CN111095775A - 同步电动机的控制装置及控制方法 - Google Patents

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Abstract

提供了一种用于执行PWM驱动控制而不执行电流反馈的同步电动机的控制装置，该控制装置具有能够在任意转速区域中稳定地驱动同步电动机的配置。控制装置1包括被配置为设置扭矩钳位值的扭矩钳位生成器40、被配置为基于转速命令和所述扭矩钳位值来生成电压命令而不反馈流过同步电动机2的电流的命令生成器10、PWM信号生成器20和逆变器部30。扭矩钳位生成器40在同步电动机2的转速的启动区域中设定启动时间极限值作为所述扭矩钳位值，并且在同步电动机2的转速的启动区域以外的区域中设定正常时间极限值作为所述扭矩钳位值。所述启动时间极限值比所述正常时间极限值大，并且比能够使同步电动机2以启动区域中的转速连续旋转的扭矩钳位值大。

Description

同步电动机的控制装置及控制方法
技术领域
本发明涉及用于控制同步电动机的驱动的控制装置和用于同步电动机的控制方法。
背景技术
作为用于控制同步电动机的驱动的控制方法，已知有使用PWM信号的PWM驱动控制。通常，执行PWM驱动控制的控制装置基于扭矩命令生成q轴电流命令和d轴电流命令。控制装置基于q轴电流命令和d轴电流命令生成PWM信号，并将该PWM信号输出到同步电动机。作为执行这样的PWM驱动控制的控制装置，例如已知专利文献1所公开的电动机控制装置。
在专利文献1的电动机控制装置中，电流命令生成器根据扭矩命令生成q轴电流命令和d轴电流命令，然后电流控制器基于所生成的q轴电流命令和d轴电流命令来生成三相电流命令。电流控制器使用由电流检测器检测到的电流(流过IPM电动机的电流)来生成三相电流命令。由电流控制器生成的电流命令被输入到主电路部分。因此，三相电流从主电路部分流到IPM电动机。
在专利文献1的电动机控制装置中，扭矩极限值选择块在扭矩输出优先模式下选择允许根据扭矩命令生成扭矩的扭矩表，而在效率优先模式下选择限制根据扭矩命令生成扭矩的扭矩表。
[现有技术文献]
专利文献
专利文献1：日本特开2012-55032号公报
发明内容
发明所要解决的课题
近年来，需要一种不设置用于检测供应到同步电动机的交流电流的电流检测器而执行同步电动机的驱动控制的控制装置。即，需要一种不反馈在同步电动机中流动的电流而执行同步电动机的驱动控制的控制装置。
同时，已经研究了在不执行电流反馈的情况下执行同步电动机的驱动控制的所谓无传感器电流控制。该无传感器电流控制是使用以下的电动机电压等式来计算电动机的电压命令值的方法。q轴电压命令vq*和d轴电压命令vd*通过将q轴电流命令iq*和d轴电流命令id*代入以下等式中而获得。另外，以下等式是示出同步电动机的稳态的电压等式。
vq*＝R·iq*+ωe·Ld·id*+ωe·Ke/Pn…(1)
vd*＝R·id*-ωe·Lq·iq*…(2)
在这些等式中，R是线圈电阻，Ld是d轴电感，Lq是q轴电感，ωe是电角速度，Ke是感应电压常数，Pn是极对数。
当通过反馈电流来执行电动机的驱动控制的传统控制装置被替换为执行如上所述的无传感器电流控制的控制装置时，可以想到，在传统控制装置中被反馈电流的电流控制器被替换为通过上述电压等式来计算电压命令的电压命令计算器。
顺便提及，通常，电流命令是几百安培量级的值，而同步电动机的线圈电阻R是μΩ至mΩ量级的值。d轴电感Ld和q轴电感Lq也是μH至mH量级的值。
当同步电动机的转速较低时，例如当同步电动机启动时，电角速度ωe变小。因此，在上述等式(1)和(2)中，q轴电压命令vq*和d轴电压命令vd*的值减小。然后，可能存在从上述等式(1)和(2)计算的q轴电压命令vq*和d轴电压命令vd*未能达到同步电动机遵循输入到控制装置的转速命令所需的输入电压的情况。在这种情况下，存在由于电压命令不足而不能控制同步电动机的速度的可能性。
本发明提供了一种用于执行PWM驱动控制而不执行电流反馈的同步电动机的控制装置的一些实施方式，该控制装置具有能够在任意转速区域中稳定地驱动同步电动机的配置。
解决课题的手段
根据本发明的一个实施方式，提供了一种用于控制同步电动机的驱动的同步电动机的控制装置。所述控制装置包括：极限值设定部，该极限值设定部被配置为根据所述同步电动机的转速来设定与所述同步电动机的输出扭矩相关的输出扭矩相关值的极限值；命令生成部，该命令生成部被配置为基于输入命令和所述极限值生成电压命令，而不反馈流经所述同步电动机的电流；PWM信号生成部，该PWM信号生成部被配置为基于所述电压命令来生成用于控制所述同步电动机的驱动的PWM信号；以及驱动控制器，该驱动控制器被配置为使用所述PWM信号来控制所述同步电动机的驱动。所述极限值设定部设定启动时间极限值作为在所述同步电动机的转速的启动区域中的极限值，并且设定正常时间极限值作为在所述同步电动机的转速的所述启动区域以外的区域中的极限值。所述启动时间极限值比所述正常时间极限值大，并且比能够使所述同步电动机以所述启动区域中的转速连续旋转的所述输出扭矩相关值大。
根据本发明的另一实施方式，提供了一种用于控制同步电动机的驱动的同步电动机的控制方法。所述控制方法包括：转速获取步骤，其获取所述同步电动机的转速；第一极限值生成步骤，其在所述同步电动机的每个转速下生成包括正常时间极限值的第一极限值；第二极限值生成步骤，其在所述同步电动机的每个转速下生成包括启动时间极限值的第二极限值，所述启动时间极限值大于所述同步电动机的所述启动区域中的所述正常时间极限值并且大于能够使所述同步电动机连续旋转的输出扭矩相关值；极限值选择步骤，其在所述同步电动机的每个转速下，选择在所述第一极限值生成步骤中生成的所述第一极限值或在所述第二极限值生成步骤中生成的所述第二极限值中绝对值较大的一个作为极限值；命令信号输出步骤，其根据在所述同步电动机的每个转速下在所述极限值选择步骤中选择所述第一极限值和所述第二极限值中的哪一个作为所述极限值，输出使用所述第一极限值生成的第一命令信号和使用所述第二极限值生成的第二命令信号中的一个作为命令信号；以及电压命令计算步骤，其计算与在所述命令信号输出步骤中输出的所述命令信号相对应的电压命令。
发明的效果
根据本发明的一个实施方式的用于同步电动机的控制装置，在用于使用PWM信号控制所述同步电动机的驱动而不反馈电流的所述驱动控制中，设定为所述同步电动机的所述转速的所述启动区域中的输出扭矩相关值的极限值的所述启动时间极限值大于设定为其他区域中的极限值的所述正常时间极限值，并且大于能够使所述同步电动机连续旋转的所述输出扭矩相关值。因此，可以在任意转速区域内稳定地驱动所述同步电动机。
附图说明
图1是示出根据第一实施方式的控制装置的示意性配置的控制框图。
图2是示出控制装置中的从转速命令的生成到电压命令的生成的配置的框图。
图3是示出由第一扭矩钳位生成器生成的第一扭矩钳位值的示例的图。
图4是示出从使用第一扭矩钳位值生成的电压命令中获得的电压命令矢量的大小的图。
图5是示出由第二扭矩钳位生成器生成的第二扭矩钳位值的示例的图。
图6是示出从使用第二扭矩钳位值生成的电压命令中获得的电压命令矢量的大小的图。
图7是示出当通过扭矩钳位选择器选择第一扭矩钳位值或第二扭矩钳位值中的具有较大绝对值的一方时扭矩钳位值的示例的图。
图8是示出从使用图7所示的扭矩钳位值生成的电压命令中获得的电压命令矢量的大小的图。
图9是示出由扭矩钳位生成器和命令生成器执行的电压命令生成操作的流程图。
图10是示出根据第二实施方式的控制装置中的从转速命令的生成到电压命令的生成的配置的框图。
图11是示出根据第三实施方式的控制装置中的从转速命令的生成到电压命令的生成的配置的框图。
图12是示出根据第四实施方式的控制装置中的从转速命令的生成到电压命令的生成的配置的框图。
图13是示出根据第五实施方式的控制装置中的从转速命令的生成到电压命令的生成的配置的框图。
具体实施方式
根据本发明的一个实施方式的用于同步电动机的控制装置是用于控制同步电动机的驱动的同步电动机的控制装置。所述控制装置包括：极限值设定部，该极限值设定部被配置为根据所述同步电动机的转速来设定与所述同步电动机的输出扭矩相关的输出扭矩相关值的极限值；命令生成器，该命令生成器被配置为基于输入命令和所述极限值生成电压命令，而不反馈流经所述同步电动机的电流；PWM信号生成器，该PWM信号生成器被配置为基于所述电压命令来生成用于控制所述同步电动机的驱动的PWM信号；以及驱动控制器，该驱动控制器被配置为使用所述PWM信号来控制所述同步电动机的驱动。所述极限值设定部设定启动时间极限值作为在所述同步电动机的所述转速的启动区域中的极限值，并且设定正常时间极限值作为在所述同步电动机的所述转速的所述启动区域以外的区域中的极限值。所述启动时间极限值比所述正常时间极限值大，并且比能够使所述同步电动机在启动区域中以转速连续旋转的所述输出扭矩相关值大(第一配置)。
因此，在进行PWM驱动控制而不对流过同步电动机的电流进行反馈的所谓的无传感器电流控制中，能够在同步电动机的转速的启动区域和其他区域中变更在生成PWM信号时使用的输出扭矩相关值的极限值。此外，作为在启动区域中设定的极限值的启动时间极限值大于在其他区域中设定为极限值的正常时间极限值，并且大于能够使同步电动机连续旋转的输出扭矩相关值。因此，能够使输入到同步电动机的电压命令大于启动区域以外的区域中的电压命令，从而能够在启动区域中使同步电动机的旋转加速。
因此，即使在同步电动机的转速较低的启动区域中，控制装置也能够生成用于输入能够追随同步电动机的转速命令的电压的电压命令。因此，在任意转速区域中，可以驱动同步电动机以遵循旋转速度命令，并且可以稳定地驱动同步电动机。
顺便提及，通常，经常使用电流命令表来生成用于生成电压命令的电流命令。因此，能够设计为增加电流命令表中的电流命令，而不是如在上述配置中那样改变输出扭矩相关值的极限值。然而，为此目的，在不执行电流反馈的无传感器电流控制中，需要创建与在电流反馈控制中使用的电流命令表完全不同的新的电流命令表。因此，准备这么大量的数据需要很大的努力。
另一方面，如上所述，通过改变输出扭矩相关值的极限值，可以照原样使用传统的电流命令表。因此，在进行PWM驱动控制而不进行电流反馈的同步电动机的控制装置中，能够以简单的配置实现能够在任意转速区域内稳定地驱动同步电动机的配置。
在第一配置中，启动时间极限值等于或小于与根据PWM信号的同步电动机的电压命令矢量的大小的最大值相对应的输出扭矩相关值(第二配置)。
因此，在同步电动机的转速的启动区域中，能够将在生成电压命令时使用的输出扭矩相关值的极限值增大到与PWM驱动控制中的电压命令矢量的最大值相对应的输出扭矩相关值。因此，在启动区域中，同步电动机能够被驱动以可靠地遵循转速命令。因此，能够在启动区域中更稳定地驱动同步电动机。
在第一配置或第二配置中，所述极限值设定部包括：第一极限值生成器，其被配置为在所述同步电动机的每个转速下生成包括所述正常时间极限值的第一极限值；第二极限值生成器，其被配置为在所述同步电动机的每个转速下生成包括所述启动时间极限值的第二极限值，所述启动时间极限值大于所述启动区域中的所述正常时间极限值并且大于能够使所述同步电动机连续旋转的所述输出扭矩相关值；以及极限值选择器，其被配置为在所述同步电动机的每个转速下选择由所述第一极限值生成器生成的所述第一极限值或由所述第二极限值生成器生成的所述第二极限值中的具有更大绝对值的一方作为所述极限值(第三配置)。
因此，与上述第一配置中一样，在同步电动机的启动区域中的转速下，可以将大于正常时间极限值并且大于能够使同步电动机连续旋转的输出扭矩相关值的启动时间极限值容易地设定为输出扭矩相关值的极限值。因此，可以容易地实现上述第一配置。
在第三配置中，命令生成器包括：第一命令信号生成器，其被配置为使用所述第一极限值生成第一命令信号；第二命令信号生成器，其被配置为使用所述第二极限值生成第二命令信号；以及命令信号选择器，其被配置为根据所述极限值选择器在所述同步电动机的每个转速下选择所述第一极限值和所述第二极限值中的哪一个来选择所述第一命令信号和所述第二命令信号中的一个，所述命令生成器被配置为输出与由所述命令信号选择器选择的所述命令信号相对应的电压命令作为所述电压命令(第四配置)。
因此，可以选择与由所述极限值选择器从所述第一极限值和所述第二极限值中选择的极限值相对应的命令信号，并且可以获得与所述命令信号相对应的电压命令。因此，即使当在同步电动机的启动区域中输出扭矩相关值的极限值如在上述第一配置中那样增大时，也可以相应地增大输入到同步电动机的电压命令。因此，能够驱动同步电动机以遵循转速命令，并且能够稳定地驱动同步电动机。
根据本发明的一个实施方式的用于同步电动机的控制方法是用于控制同步电动机的驱动的同步电动机的控制方法。所述控制方法包括：转速获取步骤，其获取所述同步电动机的转速；第一极限值生成步骤，其在所述同步电动机的每个转速下生成包括正常时间极限值的第一极限值；第二极限值生成步骤，其在所述同步电动机的每个转速下生成包括启动时间极限值的第二极限值，所述启动时间极限值大于所述同步电动机的所述启动区域中的所述正常时间极限值并且大于能够使所述同步电动机连续旋转的输出扭矩相关值；极限值选择步骤，其在所述同步电动机的每个转速下，选择在所述第一极限值生成步骤中生成的所述第一极限值或在所述第二极限值生成步骤中生成的所述第二极限值中绝对值较大的一个作为极限值；命令信号输出步骤，其根据在所述同步电动机的每个转速下在所述极限值选择步骤中选择所述第一极限值和所述第二极限值中的哪一个作为所述极限值，输出使用所述第一极限值生成的第一命令信号和使用所述第二极限值生成的第二命令信号中的一个作为命令信号；以及电压命令计算步骤，其计算与在所述命令信号输出步骤中输出的所述命令信号相对应的电压命令(第一方法)。
因此，在进行PWM驱动控制而不进行电流反馈的同步电动机的控制方法中，能够在任意转速区域中稳定地驱动同步电动机。
在下文中，将参照附图详细描述本发明的实施方式。附图中相同或相应的部分用相同的附图标记表示，并且将不再重复其描述。
<第一实施方式>
(总体结构)
图1是示出根据本发明的第一实施方式的控制装置1的示意性配置的框图。控制装置1基于作为输入命令的转速命令来生成PWM信号，而不进行流过电动机2(同步电动机)的电流的反馈，并且使用该PWM信号来控制电动机2的驱动。此外，控制装置1在计算用于生成PWM信号的电压命令时考虑扭矩(输出扭矩相关值)的极限值(扭矩钳位值)。图2是示出控制装置1中的从转速命令的生成到电压命令的生成的配置的框图。
在本实施方式中，电动机2是三相交流电动机。然而，电动机2可以是具有任何配置的电动机。由于电动机2的配置与传统配置相同，因此省略对其的详细描述。
如图1所示，控制装置1包括命令生成部10、PWM信号生成器20、逆变器部30(驱动控制器)、扭矩钳位生成器40(极限值设定部)、电角速度计算器50以及转速检测器60。转速检测器60基于从检测电动机2的转子(未示出)的旋转位置的位置传感器2a输出的位置传感器信号来输出电动机2的转速N_FB的信号。
命令生成器10基于输入到控制装置1的转速命令N*(输入命令)和从转速检测器60输出的电动机2的转速N_FB来生成q轴电压命令vq*和d轴电压命令vd*。所生成的q轴电压命令vq*和d轴电压命令vd*被输入到PWM信号生成器20。
命令生成器10包括扭矩命令生成器11、电流命令设定部12和电压命令计算器13。
扭矩命令生成器11生成用于减小转速偏差ΔN的临时扭矩命令，该转速偏差ΔN是输入到控制装置1的转速命令N*与从转速检测器60输出的电动机2的转速N_FB之间的差。由于用于获得临时扭矩命令的方法与诸如PI控制等的传统扭矩命令生成方法相同，因此省略其详细描述。在扭矩命令生成器11由PI控制器配置的情况下，可以通过向积分器添加防止结束(积分饱和现象)的功能来缩短从饱和状态返回所需的时间并提高控制响应性。
此外，扭矩命令生成器11使用临时扭矩命令生成扭矩命令T*，以便不超过从扭矩钳位生成器40输出的扭矩钳位值T_clamp。扭矩钳位值T_clamp包括确定扭矩钳位值的正范围的上限的正扭矩钳位值和确定扭矩钳位值的负范围中的绝对值的上限的负扭矩钳位值。
当由稍后描述的第二扭矩钳位生成器42生成的扭矩钳位值被输入作为扭矩钳位值T_clamp时，扭矩命令生成器11将落入电流命令生成器14中允许的允许输入范围内的扭矩命令T1*，作为扭矩命令T*输出到电流命令设定部12的电流命令生成器14(参见图2)。
现在，将简要描述扭矩钳位生成器40。扭矩钳位生成器40使用从转速检测器60输出的电动机2的转速N_FB来生成扭矩钳位值T_clamp，并且将扭矩钳位值T_clamp输出到扭矩命令生成器11。即，扭矩钳位生成器40根据电动机2的转速N_FB生成限制扭矩命令T*的极限值(扭矩钳位值)。在电动机2的转速的低速区域和中速区域中，扭矩钳位生成器40将扭矩钳位值T_clamp设定为比其他区域中的扭矩钳位值T_clamp大并且能够使电动机2连续旋转的值。
如后面将详细描述的，本实施方式的扭矩钳位生成器40包括第一扭矩钳位生成器41(第一极限值生成器)、第二扭矩钳位生成器42(第二极限值生成器)和扭矩钳位选择器43(极限值选择器)。
第一扭矩钳位生成器41生成由TN曲线(扭矩和转速之间的关系)表示的扭矩钳位值(第一扭矩钳位值或第一极限值)，该TN曲线根据电动机2的特性设定。
第二扭矩钳位生成器42使用PWM驱动控制中的电压命令矢量的大小的最大值vLimit*与电压命令的关系表达式以及从以下电压等式(1)和(2)获得的等式(3)来生成扭矩钳位值(第二扭矩钳位值或第二极限值)。vLimit*可以被设定为任何值，并且可以是例如在PWM控制下施加到电动机2的电压命令矢量的大小的最大值。只要vLimit*在电动机2的每个转速处是固定值，vLimit*对于每个转速可以是不同的值。
vq*＝R·iq*+ωe·Ld·id*+ωe·Ke/Pn…(1)
vd*＝R·id*-ωe·Lq·iq*…(2)
(vLimit*)2＝(R·id*-ωe·Lq·iq*)2+(R·iq*+ωe·Ld·id*+ωe·Ke/Pn)2…(3)
在上述等式中，R是线圈电阻，Ld是d轴电感，Lq是q轴电感，ωe是电角速度，Ke是感应电压常数，Pn是极对数。
扭矩钳位选择器43输出由第一扭矩钳位生成器41生成的第一扭矩钳位值或由第二扭矩钳位生成器42生成的第二扭矩钳位值中具有较大绝对值的一方作为扭矩钳位值T_clamp。如上所述，扭矩钳位值T_clamp被输入到扭矩命令生成器11。
此外，扭矩钳位选择器43将指示选择了第一扭矩钳位值和第二扭矩钳位值中的哪一个的信息作为扭矩选择信号T_sel输出到电流命令设定部12。
稍后将描述扭矩钳位生成器40的详细构造。
如图1所示，电流命令设定部12通过使用由扭矩命令生成器11生成的扭矩命令T*和从转速检测器60输出的电动机2的转速N_FB，来生成q轴电流命令iq*和d轴电流命令id*。在本实施方式中，q轴电流命令iq*和d轴电流命令id*对应于命令信号。
具体地，如图2所示，电流命令设定部12包括电流命令生成器14(第一命令信号生成器)、扭矩/电流转换器15(第二命令信号生成器)、q轴电流选择器16(命令信号选择器)和d轴电流选择器17(命令信号选择器)。电流命令生成器14通过使用从扭矩命令生成器11输出的扭矩命令T*来生成q轴电流命令和d轴电流命令。扭矩/电流转换器15通过使用从扭矩命令生成器11输出的扭矩命令T*来生成q轴电流命令和d轴电流命令。q轴电流选择器16基于从扭矩钳位选择器43输出的扭矩选择信号T_sel，选择由电流命令生成器14生成的q轴电流命令和由扭矩/电流转换器15生成的q轴电流命令中的一个。d轴电流选择器17基于从扭矩钳位选择器43输出的扭矩选择信号T_sel，选择由电流命令生成器14生成的d轴电流命令和由扭矩/电流转换器15生成的d轴电流命令中的一个。
电流命令生成器14使用例如表等基于从扭矩命令生成器11输出的扭矩命令T*来生成q轴电流命令和d轴电流命令。在本实施方式中，由电流命令生成器14生成的q轴电流命令和d轴电流命令对应于第一命令信号。由于电流命令生成器14的配置与传统配置相同，因此省略其详细描述。
如上所述，当由第二扭矩钳位生成器42生成的第二扭矩钳位值作为扭矩钳位值T_clamp被输入到扭矩命令生成器11时，落入电流命令生成器14所允许的允许输入范围内的扭矩命令T1*作为扭矩命令T*被输入到电流命令生成器14。
扭矩/电流转换器15基于从扭矩命令生成器11输出的扭矩命令T*来生成q轴电流命令和d轴电流命令。在本实施方式中，由扭矩/电流转换器15生成的q轴电流命令和d轴电流命令对应于第二命令信号。由扭矩钳位值T_clamp钳制的扭矩命令T2*作为扭矩命令T*被输入到扭矩/电流转换器15。
扭矩/电流转换器15通过以下等式(4)获得q轴电流命令，该等式(4)是通过在用于计算电动机2的输出扭矩的等式(稍后描述的等式(9))中用扭矩命令T2*代替输出扭矩而获得的。
Figure BDA0002408082780000101
在上面的等式中，
Figure BDA0002408082780000111
是磁通链的数目。
此外，扭矩/电流转换器15直接使用在第二扭矩钳位生成器42中使用的d轴电流命令作为d轴电流命令，以针对q轴电流命令来求解上述等式(3)，如稍后将描述的。
当从扭矩钳位选择器43输出的扭矩选择信号T_sel是指示选择第一扭矩钳位值的信号时，q轴电流选择器16选择由电流命令生成器14生成的q轴电流命令。当从扭矩钳位选择器43输出的扭矩选择信号T_sel是指示选择第二扭矩钳位值的信号时，q轴电流选择器16选择由扭矩/电流转换器15生成的q轴电流命令。q轴电流选择器16将所选择的q轴电流命令作为q轴电流命令iq*输出到电压命令计算器13。
当从扭矩钳位选择器43输出的扭矩选择信号T_sel是指示选择第一扭矩钳位值的信号时，d轴电流选择器17选择由电流命令生成器14生成的d轴电流命令。当从扭矩钳位选择器43输出的扭矩选择信号T_sel是指示选择第二扭矩钳位值的信号时，d轴电流选择器17选择由扭矩/电流转换器15生成的d轴电流命令。d轴电流选择器17将所选择的d轴电流命令作为d轴电流命令id*输出到电压命令计算器13。
电压命令计算器13使用q轴电流命令iq*、d轴电流命令id*、和由稍后将描述的电角速度计算器50计算出的电角速度ωe，通过上述的电压等式(1)和(2)来计算q轴电压命令vq*和d轴电压命令vd*。
PWM信号生成器20基于由电压命令计算器13计算出的q轴电压命令vq*和d轴电压命令vd*来生成用于PWM驱动控制的PWM信号。该PWM信号被输入到逆变器部30，用于控制逆变器部30的开关元件(未图示)的驱动。
由于PWM信号生成器20和逆变器部30的每个配置与传统PWM驱动控制的每个配置相同，因此省略其详细描述。
电角速度计算器50根据从转速检测器60输出的电动机2的转速N_FB来计算电角速度ωe。由电角速度计算器50计算的电角速度ωe被输入到电压命令计算器13。由于电角速度计算器50的配置也与传统电动机控制装置中的配置相同，因此省略其详细描述。
(扭矩钳位生成器)
接下来，参照图2对扭矩钳位生成器40的配置进行详细说明。
扭矩钳位生成器40根据电动机2的转速N_FB生成限制扭矩命令T*的扭矩钳位值。在电动机2的转速的低速区域和中速区域中，扭矩钳位生成器40将扭矩钳位值设定为比其他区域中的扭矩钳位值大并且能够使电动机2连续旋转的值。
具体地，扭矩钳位生成器40包括第一扭矩钳位生成器41、第二扭矩钳位生成器42和扭矩钳位选择器43。
第一扭矩钳位生成器41生成由根据电动机2的特性设置的TN曲线表示的扭矩钳位值(第一扭矩钳位值)。即，第一扭矩钳位生成器41具有与传统电动机控制装置中的扭矩钳位生成器相同的结构。
图3示出了由第一扭矩钳位生成器41生成的第一扭矩钳位值的示例。图4示出从使用第一扭矩钳位值生成的电压命令获得的电压命令矢量的大小。如图4所示，在电动机2的低速区域和中速区域中，电压命令矢量的大小与电动机2的转速成比例。
在图3和图4中，正转速表示正向旋转时的电动机2的旋转速度，负转速表示反向旋转时的电动机2的旋转速度。在图3中，正扭矩钳位值表示正侧的扭矩钳位值，负扭矩钳位值表示负侧的扭矩钳位值。
第二扭矩钳位生成器42使用与PWM驱动控制中的电压命令矢量的大小的最大值vLimit*相对应的扭矩来生成扭矩钳位值(第二扭矩钳位值)。具体地，如上所述，使用下面的等式(3)生成扭矩钳位值(第二扭矩钳位值)。
vq*＝R·iq*+ωe·Ld·id*+ωe·Ke/Pn…(1)
vd*＝R·id*-ωe·Lq·iq*…(2)
(vLimit*)2＝(R·id*-ωe·Lq·iq*)2+(R·iq*+ωe·Ld·id*+ωe·Ke/Pn)2…(3)
上述等式(3)是通过将等式(1)和(2)代入表示电压命令矢量的大小的以下等式(5)而获得的。
(vLimit*)2＝(vd*)2+(vq*)2…(5)
第二扭矩钳位生成器42通过求解上述等式(3)获得q轴电流命令，然后获得相应的扭矩钳位值。在下文中，首先，将描述用于从上述等式(3)获得q轴电流命令的方法。
在上述等式(3)中，当获得q轴电流命令时，d轴电流命令被设置为零或固定值。其原因如下。
为了在电动机2的转速的启动区域(低速区域和中速区域)中确保电动机2的输出扭矩，主要在电动机2的启动区域中使用由第二扭矩钳位生成器42生成的第二扭矩钳位值。由于不必通过在电动机2的转速的低速区域和中速区域中控制d轴电流命令来执行弱磁控制，因此即使当第二扭矩钳位生成器42生成第二扭矩钳位值时d轴电流命令被设置为零或如上所述的固定值也没有问题。
d轴电流命令在电动机2的所有速度区域中可以不是相同的值。即，只要当从上述等式(3)获得q轴电流命令时d轴电流命令是固定值，d轴电流命令可以根据电动机2的转速而不同。
在上述等式(3)中，如果假设R·id*＝a、ωe·Lq＝b、ωe·Ld·id*＝c并且ωe·Ke/Pn＝d，则等式(3)可以由以下等式表示。
(vLimit*)2＝(a-b·iq*)2+(R·iq*+c+d)2…(6)
如果针对q轴电流命令重新排列该等式，则可以通过以下等式来表示该等式。
(R2+b2)×(iq*)2+{2×(c·R+d·R-a·b}×(iq*)+{a2+c2+2c·d+d2-(vLimit*)2}＝0…(7)
在上述等式中，如果假设R2+b2＝A、c·R+d·R-a·b＝B并且a2+c2+2c·d+d2-(vLimit*)2＝C，则等式(7)可由以下等式(8)表示。
A×(iq*)2+2B×(iq*)+C＝0…(8)
等式(8)中q轴电流命令的解是
Figure BDA0002408082780000131
即，如果假设正q轴电流命令是iq_pos*并且负q轴电流命令是iq_neg*，则等式(8)的解如下。
Figure BDA0002408082780000132
Figure BDA0002408082780000133
当B2-A·C<0时，iq_pos*和iq_neg*分别设置为零。
以上述方式，获得与作为电压命令矢量的最大值的vLimit*相对应的q轴电流命令。使用作为扭矩计算等式的等式(9)，根据所获得的q轴电流命令来计算正侧的扭矩钳位值(正扭矩钳位值)和负侧的扭矩钳位值(负扭矩钳位值)。
Figure BDA0002408082780000141
在上述等式中，Te是电动机2的输出扭矩。
通过将所获得的iq_pos*和iq_neg*代入上述等式(9)，获得与作为电压命令矢量的最大值的vLimit*相对应的第二扭矩钳位值的正扭矩钳位值Te_pos2和负扭矩钳位值Te_neg2。
Figure BDA0002408082780000142
Figure BDA0002408082780000143
当获得q轴电流命令时，设置为d轴电流命令的值(零或固定值)被代入等式(10)和(11)中的id*。
因此，可以生成第二扭矩钳位值。第二扭矩钳位值的绝对值等于或小于与PWM驱动控制中的电动机2的电压命令矢量的大小的最大值相对应的扭矩钳位值。
顺便提及，由于电角速度ωe包括在上述等式(3)中，所以通过上述等式(10)和(11)计算的第二扭矩钳位值是根据电动机2的转速波动的值。因此，第二扭矩钳位生成器42需要根据电动机2的转速来更新第二扭矩钳位值。
因此，第二扭矩钳位生成器42被配置成能够根据电动机2的转速来生成第二扭矩钳位值。即，第二扭矩钳位生成器42被配置为根据从转速检测器60输出的电动机2的转速，针对每个运算周期进行等式(10)和(11)的运算。因此，能够相对于电动机2的转速的变化实时地获得第二扭矩钳位值。
第二扭矩钳位生成器42也可以被配置为从表中读取与电动机2的转速相对应的第二扭矩钳位值，该表包括在电动机2正向旋转时的最大速度与电动机2反向旋转时的最大速度之间的范围内、针对每个预定速度间隔预先利用等式(10)和(11)计算出的结果。因此，与如上所述的实时计算第二扭矩钳位值的配置相比，可以减少控制装置1中的计算量。
图5示出了由第二扭矩钳位生成器42生成的第二扭矩钳位值的示例。在图5中，为了便于说明，放大了第二扭矩钳位值为0的附近，因此省略了第二扭矩钳位值的绝对值较大的区域的图示。如图5所示，电动机2的转速越低，第二扭矩钳位值越大。第二扭矩钳位值的绝对值等于或小于与PWM驱动控制中的电动机2的电压命令矢量的大小的最大值相对应的扭矩钳位值。
图6示出从使用第二扭矩钳位值生成的电压命令获得的电压命令矢量的大小。如图6所示，电压命令矢量的大小恒定在vLimit*。
在图5和图6中，正转速表示正向旋转时的电动机2的旋转速度，负转速表示反向旋转时的电动机2的旋转速度。在图5中，正扭矩钳位值表示正侧的扭矩钳位值，负扭矩钳位值表示负侧的扭矩钳位值。
扭矩钳位选择器43输出由第一扭矩钳位生成器41生成的第一扭矩钳位值或由第二扭矩钳位生成器42生成的第二扭矩钳位值中具有较大绝对值的一方作为扭矩钳位值T_clamp。具体地，扭矩钳位选择器43选择并输出由第一扭矩钳位生成器41生成的正扭矩钳位值或由第二扭矩钳位生成器42生成的正扭矩钳位值中具有较大绝对值的一方。此外，扭矩钳位选择器43选择并输出由第一扭矩钳位生成器41生成的负扭矩钳位值或由第二扭矩钳位生成器42生成的负扭矩钳位值中具有较大绝对值的一方。将这样选择的扭矩钳位值作为图1所示的扭矩钳位值T_clamp输出到扭矩命令生成器11。
此外，扭矩钳位选择器43将指示选择了第一扭矩钳位值和第二扭矩钳位值中的哪一个的信息作为扭矩选择信号T_sel输出到电流命令设定部12。例如，当选择第一扭矩钳位值时，扭矩钳位选择器43输出信号“0”作为扭矩选择信号T_sel。当选择第二扭矩钳位值时，扭矩钳位选择器43输出信号“1”作为扭矩选择信号T_sel。
当选择了正扭矩钳位值的第一扭矩钳位生成器41或第二扭矩钳位生成器42不同于选择了负扭矩钳位值的第一扭矩钳位生成器41或第二扭矩钳位生成器42时，扭矩钳位选择器43基于转速命令N*和电动机2的转速N_FB之间的转速偏差ΔN来确定输出与扭矩钳位生成器相对应的哪个信号作为扭矩选择信号T_sel。
即，当转速偏差ΔN为负时，电动机2的转速N*超过转速命令N_FB。因此，扭矩钳位选择器43输出与选择了负扭矩钳位值的第一扭矩钳位生成器41或第二扭矩钳位生成器42相对应的信号作为扭矩选择信号T_sel，使得电动机2能够输出负扭矩。
另一方面，当转速偏差ΔN为正时，电动机2的转速N_FB未达到转速命令N*。因此，扭矩钳位选择器43输出与选择了正扭矩钳位值的第一扭矩钳位生成器41或第二扭矩钳位生成器42相对应的信号作为扭矩选择信号T_sel，使得电动机2能够输出正扭矩。
图7示出了当扭矩钳位选择器43选择第一扭矩钳位值或第二扭矩钳位值中的具有较大绝对值的一方时扭矩钳位值的示例。在图7中，为了便于说明，放大了扭矩钳位值为0的附近，因此省略了扭矩钳位值的绝对值较大的区域的图示。
图8示出从使用图7所示的扭矩钳位值生成的电压命令中获得的电压命令矢量的大小。
在图7和图8中，正转速表示正向旋转时的电动机2的旋转速度，负转速表示反向旋转时的电动机2的旋转速度。在图7中，正扭矩钳位值表示正侧的扭矩钳位值，负扭矩钳位值表示负侧的扭矩钳位值。
如图7所示，选择第二扭矩钳位值作为电动机2的转速的低速区域和中速区域中的扭矩钳位值T_clamp，并且选择第一扭矩钳位值作为电动机2的转速的高速区域中的扭矩钳位值T_clamp。因此，如图8所示，在电动机2的转速的低速区域和中速区域中，电压命令矢量的大小也是从使用第二扭矩钳位值生成的电压命令中获得的电压命令矢量的大小。在电动机2的转速的高速区域中，电压命令矢量的大小是从使用第一扭矩钳位值生成的电压命令中获得的电压命令矢量的大小。在图7中，扭矩钳位值的绝对值等于或小于与PWM驱动控制中的电动机2的电压命令矢量的大小的最大值相对应的扭矩钳位值。
在这点上，电动机2的转速的低速区域和中速区域是电动机2的启动区域。即，启动区域是选择第二扭矩钳位值作为图7中的扭矩钳位值T_clamp的区域。另外，在电动机2的转速的低速区域和中速区域中被选择为扭矩钳位值T_clamp的第二扭矩钳位值是启动时间极限值，并且在电动机2的转速的高速区域中被选择为扭矩钳位值T_clamp的第一扭矩钳位值是正常时间极限值。
利用本实施方式的配置，如图7所示，可以使电动机2的转速的启动区域中的扭矩钳位值大于其他区域中的扭矩钳位值。此外，启动区域中的扭矩钳位值可以设定为比能够使电动机2连续旋转的值(即能够使电动机2加速的值)大的值。
此外，对于本实施方式的配置，如图8所示，可以在电动机2的所有转速区域中生成等于或大于vLimit*的电压矢量。
如上所述，通过使用本实施方式的扭矩钳位生成器40生成扭矩钳位值，可以从分别由第一扭矩钳位生成器41和第二扭矩钳位生成器42生成的扭矩钳位值获得根据电动机2的转速合成的扭矩钳位值。因此，在电动机2的转速的低速区域和中速区域中，可以使扭矩钳位值大于高速区域中的扭矩钳位值，并且可以将扭矩钳位值设置为大于能够使电动机2连续旋转的值，即，能够使电动机2加速的值。
因此，能够在包括电动机2的启动区域在内的区域中向电动机2输入更大的电压命令，并且能够使电动机2稳定地加速。因此，能够稳定地驱动电动机2。
(电压命令生成操作)
接下来，将参照图9来描述电压命令生成操作。图9是示出由扭矩钳位生成器40和命令生成器10执行的电压命令生成操作的流程图。
当图9所示的流程开始(START)时，在步骤S1中，扭矩钳位生成器40的第一扭矩钳位生成器41和第二扭矩钳位生成器42中的每一个获取从转速检测器60输出的电动机2的转速N_FB。
在随后的步骤S2中，第一扭矩钳位生成器41生成第一扭矩钳位值，第二扭矩钳位生成器42生成第二扭矩钳位值。第一扭矩钳位生成器41生成正扭矩钳位值和负扭矩钳位值作为第一扭矩钳位值。第二扭矩钳位生成器42生成正扭矩钳位值和负扭矩钳位值作为第二扭矩钳位值。此后，在步骤S3至S5中，扭矩钳位选择器43选择第一扭矩钳位值或第二扭矩钳位值中的具有较大绝对值的一方作为扭矩钳位值T_clamp，并且将所选择的扭矩钳位值输出到扭矩命令生成器11。
具体地，在步骤S3中，扭矩钳位选择器43确定第二扭矩钳位值的绝对值是否大于第一扭矩钳位值的绝对值。扭矩钳位选择器43将第一扭矩钳位值的正扭矩钳位值的绝对值与第二扭矩钳位值的正扭矩钳位值的绝对值进行比较，并且还将第一扭矩钳位值的负扭矩钳位值的绝对值与第二扭矩钳位值的负扭矩钳位值的绝对值进行比较。
如果在步骤S3中确定第二扭矩钳位值的绝对值大于第一扭矩钳位值的绝对值(如果是)，则在步骤S4中，扭矩钳位选择器43选择第二扭矩钳位值作为扭矩钳位值T_clamp。
具体地，如果第二扭矩钳位值的正扭矩钳位值的绝对值大于第一扭矩钳位值的正扭矩钳位值的绝对值，则扭矩钳位选择器43输出第二扭矩钳位值的正扭矩钳位值作为正扭矩钳位值T_clamp。另外，如果第二扭矩钳位值的负扭矩钳位值的绝对值大于第一扭矩钳位值的负扭矩钳位值的绝对值，则扭矩钳位选择器43输出第二扭矩钳位值的负扭矩钳位值作为负扭矩钳位值T_clamp。
另一方面，如果在步骤S3中确定第二扭矩钳位值的绝对值等于或小于第一扭矩钳位值的绝对值(如果否)，则在步骤S5中，扭矩钳位选择器43选择第一扭矩钳位值作为扭矩钳位值T_clamp。
具体地，如果第二扭矩钳位值的正扭矩钳位值的绝对值等于或小于第一扭矩钳位值的正扭矩钳位值的绝对值，则扭矩钳位选择器43输出第一扭矩钳位值的正扭矩钳位值作为正扭矩钳位值T_clamp。另外，如果第二扭矩钳位值的负扭矩钳位值的绝对值等于或小于第一扭矩钳位值的负扭矩钳位值的绝对值，则扭矩钳位选择器43输出第一扭矩钳位值的负扭矩钳位值作为负扭矩钳位值T_clamp。
在步骤S4和S5中选择扭矩钳位值T_clamp之后，扭矩钳位选择器43输出指示选择第一扭矩钳位值和第二扭矩钳位值中的哪一个的信息作为扭矩选择信号T_sel。
当转速命令N*与从转速检测器60输出的电动机2的转速N_FB之间的转速偏差ΔN为负时，电动机2的转速N_FB超过转速命令N*。因此，扭矩钳位选择器43输出与选择了负扭矩钳位值的第一扭矩钳位生成器41或第二扭矩钳位生成器42相对应的信号作为扭矩选择信号T_sel，使得电动机2能够输出负扭矩。
另一方面，当转速偏差ΔN为正时，电动机2的转速N_FB未达到转速命令N*。因此，扭矩钳位选择器43输出与选择了正扭矩钳位值的第一扭矩钳位生成器41或第二扭矩钳位生成器42相对应的信号作为扭矩选择信号T_sel，使得电动机2能够输出正扭矩。
在步骤S6中，扭矩命令生成器11基于在步骤S4和S5中从扭矩钳位选择器43输出的扭矩钳位值T_clamp和转速偏差ΔN来生成扭矩命令T*。
在随后的步骤S7中，电流命令生成器14基于由扭矩命令生成器11生成的扭矩命令T*来生成q轴电流命令和d轴电流命令，扭矩/电流转换器15基于由扭矩命令生成器11生成的扭矩命令T*来生成q轴电流命令和d轴电流命令。由电流命令生成器14和扭矩/电流转换器15生成的q轴电流命令被输出到q轴电流选择器16，并且由电流命令生成器14和扭矩/电流转换器15生成的d轴电流命令被输出到d轴电流选择器17。
从扭矩命令生成器11输入到电流命令生成器14的扭矩命令是在电流命令生成器14允许的允许输入范围内的扭矩命令T1*。从扭矩命令生成器11输入到扭矩/电流转换器15的扭矩命令是与扭矩命令T*相同的扭矩命令T2*。
此后，在步骤S8至S10中，q轴电流选择器16基于从扭矩钳位选择器43输出的扭矩选择信号T_sel，选择由电流命令生成器14和扭矩/电流转换器15生成的q轴电流命令中的一个。在步骤S8中，d轴电流选择器17基于从扭矩钳位选择器43输出的扭矩选择信号T_sel，选择由电流命令生成器14和扭矩/电流转换器15生成的d轴电流命令中的一个。
具体地，在步骤S8中，q轴电流选择器16和d轴电流选择器17确定扭矩选择信号T_sel是否对应于第二扭矩钳位值，即，扭矩钳位选择器43是否选择了第二扭矩钳位值。
如果在步骤S8中确定扭矩钳位选择器43已经选择了第二扭矩钳位值(如果是)，则在步骤S9中，q轴电流选择器16和d轴电流选择器17选择由扭矩/电流转换器15生成的q轴电流命令和d轴电流命令。另一方面，如果在步骤S8中确定扭矩钳位选择器43已经选择了第一扭矩钳位值(如果否)，则在步骤S10中，q轴电流选择器16和d轴电流选择器17选择由电流命令生成器14生成的q轴电流命令和d轴电流命令。所选择的q轴电流命令和d轴电流命令作为q轴电流命令iq*和d轴电流命令id*输出到电压命令计算器13。
此后，流程进行到步骤S11，其中电压命令计算器13基于q轴电流命令iq*和d轴电流命令id*来计算并输出q轴电压命令vq*和d轴电压命令vd*。此后，流程结束(END)。
在这种情况下，步骤S1对应于转速获取步骤，并且步骤S2对应于第一极限值生成步骤和第二极限值生成步骤。步骤S3至S5对应于极限值选择步骤，步骤S7至S10对应于命令信号输出步骤，并且步骤S11对应于电压命令计算步骤。
如上所述，在本实施方式中，可以使用由第一扭矩钳位生成器41和第二扭矩钳位生成器42生成的第一扭矩钳位值和第二扭矩钳位值来生成在生成扭矩命令时使用的扭矩钳位值T_clamp。即，第一扭矩钳位生成器41和第二扭矩钳位生成器42能够根据电动机2的转速将扭矩钳位值切换为适当的值。
因此，在电动机2的转速的启动区域中，能够将扭矩钳位值设定为能够使电动机2的旋转加速的扭矩钳位值。在其他区域中，可以将扭矩钳位值设置为与电动机2的特性相对应的TN曲线的扭矩钳位值。由此，能够将启动区域中的扭矩钳位值设定为比其他区域的扭矩钳位值大并且能够使电动机2加速的值。
因此，在进行PWM驱动控制而不对流过同步电动机的电流进行反馈的所谓无传感器电流控制中，能够在电动机2的转速的启动区域向电动机2输入大到足以使电动机2加速的电压命令。因此，即使在电动机2的转速的启动区域，也能够驱动电动机2以遵循转速命令。因此，在任意转速区域中，可以稳定地驱动电动机2。
顺便提及，通常，经常使用电流命令表来生成用于生成电压命令的电流命令。因此，能够设计为增加电流命令表中的电流命令，而不是如上述配置中那样改变扭矩钳位值T_clamp。然而，为此目的，在不执行电流反馈的无传感器电流控制中，需要创建与在电流反馈控制中使用的电流命令表完全不同的新的电流命令表。准备大量的数据需要很大的努力。
另一方面，通过如本实施方式中那样改变电动机2的转速的启动区域中的扭矩钳位值，可以照原样使用传统的电流命令表。因此，在进行PWM驱动控制而不进行电流反馈的电动机2的控制装置1中，能够以简单的配置实现能够在任意转速区域中稳定地驱动电动机2的配置。
在本实施方式中，第二扭矩钳位值等于或小于与电动机2的转速的启动区域中的PWM驱动控制的电压命令矢量的大小的最大值相对应的扭矩钳位值。因此，能够在电动机2的转速的启动区域向电动机2输入最大的电压命令。因此，能够使电动机2更可靠地遵循转速命令。
[第二实施方式]
图10是示出根据第二实施方式的控制装置中的从转速命令的生成到电压命令的生成的配置的框图。本实施方式与第一实施方式的配置不同之处在于，从扭矩钳位选择器43输出的扭矩选择信号T_sel被输入到电流命令生成器114和扭矩/电流转换单元115。在下文中，与第一实施方式的部件相同的部件由相同的附图标记表示，并且省略其描述。将仅描述与第一实施方式的部件不同的部件。
如图10所示，命令生成器110包括扭矩命令生成器11、电流命令设定部112和电压命令计算器13。在命令生成器110中，从扭矩钳位选择器43输出的扭矩选择信号T_sel被输入到电流命令生成器114和扭矩/电流转换器115。
电流命令生成器114和扭矩/电流转换器115中的每一个根据扭矩选择信号T_sel确定是否需要生成电流命令。即，当扭矩选择信号T_sel是指示已经选择了第一扭矩钳位值的信号时，电流命令生成器114生成q轴电流命令iq*和d轴电流命令id*，而扭矩/电流转换器115不生成电流命令。当扭矩选择信号T_sel是指示已经选择了第二扭矩钳位值的信号时，扭矩/电流转换器115生成q轴电流命令iq*和d轴电流命令id*，而电流命令生成器114不生成电流命令。
除了上述配置之外的电流命令生成器114的配置与第一实施方式的电流命令生成器14的配置相同。类似地，扭矩/电流转换器115的除上述配置之外的配置与第一实施方式的扭矩/电流转换器15的配置相同。因此，将不描述电流命令生成器114和扭矩/电流转换器115的详细配置。
利用本实施方式的配置，能够根据从扭矩钳位选择器43输出的扭矩选择信号T_sel选择性地生成电流命令。因此，可以省略第一实施方式中采用的q轴电流选择器16和d轴电流选择器17。
[第三实施方式]
图11是示出根据第三实施方式的控制装置中的从转速命令的生成到电压命令的生成的配置的框图。在本实施方式中，命令生成器210的配置与第一实施方式中采用的命令生成器10的配置不同。在下文中，与第一实施方式的部件相同的部件由相同的附图标记表示，并且省略其描述。将仅描述与第一实施方式的部件不同的部件。
如图11所示，命令生成器210计算q轴电压命令和d轴电压命令，然后根据从扭矩钳位选择器43输出的扭矩选择信号T_sel中选择q轴电压命令和d轴电压命令中的每一个。
具体地，命令生成器210包括扭矩命令生成器11、电流命令设定部212和电压命令计算器213。
电流命令设定部212包括电流命令生成器14和扭矩/电流转换器15。与第一实施方式的配置同样地，电流命令生成器14根据从扭矩命令生成器11输出的扭矩命令，生成q轴电流命令iq*和d轴电流命令id*。与第一实施方式的配置同样地，扭矩/电流转换器15根据从扭矩命令生成器11输出的扭矩命令，生成q轴电流命令iq*和d轴电流命令id*。
电压命令计算器213包括第一电压命令计算器201(第一命令信号生成器)、第二电压命令计算器202(第二命令信号生成器)、q轴电压选择器203(命令信号选择器)和d轴电压选择器204(命令信号选择器)。
第一电压命令计算器201基于从电流命令生成器14输出的q轴电流命令iq*和d轴电流命令id*以及从电角速度计算器50输出的电角速度ωe来计算q轴电压命令和d轴电压命令。第二电压命令计算器202基于从扭矩/电流转换器15输出的q轴电流命令iq*和d轴电流命令id*以及从电角速度计算器50输出的电角速度ωe来计算q轴电压命令和d轴电压命令。在本实施方式中，分别由第一电压命令计算器201和第二电压命令计算器202计算的q轴电压命令和d轴电压命令对应于命令信号。由于第一电压命令计算器201的配置和第二电压命令计算器202的配置中的每种配置与第一实施方式的电压命令计算器13的配置相同，因此省略其详细描述。
q轴电压选择器203基于从扭矩钳位选择器43输出的扭矩选择信号T_sel，选择由第一电压命令计算器201计算出的q轴电压命令和由第二电压命令计算器202计算出的q轴电压命令中的一个。
具体地，当从扭矩钳位选择器43输出的扭矩选择信号T_sel是指示已经选择第一扭矩钳位值的信号时，q轴电压选择器203选择由第一电压命令计算器201计算出的q轴电压命令。当从扭矩钳位选择器43输出的扭矩选择信号T_sel是指示已经选择第二扭矩钳位值的信号时，q轴电压选择器203选择由第二电压命令计算器202计算出的q轴电压命令。q轴电压选择器203输出所选择的q轴电压命令作为q轴电压命令vq*。
d轴电压选择器204基于从扭矩钳位选择器43输出的扭矩选择信号T_sel，选择由第一电压命令计算器201计算出的d轴电压命令和由第二电压命令计算器202计算出的d轴电压命令中的一个。
具体地，当从扭矩钳位选择器43输出的扭矩选择信号T_sel是指示已经选择第一扭矩钳位值的信号时，d轴电压选择器204选择由第一电压命令计算器201计算出的d轴电压命令。当从扭矩钳位选择器43输出的扭矩选择信号T_sel是指示已经选择第二扭矩钳位值的信号时，d轴电压选择器204选择由第二电压命令计算器202计算出的d轴电压命令。d轴电压选择器204输出所选择的d轴电压命令作为d轴电压命令vd*。
即使在本实施方式的配置中，也可以将扭矩钳位值设置为能够在电动机2的转速的启动区域中使电动机2的旋转加速的扭矩钳位值，同时可以将扭矩钳位值设置为与其他区域中的电动机2的特性相对应的TN曲线的扭矩钳位值。因此，即使在电动机2的转速的启动区域，也能够驱动电动机2以遵循转速命令。因此，可以在任意转速区域内稳定地驱动电动机2。
[第四实施方式]
图12是示出根据第四实施方式的控制装置中的从转速命令的生成到电压命令的生成的配置的框图。在本实施方式中，命令生成器310的配置与第一实施方式中的命令生成器10的配置不同。在下文中，与第一实施方式的部件相同的部件由相同的附图标记表示，并且省略其描述。将仅描述与第一实施方式的部件不同的部件。
当SPM(表面永磁电动机)用作电动机2时，可能存在通过在电动机2的所有速度区域中将d轴电流设置为零或固定值来执行速度控制的情况。在这种情况下，不需要使用当前命令表。因此，可以省略第一实施方式的电流命令生成器。
本实施方式的配置是在上述情况下从第一实施方式的配置中省略电流命令生成器的配置。
具体地，如图12所示，命令生成器310包括扭矩命令生成器11、电流命令设定部312和电压命令计算器13。电流命令设定部312包括扭矩/电流转换器15。当d轴电流命令是固定值时，d轴电流命令被输入到扭矩/电流转换器15。扭矩/电流转换器15的配置与第一实施方式的配置相同。
在电动机2是SPM的情况下，如果等式(9)右侧的第二项所表示的磁阻扭矩被视为零，则不必向扭矩/电流转换器15输入d轴电流命令。
利用本实施方式的配置，当d轴电流命令被设置为零或固定值时，可以简化电流命令设定部312的配置。
[第五实施方式]
图13是示出根据第五实施方式的控制装置中的从转速命令的生成到电压命令的生成的配置的框图。在本实施方式中，命令生成器410的配置与第一实施方式的命令生成器10的配置的不同之处在于命令生成器410不包括电流命令设定部。在下文中，与第一实施方式的部件相同的部件由相同的附图标记表示，并且省略其描述。将仅描述与第一实施方式的部件不同的部件。
当以与上述第四实施方式相同的方式将d轴电流设置为零或固定值时，除了上述等式(9)中的iq和Te之外，所有都是常数。
因此，在等式(9)中，当
Figure BDA0002408082780000241
(常数)时，iq·K＝Te…(12)。
由于如上所述，iq和Te具有比例关系，因此在第一实施方式的配置中，可以用q轴电流代替扭矩。即，在本实施方式中，q轴电流对应于输出扭矩相关值。
具体地，如图13所示，命令生成器410包括q轴电流命令生成器411和电压命令计算器13。
q轴电流命令生成器411基于转速命令N*与从转速检测器60输出的电动机2的转速N_FB之间的转速偏差ΔN以及从稍后描述的q轴电流钳位生成器440输出的q轴电流钳位值来生成q轴电流命令iq*。
将为零或固定值的d轴电流命令id*输入到电压命令计算器13。电压命令计算器13基于由q轴电流命令生成器411生成的q轴电流命令iq*和输入的d轴电流命令id*来计算q轴电压命令vq*和d轴电压命令vd*。
在本实施方式中，提供q轴电流钳位生成器440(极限值设定部)来代替扭矩钳位生成器。q轴电流钳位生成器440生成用于限制q轴电流的q轴电流钳位值(极限值)，并且将q轴电流钳位值输出到q轴电流命令生成器411。
具体地，q轴电流钳位生成器440包括第一q轴电流钳位生成器441(第一极限值生成器)、第二q轴电流钳位生成器442(第二极限值生成器)和q轴电流钳位选择器443(极限值选择器)。
第一q轴电流钳位生成器441使用从转速检测器60输出的电动机2的转速N_FB生成第一q轴电流钳位值(第一极限值)。第一q轴电流钳位生成器441生成正q轴电流钳位值和负q轴电流钳位值作为第一q轴电流钳位值。第一q轴电流钳位值是与第一实施方式的第一扭矩钳位值相对应的值。
第二q轴电流钳位生成器442使用从转速检测器60输出的电动机2的转速N_FB生成第二q轴电流钳位值(第二极限值)。第二q轴电流钳位生成器442生成正q轴电流钳位值和负q轴电流钳位值作为第二q轴电流钳位值。第二q轴电流钳位值是与第一实施方式的第二扭矩钳位值相对应的值。
q轴电流钳位选择器443选择由第一q轴电流钳位生成器441生成的第一q轴电流钳位值或由第二q轴电流钳位生成器442生成的第二q轴电流钳位值中具有较大的绝对值的一方，并且输出所选择的q轴电流钳位值作为q轴电流钳位值。
与第一实施方式的扭矩钳位选择器43一样，q轴电流钳位选择器443选择并输出由第一q轴电流钳位生成器441生成的正q轴电流钳位值或由第二q轴电流钳位生成器442生成的正q轴电流钳位值中具有较大的绝对值的一方。此外，q轴电流钳位选择器443选择并输出由第一q轴电流钳位生成器441生成的负q轴电流钳位值或由第二q轴电流钳位生成器442生成的负q轴电流钳位值中具有较大绝对值的一方。
由于iq和Te具有如上所述的比例关系，q轴电流钳位生成器440的每个配置在控制方面等同于第一实施方式的扭矩钳位生成器40的每个配置。即，除了使用q轴电流代替等式(12)中的扭矩之外，q轴电流钳位生成器440的每个配置具有与第一实施方式的扭矩钳位生成器40的配置相同的配置。
类似地，q轴电流命令生成器411在控制方面等同于第一实施方式的扭矩命令生成器11。除了使用q轴电流代替等式(12)中的扭矩之外，q轴电流命令生成器411具有与扭矩命令生成器11相同的配置。
另外，利用本实施方式的配置，在电动机2的转速的启动区域中，能够驱动电动机2以遵循转速命令。因此，可以在任意转速区域内稳定地驱动电动机2。
[其他实施方式]
尽管以上已经描述了本发明的实施方式，但是上述实施方式只不过是用于实现本发明的示例。因此，本发明不限于上述实施方式，并且可以在不脱离本发明的精神的情况下适当地修改和实现本发明。
在第一至第四实施方式中，第二扭矩钳位生成器42通过使用与PWM驱动控制中的电压命令矢量的大小的最大值vLimit*相对应的扭矩来生成扭矩钳位值(第二扭矩钳位值)。然而，用于计算扭矩钳位值的扭矩可以是任意设置的值。即使在这种情况下，也需要确定用于计算扭矩钳位值的扭矩，使得计算出的扭矩钳位值大于由第一扭矩钳位生成器41生成的扭矩钳位值并且大于用于使电动机2连续旋转的扭矩钳位值。
在第一至第四实施方式中，当选择第一扭矩钳位值或第二扭矩钳位值中具有较大绝对值的一方时，扭矩钳位选择器43确定第二扭矩钳位值的绝对值是否大于第一扭矩钳位值的绝对值。或者，扭矩钳位选择器43可以确定第一扭矩钳位值的绝对值是否大于第二扭矩钳位值的绝对值。
在第一至第三实施方式中，q轴电流选择器16和d轴电流选择器17确定扭矩选择信号T_sel是否对应于第二扭矩钳位值，即，扭矩钳位选择器43是否选择了第二扭矩钳位值。或者，q轴电流选择器16和d轴电流选择器17可确定扭矩选择信号T_sel是否对应于第一扭矩钳位值，即，扭矩钳位选择器43是否已选择第一扭矩钳位值。
在每个上述实施方式中，PWM信号生成器20基于由电压命令计算器13计算出的q轴电压命令vq*和d轴电压命令vd*生成用于PWM驱动控制的PWM信号。在这种情况下，控制装置包括用于计算相位的相位计算器(未示出)，该相位计算器在图1的控制框图中布置在从转速检测器60延伸到PWM信号生成器20的信号传输路径上。
然而，在控制装置中，三相电压命令可以由电压命令计算器生成，并且可以被输入到PWM信号生成器。在这种情况下，例如，控制装置包括用于计算相位的相位计算器，该相位计算器在图1的控制框图中布置在从转速检测器60延伸到电压命令计算器13的信号传输路径上。
在每个上述实施方式中，已经描述了用于控制三相AC电动机的驱动的控制装置的配置。然而，本发明不限于此，并且可以应用于用于控制具有除三相之外的多相的AC电动机的驱动的控制装置。即，电动机可以具有任何配置，只要其是同步电动机即可。
工业实用性
本发明可适用于执行PWM驱动控制而不执行电流反馈的电动机控制装置。

Claims (5)

1.一种用于控制同步电动机的驱动的同步电动机的控制装置，该控制装置包括：
极限值设定部，该极限值设定部被配置为根据所述同步电动机的转速来设定与所述同步电动机的输出扭矩相关的输出扭矩相关值的极限值；
命令生成器，该命令生成器被配置为基于输入命令和所述极限值来生成电压命令，而不反馈流经所述同步电动机的电流；
PWM信号生成器，该PWM信号生成器被配置为基于所述电压命令来生成用于控制所述同步电动机的所述驱动的PWM信号；以及
驱动控制器，该驱动控制器被配置为使用所述PWM信号来控制所述同步电动机的所述驱动，
其中，所述极限值设定部设定启动时间极限值作为在所述同步电动机的所述转速的启动区域中的极限值，并且设定正常时间极限值作为在所述同步电动机的所述转速的所述启动区域以外的区域中的极限值，并且
其中，所述启动时间极限值比所述正常时间极限值大，并且比能够使所述同步电动机以所述启动区域中的所述转速连续旋转的所述输出扭矩相关值大。
2.根据权利要求1所述的控制装置，其中，所述启动时间极限值等于或小于与根据所述PWM信号的所述同步电动机的电压命令矢量的大小的最大值相对应的所述输出扭矩相关值。
3.根据权利要求1或2所述的控制装置，其中，所述极限值设定部包括：
第一极限值生成器，该第一极限值生成器被配置为在所述同步电动机的每个转速下生成包括所述正常时间极限值的第一极限值；
第二极限值生成器，该第二极限值生成器被配置为在所述同步电动机的每个转速下生成包括所述启动时间极限值的第二极限值，所述启动时间极限值大于所述启动区域中的所述正常时间极限值并且大于能够使所述同步电动机连续旋转的所述输出扭矩相关值；以及
极限值选择器，该极限值选择器被配置为在所述同步电动机的每个转速下，选择由所述第一极限值生成器生成的所述第一极限值或由所述第二极限值生成器生成的所述第二极限值中绝对值较大的一方作为所述极限值。
4.根据权利要求3所述的控制装置，其中，所述命令生成器包括：
第一命令信号生成器，该第一命令信号生成器被配置为使用所述第一极限值生成第一命令信号；
第二命令信号生成器，该第二命令信号生成器被配置为使用所述第二极限值生成第二命令信号；以及
命令信号选择器，该命令信号选择器被配置为根据所述极限值选择器在所述同步电动机的每个转速下选择所述第一极限值和所述第二极限值中的哪一个，来选择所述第一命令信号和所述第二命令信号中的一个，
其中，所述命令生成器被配置为输出与由所述命令信号选择器选择的所述命令信号相对应的电压命令作为所述电压命令。
5.一种用于控制同步电动机的驱动的同步电动机的控制方法，该控制方法包括：
转速获取步骤，其获取所述同步电动机的转速；
第一极限值生成步骤，其在所述同步电动机的每个转速下生成包括正常时间极限值的第一极限值；
第二极限值生成步骤，其在所述同步电动机的每个转速下生成包括启动时间极限值的第二极限值，所述启动时间极限值大于所述同步电动机的启动区域中的所述正常时间极限值并且大于能够使所述同步电动机连续旋转的输出扭矩相关值；
极限值选择步骤，其在所述同步电动机的每个转速下，选择在所述第一极限值生成步骤中生成的所述第一极限值或在所述第二极限值生成步骤中生成的所述第二极限值中绝对值较大的一方作为极限值；
命令信号输出步骤，其根据在所述同步电动机的每个转速下在所述极限值选择步骤中选择所述第一极限值和所述第二极限值中的哪一个作为所述极限值，输出使用所述第一极限值生成的第一命令信号和使用所述第二极限值生成的第二命令信号中的一方作为命令信号；以及
电压命令计算步骤，其计算与在所述命令信号输出步骤中输出的所述命令信号相对应的电压命令。
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