CN106257822A - 马达控制装置、磁通指令生成装置和磁通指令生成方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供能够不预先把握马达特性而进行高效率运转的马达控制装置、磁通指令生成装置和磁通指令生成方法。实施方式的一方式涉及的马达控制装置包括驱动部、电流检测部以及指令生成部。驱动部基于重叠了探测信号的磁通指令来驱动电力转换部。电流检测部检测被驱动部驱动的电力转换部的输出电流。指令生成部以电流检测部的检测电流所包含的电流分量中的与探测信号对应的电流分量减少的方式生成磁通指令。

Description

马达控制装置、磁通指令生成装置和磁通指令生成方法

技术领域

发明的实施方式涉及马达控制装置、磁通指令的生成装置以及磁通指令的生成方法。

背景技术

以往，作为针对产生转矩而以电流变小的方式生成磁通指令并驱动马达的马达控制装置，已知有例如根据马达的转速生成磁通指令的技术(例如参照专利文献1、2)和根据转矩电流指令生成磁通指令的技术(例如参照专利文献3、4)。

在先技术文献

专利文献

专利文献1：日本专利文献特开2005-253258号公报；

专利文献2：日本专利文献特开2012-120429号公报；

专利文献3：日本专利文献特开2005-253258号公报；

专利文献4：日本专利文献特开2014-090626号公报。

发明内容

发明所要解决的问题

但是，以往的马达控制装置均是通过限定控制对象或运转条件使其与马达转矩式近似来生成磁通指令的，等价于使用马达转矩式的情况。因此，预先把握马达特性成为前提。

实施方式的一个方式是鉴于上述情况完成的，其目的在于提供不用预先把握马达特性而能够进行高效率运转的马达控制装置、磁通指令的生成装置以及磁通指令的生成方法。

用于解决问题的手段

实施方式的一方式涉及的马达控制装置包括驱动部、电流检测部以及指令生成部。所述驱动部基于重叠了探测信号的磁通指令来驱动电力转换部。所述电流检测部检测被所述驱动部驱动的所述电力转换部的输出电流。所述指令生成部以所述电流检测部的检测电流所包含的电流分量中的、与所述探测信号对应的电流分量减少的方式生成所述磁通指令。

实施方式的另一方式涉及的磁通指令的生成装置包括电流检测部和指令生成部。所述电流检测部检测基于重叠了探测信号的磁通指令而被驱动的电力转换部的输出电流。所述指令生成部以所述电流检测部的检测电流所包含的电流分量中的与所述探测信号对应的电流分量减少的方式生成所述磁通指令。

实施方式的另一方式涉及的磁通指令的生成方法包括：检测基于重叠了探测信号的磁通指令而被驱动的电力转换部的输出电流；以及以所述输出电流所包含的与所述探测信号对应的电流分量减少的方式生成所述磁通指令。

发明效果

根据实施方式的一个方式，能够提供可不预先把握马达特性而进行高效率运转的马达控制装置、磁通指令的生成装置以及磁通指令的生成方法。

附图说明

图1是示出实施方式涉及的马达控制装置的构成例的图；

图2是示出磁通指令生成部的构成例的图；

图3是示出电枢交链磁通、产生转矩、电流振幅以及负载角的关系的图；

图4是示出电枢交链磁通与电流的关系的图；

图5是示出探测信号生成部的构成例的图；

图6是示出MTPA停止控制部的构成例的图；

图7是示出基准指令生成部的构成例的图；

图8是示出修正量生成部的构成例的图；

图9是示出探测分量提取部和修正量生成部的构成例的图；

图10是示出磁通指令的生成处理的流程的流程图。

标号说明

1 马达控制装置

2 直流电源

3 马达

10 电力转换部

11 电流检测部

12 控制部

14 磁通估计部

15 速度位置估计部

16 转矩估计部

17 磁通指令输出部

18 驱动部

21 速度指令输出部

22 减法运算部

23 速度控制部

24 转矩控制部

26 磁通指令生成部

27 电压指令运算部

28 PWM控制部

39 探测信号生成部

40 探测分量提取部

41 磁通指令运算部

42 加法运算部

43 磁通限制部

44 MTPA停止控制部

45 基准指令生成部

46 修正量生成部

47 修正部

48 限幅器

64 低通滤波器

69 积分部

70 冲击磁通升高部

具体实施方式

以下，参照附图来详细说明本申请公开的马达控制装置、磁通指令的生成装置以及磁通指令的生成方法的实施方式。另外，以下所示的实施方式并非限定本发明。

[1.马达控制装置]

图1是示出实施方式涉及的马达控制装置的构成例的图。图1所示的马达控制装置1被配置在直流电源2与马达3之间。该马达控制装置1包括电力转换部10、电流检测部11以及控制部12，将从直流电源2供应的直流电力转换成交流电力并输出给马达3，对马达3进行控制。此外，在本实施例中，电力转换部10作为马达控制装置1的一部分而构成，但是也可以与马达控制装置1分开独立地构成。

另外，图1所示的马达控制装置1被配置在直流电源2与马达3之间，但是也可以被配置在交流电源与马达3之间。在此情况下，马达控制装置1包括将从交流电源供应的交流电力转换成直流电力并供应给电力转换部10的转换器。另外，电流检测部11和控制部12相当于磁通指令的生成装置的一例。

电力转换部10包括电容器C1和多个开关元件Q1～Q6。开关元件Q1～Q6被三相桥接，各个保护用的二极管被反并联连接。开关元件Q 1～Q6例如是MOSFET(Metal-Oxide-Semiconductor Field-EffectTransistor，金属氧化物半导体场效应晶体管)或IGBT(Insulated GateBipolar Transistor，绝缘栅双极型晶体管)等半导体开关元件。另外，开关元件Q1～Q6也可以是下一代半导体开关元件的SiC、GaN。

电流检测部11检测在电力转换部10与马达3的U相、V相以及W相的各相之间流动的相电流。所述电流检测部11分别检测从电力转换部10向马达3的U相、V相以及W相的输出电流的瞬时值i_u、i_v、i_w，并将该瞬时值i_u、i_v、i_w(以下记载为输出电流i_u、i_v、i_w)作为检测电流而输出。

电流检测部11例如针对U相、V相以及W相的每个相具有作为磁电转换元件的霍尔元件、分流电阻或者电流变压器，并对输出电流i_u、i_v、i_w(以下有时统称为输出电流i_o)进行检测。

控制部12例如为了使马达3以与速度指令ω^*相应的速度旋转，将输出电流i_u、i_v、i_w作为反馈值，生成驱动电力转换部10的开关元件Q1～Q6的PWM(Pulse Width Modulation，脉冲宽度调制)信号S1～S6，并输出给电力转换部10。由此，从直流电源2供应的直流电力被电力转换部10转换为交流电力并输出给马达3，从而马达3被控制。

[2.控制部12]

控制部12具有三相二相转换部13、磁通估计部14、速度位置估计部15、转矩估计部16、磁通指令输出部17以及驱动部18。该控制部12例如包含具有CPU(Central Processing Unit，中央处理单元)、ROM(ReadOnly Memory，只读存储器)、RAM(Random Access Memory，随机存取存储器)、输入输出端口等的微型计算机和各种电路。所述微型计算机的CPU通过读出ROM中存储的程序并执行，来实现后述的控制。

三相二相转换部13、磁通估计部14、速度位置估计部15、转矩估计部16、磁通指令输出部17以及驱动部18的功能例如通过上述CPU读出上述程序并执行而实现。另外，三相二相转换部13、磁通估计部14、速度位置估计部15、转矩估计部16、磁通指令输出部17以及驱动部18的一部分或全部也可以分别由硬件构成。

三相二相转换部13将输出电流i_u、i_v、i_w转换为固定坐标上的正交的2轴的αβ分量，并求出αβ轴电流i_αβ。该αβ轴电流i_αβ是αβ轴坐标系的矢量，并包含作为α轴分量的α轴电流i_α和作为β轴分量的β轴电流i_β。

磁通估计部14例如基于αβ轴电流i_αβ和αβ轴电压指令v_αβ ^*来求出电枢交链磁通φ的αβ轴分量的估计值(以下记载为αβ轴估计磁通φ_αβ^)。电枢交链磁通φ是马达3的定子(一次侧)的磁通。αβ轴估计磁通φ_αβ^包含作为α轴分量的α轴估计磁通φ_α^和作为β轴分量的β轴估计磁通φ_β^。

另外，磁通估计部14是公知技术，例如能够使用日本专利文献特开2015-12770号公报或日本专利文献特开2015-12771号公报公开的磁通运算器。另外，磁通估计部14如果是能够求出αβ轴估计磁通φ_αβ^的构成，则也可以是其他的构成。

速度位置估计部15基于由磁通估计部14估计出的αβ轴估计磁通φ_αβ^来求出估计位置θφ^和估计速度ω^。速度位置估计部15例如通过对αβ轴估计磁通φ_αβ^进行反正切运算来求出估计位置θφ^，并且对该估计位置θφ^进行微分来求出估计速度ω^。另外，估计位置θφ^是马达3的转子位置θφ的估计值，转子位置θφ是马达3的转子的电角。

转矩估计部16基于αβ轴电流i_αβ和αβ轴估计磁通φ_αβ^来运算估计转矩T^。估计转矩T^是电力转换部10的输出转矩T的估计值。输出转矩T是使马达3产生的转矩，也有时称为产生转矩T。例如，转矩估计部16通过运算T^＝(φ_α^×i_β-φ_β^×i_α)×(3/2)×(P_n/2)，能够求出估计转矩T^。“P_n”是马达3的极数。

磁通指令输出部17基于αβ轴电流i_αβ、估计速度ω^以及估计转矩T^来生成磁通指令φ^*。驱动部18基于估计位置θφ^、磁通指令φ^*以及αβ轴估计磁通φ_αβ^来生成驱动电力转换部10的PWM信号S1～S6。

通过PWM信号S1～S6对电力转换部10的开关元件Q1～Q6进行开关(ON/OFF)控制，与磁通指令φ^*相应的U相、V相以及W相的电压被从电力转换部10输出。由此，马达3的旋转被控制。另外，电力转换部10也能具有将PWM信号S1～S6进行放大后输出给开关元件Q1～Q6的放大电路。

磁通指令输出部17包括速度指令输出部21、减法运算部22、速度控制部23、转矩控制部24以及磁通指令生成部26。速度指令输出部21输出速度指令ω^*。该速度指令ω^*是马达3的转子的转速ω的目标值。该转速_ω是电角速度。

减法运算部22从速度指令ω^*减去估计速度ω^，求出速度偏差Δω。速度控制部23为使速度偏差Δω成为零，对该速度偏差Δω进行PI(比例积分)控制，生成转矩指令T^*。

转矩控制部24基于转矩指令T^*和估计转矩T^求出转矩偏差ΔT。例如，转矩控制部24对转矩指令T^*与估计转矩T^之差进行运算，并将该运算结果作为转矩偏差ΔT而输出。

磁通指令生成部26基于αβ轴电流i_αβ、转矩偏差ΔT以及速度指令ω^*求出磁通指令φ^*，该磁通指令φ^*用于进行针对马达3的转矩而使马达3的电流最小的MTPA控制(Maximum Torque Per Ampere Control，最大转矩电流比控制)。该磁通指令φ^*是马达3的电枢交链磁通φ的目标值。后面详细描述该磁通指令生成部26的构成。

驱动部18包括电压指令运算部27以及PWM控制部28。电压指令运算部27基于磁通指令φ^*和αβ轴估计磁通φ_αβ^来生成三相电压指令v_uvw ^*和αβ轴电压指令v_αβ ^*。三相电压指令v_uvw ^*包含U相的电压指令v_u ^*、V相的电压指令v_v ^*以及W相的电压指令v_w ^*。另外，αβ轴电压指令v_αβ ^*包含作为α轴分量的α轴电压指令v_α ^*以及作为β轴分量的β轴电压指令v_β ^*。

例如，电压指令运算部27通过下式(1)、(2)的运算将磁通指令φ^*转换为αβ轴磁通指令φ_αβ ^*。αβ轴磁通指令φ_αβ ^*包含作为αβ轴坐标系中的磁通指令φ^*的α分量的α轴磁通指令φ_α ^*以及作为β分量的β轴磁通指令φ_β ^*。

数学式1

φ_α ^*＝φ^*×cosθ_φ^…(1)

φ_β＝φ^*×sinθ_φ…(2)

电压指令运算部27基于αβ轴磁通指令φ_αβ ^*、αβ轴估计磁通φ_αβ^、估计位置θφ^来求出三相电压指令v_uvw ^*。

例如，电压指令运算部27为使α轴磁通指令φ_α ^*与α轴估计磁通φ_α^的偏差Δφ_α成为零，例如进行针对偏差Δφ_α的PI(比例积分)控制，求出α轴电压指令v_α ^*。另外，电压指令运算部27为使β轴磁通指令φ_β ^*与β轴估计磁通φ_β^的偏差Δφ_β成为零，例如进行针对偏差Δφ_β的PI控制，求出β轴电压指令v_β ^*。

另外，电压指令运算部27将α轴电压指令v_α ^*和β轴电压指令v_β ^*转换为与估计位置θφ^同步旋转的dq轴坐标系的分量，求出d轴电压指令v_d ^*和q轴电压指令v_q ^*。电压指令运算部27通过下式(3)、(4)的运算并基于d轴电压指令v_d ^*和q轴电压指令v_q ^*来求出电压振幅Vm和相位θa。

数学式2

$Vm=\sqrt{V_d^{*2}+V_q^{*2}}---\left(3\right)$

${\mathrm{\θ}}_a={\tan }^{-1}(V_q^{*}/V_d^{*})---\left(4\right)$

电压指令运算部27对相位θa与估计位置θφ^进行加法运算求出电压相位θ，并通过下式(5)～(7)的运算求出三相电压指令v_uvw ^*。

数学式3

v_u ^*＝Vm×cos(θ)…(5)

${v_v}^{*}=Vm\×\cos (\mathrm{\θ}-\frac{2}{3}\mathrm{\π})\mathrm{...}\left(6\right)$

${v_w}^{*}=Vm\×\cos (\mathrm{\θ}-\frac{4}{3}\mathrm{\π})\mathrm{...}\left(7\right)$

PWM控制部28生成与三相电压指令v_uvw ^*相应的PWM信号S1～S6，并输出给电力转换部10。由此，与U相、V相以及W相的电压指令v_u ^*、v_v ^*、v_w ^*相应的U相、V相以及W相的电压v_u、v_v、v_w从电力转换部10输出给马达3。另外，虽然没有图示，但是可在PWM控制部28与开关元件Q1～Q6之间设置例如对PWM信号S1～S6进行放大的放大电路。

[3.磁通指令生成部26]

图2是示出磁通指令生成部26的构成例的图。如图2所示，磁通指令生成部26包括探测信号生成部39、探测分量提取部40、磁通指令运算部41、加法运算部42、磁通限制部43以及MTPA停止控制部44。该磁通指令生成部26例如针对每个运算周期Ts进行运算。

磁通指令生成部26的探测信号生成部39生成用于与磁通指令φ_MTPA重叠的探测信号φ_h。探测信号φ_h的频率(以下记载为探测信号频率ω_h)是马达控制装置1和马达3允许的频带的频率，被设定为适当的值。例如，探测信号频率ω_h是不在驱动频率ωo附近的频率，能够设为高于驱动频率ωo的频率。另外，驱动频率ωo是电力转换部10的输出电压的频率。

探测信号生成部39例如通过下式(8)的运算求出探测信号φ_h。在下式(8)中，“K_h”表示探测信号φ_h的振幅、即重叠磁通振幅。“K_h”例如是额定磁通φ_rate的1/100。

数学式4

φ_h＝K_h×sinω_ht…(8)

另外，探测信号生成部39能够根据速度指令ω^*使探测信号频率ω_h变化。例如，探测信号生成部39能够将速度指令ω^*的n倍(n为2以上的数)的频率设为探测信号频率ω_h。

探测分量提取部40从αβ轴电流i_αβ中提取作为输出电流i_u、i_v、i_w所包含的电流分量中的、与探测信号φ_h对应的电流分量的电流i_mh的振幅(以下记载为振幅I_mh)。探测分量提取部40例如提取αβ轴电流i_αβ的振幅I_m中的、与探测信号φ_h相同的频率且同相的分量的振幅作为振幅I_mh。

磁通指令运算部41基于振幅I_mh、转矩偏差ΔT以及速度指令ω^*来生成磁通指令φ_MTPA。该磁通指令运算部41包括基准指令生成部45、修正量生成部46以及修正部47。

基准指令生成部45生成基准磁通指令φ_rate’。该基准磁通指令φ_rate’(基准指令的一例)是作为磁通指令φ^*的基准的磁通指令，例如基于额定磁通φ_rate生成。修正量生成部46生成磁通修正量Δφ_MTPA。修正部47通过从基准磁通指令φ_rate’减去磁通修正量Δφ_MTPA来生成磁通指令φ_MTPA。

这里，对于由磁通指令运算部41生成的磁通修正量Δφ_MTPA进行说明。图3是示出电枢交链磁通φ、产生转矩T、电流振幅I_m以及负载角ρ的关系的图。负载角ρ是距离作为磁通轴的d轴的电流负载角，并且电流振幅I_m是αβ轴电流i_αβ的振幅。

如图3所示，负载角ρ与电流振幅I_m的关系根据电枢交链磁通φ和产生转矩T的各自的状态而变化。例如考虑T＝T₂的情况。在此情况下，如果负载角ρ是B点(ρ＝ρ_B)，则电流振幅I_m最小，此时的电枢交链磁通φ是φ₂。另外，如果负载角ρ是A点(ρ＝ρ_A)，则电枢交链磁通φ为过剩的状态，如果负载角ρ是C点(ρ＝ρ_C)，则电枢交链磁通φ为不足的状态。

这里，假定对电枢交链磁通φ重叠探测信号φ_h、从电流振幅I_m提取与探测信号φ_h相同的频率和同相分量的电流i_mh。在此情况下，负载角ρ为A点、B点以及C点的情况下的电枢交链磁通φ和电流i_mh能够如图4所示的那样表示。图4是示出电枢交链磁通φ与电流i_mh的关系的图。

如图4所示，当电枢交链磁通φ从A点增加时，电流i_mh增加，当电枢交链磁通φ从A点减少时，电流i_mh减少。另外，当电枢交链磁通φ从C点增加时，电流i_mh减少，当电枢交链磁通φ从C点减少时，电流i_mh增加。另一方面，当电枢交链磁通φ处于B点时，电流i_mh变为0。

因此，通过控制电枢交链磁通φ使得电流i_mh为零，能够使高效率磁通(图3所示的MTPA曲线上的点)追随电枢交链磁通φ。磁通指令运算部41以电流i_mh成为零的方式运算磁通修正量Δφ_MTPA，并从基准磁通指令φ_rate’减去该磁通修正量Δφ_MTPA，由此生成磁通指令φ_MTPA。据此，能够生成可进行MTPA控制的磁通指令φ_MTPA。

然而，在产生了电压饱和的状态下，存在难以生成进行MTPA控制的磁通指令φ_MTPA的情况。因此，磁通指令生成部26基于限制磁通φ_{s_FW}与磁通指令φ^*的偏差来判定电压饱和状态。在判定为产生了电压饱和的情况下，磁通指令生成部26例如将磁通指令φ^**限制为限制磁通φ_{s_FW}，以使得电力转换部10的输出电压不超过限制电压。另外，磁通指令生成部26在判定为产生了电压饱和的情况下，能够停止探测信号φ_h的重叠动作和MTPA估计动作。

返回到图2，继续进行磁通指令生成部26的说明。磁通指令生成部26的加法运算部42对磁通指令φ_MTPA与探测信号φ_h进行加法运算，生成磁通指令φ^**。由此，生成了在磁通指令φ_MTPA重叠了探测信号φ_h的磁通指令φ^**。

磁通指令φ^**经过磁通限制部43作为磁通指令φ^*而输出。磁通限制部43包括限幅器48。限幅器48基于限制磁通φ_{s_FW}来限制磁通指令φ^*。

例如，限幅器48基于限制磁通φ_{s_FW}在磁通指令φ^**不超过限制磁通φ_{s_FW}的情况下，将磁通指令φ^**作为磁通指令φ^*输出，另一方面在磁通指令φ^**超过限制磁通φ_{s_FW}的情况下，限制磁通指令φ^*，以使得磁通指令φ^*不会成为固定值以上。

另外，限幅器48能够在磁通指令φ^**超过限制磁通φ_{s_FW}的情况下，限制磁通指令φ^*，使得成为额定磁通φ_rate的10％以下。由此，能够在发生了电压饱和的情况下限制磁通指令φ^*。

MTPA停止控制部44在限制磁通φ_{s_FW}与磁通指令φ^*的偏差Δφ成为预先设定的阈值φ_STOP以下的情况下，向探测信号生成部39和磁通指令运算部41输出低活动性的停止指令S_STOP。该停止指令S_STOP例如是S_STOP＝K_h×K_b，K_b例如为1～10的范围。

这样，MTPA停止控制部44在限制磁通φ_{s_FW}与磁通指令φ^*的偏差Δφ相对于探测信号φ_h的振幅K_h变为预定的大小以下的情况下，输出低活动性的停止指令S_STOP。由此，在发生了电压饱和的情况下，探测信号φ_h的重叠动作和MTPA估计动作均被停止，磁通指令φ^*的生成动作被停止。

这样，磁通指令生成部26在磁通指令φ_MTPA上重叠探测信号φ_h生成磁通指令φ^*，提取电流振幅I_m中的与探测信号φ_h相同频率且同相的分量，并以该提取分量为零的方式来生成磁通指令φ_MTPA。

由此，实施方式涉及的马达控制装置1能够不预先把握马达特性而进行高效率运转。以下，对于磁通指令生成部26的构成进一步详细说明。

[3.1.探测信号生成部39]

图5是示出探测信号生成部39的构成例的图。如图5所示，探测信号生成部39包括积分部51、正弦运算部52、放大部53以及乘法运算部54。积分部51对探测信号频率ω_h进行积分，求出探测信号相位θ_h。

该积分部51包括放大部55、加法运算部56以及延迟部57。放大部55对探测信号频率ω_h放大Ts倍。加法运算部56将放大部55的运算结果和延迟部57的延迟结果进行加法运算，求出探测信号相位θ_h。延迟部57使探测信号相位θ_h延迟一运算周期Ts。

正弦运算部52基于探测信号相位θ_h求出sinθ_h。放大部53通过增益K对停止指令S_STOP放大K倍。乘法运算部54对sinθ_h乘以放大部53的放大结果来求出探测信号φ_h(＝K×S_STOP×Sinθ_h)。另外，增益K与上式(8)的“K_h”对应，例如相对于额定磁通φ_rate为1～100[％]左右。

[3.2.MTPA停止控制部44]

接着，对MTPA停止控制部44进行说明。图6是示出MTPA停止控制部44的构成例的图。

如图6所示，MTPA停止控制部44包括延迟部50、减法运算部58以及停止信号输出部59。延迟部50使磁通指令φ^*延迟一运算周期Ts量。减法运算部58从限制磁通φ_{s_FW}减去被延迟部50延迟的磁通指令φ^*，来求出限制磁通φ_{s_FW}与磁通指令φ^*的偏差Δφ。停止信号输出部59输出与限制磁通φ_{s_FW}和磁通指令φ^*的偏差Δφ相应的停止指令S_STOP。例如，当偏差Δφ为阈值φ_STOP以上时，停止信号输出部59设定为S_STOP＝1，当偏差Δφ小于阈值φ_STOP时，停止信号输出部59设定为S_STOP＝0。

另外，停止信号输出部59也能够当偏差Δφ小于阈值φ_STOP时以偏差Δφ越小停止指令S_STOP越接近“0”的方式输出停止指令S_STOP。由此，即使是在偏差Δφ在阈值φ_STOP的前后变化的情况下，也能够防止停止指令S_STOP在“1”和“0”之间反复。

[3.3.基准指令生成部45]

接着，说明基准指令生成部45的构成。图7是示出基准指令生成部45的构成例的图。

如图7所示，基准指令生成部45包括额定磁通输出部60以及低通滤波器(LPF)64，生成基准磁通指令φ_rate’。

额定磁通输出部60基于额定频率ω_rate[rad/s]和额定电压V_rate[Vrms]来运算额定磁通φ_rate。额定磁通输出部60例如能够通过下式(9)的运算来求出额定磁通φ_rate。

数学式5

${\mathrm{\φ}}_{rate}=\frac{V_{rate}*\sqrt{2}}{2}/{\mathrm{\ω}}_{rate}\mathrm{...}\left(9\right)$

另外，额定频率ω_rate如下式(10)所示基于马达3的额定转数N_rae和极数P_n求出。该额定频率ω_rate例如能够从马达控制装置1的输入部(未图示)输入，所输入的额定频率ω_rate的信息被设定在控制部12中。另外，在额定转数N_rate和极数P_n被从输入部输入的情况下，额定磁通输出部60能够基于下式(10)求出额定频率ω_rate。

数学式6

${\mathrm{\ω}}_{rate}=\frac{N_{rate}}{60}\×2\mathrm{\π}\×P_n\mathrm{...}\left(10\right)$

另外，额定电压V_rate例如是马达3的额定电压或电力转换部10的额定电压。该额定电压V_rate例如能够从马达控制装置1的输入部(未图示)输入，所输入的额定电压V_rate的信息设定在控制部12中。

低通滤波器64对额定磁通φ_rate进行低通滤波处理，并作为基准磁通指令φ_rate’而输出。这样，通过低通滤波处理进行一次延迟处理是为了抑制在起动时电力转换部10的输出电流过度流动。

[3.4.修正量生成部46]

接着，对修正量生成部46进行说明。图8是示出修正量生成部46的构成例的图。

如图8所示，修正量生成部46包括乘法运算部66、抗饱和控制部67、加法运算部68、积分部69以及冲击磁通升高部(impact magnetic fluxboost)70。

乘法运算部66在电流i_mh的振幅I_mh上乘以停止指令S_STOP。由此，例如，当停止指令S_STOP为“1”时，电流i_mh的振幅I_mh直接从乘法部66输出。另一方面，当停止指令S_STOP为“0”时，乘法部66的乘法运算结果变为零，由修正量生成部46进行的磁通修正量Δφ_MTPA的运算停止。

抗饱和控制部67在MTPA停止控制部44停止了探测信号φ_h的重叠动作和MTPA估计动作的情况下，控制积分部69的输出，使得与限制磁通φ_{s_FW}和磁通指令φ^*的偏差Δφ一致。该抗饱和控制部67例如求出与磁通指令φ^**和磁通指令φ^*之差相应的电流量i_AW(以下记载为电流i_AW)，来控制积分部69的输出。

加法运算部68将基于乘法部66的乘法运算结果与抗饱和控制部67的电流i_AW进行加法运算。积分部69对加法运算部68的加法运算结果进行积分，生成磁通修正量Δφ_MTPA。

冲击磁通升高部70基于转矩偏差ΔT和电流振幅I_m在负载冲击性地增加了的情况下，输出用于迅速地改变磁通修正量Δφ_MTPA的冲击磁通升高修正值Δφ_IMP。

积分部69能够基于冲击磁通升高部70的冲击磁通升高修正值Δφ_IMP来调整磁通修正量Δφ_MTPA。由此，在负载冲击性地增加了的情况下，能够迅速地改变磁通修正量Δφ_MTPA，例如能够抑制由于磁通的不足导致的失调等。

[3.5.探测分量提取部40和修正量生成部46]

图9是示出探测分量提取部40和修正量生成部46的构成例的图。以下，以探测分量提取部40、修正量生成部46的抗饱和控制部67、积分部69以及冲击磁通升高部70的顺序进行说明。

[3.5.1.探测分量提取部40]

如图9所示，探测分量提取部40包括振幅检测部71、带通滤波器(BPF)72、乘法运算部73以及低通滤波器(LPF)74。振幅检测部71例如通过运算下式(11)所示的αβ轴电流i_αβ的平方和的平方根，来运算αβ轴电流i_αβ的电流振幅I_m。

数学式7

$I_m=\sqrt{{i_{\mathrm{\α}}}^2+{i_{\mathrm{\β}}}^2}\mathrm{...}\left(11\right)$

带通滤波器72通过对电流振幅I_m进行去除低于探测信号频率ω^h的频率分量和高于探测信号频率ω^h的频率分量的带通滤波处理，来提取电流振幅I_m中的与探测信号频率ω^h相同频率的分量的电流I_{m_BPF}。另外，带通滤波器72也可以是具有去除高于探测信号频率ω_h的频率分量的低通滤波器和去除低于探测信号频率_ωh的频率分量的高通滤波器的构成。

乘法运算部73对电流I_{m_BPF}与sinθ_h进行乘法运算，低通滤波器74对乘法部73的乘法运算结果进行低通滤波处理。由此，电流I_{m_BPF}中的与探测信号相位θ_h同相的电流i_mh的直流分量被提取出。被低通滤波器74提取出的电流i_mh的直流分量是电流i_mh的振幅I_mh。另外，该处理也被称为外差处理。

[3.5.2.抗饱和控制部67]

抗饱和控制部67包括减法运算部75、延迟部76、以及放大部77。减法运算部75从磁通指令φ^**减去磁通指令φ^*。延迟部76使减法运算部75的减法运算结果Δφ^*延迟一运算周期Ts量。

放大部77通过对被延迟部76延迟的减法运算结果Δφ^*放大K_a倍，来生成用于抗饱和控制的电流i_AW。增益K_a是用于从磁通向电流换算的系数，例如，能够如下式(12)所示的那样表示。式(12)中的“I_rate”是马达3的额定电流，“L”是马达3的电抗。

数学式8

$K_a=\frac{1}{L}=\frac{I_{rate}}{{\mathrm{\φ}}_{rate}}\mathrm{...}\left(12\right)$

在未被磁通限制部43限制磁通指令φ^*的情况下，由于磁通指令φ^**直接作为磁通指令φ^*而从磁通限制部43输出，因此磁通指令φ^**和磁通指令φ^*相同。因此，从抗饱和控制部67输出的电流i_AW为零。

另一方面，在被磁通限制部43限制了磁通指令φ^*的情况下，从抗饱和控制部67输出的电流i_AW是与磁通指令φ^**和磁通指令φ^*之差相应的电流。因此，对乘法部66的乘法运算结果，同与磁通指令φ^**和磁通指令φ^*之差相应的电流量进行加法运算。

[3.5.3.积分部69]

积分部69包括放大部78、放大部80、加法运算部79、加法运算部81、限幅器82以及延迟部83。放大部78将加法运算部68的加法运算结果放大Ki倍。积分增益Ki例如能够如下式(13)所示的那样表示。在式(13)中，ω_MTPA[rad/s]表示MTPA控制响应的速度，例如是2π。

数学式9

$K_i={\mathrm{\ω}}_{MTPA}\×L={\mathrm{\ω}}_{MTPA}\×\frac{{\mathrm{\φ}}_{rate}}{I_{rate}}\mathrm{...}\left(13\right)$

加法运算部79对放大部78的放大结果与冲击磁通升高修正值Δφ_IMP进行加法运算。放大部80将加法运算部79的加法运算结果放大Ts倍。加法运算部81将被延迟部83延迟了一运算周期Ts的磁通修正量Δφ_MTPA与放大部80的放大结果进行加法运算。限幅器82将加法运算部81的加法运算结果限制在预定范围内。

[3.5.4.冲击磁通升高部70]

冲击磁通升高部70包括绝对值运算部84、绝对值运算部88、系数输出部85、限幅器86、乘法运算部87、除法运算部89以及放大部90。绝对值运算部84对速度指令ω^*的绝对值进行运算。

系数输出部85示出与速度指令ω^*的绝对值|ω^*|相应的系数K_ω。该系数K_ω例如当绝对值|ω^*|小于预定值ω_th1时为“0”，当绝对值|ω^*|为预定值ω_th1以上且小于预定值ω_th2时，绝对值|ω^*|越大越接近“1”，当绝对值|ω^*|为预定值ω_th2以上时为“1”。

限幅器86将转矩偏差ΔT限制在预定范围内。例如，限幅器86基于额定转矩T_rate和转矩指令T^*，当T^*＞0时(动力运转时)，如果ΔT＜T_rate×0.1，则使转矩偏差ΔT成为零。另外，当T^*＜0时(再生运转时)，如果ΔT＞-T_rate×0.1，则限幅器86使转矩偏差ΔT成为零。

由此，当转矩增加时，冲击磁通升高部70能够输出与转矩偏差ΔT相应的冲击磁通升高修正值Δφ_IMP，当转矩减少时，冲击磁通升高部70能够将冲击磁通升高修正值Δφ_IMP设定为零并输出。另外，限幅器86对动力运转和再生运转之间的状态变化中的限幅动作设置滞后。

乘法运算部87对从限幅器86输出的转矩偏差ΔT乘以系数K_ω。由此，在速度指令ω^*小于预定值ω_th1的情况下，能够抑制输出与转矩偏差ΔT相应的冲击磁通升高修正值Δφ_IMP。

绝对值运算部88对乘法部87的乘法运算结果的绝对值进行运算。除法部89将被绝对值运算部88运算出的绝对值除以电流振幅I_m。由此，能够算出不足部分的磁通。放大部90具有增益K_IMP，将除法部89的除法运算结果放大K_IMP倍生成冲击磁通升高修正值Δφ_IMP(＝K_IMP×(|K_ω×ΔT|/I_m))。

[4.磁通指令φ^*的生成处理]

接着，说明磁通指令φ^*的生成处理的流程。图10是示出磁通指令φ^*的生成处理的流程的流程图。该磁通指令φ^*的生成处理由马达控制装置1反复执行。

如图10所示，电流检测部11检测输出电流i_o作为从电力转换部10流经马达3的U相、V相以及W相的各相的相电流(步骤S10)。控制部12提取输出电流i_o所包含的电流分量中的与探测信号φ_h对应的分量(步骤S11)。

控制部12以与探测信号φ_h对应的分量减少的方式生成磁通指令φ^*(步骤S12)。控制部12基于生成的磁通指令φ^*来驱动电力转换部10(步骤S13)。

另外，上述的磁通指令生成部26提取电流i_mh的振幅I_mh作为与探测信号φ_h对应的分量，并以该振幅I_mh减少的方式生成磁通指令φ^*，但是不限于该构成。例如，磁通指令生成部26能够以在结果上电流i_mh减少的方式生成磁通指令φ^*即可，例如也可以是代替电流i_mh的振幅I_mh而提取电流i_mh、并以该电流i_mh减少的方式生成磁通指令φ^*的构成。

另外，上述的磁通指令生成部26通过从基准磁通指令φ_rate’减去磁通修正量Δφ_MTPA来生成磁通指令φ_MTPA，但是也能够不使用基准磁通指令φ_rate’而将磁通修正量Δφ_MTPA设为磁通指令φ_MTPA。

另外，上述的磁通指令生成部26设置了MTPA停止控制部44、抗饱和控制部67以及冲击磁通升高部70等，但是例如存在根据马达3的种类或动作环境而不设置这些的情况。

另外，在上述的例子中，从磁通指令生成部26向电压指令运算部27输出磁通指令φ^*，但是也可以是从磁通指令生成部26向电压指令运算部27输出αβ轴磁通指令φ_αβ ^*的构成。在此情况下，磁通指令生成部26进行上式(1)、(2)的运算。

如上所述，实施方式涉及的马达控制装置1包括驱动部18、电流检测部11以及磁通指令生成部26(指令生成部的一例)。驱动部18基于重叠了探测信号φ_h的磁通指令φ^*来驱动电力转换部10。电流检测部11检测被驱动部18驱动的电力转换部10的输出电流。磁通指令生成部26以被电流检测部11检测出的输出电流i_u、i_v、i_w(检测电流的一例)所包含的电流分量中的、与探测信号φ_h对应的电流i_mh的分量(例如，电流i_mh的振幅I_mh)减少的方式生成磁通指令φ^*。由此，马达控制装置1能够不用预先测定马达3的马达特性而进行高效率运转。

另外，磁通指令生成部26包括探测分量提取部40(提取部的一例)以及磁通指令运算部41(运算部的一例)。探测分量提取部40提取被电流检测部11检测出的输出电流i_o所包含的电流i_mh的分量(例如，电流i_mh的振幅I_mh)。磁通指令运算部41以被探测分量提取部40提取的电流i_mh的分量减少的方式运算磁通指令φ^*。这样，由于提取与探测信号φ_h对应的电流i_mh，能够高精度地进行高效率运转。

磁通指令运算部41以被探测分量提取部40提取的电流i_mh的分量变为零的方式运算磁通指令φ^*。通过使与探测信号φ_h对应的电流i_mh成为零，能够针对产生转矩T而使电流最小，因此能够进行高精度的高效率运转。

磁通指令运算部41包括基准指令生成部45、修正量生成部46以及修正部47。基准指令生成部45生成作为磁通指令φ^*的基准的基准磁通指令φ_rate’。修正量生成部46基于被探测分量提取部40提取的电流i_mh的分量生成减少电流i_mh的磁通修正量Δφ_MTPA。修正部47通过磁通修正量Δφ_MTPA对基准磁通指令φ_rate’进行修正并生成磁通指令φ^*。由此，由于以根据负载从作为磁通指令φ^*的基准的基准磁通指令φ_rate’减去磁通指令φ^*的方式进行动作，因此例如能够避免在开始马达3的控制时磁通不足的情况。

另外，基准指令生成部45由低通滤波器64对额定磁通φ_rate(预先设定的原指令的一例)进行低通滤波处理，并生成基准磁通指令φ_rate’。这样，通过实施低通滤波处理，能够产生一次延迟，因此能够抑制起动时的电流。

修正量生成部46包括积分部69。积分部69对被探测分量提取部40提取的电流i_mh的分量(例如，电流i_mh的振幅I_mh)进行积分来生成磁通修正量Δφ_MTPA。由此，能够以减少电流分量的方式适当地生成磁通修正量Δφ_MTPA。

实施方式涉及的马达控制装置1包括速度控制部23(转矩指令生成部的一例)以及转矩估计部16。速度控制部23生成转矩指令T^*。转矩估计部16求出作为电力转换部10的输出转矩T的估计值的估计转矩T^。修正量生成部46包括冲击磁通升高部70(调整部的一例)。冲击磁通升高部70基于转矩指令T^*与估计转矩T^之差ΔT来调整磁通修正量Δφ_MTPA。由此，例如，在产生突然的负载变化的情况等，能够急速地改变磁通，能够高精度地进行高效率运转。

冲击磁通升高部70基于通过转矩指令T^*与估计转矩T^之差ΔT除以输出电流i_o的振幅I_m而得的结果来调整磁通修正量Δφ_MTPA。由此，例如，在产生了突然的负载变化的情况等，能够高精度地改变磁通。

电力转换部10是使基于重叠了探测信号的磁通指令的电流流经马达的电力转换部的一例，磁通指令生成部26是基于所述电流所包含的电流分量中的与所述探测信号对应的电流分量生成磁通指令、以使得从所述电力转换部流动的电流变小的单元的一例。

进一步的效果和变形例能够由本领域技术人员容易导出。因此，本发明更广的方式不限于以上表示且描述的特定的详细内容和代表性的实施方式。因此，能够不从由权利要求书及其等同物定义的整体发明的概念的精神或范围脱离而进行各种变更。

Claims (10)

1.一种马达控制装置，其特征在于，包括：

驱动部，所述驱动部基于重叠了探测信号的磁通指令来驱动电力转换部；

电流检测部，所述电流检测部检测被所述驱动部驱动的所述电力转换部的输出电流；以及

指令生成部，所述指令生成部以所述电流检测部的检测电流所包含的电流分量中的、与所述探测信号对应的电流分量减少的方式生成所述磁通指令。

2.如权利要求1所述的马达控制装置，其特征在于，

所述指令生成部包括：

提取部，所述提取部提取所述电流检测部的检测电流所包含的电流分量中的、与所述探测信号对应的电流分量；以及

运算部，所述运算部以被所述提取部提取的所述电流分量减少的方式运算所述磁通指令。

3.如权利要求2所述的马达控制装置，其特征在于，

所述运算部以被所述提取部提取的所述电流分量变为零的方式运算所述磁通指令。

4.如权利要求2或3所述的马达控制装置，其特征在于，

所述运算部包括：

基准指令生成部，所述基准指令生成部生成作为所述磁通指令的基准的基准指令；

修正量生成部，所述修正量生成部基于被所述提取部提取出的所述电流分量来生成减少所述电流分量的磁通修正量；以及

修正部，所述修正部通过所述磁通修正量修正所述基准指令来生成所述磁通指令。

5.如权利要求4所述的马达控制装置，其特征在于，

所述基准指令生成部对预先设定的原指令进行低通滤波处理，生成所述基准指令。

6.如权利要求4所述的马达控制装置，其特征在于，

所述修正量生成部包括积分部，所述积分部对被所述提取部提取出的所述电流分量进行积分来生成所述磁通修正量。

7.如权利要求4所述的马达控制装置，其特征在于，

包括生成转矩指令的转矩指令生成部以及估计所述电力转换部的输出转矩的转矩估计部，

所述修正量生成部包括调整部，所述调整部基于所述转矩指令与由所述转矩估计部估计出的所述输出转矩之差来调整所述磁通修正量。

8.如权利要求7所述的马达控制装置，其特征在于，

所述调整部基于所述转矩指令与由所述转矩估计部估计出的所述输出转矩之差除以所述输出电流的振幅所得的结果来调整所述磁通修正量。

9.一种磁通指令的生成装置，其特征在于，包括：

电流检测部，所述电流检测部检测基于重叠了探测信号的磁通指令而被驱动的电力转换部的输出电流；以及

指令生成部，所述指令生成部以所述电流检测部的检测电流所包含的电流分量中的与所述探测信号对应的电流分量减少的方式生成所述磁通指令。

10.一种磁通指令的生成方法，其特征在于，包括：

检测基于重叠了探测信号的磁通指令而被驱动的电力转换部的输出电流；以及

以所述输出电流所包含的与所述探测信号对应的电流分量减少的方式生成所述磁通指令。