CN102377382B - 用于控制电动机的设备和方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及用于控制电动机的设备和方法。控制装置将与解算器角度的一个周期对应的360°划分为Z个区域，并判断当前周期中的解算器角度θ是否越过划分边界。当判断为当前周期中的解算器角度θ越过划分边界时，控制装置计算刚好前一个解算器周期中的计算时刻T[n]与当前周期中的计算时刻T之间的时间差ΔT[n]。通过将360°加到在当前周期中获得的解算器角度θ和在刚好前一个解算器周期中获得的解算器角度θ[n]之间的差，控制装置还计算在时间差ΔT[n]的情况下的解算器角度变化Δθ[n]。于是，通过用系数K乘以将Δθ[n]除以ΔT[n]获得的值，控制装置计算旋转速度NM。

Description

用于控制电动机的设备和方法

本非临时性申请是基于2010年7月20日在日本特许厅提交的日本专利申请No.2010-163103，其全部内容并入此处做为参考。

技术领域

本发明涉及使用解算器输出控制电动机的技术。

背景技术

使用解算器计算电动机旋转速度和基于所计算的旋转速度控制电动机的技术是已知的。通常，解算器输出包含误差。为了消除这种误差的影响，传统上已经提出了多种对解算器的检测出的角度进行校正的技术。

例如，日本特开No.2004-222448公开了一种技术，其测量直到解算器的检测到的角度分别变为60°、120°、...720°的时间段T1到T12，使用测量到的时间段T1到T12计算每60°的偏移角度Δθn，将计算得到的偏移角度Δθn代入表达式θn＝n×60°+Δθn(n＝1至11)，由此进行每60°的角度校正。已经介绍，这种技术能驱动电动机，同时，即使是在解算器的检测到的角度包含误差的情况下，防止控制故障。

已经知道，解算器输出包含与转子旋转同步的误差。用于消除这种误差的技术包含这样的技术：基于对解算器输出完成一个周期(解算器周期)的时间段进行测量的结果，计算电动机的旋转速度。

还存在另一种技术，将与解算器输出的一个周期对应的360°划分为多个区间，每当解算器的检测到的角度越过每个分割边界时测量解算器周期，由此计算旋转速度。采用这种技术，可使得旋转速度的计算周期短于解算器周期，故而即使在低的电动机旋转速度下使得旋转速度能被准确计算。然而，在关于越过划分边界的判断经由软件实现的情况下，划分边界的越过不能在每个划分边界进行至少一次计算的这种长的计算周期中正确地得到测量，导致劣化的旋转速度计算准确度。

发明内容

做出本发明以解决上面介绍的问题，目的在于甚至在相对较长的计算周期时基于解算器输出准确地计算电动机旋转速度。

根据本发明的控制装置为一种电动机用控制装置，包含检测电动机的旋转角度的解算器和基于解算器输出对电动机进行控制的控制单元。控制单元将与解算器输出的一个周期对应的角度划分为多个区间，在各个预定的计算周期上，判断解算器的检测到的角度是否越过所述多个区间间的任何边界，计算从判断出检测到的角度越过边界时的第一时间点到在一个周期后判断出越过边界时的第二时间点的角度变化，基于通过将从第一时间点到第二时间点的角度变化除以第一与第二时间点之间的时间段获得的值计算电动机的旋转速度，基于旋转速度对电动机进行控制。

优选为，每当判断出边界越过时，控制单元存储当判断出边界越过时的时间和检测到的角度，通过将第一与第二时间点之间的检测到的角度的差加到对应于所述一个周期的角度，计算从第一时间点到第二时间点的角度变化，将第一与第二时间点之间的时间差计算为第一与第二时间点之间的时间段。

优选为，每当判断出边界越过时，控制单元存储当判断出边界越过时的时刻和在最接近的前一个区间中判断出边界越过时的时刻之间在检测到的角度中的区间角度差和区间时间差，将所述多个区间的区间角度差的总值计算为从第一时间点到第二时间点的角度变化，将所述多个区间的区间时间差的总值计算为第一与第二时间点之间的时间段。

优选为，控制单元将第一与第二时间点之间的时间段限制为预定的上限时间。

优选为，控制单元依赖于旋转速度而改变与所述一个周期对应的角度的划分数量。优选为，控制单元随着旋转速度较低而增大划分数量。

优选为，假设解算器的角度的乘法因子为a，电动机的极对数为b，电动机每分钟的速度为c，每秒钟的计算次数为f，存储用于计算旋转速度的信息的存储器溢出的值为Tr，在大于60×a/(b×c×Tr)且小于(60×a×f)/(b×c)的值的范围内，控制单元改变划分数量。

优选为，在旋转速度被计算的时间点之后的第三时间点上，基于当旋转速度被计算的时间点之前的旋转速度历史，控制单元预测旋转速度。

优选为，当预测旋转速度时，随着旋转速度较低，控制单元延伸当旋转速度被计算时的时间点和第三时间点之间的时间差。

根据本发明另一实施形态的控制方法为由电动机用控制装置进行的控制方法。检测电动机的旋转角度的解算器被连接到控制装置。控制方法包含以下步骤：将与解算器输出的一个周期对应的角度分为多个区间，在各个预定的计算周期上，判断解算器的检测到的角度是否越过所述多个区间间的任意边界，计算从判断出检测到的角度越过边界时的第一时间点到在一个周期后判断出边界越过时的第二时间点之间的角度变化，基于通过将从第一时间点到第二时间点的角度变化除以第一与第二时间点之间的时间段获得的值计算电动机的旋转速度，基于旋转速度控制电动机。

因此，本发明的主要优点在于，即使在相对较长的计算周期下，基于解算器输出，电动机旋转速度可准确计算。

结合附图，阅读下面对本发明的详细介绍，将会明了本发明的上述以及其他目的、特征、实施形态和优点。

附图说明

图1为电动机驱动控制系统的整体构造图；

图2为控制装置的(第一)功能框图；

图3为示出了控制装置的过程的(第一)流程图；

图4为示出了旋转速度NM的计算方法的(第一)图；

图5为示出了控制装置的过程的(第二)流程图；

图6为示出了旋转速度NM的计算方法的(第二)图；

图7为示出了控制装置的过程的(第三)流程图；

图8示出了当N＝N1时的旋转速度NM的更新定时；

图9示出了当N＝N2时的旋转速度NM的更新定时；

图10为用于确定划分数量N的映射图；

图11为控制装置的(第二)功能框图；

图12为示出了控制装置的过程的(第四)流程图；

图13为用于计算预测周期α的映射图；

图14示出了旋转速度NM、预测允许计数器nf和预测禁止标识F的时间变化；

图15为示出了控制装置的过程的(第五)流程图；

图16示出了旋转速度NM的时间变化；

图17为示出了控制装置的过程的(第六)流程图。

具体实施方式

下面，将参照附图详细介绍本发明的实施例。应当注意，幅图中相同或相关的部分将用相同的参考标号表示，原则上不重复对其进行介绍。

[第一实施例]

图1为根据本发明第一实施例的控制装置应用到的电动机驱动控制系统100的整体结构图。

参照图1，电动机驱动控制系统100包含DC电压产生单元10#、平滑电容器C0、变换器14、电动机M1和控制装置30。

DC电压产生单元10#包含DC电源B、平滑电容器C1、转换器12。

DC电源B典型地由镍金属氢化物、锂离子或类似的二次电池实现，或由例如电气双层电容器的电力存储装置实现。

转换器12包含电抗器、两个开关元件、两个二极管。转换器12的两个开关元件分别由来自控制装置30的控制信号S1和S2控制。在升压操作中，转换器12升高正电极线6和负电极线5之间的电压(DC电源B两端之间的电压)，并将升压电压输出在正电极线7和负电极线5之间。在降压操作中，转换器12对正电极线7和负电极线5之间的电压进行降压，并将降压电压在正电极线6和负电极线5之间输出。

平滑电容器C0对来自转换器12的DC电压进行平滑，并将平滑后的DC电压供到变换器14。

变换器14包含并联设置在正电极线7和负电极线5之间的三相(U、V、W相)上下臂(开关元件)。相应相的上下臂的开通/关断由来自控制装置30的控制信号S3-S8控制。变换器14将供自转换器12的DC电力转换为AC电力，以便供到电动机M1。转换器12将电动机M1产生的再生电力(AC电力)转换为DC电力，用于供到转换器12。

电动机M1为用于行驶的电动机，例如，用于产生转矩，以便驱动电动车(其可代表用电能产生车辆驱动力的车辆，例如混合动力车、电气车辆以及燃料电池车辆)的驱动轮。电动机M1被配置为既作为电动机运行又作为发电机运行。典型地，电动机M1为永磁型三相同步电动机，U、V、W相三个线圈的一端共同连接到中性点。各相线圈的另一端连接到变换器14的各相的上下臂的中间点。

电动机驱动控制系统100还包含解算器25。解算器25包含附着到电动机M1旋转轴的转子以及定子，检测转子的旋转角度并将检测结果作为解算器角度θ输出到控制装置30。解算器25可如公知中的那样配置。假设解算器25的角度的乘法因子为a(a为自然数)，解算器25输出a乘以解算器角度θ，其相位在转子做一次旋转时变化360°。换句话说，解算器角度θ的相位在电动机M1作1/a旋转时变化360°。下面的说明中使用的“解算器周期”应当指解算器角度θ完成一个周期(变化360°)的时间段。本发明适用于具有任何的角度乘法因子的解算器。

控制装置30由包含未示出的存储器和CPU(中央处理单元)的ECU(电子控制单元)实现，基于存储在存储器中的数据来控制电动机驱动控制系统100的运行。

已经知道，来自解算器25的解算器角度θ输出包含与转子的旋转同步的误差分量。因此，取决于获得解算器角度θ的定时(timing)，在解算器角度θ和转子实际旋转角度之间可能存在相对较大的误差。

特别地，在较低的速度时(当电动机旋转速度低于预定值时)，解算器角度θ中的误差可能增大，这是因为解算器周期较长，电动机M1的旋转能量相对减小，故干扰的影响增大。

鉴于这些问题，控制装置30基于解算器角度θ计算多种类型的电动机M1旋转速度，取决于电动机M1的运行状态和用途，正确地使用这些旋转速度。

图2为控制装置30的功能框图。图2所示的各个功能块可经由硬件或软件实现。

控制装置30包含计算单元40和控制单元50。基于从解算器25接收的解算器角度θ，计算单元40计算多种类型的电动机旋转速度。计算单元40包含：计算单元41，其计算旋转速度Nms；计算单元42，其计算旋转速度NM。

计算单元41测量每ms的解算器角度θ变化，并通过将测量得到的变化转换为电动机旋转速度来计算旋转速度Nms。另外，计算单元41每2ms计算过去的两个旋转速度Nms的平均旋转速度。为了消除叠加在旋转速度Nms上的误差的影响，计算单元41每2.5ms计算通过使多个过去的旋转速度Nms受到一阶滞后处理获得的旋转速度。

计算单元42测量与一个解算器周期对应的解算器角度θ的变化，并将测量得到的变化转换为电动机旋转速度，以便计算旋转速度NM。从与一个解算器周期对应的解算器角度θ的变化计算的旋转速度NM为较少受到解算器误差影响的值。

通过这种方式，计算单元40总共计算四种类型的旋转速度：旋转速度Nms；旋转速度Nms的平均旋转速度；通过使旋转速度Nms受到一阶滞后处理获得的旋转速度；旋转速度NM。应当注意，通过计算单元40计算的旋转速度不限于这些。

控制单元50产生控制信号S1-S8，用于将由计算单元40计算的旋转速度变为接近于目标旋转速度，以便输出到转换器12和变换器14。在此阶段，取决于电动机M1的运行状态和用途，控制单元50判断上面提到的四种旋转速度中的哪一种用于产生控制信号S1-S8。

当前实施例的特征在于由计算单元42计算旋转速度NM的技术。现在将详细介绍这一点。

计算单元42将与一个解算器周期对应的360°的角度划分为N个区间(下面称为“区域”)(N为大于或等于2的自然数)，并判断解算器角度θ是否越过各个划分边界。当判断为解算器角度θ越过划分边界时，计算单元42将此时的时刻T和解算器角度θ存储和保持在存储器中，分别作为当前周期的解算器角度和划分边界越过时刻。

每当计算单元42判断为解算器角度θ越过划分边界时，基于在刚好上一个解算器周期中在存储器中存储和保持的解算器角度和划分边界越过时刻，并基于当前周期的解算器角度θ和划分边界越过时刻T，计算单元42计算旋转速度NM。通过这种方式，将与一个解算器周期对应的360°的角度划分为N个区间以使旋转速度NM的计算周期短于解算器周期(即将一个解算器周期内旋转速度NM的计算次数增大到多于一次的N次)使得即使在低电动机旋转速度下旋转速度NM的准确计算成为可能。

在划分边界越过的判断准确度中的改进将会导致解算器角度θ变化360°的时间周期(即解算器周期)的正确测量，这可改善旋转速度NM的计算准确度。改进划分边界越过的判断准确度的技术可经由硬件或软件来实现。然而，对于简单地经由软件的实现，计算周期需要非常短，这是不实际的。例如，假设解算器的角度乘法因子为2，电动机的极对数为4，电动机旋转速度为10000rpm，计算周期需要小于或等于1μs。形成对比的是，经由硬件的实现在技术上相对较为容易，但可能导致成本的增大。

因此，根据当前实施例的控制装置30执行这样的控制：即使是在每个划分边界计算至少一次的相对较长的计算周期下，其能以能够经由软件实现的模式使得旋转速度NM计算准确度中的劣化最小化。当前实施例的特征在于这一点。

图3为一流程图，其示出了当计算旋转速度NM时的控制装置30的过程。图3所示的流程图以每个划分边界计算至少一次的相对较长的计算周期(例如2.5ms)重复执行。应当注意，每个步骤(下面简称为“S”)可如上所述地经由硬件实现，但从减小成本增长的角度看来希望经由软件实现。

在S10中，控制装置30计算当前周期的区域号n。区域号n为这样的值：其指示解算器角度θ属于上面介绍的N个区域中的哪一区域。控制装置30基于下面的表达式(1)计算区域号n：

n＝floor(θ/θz)...(1)

这里，floor(θ/θz)为一函数，表示通过将θ/θz的值舍入十进制小数所获得的值。每个区域的解算器角度用“θz”表示。例如，当划分数N＝10时，θz为360/10＝36°。假设当前周期中的计算时刻T上的解算器角度为260°，区域号n＝floor(260/36)＝floor(7.22......)＝7。在一个解算器周期中，区域号n为从0变化到N-1的整数。

在S11中，控制装置30判断解算器角度θ是否越过划分边界。在当前周期中的区域号n不等于前一周期中的区域号n_o时(当n≠≈n_o时)，控制装置30判断为解算器角度θ越过划分边界。当解算器角度θ不越过划分边界时(S11中的否)，控制装置30终止过程。当解算器角度θ越过各划分边界时(S11中的是)，控制装置30将过程前进到S12。

在S12中，控制装置30使用下面的表达式(2)计算刚好前一个解算器周期的第n个区域中的计算时刻T[n]和当前周期中的计算时刻T之间的时间差ΔT[n]，并使用下面的表达式(3)计算从T[n]的解算器角度变化Δθ[n]：

ΔT[n]＝T-T[n]...(2)

Δθ[n]＝360+{θ-θ[n]}...(3)

这里，θ[n]为在刚好前一个解算器周期的第n区域中的计算时刻T[n]上获得的解算器角度。特别地，通过将360°加到当前周期获得的解算器角度θ与刚好前一个解算器周期获得的解算器角度θ[n]之间的差，控制装置30计算在时间差ΔT[n]的情况下的解算器角度变化Δθ[n]。

在S13中，控制装置30使用下面的表达式(4)计算旋转速度NM：

NM＝K·(Δθ[n]/ΔT[n])...(4)

这里，“Δθ[n]/ΔT[n]”为解算器角度θ与时间差ΔT[n]的变化比，“K”为将变化比转换为电动机旋转速度(以rpm为单位)的系数。在当前实施例中，K＝(2π/360)×(1/60)。

在S14中，控制装置30分别将在当前周期中计算或获得的θ、T和n在存储器中存储(保持)为θ[n]、T[n]和n_o，用于后面的计算。

图4示出了在当前实施例中计算旋转速度NM的技术。应当注意，图4示出了当前周期中的计算时刻T上的区域号n为“7”的情况。

在当前周期中的计算时刻T上的区域号n为“7”时，控制装置30计算刚好上一个解算器周期的第七个区域中的计算时刻T[7]和当前周期的计算时刻T之间的时间差ΔT[7](＝T-T[7])，如图4所示。

于是，通过将时刻T上的解算器角度θ和时刻T[7]上的解算器角度θ[7]之间的差加到与一个解算器周期对应的360°的角度，控制装置30计算从时刻T[7]到时刻T的解算器角度变化Δθ[7]。于是，通过将系数K乘以把解算器角度变化Δθ[7]除以时间差ΔT[7]获得的值，控制装置30计算当前周期中的旋转速度NM。

特别地，当前实施例的特征在于，从时刻T[n]到时刻T的解算器角度变化Δθ[n]不为360°，而是通过将θ与θ[n]之间的差加到360°获得的值(在图4所示的实例中，Δθ[7]不是360°，而是360°+{θ-θ[7]})。

特别地，由于根据当前实施例的控制装置30--在各个相对较长的计算周期(每2.5ms)上，其判断解算器角度θ是否越过各个划分边界--不能正确确定解算器角度实际越过各个划分边界的时刻。因此，在实际的划分边界越过时刻和控制装置30判断为越过划分边界时的时刻之间发生偏差。也就是说，从刚好上一个解算器周期的第n个区域中的时刻T[n]到当前周期的第n个区域中的时刻T的解算器角度变化Δθ[n]不是360°，而是与360°具有轻微偏差的值。

为了校正这种偏差，控制装置30将解算器角度变化Δθ[n]设置为通过将θ与θ[n]之间的差加到360°获得的值，而不是360°。从时刻T[n]到时刻T的解算器角度变化Δθ[n]由此可被准确计算，使得旋转速度NM的计算准确度能够得到改进。

如上面所介绍的，以各个相对较长的计算周期，根据当前实施例的控制装置30判断解算器角度θ是否越过各个划分边界。因此，从刚好上一个解算器周期中的越过划分边界的时刻到当前周期中的越过划分边界的时刻的时间段不与一个解算器周期正确匹配。将这一点纳入考虑，控制装置30将从刚好前一个解算器周期中的越过划分边界时刻到当前周期中的越过划分边界时刻的时间段中的解算器角度变化校正为通过将刚好前一个解算器周期与当前周期之间的解算器角度差加到360°获得的值，而不是360°，由此计算旋转角度NM。由此，即使是在相对较长的计算周期下，旋转角度NM可基于解算器角度θ准确计算。

[第一实施例的第一变型]

上面的第一实施例已经介绍了这样的情况：当判断出越过划分边界时的时间和解算器角度被保持。

形成对比的是，在这一变型中，当前周期的计算时刻和刚好前一区域的计算时刻之间的时间差以及当前周期的解算器角度与刚好前一区域的解算器角度之间的差被保持，而不是保持在判断出越过划分边界时的时间和解算器角度。

图5为一流程图，其示出了根据此变型的控制装置30的过程。应当注意，图5所示的用与图3所示相同的标号表示的步骤已经介绍，因此这里不再重复对其进行详细介绍。

当判断为解算器角度θ越过划分边界时(S11中的是)，在S12a处，控制装置30使用下面的表达式(2a)计算刚好前一个区域中的计算时刻T(n-1)与当前周期的计算时刻T之间的时间差ΔT(n)，使用下面的表达式(3a)计算从刚好上一个区域中的计算时刻T(n)到当前周期的计算时刻T的解算器角度变化Δθ(n)。

ΔT(n)＝min{T-T(n-1)，Tmax}...(2a)

Δθ(n)＝θ-θ(n-1)...(3a)

这里，“min{T-T(n-1)，Tmax}”表示“T-T(n-1)”和上限时间“Tmax”中的较小的一个。刚好上一个区域中的计算时刻T(n-1)的解算器角度用“θ(n-1)”表示。特别地，控制装置30计算当前周期的计算时刻T上的解算器角度θ和刚好前一个区域中的计算时刻T(n)上的解算器角度θ(n)之间的差，作为在时间差ΔT(n)的情况下的解算器角度变化Δθ(n)。

在S12b中，控制装置30使用下面的表达式(2b)计算时间差总值∑ΔT(n)，并使用下面的表达式(3b)计算解算器角度变化总值∑Δθ(n)：

∑ΔT(n)＝ΔT(0)+ΔT(1)+...+ΔT(N-1)...(2b)

∑Δθ(n)＝Δθ(0)+Δθ(1)+...+Δθ(N-1)...(3b)

特别地，控制装置30将最近的N个时间差ΔT的总值计算为与一个解算器周期对应的时间段，并将最近的N个解算器角度变化Δθ(n)的总值计算为与一个解算器周期对应的时间段中的解算器角度变化。

在S13a中，使用下面的表达式(4a)，控制装置30计算旋转速度NM：

NM＝K·(∑Δθ(n)/∑ΔT(n))...(4a)

在S14a中，控制装置30将在当前周期中计算的Δθ(n)和ΔT(n)存储在存储器中，以便用于后续的计算，并在存储器中将当前周期中计算的n存储(保持)为n_o，以便用于后续的计算。

图6示出了这一变型中的计算旋转速度NM的技术。应当注意，图6还示出了当前周期中的计算时刻T上的区域号n为“7”的情况，类似于上面介绍的图4。

在此变型中，每当判断为解算器角度θ越过划分边界时，与刚好上一个区域的时间差ΔT(n)和解算器角度变化Δθ(n)被计算并被存储在存储器中。例如，在当前周期中的区域号n为“7”时，区域7中的时间差ΔT(7)为T-T(6)，区域7中的解算器角度变化Δθ(7)为θ-θ(6)，如图6所示。

于是，控制装置30将时间差总值∑ΔT(最近的N个时间差ΔT的总值)计算为与一个解算器周期对应的时间段。控制装置30还将解算器角度变化总值∑Δθ(最近的N个解算器角度变化Δθ的总值)计算为与一个解算器周期对应的时间段中的解算器角度变化。在当前周期中的区域号n为“7”时，∑ΔT(7)＝ΔT(8)+ΔT(9)+ΔT(0)+ΔT(1)+...+ΔT(7)，∑Δθ(7)＝Δθ(8)+Δθ(9)+Δθ(0)+Δθ(1)+...Δθ(7)，如图6所示。

于是，控制装置30计算当前周期中的旋转速度NM，通过用系数K乘以将解算器角度变化总值∑Δθ除以时间差总值∑ΔT获得的值。

类似于第一实施例，即使在相对较长的计算周期下，旋转速度NM由此可基于解算器角度θ准确计算。另外，保持区域之间的差可甚至是在低速时防止存储器溢出。

[第一实施例的第二变型]

在前面介绍的第一实施例及其第一变型中，划分数N为固定数。形成对比的是，在此变型中，划分数N依赖于电动机旋转速度而变化。

图7为一流程图，其示出了根据此变型的控制装置30的过程。在S20中，使用下面的表达式(1-1)，控制装置30计算当划分数N被设置为预定值N1时的区域号n1，使用下面的表达式(1-2)，计算当划分数N被设置为预定值N2时的区域号n2。

n1＝floor(θ/θz1)...(1-1)

n2＝floor(θ/θz2)...(1-2)

在表达式(1-1)和(1-2)中，θz1＝360/N1，θz2＝360/N2。

现在将介绍预定值N1与N2。预定值N1与N2被设置为至少满足下面的表达式(5)的值：

(解算器周期/Tr)＜N2＜N1＜(解算器周期×f)...(5)

在表达式5中，“Tr”为存储器溢出的值，“解算器周期/Tr”为为了防止存储器溢出能规定的划分数N的最小值。每单位时间的计算数(以Hz为单位)用“f”表示，“解算器周期×f”为为了获得旋转速度NM的正确计算能规定的划分数N的最大值。也就是说，预定值N1与N2各自预先设置为防止存储器溢出的值和使得旋转速度NM的正确计算成为可能的值。

应当注意，假设解算器的角度的乘法因子为a，电动机极对数为b，电动机旋转速度为c(以rpm为单位)，解算器周期可用60×a/(b×c)表示。因此，上面的表达式(5)可变换为表达式：

{60×a/(b×c×Tr)}＜N2＜N1＜{(60×a×f)/(b×c)}。

在S21a中，控制装置30判断解算器角度θ是否在N＝N1的情况下越过划分边界。当区域号n1从上一次计算中的区域号n1_o改变时，控制装置30判断为解算器角度θ在N＝N1的情况下越过划分边界。

当解算器角度θ在N＝N1的情况下越过划分边界时(S21a中的是)，在划分数N被设置为N1的情况下，控制装置30执行分别与图5所示的S12a-S14a类似的S22a-S25a，由此计算划分数N＝N1的情况下的旋转速度NM1。

当解算器角度θ没有在N＝N1的情况下越过划分边界时(S21中的否)，在划分数N被设置在N2的情况下，控制装置30执行分别与S21a-S25a类似的S22b-S25b，由此计算划分数N＝N2的情况下的旋转速度NM2。

在S26中，取决于电动机旋转速度(旋转速度Nms、旋转速度Nms的平均旋转速度、使旋转速度Nms受到一阶滞后处理获得的旋转速度、旋转速度NM中的任意一个)，控制装置30确定划分数N将被设置为预定值N1还是预定值N2。

这里，预定值N1与N2被设置为满足表达式(5)的值，各自为能防止存储器溢出的值和使得旋转速度NM的正确计算成为可能的值，如上面介绍的那样。

图8示出了N＝N1的情况下的旋转速度NM的更新定时。图9示出了N＝N2(＜N1)的情况下的旋转速度NM的更新定时。由图8和图9可见，相比于划分数N＝N2的情况(图9)，在划分数N＝N1--N1大于N2--的情况下(图8)，能使旋转速度NM的更新定时(计算周期)较短。

图10为用于确定划分数N的映射图。由于每当解算器角度θ越过划分边界时旋转速度NM被更新，旋转速度NM的更新周期被表达为“解算器周期/划分数N”。由于解算器周期在电动机旋转速度较低时较长，旋转速度NM的更新周期也随着电动机旋转速度较低而较长。因此，随着电动机旋转速度较低，旋转速度NM的响应延迟更有可能发生，其可能导致旋转速度NM的劣化的计算准确度。为了处理这一问题，如图10所示，在电动机旋转速度高于预定速度的区域中，控制装置30将划分数N设置为“N2”，在电动机旋转速度低于预定速度的区域中，设置为大于N2的“N1”。

应当注意，当计算周期可被改变时，可每个计算周期改变映射图。例如，当计算周期为2.5ms时，映射图1可用于设置划分数N，当计算周期短于2.5ms时，划分数N被设置为N1的区域相对于映射图1向着高速侧延伸的映射图2(长短交替虚线)可用于设置划分数N。

重新参照图7，控制装置30在S27中判断使用图10所示的上述映射图确定的划分数N是否为N1。当划分数N为N1时(S27中的是)，控制装置30在S28中将旋转速度NM设置为旋转速度NM1。当划分数N为N2时(S27中的否)，控制装置30在S29中将旋转速度NM设置为旋转速度NM2。

如上面所介绍的，在此变型中，在电动机旋转速度低于预定速度的区域中，划分数N从N2变为大于N2的N1。相比于划分数固定为N2的情况，这能使得在低速下旋转速度NM的响应延迟最小化。因此，甚至在低速下，旋转速度NM可得到准确计算。

[第二实施例]

上面的第一实施例已经介绍了基于解算器角度计算旋转速度NM的技术。形成对比的是，第二实施例将介绍基于旋转速度NM预测电动机旋转速度的技术。

图11为根据第二实施例的控制装置30A的功能框图。控制装置30A包含计算单元40A和控制单元50A。计算单元40A包含除计算单元41和42以外的计算单元43。计算单元41与42的功能已经在上面在第一实施例中介绍，这里将不再重复对其进行详细介绍。

基于由计算单元42计算的旋转速度NM的历史，计算单元43在旋转速度NM的计算时间点后面的未来时间点(下面也称为“预测时间点”)上计算电动机M1的预测旋转速度Nest。

控制单元50A产生用于将由计算单元40a计算得到的旋转速度变为接近于目标旋转速度的控制信号S1-S8，并将该信号输出到转换器12和变换器14。在此阶段，依赖于电动机M1的运行状态和用途，控制单元50A判断由计算单元40A计算的旋转速度--例如旋转速度Nms、NM和Nest--中的哪一个用于产生控制信号S1-S8。

现在将详细介绍由计算单元43计算预测旋转速度Nest的技术。为了避免当旋转速度突然变化时旋转速度的延迟识别，在预测时间点上，由相对于旋转速度NM的旋转速度NM的变化率，计算单元43预测旋转速度，由此计算预测的旋转速度Nest。

然而，如上面所介绍的，旋转速度NM的更新周期在电动机旋转速度较低时较长，故旋转速度NM在低速时建立响应延迟。因此，预测旋转速度Nest也在低速时建立响应延迟。另外，即使在车辆正在以恒定的加速度从低速加速时，可能识别为好像加速已经突然变化，这可导致预测旋转速度Nest被过大地计算。

为了处理这一问题，控制装置30A随着电动机旋转速度较低而预测更为遥远的未来，由此减小低速时的预测旋转速度Nest的响应延迟。

图12为一流程图，其示出了当计算预测旋转速度Nest时的控制装置30A的过程。

在S30中，控制装置30A将过去的多个(例如四个)旋转速度NM的移动平均值计算为平均旋转速度Nave。

在S31中，控制装置30A判断当前周期中的平均旋转速度Nave是否高于前一周期中的平均旋转速度Nave_o。当Nave＞Nave_o时(S31中的是)，控制装置30A在S32中将上升计数器mup从前面的值mup_o增大1，并将下降计数器mdwn设置为零。当Nave＜Nave_o时(S31中的否)，控制装置30A在S34中将上升计数器mup设置为0，并将下降计数器mdwn从前面的值mdwn_o增大1。

在S35中，控制装置30A判断上升计数器mup是否大于阈值m1。

当mup＞m1时(S35中的是)，基于电动机旋转速度(旋转速度Nms、旋转速度Nms的平均旋转速度、通过使旋转速度Nms收到一阶滞后处理获得的旋转速度、旋转速度NM中的任意一个)，控制装置30A在S36中计算预测周期α。

图13示出了用于计算预测周期α的映射图。如图13所示，随着电动机旋转速度较低，预测周期α被设置为较大的值。

重新参照图12，控制装置30A在S37中判断，旋转速度NM是否实质上具有与前一值NM_o相等的值。

当NM≈NM_o时(S37中的是)，控制装置30A在S38中将预测允许计数器nf设置为0，并在S39中将预测禁止标识F设置为1。于是，过程进行到S43。

当NM≈NM_o不成立时(S37中的否)，控制装置30A在S40中将预测允许计数器nf从前一值nf_o增大1，并在S41中判断预测允许计数器nf是否已经到达上限f1。当nf＝f1时(S41中的是)，控制装置30A在S42中将预测禁止标识F设置为0，并将过程前进到S43。当nf＜f1时(S41中的否)，控制装置30A将过程前进到S43。

在S43中，控制装置30A判断预测禁止标识F是否处于1。当F＝1时(S43中的是)，控制装置30A在S44中将预测周期α设置为0。于是，过程进行到S45。当F≠1时(S43中的否)，控制装置30A将过程前进到S45。

在S45中，使用下面的表达式(6)，控制装置30A计算预测旋转速度Nest：

Nest＝NM+α·(Nave-Nave_o)...(6)

这里，随着电动机旋转速度较低，预测周期α被设置为较大(较长)的值，如上面介绍的图13所示。旋转速度NM的计算时间点与预测时间点之间的时间差相应地随着电动机旋转速度较低而增大，允许预测更为遥远的未来的旋转速度。这能减小低速下的预测旋转速度Nest的响应延迟。

在预测旋转速度Nest的计算之后，控制装置30A在S50中判断预测旋转速度Nest是否低于前面的值Nest_o。当Nest＜Nest_o时(S50中的是)，控制装置30A在S51中将预测旋转速度Nest保持为前面的值Nest_o，而不更新到当前值。于是，过程进行到S52。

当在S35中判断为mup＜m1时(S35中的否)，控制装置30A在S46中判断下降计数器mdwn是否具有小于阈值m2的值。当mdwn＞m2时(S46中的否)，控制装置30A在S48中执行与S36类似的处理，以根据电动机旋转速度计算预测周期α，并在S49中执行与S45类似的处理，以计算预测旋转速度Nest。

当mdwn＜m2时(S46中的是)，使用下面的表达式(7)，控制装置30A在S47中计算预测旋转速度Nest：

Nest＝Nest_o-(Nave_o-NM)/L  ...(7)

应当注意，“L”表示Nave_o的计算时刻和NM的计算时刻之间的时间差。

在S52中，控制装置30A在存储器中将当前周期中计算的预测旋转速度Nest和平均旋转速度Nave分别存储为值Nest_o和Nave_o，用于后续计算。

如上面所介绍的，在当前实施例中，如上面提到的表达式(6)所示，预测旋转速度Nest使用在低速时建立响应延迟的旋转速度NM来计算。相应地，预测旋转速度Nest也在低速时建立响应延迟。因此，随着电动机旋转速度较低，控制装置30A将用于计算预测旋转速度Nest的预测周期α设置为较大的值，如上面介绍的图13所示。随着电动机旋转速度较低，这允许更为遥远的未来被预测，其可减小低速时预测旋转速度Nest的响应延迟。

在当前实施例中，当旋转速度NM不变时，旋转速度的预测被禁止。

图14示出了旋转速度NM、预测允许计数器nf、预测禁止标识F的时间变化。

当旋转速度NM并非正在改变时，预测禁止标识F被设置为1，如图14所示。当预测禁止标识F为1时，预测周期α被设置为0。由于术语“α·(Nave-Nave_o)”在前面提到的表达式(6)中相应地变为0，预测旋转速度Nest被设置为旋转速度NM自身。也就是说，旋转速度的预测在旋转速度NM并非正在改变且不需要考虑响应延迟的状态下被禁止。

当旋转速度NM正在改变时，预测允许计数器nf被增大，预测禁止标识F在预测允许计数器nf已经达到上限f1的时间点上被设置为0。上面提到的表达式(6)中的术语“α·(Nave-Nave_o)”相应地发挥作用，使得通过将α·(Nave-Nave_o)加到旋转速度NM获得的值被计算为预测旋转速度Nest。

如上所述，在当前实施例中，旋转速度预测的允许和禁止依赖于旋转速度NM是否正在变化(是否有必要考虑响应延迟)而切换，故预测旋转速度Nest可以以更高的准确度计算。

[第二实施例的第一变型]

在上面介绍的第二实施例中，预测周期α在低速下被变为较大的值，由此减小低速下由于旋转速度NM的响应延迟导致的预测旋转速度Nest的响应延迟。

形成对比的是，在本变型中，低速下旋转速度NM自身的响应延迟被减小，由此减小预测旋转速度Nest的响应延迟。

图15为一流程图，其示出了当根据此变型的控制装置30A计算旋转速度NM时的过程。应当注意，图15中示出的与图5所示用相同标号表示的步骤已经介绍，因此这里将不再重复对其进行详细介绍。

在S40中，控制装置30A判断刚好前一个区域中的计算时刻T(n-1)与当前周期中的计算时刻T之间的差是否短于上限时间Tmax。

在此变型中，上限时间Tmax被设置为通过将旋转速度NM为下限旋转速度Nth时的解算器周期除以划分数N获得的值。由于与一个解算器周期对应的角度为360°，下面的表达式(8)所示的下限旋转速度Nth和上限时间Tmax之间的关系成立：

Nth＝K·{360/(N·Tmax)}...(8)

当T-T(n-1)＜Tmax时(S40中的是)，过程进行到S41。否则(S40中的否)，过程进行到S12a。

在S41中，控制装置30A判断预测禁止标识F是否处于1。当F＝1时(S41中的是)，过程进行到S42。否则(S41中的否)，过程进行到S12a。

在S42中，控制装置30A将存储在存储器中的前面的区域中的所有计算时刻T(ALL)和解算器角度θ(All)更新为0。

图16示出了此变型中的旋转速度NM的时间变化。在此变型中，如图16所示，当电动机M1的实际旋转速度(实线)下降为低于下限旋转速度Nth时，旋转速度NM(长短交替虚线)被保持在下限旋转速度Nth。这是由于用于计算旋转速度NM的时间差ΔT在S12a中被限制为上限时间Tmax(与下限旋转速度Nth对应的时间段)，而不是T-T(n-1)，因为T-T(n-1)超过了上限时间Tmax。这允许旋转速度NM在∑ΔT＞N·Tmax时保持在下限旋转速度Nth。

当电动机M1的实际旋转速度增大为重新超过下限旋转速度Nth时，基于在实际旋转速度已经超过下限旋转速度Nth后检测到的解算器角度θ和计算时刻T(划分边界越过时刻)，计算旋转速度NM。这是因为，当T-T(n-1)下降到低于上限时间Tmax时(S40中的是)，存储在存储器中的前面的区域中的所有计算时刻T(ALL)和解算器角度θ(All)在S42中被更新为0。这减小了旋转速度NM的响应延迟，其能避免甚至是在车辆正在从低速以恒定的加速度加速时(参照一长二短交替虚线)错误识别为如同加速已经突然改变一样。这也能防止预测旋转速度Nest被过大地计算。

[第二实施例的第二变型]

在上面介绍的第二实施例中，上面的表达式(6)中用于计算预测旋转速度Nest的旋转速度的变化率(Nave-Nave_o)由旋转速度NM的移动平均来计算。

与此形成对比的是，在此变型中，用于计算预测旋转速度Nest的旋转速度的变化率由旋转速度Nms而不是旋转速度NM来计算。

图17为一流程图，其示出了根据此变型的控制装置30A的过程。应当注意，图17所示的用与图12所示相同的符号表示的步骤已经介绍，因此这里将不再重复对其进行详细介绍。

在S60中，作为平均旋转速度Nave，控制装置30A计算多个过去的旋转速度Nms的移动平均，而不是多个过去的旋转速度NM的移动平均。

当mup＞m1时(S35中的是)，控制装置30A在S61中计算使用旋转速度Nms获得的平均旋转速度Nave的变化率(＝Nave-Nave_o)，并使用计算得到的变化率以及上面提到的表达式(6)计算预测旋转速度Nest。

当mdwn＞m2时(S46中的否)，控制装置30A在S62中将预测旋转速度Nest设置为旋转速度NM。也就是说，控制装置30A不进行旋转速度的预测。

如上面所介绍的，在此变型中，用于计算预测旋转速度Nest的旋转速度变化率使用即使在低速时也不建立响应延迟的旋转速度Nms来计算，而不是使用可在低速时建立响应延迟的旋转速度NM。这一点能防止上面提到的预测旋转速度Nest的突然变化，其能防止预测旋转速度Nest被过大地计算。

尽管已经详细介绍和示出了本发明，将会明了，其仅仅出于说明和举例，不是为了进行限制，本发明的范围由所附权利要求书的条款解释。

Claims (10)

1.一种电动机用控制装置，包含：

解算器，其检测所述电动机的旋转角度；以及

控制单元，其基于所述解算器的输出来控制所述电动机，

所述控制单元：

将与所述解算器的输出的一个周期对应的角度划分为多个区间，在各个预定的计算周期上，判断所述解算器的检测到的角度是否越过所述多个区间间的任何边界，

计算从判断出所述检测到的角度越过边界时的第一时间点到在一个周期后判断出所述越过边界时的第二时间点之间的角度变化，

基于通过将从所述第一时间点到所述第二时间点的角度变化除以所述第一时间点与所述第二时间点之间的时间段获得的值，计算所述电动机的旋转速度，以及

基于所述旋转速度，控制所述电动机，

其中，所述控制单元：

每当判断出所述越过边界时，存储当判断出所述越过边界时的时间和所述检测到的角度，

通过将所述第一时间点与所述第二时间点之间的所述检测到的角度的差加到对应于所述一个周期的角度，计算从所述第一时间点到所述第二时间点的角度变化，以及

将所述第一时间点与所述第二时间点之间的时间差计算为所述第一时间点与所述第二时间点之间的时间段。

2.一种电动机用控制装置，包含：

解算器，其检测所述电动机的旋转角度；以及

控制单元，其基于所述解算器的输出来控制所述电动机，

所述控制单元：

将与所述解算器的输出的一个周期对应的角度划分为多个区间，在各个预定的计算周期上，判断所述解算器的检测到的角度是否越过所述多个区间间的任何边界，

计算从判断出所述检测到的角度越过边界时的第一时间点到在一个周期后判断出所述越过边界时的第二时间点之间的角度变化，

基于通过将从所述第一时间点到所述第二时间点的角度变化除以所述第一时间点与所述第二时间点之间的时间段获得的值，计算所述电动机的旋转速度，以及

基于所述旋转速度，控制所述电动机，

其中，所述控制单元：

每当判断出所述越过边界时，存储当判断出所述越过边界时和在最接近的前一个区间中判断出所述越过边界时之间的所述检测到的角度中的区间角度差和区间时间差，

将所述多个区间的所述区间角度差的总值计算为从所述第一时间点到所述第二时间点的角度变化，以及

将所述多个区间的所述区间时间差的总值计算为所述第一时间点与所述第二时间点之间的时间段。

3.根据权利要求1或2的控制装置，其中，所述控制单元将所述第一时间点与所述第二时间点之间的时间段限制为预定的上限时间。

4.根据权利要求1或2的控制装置，其中，依赖于所述旋转速度，所述控制单元改变与所述一个周期对应的角度的划分数量。

5.根据权利要求4的控制装置，其中，随着所述旋转速度的降低，所述控制单元增大所述划分数量。

6.根据权利要求4的控制装置，其中，假设所述解算器的角度的乘法因子为a，所述电动机的极对数为b，所述电动机每分钟的速度为c，每秒钟的计算次数为f，存储用于计算所述旋转速度的信息的存储器溢出的值为Tr，在大于60×a/（b×c×Tr）并小于（60×a×f）/（b×c）的范围内，所述控制单元改变所述划分数量。

7.根据权利要求1或2的控制装置，其中，在所述旋转速度被计算的时间点之后的第三时间点上，基于当所述旋转速度被计算时的时间点之前的所述旋转速度的历史，所述控制单元预测所述旋转速度。

8.根据权利要求7的控制装置，其中，当预测所述旋转速度时，随着所述旋转速度的降低，所述控制单元延伸当所述旋转速度被计算时的时间点和所述第三时间点之间的时间差。

9.一种由电动机用控制装置进行的控制方法，检测所述电动机的旋转角度的解算器被连接到所述控制装置，

所述控制方法包含以下步骤：

将与所述解算器的输出的一个周期对应的角度划分为多个区间，在各个预定的计算周期上，判断所述解算器的检测到的角度是否越过所述多个区间间的任意边界；

计算从判断出所述检测到的角度越过边界时的第一时间点到一个周期后判断出所述越过边界时的第二时间点之间的角度变化；

基于通过将从所述第一时间点到所述第二时间点的角度变化除以所述第一时间点与所述第二时间点之间的时间段获得的值，计算所述电动机的旋转速度；以及

基于所述旋转速度，控制所述电动机，

其中，

每当判断出所述越过边界时，存储当判断出所述越过边界时的时间和所述检测到的角度，

通过将所述第一时间点与所述第二时间点之间的所述检测到的角度的差加到对应于所述一个周期的角度，计算从所述第一时间点到所述第二时间点的角度变化，以及

将所述第一时间点与所述第二时间点之间的时间差计算为所述第一时间点与所述第二时间点之间的时间段。

10.一种由电动机用控制装置进行的控制方法，检测所述电动机的旋转角度的解算器被连接到所述控制装置，

所述控制方法包含以下步骤：

将与所述解算器的输出的一个周期对应的角度划分为多个区间，在各个预定的计算周期上，判断所述解算器的检测到的角度是否越过所述多个区间间的任意边界；

计算从判断出所述检测到的角度越过边界时的第一时间点到一个周期后判断出所述越过边界时的第二时间点之间的角度变化；

基于通过将从所述第一时间点到所述第二时间点的角度变化除以所述第一时间点与所述第二时间点之间的时间段获得的值，计算所述电动机的旋转速度；以及

基于所述旋转速度，控制所述电动机，

其中，

每当判断出所述越过边界时，存储当判断出所述越过边界时和在最接近的前一个区间中判断出所述越过边界时之间的所述检测到的角度中的区间角度差和区间时间差，

将所述多个区间的所述区间角度差的总值计算为从所述第一时间点到所述第二时间点的角度变化，以及

将所述多个区间的所述区间时间差的总值计算为所述第一时间点与所述第二时间点之间的时间段。

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