电机的控制装置以及控制方法与流程

本发明涉及电机的控制装置以及控制方法。
背景技术：
：作为电机等的控制方法之一，已知电压相位控制方法。在电压相位控制方法中，根据扭矩指令值而对相位指令值进行计算，并且利用规定的调制率对振幅指令值进行计算。而且，将与相位指令值、以及振幅指令值相应的电压施加于电机。通常，在这种电压相位控制方法中，为了提高电机的旋转控制的精度而对相位指令值进行反馈控制。具体而言，根据在电机中流动的电流而求出扭矩推定值，为了抑制扭矩指令值和扭矩推定值的波动而对相位指令值进行控制。(jp2013-137129a)。技术实现要素：在反馈控制中，首先对向电机流动的电流进行测定，基于该测定电流而对相位指令值进行控制。这种反馈控制基于电流的测定值，因此响应性并不十分高。例如，如果在电机中流动的电流产生噪声，则该噪声未被抑制而被放大，旋转控制有可能变得不稳定。本发明的目的在于稳定地进行电机的旋转控制。根据本发明的某个方式，电机的控制方法通过电压相位控制而对经由逆变器向电机施加的施加电压进行控制。该控制方法具有如下步骤：相位指令值计算步骤，基于对电机的扭矩指令值并通过前馈控制而对用于电压相位控制的相位指令值进行计算；振幅指令值计算步骤，根据逆变器的驱动电压而对用于电压相位控制的振幅指令值进行计算；电压指令值计算步骤，根据相位指令值以及振幅指令值而计算针对电机的电压指令值；以及电压施加步骤，根据电压指令值而从逆变器将施加电压施加于所述电机。附图说明图1是第1实施方式的电机的控制装置的框图。图2是第2实施方式的电机的控制装置的框图。图3是表示扭矩指令值t*和相位指令值α*的相关关系的图。图4是表示第1信号pv和相位指令值α*的相关关系的图。图5是第3实施方式的电机的控制装置的框图。图6是第4实施方式的电机的控制装置的框图。图7是表示信号ωt*和相位指令值α*的相关关系的图。具体实施方式下面，参照附图对本发明的实施方式进行说明。(第1实施方式)图1是第1实施方式的电机的控制装置的框图。控制装置100基于调制率指令值m*、以及扭矩指令值t*的输入而将三相电压vu、vv、vw施加于电机200。调制率指令值m*是根据电机200的构造等而规定的值，例如使用“1.0”等规定值。另外，扭矩指令值t*根据加速器开度等而变化。控制装置100具有相位生成部1、振幅生成部2、dq轴电压变换部3、稳定化滤波器4、相位变换器5、pwm变换器6、逆变器7、电池8、电压传感器9、旋转传感器10以及角速度运算器11。另外，电机200的转子的位置由旋转传感器10检测。相位生成部1根据从控制装置100外输入的扭矩指令值t*并通过前馈控制而对用于电压相位控制的相位指令值α*进行计算，将计算出的相位指令值α*向dq轴电压变换部3输出。具体而言，相位生成部1对表进行存储，利用该表对相位指令值α*进行计算。基于对电机200的电压相位控制实施模型化得到的传递函数等而进行该前馈控制。此外，相位生成部1是执行相位指令值计算步骤的相位指令值计算部的一个例子。从控制装置100外将调制率指令值m*输入至振幅生成部2，并且将利用电压传感器9测定出的电池8的直流电压vdc输入。此外，电池8将直流电压vdc作为驱动电压而供给至逆变器7。振幅生成部2基于上述输入而对振幅指令值va*进行计算，将计算出的振幅指令值va*向dq轴电压变换部3输出。具体而言，利用下式进行振幅指令值va*的计算。此外，振幅生成部2是执行振幅指令值计算步骤的振幅指令值计算部的一个例子。[数学式1]dq轴电压变换部3利用相位指令值α*以及振幅指令值va*并基于下式而对d轴电压指令值vd*以及q轴电压指令值vq*进行计算。而且，dq轴电压变换部3将d轴电压指令值vd*以及q轴电压指令值vq*输出至稳定化滤波器4。[数学式2]稳定化滤波器4是利用公知技术而抑制向电机200流动的电流的共振频率下的振动的滤波器。稳定化滤波器4根据从角速度运算器11输出的电机200的旋转速度ω而对d轴电压指令值vd*以及q轴电压指令值vq*进行滤波处理。具体而言，稳定化滤波器4进行过渡性地抑制振幅、相位的变化的滤波处理，对最终d轴电压指令值vd**以及最终q轴电压指令值vq**进行计算。而且，稳定化滤波器4将最终d轴电压指令值vd**以及最终q轴电压指令值vq**输出至相位变换器5。此外，在d轴电压指令值vd*以及q轴电压指令值vq*的频率相对于在电机200中流动的电流的共振频率足够小的情况下，向电机200流动的电流发生共振的可能性较小，因此也可以不设置稳定化滤波器4。相位变换器5基于从旋转传感器10输出的转子相位θ而对最终d轴电压指令值vd**以及最终q轴电压指令值vq**进行从dq轴向uvw相的相位变换。具体而言，相位变换器5基于下式而进行相位变换，对三相电压指令值vu*、vv*、vw*进行计算。而且，相位变换器5将三相电压指令值vu*、vv*、vw*输出至pwm变换器6。[数学式3]pwm变换器6基于三相电压指令值vu*、vv*、vw*以及直流电压vdc而进行公知的空载时间补偿处理、电压利用率提高处理等，生成驱动信号duu*、dul*、dvu*、dvl*、dwu*、dwl*。此外，将驱动信号duu*、dul*、dvu*、dvl*、dwu*、dwl*向由三相6桥臂构成的逆变器7的开关元件分别输入。逆变器7利用从电池8供给的直流电压vdc并基于驱动信号duu*、dul*、dvu*、dvl*、dwu*、dwl*对各开关元件进行驱动，生成作为模拟交流电压的三相电压vu、vv、vw。而且，逆变器7将三相电压vu、vv、vw施加于电机200。换言之，三相电压vu、vv、vw是针对电机200的施加电压。由此，通过与相位指令值α*、以及振幅指令值va*相应的电压相位控制而对电机200的旋转驱动进行控制。根据第1实施方式，能够获得下面的效果。根据第1实施方式的控制方法，相位生成部1执行前馈步骤而对相位指令值α*进行计算。振幅生成部2执行振幅计算步骤而对振幅指令值va*进行计算。dq轴电压变换部3、稳定化滤波器4以及相位变换器5是电压指令值计算部的一个例子。电压指令值计算部基于相位指令值α*以及振幅指令值va*的输入而执行电压指令值计算步骤，对三相电压指令值vu*、vv*、vw*进行计算。而且，pwm变换器6是电压施加部的一个例子，经由逆变器7而将与三相电压指令值vu*、vv*、vw*相应的三相电压vu、vv、vw作为施加电压施加于电机200。在反馈控制中，进行基于向电机200流动的电流的检测值的控制。因此，与不使用检测值的前馈控制相比，反馈控制的响应性较低。因此，通过仅进行前馈控制，从而与进行反馈控制的情况相比，能够提高响应性。因此，例如即使在电机200中流动的电流产生了噪声的情况下，噪声在放大之前也被抑制，因此能够提高电机200的稳定性。(第2实施方式)在第1实施方式中，对相位生成部1根据扭矩指令值t*而计算相位指令值α*的例子进行了说明。在第2实施方式中，对相位生成部1进一步根据振幅指令值va*以及旋转速度ω而计算相位指令值α*的例子进行说明。图2是第2实施方式的电机的控制装置的框图。相位生成部1由输入信号变换部21、以及指令值生成部22构成。在扭矩指令值t*的基础上，将从振幅生成部2输出的振幅指令值va*、以及从角速度运算器11输出的旋转速度ω输入至输入信号变换部21。而且，输入信号变换部21基于上述输入值以及下式而对第1信号pv进行计算。而且，输入信号变换部21将计算出的第1信号pv输出至指令值生成部22。[数学式4]指令值生成部22参照预先存储的表而对与第1信号pv相应的相位指令值α*进行计算。此外，图4中示出了表中设定的第1信号pv和相位指令值α*的关系的一个例子。这里，利用图3以及图4对本实施方式的相位指令值α*的计算方法进行说明。图3是表示通常的同步电机的扭矩指令值t*和相位指令值α*的相关关系的图。图4是表示第1信号pv和相位指令值α*的相关关系的图。此外，在上述附图中，由实线表示旋转速度ω为ω1、且振幅指令值va*为va1*的情况，由点划线表示旋转速度ω为ω2、且振幅指令值va*为va1*的情况，由双点划线表示旋转速度ω为ω1、且振幅指令值va*为va2*的情况。如图3所示，扭矩指令值t*和相位指令值α*的相关关系根据振幅指令值va*以及旋转速度ω而不同。因此，在仅根据扭矩指令值t*而对相位指令值α*进行求解的情况下，相位生成部1需要预先针对每个振幅指令值va*以及旋转速度ω的值而存储扭矩指令值t*和相位指令值α*的相关关系。这样，如果在对相位指令值α*的计算中使用3个参数(扭矩指令值t*、振幅指令值va*以及旋转速度ω)，则相位生成部1的处理负荷会增大。因此，在本实施方式中，将第1信号pv用于对相位指令值α*的计算。图4是表示通常的同步电机的第1信号pv和相位指令值α*的相关关系的图。根据该相关关系，即使振幅指令值va*以及旋转速度ω变化，第1信号pv和相位指令值α*的相关关系的波动也较小。因此，如虚线所示，可以利用以第1信号pv为变量的一次函数而表示相位指令值α*。因此，相位生成部1能够利用第1信号pv以及图4中由虚线所示的一次函数而高精度地对相位指令值α*进行计算。下面，对第1信号pv和相位指令值α*的相关关系进行说明。在通常的同步电机中，可以分别如下式那样表示dq坐标的电流i和电压v的稳定的关系、以及电流i和扭矩t的关系。[数学式5][数学式6]t＝{φ+(ld-lq)id}iq…(6)其中，r表示绕组电阻、φ表示交链磁通，ld表示d轴电感，lq表示q轴电感。这里，如果假定ωld以及ωlq充分大于r，则可以使式(5)与下式近似。[数学式7]通过式(6)以及式(7)而导出下式。[数学式8]在式(8)的右边，第1项大于第2项，因此可以省略第2项。因此，式(8)与下式近似。[数学式9]这里，式(9)的左边与pv相当，因此从式(9)导出下式。[数学式10]这里，根据电机200的结构而规定交链磁通φ以及d轴电感ld。因此，可知相位指令值α*仅根据第1信号pv而变化。这样，能够仅根据第1信号pv而求出相位指令值α*，因此能够减轻相位生成部1的负荷，并能够高精度地求出相位指令值α*。通常，振幅指令值va*的变动幅度比旋转速度ω的变动幅度小，因此能够将振幅指令值va*视为恒定。因此，可以利用构成第1信号pv的参数中的扭矩指令值t*以及旋转速度ω而求出信号，根据该信号而对相位指令值α*进行计算。相反，在旋转速度ω未变化的情况下，可以利用扭矩指令值t*以及振幅指令值va*而求出信号，根据该信号而对相位指令值α*进行计算。根据第2实施方式，能够获得下面的效果。根据第2实施方式的控制方法，利用输入信号变换部21计算出的第1信号pv是与扭矩指令值t*以及电机200的旋转速度ω成正比、且与振幅指令值va*成反比的参数。而且，如图4所示，视为相位指令值α*不依赖于振幅指令值va*以及旋转速度ω而仅根据第1信号pv发生变化。因此，与利用扭矩指令值t*、振幅指令值va*以及旋转速度ω这3个参数进行相位指令值α*的计算相比，对第1信号pv进行计算，利用第1信号pv进行相位指令值α*的计算能够减小处理负荷。具体而言，基于实验、解析的表的制作变得容易，另外，能够削减cpu资源(数据记录容量、运算负荷)。根据第2实施方式的控制方法，可以假定振幅指令值va*以及旋转速度ω中的任一者恒定，根据另一者和扭矩指令值t*而求出信号，根据该信号而求出相位指令值α*。例如，在视为变动幅度较小而振幅指令值va*恒定的情况下，可以根据旋转速度ω和扭矩指令值t*而求出信号，根据该信号而求出相位指令值α*。由此，能够进一步减小相位生成部1的处理负荷。(第3实施方式)在第2实施方式中，对相位生成部1利用第1信号pv而计算相位指令值α*的例子进行了说明。在第3实施方式中，对相位生成部1在第1信号的基础上进一步利用第2信号ωv而计算相位指令值α*的例子进行说明。图5是第3实施方式的电机的控制装置的概略结构图。输入信号变换部21进一步利用下式并基于振幅指令值va*以及旋转速度ω而对第2信号ωv进行计算。输入信号变换部21将计算出的第2信号ωv输出至指令值生成部22。[数学式11]这里，参照式(8)，右边的第2项根据第2信号ωv的倒数而变化。即，第2信号ωv有助于相位指令值α*的变化。因此，可以在第1信号pv的基础上，使用第2信号ωv而提高相位指令值α*的计算精度。此外，作为第2信号而使用了与振幅指令值va*以及旋转速度ω相应的第2信号ωv，但并不局限于此。例如，在假定振幅指令值va*恒定的情况下，可以使用旋转速度ω作为第2信号。或者，在假定旋转速度ω恒定的情况下，可以使用振幅指令值va*作为第2信号。根据第3实施方式，能够获得下面的效果。根据第3实施方式的控制方法，在第1信号pv的基础上，相位生成部1利用与旋转速度ω成正比、且与振幅指令值va*成反比的第2信号ωv对相位指令值α*进行计算。如式(8)的右边第2项所示，第2信号ωv有助于相位指令值α*。因此，能够利用第2信号ωv而进一步提高相位指令值α*的计算精度。(第4实施方式)在上述第1实施方式至第3实施方式中，对相位生成部1通过前馈控制而计算相位指令值α*的例子进行了说明。在第4实施方式中，对相位生成部1在前馈控制的基础上进行反馈控制的例子进行说明。图6是第4实施方式的电机的控制装置的框图。电机200以三相进行驱动，利用与三相对应的3根配线而将逆变器7和电机200连接。经由u相配线而将三相电压vu输入至电机200，经由v相配线而将三相电压vv输入至电机200，经由w相配线而将三相电压vw输入至电机200。在u相配线设置有电流传感器31u，在v相配线设置有电流传感器31v。将由电流传感器31u检测出的u相电流值iu、以及由电流传感器31v检测出的v相电流值iv向相位变换器32输出。相位变换器32进行下式所示的坐标变换，由此进行从uvw相向dq轴的坐标变换。此外，作为三相电流的iu、iv、以及iw的和为零，因此w相电流iw可以表示为“－iu－iv”。[数学式12]如式(12)所示，相位变换器32针对u相电流值iu以及v相电流值iv而进行基于作为从旋转传感器10输出的电角度的旋转相位θ的坐标变换，对d轴电流值id以及q轴电流值iq进行计算。而且，相位变换器32将d轴电流值id以及q轴电流值iq输出至扭矩运算器33。扭矩运算器33对表示电机200的d轴以及q轴的电流值和扭矩的关系的表进行存储。扭矩运算器33利用该表并基于d轴电流值id以及q轴电流值iq而对推定扭矩tcal进行计算。换言之，推定扭矩tcal是与电机200的电流值相应的扭矩。在输入信号变换部21以及指令值生成部22的基础上，相位生成部1具有减法运算器34、pi运算器35以及加法运算器36。减法运算器34从扭矩指令值t*减去推定扭矩tcal，将该减法运算结果作为扭矩差值tdiff而输出至pi运算器35。如果pi运算器35接收到扭矩差值tdiff，则进行pi放大运算，将运算结果输出至加法运算器36。此外，利用减法运算器34以及pi运算器35而生成用于反馈控制的相位指令值。加法运算器36将利用指令值生成部22生成的相位指令值、和利用pi运算器35生成的相位指令值相加，将该加法运算值作为相位指令值α*而输出至dq轴电压变换部3。由此，在相位生成部1中，在前馈控制的基础上进行反馈控制。根据第4实施方式，能够获得下面的效果。根据第4实施方式的控制方法，在相位生成部1中，在前馈控制的基础上，利用减法运算器34以及pi运算器35还进一步进行反馈控制。具体而言，扭矩运算器33根据在电机200中流动的电流对推定扭矩tcal进行推定，减法运算器34对作为扭矩指令值t*与推定扭矩tcal的偏差的扭矩差值tdiff进行计算。而且，pi运算器35为了抑制扭矩差值tdiff而对相位指令值进行计算。由此进行反馈控制。这里，在存在设备(plant)的变动、外部干扰的情况下，有时电机200的扭矩会产生稳定的偏差。然而，通过这样进行反馈控制而抑制电机200的稳定的偏差，因此能够使旋转控制稳定。(第5实施方式)在第1实施方式至第4实施方式中，对相位生成部1利用由扭矩指令值t*、振幅指令值va*以及旋转速度ω构成的1个或多个信号来计算相位指令值α*的例子进行了说明。在第5实施方式中，对上述信号的构成进行详细说明。在第2实施方式中，着眼于式(8)的右边第1项、并利用与扭矩指令值t*成正比且与旋转速度ω成正比、以及与振幅指令值va*成反比的第1信号pv，对相位指令值α*进行了计算。这样，从输入信号变换部21输出的信号需要由包含扭矩指令值t*、振幅指令值va*以及旋转速度ω的全部的组合而构成。如果对上述组合进行研究，则可以考虑表1中所示的3组。[表1]aωt*/va*bωt*、t*/va*、ω/va*ct*、ω、va*a组是对扭矩指令值t*、振幅指令值va*以及旋转速度ω的全部进行组合而构成的信号。a组的信号具有1种。b组是由扭矩指令值t*、振幅指令值va*以及旋转速度ω中的2个构成的信号。b组的信号具有3种。c组是保持原样地使用扭矩指令值t*、振幅指令值va*以及旋转速度ω的信号。c组的信号具有3种。从上述组的信号中选择大于或等于1个的信号而确定用于相位指令值α*的计算的信号。在该选择的信号中，为了高精度地求出相位指令值α*，必须分别包含大于或等于1个的扭矩指令值t*、振幅指令值va*以及旋转速度ω。表2示出了这种信号的选择。[表2]如(i)所示，在选择的信号为1个的情况下，从a组选择“＜1＞ωt*/va*”以便包含扭矩指令值t*、振幅指令值va*、以及旋转速度ω的全部。此外，第2实施方式中示出了使用＜1＞的例子。(ii)至(v)示出了选择的信号为2个的情况。(ii)中示出了从a组选择1个信号、且从b组选择1个信号的情况。在该情况下，考虑了“＜02＞ωt*/va*、ωt*”、“＜03＞ωt*/va*、t*/va*”、以及“＜04＞ωt*/va*、ω/va*”这3种情况。(iii)中示出了从a组选择1个信号、且从c组选择1个信号的情况。在该情况下，考虑了“＜05＞ωt*/va*、t*”、“＜06＞ωt*/va*、ω”、以及“＜07＞ωt*/va*、1/va*”这3种情况。(iv)中示出了从b组选择2个信号的情况。在该情况下，在选择的信号中，需要分别包含大于或等于1个的扭矩指令值t*、振幅指令值va*、以及旋转速度ω。因此，考虑了“＜08＞ωt*、t*/va*”、“＜09＞ωt*、ω/va*”、以及“＜10＞t*/va*、ω/va*”这3种情况。此外，第3实施方式中示出了使用＜09＞的例子。(v)中示出了从b组选择1个信号、从c组选择1个信号的情况。在该情况下，考虑了“＜11＞ωt*、1/va*”、“＜12＞t*/va*、ω”、以及“＜13＞ω/va*、t*”这3种情况。此外，在＜01＞中选择了1个信号，在＜02＞至＜13＞中选择了2个信号，但并不局限于此。可以以分别包含大于或等于1个的扭矩指令值t*、振幅指令值va*、以及旋转速度ω的方式选择3个信号。这样，通过以分别至少包含大于或等于1个的扭矩指令值t*、振幅指令值va*以及旋转速度ω的方式选择信号，而在式(8)的右边至少确定了第1项，因此能够高精度地计算出相位指令值α*。这里，对＜11＞的情况进行具体说明。图7是表示ωt*和相位指令值α*的相关关系的图。参照该图，对于由实线所示的“旋转速度ω为ω1、且振幅指令值va*为va1*的情况”、以及由点划线所示的“旋转速度ω为ω2、且振幅指令值va*为va2*的情况”，斜率大致相同。因此，在上述情况下，能够近似为由虚线所示的ωt*为变量的一次函数。而且，该一次函数的斜率与双点划线所示的“旋转速度ω为ω1、且振幅指令值va*为va2*的情况”的斜率不同。因此，可知根据振幅指令值va*、即1/va*而规定该图的斜率。因此，预先与1/va*对应地对ωt*和相位指令值α*的相关关系进行存储，由此能够利用＜11＞的2个信号而以更高的精度求出α*。根据第5实施方式，能够获得下面的效果。在第5实施方式中，在选择了输入至指令值生成部22的信号的情况下，以包含扭矩指令值t*、振幅指令值va*以及旋转速度ω中的大于或等于1个参数的方式选择信号。这样选择的信号中包含式(8)的右边第1项所示的、因相位指令值α*引起的要素的全部。因此，能够高精度地计算出相位指令值α*。以上对本发明的实施方式进行了说明，但上述实施方式不过示出了本发明的应用例的一部分，其主旨并非将本发明的技术范围限定为上述实施方式的具体结构。另外，上述实施方式可以适当地组合。当前第1页12