CN104038125B - 旋转电机控制装置 - Google Patents

Abstract

一种旋转电机控制装置（10），包括控制单元（65），所述控制单元包括：旋转位置计算部（46），旋转位置计算部（46）通过基于专属于每个传感器的修正值信息修正旋转位置传感器（85）的检测信号来计算传感器角（θs）；和修正值异常检查部（47），修正值异常检查部（47）检测修正值信息是否正常。当修正值信息异常时，旋转角计算部（46）通过使用默认值信息替换修正值信息来修正旋转位置传感器的检测信号。限制每个默认值使得其与修正值的差值在预定范围内。电流指令值计算部（30）将d轴电流指令值（Id*）设定为零并且将电流指令相固定至90[°]。电流指令相变为与0[°]和180[°]相距最远由此确保容许范围。

Description

旋转电机控制装置

技术领域

本发明涉及一种用于旋转电机的控制装置。

背景技术

对于控制AC（交流）旋转电机而言，通常基于多个物理量的检测值或者由检测值计算的计算值等执行反馈控制和前馈控制。对于控制马达——例如马达是在车辆的电动助力转向系统中使用而产生转向辅助扭矩的AC旋转电机——而言，基于由扭矩传感器检测的转向扭矩指令马达的输出扭矩并且对到马达的电能供应进行控制从而产生指令扭矩。

在此示例性情形中，实际扭矩检测值通常由于每个传感器的个体不同和硬件电路——扭矩检测信号输入该硬件电路——的变化而偏离参考值。根据JP3933536（专利文献）中公开的电动助力转向系统，通过存储修正值作为修正值信息并且用所存储的修正值信息修正扭矩检测值来控制马达的驱动，修正值信息用于修正扭矩传感器的扭矩检测值与参考值的偏离。当修正值信息异常时，用预定值修正扭矩检测值。

在根据专利文献的装置中，仅修正扭矩检测值。但是，用于控制马达所检测的物理量除了由扭矩传感器检测的扭矩之外还包括马达的旋转位置等。特别地，如旋转位置一样，基于旋转位置传感器的检测信号计算诸如机械角、电角、电角速度以及旋转速度之类的旋转位置信息并且通过使用这些所计算的值执行控制操作。

旋转位置传感器的检测信号包括初始误差，例如每个旋转位置传感器与电机的组装误差。初始误差依赖于其值的大小可以使马达产生极性与指令值不同的扭矩。即，扭矩具有与指令的极性相反的正极性或者负极性。因此，在马达用于电动助力转向系统中的情形中，驱动马达以在与驾驶员的转向操作的方向相反的方向上产生辅助扭矩。这给驾驶员带来奇怪的感觉。

发明内容

因此，本发明的目的是提供一种旋转电机控制装置，其能够防止当修正值信息异常时由于将每个旋转位置检测装置与旋转电机组装过程中的初始误差而产生极性与指令极性相反的扭矩。

根据一方面，用于组装有用于检测旋转电机的旋转位置的旋转位置传感器的旋转电机的控制装置包括用于转换输入电力并且将所转换的电力供给至旋转电机的电力转换器、和用于控制到旋转电机的电力供应的控制单元。控制单元包括存储部、旋转位置计算部、修正值异常检查部以及电流指令值计算部。

存储部存储修正值信息和默认值信息。根据在旋转位置传感器与旋转电机组装过程中的初始误差，修正值信息对于单个组件是特有的。限制默认值信息使得其与修正值信息的差值在预定范围内。旋转位置计算部通过使用存储在存储部中的修正值信息或者默认值信息修正旋转位置传感器的检测信号。修正值异常检查部检查修正值信息是否正常。修正指令值计算部计算旋转电机的磁场分量电流和扭矩分量电流的电流指令值。

当修正值信息正常时，旋转位置计算部基于修正值信息计算旋转位置传感器的检测信号。当修正值信息异常时，旋转位置计算部基于默认值信息修正旋转位置传感器的检测信号，并且电流指令值计算部计算电流指令值使得与修正值信息正常时相比供给至旋转电机的磁场分量电流更接近于零。

附图说明

图1为根据第一至第三实施方式的AC旋转电机控制装置的电路图；

图2为使用根据第一至第三实施方式的旋转电机控制装置的电动助力转向系统的示意性结构图；

图3为根据第一实施方式的旋转电机控制装置的控制框图；

图4为在应用于SPM同步马达的情形中的电流指令值计算部的控制框图；

图5为在应用于SPM同步马达的情形中的d轴电流指令值计算的流程图；

图6为在应用于SPM同步马达的情形中的q轴电流指令值计算的流程图；

图7为在应用于IPM同步马达的情形中的电流指令值计算部的控制框图；

图8A和图8B分别为第一数据映射和第二数据映射的示例；

图9为在应用于IPM同步电机的情形中的由电流指令值计算部执行的涉及第一数据映射的流程图；

图10为在应用于IPM同步马达的情形中的由电流指令值计算部执行的最小电流选择的流程图；

图11为在应用于IPM同步马达的情形中的由电流指令值计算部执行的涉及第二数据映射的流程图；

图12A和图12B为旋转位置传感器的传感器输出特征和修正值组的视图；

图13为由第一实施方式中的旋转位置计算部执行的旋转位置计算的流程图；

图14为由第一实施方式中的修正值异常检查部执行的修正值异常检查的流程图；

图15为根据第二实施方式的AC旋转电机控制装置的控制框图；

图16为由根据第三实施方式的AC旋转电机控制装置的修正值异常检查部执行的修正值异常检查的流程图；

图17A和17B为分别示出d-q电流矢量的电流相和U相电流的视图；

图18为示出SPM同步电机和IPM同步电机的最大扭矩相的视图；

图19A和图19B为分别示出SPM同步马达的扭矩与旋转速度之间的关系和在SPM同步马达的弱磁场驱动区与最大扭矩驱动区之间的关系的特征图；并且

图20A和图20B为示出IPM同步马达的扭矩与旋转速度之间的关系和IPM同步马达的弱磁场驱动区与最大扭矩驱动区之间的关系的特征图。

具体实施方式

下文中将参照附图中示出的多个实施方式描述旋转电机控制装置。例如，控制装置用于车辆的电动助力转向系统中。在以下实施方式中，为了简化这些部件的说明，本质上相同的部件由相同或相似的附图标记表示。

（第一实施方式）

首先参照图1和图2，旋转电机控制装置10设置在车辆的转向系统90的电动助力转向系统1中。如图2中所示，扭矩传感器94设置在耦接至方向盘91的转向轴92上从而检测转向扭矩。小齿轮96设置在转向轴92的顶端处并且与齿条轴97接合。一对有轮胎的车轮98通过连杆等可旋转地耦接至齿条轴97的两端。转向轴92的旋转运动通过小齿轮96转换成齿条轴97的线性运动使得该对有轮胎的车轮98转动与齿条轴97的线性运动的距离相对应的角度。

电动助力转向系统1包括电动致动器2和减速齿轮89。致动器2使其旋转轴旋转。减速齿轮89在降低旋转轴的旋转速度之后传递旋转轴的旋转。致动器2由马达80和电子控制单元（ECU）10组成。马达80是产生转向辅助扭矩的AC旋转电机。ECU10设置成控制马达80的驱动的旋转电机控制装置。马达80是三相AC马达，该三相AC马达是永磁体同步式的并且使减速齿轮89在正常方向和相反方向上旋转。

例如，旋转位置传感器85是旋转解算器。旋转位置传感器85相当于旋转角传感器。旋转位置传感器85不直接检测旋转角，而是如参照图3描述的，旋转位置计算部46基于旋转位置传感器85的检测信号计算传感器角θs。为此，旋转角传感器被称为旋转位置传感器。

如图1中详细示出的，ECU10包括控制单元65和逆变器60，逆变器60是用于响应于来自控制单元65的控制指令而控制到马达80的电力供应的电力转换器。控制单元65基于旋转位置传感器85的旋转位置检测信号、扭矩检测器94的转向扭矩信号等控制逆变器60的输出。因此，电动助力转向系统1的致动器2产生转向辅助扭矩，从而辅助方向盘91的转向操作并且将该转向操作传递至转向轴92。

马达80由相应为U相、V相、W相的三个线圈81、82、83组成。马达80由能产生磁阻转矩的不凸式SPM（表面永磁体）同步马达或者凸式IPM（内部永磁体）同步马达形成。

ECU10由滤波电容器53、逆变器60、控制单元65等组成。逆变器60将从电池51供给的DC（直流）电力转换成三相AC电力并且将AC电力供给至马达80。滤波电容器53与电池51并连在逆变器60的输入部处，使得在滤波电容器53的电极之间形成的电容电压Vc作为输入电压被供给至逆变器60。滤波电容器53抑制输入至逆变器60的DC电压的波动并且使其变得平滑。滤波电容器53也抑制诸如的浪涌电流的噪声成分。

逆变器60包括六个切换元件611、612、621、622、631以及632，这些切换元件以桥的形式连接起来从而切换到马达80的线圈81、82、以及83的电力供应。切换元件611等中的每一个切换元件是MOSFET（金属氧化物半导体场效应晶体管）。切换元件611至632中的每一个切换元件分别被称作FET611至632。在高电位侧（高侧臂）的FET611、621以及631中的每一者被称作H-FET。在低点位侧（低侧臂）的FET612、622以及632中的每一者被称作L-FET。

H-FET611、621以及631的漏极连接至电池51的高电位侧电极。H-FET611、621以及631的源极分别连接至L-FET612、622以及632的漏极。L-FET612、622以及632的源极通过相应的电流检测元件71、72以及73连接至电池51的低电位侧电极。在H-FET611、621以及631与L-FET612、622以及632之间的结合部分别连接至线圈81、82以及83中的一个端部。电流检测元件71、72以及73分别检测供给至线圈81、82以及83的相电流Iu、Iv以及Iw。

控制单元65包括作为半导体存储器的ROM（只读存储器）66、微型计算机67、驱动电路68等。ROM66将修正值Vxof、VxA、Vyof、VyA作为修正值信息存储在其中并且将默认值Vxdof、VxdA、Vydof、VydA、θdof作为默认值信息存储在其中，下文中将进行具体描述。尽管未示出，但ROM66可以是设置在微型计算机67内的存储器。将由电流传感器70检测的相电流值Iu、Iv以及Iw、由旋转位置传感器85检测的旋转位置信号Vx、Vy、电容电压Vc等输入微型计算机67。微型计算机67基于这些输入的信号来执行用于驱动马达80的控制计算。驱动电路68连接至FET611至632的门并且基于从微型计算机67输出作为控制指令的PWM驱动信号输出切换输出信号。

如图3中的控制框图中示出的，控制单元65在其微型计算机67中包括d轴电流指令参考值计算部201、电流指令值计算部30、减法部41、控制部42、两相到三相（2-3相）转换部43、三相到两相（3-2相）转换部44、旋转位置计算部46以及修正值异常检查部47。这些部是由微型计算机67执行的软件处理中的部分。

d轴电流指令参考值计算部201计算d轴电流指令参考值Id_ref，d轴电流指令参考值Id_ref是弱磁场控制所需要的。弱磁场控制是用于通过根据马达80的电角速度降低d轴电流来用变弱的磁场进一步加快马达80的旋转。在反电动势增大的高速旋转领域中尤其需要这种控制。为此，d轴电流指令参考值计算部201获得与马达80的电角速度相关的信息并且确定与所获得的信息相对应的d轴电流指令参考值Id_ref。由于d轴电流是零或者负的，所以降低d轴电流相当于提高d轴电流在负方向上的绝对值。这在以下描述中也是正确的。

d轴电流指令参考值计算部201由调制比率计算部21和d轴电流指令控制部22组成。调制比率计算部21计算调制比率模数（modulation rate mode），调制比率模数是电压指令振幅Va相对于电容电压Vc的比率。基于电容电压Vc计算调制比率模数，电容电压Vc是到逆变器60的输入电压。基于d-q-轴电压指令值Vd*和Vq*计算电压指令振幅Va。调制比率模数随马达80的旋转速度的增大而增大。D轴电流指令控制部22基于由调制比率计算部21计算的调制比率模数计算d轴电流指令参考值Id_ref。

将来自d轴电流指令参考值计算部201的d轴电流指令参考值Id_ref和扭矩指令值T*输入电流指令值计算部30并且电流指令值计算部30基于这些输入值计算d轴电流指令值Id*和q轴电流指令值Iq*。此处，d轴电流是与马达80的磁场分量电流相等的控制电流，并且q轴电流是与马达80的扭矩分量相对应的控制电流。下文中将详细地描述电流指令值计算部30。

减法部41计算在分别由电流指令值计算部30指令的d轴电流指令值Id*、q轴电流指令值Iq*与由三相到两相转换部44反馈的d轴电流检测值Id、q轴电流检测值Iq之间的差值。控制部42计算电压指令值Vd*和Vq*从而使这些差值缩小至零。例如相当于PI（比例和积分）控制计算的控制部42基于比例增益和积分增益计算电压指令值Vd*和Vq*。

两相到三相转换部43基于由旋转位置计算部46输出的电角θ将d-q轴电压指令值Vd*和Vq*转换成U相、V相以及W相的三相电压指令值Vu*、Vv*以及Vw*。三相到两相转换部44基于由旋转位置计算部46输出的电角θ将由电流传感器70检测的三相电流检测值Iu、Iv以及Iw转换成d-q并且将d轴电流检测值Id和q轴电流检测值Iq反馈至减法部41。

旋转位置计算部46基于是旋转位置传感器85的传感器输出的旋转位置检测信号Vx和Vy计算马达80的旋转位置信息，具体地计算传感器角θs，并且通过基于极对的数量转换成电角θ来输出传感器角θs。从旋转位置计算部46输出的电角θ是用于分别在两相到三相转换部43和三相到两相转换部44中的d-q转换和d-q转换的逆变。值得注意的是，由于在制造过程中组装马达80和旋转位置传感器85各自的误差，旋转位置传感器85的旋转位置检测信号不一定指示真实的旋转位置。因此，在ROM66中存储一组修正值Vxof、VxA、Vyof、VyA以及θof来修正初始误差例如单个组装误差。旋转位置计算部46通过使用这些修正值来修正旋转位置传感器85的旋转位置检测信号Vx和Vy。

考虑到修正值组中发生异常的可能性，微型计算机67还包括修正值异常检查部47。修正值异常检查部47检查修正值组（该组的所有修正值）是否正常。当修正值组正常与异常时，修正值异常检查部47分别向旋转位置计算部46和电流指令值计算部30输出正常标记和异常标记。正常标记和异常标记分别表示组中的所有修正值是正常的以及组中的修正值之任一是异常的。

当获得异常标记时，旋转位置计算部46使用存储在ROM66中的一组默认值Vsdof、VxdA、Vydof、VydA以及θdof替代该组修正值来分别修正旋转位置检测信号Vx和Vy。下文中将详细描述修正值Vxof、VxA、Vyof、VyA、θof和默认值Vxdof、VxdA、Vydof、VydA、θdof。下文中将描述电流指令值计算部30在正常标记和异常标记的情形中的处理过程。

将参照图17A、图17B、图20A以及图20B描述ECU10——具体地微型计算机67——的操作。控制单元65——具体地微型计算机67——基于诸如扭矩指令值T*、电容电压Vc、以及旋转位置传感器85的检测信号Vx和Vy之类的信息产生用于逆变器60的三相电压指令值Vu*、Vv*以及Vw*，并且由此控制到马达80的电力供应。具体地，由电流检测器70检测的相电流Iu、Iv以及Iw被转换成d轴和q轴电流Id和Iq，由此执行电流反馈控制。控制单元65通过控制d轴电流Id控制供给至马达80的磁场分量的电流。控制单元65通过控制q轴电流控制供给至马达80的扭矩分量的电流。

如图17A中所示，d轴电流Id和q轴电流Iq在d轴和q轴坐标系（d-q坐标系）上表现为电流矢量。假设+d轴是电流相ψ的基准（ψ=0[°]），那么电流矢量Id——该电流矢量Id的d轴分量是恒定（固定）的并且电流矢量Id的q轴分量是零——的电流相是0[°]。在相同假设条件下，电流矢量Iq——该电流矢量Iq的q轴分量是恒定（固定）的并且电流矢量Iq的d轴分量是零——的电流相是0[°]。由图17A中虚线圈表示的电流振幅Ia由以下等式（1）所表示。

就U相电流作为相电流而言，图17B中示出了在d-q轴电流矢量与U向电流Iu之间的关系。假设电流振幅Ia恒定并且+d轴在电角θ=0[°]处与U相轴重合，那么U相电流由以下等式（2.1）所表示。

假设d轴分量恒定（=Ia），q轴分量是零并且电流相是ψ=0[°]，那么电流Iu由以下等式（2.2）所表示。假设q轴分量恒定（=Ia），d轴分量是零并且电流相是ψ=0[°]，那么电流Iu由以下等式（2.3）所表示。

接下来将参照图18至图20A、图20B描述电流相ψ与由马达80产生的扭矩之间的关系。马达的扭矩T总体由以下等式（3.1）计算。

T=p×Ψ×Iq+p×(Ld-Lq)×Id×Iq…(3.1)

在此等式（3.1）中，

p：马达的极对的数量

Ld和Lq：d轴自感系数和q轴自感系数

Ψ：永磁电枢的磁通链

在文中，由于SPM同步马达的自感系数相等（Ld=Lq），所以等式（3.1）的第二项是零并且等式（3.1）被简化成等式（3.2）。

T＝p×Ψ×Iq…(3.2)

另一方面，因为SPM同步马达的自感系数不相等（Ld≠Lq），所以使用等式（3.1）。

SPM同步马达的扭矩特征与由图18中的虚线示出的磁扭矩相对应并且最大扭矩相ψtm-SPM是90[°]。图19B示出通过连接d轴电流Id和q轴电流Iq所形成的等同的扭矩曲线，这在SPM同步马达中提供恒定扭矩。如从等式（3.2）——扭矩T与q轴电流Iq成比例——中所理解的，相同的扭矩特征线Teq-S1、Teq-S2以及Teq-S3表示为与d轴平行的线。在q轴的正向侧中沿q轴表示的区域[I]表示最大扭矩驱动区，在最大扭矩驱动区中，用最小电流驱动马达提供最大扭矩。

如图18中所示，IPM同步马达的扭矩特征表示马达提供总扭矩Tsum，总扭矩Tsum是由一点划线示出的磁扭矩Tmg和磁阻扭矩Trl的总和。在图18中，在约105[°]处表示最大扭矩相ψtm-IPM。如图20B中所示，等同的扭矩特征线Teq-I1、Teq-I2以及Teq-I3表示为与等式（3.1）相对应的、在右方向上升起的曲线。随着电流增大，最大扭矩驱动区[I]在d轴的负向侧中倾斜。最大扭矩相ψtm-IPM与电流的振幅一起变化。图20B中表示的最大扭矩相ψtm-IPM约等于105[°]。

在控制马达80的过程中，将通常使用最大扭矩驱动区的最大扭矩控制和通常削弱在逆电动势增大的高速旋转区中的磁场的弱磁场控制结合在一起。如上所述，d轴电流指令参考值计算部201设置成计算适合于弱磁场控制的d轴电流指令参考值Id_ref。

如图19A和图20A中所示，在SPM同步马达和IPM同步马达中，根据扭矩T与旋转速度N之间的特征关系共同选择最大扭矩控制和弱磁场控制。通常，低速旋转区中，通过使用图19A和图20A中的最大扭曲驱动区[I]中的d轴电流Id和q轴电流Iq执行用以用最小电流提供最大扭矩的最大扭矩控制。通常，在高速旋转区中，通过使用图19A和20A中的弱磁场驱动区[II]中的d轴电流Id和q轴电流Iq执行弱磁场驱动控制。在SPM同步马达和IPM同步马达中，d轴电流Id在弱磁场控制中设定成比在最大扭矩控制中更小。即，电流相ψ设定成比在最大扭矩控制中更大。

上述控制是基于这样一种假设执行的：能准确地获得用于计算的信息。因此，需要避免临界异常，临界异常会由于诸如实际生产中的变化的多种误差而产生。考虑到在组装旋转位置传感器85和马达80中产生的旋转位置检测信号中的初始误差。基于制造过程中产生初始误差，将每个组件所特有的修正值组单独存储在ROM66中。旋转位置计算部46通过用这些修正值修正旋转位置传感器85的检测信号Vx和Vy来计算传感器角θs。因此，通过使用修正的旋转位置信息执行控制计算。

但是，如果ROM66中的修正值组异常，那么不能适当地获得修正。因此，甚至当修正值组异常时，也能够防止出现临界异常。此时，就临界异常而言，扭矩极性的逆变被认为是一个示例。如果扭矩极性逆变，那么，马达80产生极性与指令相反的扭矩。在电动助力转向系统中，在与驾驶员转向方向相反的方向上产生辅助扭矩。应当避免这种情况从而不给驾驶员奇怪的感觉。

参照图18，在SPM同步马达和IPM同步马达中的每一个马达中，扭矩的极性在0[°]和180[°]的电流相处逆变。即，在0[°]与180[°]之间的电流相ψ的范围内，扭矩在振幅方面改变但是保持相同的极性。在以下描述中，只要扭矩的极性不变，那么电流相ψ的范围被称作容许范围。下文确保电流相ψ的容许范围尽可能宽。

将参照图4至11中示出的控制程序和流程图等详细描述用于解决上述问题的电流指令值计算部30的构型。以下描述将参照对SPM同步马达和IPM同步马达的应用。在流程图中，S表示步骤。

电流指令值计算部30是用于当修正值组异常时确保用于d轴和q轴电流指令值Id*和Iq*的电流指令相ψ的容许范围或允许范围尽可能大。该部还与图19A和图20A中示出的旋转速度N与扭矩T之间的特征相对应地有效执行弱磁场控制或者最大扭矩控制。

[用于SPM同步马达的电流指令值计算]

将参照图6和图7，详细描述在应用于SPM同步马达的情形中的电流指令值计算部30。如图4中所示，电流指令值计算部30包括d轴电流指令值计算部31和q轴电流指令值计算部32。将d轴电流指令参考值计算部201的d轴电流参考值Id_ref和修正值异常检查部47的标记输入d轴电流指令值计算部31。仅将扭矩指令值T*输入q轴电流指令值计算部32。

将在假设修正值组正常的情况下描述每个部的操作。如图5的流程图中所示，检查是否标记正常的d轴修正指令值计算部31在S100处确定是（YES），并且在S205处将d轴电流指令值Id*设定成等于d轴电流指令参考值Id_ref。即，如d轴电流指令值Id*一样使用d轴电流指令参考值Id_ref。如图6中所示，q轴电流指令值计算部32在不考虑标记的情况下在S302处计算与扭矩指令值T*成比例的q轴电流指令值Iq*。因此，只要修正值正常，那么，对应于d轴电流指令参考值Id_ref，能将d轴电流指令值Id*和q轴电流指令值Iq*设定成如图19B中示出的最大扭矩驱动区[I]和弱磁场驱动区[II]中的任一者。即，电流指令相ψ在90[°]与180[°]之间。

当修正值组异常时，在S100处输出否（NO），并且在S206处将d轴电流指令值Id*设定成零。q轴电流指令计算部32在S302处与修正值组正常的情形类似地计算与扭矩指令值T*成比例的q轴电流指令值Iq*。因此，当修正值组异常时，d轴电流指令值Id*和q轴电流指令值Iq*设定在图19B中示出的最大扭矩驱动区[I]中并且电流指令相ψ是90[°]。即，由于电流指令相ψ变为距电流相0[°]和180[°]最远——在电流相0[°]和180[°]处，扭矩的极性在正与负之间进行逆变——所以相对于旋转位置误差的容许区变为最大。

[用于IPM同步马达的电流指令值计算]

将参照图7至图11详细描述在应用于IPM同步马达的情形中的电流指令值计算部30的构型。如图7中所示，电流指令值计算部30包括用于计算d轴电流指令值Id*的第一数据映射33和最小电流选择部34。电流指令值计算部30还包括用于计算q轴电流指令值Iq*的第二数据映射35。将扭矩指令值T*输入第一数据映射33和第二数据映射35。将d轴电流指令参考值计算部201的d轴电流指令参考值Id_ref和从第一数据映射33输出的d轴电流指令数据映射值Id_数据映射输入最小电流选择部34。将修正值异常检查部47的标记输入第一数据映射33、最小电流部34以及第二数据映射35。

将在假设修正值正常的情况下描述每个部的操作。文中，说明涉及图9、图10以及图11的流程图中的步骤。当用于检查标记是否正常的S100输出是时，执行这些步骤。如图8A中所示，第一数据映射33限定扭矩指令值T*与d轴电流指令值Id*之间的关系使得对应于扭矩指令值T*获得最大扭矩相。如图9中所示，S201基于扭矩指令值T*确定d轴电流指令数据映射值Id_数据映射。

如图8B中所示，第二数据映射35表现为在d-q坐标系上的等同的扭矩特征线。在与扭矩指令值T*相对应的等同的扭矩特征线上，基于d轴电流指令值Id*和q轴电流指令值Iq*中的一者确定另一者。如图11中的S301处所示，基于扭矩指令值T*和d轴电流指令值Id*确定q轴电流指令值Iq*。

将d轴电流指令参考值计算部201的d轴电流指令参考值Id_ref和第一数据映射33的d轴电流指令数据映射值Id_数据映射(Id_data map)输入最小电流选择部34。最小电流选择部34在所输入的多个d轴电流指令值当中选择最小的一个d轴电流指令值。即，当数据映射值Id_数据映射小于图10中的d轴电流指令参考值Id_ref（S203：是）时，选择数据映射值Id_数据映射作为d轴电流指令值Id*（S204）。当d轴电流指令参考值Id_ref小于数据映射值Id_数据映射（S203：否）时，选择d轴电流指令参考值Id_ref作为d轴电流指令值Id*（S205）。可替代地，可以将三个或者更多个d轴电流指令值输入至最小电流选择部34并且选择其中最小的一个d轴电流指令值。

在选择数据映射值Id_数据映射作为d轴电流指令值Id*的情形中，能将d轴电流指令值Id*和q轴电流指令值Iq*设定在图20B中示出的最大扭矩驱动区[I]中。因此，电流指令相ψ约为105[°]。在选择d轴电流指令参考值Id_ref作为d轴电流指令值Id*的情形中，d轴电流指令值Id*和q轴电流指令值Iq*设定成图20B中示出的弱磁场驱动区[II]。电流指令相ψ基本上在105[°]与180[°]之间。

接下来，在假设修正值组异常的情况下描述每个部的操作。在文中，在图9、图10以及图11的流程图中涉及当S100确定为否时所执行的步骤。第一数据映射33在图9中的S202处将d轴电流指令数据映射值Id_数据映射设定成零，并且不涉及数据映射。最小电流选择部34在图10中的S206处将d轴电流指令值Id*设定成零并且不将d轴电流指令参考值Id_ref与数据映射Id_数据映射进行比较。第二数据映射35在图11中的S302处计算与扭矩指令值T*成比例的q轴电流指令值Iq*，并且不涉及数据映射。

即，当修正值组异常时，执行与在控制SPM同步马达的情形中相同的控制。因此，无论同步马达是IPM式或SPM式的，电流指令相ψ都是90[°]。即，由于电流指令相ψ变为距电流相0[°]和180[°]最远——在电流相0[°]和180[°]处，扭矩极性在正与负之间进行逆变——所以相对于旋转位置误差的容许范围变为最大。

[旋转位置计算和修正值异常检查]

如图1和图3中所示，旋转位置计算部46获得是旋转位置传感器86的传感器输出的旋转位置检测信号Vx和Vy、一组修正值Vxof、VxA、Vyof、VyA、θof和一组默认值Vxdof、VxdA、Vydof、VydA、θdo。专属于马达和旋转位置传感器的每个组件的修正值和默认值存储在ROM66中。将参照图12A、图12B以及图13描述由旋转位置计算部46执行的旋转位置计算。

如图12A中所示，旋转位置检测信号由余弦信号Vx和正弦信号Vy组成。余弦信号Vx和正弦信号Vy的一个周期与传感器角360[°]相对应。

专属于单个组件的修正值组用于修正由制造过程中的旋转位置传感器85和马达80的错误组装所产生的初始误差。修正值Vxof和Vyof分别是用于余弦信号Vx和正弦信号Vy的电压偏移修正值。修正值VxA和VyA是分别用于余弦信号Vx和正弦信号Vy的振幅修正比率。修正值θof是分别共用于余弦信号Vx和正弦信号Vy的传感器角偏移修正值。

将以余弦信号Vx为例描述实际上在马达传感器组件中检测的具有初始误差的旋转位置检测信号与理想信号的偏离。在图12B中，实线波形表示实际上所检测的余弦信号Vx并且虚线波形表示理想余弦信号Vxi。理想余弦信号Vxi在0[V]处具有电压振幅的中心。电压振幅在在传感器角90[°]处是0，在传感器角0[°]处最大并且在传感器角180[°]处最小。实际余弦信号Vx从理想余弦信号Vxi偏移使得电压振幅的中心偏移了Vxof并且传感器角θs偏移了θof。假设实际余弦信号Vx的电压振幅是1，那么理想余弦信号Vx的电压振幅是VxA。

关于正弦信号Vy的初始误差，其电压偏移值Vyo和振幅比率YyA独立于余弦信号的电压偏移值和振幅比率，并且正弦信号Vy的传感器角偏移值θof与余弦信号Vx的传感器角偏移值θof相同。因此，在制造过程中，在初始校对时单独地测定在实际检测信号与理想信号之间的偏离，并且将是电压偏移修正值Vxof、Vyof、振幅修正比率VxA、VyA以及传感器角偏移修正值θof的一组五个修正值存储在ROM66中。

旋转位置计算部46随后根据图13中示出的流程图修正从旋转位置传感器85获得的余弦信号Vx和正弦信号Vy。如果修正值组正常，那么使用组中的修正值。如果修正值组异常，那么使用默认值替代组中的修正值。

在图13中的S100处，检查由修正值异常检查部47确定的标记是否表示异常。当修正值组正常（S100：是）时，在S401处，通过根据以下等式（4.1）和（4.2）修正电压偏移和电压振幅来计算余弦信号Vx’和正弦信号Vy’。

Vx'=(Vx-Vxof)×VxA…(4.1)

Vy'＝(Vy-Vyof)×VyA…(4.2)

在S402处，根据以下等式（4.3）基于余弦信号Vx’、正弦信号Vy’、以及传感器角偏移修正值θof计算传感器角θs。

θs=ATAN2(Vx',Vy')+θof…(4.3)

假设θat=ATAN2（Vx’，Vy’），在下面的表格中，将角θat限定为与Vx’和Vy’的范围相对应。在表格中，α=（Vy’/Vx’）并且-90＜arctanα＜90。

（图表）

Vx’	Vy’	Θat[°]	θat范围
				Vx’＞0	Vy’≥0	θat=arctanα	0≤θat＜90
Vx’=0	Vy’＞0	θat=90
				Vx’＜0	Vy’≥0	θat=arctanα+180	90＜θat＜180
Vx’＜0	Vy’＜0	θat=arctanα-180	-180＜θat＜-90
				Vx’=0	Vy’＜0	θat=-90
Vx’＞0	Vy’＜0	θat=arctanα	-90＜θat＜0

当修正值组异常（S100：NO）时，在S403和S404处，根据与等式（4.1）至（4.3）相对应的等式，通过使用默认值组Vxdof、VxdA、Vydof、VydA以及θdof来计算传感器角θsd。每一个默认值设定成各自组件当中的修正值中的中心值或类似变量并且其与各自修正值的偏离限制在预定范围内。即，如果在制造时，在检查过程中，在修正值与默认值之间的差值不在预定范围内，那么该单个组件因为不合格而被除去。因此，限制基于默认值所确定的传感器角θsd的值使得与由修正值所确定的传感器角θs的偏离在预定范围内。旋转位置计算部46基于磁极对将基于修正值所确定的传感器角θs或者基于默认值所确定的传感器角θsd转换成电角θ并且将电角θ输出。

接下来，将参照图14中示出的流程图描述与修正值组的异常检查相关的修正值异常检查部47。在此检查过程中，如果修正值Vxof、VxA、Vyof、VyA以及θof中的任一者在预定范围之外，那么确定修正值组异常。在S501处，跟随在每个修正值的符号末尾的“upth”表示上（上侧）限阈值并且同样的“dnth”表示下（下侧）限阈值。在S501处，检查是否修正值Vxof、VxA、Vyof、VyA以及θof中的任一者大于下限阈值并且小于上限阈值，即，其在预定范围内。如果所有修正值Vxof、VxA、Vyof、VyA以及θof都在相应的预定范围内，即检查结果为是，那么在S101处将标记设定为正常。如果修正值Vxof、VxA、Vyof、VyA以及θof中的任一者在其预定范围之外，即检查结果为否，那么在S102处将标记设定为异常。

（优点）

上文描述的第一实施方式提供以下优点。

（1）当存储在ROM66中的专属于各自的马达传感器组件的修正值组Vxof、VxA、Vyof、VyA以及θof正常时，旋转位置计算部46通过用修正值组修正旋转位置传感器85的检测信号Vx和Vy来计算传感器角θs。两相到三相转换部43和三相到两相转换部44能够通过使用电角θ——其是修正后的适当的传感器角θs——执行反d-q转换和d-q转换的控制计算。当然可以防止极性与指令不同的扭矩产生。

（2）ECU10包括修正值异常检查部47，修正值异常检查部47检查修正值组Vxof、VxA、Vyof、VyA以及θof是否正常。当确定修正值组异常时，旋转位置计算部46通过使用默认值组Vxdof、VxdA、Vydof、VydA以及θdof替换修正值组来修正旋转位置传感器85的检测信号Vx和Vy，并且计算传感器角θsd。对此默认值进行限制使得其与专属于每个组件的修正值的差值在预定范围内。因此，对基于默认值确定的传感器角θsd的值进行限制使得其与基于原修正值所确定的传感器角θs的差值在预定范围内。

（3）当修正值组异常时，电流指令值计算部30将d轴电流指令值Id*设定成零并且将电流指令相ψ固定成90[°]。因此，电流指令相ψ被设定成距电流相0[°]和180[°]最远，在电流相0[°]和180[°]处，扭矩的极性进行逆变。能够将电流指令相的容许范围设定成尽可能宽。结合上文描述的默认值的使用（2），能够防止产生极性与指令相反的扭矩。

（4）当修正值异常时，电流指令值计算部30基于扭矩指令值T*计算q轴电流指令值Iq*。因此，能够产生适当的扭矩。

JP-A-2002-325493公开了马达控制装置，其存储在组装传感器时产生的角偏离量并且用所存储的角偏离量修正角传感器的检测角。但是，其未公开在角偏离量变得异常的情形中的任何处理过程。本实施方式具有用以抵消修正值异常的情形的具体构型，并且因此能够提供优势（3）和（4）。

（5）电流指令值计算部30具有下述构型：当修正值正常时，通过基于是否马达80是SPM同步马达或者IPM同步马达考虑弱磁场控制和最大扭矩控制来计算d轴电流指令值Id*和q轴电流指令值Iq*。因此，当修正值正常时，能够有效地驱动马达80。

（第二实施方式）

根据图15中示出的第二实施方式，将d轴电流指令参考值计算部202替代图3中示出的第一实施方式的部201设置在控制单元65的微型计算机67中。将电容电压Vc、由电角θ通过电角速度计算部45计算的电角速度ω、以及由三相到两相转换部44计算的q轴电流检测值Iq输入d轴电流指令参考值计算部202。d轴电流指令参考值计算部202根据d轴电流指令参考值数据映射23基于电容电压Vc、电角速度ω以及q轴电流检测值Iq计算适合于弱磁场控制的d轴电流指令参考值Id_ref。

将此d轴电流指令参考值Id_ref输入至电流指令值计算部30使得以与第一实施方式中类似的方式计算d轴电流指令值Id*和q轴电流指令值Iq*。如图4和图7中所示，分别在应用SPM同步马达和IPM同步马达的情形中设定电流指令值计算部30。

例如，当在IPM同步马达的情形中，修正值组正常时，通过选择d轴电流指令参考值Id_ref和d轴电流指令数据映射Id_数据映射中较小的一者确定d轴电流指令值Id*，d轴电流指令参考值Id_ref由d轴电流指令参考值计算部202所计算并且适合于弱磁场控制，d轴电流指令数据映射Id_数据映射反映出基于扭矩指令值T*根据第一数据映射33来确定的最大扭矩特征。

相反地，当在IPM同步马达的情形中，修正值异常时，电流指令值计算部30不使用d轴电流指令参考值Id_ref和数据映射值Id_数据映射中的任一者。电流指令值计算部30代替地将d轴电流指令值Id*设定成零并且基于扭矩指令值T*参照第二数据映射35计算q轴电流指令值Iq*。由此，第二实施方式也提供第一实施方式的类似优势（1）至（5）。

（第三实施方式）

根据第三实施方式，如图16中所示，修正值异常检查部47通过使用与图14中示出的方法不同的方法检查修正值的异常。即，一组修正值Vxof、VxA、Vyof、VyA以及θof存储在不同存储位置（多个存储位置）中并且如果存储在不同位置中的修正值组不相同，那么确定修正值组异常。不同的存储位置可以设置在ROM66中或者设置在多个不同的ROM中。

图16示出在修正值组Vxof、VxA、Vyof、VyA以及θof存储在不同位置（第一、第二以及第三存储区）中的情形中的异常检查方法。在S502处，附加于每个修正值（例如Vxof）的末尾的数字1、2以及3表示在修正值所存储的第一、第二以及第三存储区当中的存储区。仅当存储在第一至第三存储区中的修正值Vxof、VxA、Vyof、VyA以及θof中的每一组修正值相同时，S502确定为是。在S101处将标记设定成正常。当存储在第一至第三存储区中的修正值Vxof、VxA、Vyof、VyA以及θof的任一组修正值不相同时，S502确定为否。在S101处将标记设定成异常。

但是，当就每个修正项（例如Vxof）而言，存储在不同位置中的修正值（Vxof1和Vxof2）中的至少两个相同时，此相同的修正值可以用作真实修正值，并且不将标记设定成异常。还可以进一步多次在一个位置处重新获得存储在存储区中的修正值并且通过比较所重新获得的修正值检查是否所重新获得的修正值正常或者异常。

（其它实施方式）

（A）在上述实施方式中，当修正值异常时，电流指令值计算部30将d轴电流指令值Id*设定成零。电流指令相ψ被设定成距0[°]和180[°]最远由此确保相对于旋转位置误差的最大容许范围。但是，当修正值异常时，不需要将d轴电流指令值id*设定成零而是可以与修正值正常时的值相比向零变化。这能够使相对于旋转位置误差的容许范围变宽。

（B）由控制单元65执行的用于马达80的电力供应控制不限于如上述实施方式中所执行的电流反馈控制。可以由基于例如电流指令值、电角速度、多种装置的规格等的反馈控制执行上述电力供应控制。

（C）用于检测相电流的电流检测元件的位置不限于上述实施方式中所设定的位置。如果不使用电流反馈控制，则不需要提供电流检测元件。

（D）逆变器60不限于图1中的逆变器。例如，切换元件可以是场效应晶体管（FET）而不是MOSFET或者IGBT（绝缘栅双极晶体管）。逆变器60的驱动方法不限于PWM（脉宽调制）控制。

（E）与反映出弱磁场控制中的马达旋转速度的值相对应的d轴电流指令参考值的计算不限于获得电角速度ω或调制比率模数的上述实施方式的计算。可以基于其它值计算d轴电流指令参考值。

（F）由根据本实施方式的旋转电机控制装置控制的AC旋转电机不限于永磁体同步式马达，而可以是感应马达、其它同步马达或者发电机。应用旋转电机的系统不限于电动助力转向装置。

（G）每一者都由多个修正值和多个默认值组成的修正值信息和默认值信息可以分别由一个修正值和一个默认值组成。

Claims (9)

1.一种用于旋转电机(80)的控制装置，旋转位置传感器(85)组装至所述旋转电机(80)从而检测所述旋转电机的旋转位置，所述控制装置包括：

电力转换器(60)，所述电力转换器(60)用于转换输入电力并且将所转换的电力供给至所述旋转电机；以及

控制单元(65)，所述控制单元(65)用于控制到所述旋转电机的电力供应，所述控制单元通过将相电流转换成与磁场分量电流相对应的d轴电流和与扭矩分量电流相对应的q轴电流来控制供给至所述旋转电机的所述相电流；

其中，所述控制单元包括

存储部(66)，所述存储部(66)用于存储修正值信息和默认值信息，所述修正值信息根据在将所述旋转位置传感器与所述旋转电机组装时产生的初始误差专属于单个组件，并且所述默认值信息被限制为使得所述默认值信息与所述修正值信息的差值在预定范围内，

旋转位置计算部(46)，所述旋转位置计算部(46)用于通过使用存储在所述存储部中的所述修正值信息或者所述默认值信息来修正所述旋转位置传感器的检测信号，

修正值异常检查部(47)，所述修正值异常检查部(47)用于检查所述修正值信息是否正常，以及

电流指令值计算部(30)，所述电流指令值计算部(30)用于计算所述旋转电机的所述d轴电流的电流指令值以及所述q轴电流的电流指令值，

其中，所述默认值中的每一者设定成当制造所述单个组件时在检查过程中所述修正值与所述默认值之间的差值不在所述预定范围内时除去不合格的所述单个组件；

其中，当所述修正值信息正常时，所述旋转位置计算部基于所述修正值信息修正所述旋转位置传感器的所述检测信号，

其中，当所述修正值信息异常时，所述旋转位置计算部基于所述默认值信息修正所述旋转位置传感器的所述检测信号，并且所述电流指令值计算部计算所述电流指令值使得供给至所述旋转电机的所述磁场分量电流比所述修正值信息正常时更接近零。

2.根据权利要求1所述的用于旋转电机的控制装置，其中：

当所述修正值信息异常时，所述电流指令值计算部使所述d轴电流指令值比所述修正值信息正常时更接近零。

3.根据权利要求2所述的控制装置，其中：

当所述修正值信息异常时，所述电流指令值计算部使所述d轴指令值变为零。

4.根据权利要求2所述的控制装置，其中：

所述旋转电机是产生磁阻扭矩的永磁体同步马达；

当所述修正值信息正常时，所述电流指令值计算部计算电流指令矢量的在d-q坐标系上的所述d轴电流指令值和所述q轴电流指令值，从而用最小电流产生最大扭矩；并且

当所述修正值信息异常时，所述电流指令值计算部将所述d轴电流指令值设定成零并且基于所述扭矩指令值计算所述q轴电流指令值。

5.根据权利要求2所述的控制装置，其中：

当所述修正值信息正常时，所述电流指令值计算部相应地参照第一数据映射(33)和第二数据映射(35)以及所述扭矩指令值而计算电流指令矢量的在d-q坐标系上的所述d轴电流指令值和所述q轴电流指令值，从而用最小电流产生最大扭矩，所述第一数据映射限定所述d轴电流指令值相对于所述扭矩指令值的关系，并且所述第二数据映射限定所述q轴电流指令值相对于所述d轴电流指令值的关系；并且

当所述修正值信息异常时，所述电流指令值计算部将所述d轴电流指令值设定为零并且基于所述扭矩指令值计算所述q轴电流指令值。

6.根据权利要求5所述的控制装置，其中：

所述电流指令值计算部包括最小电流选择部(34)，所述最小电流选择部(34)用于选择在所输入的多个d轴电流指令值当中是负的且是最小的所述d轴电流指令值；并且

在当所述修正值信息正常时计算所述d轴电流指令值的过程中，所述最小d轴电流选择部选择所述d轴电流指令参考值和所述d轴电流指令数据映射值中的较小一者作为所述d轴电流指令值，所述d轴电流指令参考值基于供给至用于弱磁场控制的所述电力转换器的电压的调制比率来计算，并且所述d轴电流指令数据映射值参照所述第一数据映射计算。

7.根据权利要求5所述的控制装置，其中：

所述电流指令值计算部包括最小电流选择部(34)，所述最小电流选择部(34)用于选择在所输入的多个d轴电流指令值当中的是负的且是最小的所述d轴电流指令值；并且

在当所述修正值信息正常时计算所述d轴电流指令值的过程中，所述最小d轴电流选择部选择所述d轴电流指令参考值和所述d轴电流指令数据映射值中的较小一者作为所述d轴电流指令值，所述d轴电流指令值基于由所述相电流检测值的d-q转换所确定的所述q轴电流计算值和用于弱磁场控制的所述旋转电机的电角速度计算，并且所述d轴电流指令值参照所述第一数据映射计算。

8.根据权利要求1至7中任一项所述的控制装置，其中：

所述存储部存储一组修正值作为所述修正值信息；并且

当所述修正值中的任一修正值在预定范围之外时，所述修正值异常检查部确定所述修正值信息异常。

9.根据权利要求1至7中任一项所述的控制装置，其中：

所述存储部将所述修正值信息存储在不同存储位置中；并且

当存储在所述不同存储位置中的所述修正值信息彼此不同时，所述修正值异常检查部确定所述修正值信息异常。