马达控制装置以及马达驱动装置的制造方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及根据驱动指令以及反馈信息针对向交流马达的马达电流供给进行PWM(Pulse-width modulat1n，脉冲宽度调制)控制的马达控制，特别涉及针对PWM的载波周期的反馈信息的采样技术，例如涉及适用于电动汽车(EV:Electric Vehicle)或者混合动力汽车(HV !Hybrid Vehicle)的PWM马达控制的有效技术。
【背景技术】
[0002]在针对EV、HV的交流马达的PWM控制中，对PWM电路提供根据在控制电路中安装了的矢量控制等马达控制逻辑而生成了的电流指令值，生成用于从逆变器对交流马达施加任意的振幅和相位的输出电压的PWM脉冲。为了高速控制交流马达的旋转速度以及转子的位置，需要通过与交流马达的绕组交链的磁通和马达电流的相互作用发生的转矩控制，为此控制电路在参照从马达电流的反馈环反馈的电流信息、转子的位置信息的同时针对驱动指令按照每个相生成电流指令值并提供给PWM电路。在例如专利文献I中记载了针对交流马达的这样的一般的PWM控制。
[0003]在针对交流马达的PWM控制中，相对于PWM电路的载波周期，交流马达的转速充分慢，所以关于从反馈环取得马达电流，如果生成与载波周期对应的马达电流取得周期，则能够取得正弦波状的马达电流，能够将基于被反馈了的马达电流等的运算结果反映到PWM脉冲。例如，如果想要针对载波周期1kHz按12分割以上来表现正弦波，则交流马达的转速能够旋转至833Hz。
[0004]现有技术文献
[0005]专利文献1:日本再表2010/109964号公报
【发明内容】
[0006]本发明者研宄了交流马达的转速相对于PWM电路的载波周期过快的情况。如果交流马达的旋转相对于载波周期过快，则无法正弦波状地取得马达电流。在该情况下，如果缩短电流取得间隔，则能够取得电流，但反映的PWM脉冲依赖于载波周期，所以必须对在载波周期的期间所取得的反馈电流值进行滤波、平均化而集中运算，并反映到PWM脉冲的占空比。在该情况下，滤波、平均化的运算响应性依赖于电流取得间隔、滤波增益，相比于通常的控制，控制性恶化。另外，可知在交流马达的高速旋转区域中CPU的运算控制的负载本来就容易变大的情况下，如果反馈电流的采样间隔变短，则有可能CPU的负载进一步增大，无法充分地缩短反馈电流的采样间隔。特别是，设想由于滑动所致的车轮的空转而产生作为EV、HV的行驶驱动源的交流马达的转速相对于载波周期变得过快的情形，这也成为由急加速、急转弯、路面冻结等所引起的事故的诱发原因。因此，针对车轮的轻微的空转也必须快速反应来抑制负载的急剧变动。因此，需要针对交流马达的旋转相对载波周期过快的情形快速反应，向抑制负载的急剧变动的方向，控制马达的旋转速度。
[0007]上述以及其他课题和用于解决它们的新的特征根据本说明书的记述以及附图将更加明确。
[0008]如果简单地说明在本申请中公开的代表性的例子，则如下所述。
[0009]即，在与CPU独立的运算电路中，相对于PWM电路的载波周期可变地控制与交流马达的负载状态相应的信息的采样周期，进行用于汇集在载波周期的I个周期中所采样到的信息的规定运算。
[0010]如果简单地说明通过在本申请中公开的代表性的发明得到的效果，则如下所述。
[0011]即，能够进行针对交流马达的旋转相对于载波周期过快的情形，在抑制CPU的运算控制负荷的增大的同时，快速地反应而抑制马达负载的急剧变动的马达旋转控制。
【附图说明】
[0012]图1是示出马达驱动装置的一个例子的框图。
[0013]图2是原理上示出由CPU实施的用于交流马达的矢量控制的PWM控制功能和加速器的运算功能的框图。
[0014]图3是概念上例示在取得马达电流值iv、iw以及电角Θ的采样周期和载波周期一致的情况下的说明图。
[0015]图4是示出马达旋转变快而难以在高频率的马达电流下通过PWM脉冲以正弦波表现马达驱动电流的说明图。
[0016]图5是概念上例示在使取得马达电流值iv、iw以及电角Θ的采样周期相对于载波周期变短了的情况下的处理的说明图。
[0017]图6是例示用于进行采样周期的同步控制的加速器的结构的框图。
[0018]图7是将采样周期的自律的同步控制的处理步骤与基于CPU的采样周期的同步控制步骤一起例示的流程图。
[0019]图8是例示在采样周期的自律的同步控制中在载波周期的中途检测到大的负载变动时从其中途缩短采样周期的处理方式的说明图。
[0020]图9是例示车轮的空转和向正常旋转的恢复中的控制方式的说明图。
[0021]图10是例示在针对负载的急剧变动与采样周期一起变更载波周期的情况下的动作方式的说明图。
[0022]图11是例示在基于CPU的采样周期的同步控制中根据马达负载(马达转速)使载波周期内的采样次数可变的处理方式的说明图。
[0023]图12是例示使CPU负担了图6的加速器中的控制电路的控制功能的加速器的结构的框图。
[0024]符号说明
[0025]1:马达驱动装置；2:交流马达(MT) ；3:变速器；4:车轮；5:分析器；6:车载网络；7:传感器(SNSR) ;10:逆变器；11:预驱动器；12:分析器数字转换器；13:微型计算机(MCU) ；14:电流传感器；Iv、Iw:马达电流；Smg:励磁信号；Srs:分析器信号；Rp:U、V、W层的马达旋转相位信号;20、20A:CPU ；21:内部存储器(MRY) ；22:网络控制器(COM) ；23:PWM电路(PWM) ；24:AD 变换器(ADC) ；25:计数器(COUNT) ;26、26A:加速器(ACCL) ;27:内部总线；iv、iw:马达电流值；Θ:电角(表示马达的转子位置的转子旋转角度值)；id:d轴电流指令值;iq:q轴电流指令值；30d、30q:减法器；iqc:当前的d轴电流值idc ；iqc:当前的q轴电流值;Δ id、Λ iq:偏差;32d、32q:PI运算器；Vd:d轴电压指令；Vq:q轴电压指令;34:坐标变换部；Vu、Vv、Vw:3相的马达驱动电压指令；Pu、Pv、Pw:PWM脉冲信号；40:坐标变换部；idm:d轴电流值；iqm:q轴电流值；41d、41q:汇集运算部；46:控制电路；47:运算电路。
【具体实施方式】
[0026]1.实施方式的概要
[0027]首先，概要地说明在本申请中公开的代表性的实施方式。在关于代表性的实施方式的概要说明中，附加括弧来参照的附图中的参照符号仅例示在附加有它的结构要素的概念中包含的部件。
[0028]〔 I〕〈针对PWM载波周期使负载变动的采样周期可变〉
[0029]代表性的实施方式的马达控制装置(13)具有:PWM电路(23)，用于通过PWM脉冲信号(Pu、Pv、Pw)对向交流马达(2)输出驱动电流的逆变器(10)进行开关控制；CPU(20)，对所述PWM脉冲信号的占空比进行反馈控制；以及运算部件(26、26A)进行规定的运算处理，该规定的运算处理用于使反馈信息(iv、iw、Θ)的采样周期可变，在所述交流马达中产生了规定的负载变动时，将按照比所述PWM电路的载波周期短的采样周期所取得的所述反馈信息汇集为所述载波周期的一个周期量的比较对象。所述CPU根据由所述运算部件得到的运算结果和所述驱动指令值，控制产生了所述规定的负载变动之后的所述PWM脉冲信号的占空比。
[0030]由此，在根据马达负载的规定的变动来按照比载波周期短的周期取得了反馈信息时，能够使运算部件负担将以载波周期为单位所取得的多个反馈信息汇集为载波周期的一个周期量的比较对象的运算。因此，能够进行针对交流马达的旋转相对载波周期过快的事态，在抑制CPU的运算控制负荷的增大的同时，快速地反应而抑制马达负载的急剧变动的马达旋转控制。
[0031]〔2〕<马达电流和马达的转子角度的信息>
[0032]在项I中，所述反馈信息是对从交流马达反馈的电流进行AD变换而得到的马达电流值(iv、iw)和从所述交流马达的转子位置得到的转子旋转角度值(Θ )。
[0033]由此，适用于交流马达的矢量控制。
[0034]〔3〕〈控制电路检测负载变动而变更采样周期>
[0035]在项2中，所述控制部件(26)具有:控制电路(46)，在所述交流马达中产生了规定的负载变动时可变地控制反馈信息的采样周期；以及运算电路(47)，进行所述规定的运算处理。所述控制电路判定在所述交流马达中是否产生了规定的负载变动，在判别为产生了时，进行以下控制，即，直至所述交流马达的控制跟踪负载变动为止，缩短取得所述反馈信息的周期，在所述交流马达的控制跟踪到负载变动时，使取得所述反馈信息的周期依次返回到基准值。
[0036]由此，能够使控制电路负担从由于滑动等而交流马达空转到恢复的期间的所述反馈信息的取得周期的控制。在这一点，也能够减轻CPU的负担。
[0037]〔4〕〈CPU对反馈信息的取得周期进行初始设定>
[0038]在项3中，所述CPU对取得所述反馈信息的周期进行初始设定，所述控制电路将被初始设定了的所述周期作为控制对象。
[0039]由此，与由控制电路实施的反馈信息的取得周期的控制独立地，CPU需要依照与反馈控制所需的旋转转矩的关系，进行PMW电路的载波周期的设定控制，所以按照与它的关系，CPU对取得所述反馈信息的周期进行初始设定在系统上是经济的。
[0040]〔5〕<由控制电路实施的负载变动感知(转子角度、马达电流)>
[0041]在项3中，所述控制电路根据所述转子旋转角度值或者马达电流值，感知所述规定的负载变动。
[0042]由此，不会对CPU附加负担而能够容易地取得马达负载的变动。
[0043]〔6〕〈由控制电路实施的负载变动感知(行驶面的状态检测信息)>
[0044]在项5中，所述控制电路还根据受到所述交流马达的旋转力的行驶面的状态检测信息(RDST)预知所述规定的负载变动。
[0045]由此，能够通过预知马达负载的变动，实现更快速地反应并抑制马达负载的急剧变动的马达旋转控制。
[0046]〔7〕〈滤波运算、平均运算>
[0047]在项3中，由所述运算电路实施的规定的运算处理包括:坐标变换处理(坐标变换部40)，将所述马达电流值和转子旋转角度值变换为2相电流值；以及针对进行了坐标变换的2相电流值的滤波运算处理或者平均运算处理(汇集运算部41d、41q)。
[0048]由此，适用于通过直流电源使用坐标变换来驱动交流马达的情况，能够通过使用滤波运算处理或者平均运算处理容易地汇集多个信息。
[0049]〔8〕<由控制电路实施的运算增益控制>
[0050]在项7中，所述控制电路还进行以下控制，即，在将取得所述反馈信息的周期设定得较短时根据需要变更所述运算电路中的所述滤波运算处理或者所述平均运算处理的增益，在使取得所述反馈信息的周期返回到基准值时使所述滤波运算处理或者所述平均运算处理的增益返回到初始值。
[0051]由此，能够进行不会对CPU附加负担，根据反馈信息的取得数量的增大而减小增益以使得响应不会变得过度敏感，或者，即使反馈信息的取得数量增大，为了快速响应仍原样地维持增益的对应。
[0052]〔9〕〈由CPU实施的增益的初始设定>
[0053]在项8中，所述CPU对所述滤波运算处理或者所述平均运算处理的增益进行初始设定，所述控制电路将被初始设定了的所述增益作为控制对象。
[0054]由此，与由控制电路实施的反馈信息的取得周期的控制独立地，CPU依照与反馈控制所需的旋转转矩的关系，根据PMW电路的载波周期的设定还需要增益设定，所以按照与它的关系，CPU对所述滤波