CN103858332B

CN103858332B - 电机控制装置

Info

Publication number: CN103858332B
Application number: CN201280040016.4A
Authority: CN
Inventors: 户张和明; 关根和也
Original assignee: Hitachi Construction Machinery Co Ltd
Current assignee: Hitachi Construction Machinery Co Ltd
Priority date: 2011-08-18
Filing date: 2012-08-10
Publication date: 2017-02-15
Anticipated expiration: 2032-08-10
Also published as: EP2747272A1; US9698716B2; US20140176028A1; EP2747272A4; EP2747272B1; KR101898755B1; CN103858332A; KR20140051941A; WO2013024828A1

Abstract

本发明提供一种电机控制装置，将电机常数的设定误差也包含在内地进行补偿而能够进行高精度的转矩控制。电机控制装置100具有控制部，以使从相对于电机MOT的转矩指令值求出的电流指令值，与相对于经由功率变换器INV向电机MOT供给的电流的电流检测值一致方式控制向电机供给的电流。控制部推定电机输出的转矩，以使所推定的电机的转矩推定值与转矩指令值一致的方式控制向电机供给的电流。转矩推定运算部120推定电机输出的转矩。相位误差指令运算部125从转矩推定值与转矩指令值之间的偏差计算相位误差的指令值。速度推定运算部150以使相位误差推定值与相位误差的指令值一致的方式输出速度推定值。

Description

电机控制装置

技术领域

本发明涉及电机控制装置以及使用该电机控制装置的作业机械，尤其涉及适合于对永磁铁同步电机进行转矩控制的电机控制装置、以及使用该电机控制装置的作业机械。

背景技术

以往，在进行转矩控制的电机控制装置中，公知有如下的装置，其具有运算电机的电常数的电机常数运算部，对于以正交的两个轴（d轴以及q轴）中一方的轴所定义的电常数的设定值，通过使用了以相同的轴所定义的状态变量的关系式来进行修正，且通过使用了以另一方的轴所定义的状态变量的关系式来进行修正（例如，参照专利文献1）。

根据上述方式，能够更简便地设定永磁铁同步电机的电常数。该结果为，通过在转矩控制中使用该正确的电常数，即使在高转矩时，也能够进行更高精度的转矩控制，从而能够快速应答且高效率地驱动电机。

在先技术文献

专利文献1：日本特开2009-136085号公报

但是，在专利文献1所述的电机控制装置中，没有涉及到电机常数的设定误差等。若具有电机常数的设定误差，则转矩控制的精度会降低与该误差相应的量。

发明内容

本发明的目的在于，提供一种电机控制装置以及使用该电机控制装置的作业机械，该电机控制装置将电机常数的设定误差也包含在内地进行补偿，而能够进行高精度的转矩控制。

（1）为了实现上述目的，本发明提供一种电机控制装置，具有控制部，该控制部以使电流指令值与电流检测值一致的方式控制向所述电机供给的电流，其中，该电流指令值根据针对电机的转矩指令值求出，该电流检测值针对经由功率变换器向所述电机供给的电流，所述控制部推定所述电机输出的转矩，并以使所推定的所述电机的转矩推定值与所述转矩指令值一致的方式控制向所述电机供给的电流。

（2）在上述（1）中，优选为，所述控制部具有：转矩推定运算部，推定所述电机输出的转矩；电压矢量运算部，基于d轴以及q轴电流指令值、d轴以及q轴电流检测值、速度推定值、和电机常数的设定值，来计算d轴以及q轴电压指令值；相位误差推定运算部，基于该电压矢量运算部输出的d轴以及q轴电压指令值、所述速度推定值、所述d轴以及q轴电流检测值、和所述电机常数的设定值，来输出作为所述电机的旋转相位的推定值与所述电机的旋转相位值之间的偏差的相位误差的推定值、即相位误差推定值；相位误差指令运算部，从所述转矩推定运算部推定的所述转矩推定值与所述转矩指令值之间的偏差，来计算相位误差的指令值；和速度推定运算部，以使所述相位误差推定运算部输出的相位误差推定值，与所述相位误差指令运算部输出的相位误差的指令值一致的方式，输出所述速度推定值。

（3）在上述（2）中，优选为，所述转矩推定运算部从第一功率信号减去第二功率信号得出减法值，并对使该减法值除以所述速度推定值所得的结果乘以常数来进行计算，其中，所述第一功率信号为，将所述d轴电压指令值与所述d轴电流检测值之间的乘法值、和所述q轴电压指令值与所述q轴电流检测值之间的乘法值相加而得，所述第二功率信号为，对将d轴以及q轴电流检测值分别乘方后相加所得的值乘以所述电机的电阻值而得。

（4）在上述（3）中，优选为，所述相位误差推定运算部对所述转矩推定运算部推定的所述转矩推定值与所述转矩指令值之间的偏差，乘以积分增益并进行积分运算，而计算所述相位误差的指令值。

（5）在上述（2）中，优选为，所述转矩推定运算部从第一功率信号减去第二功率信号得出减法值，并对使该减法值除以所述速度推定值所得的结果乘以常数来进行计算，其中，所述第一功率信号为，将相对于所述功率变换器的3相的电压指令值和3相的电流检测值，按3相的每一相分别地相乘，并将这些乘法值相加而得，所述第二功率信号为，对将所述3相的电流检测值按每一相乘方后相加的值乘以所述电机的电阻值而得。

（6）在上述（2）中，优选为，所述转矩推定运算部从第一功率信号减去第二功率信号得出减法值，并对使该减法值除以所述速度推定值所得的结果乘以常数来进行计算，其中，所述第一功率信号为，对将所述功率变换器的直流电压与直流电流相乘所得的结果乘以常数而得，所述第二功率信号为，对将所述d轴以及q轴电流检测值分别乘方后相加的值乘以所述电机的电阻值而得。

（7）在上述（1）中，优选为，所述控制部具有：转矩推定运算部，推定所述电机输出的转矩；电压矢量运算部，基于d轴以及q轴电流指令值、d轴以及q轴电流检测值、速度推定值、和电机常数的设定值，来计算d轴以及q轴电压指令值；q轴电感修正运算部，从所述转矩推定运算部推定的所述转矩推定值和所述转矩指令值之间的偏差，计算q轴电感的修正值；相位误差推定运算部，基于所述电压矢量运算部输出的d轴以及q轴电压指令值、所述速度推定值、所述d轴以及q轴电流检测值、所述电机常数的设定值、和所述q轴电感的修正值，来输出作为所述电机的旋转相位的推定值与所述电机的旋转相位值之间的偏差的相位误差的推定值、即相位误差推定值；和速度推定运算部，以使所述相位误差指令运算部输出的相位误差的指令值为零的方式，输出所述速度推定值。

（8）在上述（7）中，优选为，所述q轴电感修正运算部对所述转矩推定运算部推定的所述转矩推定值与所述转矩指令值之间的偏差，乘以积分增益并进行积分运算，而计算所述q轴电感修正值。

（9）另外，为了实现上述目的，本发明提供一种电机控制装置，进行永磁铁同步电机的转矩控制，所述电机控制装置具有控制部，该控制部以使电流指令值与电流检测值一致的方式，控制向所述永磁铁同步电机供给的电流，其中，该电流指令值根据针对永磁铁同步电机的转矩指令值求出，该电流检测值针对经由功率变换器向所述永磁铁同步电机供给的电流，所述控制部以使从所述功率变换器的功率信息求出的转矩推定值，与从上位控制装置所付与的第一转矩指令值一致的方式运算第二转矩指令值，并依照该第二转矩指令值来进行转矩控制。

通过所述构成，将电机常数的设定误差也包含在内地进行补偿而能够进行高精度的转矩控制。

（10）在上述（9）中，优选为，具有检测所述永磁铁同步电机的磁极位置的位置检测器，所述控制部依照从由该位置检测器检测到的磁极位置所计算的速度检测值、从所述第二转矩指令值求出的d轴以及q轴的电流指令值、电流检测值、和电机常数的设定值，来进行d轴以及q轴的电压指令值的运算，并控制功率变换器的输出电压。

（11）在上述（9）中，优选为，所述控制部依照从所述第二转矩指令值求出的d轴以及q轴的电流指令值、电流检测值、速度推定值、和电机常数的设定值，来进行d轴以及q轴的电压指令值的运算，并控制功率变换器的输出电压，并以使将所述速度推定值积分而求出的旋转相位推定值与所述永磁铁同步电机的旋转相位值之间的偏差、即相位误差与相位误差的指令值一致的方式运算所述速度推定值。

（12）在上述（10）中，优选为，所述控制部具有计算所述转矩推定值的转矩推定值运算部，该转矩推定值运算部从第一功率信号减去第二功率信号得到减法值，并对使该减法值除以所述速度推定值所得的结果乘以常数来计算所述转矩推定值，其中，所述第一功率信号为，将d轴的电压指令值与电流检测值之间的乘法值、和q轴的电压指令值与电流检测值之间的乘法值相加而得，所述第二功率信号为，对将d轴以及q轴的电流检测值分别乘方后相加所得的值乘以所述永磁铁同步电机的电阻值而得。

（13）在上述（10）中，优选为，所述控制部具有计算所述转矩推定值的转矩推定值运算部，该转矩推定值运算部从第一功率信号减去第二功率信号得到减法值，并对使该减法值除以所述速度推定值所得的结果乘以常数来计算所述转矩推定值，其中，所述第一功率信号为，对将所述功率变换器的直流电压与直流电流相乘所得的结果乘以常数而得，所述第二功率信号为，对将3相的电流检测值按每一相乘方后相加的值乘以电机的电阻值而得。

（14）在上述（10）中，优选为，所述控制部具有计算所述转矩推定值的转矩推定值运算部，该转矩推定值运算部从第一功率信号减去第二功率信号得到减法值，并对使该减法值除以所述速度推定值所得的结果乘以常数来计算所述转矩推定值，其中，所述第一功率信号为，对将所述功率变换器的直流电压与直流电流相乘所得的结果乘以常数而得，所述第二功率信号为，对将d轴以及q轴的电流检测值分别乘方后相加所得的值乘以所述永磁铁同步电机的电阻值而得。

（15）在上述（9）中，优选为，从所述上位控制装置所付与的所述第一转矩指令值与转矩输出值之间的偏差，与永磁铁同步电机的电流值的乘方呈正比，并与电机速度呈反比。

（16）另外，为了实现上述目的，本发明提供一种作业机械，具有：永磁铁同步电机；功率变换器，将直流变换为3相交流并向所述永磁铁同步电机供给，而使所述永磁铁同步电机的输出转矩可变；和控制部，该控制部以使电流指令值与电流检测值一致的方式，控制向所述永磁铁同步电机供给的电流，其中，该电流指令值根据针对永磁铁同步电机的转矩指令值求出，该电流检测值针对经由功率变换器向所述永磁铁同步电机供给的电流，所述控制部以使从所述功率变换器的功率信息求出的转矩推定值，与从上位控制装置所付与的第一转矩指令值一致的方式运算第二转矩指令值，并依照该第二转矩指令值来进行转矩控制。

（17）在上述（16）中，优选为，所述作业机械为轮式装载机，该轮式装载机中，作为所述永磁铁同步电机而具有驱动车轮的行驶驱动用电机、和辅助发动机的辅助电机，控制所述行驶驱动用电机的电机控制装置具有上述（10）所述的控制部，控制所述辅助电机的电机控制装置具有上述（11）所述的控制部。

（18）在上述（16）中，优选为，所述作业机械为轮式装载机，该轮式装载机中，作为所述永磁铁同步电机而具有驱动车轮的行驶驱动用电机、和辅助发动机的辅助电机，控制所述行驶驱动用电机的电机控制装置、以及控制所述辅助电机的电机控制装置具有上述（10）所述的控制部。

（19）在上述（16）中，优选为，所述作业机械为液压挖掘机，该液压挖掘机中，作为所述永磁铁同步电机而具有使上部旋转体相对于下部行驶体旋转的旋转电机、和辅助发动机的辅助电机，控制所述旋转电机的电机控制装置具有上述（10）所述的控制部，控制所述辅助电机的电机控制装置具有上述（11）所述的控制部。

（20）在上述（16）中，优选为，所述作业机械为液压挖掘机，该液压挖掘机中，作为所述永磁铁同步电机而具有使上部旋转体相对于下部行驶体旋转的旋转电机、和辅助发动机的辅助电机，控制所述旋转电机的电机控制装置、以及控制所述辅助电机的电机控制装置具有上述（10）所述的控制部。

发明的效果

根据本发明，将电机常数的设定误差也包含在内地进行补偿，而能够进行高精度的转矩控制。

附图说明

图1说明使用了本发明的第一实施方式的电机控制装置的电机驱动系统的构成。

图2A是在使用了现有的电机控制装置的电机驱动系统中，表示使转矩指令阶跃变化到100%的情况下的输出转矩的图。

图2B是在使用了现有的电机控制装置的电机驱动系统中，表示交流的电机电流的图。

图2C是在使用了现有的电机控制装置的电机驱动系统中，表示相位误差的关系的图。

图3是在本发明的第一实施方式的电机控制装置中使用的转矩推定运算部的动作说明图。

图4是在本发明的第一实施方式的电机控制装置中使用的相位误差指令运算部的动作说明图。

图5A是在使用了本发明的第一实施方式的电机控制装置的电机驱动系统中，表示使转矩指令阶跃变化到100%的情况下的输出转矩的图。

图5B是在使用了本发明的第一实施方式的电机控制装置的电机驱动系统中，表示电机电流的图。

图5C是在使用了本发明的第一实施方式的电机控制装置的电机驱动系统中，表示相位误差的关系的图。

图6是在本发明的第一实施方式的电机控制装置中使用的转矩推定运算部的其他构成的说明图。

图7说明使用了本发明的第二实施方式的电机控制装置的电机驱动系统的构成。

图8是在本发明的第二实施方式的电机控制装置中使用的转矩推定运算部的动作说明图。

图9说明使用了本发明的第三实施方式的电机控制装置的电机驱动系统的构成。

图10是在本发明的第三实施方式的电机控制装置中使用的q轴电感修正运算部的动作说明图。

图11是在本发明的第三实施方式的电机控制装置中使用的相位误差推定运算部的动作说明图。

图12是适用本发明的各实施方式的电机控制装置的作业车辆的构成图。

图13是适用本发明的各实施方式的电机控制装置的作业车辆的构成图。

图14说明使用了本发明的第四实施方式的电机控制装置的电机驱动系统的构成。

图15A是在电机常数的设定值中没有误差的情况下，表示使转矩指令阶跃变化到100%的情况下的输出转矩的图。

图15B是在电机常数的设定值中没有误差的情况下，表示交流的电机电流的图。

图16A是在电机常数的设定值中具有误差的情况下，表示使转矩指令阶跃变化到100%的情况下的输出转矩的图。

图16B是在电机常数的设定值中具有误差的情况下，表示交流的电机电流的图。

图17A是在电机常数的设定值中没有误差的情况下，表示使转矩指令阶跃变化到100%的情况下的输出转矩的图。

图17B是在电机常数的设定值中没有误差的情况下，表示交流的电机电流的图。

图18A是在电机常数的设定值中具有误差的情况下，表示使转矩指令阶跃变化到100%的情况下的输出转矩的图。

图18B是在电机常数的设定值中具有误差的情况下，表示交流的电机电流的图。

图19是在本发明的第四实施方式的电机控制装置中使用的转矩推定运算部的动作说明图。

图20是在本发明的第四实施方式的电机控制装置中使用的转矩修正运算部的动作说明图。

图21是使用了本发明的第四实施方式的电机控制装置的电机驱动系统中的输出转矩的变动的说明图。

图22是使用了本发明的第四实施方式的电机控制装置的电机驱动系统中的输出转矩的变动的说明图。

图23是在本发明的第四实施方式的电机控制装置中使用的转矩推定运算部的其他构成的说明图。

图24说明使用了本发明的第五实施方式的电机控制装置的电机驱动系统的构成。

图25是在本发明的第五实施方式的电机控制装置中使用的转矩推定运算部的动作说明图。

图26说明使用了本发明的第六实施方式的电机控制装置的电机驱动系统的构成。

图27是本发明的第六实施方式的电机控制装置的动作说明图。

图28是适用本发明的各实施方式的电机控制装置的作业机械的构成图。

具体实施方式

下面，使用图1～图6来说明本发明的第一实施方式的电机控制装置的构成以及动作。

首先，使用图1来说明使用了本实施方式的电机控制装置的电机驱动系统的构成。

本实施方式的电机驱动系统由电机控制装置100、功率变换器INV、永磁铁同步电机（PM电机；交流电机）MOT、和转矩指令设定部TS构成。

永磁铁同步电机（PM电机；交流电机）MOT由具有永磁铁以及励磁线圈的转子、和具有电枢线圈的定子构成。永磁铁同步电机 MOT输出将基于永磁铁的磁通所产生的转矩成分、和基于电枢线圈的电感所产生的转矩成分合成的转矩。使用图12而后述那样地，永磁铁同步电机MOT为使用在作业车辆中的电机。本实施方式的电机控制装置100用于控制上述电机MOT。

功率变换器INV基于3相交流的电压指令值Vu^*、Vv^*、Vw^*，将从直流电源B供给的直流电压变换为3相交流电压并向永磁铁同步电机MOT供给，而使永磁铁同步电机MOT的输出转矩可变。

电流检测器SI检测永磁铁同步电机MOT的3相的交流电流Iu、Iv、Iw。

转矩指令设定部TS相对于电机控制装置100而输出永磁铁同步电机MOT所输出的转矩的指令值、即转矩指令值τ^*。转矩指令值τ^*是包含“零”在内的“正负极性”的值。转矩指令设定值TS设置于相对于电机控制装置100为上位的控制装置的内部。

电机控制装置100具有坐标变换部110、相位误差推定运算部115、转矩推定运算部120、相位误差指令运算部125、速度推定运算部130、相位运算部135、d轴电流指令设定部140、电流指令变换运算部145、d轴电流控制运算部150、q轴电流控制运算部155、电压矢量运算部160、坐标变换部165、和差运算部DF1、DF2、DF3、DF4。

坐标变换部110根据向永磁铁同步电机MOT供给的3相的交流电流Iu、Iv、Iw的基于电流检测器SI而得到的检测值、即电流检测值Iuc、Ivc、Iwc、和由相位运算部135推定的旋转相位的推定值θdc，而输出d轴以及q轴的电流检测值Idc、Iqc。

相位误差推定运算部115基于电压矢量运算部160输出的电压指令值Vdc^*、Vqc^*、由速度推定运算部130推定的速度推定值ω^、坐标变换部110输出的电流检测值Idc、Iqc、预先设定的永磁铁同步电机MOT的电常数（R、Ld、Lq、Ke），并通过旋转相位的推定值θdc和永磁铁同步电机MOT的旋转相位值θd之间的偏差、即相位误差△θ（＝（θdc-θd））的推定运算，而输出相位误差推定值△θc。在此，电常数（R、Ld、Lq、Ke）作为设定值而保持在相位误差推定运算部115的内部。将由本实施方式的电机控制装置100驱动控制的永磁铁同步电机MOT的设计值，作为电常数（R、Ld、Lq、Ke）的值来设定保持。此外，虽然具有实际使用的各个永磁铁同步电机MOT的电常数（R、Ld、Lq、Ke）的值，与永磁铁同步电机MOT的电常数（R、Ld、Lq、Ke）的设计值不同的情况，但是两者的误差、以及根据各个永磁铁同步电机MOT的电常数（R、Ld、Lq、Ke）随时间变化而产生的与设定值之间的误差，通过使用以下说明的转矩推定运算部120以及相位误差指令运算部125来进行补偿。

转矩推定运算部120使用电压矢量运算部160输出的电压指令值Vdc^*、Vqc^*、由速度推定运算部130推定的速度推定值ω^、和坐标变换部110输出的电流检测值Idc、Iqc，来进行输出转矩的推定运算，并输出转矩推定值τ^。

差运算部DF1计算转矩指令设定部TS输出的转矩指令值τ^*、与转矩推定运算部120算出的转矩推定值τ^之间的偏差（τ^*-τ^）。相位误差指令运算部125对差运算部DF1输出的偏差（τ^*-τ^）进行比例、积分运算，并将该输出值作为相位误差的指令值△θc^*来输出。

差运算部DF2运算并输出相位误差推定运算部115输出的相位误差△θ、与相位误差指令运算部125输出的相位误差的指令值△θc^*之差（△θc^*-△θ）。

速度推定运算部130以使差运算部DF2输出的差（△θc^*-△θ）成为零的方式，即，以使相位误差指令运算部125输出的相位误差的推定值△θc，与相位误差指令运算部125输出的相位误差的指令值△θc^*一致的方式，输出速度推定值ω^。

此外，在此，所谓的“使相位误差的推定值△θc与相位误差的指令值△θc^*一致”，并不仅仅指相位误差的指令值△θc^*和相位误差的推定值△θc严密地一致的情况，而且也包括相位误差的推定值△θc相对于相位误差的指令值△θc^*而处于某允许范围内的情况。

相位运算部135将速度推定运算部130算出的速度推定值ω^积分，并将所得的旋转相位的推定值θdc向坐标变换部110、165输出。

d轴电流指令设定部140输出为“零”或“负极性”的值的、d轴的电流指令值Id^*。

电流指令变换运算部145使用来自转矩指令设定部TS的转矩指令值τ^*、d轴电流指令设定部140输出的d轴的电流指令值Id^*、和永磁铁同步电机MOT的电常数（Ld、Lq、Ke），来计算q轴的电流指令值Iq^*。在此，电常数（Ld、Lq、Ke）作为设定值而保持在电流指令变换运算部145的内部。将由本实施方式的电机控制装置100驱动控制的永磁铁同步电机MOT的设计值，作为电常数（Ld、Lq、Ke）的值来设定保持。

差运算部DF3计算d轴电流指令设定部140输出的第一d轴电流指令值Id^*、与坐标变换部110输出的电流检测值Idc之间的偏差（Id^*-Idc）。

d轴电流控制运算部150根据差运算部DF3算出的偏差（Id^*-Idc），来输出第二d轴电流指令值Id^**。

差运算部DF4计算电流指令变换运算部145输出的第一q轴电流指令值Iq^*、和坐标变换部110输出的电流检测值Iqc之间的偏差（Iq^*-Iqc）。

q轴电流控制运算部155根据差运算部DF4算出的偏差（Iq^*-Iqc），来输出第二q轴电流指令值Iq^**。

电压矢量运算部160基于d轴电流控制运算部150输出的第二d轴电流指令值Id^**、q轴电流控制运算部155输出的第二q轴电流指令部Iq^**、速度推定值ω^、和预先设定的永磁铁同步电机MOT的电常数（R、Ld、Lq、Ke），而分别输出d轴以及q轴的电压指令值Vdc^*、Vqc^*。

坐标变换部165根据电压矢量运算部160输出的电压指令值Vdc^*、Vqc^*、和相位运算部135推定的旋转相位的推定值θdc，而分别输出3相交流的电压指令值Vu^*、Vv^*、Vw^*。

也就是说，在本实施方式中，控制向电机供给的电流，以使相对于电机的从转矩指令值τ^*求出的q轴电流指令值Iq^*以及所设定的d轴电流指令值Id^*，与相对于经由功率变换器向电机供给的电流Iu、Iv、Iw的d轴以及q轴电流检测值Idc、Iqc一致。此外，在此，所谓的“d轴以及q轴电流指令值Id^*、Iq^*与d轴以及q轴电流检测值Idc、Iqc一致”，不仅仅指d轴以及q轴电流检测值Idc、Iqc与d轴以及q轴电流指令值Id^*、Iq^*严密地一致的情况，而且还包括d轴以及q轴电流指令值Id^*、Iq^*相对于d轴以及q轴电流检测值Idc、Iqc处于某允许范围内的情况。通过以上的反馈控制，以使电机的转矩与转矩指令值一致的方式控制向电机供给的电流。但是，若在电机常数中具有误差，则实际上从电机输出的转矩值与转矩指令值会具有差异。

下面，说明本实施方式的电机控制装置100的动作，但首先说明没有使用作为本实施方式的特征的“转矩推定运算部120”以及“相位误差指令运算部125”的情况下的、无位置传感器控制方式的基本动作。

永磁铁同步电机MOT的输出转矩τ能够由以下的数式（1）表示。

〔数式1〕

在此，Pm为电机的极对数、Ke为发电系数、Ld为d轴的电感、Lq为q轴的电感、Id为电机的d轴电流、Iq为电机的q轴电流。

在此，在产生了控制轴的旋转相位的推定值θdc与电机轴的旋转相位值θd之间的偏差、即相位误差△θ（＝（θdc-θd））的情况下，从控制轴（（dc-dq）轴）上的电流检测值Idc、Iqc向电机轴（（d-q）轴）上的电机电流Id、Iq的坐标变换矩阵为数式（2）。

〔数式2〕

在此，在数式（2）中，若将图1中的d轴电流指令设定部140输出的d轴的电流指令值Id^*设定为“零”（Id^*＝Idc＝0）来进行电流控制，则数式（2）成为数式（3）。

〔数式3〕

若将数式（3）代入至作为输出转矩数式的数式（1）中，则得到数式（4）。

〔数式4〕

通常，q轴电感Lq与d轴电感Ld具有数式（5）所示的关系，

〔数式5〕

Lq≥Ld…(5)

因此，在数式（4）中，若产生相位误差ττ，则输出转矩的第二项成分

在△θ＞0的情况下：成为增加方向

在△θ＜0的情况下：成为减少方向。

即，若相位误差△θ以“负极性”产生，则输出转矩τ会减少。

另一方面，在图1的电压矢量运算部160中，使用第二d轴以及q轴的电流指令值Id^**、Iq^**、速度推定值τ^、和电常数（R、Ld、Lq、Ke）的设定值所运算的、d轴以及q轴的电压指令值Vdc^*、Vqc^*为数式（6）。

〔数式6〕

在此，在存在相位误差△θ的情况下，在控制侧所运算的电机的施加电压Vd、Vq成为数式（7）。

〔数式7〕

另一方面，若使用相位误差△θ、电流检测值Idc、Iqc、和电机常数来表示d轴以及q轴的电机施加电压Vd、Vq，则成为数式（8）。

〔数式8〕

在此，若根据数式（7）＝数式（8）的关系，将d轴的电流指令值Id^*设定为“零”，并对q轴的电流指令值Iq^*付与规定值，则d轴以及q轴的电流控制运算部150、155的输出值Id^**、Iq^**成为数式（9）。

〔数式9〕

在此，

c1＝ω^·[2·R·Lq^*-R^*·(Ld+Lq)]+ω^·(Ld-Lq)·[-ω^·Lq^*·sin2Δθ+R^*·cos2Δθ]

c2＝2·[-ω^²·Lq^*·Ke^*+ω^·Ke·(R^*·sinΔθ+ω^·Lq^*·cosΔθ)]

c3＝2·R·R^*+ω^2·Ld^*·(Ld+Lq)-ω^·(Ld-Lq)·[R^*·sin2Δθ+ω^·Ld^*·cos2Δθ]

c4＝2·[-ω^·R^*·Ke^*+ω^·Ke·(-ω^·Ld^*·sinΔθ+R^*·cosΔθ)]

另外，在相位误差推定运算部115中，使用d轴以及q轴的电流检测值Idc、Iqc、速度推定值τ^、和电机常数，并依照数式（10）来运算相位差推定值△θc。

〔数式10〕

在此，若将数式（6）、数式（9）代入至数式（10）中，则得到数式（11）。

〔数式11〕

速度推定运算部130以使相位误差推定运算部115的输出值即相位误差的推定值△θc、与相位误差的指令值△θc^*（＝0）一致的方式运算速度推定值τ^。在一定速度下，数式（11）的分子项成为“零”，因此，数式（12）成立。

〔数式12〕

ω^·([2·Lq^*-(Ld+Lq)]·Iqc+(Ld-Lq)·Iqc·cos[2Δθ]+2·Ke·sin[Δθ])＝0…(12)

在此，在数式（12）中，若整理相位误差△θ，则能够得到数式（13）。

〔数式13〕

即，在通过流动电机电流而使q轴电感Lq向减少方向变化，或在关于q轴电感的电机常数的设定值Lq^*中具有误差的情况下，因数式（13）的关系，而产生相位误差△θ。

Lq^*＞Lq的情况：△θ为“负”

Lq^*＜Lq的情况：△θ为“正”

若将数式（13）的结果运用在数式（4）中，则

Lq^*＞Lq的情况下，△θ为“负”，输出转矩为减少方向，

Lq^*＜Lq的情况下，△θ为“正”，输出转矩为增加方向。

在此，使用图2来说明上述的转矩的减少。

图2是使用了现有的电机控制装置的电机驱动系统中的输出转矩的变动的说明图。

对不具有作为本实施方式的特征的“转矩推定运算部120”以及“相位误差指令运算部125”的情况下的转矩控制特性进行说明。

在图1的控制装置中，相位误差的指令值△θc^*为“0”，在“电压矢量运算部160”和“相位误差推定运算部115”中设定的关于q轴电感的电机常数的设定值Lq^*，以Lq^*＞Lq的关系来设定（输出转矩减少的方向）。

图2（A）表示使转矩指令τ^*阶跃变化到100%的情况下的输出转矩τ，图2（B）表示交流的电机电流Iu，图2（C）表示相位误差△θ的关系。

如图2（A）由虚线所示，付与100%的转矩指令τ^*，因此，如图2（B）所示，也会产生100%的交流的电机电流Iu，但是，如图2（C）所示，实际的相位误差△θ固定地例如产生为-30（deg）。由此，实际的输出转矩如图2（A）所示地例如减少至80%。

相对于此，在本实施方式中，通过导入“转矩推定运算部120”、和“相位误差指令运算部125”，能够实现可得到与转矩指令τ^*相符的输出转矩τ的高精度转矩控制。

接着，使用图3以及图4，来说明在本发明的第一实施方式的电机控制装置中，使用了“转矩推定运算部120”、和“相位误差指令运算部125”的情况下的动作原理。

图3是在本发明的第一实施方式的电机控制装置中使用的转矩推定运算部的动作说明图。图4是在本发明的第一实施方式的电机控制装置中使用的相位误差指令运算部的动作说明图。

从电机的磁通轴考虑的有效功率P为数式（14）。

〔数式14〕

P＝Vd·Id+Vq·Iq

＝(R·Id-ω·Lq·Iq)·Id+(R·Iq+ω·Ld·Id+ω·Ke)·Iq

＝R·(Id²+Iq²)+ω·(Ld-Lq)·Id·Iq+ω·Ke·Iq…(14)

在此，通过代入数式（3），而能够通过数式（15）得到在控制的基准轴上的有效功率的运算值Pc。

〔数式15〕

图3所示的“转矩推定运算部120”使用数式（15）的有效功率的运算值P来进行输出转矩τ的推定运算。

数式（16）为从数式（15）减去永磁铁同步电机的铜损成分（R×Iqc²），并将该运算值除以速度推定值τ^后乘以常数（3/2×Pm），通过该数式（16）的运算，转矩推定运算部120能够高精度地推定数式（4）的输出转矩τ。

〔数式16〕

另外，在图4所示的“相位误差指令运算部125”中，以使输出转矩推定值τ^与转矩指令τ^*追随的方式，对转矩指令τ^*与输出转矩推定值τ^之间的偏差乘以积分增益A来进行积分运算（或也可以通过比例＋积分运算），而制作τ相位误差的指令值△θc^*。

速度推定运算部130以使相位误差的推定值△θc与该指令值△θc^*一致的方式运算τ度推定值τ^。

通过编入这种反馈环路（feedback loop），即使在电机常数中具有误差，也能够补偿该误差而实现高精度的转矩控制。

在此，使用图5来说明本实施方式的输出转矩的变动。

图5是使用了本发明的第一实施方式的电机控制装置的电机驱动系统中的输出转矩的变动的说明图。

对使用了本发明的情况下的转矩控制特性进行说明。

在图1的控制装置中，在“电压矢量运算部160”和“相位误差推定运算部115”中设定的Lq^*以Lq^*＞Lq的关系设定（与图2为相同条件）。

图5（A）表示使转矩指令τ^*阶跃变化到100%的情况下的输出转矩τ，图5（B）表示电机电流Iu，图5（C）表示相位误差△θ的关系。

与图2的情况同样地，如图5（A）由虚线所示地，付与100%的转矩指令τ^*，但从时刻t1的点开始，如图5（C）由虚线所示的相位误差的指令值△θcτ固定地例如发生﹢20（deg），通过将控制轴的相位超前，而使实际的相位误差△θ为“零”，并如图5（A）所示，能够实现与转矩指令τ^*相符的100%的输出转矩。

接着，使用图6来说明在本实施方式的电机控制装置中使用的转矩推定运算部的其他构成。

如图3所示，转矩推定运算部120使用d轴以及q轴的电压指令值和电流检测值来进行推定运算，但是，也可以将其替代，采用图6所示的构成。也就是说，转矩推定运算部120a使用3相的电压指令值（Vu^*、Vv^*、Vw^*）和3相的电流检测值（Iuc、Ivc、Iwc）来进行输出转矩τ的推定运算。

具体地，通过进行以下数式（17）的运算，

〔数式17〕

而与数式（16）同等地，能够高精度地推定数式（4）的输出转矩τ。

如以上所说明地，根据本实施方式，在没有使用位置传感器的永磁铁同步电机的控制装置中，即使在对无位置传感器控制系统的相位误差（控制的基准轴与电机的磁通轴之间的相位差）的推定运算所设定的q轴电感中，产生了误差的情况下，也能够以使从有效功率值运算所得的转矩推定值与转矩指令值一致的方式，对相位误差的指令值进行运算，由此，能够实现与转矩指令值相符的输出转矩。这样，将电机常数的设定误差也包含在内地进行补偿，而能够进行高精度的转矩控制。

接着，使用图7以及图8来说明本发明的第二实施方式的电机控制装置的构成以及动作。

图7说明使用了本发明的第二实施方式的电机控制装置的电机驱动系统的构成。图8是在本发明的第二实施方式的电机控制装置中使用的转矩推定运算部的动作说明图。

本实施方式的电机控制装置100a与图1所示的电机控制装置100的不同点在于，代替图1的电机控制装置100中的转矩推定运算部120，而具有转矩推定运算部120b这一点。

直流电源B向功率变换器INV供给直流电压，并向转矩推定运算部120b输出直流电压EDC和直流电流IDC。

转矩推定运算部120b使用功率变换器的信息（EDC、IDC）、 d轴以及q轴的电流检测值（Idc、Iqc）、和速度推定值τ^来进行输出转矩τ^的推定运算。

也就是说，图1所示的转矩推定运算部120使用控制系统的电压、电流信息来进行输出转矩的推定运算，但在本例中，转矩推定运算部120b使用功率变换器的直流电压以及直流电流的信息来进行输出转矩的推定运算。

如图8所示，转矩推定运算部120b进行如下数式（18）的运算，

〔数式18〕

由此，与数式（16）同等地，能够高精度地推定数式（4）的输出转矩τ。

通过本实施方式，也可将电机常数的设定误差也包含在内地进行补偿，而能够进行高精度的转矩控制。

接着，使用图9～图11来说明本发明的第三实施方式的电机控制装置的构成以及动作。

图9说明使用了本发明的第三实施方式的电机控制装置的电机驱动系统的构成。图10是在本发明的第三实施方式的电机控制装置中使用的q轴电感修正运算部的动作说明图。图11是在本发明的第三实施方式的电机控制装置中使用的相位误差推定运算部的动作说明图。

本实施方式的电机控制装置100b与图1所示的电机控制装置100的不同点在于，代替图1的电机控制装置100中的相位误差推定运算部115以及相位误差指令运算部125，而具有相位误差推定运算部115a以及q轴电感修正运算部125a这一点。另外，具有相位误差指令值设定部170。

也就是说，在图1和图7的例中，以使输出转矩推定值τ^与转矩指令τ^*追随的方式，制作相位误差的指令值△θc^*。

相对于此，在本例中，代替相位误差的指令值△θc^*而制作q轴电感修正值△Lq^*，并通过关于q轴电感的电机常数的设定值Lq^*与q轴电感修正值的△Lq^*之间的加法值，来进行相位误差的推定值△θc1的推定运算。

相位误差推定运算部115a基于电压矢量运算部160输出的电压指令值Vdc^*、Vqc^*、由速度推定运算部130推定的速度推定值ω^、坐标变换部110输出的电流检测值Idc、Iqc、预先设定的永磁铁同步电机MOT的电常数（R、Ld、Lq、Ke）、和q轴电感的修正值△Lq^*，并通过旋转相位的推定值θdc和永磁铁同步电机MOT的旋转相位值θd之间的偏差、即相位误差△θ的推定运算，而输出相位误差推定值△θc1。

q轴电感修正运算部125a对差运算部DF1输出的偏差（τ^*-τ^）进行比例、积分运算，并将该输出值作为q轴电感的修正值△Lq^*来输出。

如图10所示，q轴电感修正运算部125a以使输出转矩推定值τ^与转矩指令值τ^*追随的方式，对转矩指令值τ^*与输出转矩推定值τ^之间的偏差乘以积分增益B来进行积分运算，而制作q轴电感的修正值△Lq^*。此外，在此也可以代替积分运算，而进行比例＋积分运算。

如图11所示，相位误差推定运算部115a基于电压矢量运算部160输出的电压指令值Vdc^*、Vqc^*、由速度推定运算部130推定的速度推定值ω^、坐标变换部110输出的电流检测值Idc、Iqc、预先设定的永磁铁同步电机MOT的电常数（R、Ld、Lq、Ke）、和q轴电感的修正值△Lq^*，并依照数式（19）来运算相位误差的推定值△θc1。

〔数式19〕

差运算部DF2运算并输出相位误差推定运算部115a输出的相位误差△θ、和相位误差指令值设定部170输出的相位误差的指令值 △θc^*之间的差（△θc^*-△θ）。此外，相位误差指令值设定部170输出的相位误差的指令值△θc^*，在此为“零”。因此，差运算部DF2直接输出相位误差推定运算部115a输出的相位误差△θ。

在本例中，通过修正q轴电感，也能够实现与图1的设有相位误差指令运算部125的情况同等的转矩控制特性。

此外，在本实施例中，在转矩推定运算部120中，使用d轴以及q轴的电压指令值和电流检测值而进行了推定运算，

但也可以使用图6所示的转矩推定运算部120a、图8所示的转矩推定运算部120b来进行运算。

下面，说明相对于图1～图11所示的第一～第三实施方式的变形例。在第一～第三实施方式中，根据第一电流指令值（Id^*、Iq^*）和电流检测值（Idc、Iqc）制作第二电流指令值（Id^**、Iq^**），并使用该电流指令值来进行矢量控制运算。

相对于此，也可以为，例如根据第一电流指令值（Id^*、Iq^*）和电流检测值（Idc、Iqc）制作电压修正值（△Vd^*、△Vq^*），使用该电压修正值（△Vd^*、△Vq^*）、第一电流指令值（Id^*、Iq^*）、速度推定值ω^、和电机MOT的电常数，并依照如下的数式（20），来运算电压指令值（Vdc^*、Vqc^*）。

〔数式20〕

另外，相对于第一～第三实施方式，也可以使用第一d轴电流指令Id^*（＝0）、q轴的电流检测值Iqc的一次延迟信号Iqctd、速度推定值ω^、和电机MOT的电常数，并依照如下的数式（21），来运算电压指令值（Vdc^*、Vqc^*）。

〔数式21〕

另外，在第一～第三实施方式中，采用了对由昂贵的电流检测器SI检测到的3相的交流电流Iu、Iv、Iw进行检测的方式，但也能够从在单分流电阻器（one shunt resistor）中流动的直流电流IDC，将3相的电机电流Iu^、Iv^、Iw^再现，并使用该再现电流值，其中，该单分流电阻器是为了功率变换器INV的过电流检测用而安装的。

接着，使用图12以及图13来说明适用本发明的各实施方式的电机控制装置的作业车辆的构成。

图12以及图13是适用本发明的各实施方式的电机控制装置的作业车辆的构成图。

图12作为作业车辆的一例而表示了叉车201的构成。

叉车201在其车身202的前部设有左右一对的前车轮（驱动轮）203，并且，在后部设有左右一对的后车轮（转向轮）204，而且，在车身202的前部，在上方设有驾驶部205。在上述车身202的前端部上，经由车宽方向上的门架连结轴207而沿前后方向倾动自如地安装有在上下方向上伸缩自如的门架（mast）206，并且，在车身202与门架206之间设有进行前后倾动的摆动液压缸208。

上述门架206由车身202侧的左右一对的外框209、经由内框滚轮向该外框209引导而升降自如的左右一对的内框211构成，而且，在外框209与内框211之间设有升降液压缸212。另外，在内框侧设有经由托架滚轮213引导而升降自如的升降托架214，并且，在门架206与升降托架214之间设有升降联动机构215。在上述升降托架214上经由保持框体220而设有左右一对的叉部件221。在上述驾驶部205中配设有座席222、和位于该座席222的前方的方向盘223等，而且，在上方配设有头部保护部224。而且，在座席222的后方，在车身202上设有配重225。

由图1所示的电机控制装置100所控制的永磁铁同步电机MOT为，驱动车轮（驱动轮）203的行驶驱动用的电机。

图13作为作业车辆的其他例，而表示了液压挖掘机301的构成。

作为工程机械的履带式的液压挖掘机301大致由能够自行驶的下部行驶体302、能够旋转地搭载在该下部行驶体302上且与该下部行驶体302一同构成车身的上部旋转体303、和能够俯仰动地设在该上部旋转体303的前部且进行砂土的挖掘作业等的作业装置304构成。上部旋转体303的旋转构架305由支承构造体构成，并构成为车身构架。

由图1所示的电机控制装置100所控制的永磁铁同步电机MOT为，用于使上部旋转体303相对于下部行驶体302旋转的旋转电机。

而且，下面，使用图14～图23来说明本发明的第四实施方式的电机控制装置的构成以及动作。

首先，使用图14来说明使用了本实施方式的电机控制装置的电机驱动系统的构成。

本实施方式的电机驱动系统由电机控制装置100、功率变换器INV、永磁铁同步电机（PM电机；交流电机）MOT、位置检测器PD、和转矩指令设定部TS构成。

永磁铁同步电机（PM电机；交流电机）MOT由具有永磁铁以及励磁线圈的转子、和具有电枢线圈的定子构成。永磁铁同步电机MOT输出将基于永磁铁的磁通所产生的转矩成分、和基于电枢线圈的电感所产生的转矩成分合成的转矩。使用图28而后述那样地，永磁铁同步电机MOT为使用在作业机械中的电机。本实施方式的电机控制装置100用于控制上述电机MOT。

相位检测器PD为能够检测电机的位置θ的解析器或编码器，输出位置检测值θdc。

转矩指令设定部TS相对于电机控制装置100而输出永磁铁同步电机MOT所输出的转矩的指令值、即转矩指令值τ^*。转矩指令值τ^*是包含“零”在内的“正负极性”的值。转矩指令设定值TS安装于相对于电机控制装置100为上位的控制装置的内部。

电机控制装置100具有坐标变换部110、速度运算部415、转矩推定运算部120、转矩修正运算部425、d轴电流指令设定部140、电流指令变换运算部145、d轴电流控制运算部150、q轴电流控制运算部155、电压矢量运算部160、坐标变换部165、和差运算部DF1、DF2、DF3、DF4。

坐标变换部110根据向永磁铁同步电机MOT供给的3相的交流电流Iu、Iv、Iw的基于电流检测器SI而得到的检测值、即电流检测值Iuc、Ivc、Iwc、和由相位运算部135推定的旋转相位的推定值θdc，而输出d轴以及q轴的电流检测部Idc、Iqc。

速度运算部415输入由位置检测器PD检测到的位置检测值θdc，并输出PM电机1的速度检测值ω。

差运算部DF1计算转矩指令设定部TS输出的转矩指令值τ^*、与转矩推定运算部120算出的转矩推定值τ^之间的偏差（τ^*-τ^）。

转矩修正运算部425对差运算部DF1的输出即偏差（τ^*-τ^）进行比例、积分运算，并输出转矩指令的修正值△τ^*。

加法部AD1将转矩指令设定部TS输出的转矩指令值τ^*、和转矩修正运算部425输出的转矩指令的修正值△τ^*相加。

差运算部DF2计算d轴电流指令设定部140输出的第一d轴电流指令值Id^*、和坐标变换部110输出的电流检测值Idc之间的偏差（Id^*-Idc）。

d轴电流控制运算部150根据差运算部DF2算出的偏差（Id^*-Idc），来输出第二d轴电流指令值Id^**。

差运算部DF3计算电流指令变换运算部145输出的第一q轴电流指令值Iq^*、和坐标变换部110输出的电流检测值Iqc之间的偏差（Iq^*-Iqc）。

q轴电流控制运算部155根据差运算部DF3算出的偏差（Iq^*-Iqc），来输出第二q轴电流指令值Iq^**。

电压矢量运算部160基于d轴电流控制运算部150输出的第二d轴电流指令值Id^**、q轴电流控制运算部155输出的第二q轴电流指令部Iq^**、速度推定值ω^、和预先设定的永磁铁同步电机MOT的电常数（R、Ld、Lq、Ke）、而分别输出d轴以及q轴的电压指令值Vdc^*、Vqc^*。

也就是说，在本实施方式中，控制向电机供给的电流，以使相对于电机的从转矩指令值τ^*求出的q轴电流指令值Iq^*以及所设定的d轴电流指令值Id^*，与相对于经由功率变换器向电机供给的电流Iu、Iv、Iw的d轴以及q轴电流检测值Idc、Iqc一致。通过以上的反馈控制，以使电机的转矩与转矩指令值一致的方式控制向电机供给的电流。但是，若在电机常数中具有误差，则实际上从电机输出的转矩值与转矩指令值会具有差异。

下面，说明本实施方式的电机控制装置100的动作，但首先说明没有使用作为本实施方式的特征的“转矩推定运算部120”以及“转矩修正运算部425”的情况下的控制方式的基本动作。

在电流指令变换运算部145中，使用转矩指令τ^*和d轴的电流指令Id^*以及PM电机MOT的电常数，并通过数式（22）来运算与转矩指令τ^*相符的q轴的电流指令Iq^*。

〔数式22〕

在d轴的电流控制运算部150中，输入有d轴的电流指令值Id^*和电流检测值Idc，在q轴的电流控制运算部155中输入有d轴的电流指令值Iq^*和电流检测值Iqc。

在此，d轴的电流控制运算部150以及q轴的电流控制运算部155依照数式（23），以使各成分的电流检测值Idc、Iqc追随电流指令值Id^*、Iq^*的方式进行比例、积分运算，并输出第二d轴以及q轴的电流指令值Id^**、Iq^**。

〔数式23〕

在此，Kpd为d轴的电流控制的比例增益，Kid为d轴的电流控制的积分增益，Kpq为q轴的电流控制的比例增益，Kiq为q轴的电流控制的积分增益。

而且，在电压矢量运算部160中，使用所得到的第二电流指令值Id^**、Iq^**、电机常数（R、Ld、Lq、Ke）以及速度检测值ω，来运算数式（24）所示的电压指令值Vdc^**、Vqc^**，并控制3相的PWM转换器的输出。

〔数式24〕

在此，电常数（R、Ld、Lq、Ke）作为设定值而保持在电压矢量运算部160的内部。将由本实施方式的电机控制装置100驱动控制的永磁铁同步电机MOT的设计值，作为电常数（R、Ld、Lq、Ke）的值来设定保持。此外，虽然具有实际使用的各个永磁铁同步电机MOT的电常数（R、Ld、Lq、Ke）的值，与永磁铁同步电机MOT的电常数（R、Ld、Lq、Ke）的设计值不同的情况，但是两者的误差、以及根据各个永磁铁同步电机MOT的电常数（R、Ld、Lq、Ke）随时间变化而产生的与设定值之间的误差，通过使用后述的转矩推定运算部120以及相位误差指令运算部125来进行补偿。

另一方面，通过解析器、编码器、磁极位置检测器等位置检测器PD来检测电机的位置θ，而得到位置检测值θdc。

在坐标变换部110、165中，使用该位置检测值θdc来进行数式（25）和数式（26）所示的坐标变换。

〔数式25〕

〔数式26〕

以上是没有使用转矩推定运算部120、转矩修正运算部425的情况下的转矩控制的基本动作。

接着，说明没有设置转矩推定运算部120、转矩修正运算部425 的情况下的控制特征。

首先，使用图15～图18来说明在“电流指令变换运算部145”和“电压矢量运算部160”中设定的电机常数的误差对转矩控制特性所产生的影响。

图15以及图17是在电机常数的设定值中没有误差的情况下的输出转矩的变动的说明图。图16以及图18是在电机常数的设定值中具有误差的情况下的输出转矩的变动的说明图。

各图（A）表示使转矩指令τ^*阶跃变化到100%的情况下的输出转矩τ，各图（B）表示交流的电机电流Iu。

〔1〕设定为Id^*＝0的情况

在图14的控制装置中，以d轴的电流指令Id^*＝0的设定，来进行使转矩指令τ^*阶跃变化到100%的动作。

在电机常数的设定值中没有误差的情况下，如图15所示，在没有误差的理想的状态下，如图15（B）所示地产生了100%的u相交流电流Iu，由此，如图15（A）所示地能够与转矩指令τ^*相符地得到100%的输出转矩τ。

在电机常数的设定值中具有误差的情况下，在此，以Lq^*＞Lq、Ke^*＞Ke的关系付与误差。

如图16（A）所示，付与100%的转矩指令τ^*，但输出转矩τ成为83%。这是由于在“电流指令变换运算部145”中运算数式（27）时，q轴的电流指令值Iq^*发生了减少。该结果为，如图16（B）所示，u相交流电流Iu成为83%。

〔数式27〕

这是由于在数式（27）的分母成分中包括Ke^*，若在Ke^*中存在设定误差，则无法使与转矩相符的电流流动。

〔2〕设定为最大转矩控制Id^*＜0的情况

接着，在图14的控制装置中，以d轴的电流指令Id^*＜0的设定，来进行使转矩指令τ^*阶跃变化到100%的动作。

PM电机MOT的输出转矩τ为数式（28）。

〔数式28〕

若展开该数式（28），则得到数式（29）。

〔数式29〕

右边的第一项为“磁铁转矩成分”，第二项为“磁阻转矩成分”。由数式（30）产生d轴的电流指令Id^*，由此，运用磁阻转矩成分，能够对于相同转矩而使电机电流最小化。

〔数式30〕

在电机常数的设定值中没有误差的情况下，如图17（A）所示，在没有误差的理想的状态下，能够与转矩指令τ^*相符地得到100%的输出转矩τ，如图17（B）所示，u相的交流电流Iu成为88%。也就是说，能够通过比图15少的电流而输出相同的转矩。

在电机常数的设定值中具有误差的情况下，以Lq^*＞Lq、Ke^*＞Ke的关系付与误差。在该情况下，如图18（A）所示，付与100%的转矩指令τ^*，但输出转矩τ成为81%，与图16相比转矩减少了2%。如图18（B）所示，u相的交流电流Iu也减少至74%。

这是由于在“电流指令变换运算部145”中运算数式（22）和数式（30）时，在分母成分中包含Ke^*和Lq^*，由此，因该设定误差而无法产生与转矩指令τ^*相符的d轴以及q轴的电流指令值。

因此，在本发明中，通过导入“转矩推定运算部120”、和“转矩修正运算部425”，能够实现可得到与转矩指令τ^*相符的输出转矩τ的高精度转矩控制。

接着，使用图19以及图20，来说明在本发明的第四实施方式的电机控制装置中，使用了“转矩推定运算部120”、和“转矩修正运算部425”的情况下的动作原理。

图19是在本发明的第四实施方式的电机控制装置中使用的转矩推定运算部的动作说明图。图20是在本发明的第四实施方式的电机控制装置中使用的转矩修正运算部的动作说明图。

从电机的磁通轴考虑的有效功率P为数式（31）。

〔数式31〕

P＝Vd·Id+Vq·Iq

＝(R·Id-ω·Lq·Iq)·Id+(R·Iq+ω·Ld·Id+ω·Ke)·Iq…(31)

＝R·(Id²+Iq²)+ω·(Ld-Lq)·Id·Iq+ω·Ke·Iq

另外，在控制的基准轴（de-qc）上运算的推定值P^为数式（31）。

〔数式32〕

P^＝Vdc^*·Idc+Vqc^*·Iqc＝(R^*·Id^**-ω·Lq^*·Iq^***)·Idc+(R^*·Iq^**+ω·Ld^*·Id^***+ω·Ke^*)·Iqc..(32)

＝R^*·(Id^**+Iq^**)+ω·(Ld^*·Id^**·Iqc-Lq^*·Iq^**·Idc)+ω·Ke^*·Iqc

在图19所示的“转矩推定运算部120”中，使用该有效功率的推定值P^来进行输出转矩τ的推定运算。

在此，数式（33）为从数式（32）减去PM电机MOT的铜损成分R×（Idc2＋Iqc2），并将该运算值除以速度检测值ω后乘以常数（（3/2）×Pm）的数式，转矩推定运算部120利用“从电机的磁通轴观察的有效功率P”和“在基准轴（dc-qc）上运算的推定值P^”是一致的这一情况，并通过该数式（33）的运算，而能够高精度地推定数式（28）的输出转矩τ。

〔数式33〕

另外，在图20所示的“转矩指令修正部425”中，以使输出转矩推定值τ^与转矩指令τ^*追随的方式，对τ^*与τ^之间的偏差乘以积分增益A来进行积分运算（或也可以通过比例＋积分运算），而制作转矩指令的修正值△τ^*。

将该修正值△τ^*与从上位付与的第一转矩指令值τ^*相加，来运算新的第二转矩指令值τ^**，并在电流指令变换运算部145中，由数式（22）来进行q轴的电流指令值Iq^*的运算。

通过编入这种反馈环路，能够实现高精度的转矩控制。

在此，使用图21以及图22来说明本实施方式的输出转矩的变动。

图21以及图22是使用了本发明的第四实施方式的电机控制装置的电机驱动系统中的输出转矩变动的说明图。

对使用了本发明的情况下的转矩控制特性进行说明。

在图14的控制装置中，在“电流指令变换运算部145”和“电压矢量运算部160”中设定的电机常数的设定值（Lq^*、Ke^*），以Lq^*＞Lq且Ke^*＞Ke的关系付与误差（与图15、图16为相同条件）。

〔1〕设定为Id^*＝0的情况

在图21中，表示在使转矩指令τ^*阶跃变化到100%的情况下的输出转矩τ与u相的交流电流Iu之间的关系。在时刻t1中，执行转矩指令修正的控制动作。与图15的情况同样地，如图21（A）所示，付与100%的τ^*。从时刻t1开始，由“虚线”所示的第二转矩指令值τ^**固定地产生120%的值，来修正转矩指令值的大小，由此，能够实现与转矩指令τ^*相符的100%的输出转矩。

〔2〕设定为最大转矩控制Id^*＜0的情况

在图22中，表示在使转矩指令τ^*阶跃变化到100%的情况下的输出转矩τ与u相的交流电流Iu之间的关系。

与图18的情况同样地，付与100%的τ^*。从时刻t1开始，由“虚线”所示的第二转矩指令值τ^**固定地产生123%的值，来修正转矩指令值的大小，由此，能够实现与转矩指令τ^*相符的100%的输出转矩。

即，能够相对于PM电机MOT的电机常数的设定误差而实现稳定（robust）化。

接着，使用图23来说明在本实施方式的电机控制装置中使用的转矩推定运算部的其他构成。

在图19所示中，转矩推定运算部120使用d轴以及q轴的电压指令值和电流检测值来进行推定运算，但是，也可以将其替代，采用图23所示的构成。也就是说，转矩推定运算部120a使用3相的电压指令值（Vu^*、Vv^*、Vw^*）和3相的电流检测值（Iuc、Ivc、Iwc）来进行输出转矩τ的推定运算。

通过进行数式（34）的运算，也能够与数式（33）同等地高精度地推定输出转矩τ。

〔数式34〕

如以上所说明地，根据本实施方式，以使从有效功率值运算所得的转矩推定值与从上位付与的转矩指令值一致的方式，运算新的第二转矩指令值，由此，能够即时地进行补偿而实现与转矩指令值相符的输出转矩。这样，将电机常数的设定误差也包含在内地进行补偿，而能够进行高精度的转矩控制。

接着，使用图24以及图25来说明本发明的第五实施方式的电机控制装置的构成以及动作。

图24说明使用了本发明的第五实施方式的电机控制装置的电机驱动系统的构成。图25是在本发明的第五实施方式的电机控制装置中使用的转矩推定运算部的动作说明图。

本实施方式的电机控制装置100a与图14所示的电机控制装置100的不同点在于，代替图14的电机控制装置100中的转矩推定运算部120，而具有转矩推定运算部120b这一点。

转矩推定运算部120b使用功率变换器的信息（EDC、IDC）、d轴以及q轴的电流检测值（Idc、Iqc）、和速度推定值τ^来进行输出转矩τ^的推定运算。

通过进行数式（35）的运算，也能够与数式（33）同等地高精度地推定数式（28）的输出转矩τ。

〔数式35〕

通过本实施方式，也能够进行高精度的转矩控制。

接着，使用图26～图27来说明本发明的第六实施方式的电机控制装置的构成以及动作。

图26说明使用了本发明的第六实施方式的电机控制装置的电机驱动系统的构成。图27是本发明的第六实施方式的电机控制装置的动作说明图。

本实施方式的电机控制装置100b与图14所示的电机控制装置100的不同点在于，为没有使用图14的电机控制装置100中的位置检测器PD的无传感器方式，代替图14的电机控制装置100中的位置检测器PD和速度运算部415，而具有相位误差推定运算部117、速度推定运算部130、和相位运算部135这一点。

相位误差推定运算部117基于电压指令值Vdc^*、Vqc^*、电流检测值Idc、Iqc、速度检测值ω、以及电机常数，来进行位置推定值θdc^与PM电机MOT的位置θ之间的偏差、即相位误差△θ（＝θdc^-θ）的推定运算。

基于电压指令值Vdc^*、Vqc^*、电流检测值Idc、Iqc、速度检测值ω、以及电机常数，并通过数式（26）来运算位置推定值与电机的位置之间的偏差、即相位误差△θc。

〔数式36〕

速度推定运算部130以使相位误差的推定值△θc为“零”的方式进行速度推定值ω^的推定运算。

相位运算部135将速度推定值ω^积分，并进行位置推定值 θdc^的推定运算。通过这种无位置传感器方式，也与上述实施例同样地动作。

在图14的控制装置中，对在“电流指令变换运算部145”和“电压矢量运算部160”中设定的电机常数的设定值（Lq^*、Ke^*），以Lq^*＞Lq且Ke^*＞Ke的关系付与误差（与图22为相同条件）。

图27表示在最大转矩控制（设定为Id^*＜0）中，在使转矩指令τ^*阶跃变化到100%的情况下的输出转矩τ与u相的交流电流Iu之间的关系。

从时刻t1开始，由“虚线”所示的第二转矩指令值τ^**固定地产生125%的值，来修正转矩指令值的大小，由此，即使在无位置传感器控制时，也能够实现与转矩指令τ^*相符的100%的输出转矩。

如上述说明那样地，在无传感器的情况下，通过本实施方式也能够实现高精度的转矩控制。

此外，在以上的各实施方式中，将第一转矩指令τ^*和转矩指令的修正值△τ^*相加来制作第二转矩指令τ^**，但也可以不与第一转矩指令τ^*相加，而将转矩指令值的修正值△τ^*直接作为第二转矩指令τ^**。

另外，在各实施方式中，从第一电流指令值Id^*、Iq^*和电流检测值Idc、Iqc来制作第二电流指令值Id^**、Iq^**，并使用该电流指令值来进行矢量控制运算。

相对于此，也能够适用如下的矢量控制运算方式，该方式为，对第一电流指令值Id^*、Iq^*和电流检测值Idc、Iqc之间的偏差进行比例＋积分运算，来制作电压修正值△Vd^*、△Vq^*，并使用该电压修正值△Vd^*、△Vq^*、第一电流指令值Id^*、Iq^*、速度检测值ω、和PM电机MOT的电机常数，并依照如下的数式（37），来运算电压指令值Vdc^*、Vqc^*。

〔数式37〕

另外，也能够适用如下的矢量控制运算方式，该方式为，使用第一d轴电流指令Id^*＝0、q轴的电流检测值Iqc的一次延迟信号Iqctd、速度指令值ω^*、和电机MOT的电机常数，并依照如下的数式（38），来运算电压指令值Vdc^*、Vqc^*。

〔数式38〕

另外，在各实施方式中，采用了对由昂贵的电流检测器PD检测到的3相的交流电流Iu～Iw进行检测的方式，但也能够从单分流电阻器（one shunt resistor）中流动的直流电流IDC，将3相的电机电流Iu^、Iv^、Iw^再现，并也能够应对使用该再现电流值的“低成本的电动车辆系统”，其中，该单分流电阻器是为了功率变换器INV的过电流检测用而安装的。

接着，使用图28以及图13来说明适用本发明的各实施方式的电机控制装置的作业机械的构成。

图28以及图13是适用本发明的各实施方式的电机控制装置的作业机械的构成图。

图28作为作业机械的一例而表示了轮式装载机的构成。

本例的轮式装载机501是在车辆的中心附近进行中间弯折而能够转向的关节型的车辆，在传动轴（propeller shaft）进行中间弯折的部分上组装有中央连结器（CJ）515，并且，根据该中央连结器515而具有前侧的前构架550和后侧的后构架560（参照图28）。而且，隔着中央连结器（CJ）515而在前后的传动轴上，分别配置有作为行驶用电机的第一电机（M1）和第二电机（M2）。若行驶用电机旋转，则其动力向传动轴传递，并经由差动齿轮（Dif）以及齿轮（G）而使车轮513旋转驱动。

另外，若驱动发动机，则液压泵动作，从该液压泵向液压作业装置（作业装置）505供给液压油。向液压作业装置505供给的液压油经由控制阀C/V而向铲斗、升降部件、转向部件供给，操作员从未图示的驾驶室对操作杆等进行操作，由此，能够使铲斗、升降部件、转向部件进行规定的动作。

由电机控制装置所控制的永磁铁同步电机MOT为，驱动车轮的行驶驱动用的电机、和辅助发动机的辅助电机。行驶驱动用电机使用解析器等位置检测器PD。由此，作为控制行驶驱动用电机的电机控制装置，使用了图14所示的电机控制装置100或图24所示的电机控制装置100a。辅助电机没有使用位置检测器PD。由此，作为控制辅助电机的电机控制装置，使用了图26所示的电机控制装置100b。

另外，作为其他的示例，作为控制行驶驱动用电机的电机控制装置、和控制辅助电机的电机控制装置，分别使用了图14所示的电机控制装置100和图24所示的电机控制装置100a。

另外，作为作业机械的其他示例，也能够对图13的液压挖掘机301的构成进行适用。

由电机控制装置所控制的永磁铁同步电机MOT为，用于使上部旋转体303相对于下部行驶体302旋转的旋转电机、和辅助发动机的辅助电机。旋转电机使用解析器等位置检测器PD。由此，作为控制旋转电机的电机控制装置，使用图14所示的电机控制装置100或图24所示的电机控制装置100a。辅助电机没有使用位置检测器PD。由此，作为控制辅助电机的电机控制装置，使用图26所示的电机控制装置100b。

另外，作为其他的示例，作为控制旋转电机的电机控制装置、和控制辅助电机的电机控制装置，能够分别使用图14所示的电机控制装置100和图24所示的电机控制装置100a。

附图标记说明

B 直流电源

INV 功率变换器

MOT 永磁铁同步电机

SI 电流检测器

TS 转矩指令设定部

100、100a、100b 电机控制装置

110 坐标变换部

115、115a、117 相位误差推定运算部

120、120a、120b 转矩推定运算部

125 相位误差指令运算部

125a q轴电感修正运算部

130 速度推定运算部

135 相位运算部

140 d轴电流指令设定部

145 电流指令变换运算部

150 d轴电流控制运算部

155 q轴电流控制运算部

160 电压矢量运算部

165 坐标变换部

170 相位误差指令值设定部

415 速度运算部

425 转矩修正运算部

Claims

1.一种电机控制装置，具有控制部，该控制部以使电流指令值与电流检测值一致的方式控制向所述电机供给的电流，其中，该电流指令值根据针对电机的转矩指令值求出，该电流检测值针对经由功率变换器向所述电机供给的电流，所述电机控制装置的特征在于，

所述控制部推定所述电机输出的转矩，并以使所推定的所述电机的转矩推定值与所述转矩指令值一致的方式控制向所述电机供给的电流，

所述控制部具有：

转矩推定运算部，推定所述电机输出的转矩；

电压矢量运算部，基于d轴以及q轴电流指令值、d轴以及q轴电流检测值、速度推定值、和电机常数的设定值，来计算d轴以及q轴电压指令值；

相位误差推定运算部，基于该电压矢量运算部输出的d轴以及q轴电压指令值、所述速度推定值、所述d轴以及q轴电流检测值、和所述电机常数的设定值，来输出作为所述电机的旋转相位的推定值与所述电机的旋转相位值之间的偏差的相位误差的推定值、即相位误差推定值；

相位误差指令运算部，根据所述转矩推定运算部推定的所述转矩推定值与所述转矩指令值之间的偏差，来计算相位误差的指令值；和

速度推定运算部，以使所述相位误差推定运算部输出的相位误差推定值，与所述相位误差指令运算部输出的相位误差的指令值一致的方式，输出所述速度推定值。

2.根据权利要求1所述的电机控制装置，其特征在于，所述转矩推定运算部从第一功率信号减去第二功率信号得出减法值，并对使该减法值除以所述速度推定值所得的结果乘以常数来进行计算，其中，

所述第一功率信号为，将所述d轴电压指令值与所述d轴电流检测值之间的乘法值、和所述q轴电压指令值与所述q轴电流检测值之间的乘法值相加而得到，

所述第二功率信号为，对将d轴以及q轴电流检测值分别乘方后相加所得的值乘以所述电机的电阻值而得到。

3.根据权利要求2所述的电机控制装置，其特征在于，所述相位误差推定运算部对所述转矩推定运算部推定的所述转矩推定值与所述转矩指令值之间的偏差，乘以积分增益并进行积分运算，而计算所述相位误差的指令值。

4.根据权利要求1所述的电机控制装置，其特征在于，所述转矩推定运算部从第一功率信号减去第二功率信号得出减法值，并对使该减法值除以所述速度推定值所得的结果乘以常数来进行计算，其中，

所述第一功率信号为，将针对所述功率变换器的3相的电压指令值和3相的电流检测值，按3相的每一相分别对应地相乘，并将这些乘法值相加而得到，

所述第二功率信号为，对将所述3相的电流检测值按每一相乘方后相加所得的值乘以所述电机的电阻值而得到。

5.根据权利要求1所述的电机控制装置，其特征在于，所述转矩推定运算部从第一功率信号减去第二功率信号得出减法值，并对使该减法值除以所述速度推定值所得的结果乘以常数来进行计算，其中，

所述第一功率信号为，对将所述功率变换器的直流电压与直流电流相乘所得的结果乘以常数而得到，

所述第二功率信号为，对将所述d轴以及q轴电流检测值分别乘方后相加所得的值乘以所述电机的电阻值而得到。

6.一种电机控制装置，具有控制部，该控制部以使电流指令值与电流检测值一致的方式控制向所述电机供给的电流，其中，该电流指令值根据针对电机的转矩指令值求出，该电流检测值针对经由功率变换器向所述电机供给的电流，所述电机控制装置的特征在于，

所述控制部具有：

转矩推定运算部，推定所述电机输出的转矩；

q轴电感修正运算部，根据所述转矩推定运算部推定的所述转矩推定值和所述转矩指令值之间的偏差，计算q轴电感的修正值；

相位误差推定运算部，基于所述电压矢量运算部输出的d轴以及q轴电压指令值、所述速度推定值、所述d轴以及q轴电流检测值、所述电机常数的设定值、和所述q轴电感的修正值，来输出作为所述电机的旋转相位的推定值与所述电机的旋转相位值之间的偏差的相位误差的推定值、即相位误差推定值；和

速度推定运算部，以使所述相位误差指令运算部输出的相位误差的指令值为零的方式，输出所述速度推定值。

7.根据权利要求6所述的电机控制装置，其特征在于，所述q轴电感修正运算部对所述转矩推定运算部推定的所述转矩推定值与所述转矩指令值之间的偏差，乘以积分增益并进行积分运算，而计算所述q轴电感修正值。