CN102893510B - 电机控制器和电机控制系统 - Google Patents

Abstract

控制器40在基于载波的载波频率fc的周期中执行控制操作，具体地，在对应于载波信号的波峰和波谷的定时执行控制操作。此外，在所述载波频率fc被切换的情况下，在紧接在所述载波频率fc的切换之后的控制操作之后一个周期执行的控制操作中，构成控制器40的干扰估算部分更新用于干扰估算且取决于控制操作周期的控制常数。

Description

电机控制器和电机控制系统

技术领域

本发明涉及一种电机控制器和电机控制系统。

背景技术

迄今为止，已经知道用于控制电机的电机控制器和电机控制系统。通过使用诸如PWM波电压驱动的方法，这种类型的控制器通过用于将输入的DC(直流)电力转换为AC(交流)电力并输出AC电力的电力转换部件来控制电机。例如，PTL1公开了一种控制技术，其中当电机以大扭矩和低速率旋转时，载波信号的载波频率被切换到低频率以防止电力转换部件的切换部件由于高温而断路。通过切换载波频率，可以防止电流集中在特定相位，并因此抑制高温的升高和对切换部件的损坏。

引用列表

专利参考文献

PTL1：日本专利No.3812299

发明内容

技术问题

控制器例如通过在与载波信号同步的定时的中断而执行控制操作。因此，当切换载波频率时，控制操作周期同时被切换。与此同时，已经知道通过附加地使用估算的干扰(disturbance)成分的反馈控制而控制电机的技术。根据这种技术，使用取决于控制操作周期的控制常数估算干扰成分。在这种情况下，由于控制常数在载波频率切换的同时改变，所以干扰成分可能被错估。这继而可以导致电机的电流响应特性变差的情况，从而在切换载波频率时提供用户奇怪的感觉。

鉴于这种情况而做出本发明，并且本发明的目的是防止在切换载波频率时错估干扰成分，从而抑制电流响应特性的劣化。

解决问题的方案

为了解决上述问题，在本发明中，控制单元包括：电流控制部分，其被配置为计算要施加到电机的电压的电压命令值；驱动信号生成部分，其被配置为通过将电压命令值与载波信号作比较，生成用于驱动电力转换单元的驱动信号；以及载波频率命令部分，其被配置为指示载波信号的载波频率的切换。控制单元在基于载波信号的载波频率的周期中执行控制操作。这里，电流控制部分包括：反馈控制部分，其被配置为通过使用电流检测值的反馈控制来计算电压命令值；以及干扰估算部分，其被配置为将估算的干扰成分加至电压命令值。在切换载波频率的情况下，此干扰估算部分在紧接在载波频率的切换之后的控制操作随后的周期中执行的控制操作中，更新用于干扰估算且取决于控制操作周期的控制常数。

发明的有益效果

根据本发明，在紧接在载波频率的切换之后的控制操作随后的周期中执行的控制操作中，更新用于干扰估算且取决于控制操作周期的控制常数。这时，可以避免这种在载波频率切换的同时改变取决于控制操作周期的控制常数的情况。因此，可以通过使用适当的控制常数来估算干扰成分，并且由此可以防止干扰成分的错估。所以，可以抑制电流响应特性的劣化。

附图说明

图1是示意性地示出根据第一实施例的电机控制系统的整体配置的说明图。

图2是用于描述根据第一实施例的控制器40中的控制操作周期的说明图。

图3是示意性地示出电流控制部分43的d轴配置的说明图。

图4是示出死区时间(deadtime)处理值的改变的说明图。

图5是要在控制常数中反映的控制操作周期的说明图。

图6是示出由电流控制部分43执行的电流控制中的过程的主要部分的流程图。

图7是示出在切换载波频率fc之前和之后估算的干扰值的改变的说明图。

图8是示出在切换载波频率fc之前和之后估算的干扰值的改变的说明图。

图9是示意性地示出根据第二实施例的电流控制部分43A的配置的说明图。

图10是示出由电流控制部分43A执行的电流控制中的过程的主要部分的流程图。

图11是用于描述根据第三实施例的控制器40中的控制操作周期的说明图。

图12是示意性地示出根据第三实施例的电流控制部分43B的d轴配置的说明图。

图13是示出由电流控制部分43B执行的电流控制中的过程的主要部分的流程图。

具体实施方式

(第一实施例)

图1是示意性地示出根据本发明第一实施例的电机控制系统的整体配置的说明图。根据这个实施例的电机控制系统例如被应用于电动车并且控制其驱动电机。这个电机控制系统主要由电机10、作为电力转换单元或电力转换部件的逆变器30、以及控制器40(电机控制器)构成。

电机10例如是多相AC同步电机，其具有以中性点为中心彼此星形连接的多相绕组(在本实施例中，U相绕组、V相绕组、和W相绕组的三相绕组)。通过在当从逆变器30向各相绕组供应三相AC电力时生成的磁场、和由转子的永久磁铁产生的磁场之间的相互作用来驱动该电机10。

逆变器30连接到电源20，并且当未示出的开关(切换单元、切换部件)处于导通状态时从电源20的DC电力生成三相AC电流。这里，电源20是DC电源，并且诸如镍金属氢化物电池或锂离子电池的电池可以用作电源20。

对应于上臂的单向开关(能够在一个方向中控制导通的开关；未示出)连接在连接到电池20的阴极的阴极总线和分别对应于三相的输出端子之间。此外，对应于下臂的单向开关(未示出)连接在连接到电池20的阳极的阳极总线和分别对应于三相的输出端子之间。每个开关是主要由诸如IGBT的晶体管构成的半导体开关。续流二极管反并联连接到晶体管。

通过从控制器40输出的各个门驱动信号Duu*到Dwl*来控制对应于三相上臂和下臂的开关的通(ON)/断(OFF)状态或导通状态的切换(切换操作)。当通过门驱动信号Duu*到Dwl*中的对应一个接通时，每个开关达到导通状态；当通过该门驱动信号关断时，每个开关达到非导通状态(阻断状态)。

控制器40包括控制单元，其控制逆变器30以控制电机10的输出扭矩。具体地，控制器40为各个开关生成提供到逆变器30的门驱动信号Duu*到Dwl*，并且通过这些门驱动信号Duu*到Dwl*控制开关的导通状态。因而，控制器40通过逆变器30控制要施加到电机10的各个相的电压vu到vw。

控制器40接收由各种传感器50和51检测的传感器信号。例如，电流传感器(电流检测单元、电流检测部件)50分别检测电机10中的U相电流iu和V相电流iv。这里，因为存在所有三相电流的总和等于零的关系，所以控制器40可以在U相和V相电流iu和iv的检测结果的基础上检测W相电流iw。与此同时，位置传感器(例如，旋转变压器)51附接到电机10并且检测电机10的电旋转相(电角度)ph。

当就控制单元(控制部件)的功能观察其时，控制单元(控制部件)包括电流/电压计算部分41、低通滤波器处理部分(LPF)42、电流控制部分43、第一坐标转换部分44、PWM转换部分45、载波频率命令部分46、第二坐标转换部分47、以及转速(revolution)计算部分48。

电流/电压计算部分41在电机10的扭矩命令值T*、电源电压Vdc、以及电机转速rad的基础上计算d轴和q轴电流命令值id*和iq*、以及d轴和q轴干扰电压命令值vd*_dc和vq*_dc。由电流/电压计算部分41计算的d轴和q轴电流命令值id*和iq*分别是电机10的对应于d轴和q轴的电流命令值。此外，d轴和q轴干扰电压命令值vd*_dc和vq*_dc是为了感生电压的前馈补偿而执行解耦控制的命令值。

这里，将扭矩命令值T*从诸如车辆控制器的外部设备输入到控制器40(电流/电压计算部分41)。并且，电源电压Vdc是输入到逆变器30的电源20的电压。电机转速rad是电机10的转速(旋转速度)，并且通过由转速计算部分48在从位置传感器51输出的电角度ph的基础上执行的微分来计算。

通过考虑到电机10等的特性的测试和仿真，预先获取扭矩命令值T*、电源电压Vdc、以及电机转速rad、与d轴和q轴电流命令值id*、iq*、以及d轴和q轴干扰电压命令值vd*_dc、vq*_dc的关系。电流/电压计算部分41保存定义所述关系的映射(map)。电流/电压计算部分41通过映射计算来计算d轴和q轴电流命令值id*和iq*、以及d轴和q轴干扰电压命令值vd*_dc和vq*_dc。所计算的d轴和q轴电流命令值id*和iq*被输出到电流控制部分43。另一方面，所计算的d轴和q轴干扰电压命令值vd*_dc和vq*_dc被输出到低通滤波器处理部分42。

低通滤波器处理部分42对d轴和q轴干扰电压命令值vd*_dc和vq*_dc执行低通滤波处理，并将经滤波的d轴和q轴干扰电压命令值vd*_df和vq*_df输出到电流控制部分43。

电流控制部分(电流控制部件)43在d轴和q轴电流命令值id*和iq*、d轴和q轴干扰电压命令值vd*_df和vq*_df、d轴和q轴电流检测值id和iq、以及载波频率命令值Sfc的基础上，计算d轴和q轴电压命令值vd*和vq*。在电流控制部分43中计算的d轴和q轴电压命令值vd*和vq*是电机10的分别对应于d轴和q轴的电压命令值。

这里，d轴和q轴电流检测值id和iq是分别对应于d轴和q轴的实际电流值，并且是由第二坐标转换部分47在从电流传感器50的检测结果获得的各个相的电流iu、iv和iw的基础上而计算的。具体地，第二坐标转换部分47在数学式1(Math.1)的基础上计算d轴和q轴电流检测值id和iq。

[数学式1]

$\left[\begin{array}{c}\mathrm{id}\\ \mathrm{iq}\end{array}\right]=\left[\begin{array}{cc}\cos \mathrm{\θ}& \sin \mathrm{\θ}\\ -\sin \mathrm{\θ}& \cos \mathrm{\θ}\end{array}\right]\sqrt{\frac{2}{3}}\left[\begin{array}{ccc}1& -\frac{1}{2}& -\frac{1}{2}\\ 0& \frac{\sqrt{3}}{2}& -\frac{\sqrt{3}}{2}\end{array}\right]\left[\begin{array}{c}\mathrm{iu}\\ \mathrm{iv}\\ \mathrm{iw}\end{array}\right]$

将这样计算的d轴和q轴电压命令值vd*和vq*输出到第一坐标转换部分44。本实施例的一个典型特征是电流控制部分43的计算方法，并且稍后将描述其细节。

第一坐标转换部分44从d轴和q轴电压命令值vd*和vq*计算U相、V相和W相电压命令值vu*到vw*。具体地，第一坐标转换部分44在数学式2的基础上计算各个相的电压命令值vu*到vw*。

[数学式2]

$\left[\begin{array}{c}\mathrm{vu}*\\ \mathrm{vv}*\\ \mathrm{vw}*\end{array}\right]=\sqrt{\frac{2}{3}}\left[\begin{array}{cc}1& 0\\ -\frac{1}{2}& \frac{\sqrt{3}}{2}\\ -\frac{1}{2}& -\frac{\sqrt{3}}{2}\end{array}\right]\left[\begin{array}{cc}\cos \mathrm{\θ}& -\sin \mathrm{\θ}\\ \sin \mathrm{\θ}& \cos \mathrm{\θ}\end{array}\right]\left[\begin{array}{c}\mathrm{vd}*\\ \mathrm{vq}*\end{array}\right]$

在使用诸如PWM波电压驱动的控制方法的假设下，PWM转换部分(驱动信号生成部分、驱动信号生成部件)45生成用于控制逆变器30中对应于三相上臂和下臂的开关的导通状态的前述门驱动信号Duu*到Dwl*。PWM波电压驱动是这样的方法：其中，将各个相的电压命令值vu*到vw*与载波信号(以下被称为“载波”)作比较以计算PWM控制空(duty)命令值，并且接着将等效正弦波AC电压施加到电机10以控制电机10。具体地，PWM转换部分45在各个相的电压命令值vu*到vw*和对应于载波频率fc的载波(在本实施例中，为三角波)之间的比较结果的基础上，为开关生成门驱动信号Duu*到Dwl*，并且通过这些门驱动信号Duu*到Dwl*控制开关的导通状态。在本实施例中，可以根据来自载波频率命令部分46的载波频率命令值Sfc而切换在PWM转换部分45中使用的载波的载波频率fc。

载波频率命令部分(载波频率命令部件)46将载波频率命令值Sfc输出到电流控制部分43和PWM转换部分45。在本实施例中，载波频率命令部分46利用载波频率命令值Sfc指示使用5kHz和1.25kHz中的哪个作为载波频率fc。

具有这种配置的控制器40在基于PWM转换部分45中的载波的载波频率fc的周期中执行其控制操作，如图2所示。具体地，控制器40通过在对应于载波的波峰和波谷的定时的中断来执行控制操作。因此，在控制器40中，当载波频率fc是5kHz时，控制操作频率t是100微秒，并且，当载波频率fc是1.25kHz时，控制操作频率t是400微秒。

在下文中，描述作为本实施例的一个典型特征的电流控制部分43的细节。下面，提供对于电流控制部分43的配置的描述，但仅提供对于与d轴电流控制相关的配置的描述。与q轴电流控制相关的配置等同于对d轴的配置，因此省略q轴配置的描述。这里，图3是示意性地示出电流控制部分43的d轴配置的说明图。

电流控制部分43主要由包括乘法器43a和43b以及减法器43i的反馈控制部分(反馈控制部件)、以及干扰估算部分(干扰估算部件)构成。反馈控制部分通过使用电流检测值id的反馈控制来计算基本(primary)电压命令值。另一方面，干扰估算部分在电流检测值id和在上一个处理程序(routine)中计算的电压命令值vd*′的基础上估算干扰成分。接着，干扰估算部分将所估算的干扰成分加至基本电压命令值，从而获得电压命令值vd*′。

在乘法器43a中将输入到电流控制部分43的d轴电流命令值id*乘以第一比例增益Gad，同时在乘法器43b中将输入到电流控制部分43的d轴电流检测值id乘以第二比例增益Gbd。这里，第一和第二比例增益Gad和Gbd可以通过数学式3表示。

[数学式3]

$G_{\mathrm{ad}}=\frac{L_d}{{\mathrm{tau}}_m}$

$G_{\mathrm{bd}}=\frac{L_d-{\mathrm{tau}}_{m}R}{{\mathrm{tau}}_m}$

这里，Ld表示d轴电感，tau_m表示电流目标响应时间常数，并且R是电机绕组的电阻。以如上公式描述的第一和第二比例增益Gad和Gbd是用于反馈控制的比例增益，其在没有参数错误和干扰的理想情况下被设置使得：即使没有干扰估算部分，d轴电流检测值id也显示出与d轴电流命令值id*一致的响应。

将被乘以第一比例增益Gad的d轴电流命令值id*和被乘以第二比例增益Gbd的d轴电流检测值id输入到减法器43i，在减法器43i中计算彼此的偏差(Gadxid*-Gbdxid(基本电压命令值))。

将在减法器43i中如此计算的偏差输入到随后的加法器43j，在加法器43j中加上稍后所述的干扰成分的估算值。接着，将结果作为d轴电压命令值vd*输出。如上所述，电流控制部分43通过基于d轴电流命令值id*和d轴电流检测值id的反馈控制来计算d轴电压命令值vd*′，并且涉及加上所估算的干扰值。注意，在本实施例中，d轴电压命令值vd*′被输入到随后的加法器43k，在加法器43k中加上前述的d轴干扰电压命令值vd*_df。将结果作为最终的d轴电压命令值vd*而输出。

干扰估算部分由死区时间处理器43c、低通滤波器处理器43d、电压命令值估算器43e、以及控制操作周期切换器43f构成。通过估算实际设施(plant)中包含的干扰成分，干扰估算部分计算作为干扰成分的估算值的估算的干扰值。

在干扰成分估算操作中，为了设置从d轴电压命令值vd*到d轴电流检测值id的死区时间，死区时间处理器43c对d轴电压命令值vd*执行死区时间处理。通常，应该考虑一个半控制操作周期。接着，死区时间处理器43c计算d轴电压命令值vd*′的上一个和再上一个值(即，vd*′(k-1)和vd*′(k-2)(见数学式4))的平均值，作为死区时间处理的输出(死区时间处理值vd*′_d)。

[数学式4]

${\mathrm{vd}*}^{\′}\_d=\frac{v{d*}^{\′}(k-2)+{\mathrm{vd}*}^{\′}(k-1)}{2}$

这里，上一个值vd*′(k-1)是在当前控制操作之前一个周期执行的控制操作中计算的值，并且再上一个值vd*′(k-2)是在当前控制操作之前两个周期执行的控制操作中计算的值。

注意，如果从载波频率命令值Sfc判断载波频率fc被切换，则死区时间处理器43c以如下描述的方式输出死区时间处理值vd*′_d。具体地，在紧接在载波频率fc被切换之后的控制操作中，死区时间处理器43c计算d轴电压命令值vd*′的上一个值vd*′(k-1)和再上一个值vd*′(k-2)的中间值，作为死区时间处理值vd*′_d，如图4中所示。更具体地，根据切换之前和切换之后的载波频率之间的比率来计算中间值。这里，图4和数学式5示出在载波频率fc从5kHz切换到1.25kHz的情况下的死区时间处理值vd*′_d，而数学式6示出在载波频率fc从1.25kHz切换到5kHz的情况下的死区时间处理值vd*′_d。

[数学式5]

vd*'_d＝0.8vd*'(k-2)+0.2vd*'(k-1)

[数学式6]

vd*'_d＝0.2vd*'(k-2)+0.8vd*'(k-1)

为了根据载波频率fc的切换而改变取决于控制操作周期t的控制常数，控制操作周期切换器43f在载波频率命令值Sfc的基础上选择控制操作周期t。控制常数是用于干扰估算的控制常数，并且为了稍后要描述的低通滤波器处理器43d和电压命令值估算器43e而被设置。在低通滤波器处理器43d和电压命令值估算器43e的每一个中的时间常数中反映在控制操作周期切换器43f中选择的控制操作周期t。要注意的是，由控制操作周期切换器43f选择的控制操作周期t主要用于在时间常数中反映，并且以与载波频率fc的切换相对应的方式切换实际控制操作周期t。

作为本实施例的一个典型特征，当切换载波频率fc时，控制操作周期切换器43f在紧接在载波频率fc被切换之后的控制操作之后一个周期(即，在载波频率fc的切换之后延迟一个控制操作周期)执行的控制操作中的控制常数中，反映所改变的控制操作周期t。这里，在图5中，对应于“A”的每个控制操作代表基于取决于100微秒的控制操作周期t的控制常数而执行的操作，而对应于“B”的每个控制操作代表基于取决于400微秒的控制操作周期t的控制常数而执行的操作。

低通滤波器处理器43d将低通滤波处理施加于死区时间处理值vd*′_d，从而执行干扰检测。这里，为低通滤波器处理器43d设置的控制常数(取决于控制操作周期t的控制常数)可以在数学式7中描述。

[数学式7]

$a\left(t\right)=\frac{{2\mathrm{tau}}_h-t}{{2\mathrm{tau}}_h+t}$

$b\left(t\right)=\frac{t}{2{\mathrm{tau}}_h+t}$

$c\left(t\right)=\frac{t}{2{\mathrm{tau}}_h+t}$

这里，tau_h表示低通滤波器的时间常数，并且t表示由控制操作周期切换器43f选择的控制操作周期。对于控制常数，可以在每当控制操作周期改变时执行在数学式7中描述的计算，或者，可以由控制操作周期切换器43f直接选择存储在存储器中的预计算的值。

电压命令值估算器43e将类似于低通滤波器处理器43d的滤波处理施加于d轴电流检测值id。因而，电压命令值估算器43e通过设施的逆模型从d轴电流检测值id估算电压命令值vd*′。这里，可以在数学式8中描述为电压命令值估算器43e设置的控制常数(取决于控制操作周期t的控制常数)。

[数学式8]

$e\left(t\right)=\frac{{2\mathrm{tau}}_h-t}{{2\mathrm{tau}}_h+t}$

$f\left(t\right)=\frac{2L_d+\mathrm{Rt}}{{2\mathrm{tau}}_h+t}$

$g\left(t\right)=\frac{-2L_d+\mathrm{Rt}}{{2\mathrm{tau}}_h+t}$

对于控制常数，可以在每当控制操作周期t改变时执行在数学式8中描述的计算，或者，可以由控制操作周期切换器43f直接选择存储在存储器中的预计算的值。

在减法器43m中，从来自低通滤波器处理器43d的输出值中减去来自电压命令值估算器43e的输出值，并且作为通过减法而获得的值的所估算的干扰值被输入到前面提到的加法器43j，并且接着作为d轴电压命令值vd*′被从其中输出。

以上已经通过集中讨论d轴侧的配置而描述了电流控制部分43的配置。下面，提供对于覆盖d轴侧和q轴侧(干扰成分估算)二者的电流控制部分43的电流控制操作的主要部分的描述。这里，图6是示出由电流控制部分43执行的电流控制中的过程的主要部分的流程图。

首先，在步骤1(S1)中，死区时间处理器43c在载波频率命令值Sfc的基础上判断是否切换载波频率fc。如果在步骤1中做出肯定的判断，即，如果切换了载波频率fc，则控制进入步骤2(S2)。另一方面，如果在步骤1中做出否定的判断，即，如果没有切换载波频率fc，则控制进入步骤5(S5)。

在步骤2(S2)中，死区时间处理器43c判断载波频率fc是否从5kHz切换到1.25kHz。如果在步骤2中做出肯定的判断，即，如果载波频率fc从5kHz切换到1.25kHz，则控制进入步骤3(S3)。另一方面，如果在步骤2中做出否定的判断，即，如果载波频率fc从1.25kHz切换到5kHz，则控制进入步骤4(S4)。

在步骤3中，死区时间处理器43c计算d轴和q轴的死区时间处理值vd*′_d和vq*′_d，即，根据切换之前和切换之后的载波频率fc之间的比率，计算电压命令值vd*′和vq*′的上一个值vd*′(k-1)和vq*′(k-1)以及再上一个值vd*′(k-2)和vq*′(k-2)的中间值(数学式9)。

[数学式9]

vd*'_d＝0.8·vd*'(k-2)+0.2·vd*'(k-1)

vq*'_d＝0.8·vq*'(k-2)+0.2·vq*'(k-1)

在步骤4中，死区时间处理器43c计算d轴和q轴的死区时间处理值vd*′_d和vq*′_d，即，根据切换之前和切换之后的载波频率fc之间的比率，计算电压命令值vd*′和vq*′的上一个值vd*′(k-1)和vq*′(k-1)以及再上一个值vd*′(k-2)和vq*′(k-2)的中间值(数学式10)。

[数学式10]

vd*'_d＝0.2·vd*'(k-2)+0.8·vd*'(k-1)

vq*'_d＝0.2·vq*'(k-2)+0.8·vq*'(k-1)

另一方面，在步骤5中，控制操作周期切换器43f判断处理程序是否是在载波频率fc被切换之后的第二个，即，当前控制操作是否在紧接在载波频率fc被切换之后的控制操作之后的一个周期。如果在步骤5中做出肯定的判断，即，如果处理程序是在载波频率fc被切换之后的第二个，则控制进入步骤6(S6)。另一方面，如果在步骤5中做出否定的判断，即，如果处理程序不是在载波频率fc被切换之后的第二个，则控制跳过步骤6中的处理并且进入步骤7(S7)中的处理。

在步骤6中，控制操作周期切换器43f选择对应于所切换的载波频率fc的控制操作周期t(当前控制操作周期t)，并且在低通滤波器处理器43d和电压命令值估算器43e的控制常数中反映所改变的控制操作周期t。

在步骤7中，死区时间处理器43c计算电压命令值vd*′和vq*′的上一个值vd*′(k-1)和vq*′(k-1)以及再上一个值vd*′(k-2)和vq*′(k-2)的平均值，作为d轴和q轴的死区时间处理值vd*′_d和vq*′_d(数学式11)。

[数学式11]

${\mathrm{vd}*}^{\′}\_d=\frac{{\mathrm{vd}*}^{\′}(k-2)+v{d*}^{\′}(k-1)}{2}$

${\mathrm{vq}*}^{\′}\_d=\frac{{\mathrm{vq}*}^{\′}(k-2)+{\mathrm{vq}*}^{\′}(k-1)}{2}$

如上所述，在本实施例中，控制器40在基于载波的载波频率fc的周期中(具体地，在对应于载波的波峰和波谷的定时)执行控制操作。而且，在载波频率fc被切换的情况下，在紧接在载波频率fc的切换之后的控制操作随后的周期中执行的控制操作中，干扰估算部分更新用于干扰估算且取决于控制操作周期t的控制常数。这避免了取决于控制操作周期t的控制常数在载波频率fc的切换的同时被改变的这种情况，并且因此防止干扰成分的错估。结果，可以抑制电流响应的劣化并因而降低用户(司机/乘客)体验的奇怪感觉。

图7是示出在载波频率fc被切换之前和之后的估算的干扰值的改变的说明图。该图示出在没有干扰的状态中d轴电流检测值id以恒定梯度变化的假设下估算的干扰值。实线代表在紧接在载波频率fc被切换之后的控制操作之后一个周期执行的控制操作中更新控制常数的情况下估算的干扰值，而虚线代表在不应用上述控制过程的情况下估算的干扰值。

在本实施例中，干扰估算部分特别是在紧接在载波频率fc被切换之后的控制操作之后一个周期执行的控制操作中更新控制常数。如图可见，可以防止干扰成分的很大程度的错估，并且也可以用合适的控制常数执行控制操作。因此，可以避免这种不希望发生的电流响应特性劣化的情况。

此外，干扰估算部分执行死区时间处理以设置从电压命令值vd*′和vq*′到的电流检测值id和iq的死区时间(死区时间处理值vd*′_d和vq*′_d的计算)。在这种情况下，在紧接在载波频率被切换之后的控制操作中，干扰估算部分根据切换之前和切换之后的载波频率fc之间的比率，计算电压命令值vd*′和vq*′的上一个值vd*′(k-1)和vq*′(k-1)以及再上一个值vd*′(k-2)和vq*′(k-2)的中间值，作为死区时间处理值vd*′_d和vq*′_d。

图8是示出在载波频率fc被切换之前和之后估算的干扰值的改变的说明图。该图示出在没有干扰的状态中d轴电流检测值id以恒定梯度变化的假设下估算的干扰值。实线代表在紧接在载波频率fc被切换之后的控制操作之后一个周期执行的控制操作中更新控制常数、以及根据切换之前和切换之后的载波频率fc之间的比率计算电压命令值vd*′的上一个值vd*′(k-1)和再上一个值vd*′(k-2)的中间值的情况下所估算的干扰值。另一方面，虚线代表在仅执行在紧接在载波频率fc被切换之后的控制操作之后一个周期执行的控制操作中的控制常数的更新的情况下所估算的干扰值。通过图中由实线代表的本实施例的过程，可以防止载波频率fc的切换中涉及的干扰成分的错估。

(第二实施例)

在下文中，描述根据第二实施例的电机控制系统。根据第二实施例的电机控制系统不同于第一实施例的电机控制系统，在于：根据第二实施例的电机控制系统包括电流控制部分43A而不是电流控制部分43。这里，图9是示意性地示出根据第二实施例的电流控制部分43A的配置的说明图。与此同时，对于与第一实施例中共同的组件，参考在前的附图和标号，并且省略其描述。下面，主要描述差异。此外，在本实施例中，提供对电流控制部分43A的配置的描述，但仅提供与d轴电流控制相关的配置的描述。与q轴电流控制相关的配置等同于d轴配置，并且因此省略q轴配置的描述。

电流控制部分43A主要由包括乘法器43a和43b以及减法器43i的反馈控制部分、以及干扰估算部分构成。根据本实施例的干扰估算部分包括死区时间处理器43g，其具有不同于第一实施例的配置。

从简化配置的观点出发，此死区时间处理器43g输出d轴电压命令值vd*′的上一个和再上一个值的中值(medianvalue)，作为死区时间处理值vd*′_d(见上述数学式4)。

下面，提供对覆盖d轴侧和q轴侧(干扰成分估算)二者的电流控制部分43A的电流控制操作的主要部分的描述。这里，图10是示出由电流控制部分43A执行的电流控制中的过程的主要部分的流程图。

首先，在步骤10(S10)中，死区时间处理器43g在载波频率命令值Sfc的基础上判断载波频率fc是否被切换。如果在步骤10中做出肯定的判断，即，如果载波频率fc被切换，则控制进入步骤11(S11)。另一方面，如果在步骤10中做出否定的判断，即，如果载波频率fc没有被切换，则控制进入步骤12(S12)。

在步骤11中，死区时间处理器43g输出电压命令值vd*′和vq*′的上一个值vd*′(k-1)和vq*′(k-1)以及再上一个值vd*′(k-2)和vq*′(k-2)的中值，作为d轴和q轴的死区时间处理值vd*′_d和vq*′_d(见上述数学式11)。

另一方面，在步骤12(S12)中，控制操作周期切换器43f判断处理程序是否是在载波频率fc被切换之后的第二个。如果在步骤12中做出肯定的判断，即，如果处理程序是在载波频率fc被切换之后的第二个，则控制进入步骤13(S13)。另一方面，如果在步骤12中做出否定的判断，即，如果处理程序不是在载波频率fc被切换之后的第二个，则控制跳过步骤13中的处理并且进入步骤11中的处理。

在步骤13中，控制操作周期切换器43f选择对应于所切换的载波频率fc的控制操作周期t，并且在低通滤波器处理器43d和电压命令值估算器43e的控制常数中反映所改变的控制操作周期t。

如所述的，在本实施例中，干扰估算部分在紧接在载波频率fc被切换之后的控制操作之后一个周期执行的控制操作中更新控制常数。此外，与第一实施例不同，即使当载波频率fc被切换时，干扰估算部分也计算d轴和q轴电压命令值vd*′和vq*′的上一个值vd*′(k-1)和vq*′(k-1)以及再上一个值vd*′(k-2)和vq*′(k-2)的中值，作为死区时间处理值vd*′_d和vq*′_d。

通过该配置，具体地，通过干扰估算部分的死区处理，死区时间处理器43c可以以更简单的方式跟随载波频率fc的切换。所以，如上述图7中所示，可以防止干扰成分的错估，并且因而可以改善电流响应。

(第三实施例)

在下文中，描述根据第三实施例的电机控制系统。根据第三实施例的电机控制系统不同于第一实施例的电机控制系统，在于：控制器40的PWM转换部分45中使用的载波频率fc在10kHz和1.25kHz之间切换。与此同时，对于与第一实施例中共同的组件，参考在前的附图和标号，并且省略其描述。下面，主要描述差异。

在本实施例中，载波频率命令部分46利用载波频率命令值Sfc指示使用10kHz和1.25kHz中的哪一个作为载波频率fc。PWM转换部分45可以根据载波频率命令值Sfc，在10kHz和1.25kHz之间切换载波频率fc。

图11是用于描述根据第三实施例的控制器40中的控制操作周期t的说明图。控制器40在基于PWM转换部分45中的载波(三角波)的载波频率fc的周期中执行其控制操作。具体地，当载波频率fc是10kHz时，控制器40通过在对应于载波(三角波)的波谷的定时的中断来执行控制操作，并且，当载波频率fc是1.25kHz时，控制器40通过在对应于载波(三角波)的波峰和波谷的定时的中断来执行控制操作。因此，在控制器40中，当载波频率fc是10kHz时，控制操作周期t是100微秒，并且，当载波频率fc是1.25kHz时，控制操作周期t是400微秒。

由于载波频率fc的这种差异，根据第三实施例的电流控制部分43B包括死区时间处理器43h、而非第一实施例中描述的死区时间处理器43c。下面，提供对电流控制部分43B的配置的描述，但仅提供与d轴电流控制相关的配置的描述。与q轴电流控制相关的配置等同于d轴侧配置，并且因此省略q轴配置的描述。图12是示意性地示出根据第三实施例的电流控制部分43B的d轴配置的说明图。

在估算干扰中，死区时间处理器43h对d轴电压命令值vd*′执行死区时间处理，从而考虑从d轴电压命令值vd*′到d轴电流检测值id的死区时间。通常，应当考虑一个半控制操作周期。接着，死区时间处理器43h输出d轴电压命令值vd*′的上一个和再上一个值的平均值，作为死区时间处理值vd*′_d(见上述数学式4)。

注意，如果从载波频率命令值Sfc判断载波频率fc被切换，则死区时间处理器43h以下述方式输出死区时间处理值vd*′_d。具体地，在紧接在载波频率fc被切换之后的控制操作中，死区时间处理器43c计算d轴电压命令值vd*′的上一个值vd*′(k-1)和再上一个值vd*′(k-2)的中间值，作为死区时间处理值vd*′_d。更具体地，根据切换之前和切换之后的控制操作周期t之间的比率来计算中间值。这里，上述数学式5对应于在载波频率fc从10kHz切换到1.25kHz的情况下的死区时间处理值vd*′_d，而上述数学式6对应于在载波频率fc从1.25kHz切换到10kHz的情况下的死区时间处理值vd*′_d。

以上已经通过集中讨论d轴配置而描述了电流控制部分43B的配置。下面，提供对于覆盖d轴侧和q轴侧二者的电流控制部分43B的电流控制操作的主要部分的描述。这里，图13是示出由电流控制部分43B执行的电流控制中的过程的主要部分的流程图。

首先，在步骤20(S20)中，死区时间处理器43h在载波频率命令值Sfc的基础上判断载波频率fc是否被切换。如果在步骤20中做出肯定的判断，即，如果载波频率fc被切换，则控制进入步骤21(S21)。另一方面，如果在步骤20中做出否定的判断，即，如果载波频率fc没有被切换，则控制进入步骤24(S24)。

在步骤21(S21)中，死区时间处理器43h判断载波频率fc是否从10kHz切换到1.25kHz。如果在步骤21中做出肯定的判断，即，如果载波频率fc从10kHz切换到1.25kHz，则控制进入步骤22(S22)。另一方面，如果在步骤21中做出否定的判断，即，如果载波频率fc从1.25kHz切换到10kHz，则控制进入步骤23(S23)。

在步骤22中，死区时间处理器43h根据载波频率fc切换之前和切换之后的控制操作周期t之间的比率，输出电压命令值vd*′和vq*′的上一个值vd*′(k-1)和vq*′(k-1)以及再上一个值vd*′(k-2)和vq*′(k-2)的中间值，作为d轴和q轴的死区时间处理值vd*′_d和vq*′_d(见上述数学式9)。

在步骤23中，死区时间处理器43h根据载波频率fc切换之前和切换之后的控制操作周期t之间的比率，输出电压命令值vd*′和vq*′的上一个值vd*′(k-1)和vq*′(k-1)以及再上一个值vd*′(k-2)和vq*′(k-2)的中间值，作为d轴和q轴的死区时间处理值vd*′_d和vq*′_d(见上述数学式10)。

另一方面，分别以与在第一实施例中描述的步骤5到步骤7中的处理相同的方式，执行步骤24(S24)到步骤26(S26)中的处理。

如上所述，在本实施例中，干扰估算部分计算用于设置从电压命令值vd*′和vq*′到要被反馈的电流检测值id和iq的死区时间的死区时间处理值vd*′_d和vq*′_d。在紧接在载波频率fc被切换之后的控制操作中，干扰估算部分根据载波频率fc的切换之前和切换之后的控制操作周期t之间的比率，计算死区时间处理值vd*′_d和vq*′_d，即，电压命令值vd*′和vq*′的上一个值vd*′(k-1)和vq*′(k-1)以及再上一个值vd*′(k-2)和vq*′(k-2)的中间值。

通过该配置，即使当能够通过切换载波频率fc而改变控制操作的中断时，也可以防止在载波频率fc的切换中涉及的干扰成分的错估。因此，可以避免这种如电流响应特性劣化的情况。

在上文中，描述了根据本发明一些实施例的电机控制器和电机控制系统。然而，无需说明的是，本发明不限定于上述实施例，并且可以不偏离本发明的范围而做出各种修改。例如，在上述某些实施例中，在紧接在载波频率被切换之后的控制操作中，根据切换之前和切换之后的载波频率或控制操作周期之间的比率，计算d轴和q轴死区时间处理值，即，d轴和q轴电压命令值的上一个和再上一个值的中间值。然而，通过采用第一和第三实施例中示出的技术，可以根据载波频率切换之前和切换之后的载波频率之间的比率、以及切换之前和切换之后的控制操作周期之间的比率，来计算d轴和q轴电压命令值的上一个和再上一个值的中间值。即使当响应于载波频率fc的切换而改变控制操作的中断时，这种实施例也可以防止在载波频率fc的切换中涉及的干扰成分的错估。因此，可以避免这种如电流响应特性劣化的情况。

通过引用将提交日为2010年6月6日的日本专利申请No.P2010-127385的全部内容合并于此。

工业适用性

本发明的特征在于：在载波频率fc被切换的情况下，构成控制器40的干扰估算部分在紧接在载波频率fc的切换之后的控制操作之后一个周期执行的控制操作中，更新用于干扰估算并取决于控制操作周期的控制常数。因此，防止在切换载波频率时的干扰成分的错估，由此抑制电流响应特性的劣化。因此，根据本发明的电机控制器和电机控制系统具在工业上适用。

参考标记列表

10：电机

20：电源

30：逆变器

40：控制器(电机控制器)

41：电流/电压计算部分

42：低通滤波器处理部分

43：电流控制部分

43a、43b：乘法器

43c：死区时间处理器

43d：低通滤波器处理器

43e：电压命令值估算器

43f：控制操作周期切换器

44：坐标转换部分

45：PWM转换部分

46：载波频率命令部分

47：坐标转换部分

48：转速计算部分

50：电流传感器

51：位置传感器

Claims (12)

1.一种电机控制器，用于通过电力转换单元来控制电机，所述电力转换单元被配置为通过使用切换单元而转换输入的电力并输出所转换的电力，所述电机控制器包括：

电流检测单元，其被配置为检测供应到所述电机的电流，作为电流检测值；以及

控制单元，其被配置为在基于载波信号的载波频率的周期中执行控制操作，其中

所述控制单元包括：

电流控制部分，其被配置为计算要施加到所述电机的电压的电压命令值；

驱动信号生成部分，其被配置为通过将从所述电流控制部分输出的电压命令值与所述载波信号相比较而生成用于驱动所述切换单元的驱动信号；以及

载波频率命令部分，其被配置为指示所述载波信号的载波频率的切换，

所述电流控制部分包括：

反馈控制部分，其被配置为通过使用所述电流检测值的反馈控制来计算所述电压命令值；以及

干扰估算部分，其被配置为在所述电流检测值和所述电压命令值的基础上估算干扰成分、并且将所估算的干扰成分加至要输出到所述驱动信号生成部分的所述电压命令值，并且

在所述载波频率被切换的情况下，在比紧接在所述载波频率的切换之后的控制操作晚的周期中执行的控制操作中，所述干扰估算部分更新用于干扰估算且取决于控制操作周期的控制常数。

2.如权利要求1所述的电机控制器，其中，所述干扰估算部分在紧接在所述载波频率的切换之后的控制操作之后一个周期执行的控制操作中，更新所述控制常数。

3.如权利要求1和2中任意一项所述的电机控制器，其中，所述干扰估算部分计算死区时间处理值，所述死区时间处理值用于设置从所述电压命令值到所述电流检测值的反馈中的死区时间，并且，所述干扰估算部分计算所述电压命令值的上一个和再上一个值的中间值，作为所述死区时间处理值。

4.如权利要求3所述的电机控制器，其中，在紧接在所述载波频率的切换之后的所述控制操作中，所述干扰估算部分根据切换之前和切换之后的载波频率之间的比率来计算所述电压命令值的上一个和再上一个值的中间值。

5.如权利要求3所述的电机控制器，其中，在紧接在所述载波频率的切换之后的控制操作中，所述干扰估算部分根据所述载波频率的切换之前和切换之后的控制操作周期之间的比率来计算所述电压命令值的上一个和再上一个值的中间值。

6.如权利要求3所述的电机控制器，其中，在紧接在所述载波频率的切换之后的控制操作中，所述干扰估算部分根据所述载波频率的切换之前和切换之后的所述载波频率之间的比率、以及所述切换之前和所述切换之后的控制操作周期之间的比率，来计算所述电压命令值的上一个和再上一个值的中间值。

7.一种电机控制系统，包括：

电力转换单元，其被配置为通过使用切换单元而转换从电源输入的电力，并且输出所转换的电力；

电机，其被配置为根据从所述电力转换单元施加的电压而输出扭矩；以及

控制器，其被配置为通过所述电力转换单元来控制所述电机，其中

所述控制器包括：

电流检测单元，其被配置为检测供应到所述电机的电流，作为电流检测值；以及

控制单元，其被配置为在基于载波信号的载波频率的周期中执行控制操作，

所述控制单元包括：

电流控制部分，其被配置为计算要施加到所述电机的电压的电压命令值；

驱动信号生成部分，其被配置为通过将从所述电流控制部分输出的电压命令值与所述载波信号相比较而生成用于驱动所述切换单元的驱动信号，以及

载波频率命令部分，其被配置为指示所述载波信号的载波频率的切换，

所述电流控制部分包括：

反馈控制部分，其被配置为通过使用所述电流检测值的反馈控制来计算所述电压命令值；以及

干扰估算部分，其被配置为在所述电流检测值和所述电压命令值的基础上估算干扰成分，并且将所估算的干扰成分加至要输出到所述驱动信号生成部分的所述电压命令值，并且

在所述载波频率被切换的情况下，在比紧接在所述载波频率的切换之后的控制操作晚的周期中执行的控制操作中，所述干扰估算部分更新用于干扰估算且取决于控制操作周期的控制常数。

8.如权利要求7所述的电机控制系统，其中，所述干扰估算部分在紧接在所述载波频率的切换之后的控制操作之后一个周期执行的控制操作中，更新所述控制常数。

9.如权利要求7和8中任意一项所述的电机控制系统，其中，所述干扰估算部分计算死区时间处理值，所述死区时间处理值用于设置从所述电压命令值到所述电流检测值的反馈中的死区时间，并且所述干扰估算部分计算所述电压命令值的上一个和再上一个值的中间值，作为所述死区时间处理值。

10.如权利要求9所述的电机控制系统，其中，在紧接在所述载波频率的切换之后的所述控制操作中，所述干扰估算部分根据切换之前和切换之后的载波频率之间的比率来计算所述电压命令值的上一个和再上一个值的中间值。

11.如权利要求9所述的电机控制系统，其中，在紧接在所述载波频率的切换之后的控制操作中，所述干扰估算部分根据所述载波频率的切换之前和切换之后的控制操作周期之间的比率来计算所述电压命令值的上一个和再上一个值的中间值。

12.如权利要求9所述的电机控制系统，其中，在紧接在所述载波频率的切换之后的控制操作中，所述干扰估算部分根据所述载波频率的切换之前和切换之后的所述载波频率之间的比率、以及所述切换之前和所述切换之后的控制操作周期之间的比率，来计算所述电压命令值的上一个和再上一个值的中间值。