CN103796868B - 旋转电机控制系统和旋转电机控制方法 - Google Patents

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Abstract

一种旋转电机控制系统（10）包括旋转电机（第二电动发电机）（14）、测量旋转电机（14）每预定时间段的旋转次数的旋转次数传感器（34）、以及控制器（32）。控制器（32）具有阈值更改单元（48），用于根据所述旋转次数的测量结果，更改作为用于切换旋转电机（14）的控制模式的控制切换阈值的控制切换相位。

Description

旋转电机控制系统和旋转电机控制方法
技术领域
本发明涉及旋转电机控制系统和方法，更具体地说，涉及切换旋转电机的控制模式的旋转电机控制系统和方法。
背景技术
有一种控制将用作电动机或发电机的旋转电机的方法，其中选择性地使用以下控制模式中适合的一种：正弦波脉宽调制（PWM）控制模式、过调制控制模式和矩形波控制模式。过调制控制模式有时被称为过调制PWM控制模式。
例如，公开号为2010-81663的日本专利申请（JP-2010-81663A）描述了一种被设计为在正弦波电流控制模式、过调制电流控制模式和矩形波电压相位控制模式之间切换控制模式的旋转电机控制系统。在专利文献还描述了当在用于旋转电机的矢量控制的d轴和q轴定义的d-q平面上定义最大效率特征线时，在最大效率特征线的较小角侧设定充当用于从矩形波电压相位控制模式切换到过调制电流控制模式的基准的切换线，在该最大效率特征线上，旋转电机可以其最大效率执行操作。该专利文献指出：可通过在该较小角侧上设定该切换线，避免在模式切换期间发生控制波动（chattering）。
但是，当在d-q平面上的最大效率特征线的较小角侧设定充当用于从矩形波控制模式切换到过调制控制模式的基准的切换线时，如果旋转电机的每单位时间旋转次数迅速减少，则从矩形波控制模式到过调制控制模式的切换将放缓。因此，即使旋转电机的旋转次数减少，被施加到旋转电机的电压也可保持在高位上。旋转电机的旋转次数可以快速减少，例如，当旋转电机安装在车辆上用于驱动车轮，并且车轮从滑移（slip）状态转变为抓地（grip）状态时。例如，当该车辆在起伏的道路上行驶时，可能交替地重复滑移和抓地。当车辆在道路表面的突起（例如，猫眼石）上行驶时，也可能因为突然抓地导致的旋转电机旋转次数快速减少。在这种情况下，被施加到旋转电机的电压变得过度高于正常所需的电压，因此，过量的相电流可能流过旋转电机各相的定子线圈。这样，在有效防止此类过量相电流导致设备发生可能故障的方面具有改进的空间。
尽管上面描述了当控制模式从矩形波控制模式切换到过调制控制模式时可能发生的问题，但是当控制模式从过调制控制模式切换到正弦波PWM控制模式时，也可能发生在旋转电机旋转次数快速减小时过量电流流过旋转电机的问题。具体而言，调制度用于过调制控制模式与正弦波PWM控制模式之间的切换。调制度是作为被施加到旋转电机的电压的线间电压的有效值与作为逆变器的直流（DC）电压的系统电压V之比。如果用于从控制过调制控制模式切换到正弦波PWM控制模式的调制度太小，则当旋转电机的每单位时间旋转次数快速减少时，从过调制控制模式到正弦波PWM控制模式的切换将变慢，因此，即使旋转电机的旋转次数减少，被施加到旋转电机的电压也可保持在高位上。例如，当旋转电机安装在车辆上用于驱动车轮，并且车轮从滑移状态转变为抓地状态时，过度高于正常所需的电压可能被施加于旋转电机，因此，过量的相电流可能流过旋转电机的各相的定子线圈。这样，在有效防止此类过量相电流导致设备发生可能故障的方面具有改进的空间。
发明内容
本发明提供一种旋转电机控制系统和方法，通过此系统和方法，可以在旋转电机的旋转次数突变时通过迅速切换其控制模式来有效地防止过电流流过旋转电机。
根据本发明的第一方面的旋转电机控制系统包括：测量装置，其测量旋转电机每预定时间段的旋转次数；以及阈值更改单元，其被配置为根据所述旋转次数的测量结果，更改用于切换所述旋转电机的控制模式的控制切换阈值。
在根据本发明的第一方面的旋转电机控制系统中，所述控制切换阈值可以是在具有彼此正交的d轴和q轴的d-q平面上的控制切换相位，所述旋转电机的操作点在该d-q平面上移动，其中所述控制切换相位用于将所述旋转电机的控制模式从矩形波控制模式切换到过调制控制模式；并且所述阈值更改单元可被配置为根据所述旋转次数的测量结果，更改用于将所述旋转电机的控制模式从所述矩形波控制模式切换到所述过调制控制模式的所述控制切换相位。
在根据本发明的第一方面的旋转电机控制系统中，所述阈值更改单元可被配置为在所测量的旋转次数已经减少预设抓地值或更大值时，根据所述旋转次数的变化，将所述控制切换相位更改为突变切换相位，该突变切换相位位于在所述旋转电机的操作由电流控制指示时通过连接电流指令绘制的电流指令线的较小角侧，并且位于初始切换相位的较大角侧；并且所述阈值更改单元可被配置为在所测量的旋转次数尚未减少所述预设抓地值或更大值时，将所述控制切换相位设定为所述初始切换相位。
在根据本发明的第一方面的旋转电机控制系统中，所述控制切换阈值可以是用于将所述旋转电机的控制模式从所述过调制控制模式切换到正弦波脉宽调制（PWM）控制模式的控制切换调制度，所述控制切换调制度是这样的调制度的值：是作为被施加到所述旋转电机的电压的线间电压的有效值与作为逆变器的DC电压的系统电压之比；并且所述阈值更改单元可被配置为根据所述旋转次数的测量结果，更改所述控制切换调制度，该控制切换调制度用于将所述旋转电机的控制模式从所述过调制控制模式切换到所述正弦波PWM控制模式。
在根据本发明的第一方面的旋转电机控制系统中，所述阈值更改单元可被配置为在所测量的旋转次数已经减少预设抓地值或更大值时，根据所述旋转次数的变化，将所述控制切换调制度更改为大于初始切换调制度的突变切换调制度；并且所述阈值更改单元可被配置为在所测量的旋转次数尚未减少所述预设抓地值或更大值时，将所述控制切换调制度设定为所述初始切换调制度。
根据本发明的第二方面的旋转电机控制方法包括：测量旋转电机每预定时间段的旋转次数；以及根据所述旋转次数的测量结果，更改用于切换所述旋转电机的控制模式的控制切换阈值。
在根据本发明的第二方面的旋转电机控制方法中，所述控制切换阈值可以是在具有彼此正交的d轴和q轴的d-q平面上的控制切换相位，所述旋转电机的操作点在该d-q平面上移动，其中所述控制切换相位用于将所述旋转电机的控制模式从矩形波控制模式切换到过调制控制模式；并且在更改所述控制切换阈值时，根据所述旋转次数的测量结果，可以更改用于将所述旋转电机的控制模式从所述矩形波控制模式切换到所述过调制控制模式的所述控制切换相位。
根据本发明的第二方面的旋转电机控制方法可以进一步包括：在所测量的旋转次数已经减少预设抓地值或更大值时，根据所述旋转次数的变化，将所述控制切换相位更改为突变切换相位，该突变切换相位位于在所述旋转电机的操作由电流控制指示时通过连接电流指令绘制的电流指令线的较小角侧，并且位于初始切换相位的较大角侧；并且在所测量的旋转次数尚未减少所述预设抓地值或更大值时，将所述控制切换相位设定为所述初始切换相位。
在根据本发明的第二方面的旋转电机控制方法中，所述控制切换阈值可以是用于将所述旋转电机的控制模式从所述过调制控制模式切换到正弦波脉宽调制（PWM）控制模式的控制切换调制度，所述控制切换调制度是这样的调制度的值：是作为被施加到所述旋转电机的电压的线间电压的有效值与作为逆变器的DC电压的系统电压之比；并且在更改所述控制切换阈值时，可以根据所述旋转次数的测量结果，更改所述控制切换调制度，该控制切换调制度用于将所述旋转电机的控制模式从所述过调制控制模式切换到所述正弦波PWM控制模式。
根据本发明的第二方面的旋转电机控制方法可以进一步包括：在所测量的旋转次数已经减少预设抓地值或更大值时，根据所述旋转次数的变化，将所述控制切换调制度更改为大于初始切换调制度的突变切换调制度；并且在所测量的旋转次数尚未减少所述预设抓地值或更大值时，将所述控制切换调制度设定为所述初始切换调制度。
通过根据本发明的旋转电机控制系统和旋转电机控制方法，当旋转电机的旋转次数突然减少时，可通过使阈值更改单元将控制切换阈值更改到其中比通常更早地执行切换的一侧来快速切换所述控制模式。这样，通过比通常更早地减小被施加到旋转电机的电压，可以有效地防止过电流流过旋转电机。
附图说明
下面参考附图描述本发明的示例性实施例的特征、优点以及技术和工业意义，在所述附图中，相同的附图标记表示相同的部件，其中：
图1是示出上面安装有根据本发明的第一实施例的旋转电机控制系统的车辆的配置的图；
图2是图1所示的控制器的配置的框图；
图3是用于解释根据第一实施例的旋转电机的控制模式切换的图，其示出旋转电机的转矩与旋转次数之间的关系；
图4是示出在第一实施例的实例中位于d-q平面上的电流指令线、初始切换线和突变切换线的图；
图5是示出在第一实施例的实例中在控制器中存储的旋转电机的旋转次数的变化与控制切换相位之间的关系的图；
图6是示出根据第一实施例的旋转电机的控制模式切换方法的流程图；
图7是示出作为根据本发明的第二实施例的旋转电机控制系统的组件的控制器的配置的框图；
图8是用于解释根据第二实施例的旋转电机的控制模式切换的图，其示出旋转电机的转矩与旋转次数之间的关系；
图9是以放大的方式示出图8中的部分A的图；
图10是示出在第二实施例的实例中用于从正弦波PWM控制模式（PWM）切换到过调制控制模式（OVM）的电压升高侧切换调制度Ea、用于从过调制控制模式切换到正弦波PWM控制模式的初始电压降低侧切换调制度E0、以及突变电压降低侧切换调制度Ei的图；
图11是示出在第二实施例的实例中在控制器中存储的旋转电机的旋转次数的变化与控制切换调制度之间的关系的图；以及
图12是示出根据第二实施例的旋转电机的控制模式切换方法的流程图。
具体实施方式
下面将参考附图详细描述本发明的示例性实施例。尽管下面的描述假设旋转电机是车辆上安装的电动发电机，但是本发明不限于此，同时还适用于其它非车辆用的旋转电机。进一步地，旋转电机可以是仅作为电动机发挥作用并且在电动汽车或燃料电池电动车辆中使用的电机。进一步地，尽管下面对车辆转变状态的描述涉及从滑移状态到抓地状态的转变，但是本发明不限于此，同时还适用于其它情况，只要旋转电机的旋转次数突然发生改变，需要快速切换旋转电机的控制模式。例如，当车速由于抓地之外的其它原因突然下降时，本发明也适用。
在此，在所有附图中，相同的部件以相同的附图标记指定，省略对这些部件的重复描述。在下面的描述中，必要时使用之前使用的相同附图标记。
第一实施例
图1是示出上面安装有旋转电机控制系统10的车辆的配置的图。该车辆是被设计为使用引擎12和/或第二电动发电机（MG2）14（牵引电动机）作为牵引动力源的混合动力车辆。
车辆具有引擎12、电池16、第一电动发电机（MG1）18和第二电动发电机（MG2）14。该车辆进一步具有连接在电池16与第一电动发电机18之间的第一逆变器20，以及连接在电池16与第二电动发电机14之间的第二逆变器22。该车辆还具有用于在引擎12与电动发电机14、18当中分配动力的动力分配机构24、设置在动力分配机构24与第二电动发电机14之间的变速器（transmission）26，以及用于从变速器26接收动力并将接收到的动力传送到车轮28的车轴30。该车辆具有旋转电机控制系统10，该系统包括引擎12、电动发电机14、18、逆变器20、22、电池16和控制器32。
电动发电机14、18是三相同步型旋转电机，每个电机在由电池16供电时作为电动机发挥作用，在被引擎12驱动时或者在车辆制动时作为发电机发挥作用。尽管第一电动发电机18主要用作由引擎12驱动的发电机，但是有时也用作电动机。所产生的电力通过第一逆变器20而被提供给电池16。用于执行电压转换的转换器可连接在电池16与第一逆变器20之间。尽管第二电动发电机14主要用作电动机，但是有时也用作发电机。
逆变器20、22中的每一者包括多个开关元件（例如晶体管或IGBT），并且由控制器32控制切换。逆变器20、22将从电池16提供的直流（DC）电压转换为三相交流（AC）电压，然后将三相AC电压输出到对应的电动发电机18（或电动发电机14）。当车辆制动时，从第二电动发电机14输出到第二逆变器22的三相AC电压被第二逆变器22转换为DC电压，该DC电压被提供给电池16以对电池16充电。第一电动发电机18由引擎12驱动，从而第一电动发电机18输出的三相AC电压被第一逆变器20转换为DC电压，该DC电压被提供给电池16以对电池16充电。
控制器32控制包括逆变器20、22和引擎12的各种元件的操作。控制器32例如可由车载计算机构成。尽管控制器32可由单个计算机构成，但是也可以通过电缆等连接多个计算机来构成。例如，控制器32可被分为用于控制电动发电机14、18的操作的电动机控制器、用于控制引擎12的操作的引擎控制器，以及用于以集成的方式控制整体操作的集成控制器。旋转电机控制系统10设置有旋转次数传感器34、36，这些传感器是用于分别测量电动发电机14、18每预定时间段的旋转次数的装置。该预定时间段例如可以是10msec。旋转次数传感器34、36的检测值被输入控制器32。可以设置旋转角传感器替代旋转次数传感器34、36，用于检测电动发电机14、18的旋转角，从而旋转角传感器的检测值被输入控制器32。在这种情况下，控制器32可以进一步设置有旋转次数计算单元，该单元基于旋转角传感器的检测值计算电动发电机14、18中每一者的每预定时间段的旋转次数，旋转次数测量装置可由该旋转次数计算单元和旋转角传感器构成。
图2示出控制器32的一部分的功能区，该部分控制电动机。具体而言，控制器32包括正弦波PWM控制单元38、过调制控制单元40、矩形波控制单元42、相位模式切换单元44、以及调制模式切换单元46。尽管控制器32控制电动发电机14、18这两者（请参见图1），但是为了简单起见，下面仅描述控制器32控制第二电动发电机14（下文有时简称为“旋转电机14”）的情况。下面描述的第二电动发电机14的控制可应用于第二电动发电机14和第一电动发电机18这两者的控制，也可仅应用于第一电动发电机18的控制。
正弦波PWM控制单元38通过正弦波PWM控制来控制旋转电机14。过调制控制单元40通过过调制控制来控制旋转电机14。矩形波控制单元42通过矩形波控制来控制旋转电机14。
相位模式切换单元44基于d-q平面上旋转电机14的操作点，将用于控制旋转电机14的控制方法或控制模式从矩形波控制模式切换到过调制控制模式。此处使用的d-q平面用于通过下述如图4所示的彼此正交的d轴和q轴定义旋转电机14的操作点。例如，d轴可以是d轴电流轴（Id轴）或d轴电压轴（Vd轴），而q轴可以是与Id轴或Vd轴正交的q轴电流轴（Iq轴）或q轴电压轴（Vd轴）。此外，控制器32将通过连接d轴电流和q轴电流构成的电流集而绘制的最大效率特征线定义为d-q平面上的电流指令线L1，其中，当旋转电机14受电流控制时，该d轴电流和q轴电流允许以最大效率执行操作。
相位模式切换单元44具有当旋转电机14的操作点在最大电压圆（以d-q平面上的原点O为圆心，未示出）中超过初始切换线L0时，从矩形波控制模式切换到过调制控制模式的功能，该初始切换线L0具有在图4中的箭头α指示的方向上（即，位于电流指令线L1的较小角侧）预设的初始切换相位差β1（请参见图4）。
调制模式切换单元46基于调制度E在正弦波PWM控制模式、过调制控制模式和矩形波控制模式之间切换控制模式。调制度（=调制系数）E是作为被施加到旋转电机14的电压的线间电压的有效值J与作为逆变器22的DC电压的系统电压VH之比（J/VH）。旋转电机14的线间电压的有效值J可使用d轴电压指令值Vd*和q轴电压指令值Vq*，通过以下公式获得：J={(Vd*)2+(Vq*)2}1/2。因此，调制度E可通过以下公式获得：调制度E=[{(Vd*)2+(Vq*)2}1/2]/VH。执行PWM控制模式，直到调制度E变为0.61，一旦调制度E超过0.61，控制模式被切换到过调制控制模式。当调制度E达到0.78时，采用矩形波控制模式。
PWM控制模式和过调制控制模式是电流反馈控制，其中通过比较电压指令值与载波，将PWM信号输出到旋转电机14。另一方面，矩形波控制是这样的控制：其中，根据电角的单脉冲切换波形被输出到旋转电机14。在此控制中，电压振幅固定为最大值，并且转矩通过控制相位来进行反馈控制。
图3是用于解释如何根据旋转电机14的操作点选择控制模式的图。在该图中，横轴表示旋转电机14的旋转次数，而纵轴表示转矩，并且示出最大转矩特征线。该图示出在最大转矩特征线内侧的每个操作区域中采用哪种控制模式。如图3所示，正弦波PWM控制模式的操作区域在低速侧设定，矩形波控制模式的操作区域在高速侧设定，过调制控制模式的操作区域在这两者之间设定。
接下来，将描述这三种控制模式之间的切换。如图3所示，控制模式根据由旋转次数和转矩确定的旋转电机14的操作点的状态进行切换。当速度和转矩逐渐增加时，控制模式从正弦波PWM控制模式切换到过调制控制模式，然后从过调制控制模式切换到矩形波控制模式。在这种情况下，控制模式可根据调制度E切换，如下所述的那样。具体而言，当调制度E为0.61或更小时，采用正弦波PWM控制模式，当调制度E从0.61到0.78时，采用过调制控制模式，当调制度E达到0.78时，控制模式切换到矩形波控制模式。
当控制模式以与上述顺序相反的顺序切换时，也可以使用调制度E。但是，如图3中从点P1转变为点P2的情况那样，例如，通过基于实际电流相对于电流指令的相位确定切换时间来执行从矩形波控制模式到过调制模式的切换，因为电压指令的振幅在矩形波控制模式中固定不变。
图4是用于解释从矩形波控制模式到过调制控制模式的切换的切换线的图。这些切换线在此被示出为位于在旋转电机14的矢量控制中所使用的d轴和q轴定义的d-q平面上。在用于三相同步型旋转电机的矢量控制中，转子的磁极所产生的磁通量的方向被定义为d轴，与d轴正交的轴被定义为q轴。
当d轴电流由Id表示时，q轴电流由Iq表示，电流矢量的绝对值Ia由下面的公式表示：Ia=(Id2+Iq2)1/2，而电流相位β由下面的公式表示：β=tan-1(Iq/Id)。在这种情况下，转矩τ通过下面的公式获得：τ=pψIa×sinβ+(1/2)×p(Ld-Lq)Ia2×sin2β。在该公式中，p表示旋转电机14的极数，ψ表示反电动势常量、Ld和Lq分别表示d轴电感和q轴电感。因此，转矩τ可由电流相位β控制，电流相位β是d轴电流分量和q轴电流分量之间的相位。
提供最大转矩的电流相位β可通过下面的公式获得：
β=cos-1{[-ψ+{ψ2-8(Ld-Lq)2}1/2]/4(Ld-Lq)Ia}。如果需要，可通过对由该计算获得的关系式做出适当的修正来获取最大效率特征线，在该特征线上，旋转电机14能够以最大的效率执行操作。
在该实施例中，该最大效率特征线被设定为电流指令线L1，并且切换线L0、Li在电流指令线L1的较小角侧设定。在电流指令线L1的较小角侧设定切换线L0、Li的原因是：如果切换线L0、Li在电流指令线L1的较大角侧设定或者位于同一相位，则可能在模式切换期间发生控制波动，从而导致电流干扰。具体而言，如果旋转电机14在矩形波控制期间转变到低速方向，则旋转电机14的电流相位将在最大电压圆上朝着电流指令线L1从较大角侧移到较小角侧。一旦电流相位超过电流指令线L1并到达切换线L0（或Li），控制模式便从矩形波控制模式切换到过调制控制模式。电流指令线L1是在旋转电机14的操作由电流控制指示时通过连接电流指令所绘制的线。电流指令线L1可被设定为最大效率特征线之外的线。
当旋转电机14被激励并且速度从低速和低转矩状态增加，以使转矩和旋转次数增加时，使用正弦波PWM控制在电流指令线L1上执行电流指令。在中速范围内，控制模式根据调制度超过0.61或者预先被设定为0.6或更大值的较高电压侧调制度而切换到过调制控制，且使用过调制控制在电流指令线L1上执行电流指令。当速度和转矩进一步增加并且调制度达到0.78时，控制模式切换到矩形波控制模式。在这种情况下，转矩由以原点O为中心的最大电压圆（未示出）的电压相位角控制。例如，控制转矩以便电压相位从电流指令线朝着较大角侧移动（移到与图4中的箭头α指示的方向相反的一侧）。这表示在这种情况下，转矩通过作为电压相位控制的矩形波控制来控制。在矩形波控制中，转矩还可以通过借助操作点移出最大电压圆而更改相位来控制。
在该第一实施例中，具体而言，相位模式切换单元44具有阈值更改单元48，如图2所示。阈值更改单元48根据由诸如旋转次数传感器34之类的旋转次数测量装置所测量的每预定时间段的旋转次数的测量结果更改控制切换相位，该控制切换相位作为用于切换旋转电机14的控制模式的控制切换阈值。如在此使用的那样，术语“控制切换相位”表示在控制切换线L0、Li上形成的相位角，控制切换线L0、Li在相对于图4的d-q平面上的电流指令线L1的较小角侧上。控制切换线L0、Li用于将旋转电机14的控制模式从矩形波控制模式切换到过调制控制模式。例如，当旋转电机14的每预定时间段的旋转次数迅速减少时（例如，当车辆从滑行状态转变为抓地状态时），如果旋转次数测量装置所测量的旋转电机14的每预定时间段的旋转次数减少预设抓地值（指示车轮已抓地的值）或更大值，阈值更改单元48将切换线从预设的初始切换线L0更改为突变切换线Li，如图4中的箭头γ所示。初始切换线L0具有在相对于电流指令线L1的较小角侧的初始切换相位β1。突变切换线Li具有在相对于电流指令线L1的较小角侧的突变切换相位β2。突变切换线L1被设定到电流指令线L1的较小角侧，但是被设定到初始切换线L0的较大角侧。
根据旋转电机14每预定时间段的旋转次数的变化，可以设定多个此类突变切换线Li。具体而言，当所测量的旋转电机14的旋转次数已经减少预设抓地值或更大值时，阈值更改单元14根据旋转电机14的旋转次数的变化，将控制切换线更改为突变切换线Li，该突变切换线Li位于电流指令线L1的较小角侧，并且位于初始切换线L0的较大角侧。因此，根据旋转电机14的旋转次数的变化，控制切换线的控制切换相位被切换到突变切换相位β2。
当所测量的旋转电机14的旋转次数尚未减少预设抓地值或更大值时，阈值更改单元48将控制切换线设定为初始切换线L0。这表示控制切换相位被设定为初始切换相位β1。
图5是示出根据第一实施例在控制器32的存储单元中存储的控制切换相位与旋转电机14的旋转次数的变化之间的关系的图。在图5中，“旋转次数的变化”表示在矩形波控制期间，旋转电机14每预定时间段的旋转次数的变化。“切换相位”是控制切换线相对于电流指令线L1的在较小角侧上的相位，对应于旋转次数的变化。具体而言，相位a°对应于初始切换相位β1（图4），相位b°、c°、d°对应于突变切换相位β2（图4）。a到d的值被设定为a>b>c>d。图5示出旋转次数的变化与切换相位之间的关系的实例，该实例仅出于示例的目的，可采用另一实例。
图6是示出根据该实施例的旋转电机14的控制模式切换方法的流程图。首先，在步骤S（下文将步骤S简称为S）10，旋转次数测量单元测量旋转电机14每预定时间段的旋转次数。接下来，计算每预定时间段的旋转次数的变化（S12）。在S14，当所计算的旋转次数变化已经减少预设抓地值或更大值时（例如，在图5中，每预定时间段的旋转次数的变化的绝对值为50或更大值），方法继续到S16。
在S16，控制切换线根据旋转电机14的旋转次数的变化而被更改为多个突变切换线Li之一。因此，控制切换线的控制切换相位根据旋转次数的变化而被切换到对应的突变切换相位β2。在这种情况下，表示图5所示的旋转次数的变化与切换相位之间的上述关系的映射数据被预先存储在控制器32中，控制器32参考该映射数据更改控制切换线。
与之相对，在S14，如果所计算的旋转次数尚未减少预设抓地值或更大值（例如，在图5中，每预定时间段的旋转次数的变化的绝对值为50或更大值），方法继续到S18。在S18，控制切换线被设定为初始切换线L0。因此，控制切换相位被设定为初始切换相位β1，即，预设值。
通过上述的此类旋转电机控制系统10，可以在旋转电机14的旋转次数突然减少之时，通过使阈值更改单元48将控制切换阈值更改到当旋转电机14的旋转次数迅速减少时允许更早切换的一侧，迅速切换控制模式。这样，可以在旋转电机14的旋转次数迅速减少时（例如，当上面安装有旋转电机14的车辆从滑移状态转变为抓地状态时），比通常更早地减小要被施加到旋转电机14的电压来有效地抑制过电流流过旋转电机14。
而且，阈值更改单元48根据旋转电机14的旋转次数的测量结果更改控制切换相位，该控制切换相位用于将旋转电机14的控制模式从矩形波控制模式切换到过调制控制模式。当所测量的旋转次数已经减少预设抓地值或更大值时，阈值更改单元48根据旋转次数的变化，将控制切换相位更改为突变切换线Li的突变切换相位β2，该突变切换相位位于电流指令线L1的较小角侧，并且位于具有初始切换相位β1的初始切换线L0的较大角侧。当所测量的旋转次数尚未减少预设抓地值或更大值时，阈值更改单元48将控制切换相位设定为初始切换相位β1。换言之，根据旋转电机14的旋转次数的变化，对应于防止控制波动的磁滞（hysteresis）宽度的电流指令线L1与初始切换线L0之间的相位差β1切换到电流指令线L1与突变切换线Li之间的相位差β2，从而在旋转次数迅速减少时降低控制切换相位。这样提供了与减小磁滞宽度相同的效果。因此，当旋转电机14的旋转次数在执行矩形波控制模式期间迅速减少时，被施加到旋转电机14的电压可以比通常更早地降低，可以有效地抑制过电流流过旋转电机14。
在上面的描述中，根据旋转电机14每预定时间段的旋转次数的减少量是否变为抓地值或更大值来判定是否更改控制切换相位。但是，也可以采用发生滑移替代发生抓地作为更改控制切换相位的条件。具体而言，可以在旋转电机14每预定时间段的旋转次数迅速增加到预定值或更大值时判定发生了车辆滑移，从而相应地更改控制切换相位。使用滑移检测替代抓地检测的原因是在滑移发生之后一定发生抓地。因此，可使用旋转次数变化的绝对值替代旋转次数减少量来判定滑移的发生或抓地的发生。
进一步地，阈值更改单元48可被配置为当要被施加到旋转电机14的转矩、电流或电压发生突变时，根据转矩、电流或电压的变化更改初始切换线L0与控制切换线之间的相位差，而非像上面描述的那样根据旋转电机14的旋转次数的变化，更改对应于磁滞宽度的初始切换线L0与控制切换线之间的相位差。这是因为电压变化或转矩或电流的突变在车辆从抓地状态转变为滑移状态时发生。
进一步地，可以根据旋转次数的变化等专门针对高转矩范围切换控制切换相位，在所述高转矩范围内，从矩形波控制模式突然切换到过调制控制模式可能导致电流增加。
此外，可使用预先存储在控制器32中的关系表达式（例如，使用比例的关系表达式），基于旋转次数的变化计算对应的控制切换相位，而非从映射数据中获取控制切换相位。
第二实施例
图7至12示出本发明的第二实施例。图7是示出控制器32的配置的框图，控制器32是根据第二实施例的旋转电机控制系统10（图1）的一部分。图8是用于解释根据第二实施例的旋转电机控制系统10中的旋转电机的控制模式切换的图，其示出旋转电机的转矩与旋转次数之间的关系。图9是以放大的方式示出图8中的部分A的图，尽管下面的描述像第一实施例的描述那样涉及其中控制第二电动发电机14（下文有时称为“旋转电机14”）（图1）的情况，但是下面描述的第二电动发电机14的控制也适用于控制第二电动发电机14和第一电动发电机18（图1）这两者以及仅控制第一电动发电机18。
第一实施例的描述涉及这样一种配置：其中当旋转电机14由矩形波控制来控制时，为了消除当旋转电机14的旋转次数突变时可能发生的问题，矩形波控制比通常更早地切换到过调制控制。但是，当旋转电机14由过调制控制来控制并且车辆从滑移状态转变为抓地状态时，这样的问题也可能在旋转电机14的旋转次数突变时发生。构想该第二实施例是为了解决这样的问题。
具体而言，在根据第二实施例的控制器32中，用于将旋转电机14的控制模式从矩形波控制模式切换到过调制控制模式的相位模式切换单元44不包括阈值更改单元48（图2）。替代地，用于将旋转电机14的控制模式从过调制控制模式切换到正弦波PWM控制模式的调制模式切换单元46包括阈值更改单元50。阈值更改单元50具有根据旋转电机14每预定时间段的旋转次数的测量结果更改用于切换控制模式的切换调制度E0、Ei（图10）的功能。
如图8和图9所示，考虑到旋转次数和转矩定义的旋转电机14的操作点，通过减少旋转电机14的旋转次数或转矩实现从过调制控制模式到正弦波PWM控制模式的转变，该转变由图8和图9中操作点从点Q1到点Q2的转变来表示。在这种情况下，在图9中的点划线S1指示的初始电压降低侧切换线上，控制模式一般从过调制控制模式切换到正弦波PWM控制模式。例如由图9所示的从点Q3到点Q4的转变表示的从正弦波PWM控制模式到过调制控制模式的切换在电压升高侧切换线（图8中的实线S2）上执行，该电压升高侧切换线设置在初始电压降低侧切换线S1的较高电压侧，即，在图9中位于其右侧。该电压升高侧切换线对应于高于0.61的调制度Ea。
将参考图10更详细地描述这一点。图10是示出第二实施例中的用于从正弦波PWM控制模式（PWM）切换到过调制控制模式（OVM）的电压升高侧切换调制度Ea、用于从过调制控制模式切换到正弦波PWM控制模式的初始电压降低侧切换调制度E0、以及突变电压降低侧切换调制度Ei的图。在图10中，箭头方向指示控制模式的切换方向。所有这些调制度Ea、E0和Ei大于正弦波PWM控制的调制度上限0.61。初始电压降低侧切换调制度E0小于电压升高侧切换调制度Ea。
将初始电压降低侧切换调制度E0设定为小于电压升高侧切换调制度Ea的原因是：如果初始电压降低侧切换调制度E0被设定为大于或等于电压升高侧切换调制度Ea，则可能在控制模式切换期间出现控制波动，这样会导致电流干扰。具体而言，当旋转电机14在过调制控制期间转变为低速状态时，旋转电机14的调制度降低。当调制度超过电压升高侧切换调制度Ea并达到初始电压降低侧切换调制度E0时，控制模式被从过调制控制模式切换到正弦波PWM控制模式。
当旋转电机14被激励时，速度、转矩和旋转次数从低速和低转矩状态开始增加，使用正弦波PWM控制在低速范围内执行电流指令。在中速范围内，当调制度超过大于0.61的调制度Ea时，将正弦波PWM控制切换到过调制控制，然后使用过调制控制执行电流指令。当速度和转矩进一步增加并且调制度达到0.78时，控制模式被切换到矩形波控制模式，如上面在第二实施例中描述的那样。
在第二实施例中，如上所述，调制模式切换单元46具有阈值更改单元50。阈值更改单元50根据由诸如旋转次数传感器34之类的旋转次数测量装置（请参见图1）测量的每预定时间段的旋转次数的测量结果，更改电压降低侧切换调制度E0、Ei，这两个调制度是控制切换调制度并且充当用于切换旋转电机14的控制模式的控制切换阈值。电压降低侧切换调制度E0、Ei是用于将旋转电机14的控制模式从过调制控制模式切换到正弦波PWM控制模式的控制切换模式度。例如，当旋转电机14每预定时间段的旋转次数例如由于车辆从滑移状态转变为抓地状态而突然减少时，如果旋转次数测量装置所测量的旋转电机14每预定时间段的旋转次数已经减少预设抓地值或更大值，则阈值更改单元50将切换调制度从初始电压降低侧切换调制度E0更改为大于初始电压降低侧切换调制度E0的突变电压降低侧切换调制度Ei，如图9和图10中的箭头δ所示，并且电压降低侧切换线被从初始电压降低侧切换线S1切换到突变电压降低侧切换线S1a。
该突变电压降低侧切换调制度Ei可根据旋转电机14每预定时间段的旋转次数的变化而设定为多个。具体而言，当所测量的旋转电机14的旋转次数已经减少预设抓地值或更大值时，阈值更改单元50根据旋转次数的变化，将电压降低侧切换调制度更改为大于初始电压降低侧切换调制度E0的突变电压降低侧切换调制度Ei。因此，作为电压升高侧切换调制度Ea与电压降低侧切换调制度E0、Ei之差的磁滞宽度D1、D2（请参见图10）根据旋转次数的变化而切换。
当所测量的旋转次数尚未减少预设抓地值或更大值时，阈值更改单元50将电压降低侧切换调制度设定为初始电压降低侧切换调制度E0。换言之，磁滞宽度被设定为作为电压升高侧切换调制度Ea与初始电压降低侧切换调制度E0之差的初始磁滞宽度D1。
图11是示出在第二实施例中，在控制器32中存储的旋转电机14的旋转次数的变化与控制切换调制度之间的关系的图。在图11中，“旋转次数的变化”表示在过调制控制期间，旋转电机14每预定时间段的旋转次数的变化，“切换调制度”指示初始电压降低侧切换调制度E0或对应于旋转次数的变化的电压降低侧切换调制度E1、E2、E3、E4、E5（即，Ei）。电压降低侧切换调制度E0、E1、E2…E5满足关系E0<E1<E2<E3<E4<E5。调制度E5小于电压升高侧切换调制度Ea（E5<Ea）。例如，初始电压升高侧切换调制度E0被设定为大于正弦波PWM控制模式的上限调制度0.61。电压升高侧切换调制度Ea也被设定为大于上限调制度0.61。但是，诸如电压升高侧切换调制度Ea之类的任一调制度可被设定为等于上限调制度0.61。进一步地，从图11可看出，当车辆从滑移状态转变为抓地状态时，旋转次数变化的绝对值变大，因此，电压降低侧切换调制度Ei也变大。图11仅示出旋转次数的变化与切换调制度之间的关系的实例，也可以采用另一实例。
图12是示出根据第二实施例的旋转电机14的控制模式切换方法的流程图。首先，在步骤S20，通过旋转次数测量单元测量旋转电机14每预定时间段的旋转次数。接下来，计算每预定时间段的旋转次数的变化（S22）。在S24，当所计算的旋转次数已经减少预设抓地值或更大值时（例如，在图11中，当每预定时间段的旋转次数的变化的绝对值为25或更大值时），方法继续到S26。
在S26，根据旋转电机14的旋转次数的变化，作为控制切换调制度的电压降低侧切换调制度被更改，或者被切换到多个突变电压降低侧切换调制度Ei中的对应一个。作为此操作的结果，根据旋转次数的变化更改作为电压升高侧切换调制度Ea与电压降低侧切换调制度E0、Ei之差的磁滞宽度D1、D2。在这种情况下，图11所示的表示旋转次数的变化与切换调制度E0、Ei之间的关系的映射数据被预先存储在控制器32中，控制器32参考该映射数据更改控制切换调制度E0、Ei和磁滞宽度D1、D2。
与之相对，在步骤S24，当所计算的旋转次数尚未减少预设抓地值或更大值时（例如，在图11中，每预定时间段的旋转次数的变化的绝对值尚未减少25或更大值），方法继续到S28。在S28，电压降低侧切换调制度被设定为初始电压降低侧切换调制度E0。因此，磁滞宽度被设定为作为初始电压降低侧切换调制度E0与电压升高侧切换调制度Ea之差的初始磁滞宽度D1，即，被设定为预设值。
根据上述第二实施例，阈值更改单元50根据旋转电机14的旋转次数的测量结果，更改用于将旋转电机14的控制模式从过调制控制模式切换到正弦波PWM控制模式的控制切换调制度。进一步地，当所测量的旋转次数已经降低预设抓地值或更大值时，阈值更改单元50根据旋转次数的变化，将电压降低侧切换调制度更改为大于初始电压降低侧切换调制度E0的突变电压降低侧切换调制度Ei。当所测量的旋转次数尚未减少预设抓地值或更大值时，阈值更改单元50将电压降低侧切换调制度设定为初始电压降低侧切换调制度E0。换言之，根据旋转电机14的旋转次数的变化，切换用于防止控制波动的磁滞宽度D1、D2，以在旋转次数突然减少时变小。因此，当旋转电机14的旋转次数在执行过调制控制模式期间突然减少时，被施加到旋转电机14的电压可比通常更早地降低，从而可以有效地抑制过电流流过旋转电机14。
在上面的描述中，根据旋转电机14每预定时间段的旋转次数的减少量是否等于抓地值或更大（即，是否发生抓地）来判定是否更改控制切换调制度。但是，也可以采用滑移的发生替代抓地的发生作为更改控制切换调制度的条件。例如，当旋转电机14每预定时间段的旋转次数剧增到预定值或更大值时，判定已发生车辆滑移。可使用滑移检测作为条件是因为出现滑移之后一定发生抓地。因此，还可使用旋转次数变化的绝对值替代旋转次数减少量来判定滑移或抓地的发生。
进一步地，阈值更改单元50可被配置为在被施加到旋转电机14的电压突变，或者在转矩或电流突变之时，根据所施加的电压的变化或转矩或电流的变化，更改磁滞宽度或电压降低侧切换调制度，而不是向上面描述的那样，根据旋转电机14的旋转次数的变化更改磁滞宽度D1、D2。这是因为电压、转矩或电流突变在发生抓地或滑移时发生。
还可以根据旋转次数的变化等专门针对高转矩范围切换控制切换调制度，在所述高转矩范围内，从过调制控制模式突然切换到正弦波PWM控制模式可能导致电流增加。
进一步地，还可使用预先存储在控制器32中的关系表达式（例如，使用比例的关系表达式），根据旋转次数的变化计算控制切换调制度，而非从映射数据中获取控制切换调制度。其它配置和功能与上述第一实施例中的相同。
进一步地，本发明可通过组合图1至6所示的第一实施例和图7至12所示的第二实施例来实现。具体而言，根据另一实施例的控制器可以是这样一个控制器：其中相位模式切换单元44具有阈值更改单元50（请参见图2），并且调制模式切换单元46具有阈值更改单元50（请参见图7）。
根据本发明的旋转电机控制系统适用于控制在燃料电池电动车辆、混合动力车辆等上安装的旋转电机。
参考仅出于示例目的的实施例实例描述了本发明。应该理解，上面的描述并非旨在穷举或限制本发明的形式，本发明可通过修改以用于其它系统和应用。本发明的范围包含本领域的技术人员可构想的各种修改和等同设置。

Claims (8)

1.一种旋转电机控制系统，其特征在于包括：
测量装置(34)，其测量旋转电机(14)每预定时间段的旋转次数；以及
阈值更改单元(50)，其被配置为根据所述旋转次数的测量结果，更改用于将所述旋转电机的一控制模式切换到所述旋转电机的另一控制模式的控制切换阈值，其中：
所述控制切换阈值是具有彼此正交的d轴和q轴的d-q平面上的控制切换相位，所述旋转电机的操作点在该d-q平面上移动，其中所述控制切换相位用于将所述旋转电机的控制模式从矩形波控制模式切换到过调制控制模式；并且
所述阈值更改单元(50)被配置为根据所述旋转次数的测量结果，更改用于将所述旋转电机的控制模式从所述矩形波控制模式切换到所述过调制控制模式的所述控制切换相位。
2.根据权利要求1的旋转电机控制系统，其中：
所述阈值更改单元被配置为在所测量的旋转次数已经减少预设抓地值或更大值时，根据所述旋转次数的变化，将所述控制切换相位更改为突变切换相位，该突变切换相位位于在所述旋转电机的操作由电流控制指示时通过连接电流指令绘制的电流指令线的较小角侧，并且位于初始切换相位的较大角侧；并且
所述阈值更改单元(50)被配置为在所测量的旋转次数尚未减少所述预设抓地值或更大值时，将所述控制切换相位设定为所述初始切换相位。
3.根据权利要求1的旋转电机控制系统，其中：
所述控制切换阈值是用于将所述旋转电机的控制模式从过调制控制模式切换到正弦波脉宽调制控制模式的控制切换调制度，所述控制切换调制度是这样的调制度的值：是作为被施加到所述旋转电机的电压的线间电压的有效值与作为逆变器的直流(DC)电压的系统电压之比；并且
所述阈值更改单元(50)被配置为根据所述旋转次数的测量结果，更改所述控制切换调制度，该控制切换调制度用于将所述旋转电机的控制模式从所述过调制控制模式切换到所述正弦波脉宽调制控制模式。
4.根据权利要求3的旋转电机控制系统，其中：
所述阈值更改单元被配置为在所测量的旋转次数已经减少预设抓地值或更大值时，根据所述旋转次数的变化，将所述控制切换调制度更改为大于初始切换调制度的突变切换调制度；并且
所述阈值更改单元(50)被配置为在所测量的旋转次数尚未减少所述预设抓地值或更大值时，将所述控制切换调制度设定为所述初始切换调制度。
5.一种旋转电机控制方法，其特征在于包括：
测量旋转电机每预定时间段的旋转次数；以及
根据所述旋转次数的测量结果，更改用于将所述旋转电机的一控制模式切换到所述旋转电机的另一控制模式的控制切换阈值，其中：
所述控制切换阈值是具有彼此正交的d轴和q轴的d-q平面上的控制切换相位，所述旋转电机的操作点在该d-q平面上移动，其中所述控制切换相位用于将所述旋转电机的控制模式从矩形波控制模式切换到过调制控制模式；并且
在更改所述控制切换阈值时，根据所述旋转次数的测量结果，更改用于将所述旋转电机的控制模式从所述矩形波控制模式切换到所述过调制控制模式的所述控制切换相位。
6.根据权利要求5的旋转电机控制方法，进一步包括：
在所测量的旋转次数已经减少预设抓地值或更大值时，根据所述旋转次数的变化，将所述控制切换相位更改为突变切换相位，该突变切换相位位于在所述旋转电机的操作由电流控制指示时通过连接电流指令绘制的电流指令线的较小角侧，并且位于初始切换相位的较大角侧；并且
在所测量的旋转次数尚未减少所述预设抓地值或更大值时，将所述控制切换相位设定为所述初始切换相位。
7.根据权利要求5的旋转电机控制方法，其中：
所述控制切换阈值是用于将所述旋转电机的控制模式从过调制控制模式切换到正弦波脉宽调制控制模式的控制切换调制度，所述控制切换调制度是这样的调制度的值：是作为被施加到所述旋转电机的电压的线间电压的有效值与作为逆变器的DC电压的系统电压之比；并且
在更改所述控制切换阈值时，根据所述旋转次数的测量结果，更改所述控制切换调制度，该控制切换调制度用于将所述旋转电机的控制模式从所述过调制控制模式切换到所述正弦波脉宽调制控制模式。
8.根据权利要求7的旋转电机控制方法，进一步包括：
在所测量的旋转次数已经减少预设抓地值或更大值时，根据所述旋转次数的变化，将所述控制切换调制度更改为大于初始切换调制度的突变切换调制度；并且
在所测量的旋转次数尚未减少所述预设抓地值或更大值时，将所述控制切换调制度设定为所述初始切换调制度。
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