CN105375845A - 旋转电机控制设备 - Google Patents

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CN105375845A CN201510512976.1A CN201510512976A CN105375845A CN 105375845 A CN105375845 A CN 105375845A CN 201510512976 A CN201510512976 A CN 201510512976A CN 105375845 A CN105375845 A CN 105375845A
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Abstract

公开了一种旋转电机控制设备(1)，该设备控制旋转电机(10)的驱动，该旋转电机控制设备包括：计算预限d轴电压命令值的预限d轴电压运算部分(44)；计算预限q轴电压命令值的预限q轴电压运算部分(45)；计算d轴电压命令值的d轴限制部分(46)；以及计算q轴电压命令值的q轴限制部分(47)。当预限q轴电压命令值的绝对值大于第二限制值的绝对值，并且先前的q轴电压命令值的绝对值等于或大于第二限制值的绝对值且等于或小于第一限制值的绝对值时，q轴限制部分将先前的q轴电压命令值确定为q轴电压命令值。

Description

旋转电机控制设备
技术领域
本公开内容涉及旋转电机控制设备。
背景技术
专利文献1：JPH08-191600A
照惯例，电流控制设备控制通过逆变器供给到电动机的电流。例如，专利文献1控制d轴和q轴的电压，使得d轴电压命令值和q轴电压命令值的平方和变成恒定值，并且逆变器的输出电压不饱和。
本公开内容的发明人已有以下发现。
如专利文献1中所述，当控制d轴电压命令值和q轴电压命令值使得d轴电压命令值和q轴电压命令值的平方和恒定时，q轴电压命令值可以随d轴电压命令值的改变而改变。当q轴命令值改变时，电动机的转矩可能改变且噪声和振动可能增加。
发明内容
本公开内容的目的是提供一种能够预防噪声和振动的旋转电机控制设备。
根据本公开内容的一个方面，提供了一种旋转电机控制设备，旋转电机控制设备利用由逆变器控制的施加电压来控制旋转电机的驱动。旋转电机控制设备包括：预限d轴电压运算部分，其基于d轴电流命令值和d轴电流检测值来计算预限d轴电压命令值；预限q轴电压运算部分，其基于q轴电流命令值和q轴电流检测值来计算预限q轴电压命令值；d轴限制部分，其限制预限d轴电压命令值以计算d轴电压命令值；以及q轴限制部分，其限制预限q轴电压命令值以计算q轴电压命令值。在第一限制值与第二限制值之间限定死区宽度。死区宽度与预限q轴电压命令值的限制有关。第一限制值的绝对值大于第二限制值的绝对值。当预限q轴电压命令值的绝对值大于第二限制值的绝对值，并且先前的q轴电压命令值的绝对值等于或大于第二限制值的绝对值且等于或小于第一限制值的绝对值时，q轴限制部分将先前的q轴电压命令值确定为q轴电压命令值。先前的q轴电压命令值是在紧接在前的计算中的q轴电压命令值。
根据本公开内容的另一方面，提供了一种旋转电机控制设备，旋转电机控制设备利用由逆变器控制的施加电压来控制旋转电机的驱动。旋转电机控制设备包括：预限d轴电压运算部分，其基于d轴电流命令值和d轴电流检测值来计算预限d轴电压命令值；预限q轴电压运算部分，其基于q轴电流命令值和q轴电流检测值来计算预限q轴电压命令值；d轴限制部分，其限制预限d轴电压命令值以计算d轴电压命令值；以及q轴限制部分，其限制预限q轴电压命令值以计算q轴电压命令值。在第一饱和率与第二饱和率之间限定死区宽度。死区宽度与预限饱和率的限制有关。第一饱和率的绝对值大于第二饱和率的绝对值。当预限饱和率的绝对值大于第二饱和率的绝对值，并且先前的命令饱和率的绝对值等于或大于第二饱和率的绝对值且等于或小于第一饱和率的绝对值时，q轴限制部分将先前的q轴电压命令值确定为q轴电压命令值。先前的命令饱和率是先前的q轴电压命令值与最大电压值的比。预限饱和率是预限q轴电压命令值与最大电压值的比。
根据旋转电机控制设备，在第一限制值与第二限制值之间提供死区。当预限q轴电压命令值的绝对值大于第二限制值的绝对值且先前的q轴电压命令值在死区宽度内时，q轴电压命令值等于先前的q轴电压命令值，从而先前的值被接替(takeover)。于是，当d轴电压命令值改变时，因为防止q轴电压命令值改变，所以能够减少根据转矩波动的噪声和振动。
附图说明
根据参考附图所做的以下详细描述，本公开内容的以上和其它目的、特征和优势将会变得更加明显。在附图中：
图1是图示出第一实施例中旋转电机控制设备的配置的框图；
图2是图示出第一实施例中d轴限制处理的流程图；
图3是图示出第一实施例中q轴限制处理的流程图；
图4A是图示出第一实施例中饱和预防值的图；
图4B是图示出第一实施例中饱和预防值的图；
图5A是图示出第一实施例中q轴电压命令值的时间图表；
图5B是图示出比较示例中q轴电压命令值的时间图表；
图6是图示出第二实施例中q轴限制处理的流程图；
图7是图示出第三实施例中q轴限制处理的流程图；
图8A是图示出第四实施例中饱和预防值的图；
图8B是图示出第四实施例中饱和预防值的图；
图9是图示出第四实施例中死区宽度的图；
图10A是图示出第一q轴饱和预防值的图；
图10B是图示出第二q轴饱和预防值的图；以及
图11是图示出第四实施例中第二q轴饱和预防值的图。
具体实施方式
将参考附图来说明作为本公开内容的一个实施例的旋转电机控制设备。
(第一实施例)
将参考图1至图5B来说明第一实施例中的旋转电机控制设备。附带地，将对以下多个实施例中的相同元件给定相同的附图标记，并将省略说明。
如图1中所描述的，旋转电机控制设备1驱动并控制电动机10。电动机10是旋转电机的一个示例。例如，旋转电机控制设备1被用在支持具有电动机10的车辆的转向操作的电动助力转向(EPS)设备中。
电动机10是三相无刷电动机，并且利用未示出的电池的电力被驱动。电动机10可以是除了三相无刷电动机之外的电动机。
旋转电机控制设备1由电子控制单元(ECU)配置。旋转电机控制设备1包括逆变器20、电流传感器30和控制器40等。
逆变器20是三相逆变器。逆变器20与未示出的六个开关元件桥接。例如，开关元件是金属氧化物半导体场效应晶体管(MOSFET)，金属氧化物半导体场效应晶体管(MOSFET)是一种场效应晶体管。开关元件不限于MOSFET。开关元件可以是绝缘栅双极晶体管(IGBT)、晶闸管等。六个开关元件中的两个形成一个开关元件对。两个开关元件中的一个被连接至高压侧，并且两个开关元件中的另一个被连接至低压侧。存在三个开关元件对。三个开关元件对中的高压侧开关元件和低压侧开关元件的连接点分别被连接到电动机10中的U相线圈、V相线圈和W相线圈。
控制器40通过预驱动器25和逆变器20来控制开关元件的接通和断开操作。逆变器20转换从未示出的电池供给的电力并且将电力供给到电动机10。
电流传感器30包括分流电阻和霍尔IC(HallIC)。电流传感器30的检测值通过放大电路31被输出到控制器40。
控制器40控制整个旋转电机控制设备1。控制器40由执行各种算术处理的微型计算机配置。
控制器40具有三相到两相转换器41、d轴减法器42、q轴减法器43、d轴PI控制器44、q轴PI控制器45、d轴饱和预防运算部分46、q轴饱和预防运算部分47、两相到三相转换器48、以及PWM转换器49。可以由软件、硬件或者软件和硬件的组合配置用于配置控制器40的每个功能块。d轴饱和预防也可以被称为d轴饱和防护。q轴饱和预防也可以被称为q轴饱和防护。
三相到两相转换器41获得从电流传感器30传输的关于U相电流Iu的U相电流信号、关于V相电流Iv的V相电流信号以及关于W相电流Iw的W相电流信号。三相到两相转换器41从未示出的、检测电动机10的转子的旋转的旋转角传感器获得电角θm。三相到两相转换器41基于电角θm通过dq变换将U相电流Iu、V相电流Iv以及W相电流Iw转换成d轴电流Id和q轴电流Iq。因此，U相电流Iu、V相电流Iv以及W相电流Iw从三相坐标被转换成dq坐标。在本实施例中，d轴电流Id对应于d轴电流检测值的示例，并且q轴电流Iq对应于q轴电流检测值的示例。
d轴减法器42计算对应于d轴电流命令值Id*与d轴电流Id之间的差的d轴电流偏差ΔId。q轴减法器43计算对应于q轴电流命令值Iq*与q轴电流Iq之间的差的q轴电流偏差ΔIq。
在未示出的命令运算部分中根据例如转向转矩、车速等来计算d轴电流命令值Id*和q轴电流命令值Iq*。
基于从d轴减法器42输入的d轴电流偏差ΔId，d轴PI控制器44通过PI计算来计算预限d轴电压命令值FBd，使得作为实际电流的d轴电流Id遵循d轴电流命令值Id*。
基于从q轴减法器43输入的q轴电流偏差ΔIq，q轴PI控制器45通过PI计算来计算预限q轴电压命令值FBq，使得作为实际电流的q轴电流Iq遵循q轴电流命令值Iq*。
d轴饱和预防运算部分46执行限制预限d轴电压命令值FBd的d轴限制处理。d轴饱和预防运算部分46计算d轴电压命令值Vd*，使得预防来自逆变器20的输出电压饱和。
q轴饱和预防运算部分47执行限制预限q轴电压命令值FBq的q轴限制处理，并且计算q轴电压命令值Vq*，使得预防来自逆变器20的输出电压饱和。
在本实施例中，使得预防来自逆变器20的输出电压超过最大电压值V_max，控制(防护)预限d轴电压命令值FBd和预限q轴电压命令值FBq。
稍后将说明d轴饱和预防运算部分46和q轴饱和预防运算部分47中的限制处理的细节。
两相到三相转换器48基于电角θm、通过逆dq变换将d轴电压命令值Vd*和q轴电压命令值Vq*转换成U相电压命令值Vu*、V相电压命令值Vv*以及W相电压命令值Vw*，其中，U相电压命令值Vu*、V相电压命令值Vv*以及W相电压命令值Vw*是三个相中的电压命令值。
基于U相电压命令值Vu*、V相电压命令值Vv*以及W相电压命令值Vw*，PWM转换器49计算对应于每相中的开关元件的接通时段的比率的U相占空比Du、V相占空比Dv以及W相占空比Dw。
预驱动器25将从PWM转换器49输出的U相占空比Du、V相占空比Dv以及W相占空比Dw转换成驱动信号。基于驱动信号，控制逆变器20中的开关元件的接通和断开操作。
因此，控制器40通过逆变器20执行关于电动机10的PWM控制。
将参考图2中示出的流程图来说明由d轴饱和预防运算部分46执行的d轴限制处理。
在S101处，在可能侧中确定预限d轴电压命令值FBd是否大于d轴饱和预防值Vd_max(max:最大值)。附带地，d轴饱和预防值Vd_max是基于最大电压值V_max根据可允许的超前角而确定的恒定值(参考图4A和图4B)。确定最大电压值V_max，使得预防逆变器20的输出电压饱和。当确定预限d轴电压命令值FBd大于正侧d轴饱和预防值Vd_max时(S101：是)，处理转到S103。当确定预限d轴电压命令值FBd等于或小于正侧d轴饱和预防值Vd_max时(S101：否)，处理转到S102。
在S102处，确定预限d轴电压命令值FBd是否小于负侧d轴饱和预防值-Vd_max。当确定预限d轴电压命令值FBd小于负侧d轴饱和预防值-Vd_max时(S102：是)，处理转到S104。当确定预限d轴电压命令值FBd大于负侧d轴饱和预防值-Vd_max时(S102：否)，处理转到S105。
当确定预限d轴电压命令值FBd大于正侧d轴饱和预防值Vd_max时(S101：是)，处理转到S103。在S103处，正侧d轴饱和预防值Vd_max被定义为d轴电压命令值Vd*。
当确定预限d轴电压命令值FBd小于负侧d轴饱和预防值-Vd_max时(S102：是)，处理转到S104。在S104处，负侧d轴饱和预防值-Vd_max被定义为d轴电压命令值Vd*。
当预限d轴电压命令值FBd等于或大于负侧d轴饱和预防值-Vd_max且等于或小于正侧d轴饱和预防值Vd_max时(S101：否，且同样S102：否)，处理转到S105。在S105处，预限d轴电压命令值FBd被定义为d轴电压命令值Vd*。
计算出的d轴电压命令值Vd*被输出至q轴饱和预防运算部分47以及两相到三相转换器48。
将参考图3中示出的流程图来说明q轴饱和预防运算部分47中的q轴限制处理。
在S201处，基于d轴电压命令值Vd*，计算第一q轴饱和预防值Vq_max_H和第二q轴饱和预防值Vq_max_L。在图10A中通过表达式(1)描述第一q轴饱和预防值Vq_max_H。同样在图10B中通过表达式(2)描述第二q轴饱和预防值Vq_max_L。表达式中的ΔV表明死区宽度。例如，死区宽度被设定为约0.06V。
在S202处，确定预限q轴电压命令值FBq是否大于第二正侧q轴饱和预防值Vq_max_L。当确定预限q轴电压命令值FBq等于或小于第二正侧q轴饱和预防值Vq_max_L时(S202：否)，处理转到S208。当确定预限q轴电压命令值FBq大于第二正侧q轴饱和预防值Vq_max_L时(S202：是)，处理转到S203。在下文中，在S203至S207之间的处理中，假定预限q轴电压命令值FBq是正值。
在S203处，确定先前的q轴电压命令值Vq*(n-1)是否大于在S201处计算出的第一正侧q轴饱和预防值Vq_max_H。先前的q轴电压命令值Vq*(n-1)对应于在先前的计算中的q轴电压命令值Vq*。当确定先前的q轴电压命令值Vq*(n-1)大于第一正侧q轴饱和预防值Vq_max_H时(S203：是)，处理转到S205。当确定先前的q轴电压命令值Vq*(n-1)等于或小于第一正侧q轴饱和预防值Vq_max_H时(S203：否)，处理转到S204。
在S204处，确定先前的q轴电压命令值Vq*(n-1)是否小于在S201处计算出的第二正侧q轴饱和预防值Vq_max_L。当确定先前的q轴电压命令值Vq*(n-1)小于第二正侧q轴饱和预防值Vq_max_L时(S204：是)，处理转到S206。当确定先前的q轴电压命令值Vq*等于或大于第二正侧q轴饱和预防值Vq_max_L时(S204：否)，处理转到S207。
当确定先前的q轴电压命令值Vq*(n-1)大于第一正侧q轴饱和预防值Vq_max_H时(S203：是)，处理转到S205。在S205处，第一正侧q轴饱和预防值Vq_max_H被定义为q轴电压命令值Vq*。
当确定先前的q轴电压命令值Vq*(n-1)小于第二正侧q轴饱和预防值Vq_max_L时(S204：是)，处理转到S206。在S206处，第二正侧q轴饱和预防值Vq_max_L被定义为q轴电压命令值Vq*。
当先前的q轴电压命令值Vq*(n-1)等于或大于第二正侧q轴饱和预防值Vq_max_L且等于或小于第一正侧q轴饱和预防值Vq_max_H时(S203：否，且同样S204：否)，处理转到S207。在S207处，先前的q轴电压命令值Vq*(n-1)被定义为q轴电压命令值Vq*。
当确定预限q轴电压命令值FBq等于或小于第二正侧q轴饱和预防值Vd_max_L时(S202：否)，处理转到S208。在S208处，确定预限q轴电压命令值FBq是否小于第二负侧q轴饱和预防值-Vq_max_L。当确定预限q轴电压命令值FBq等于或大于第二负侧q轴饱和预防值-Vq_max_L时(S208：否)，处理转到S214。当确定预限q轴电压命令值FBq小于第二负侧q轴饱和预防值-Vq_max_L时(S208：是)，处理转到S209。在下文中，在S209至S213之间的处理中，假定预限q轴电压命令值FBq为负值。
在S209处，确定先前的q轴电压命令值Vq*(n-1)是否小于第一负侧q轴饱和预防值-Vq_max_H。当确定先前的q轴电压命令值Vq*(n-1)小于第一负侧q轴饱和预防值-Vq_max_H时(S209：是)，处理转到S211。当确定先前的q轴电压命令值Vq*(n-1)等于或大于第一负侧q轴饱和预防值-Vq_max_H时(S209：否)，处理转到S210。
在S210处，确定先前的q轴电压命令值Vq*(n-1)是否大于第二负侧q轴饱和预防值-Vq_max_L。当确定先前的q轴电压命令值Vq*(n-1)大于第二负侧q轴饱和预防值-Vq_max_L时(S210：是)，处理转到S212。当确定先前的q轴电压命令值Vq*(n-1)等于或小于第二负侧q轴饱和预防值-Vq_max_H时(S210：否)，处理转到S213。
当确定先前的q轴电压命令值Vq*(n-1)小于第一负侧q轴饱和预防值-Vq_max_H(S209：是)，处理转到S211。在S211处，第一负侧q轴饱和预防值-Vq_max_H被定义为q轴电压命令值Vq*。
当确定先前的q轴电压命令值Vq*(n-1)大于第二负侧q轴饱和预防值-Vq_max_L(S210：是)，处理转到S212。在S212处，第二负侧q轴饱和预防值-Vq_max_L被定义为q轴电压命令值Vq*。
当先前的q轴电压命令值Vq*(n-1)等于或大于第一负侧q轴饱和预防值-Vq_max_H且等于或小于第二负侧q轴饱和预防值-Vq_max_L时(S209：否，且同样S210：否)，处理转到S213。在S213处，先前的q轴电压命令值Vq*(n-1)被定义为q轴电压命令值Vq*。
当预限q轴电压命令值FBq等于或大于第二负侧q轴饱和预防值-Vq_max_L且等于或小于第二正侧q轴饱和预防值Vq_max_L时(S202：否，且同样S208：否)，处理转到S214。在S214处，预限q轴电压命令值FBq被定义为q轴电压命令值Vq*。
将参考图4A和图4B来说明饱和预防值(也被称为饱和防护值)。在图4A和图4B中，假定d轴电压Vd和q轴电压Vq两者为正值。在下文中，将适当省略短语“正侧”。
如图4A中所描述的，当预限d轴电压命令值FBd等于或小于d轴饱和预防值Vd_max时，预限d轴电压命令值FBd被定义为d轴电压命令值Vd*。如图4B中所描述的，当预限d轴电压命令值FBd大于d轴饱和预防值Vd_max时，d轴饱和预防值Vd_max被定义为d轴电压命令值Vd*。
基于最大电压值V_max和d轴电压命令值Vd*，计算第一q轴饱和预防值Vq_max_H。通过从第一q轴饱和预防值Vq_max_H减去死区宽度ΔV，计算第二q轴饱和预防值Vq_max_L。
将参考图5A和图5B来说明q轴电压命令值Vq*的时间变化。图5A和图5B中的每条曲线示出每个算术时段中的值。
图5B是比较示例。在这种情况下，存在单个q轴饱和预防值Vq_max，并且没有提供死区。附带地，假定单个q轴饱和预防值Vq_max等于第一q轴饱和预防值Vq_max_H。如图5B中所描述的，q轴饱和预防值Vq_max根据d轴电压命令值Vd*的改变而改变。因此，当预限q轴电压命令值FBq超过q轴饱和预防值Vq_max时，以及当q轴电压命令值Vq*被设定成q轴饱和预防值Vq_max时，q轴电压命令值Vq*可以改变，使得根据转矩波动可能发生噪声和振动。
相比之下，在本实施例中，在第一q轴饱和预防值Vq_max_H与第二q轴饱和预防值Vq_max_L之间提供死区，使得可以预防q轴电压命令值Vq*的变化。
如图5A中所描述的，例如，如时间x11处所示出的，当对应于在作为先前计算时间的时间x10处的q轴电压命令值Vq*的先前的q轴电压命令值Vq*(n-1)等于或大于第二q轴饱和预防值Vq_max_L且等于或小于第一q轴饱和预防值Vq_max_H时，时间x11处的q轴电压命令值Vq*被设定成先前的q轴电压命令值Vq*(n-1)。也就是说，因为时间x10处的q轴电压命令值Vq*在时间x11处位于死区宽度内，所以在时间x11处保持时间x10(对应于先前计算时间)处的q轴电压命令值Vq*。
例如，如时间x21处所示出的，当对应于在作为先前计算时间的时间x20处的q轴电压命令值Vq*的先前的q轴电压命令值Vq*(n-1)小于第二q轴饱和预防值Vq_max_L时，时间x21处的q轴电压命令值Vq*被设定成第二q轴饱和预防值Vq_max_L。
例如，如时间x31处所示出的，当对应于在作为先前计算时间的时间x30处的q轴电压命令值Vq*的先前的q轴电压命令值Vq*(n-1)大于第一q轴饱和预防值Vq_max_H时，时间x31处的q轴电压命令值Vq*被设定成第一q轴饱和预防值Vq_max_H。
在本实施例中，第一q轴饱和预防值Vq_max_H和第二q轴饱和预防值Vq_max_L的两个值被设定为饱和预防值。另外，在第一q轴饱和预防值Vq_max_H与第二q轴饱和预防值Vq_max_L之间提供死区。当预限q轴电压命令值FBq的绝对值大于第二q轴饱和预防值Vq_max_L的绝对值且先前的q轴电压命令值Vq*(n-1)处于死区宽度内时，先前的值被接替作为q轴电压命令值Vq*。因此，与如图5B所述提供了单个饱和预防值的情况相比，能够预防q轴电压命令值Vq*根据d轴电压命令值Vd*的变化而改变，并且能够减小噪声和振动。
如上所述，旋转电机控制设备1控制交流电动机10的驱动，其中由逆变器20控制施加电压。旋转电机控制设备1具有控制器40。控制器40具有d轴PI控制器44、q轴PI控制器45、d轴饱和预防运算部分46以及q轴饱和预防运算部分47。
d轴PI控制器44基于d轴电流命令值Id*和d轴电流Id来计算预限d轴电压命令值FBd。
q轴PI控制器45基于q轴电流命令值Iq*和q轴电流Iq来计算预限q轴电压命令值FBq。
d轴饱和预防运算部分46限制预限d轴电压命令值FBd，并且计算d轴电压命令值Vd*。
q轴饱和预防运算部分47限制预限q轴电压命令值FBq，并且计算q轴电压命令值Vq*。
假定根据预限q轴电压命令值FBq的限制确定死区宽度ΔV的两个值中的、具有较大绝对值的值等于第一q轴饱和预防值Vq_max_H，并且具有较小绝对值的值等于第二q轴饱和预防值Vq_max_L。
当预限q轴电压命令值FBq的绝对值大于第二q轴饱和预防值Vq_max_L的绝对值，并且作为先前时间处的q轴电压命令值的先前的q轴电压命令值Vq*(n-1)的绝对值等于或大于第二q轴饱和预防值Vq_max_L的绝对值且等于或小于第一q轴饱和预防值Vq_max_H的绝对值时，q轴饱和预防运算部分47将先前的q轴电压命令值Vq*(n-1)确定为q轴电压命令值Vq*。
在本实施例中，在第一q轴饱和预防值Vq_max_H与第二q轴饱和预防值Vq_max_L之间提供死区。当预限q轴电压命令值FBq的绝对值大于第二q轴饱和预防值Vq_max_L的绝对值，并且先前的q轴电压命令值Vq*(n-1)处于死区内时，先前的q轴电压命令值Vq*(n-1)被定义为q轴电压命令值Vq*，也就是说，先前的值接替。因此，即使在d轴电压命令值Vd*改变时，也可以预防q轴电压命令值Vq*改变，并且能够降低根据转矩波动的噪声和振动。
当预限q轴电压命令值FBq的绝对值大于第一q轴饱和预防值Vq_max_H的绝对值时，q轴饱和预防运算部分47将对应于第一q轴饱和预防值Vq_max_H的值确定为q轴电压命令值Vq*。当预限q轴电压命令值FBq是正值时，第一正侧q轴饱和预防值Vq_max_H被定义为q轴电压命令值Vq*。当预限q轴电压命令值FBq是负值时，第一负侧q轴饱和预防值-Vq_max_H被定义为q轴电压命令值Vq*。
当预限q轴电压命令值FBq的绝对值大于第二q轴饱和预防值Vq_max_L的绝对值时，并且当先前的q轴电压命令值Vq*(n-1)的绝对值小于第二q轴饱和预防值Vq_max_L时，q轴饱和预防运算部分47将对应于第二q轴饱和预防值Vq_max_L的值确定为q轴电压命令值Vq*。当预限q轴电压命令值FBq是正值时，第二正侧q轴饱和预防值Vq_max_L被定义为q轴电压命令值Vq*。当预限q轴电压命令值FBq是负值时，第二负侧q轴饱和预防值-Vq_max_L被定义为q轴电压命令值Vq*。
因此，能够适当地计算q轴电压命令值Vq*。
附带地，当预限q轴电压命令值FBq的绝对值等于或小于第二q轴饱和预防值Vq_max_L的绝对值时，q轴饱和预防运算部分47将预限q轴电压命令值FBq确定为q轴电压命令值Vq*。
在本实施例中，d轴PI控制器44对应于预限d轴电压运算部分的示例。q轴PI控制器45对应于预限q轴电压运算部分的示例。d轴饱和预防运算部分46对应于d轴限制部分的示例。q轴饱和预防运算部分47对应于q轴限制部分的示例。第一q轴饱和预防值Vq_max_H对应于第一限制值的示例。第二q轴饱和预防值Vq_max_L对应于第二限制值的示例。
(第二实施例)
将参考图6来说明本公开内容中的第二实施例。
第一实施例通过使用q轴电压命令值Vq*本身来执行q轴限制处理。第二实施例通过使用饱和率来执行q轴限制处理。
将基于图6中的流程图来说明第二实施例中的q轴限制处理。
在S301处，计算q轴饱和预防值Vq_max、第一饱和率RH以及第二饱和率RL。q轴饱和预防值Vq_max等于第一实施例中的第一q轴饱和预防值Vq_max_H。通过表达式(3)计算第一饱和率RH，并且通过表达式(4)计算第二饱和率。附带地，表达式中的ΔR为死区宽度。
RH＝Vq_max/V_max(3)
RL＝RH-ΔR(4)
在S302处，计算预限饱和率Rb，预限饱和率Rb是预限q轴电压命令值FBq的饱和率，并且确定预限饱和率Rb是否大于第二正侧饱和率RL。
通过表达式(5)来计算预限饱和率Rb。
Rb＝FBq/V_max(5)
当确定预限饱和率Rb等于或小于第二正侧饱和率RL时(S302：否)，处理转到S308。当确定预限饱和率Rb大于第二正侧饱和率RL时(S302：是)，处理转到S303。
在S303处，确定作为先前的q轴电压命令值Vq*(n-1)的饱和率的先前的命令饱和率R(n-1)是否大于第一正侧饱和率RH。通过表达式(6)来计算先前的命令饱和率R(n-1)。
R(n-1)＝Vq*(n-1)/V_max(6)
当确定先前的命令饱和率R(n-1)大于第一正侧饱和率RH时(S303：是)，处理转到S305。当确定先前的命令饱和率R(n-1)等于或小于第一正侧饱和率RH时(S303：否)，处理转到S304。
在S304处，确定先前的命令饱和率R(n-1)是否小于第二正侧饱和率RL。当确定先前的命令饱和率R(n-1)小于第二正侧饱和率RL时(S304：是)，处理转到S306。当确定先前的命令饱和率R(n-1)等于或大于第二正侧饱和率RL时(S304：否)，处理转到S307。
当先前的命令饱和率R(n-1)大于第一正侧饱和因数RH时(S303：是)，处理转到S305。在S305处，q轴电压命令值Vq*对应于通过将最大电压值V_max乘以第一正侧饱和率RH而得到的值(表达式(7))。
Vq*＝V_max×RH(7)
当先前的命令饱和率R(n-1)小于第二正侧饱和因数RL时(S304：是)，处理转到S306。在S306处，q轴电压命令值Vq*对应于通过将最大电压值V_max乘以第二正侧饱和率RL而得到的值(表达式(8))。
Vq*＝V_max×RL(8)
当先前的命令饱和率R(n-1)等于或大于第二正侧饱和率RL且还等于或小于第一正侧饱和率RH时(S303：否，且同样S304：否)，q轴电压命令值Vq*等于先前的q轴电压命令值Vq*(n-1)。
当确定预限饱和率Rb等于或小于第二正侧饱和率RL时(S302：否)处理转到S308，在S308处，确定预限饱和率Rb是否小于第二负侧饱和率-RL。当预限饱和率Rb等于或大于第二负侧饱和率-RL时(S308：否)，处理转到S314。当预限饱和率Rb小于第二负侧饱和率-RL时(S308：是)，处理转到S309。
在S309处，确定先前的命令饱和率R(n-1)是否小于第二负侧饱和率-RL。当先前的命令饱和率R(n-1)小于第一负侧饱和率-RH时(S309：是)，处理转到S311。当先前的命令饱和率R(n-1)等于或大于第一负侧饱和率-RH时(S309：否)，处理转到S310。
在S310处，确定先前的命令饱和率R(n-1)是否大于第二负侧饱和率-RL。当确定先前的命令饱和率R(n-1)大于第二负侧饱和率-RL时(S310：是)，处理转到S312。当确定先前的命令饱和率R(n-1)等于或小于第二负侧饱和率-RL时(S310：否)，处理转到S313。
当先前的命令饱和率R(n-1)小于第一负侧饱和因数-RH时(S309：是)，处理转到S311。在S311处，通过如表达式(9)中所描述的那样将最大电压值V_max乘以第一负侧饱和率-RH而得到的值被定义为q轴电压命令值Vq*。
Vq*＝V_max×(-RH)(9)
当先前的命令饱和率R(n-1)大于第二负侧饱和因数-RL时(S310：是)，处理转到S312。在S312处，通过将最大电压值V_max乘以第二负侧饱和率-RL(表达式(10))而得到的值被定义为q轴电压命令值Vq*。
Vq*＝V_max×(-RL)(10)
当先前的命令饱和率R(n-1)等于或大于第一负侧饱和率-RH且还等于或小于第二负侧饱和率-RL时(S309：否，且同样S310：否)，处理转到S313。在S313处，先前的q轴电压命令值Vq*(n-1)被定义为q轴电压命令值Vq*。
当预限饱和率Rb等于或大于第二负侧饱和率-RL且还等于或小于第二正侧饱和率RL时(S302：否，且同样S308：否)，处理转到S314。在S314处，预限q轴电压命令值FBq被定义为q轴电压命令值Vq*。
在本实施例中，每个值相对于最大电压值V_max的比被定义为饱和率。为了预防逆变器20的输出电压饱和，根据饱和率来执行限制处理。具体地，包括第一饱和率RH和第二饱和率RL的两个值被定义为饱和预防值。另外，在第一饱和率RH与第二饱和率RL之间提供死区。当预限饱和率Rb的绝对值大于第二饱和率RL，并且先前的命令饱和率R(n-1)也处于死区宽度内时，先前的值被接替为q轴电压命令值Vq*。
因此，与第一实施例类似，能够预防q轴电压命令值Vq*根据d轴电压命令值Vd*的变化而变化，并且能够减小噪声和振动。
在本实施例中，q轴饱和预防运算部分47通过使用预限饱和率Rb和先前的命令饱和率R(n-1)来计算q轴电压命令值Vq*。预限饱和率Rb是预限q轴电压命令值FBq与最大电压值V_max的比。先前的命令饱和率R(n-1)是先前的q轴电压命令值Vq*(n-1)与最大电压值V_max的比。
更具体地，当预限饱和率Rb的绝对值大于第二饱和率RL的绝对值，并且还有先前的命令饱和率R(n-1)的绝对值等于或大于第二饱和率RL的绝对值且等于或小于第一饱和率RH的绝对值时，先前的q轴电压命令值Vq*(n-1)被定义为q轴电压命令值Vq*。
当先前的命令饱和率R(n-1)的绝对值大于第一饱和预防值RH的绝对值时，q轴饱和预防运算部分47将对应于第一饱和率RH的值确定为q轴电压命令值Vq*。在本实施例中，当预限q轴电压命令值FBq为正值时，通过将第一正侧饱和率RH乘以最大电压值V_max而得到的值被定义为q轴电压命令值Vq*。当预限q轴电压命令值FBq为负值时，通过将第一负侧饱和率-RH乘以最大电压值V_max而得到的值被定义为q轴电压命令值Vq*。
当预限饱和率Rb的绝对值大于第二饱和率RL的绝对值，并且还有先前的命令饱和率R(n-1)的绝对值小于第二饱和率RL时，q轴饱和预防运算部分47将对应于第二饱和率RL的值定义为q轴电压命令值Vq*。在本实施例中，当预限q轴电压命令值FBq为正值时，通过将第二正侧饱和率RL乘以最大电压值V_max而得到的值被定义为q轴电压命令值Vq*。当预限q轴电压命令值FBq为负值时，通过将第二负侧饱和率-RL乘以最大电压值V_max而得到的值被定义为q轴电压命令值Vq*。
根据该配置，将得到与在第一实施例中得到的效果类似的效果。
在本实施例中，第一饱和率RH对应于第一限制值的示例，并且第二饱和率RL对应于第二限制值的示例。
(第三实施例)
将参考图7来说明第三实施例。
在本实施例中，根据电动机旋转角速度ω，改变死区宽度。将参考图7中的流程图来说明本实施例中的q轴限制处理。
在S401处，基于d轴电压命令值Vd*，计算第一q轴饱和预防值Vq_max_H。附带地，第一q轴饱和预防值Vq_max_H的运算方法是第一实施例中的类似方式。
在S402处，确定电动机旋转角速度ω是否大于确定阈值ωth。确定阈值ωth被设定成大于预定值的值，使得优先考虑输出。当确定电动机旋转角速度ω大于确定阈值ωth时(S402：是)，处理转到S404。当确定电动机旋转角速度ω等于或小于确定阈值ωth时(S402：否)，处理转到S403。
在S403处，通过表达式(11)来计算第二q轴饱和预防值Vq_max_L。附带地，表达式中的ΔV1对应于正常状态下的死区宽度(正常状态死区宽度)，并且等于第一实施例中的死区宽度ΔV。
Vq_max_L＝Vq_max_H-ΔV1(11)
在S404处，通过表达式(12)来计算第二q轴饱和预防值Vq_max_L。附带地，表达式中的ΔV2对应于高速旋转状态下的死区宽度(高速状态死区宽度)，并且被设定成小于正常状态死区宽度ΔV1的值。高速状态死区宽度ΔV2可以被设定为零。
Vq_max_L＝Vq_max_H-ΔV2(12)
从S405至S417的处理类似于图3中从S202至S214的处理。
在本实施例中，死区宽度ΔV1、ΔV2根据电动机10的旋转角速度ω是可变的，其中，死区宽度ΔV1、ΔV2是第一q轴饱和预防值Vq_max_H和第二q轴饱和预防值Vq_max_L的差。
高速状态死区宽度ΔV2被设定成小于正常状态死区宽度ΔV1的值。因此，当电动机10以高速旋转时，能够优先考虑输出，而不是减小噪声和振动。
(第四实施例)
将参考图8A、图8B和图9来说明第四实施例。
图8A描述了d轴电压命令值Vd*小于预定值的情况。图8B描述了d轴电压命令值Vd*大于预定值的情况。如图8A和图8B中所描述的，与第一q轴饱和预防值Vq_max_H在d轴电压命令值Vd*具有较小值的区域中变化时的情况相比，当第一q轴饱和预防值Vq_max_H在d轴电压命令值Vd*具有较大值的区域中变化时，通过表达式(1)计算出的第一q轴饱和预防值Vq_max_H的变化宽度变成较大的值。
在本实施例中，死区宽度ΔV根据d轴电压命令值Vd*是可变的。具体地，假定dq坐标中具有半径为最大电压值V_max的圆被定义为第一饱和预防值V_max_H。另外，假定具有小于第一饱和预防值V_max_H的预定半径的圆被定义为第二饱和预防值V_max_L。附带地，q轴上的第一饱和预防值V_max_H和第二饱和预防值V_max_L的差对应于如图8A和图8B中所描述的死区宽度ΔV。
在本实施例中，通过图11中描述的表达式(13)来计算第二q轴饱和预防值Vq_max_L。
死区宽度ΔV是第一q轴饱和预防值Vq_max_H和第二q轴饱和预防值Vq_max_L的差，并且通过表达式(14)来计算。
ΔV＝Vq_max_H-Vq_max_L(14)
如图9中所描述的，通过表达式(13)来计算第二q轴饱和预防值Vq_max_L，使得死区宽度ΔV根据d轴电压命令值Vd*是可变的。换言之，在本实施例中，基于第二饱和预防值V_max_L和d轴电压命令值Vd*来计算第二q轴饱和预防值Vq_max_L，并且死区宽度ΔV根据d轴电压命令值Vd*是可变的。
附带地，在图9中，死区宽度被描述为ΔV_fix，并且类似于第一实施例，当死区宽度固定时，第二q轴饱和预防值被描述为Vq_max_L_fix。
除了第二q轴饱和预防值Vq_max_L的计算表达式与第一实施例不同之外，本实施例中的q轴限制处理与第一实施例类似。
在本实施例中，死区宽度ΔV根据d轴电压命令值Vd*是可变的。于是，当d轴电压命令值Vd*在最大电压值V_max附近改变时能够进一步预防噪声和振动。当d轴电压命令值Vd*接近零时，能够预防电动机10的输出根据死区设置而减小。
(其它实施例)
在第三实施例和第四实施例中，死区宽度是可变的。作为其它实施例，如第二实施例中所述，当基于饱和率执行限制处理时，类似于第三实施例和第四实施例，死区宽度可以是可变的。
死区宽度也可以基于除电动机的旋转角速度和d轴电压命令值以外的值而可变。
在本实施例中，当预限q轴电压命令值的绝对值大于第二限制值时，使得预防逆变器的输出电压饱和，限制q轴电压命令值且执行饱和预防。在其它实施例中，可以不通过使用第二限制值来执行关于是否执行饱和预防的确定。当预限q轴电压命令值的绝对值大于例如第一限制值的绝对值时，或者当预限q轴电压命令值的绝对值大于第二限制值的绝对值且小于第一限制值的绝对值时，可以执行饱和预防。例如，在图3中S202处且同样在S208处，可以使用第一q轴饱和预防值Vq_max_H，而不是第二q轴饱和预防值Vq_max_L。可以使用大于第二q轴饱和预防值Vq_max_L且小于第一q轴饱和预防值Vq_max_H的预定值，而不是第二q轴饱和预防值Vq_max_L。
将在使用预限饱和率而不是预限q轴电压命令值的情况下使用该说明。在图6中S302处且在S38处，可以使用第一饱和率RH，而不是第二饱和率RL。可以使用大于第二饱和率RL且小于第一饱和率RH的预定值，而不是第二饱和率RL。
附带地，在各实施例中旋转电机是电动机。在其它实施例中，旋转电机可以是具有电动机和发电机的功能的电动发电机。在各实施例中，旋转电机控制设备被用在电力助力转向设备中。在其它实施例中，旋转电机控制设备也可以被用在除电力助力转向设备之外的任何设备中。
电动机10对应于旋转电机的示例。d轴PI控制器44对应于预限d轴电压运算部分的示例。q轴PI控制器45对应于预限q轴电压运算部分的示例。d轴饱和预防运算部分46对应于d轴限制部分的示例。q轴饱和预防运算部分47对应于q轴限制部分的示例。
注意到，本申请中流程图或者流程图的处理包括步骤(也被称为部分)，步骤中的每个步骤例如被表示为S101。此外，每个步骤可以被分成若干子步骤，并且若干步骤可以被结合成单个步骤。
尽管已经参考本公开内容的各实施例描述了旋转电机控制设备，但是要理解的是，本公开内容不限于实施例和构造。本公开内容意在涵盖各种修改和等同布置。另外，然而，包括更多要素、更少要素或仅单个要素的各种组合和配置、其它组合和配置也在本公开内容的精神和范围内。

Claims (8)

1.一种旋转电机控制设备(1)，所述旋转电机控制设备利用由逆变器(20)控制的施加电压来控制旋转电机(10)的驱动，所述旋转电机控制设备包括：
预限d轴电压运算部分(44)，其基于d轴电流命令值和d轴电流检测值来计算预限d轴电压命令值；
预限q轴电压运算部分(45)，其基于q轴电流命令值和q轴电流检测值来计算预限q轴电压命令值；
d轴限制部分(46)，其限制所述预限d轴电压命令值以计算d轴电压命令值；以及
q轴限制部分(47)，其限制所述预限q轴电压命令值以计算q轴电压命令值，
其中：
在第一限制值与第二限制值之间限定死区宽度；
所述死区宽度与所述预限q轴电压命令值的限制有关；
所述第一限制值的绝对值大于所述第二限制值的绝对值；
当所述预限q轴电压命令值的绝对值大于所述第二限制值的绝对值，并且先前的q轴电压命令值的绝对值等于或大于所述第二限制值的绝对值且等于或小于所述第一限制值的绝对值时，所述q轴限制部分将所述先前的q轴电压命令值确定为所述q轴电压命令值；并且
所述先前的q轴电压命令值是在紧接在前的计算中的q轴电压命令值。
2.根据权利要求1所述的旋转电机控制设备，其中：
当所述先前的q轴电压命令值的绝对值大于所述第一限制值的绝对值时，所述q轴限制部分将对应于所述第一限制值的值确定为所述q轴电压命令值。
3.根据权利要求1所述的旋转电机控制设备，其中：
当所述预限q轴电压命令值的绝对值大于所述第二限制值的绝对值，并且所述先前的q轴电压命令值的绝对值小于所述第二限制值时，所述q轴限制部分将对应于所述第二限制值的值确定为所述q轴电压命令值。
4.根据权利要求1至3中的任一权利要求所述的旋转电机控制设备，其中：
所述死区宽度能够根据所述旋转电机的旋转角速度而变化。
5.根据权利要求1至3中的任一权利要求所述的旋转电机控制设备，其中：
所述死区宽度能够根据所述d轴电压命令值而变化。
6.一种旋转电机控制设备(1)，所述旋转电机控制设备利用由逆变器(20)控制的施加电压来控制旋转电机(10)的驱动，所述旋转电机控制设备包括：
预限d轴电压运算部分(44)，其基于d轴电流命令值和d轴电流检测值来计算预限d轴电压命令值；
预限q轴电压运算部分(45)，其基于q轴电流命令值和q轴电流检测值来计算预限q轴电压命令值；
d轴限制部分(46)，其限制所述预限d轴电压命令值以计算d轴电压命令值；以及
q轴限制部分(47)，其限制所述预限q轴电压命令值以计算q轴电压命令值，
其中：
在第一饱和率与第二饱和率之间限定死区宽度；
所述死区宽度与预限饱和率的限制有关；
所述第一饱和率的绝对值大于所述第二饱和率的绝对值；
当所述预限饱和率的绝对值大于所述第二饱和率的绝对值，并且先前的命令饱和率的绝对值等于或大于所述第二饱和率的绝对值且等于或小于所述第一饱和率的绝对值时，所述q轴限制部分将先前的q轴电压命令值确定为所述q轴电压命令值；
所述先前的命令饱和率是所述先前的q轴电压命令值与最大电压值的比；并且
所述预限饱和率是所述预限q轴电压命令值与最大电压值的比。
7.根据权利要求6所述的旋转电机控制设备，其中：
所述死区宽度能够根据所述旋转电机的旋转角速度而变化。
8.根据权利要求6所述的旋转电机控制设备，其中：
所述死区宽度能够根据所述d轴电压命令值而变化。
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