110对应于本发明的"转数变化检测装置(部 分)"，图9中步骤S120和图6中VH命令值修正部分320对应于本发 明的"电动机电压修正装置(部分)"。 (第二实施例)
在第二实施例中，将描述用于在矩形波控制方法时解决同样技术问 题的控制构造的变化。注意，根据第二实施例的控制构造对应于当电动 机电流在过度增大方向扰动时电动机转数减小的时候。
图13是根据第二实施例的用于电动机驱动系统的控制设备的矩形波 控制的控制框图。
在图13中，与图6相比较，在根据第二实施例的矩形波控制构造 中，将矩形波占空比控制部分30附加地设置到图6中所示的控制构造。 其他部分的构造类似于图6，因此，将不再重复其详细描述。
如下所述，矩形波占空比控制部分330根据电动机转数Nmt控制矩形波控制方法时的电动机施加电压。
如图14所示，在通常矩形波控制中，U相、V相和W相电动机施加
电压具有电气角彼此偏移120°的矩形波。然后，在每相之间保持120°相 位差的情况下，整个电压相位随电压相位小v而变化(图6、图13)。 图15是图示矩形波占空比控制部分330的操作的流程图。 参考图15，在步骤S200中，矩形波占空比控制部分330取样该时间 点的电动机转数Nmt (i)。另外，在步骤S210中，基于在步骤S100中 此次取样的电动机转数Nmt (i)与n (n:预定自然数)次取样前的电动 机转数Nmt (i-n)相比较是否超过预定判定值ANj的判定，矩形波占空 比控制部分330检测电动机转数的快速减小。换句话说，在步骤S210 中，判定下式(16)是否成立。
Nmt(i) - Nmt(i — n) < ANj. (16)
如果在步骤S210中判定为否时，即，如果没有检测到电动机转数的 突然变化，则在步骤S230中，设置矩形波占空比DT (0 =1.0，并根据 通常矩形波控制方法，将图B中所示的矩形波电压施加到AC电动机 Ml。
另一方面，如果在步骤S210中判定为是，即，如果检测到电动机转 数的突然减小，则在步骤S220，根据下式(17),矩形波占空比控制部 分330根据转数的变化将矩形波占空比DT (i)设置为小于l.O。
<formula>formula see original document page 25</formula>n)
适当设置式(17)中的调整系数k (k>0)。此外，在步骤S240 中，存储通过步骤S220或S230判定的与电动机转数相对应的矩形波占 空比DT (0 ，以为n次取样后的控制做准备。
图16和图17示出在由根据第二实施例的用于电动机驱动系统的控 制设备进行的矩形波控制下电动机转数突然变化时的控制操作。
图16示出其中在同图7相同状态下电动机转数突然变化时通过上述 矩形波强制PWM控制防止电动机电流增大的示例性操作。图n是示出 在图16的VII区域(电动机转数突然减小部分)中转换器输出电压、逆 变器输出电压(电动机施加电压)和电动机电流的变化的放大图。
如图17中所示，在电动机转数突然减小时，进行这样的PWM控制，其中在本来为矩形波的每相电压中强制提供根据电动机转数变化的 占空比DT (0 。因此，当电动机转数突然减小时，在矩形波控制时的 电动机施加电压的均值可以根据电动机转数比减小。因此，类似于第一 实施例，可以防止电动机电流的过度发散。
注意，在第二实施例所述的构造中，图15中的步骤S220和图13中 的矩形波占空比控制部分330对应于本发明的"电动机电压修正装置 (部分)"。
(第三实施例)
在第三实施例中，将描述用于过调制PWM控制方法时解决同样技 术问题的控制构造的变化。
图18是由根据第三实施例的用于电动机驱动系统的控制设备迸行的 PWM控制的控制框图。
在图18，与图5相比，在根据第三实施例的控制构造中，在PWM 控制框200中附加提供过调制控制模式时使用的电压命令修正部分245。 其他部分的构造类似于图5，因此不再重复其详细描述。
图19是图示电压命令修正部分245的操作的流程图。
参考图19，在步骤S300中，基于控制模式判定部分300的输出，电 压命令修正部分245判定是否正在进行过调制控制。如果没有正在进行 过调制控制(当步骤S300中判定为否时)，则不执行由电压命令修正部 分245进行的电压命令修正。
当正在进行过调制控制时，即，当在步骤S300中判定为是，则在步 骤S310中，电压命令修正部分245取样该时间点的电动机转数Nmt (i)。此外，在步骤S320中，基于在步骤S310中此次取样的电动机转 数Nmt (i)和n (n:预定自然数)次取样前的电动机转数Nmt (i-n)之 间的差值是否大于预定判定值ANj的判定，电压命令修正部分245检测 电机转数的突然变化。换句话说，对与步骤S110类似的式(6)进行判 定。
如果在步骤S320中判定为否，即，如果没有检测到电动机转数的突 然变化，则在步骤S340中，将PI计算部分240产生的电压命令值Vd# (d轴)和Vq# (q轴)不用对其进行校正就作为电动机施加电压命令值 输出到坐标转换部分250。
2另一方面，如果在步骤S320判定为是，即，如果检测到电动机转数
的突然变化，则在步骤S330中，按照下式(18) 、 (19)，电压命令修 正部分245根据转数的变化修正电压命令值Vd# (d轴)和Vq# (q 轴)，然后将修正值作为电动机施加电压命令值输出到坐标转换部分 250。
Vd#(i) = Vd#(i — n). Nmt(i) .k …(18)
Nmt(i — n)
Vq#(i) = Vq#(1-n》M，) -k …(19)
Nmt(i — n)
利用式(18) 、 (19)，根据电动机转数变化比修正d轴和q轴电 压命令值，使得电动机施加电压可以随转数变化而变化。
注意，也可以类似于式(7)中的调整系数设置式(18) 、 (19)中 的调整系数k (k>0)。换句话说，当电动机电流在过度增大方向上扰动 时电动机转数减小的时候，可以增大调整系数k (在l.O附近)，以增大 对应于电动机转数变化的电动机施加电压的修正程度，而当控制响应在 电动机电流过度减小方向上降低时电动机转数增大的时候，可以减小调 整系数k (例如，在零附近)。
另外，在步骤S350中，存储通过步骤S330或S340判定与电动机转 数Nmt (i)相对应的d轴和q轴电压命令值Vd# (i) 、 Vq# (i)，以为 n次取样后的控制做准备。
通过使用这样的构造，响应于过调制控制下的电动机转数的突然变 化，电动机施加电压可以随电动机转数比而变化。因此，类似于第一实 施例，可以防止电动机电流的过度发散。
注意，在第三实施例中所述的构造中，图19中的步骤S330和图18 中的电压命令修正部分245对应于本发明的"电动机电压修正装置(部 分)，，。
在第一到第三实施例中，同优选示例构造一样，电动机驱动系统的 DC电压产生部分IO弁包括升降压转换器12，使得可变地控制到逆变器 14的输入电压(系统电压VH)。但是，在第二和第三实施例中，逆变 器输入电压不必可变，并且本发明还可以应用到其中到逆变器14的输入 电压不变的构造(例如，省略升降压转换器12的布置)。另外，还在第一实施例中，DC电压产生部分IO弁并不局限于本实施例中所述的构造， 只要其可变地控制到逆变器14的输入电压。此外，对于作为电动机驱动 系统的负荷的AC电动机，在本实施例中已经描述永磁电动机，不过本
发明可以应用到其中将任意的AC电动机设置为负荷的构造中。
另外，在检测电动机转数的突然变化的步骤S110 (图9)和S320 (图19)中，通过根据式(6)比较电动机转数的差值的绝对值和判定 值，在电动机转数增大时和减小时都使用共同判定值。但是，在本发明 的应用中，在这些步骤中可以在电动机转数的增大时和减小时提供各自 不同判定值。在此情况下，优选地，当电动机电流在过度增大方向中扰 动时电动机转数增大的时候，将判定值设置到相对较小的值。
这里描述的实施例在各个方面应当理解为说明性的，而不是限制性 的。本发明的范围并非由上述说明书而是由权利要求示出，并且意在包 括与权利要求等同意义和范围内的所有修改方案。
权利要求
1.一种用于电动机驱动系统(100)的控制设备，所述电动机驱动系统包括逆变器(14)，所述逆变器(14)将DC电压(VH)转换成用于驱动AC电动机(M1)的AC电压，所述控制设备包括电流检测装置(24)，用于检测供应到所述AC电动机的电动机电流；转速检测装置(S100)，用于检测所述AC电动机的转速；控制方法选择装置(S10-S30)，用于根据所述AC电动机的运转状态可选择地设置所述逆变器中的电压转换的控制方法；第一电动机控制装置(200)，当所述控制方法选择装置选择第一控制方法时，所述第一电动机控制装置(200)基于所述电流检测装置检测到的所述电动机电流进行转矩控制，在所述第一控制方法中，根据基于矢量控制的正弦脉冲宽度调制方法控制所述AC电动机的施加电压；第二电动机控制装置(200、400)，当所述控制方法选择装置选择第二控制方法时，所述第二电动机控制装置(200、400)基于所述电流检测装置检测到的所述电动机电流进行转矩控制，在所述第二控制方法中，根据输出基波分量大于所述正弦脉冲宽度调制方法的电压的调制方法控制所述AC电动机的所述施加电压；转速变化发生检测装置(S110)，在选择所述第二控制方法期间，所述转速变化发生检测装置(S110)基于所述转速检测装置的输出检测所述AC电动机中发生的预定值或更大的转速变化；以及电动机电压修正装置(S120/320、S220/330、S230/245)，当所述转速变化发生检测装置检测到发生所述预定值或更大的转速变化时，所述电动机电压修正装置(S120/320、S220/330、S230/245)根据所述转速变化修正所述第二电动机控制装置对所述AC电动机的所述施加电压。
2. 根据权利要求l所述的用于电动机驱动系统的控制设备，其中 所述电动机驱动系统(100)还包括转换器(12)，所述转换器(12)根据电压命令值(VH#)可变地控制输入到所述逆变器的所述DC 电压(VH)的电平；以及所述电动机电压修正装置包括装置(S120/320)，当所述转速变化 发生检测装置检测到发生所述预定值或更大的转速变化时，所述装置 (S120/320)根据所述转速变化设置所述转换器的所述电压命令值。
3. 根据权利要求1所述的用于电动机驱动系统的控制设备，其中 所述第二电动机控制装置包括矩形波控制装置(400)，所述矩形波控制装置(400)控制所述逆变器的切换，使得将矩形波电压施加到所述 AC电动机(Ml)，并且所述矩形波电压的相位(cJ)v)对应于与转矩命 令值(Tqcom)的转矩偏差(ATq)，其中所述矩形波电压将输入到所 述逆变器(14)的所述DC电压(VH)作为振幅；并且所述电动机电压修正装置包括装置(S220/330)，当所述转速变化 发生检测装置检测到所述预定值或更大的转速减小时，所述装置 (S220/330)控制所述逆变器的切换，使得在所述矩形波电压中强制提 供对应于所述转速变化的占空比(DT)。
4. 根据权利要求1所述的用于电动机驱动系统的控制设备，其中 所述第二电动机控制装置(200)包括计算装置(240)，所述计算装置(240)根据所述电动机电流与对 应于所述转矩命令值(Tqcom)的电流命令值(Idcom、 Iqcom)的偏 差，产生所述AC电动机(14)的所述施加电压的电压命令值(Vd#、 Vq#);以及脉冲宽度调制装置(260)，用于根据所述电压命令值控制所述逆变 器的切换；并且所述电动机电压修正装置包括装置(S320/245)，当所述转速变化 发生检测装置检测到发生所述预定值或更大的转速变化时，所述装置 (S320/245)根据所述转速变化修正所述计算装置产生的所述电压命令 值，并且将修正的电压命令值传送到所述脉冲宽度调制装置。
5. 根据权利要求1、 2和4中任一项所述的用于电动机驱动系统的控 制设备，其中，所述电动机电压修正装置将所述AC电动机的转速减小 时对应于所述转速变化的所述AC电动机的所述施加电压的修正程度设 置得大于所述AC电动机的转速增大时的修正程度。
6. —种用于电动机驱动系统(100)的控制设备，所述电动机驱动系 统包括逆变器(14)，所述逆变器(14)将DC电压(VH)转换成用于驱动AC电动机(Ml)的AC电压，所述控制设备包括电流检测部分(24)，其检测供应到所述AC电动机的电动机电流；转速检测部分(S100)，其检测所述AC电动机的转速；控制方法选择部分(S10-S30)，其根据所述AC电动机的运转状态 可选择地设置所述逆变器中的电压转换的控制方法；第一电动机控制部分(200)，当所述控制方法选择部分选择第一控 制方法时，所述第一电动机控制部分(200)基于所述电流检测部分检测 到的所述电动机电流进行转矩控制，在所述第一控制方法中，根据基于 矢量控制的正弦脉冲宽度调制方法控制所述AC电动机的施加电压；第二电动机控制部分(200、 400)，当所述控制方法选择部分选择 第二控制方法时，所述第二电动机控制部分(200、 400)基于所述电流 检测部分检测到的所述电动机电流进行转矩控制，在所述第二控制方法 中，根据输出基波分量大于所述正弦脉冲宽度调制方法的电压的调制方 法控制所述AC电动机的所述施加电压；转速变化发生检测部分(S110)，在选择所述第二控制方法期间， 所述转速变化发生检测部分(S110)基于所述转速检测部分的输出检测 所述AC电动机中发生的预定值或更大的转速变化；以及电动机电压修正部分(S120腦、S220/330、 S230/245)，当所述转 速变化发生检测部分检测到发生所述预定值或更大的转速变化时，所述 电动机电压修正部分(S120/320、 S220/330、 S230/245)根据所述转速变 化修正所述第二电动机控制部分对所述AC电动机的所述施加电压。
7. 根据权利要求6所述的用于电动机驱动系统的控制设备，其中 所述电动机驱动系统(100)还包括转换器(12)，所述转换器(12)根据电压命令值(VH#)可变地控制输入到所述逆变器的所述DC 电压(VH)的电平；以及所述电动机电压修正部分(S120/320)被构造成，当所述转速变化 发生检测部分检测到发生所述预定值或更大的转速变化时，根据所述转 速变化设置所述转换器的所述电压命令值。
8. 根据权利要求6所述的用于电动机驱动系统的控制设备，其中 所述第二电动机控制部分包括矩形波控制部分(400)，所述矩形波控制部分(400)控制所述逆变器的切换，使得将矩形波电压施加到所述 AC电动机(Ml)，并且所述矩形波电压的相位(4)v)对应于与转矩命 令值(Tqcom)的转矩偏差(ATq)，其中所述矩形波电压将输入到所 述逆变器(14)的所述DC电压(VH)作为振幅；并且所述电动机电压修正部分(S220/330)被构造成，当所述转速变化 发生检测部分检测到所述预定值或更大的转速减小时，控制所述逆变器 的切换，使得在所述矩形波电压中强制提供对应于所述转速变化的占空 比(DT)。
9. 根据权利要求6所述的用于电动机驱动系统的控制设备，其中 所述第二电动机控制部分(200)包括计算部分(240)，所述计算部分(240)根据所述电动机电流与对 应于所述转矩命令值(Tqcom)的电流命令值(Idcom、 Iqcom)的偏 差，产生所述AC电动机(M)的所述施加电压的电压命令值(Vd#、 Vq#);以及脉冲宽度调制部分(260)，其根据所述电压命令值控制所述逆变器 的切换；并且所述电动机电压修正部分(S320/245)被构造成，当所述转速变化 发生检测部分检测到发生所述预定值或更大的转速变化时，根据所述转 速变化修正所述计算部分产生的所述电压命令值，并且将修正的电压命 令值传送到所述脉冲宽度调制部分。
10. 根据权利要求6、 7和9中任一项所述的用于电动机驱动系统的 控制设备，其中，所述电动机电压修正部分将所述AC电动机的转速减 小时对应于所述转速变化的所述AC电动机的所述施加电压的修正程度 设置得大于所述AC电动机的转速增大时的修正程度。
11. 一种电动车辆，包括AC电动机(Ml)，被构造成产生用于驱动驱动轮的转矩； 电动机驱动系统(100)，被构造成包括逆变器(14)，所述逆变器 (14)将DC电压(VH)转换成用于驱动所述AC电动机(Ml)的AC 电压；以及控制设备，用于控制所述电动机驱动系统； 所述控制设备包括
12. 电流检测部分(24)，其检测供应到所述AC电动机的电动机电流；转速检测部分(S100)，其检测所述AC电动机的转速； 控制方法选择部分(S10-S30)，其根据所述AC电动机的运转 状态可选择地设置所述逆变器中的电压转换的控制方法；第一电动机控制部分(200)，当所述控制方法选择部分选择第 一控制方法时，所述第一电动机控制部分(200)基于所述电流检测部分 检测到的所述电动机电流进行转矩控制，在所述第一控制方法中，根据 基于矢量控制的正弦脉冲宽度调制方法控制所述AC电动机的施加电 压；第二电动机控制部分(200、 400)，当所述控制方法选择部分选择 第二控制方法时，所述第二电动机控制部分(200、 400)基于所述电流 检测部分检测到的所述电动机电流进行转矩控制，在所述第二控制方法 中，根据输出基波分量大于所述正弦脉冲宽度调制方法的电压的调制方 法控制所述AC电动机的所述施加电压；转速变化发生检测部分(S110)，在选择所述第二控制方法期间， 所述转速变化发生检测部分(S110)基于所述转速检测部分的输出检测 所述AC电动机中发生的预定值或更大的转速变化；以及电动机电压修正部分(S120/320、 S220/330、 S230/245)，当所述转 速变化发生检测部分检测到发生所述预定值或更大的转速变化时，所述 电动机电压修正部分(S120/320、 S220/330、 S230/245)根据所述转速变 化修正所述第二电动机控制部分对所述AC电动机的所述施加电压。
全文摘要
通过矩形波控制框(400)，将振幅等于转换器(12)的输出电压(VH)的矩形波电压施加到AC电动机(M1)。基本上通过根据转矩偏差(ΔTq)改变矩形波电压的电压相位(φv)，来进行AC电动机(M1)的转矩控制。当电动机转数(Nmt)突然变化时，VH命令值修正单元(320)根据电动机转数的变化比设置转换器(12)的输出电压(VH)的电压命令值(VH#)。通过根据电动机转数的突然变化改变施加到电动机的电压，而不用等待控制响应较低的转矩反馈控制，这就提高了电动机电流的控制。
文档编号H02P27/08GK101288222SQ20068001632
公开日2008年10月15日 申请日期2006年5月1日 优先权日2005年5月10日
发明者冈村贤树 申请人:丰田自动车株式会社