CN111418146B - 电动机的控制方法以及电动机的控制装置 - Google Patents

Abstract

控制装置(100)基于扭矩指令值而对表示减小向电动机(9)供给的电流的偏差的电压值的反馈指令值、和补偿该指令值的前馈补偿值进行运算，由此输出电流矢量控制的电压指令值。在将对电动机(9)的控制从电流矢量控制向电压相位控制切换的情况下，控制装置(100)基于电流矢量控制的运算值对电压相位控制进行初始化，基于扭矩指令值而执行针对规定的电压相位指令值的反馈控制，由此输出电压相位控制的电压指令值。在对电压相位控制进行初始化的情况下，控制装置(100)对反馈指令值实施使该指令值的低频分量通过的滤波处理，利用前馈补偿值以及滤波处理后的反馈指令值而对电压相位指令值的初始值进行运算。

Description

电动机的控制方法以及电动机的控制装置

技术领域

本发明涉及根据电动机的状态而将对电动机的控制切换为其他控制的电动机的控制方法以及电动机的控制装置。

背景技术

作为电动机的控制方法，例如已知将向电动机供给的电流的值反馈给电压指令值的电流矢量控制、以及将电动机产生的扭矩的值反馈给电压相位指令值的电压相位控制等。关于这些控制，大多与电动机的工作状态相应地执行任一种控制。

作为如上所述的控制装置之一，提出了如下控制装置，即，在将对电动机的控制从电流矢量控制向电压相位控制切换时，基于电流矢量控制的电压指令值对电压相位控制的控制状态变量进行初始化(JP2007-143235A)。

发明内容

但是，在上述控制装置中，有时根据检测向电动机供给的电流的电流传感器等的误差特性而使得脉动与电流矢量控制的电压指令值重叠。在这种情况下，如果将电动机的控制从电流矢量控制向电压相位控制切换，则有时因电压指令值的脉动分量而使得电动机的扭矩产生变动。

本发明的目的在于，提供用于抑制在将电动机的控制切换为电压相位控制时产生的电动机的扭矩的变动的控制方法以及电动机的控制装置。

根据本发明的某个方式，电动机的控制方法根据所述电动机的工作状态而执行用于控制向电动机供给的电力的电流矢量控制和电压相位控制中的任一种控制。该电动机的控制方法包括如下电流控制步骤，即，基于所述电动机的扭矩指令值对表示减小向所述电动机供给的电流的偏差的电压值的反馈指令值以及补偿该指令值的前馈补偿值进行运算，由此输出所述电流矢量控制的电压指令值。并且，电动机的控制方法包括：切换控制步骤，在将对所述电动机的控制从所述电流矢量控制向所述电压相位控制切换的情况下，基于所述电流矢量控制的运算值对所述电压相位控制进行初始化；以及电压相位控制步骤，基于所述电动机的扭矩指令值而执行针对规定的电压相位指令值的反馈控制，由此输出所述电压相位控制的电压指令值。而且，在切换控制步骤中，对所述反馈指令值执行使该指令值的低频分量通过的滤波处理，利用前馈补偿值和所述滤波处理后的反馈指令值而对电压相位指令值的初始值进行运算。

附图说明

图1是表示本发明的实施方式的电动机的控制装置的结构例的图。

图2是表示本实施方式的控制装置的电流矢量控制部的结构例的框图。

图3是表示本实施方式的控制装置的初始值运算部的结构例的框图。

图4是表示本实施方式的控制装置的电压相位控制部的结构例的框图。

图5是对在切换为电压相位控制时产生的电动机的扭矩的变动进行说明的图。

图6是表示本实施方式的电动机的控制方法的流程图。

具体实施方式

下面，参照附图对本发明的实施方式进行说明。

(第1实施方式)

图1是表示本发明的第1实施方式的电动机的控制装置100的结构例的图。

控制装置100通过执行预先编程的处理而控制向电动机9供给的电力。控制装置100例如由1个或多个控制器构成。

控制装置100具有电流矢量控制部1、电压相位控制部2、控制切换部3、坐标变换器4、PWM变换器5、逆变器6、电池电压检测器7、电动机电流检测器8以及电动机9。并且，控制装置100具有转子检测器10、旋转速度运算器11、坐标变换器12以及初始值运算部13。

电流矢量控制部1以使得电动机9产生的扭矩收敛为规定的扭矩指令值T*的方式执行电流矢量控制。这里所说的电流矢量控制是通过变更与向电动机9供给的电流相关的矢量的方向和大小而对电动机9的动作进行控制的控制方式。

电流矢量控制部1基于电动机9的扭矩指令值T*而执行将从电池61经由逆变器6而供给至电动机9的电力的电流值反馈给电压指令值v_di*以及v_qi*的反馈控制。

本实施方式的电流矢量控制部1利用电动机9的扭矩指令值T*、旋转速度检测值N以及电池电压检测值V_dc，将d轴电流检测值i_d反馈给d轴电压指令值V_di*，将q轴电流检测值i_q反馈给q轴电压指令值V_qi*。这里所说的d轴电流检测值i_d和q轴电流检测值i_q分别表示向电动机9供给的电流的d轴分量的值和q轴分量的值。d轴和q轴是相互正交的坐标轴。

电流矢量控制部1将通过反馈控制计算出的d轴电压指令值v_di*和q轴电压指令值v_qi*，作为电流矢量控制的电压指令值而输出至控制切换部3。

电压相位控制部2以使得电动机9产生的扭矩收敛为上述扭矩指令值T*的方式执行电压相位控制。这里所说的电压相位控制是通过对作为电动机9的各相的供给电压间的相位的电压相位进行变更而控制电动机9的动作的控制方式。

电压相位控制部2基于扭矩指令值T*而执行将从电池61经由逆变器6供给至电动机9的电力的电流值反馈给电压指令值v_dv*和v_qv*的反馈控制。

本实施方式的电压相位控制部2利用扭矩指令值T*、旋转速度检测值N以及电池电压检测值V_dc而对规定的电压振幅指令值以及电压相位指令值进行运算，利用d轴及q轴电流检测值i_d及i_q而反馈给电压相位指令值。电压相位控制部2将通过反馈控制计算出的d轴电压指令值v_dv*及q轴电压指令值v_qv*，作为电压相位控制的电压指令值而输出至控制切换部3。

控制切换部3根据控制模式标志CNT_FLG而将对电动机9的控制向电流矢量控制和电压相位控制中的任一种控制切换。

控制模式标志CNT_FLG的标识符根据电动机9的工作状态而变更。在本实施方式中，表示电流矢量控制的标识符为“1”，表示电压相位控制的标识符为“2”，表示紧急时执行的其他控制的标识符为“3”。

利用表示电动机9的工作状态的扭矩指令值T*、d轴电流检测值i_d、旋转速度检测值N等而针对控制模式标志CNT_FLG设定标识符。例如，在电动机9的扭矩较低的情况下，对控制模式标志CNT_FLG设定表示电流矢量控制的标识符，在电流矢量的大小达到规定的阈值的情况下，设定表示电压相位控制的标识符。

控制切换部3至少将通过从电流矢量控制和电压相位控制中选择的控制进行运算出的值，作为d轴及q轴的最终电压指令值v_d*及v_q*输出至坐标变换器4。

坐标变换器4如式(1)那样基于电动机9的电角度检测值θ而将d轴及q轴的最终电压指令值v_d*及v_q*变换为三相电压指令值v_u*、v_v*及v_w*。

[式1]

PWM变换器5基于电池61的电池电压检测值V_dc而将三相电压指令值V_u*、V_v*及V_w*变换为用于驱动在逆变器6配置的各功率元件的功率元件驱动信号D_uu*、D_ul*、D_vu*、D_vl*、D_wu*及D_wl*。PWM变换器5将变换后的功率元件驱动信号D_uu*、D_ul*、D_vu*、D_vl*、D_wu*及D_wl*供给至逆变器6的各功率元件。

逆变器6基于功率元件驱动信号D_uu*、D_ul*、D_vu*、D_vl*、D_wu*及D_wl*而将电池61的直流电压变换为用于驱动电动机9的三相交流电压v_u、v_v及v_w。逆变器6将变换后的三相交流电压v_u、v_v及v_w供给至电动机9的各相。

电池电压检测器7对与逆变器6连接的电池61的电压进行检测。电池电压检测器7将表示检测出的电压值的电池电压检测值V_dc分别输出至电流矢量控制部1和电压相位控制部2。

电动机电流检测器8对从逆变器6供给至电动机9的各相的三相交流电流i_u、i_v及i_w中的至少两相的交流电流进行检测。本实施方式的电动机电流检测器8对U相及V相的交流电流i_u及i_v进行检测，将检测出的交流电流i_u及i_v输出至坐标变换器12。

电动机9是在多相的各相具有绕组(例如，U、V以及W的三相绕组)、且通过对各相绕组供给交流电力而进行旋转驱动的电机。电动机9可以用作电动车辆等的驱动源。例如，电动机9由IPM(Interior Permanent Magnet)型的三相同步电动机实现。

转子检测器10对电动机9的电角度进行检测。转子检测器10将表示检测出的电角度的值的电角度检测值θ分别输出至坐标变换器4及坐标变换器12，并且将该电角度检测值θ输出至旋转速度运算器11。

旋转速度运算器11根据电角度检测值θ的每单位时间的变化量而对电动机9的旋转速度进行运算。旋转速度运算器11将表示运算出的旋转速度的值的旋转速度检测值N分别输出至电流矢量控制部1和电压相位控制部2。

坐标变换器12如式(2)那样基于电动机9的电角度检测值θ，将U相及V相的交流电流i_u及i_v变换为d轴电流检测值i_d及q轴电流检测值i_q。坐标变换器12将d轴电流检测值i_d及q轴电流检测值i_q分别输出至电流矢量控制部1及电压相位控制部2。

[式2]

初始值运算部13基于电流矢量控制部1的运算值而对电压相位控制部2进行初始化。例如，在电动机9的控制从电流矢量控制向电压相位控制切换的情况下，初始值运算部13基于电流矢量控制部1的运算值而使得电压相位控制部2的状态变量复位。

在控制模式标志CNT_FLG所示的标识符从“1”切换为“2”时，本实施方式的初始值运算部13基于电流矢量控制部1的运算值而将电压相位控制部2的状态变量设定为初始值。

图2是表示本实施方式的电流矢量控制部1的结构例的框图。对d轴电压指令值v_di*进行运算的结构与对q轴电压指令值v_qi*进行运算的结构是相同的结构，因此这里仅说明对d轴电压指令值v_di*进行运算的结构。

电流矢量控制部1具有非干扰电压运算器101、电流目标值运算器102、减法运算器103、PI控制器104以及加法运算器105。

非干扰电压运算器101基于扭矩指令值T*而对补偿d轴电压指令值v_di*的前馈补偿值进行运算。

本实施方式的非干扰电压运算器101基于扭矩指令值T*、旋转速度检测值N以及电池电压检测值V_dc，将用于消除在d轴与q轴之间相互干扰的干扰电压的非干扰电压值V_{d_dcpl}*作为前馈补偿值而进行运算。而且，非干扰电压运算器101将运算出的非干扰电压值v_{d_dcpl}*输出至加法运算器106。

例如，非干扰电压运算器101中存储有预先规定的非干扰表。在非干涉表中，针对根据扭矩指令值T*、旋转速度检测值N以及电池电压检测值V_dc确定的每个动作点而与非干扰电压值V_{d_dcpl}*建立关联。

非干扰电压运算器101获取扭矩指令值T*、旋转速度检测值N以及电池电压检测值V_dc的各参数。而且，非干扰电压运算器101参照上述非干扰表，根据各参数而确定电动机9的工作点，对与该工作点相关联的非干扰电压值v_{d_dcpl}*进行计算。

为了减小电动机9的供给电流的偏差，电流目标值运算器102基于扭矩指令值T*而对电动机9的d轴电流目标值i_d*进行运算。

本实施方式的电流目标值运算器102与非干扰电压运算器101同样地基于扭矩指令值T*、旋转速度检测值N以及电池电压检测值V_dc，参照预先规定的电流表而对d轴电流目标值i_d*进行运算。

例如，电流表中针对根据扭矩指令值T*、旋转速度检测值N以及电池电压检测值V_dc确定的每个工作点而与d轴电流目标值i_d*建立关联。电流表的d轴电流目标值i_d*中储存有如下电流值，即，该电流值是电动机9根据扭矩指令值T*执行动作所需的针对电动机9的电流值、且是使得电动机9的效率最大的电流值。

储存于电流表的电流值通过实验数据、模拟等而适当地设定。电流目标值运算器102将运算出的d轴电流目标值i_d*分别输出至初始值运算部13及减法运算器103。

减法运算器103从d轴电流目标值i_d*中减去d轴电流检测值i_d，将减法运算出的值作为d轴电流偏差而输出至PI控制器104。

PI控制器104基于扭矩指令值*对表示用于减小电动机9的供给电流的偏差的电压值的反馈指令值进行运算。

本实施方式的PI控制器104执行如下电流反馈控制，即，以使得d轴电流检测值i_d追随d轴电流目标值i_d*的方式，将d轴电流偏差反馈给d轴电压指令值v_di*。

例如，PI控制器104如式(3)那样基于d轴电流偏差i_{d_err}(＝i_d*-i_d)对电流FB电压指令值v_{d_fb}*进行计算而作为反馈指令值。

[式3]

其中，K_dp是d轴比例增益，K_di是d轴积分增益。d轴比例增益K_dp以及d轴积分增益K_di通过实验数据、模拟结果等而求出。

这样，PI控制器104求出对d轴电流偏差i_{d_err}乘以d轴比例增益K_dp所得的乘法运算值与d轴电流偏差i_{d_err}的积分值(K_di/s)之和，由此计算出d轴的电流FB电压指令值v_{d_fb}*。

PI控制器104将电流FB电压指令值v_{d_fb}*输出至初始值运算部13，并且将该电流FB电压指令值v_{d_fb}*输出至加法运算器105。

加法运算器105如式(4)那样对非干扰电压值v_{d_dcpl}*与电流FB电压指令值v_{d_fb}*进行加法运算，将加法运算出的值作为电流矢量控制的d轴电压指令值v_di*而输出至控制切换部3。

[式4]

v_di ^*＝v_{d_dcpl} ^*+v_{d_fb} ^*···(4)

这样，电流矢量控制器1基于扭矩指令值T*而求出d轴的电流FB电压指令值v_{d_fb}*和作为d轴的前馈补偿值的非干扰电压值v_{d_dcpl}*，由此输出电流矢量控制的d轴电压指令值v_di*。

图2中说明了对电流矢量控制的d轴电压指令值v_di*进行运算的结构，对q轴电压指令值v_qi*进行运算的结构也与图2所示的结构相同。

因此，电流矢量控制部1基于扭矩指令值T*对用于减小电动机9的供给电力的d轴和q轴的电流分量的各偏差的电流FB电压指令值v_{d_fb}*和v_{q_fb}*进行运算。而且，电流矢量控制部1对用于补偿运算出的电流FB电压指令值v_{d_fb}*和v_{q_fb}*的d轴和q轴的非干扰电压值v_{d_dcpl}*和v_{q_dcpl}*进行运算，由此计算出电流矢量控制的d轴和q轴电压指令值v_di*和v_qi*。

此外，对电流矢量控制的q轴电压指令值v_qi*进行运算的结构的说明重复，因此省略这里的说明。

图3是表示本实施方式的初始值运算部13的结构例的框图。

初始值运算部13具有d轴滤波器131、d轴加法运算器132、q轴滤波器133、q轴加法运算器134以及电压相位运算器135。

d轴滤波器131是使作为电流矢量控制部1的运算值的d轴的电流FB电压指令值v_{d_fb}的低频分量通过的低通滤波器。即，d轴滤波器131对构成d轴电压指令值v_di*的反馈指令值实施使该反馈指令值的低频分量通过的滤波处理。由此，将因电流反馈控制引起的d轴电压指令值v_di*的脉动分量去除。

本实施方式的d轴滤波器131对d轴的电流FB电压指令值v_{d_fb}*实施如式(5)那样的滤波处理。此外，式(5)中的τ_y是滤波器的时间常数，是为了去除d轴电压指令值v_di*的脉动分量而通过实验数据、模拟结果等求出的。

[式5]

d轴滤波器131将滤波处理后的电流FB电压指令值v_{d_fb_flt}*输出至d轴加法运算器132。

d轴加法运算器132对作为电流矢量控制部1的运算值的d轴的非干扰电压值v_{d_dcpl}*与滤波处理后的电流FB电压指令值v_{d_fb_flt}*进行加法运算。d轴加法运算器132将加法运算出的值作为滤波处理后的d轴电压指令值v_{d_flt}*而输出至电压相位运算器135。

q轴滤波器133是使作为电流矢量控制部1的运算值的q轴的电流FB电压指令值v_{q_fb}的低频分量通过的低通滤波器。即，q轴滤波器133对构成q轴电压指令值v_qi*的反馈指令值实施使该反馈指令值的低频分量通过的滤波处理。

本实施方式的q轴滤波器133与d轴滤波器131同样地，对q轴的电流FB电压指令值v_{q_fb}*实施式(5)那样的滤波处理。由此，将因电流反馈控制引起的q轴电压指令值v_qi*的脉动分量去除。q轴滤波器133将滤波处理后的电流FB电压指令值v_{q_fb_flt}*输出至q轴加法运算器134。

q轴加法运算器134对作为电流矢量控制部1的运算值的q轴的非干扰电压值v_{q_dcpl}*与滤波处理后的电流FB电压指令值v_{q_fb_flt}*进行加法运算。q轴加法运算器134将加法运算出的值作为滤波处理后的q轴电压指令值v_{q_flt}*而输出至电压相位运算器135。

电压相位运算器135基于电流矢量控制部1的运算值而对电压相位指令值的初始值α_{_flt}*进行运算，该电压相位指令值的初始值α_{_flt}*用于对图1所示的电压相位控制部2进行初始化。

本实施方式的电压相位运算器135基于滤波处理后的d轴和q轴电压指令值v_{d_flt}*和v_{q_flt}*而对电压相位指令值的初始值α_{_flt}*进行运算。即，电压相位运算器135利用非干扰电压值v_{d_dcpl}*和v_{q_dcpl}*以及滤波处理后的电流FB电压指令值v_{d_fb_flt}*和v_{q_fb_flt}*而对电压相位控制部2进行初始化。

例如，电压相位运算器135如式(6)那样利用滤波处理后的d轴和q轴电压指令值v_{d_flt}*和v_{q_flt}*而对电压相位指令值进行运算，将该运算出的值作为初始值α_{_flt}*而输出至电压相位控制部2。

[式6]

因此，在旋转速度检测值N大于或等于0(零)的情况下、即电动机9处于动力运行状态的情况下，电压相位运算器135利用式(6)的上段的算式而对电压相位指令值的初始值α_{_flt}*进行计算。而且，在旋转速度检测值N小于0的情况下、即电动机9处于再生状态的情况下，电压相位运算器135利用下面的算式而对初始值α_{_flt}*进行计算。

这样，初始值运算部13仅对电流矢量控制部1的电压指令值v_di*和v_qi*的反馈分量(v_{d_fb}*和v_{q_fb}*)实施低通滤波处理。由此，不对前馈分量(v_{d_dcpl}*和_{vq_dcpl}*)实施低通滤波处理，因此能够抑制电动机9的控制滞后、且能够可靠地将因电流反馈控制引起的电压指令值v_di*和v_qi*的脉动分量去除。

因此，能够避免在电动机9的控制从电流矢量控制向电压相位控制切换时设定为电压相位控制部2的电压相位指令值的初始值α_{_flt}*的误差因电压指令值v_di*和v_qi*的脉动噪声而过大的情况。

此外，在本实施方式中，对d轴和q轴的电流FB电压指令值v_{d_fb}*和v_{q_fb}*这两者实施了用于去除脉动分量的低通滤波处理，但是也可以对至少一者实施低通滤波处理。即使在该情况下，也能够抑制电压相位指令值的初始值α_{_flt}*的误差。

图4是表示本实施方式的电压相位控制部2的结构例的框图。

电压相位控制部2具有电压振幅运算器201、电压相位运算器202、扭矩推定器203、扭矩偏差运算器204、PI控制器205、电压相位加法运算器206以及dq轴电压变换器207。

电压振幅运算器201基于预先规定的调制率指令值M*而对规定的电压振幅指令值V_a*进行运算。这里所说的调制率指令值M*表示电压相位控制中的调制率的基准值。电压相位控制中的调制率是指电动机9的相间电压的基波分量的振幅相对于电池电压检测值V_dc的比率。电动机9的相间电压例如是U相与V相之间的电压(V_u-V_v)。

通常，电压相位控制的调制率为0.0至1.0的范围相当于能够通过PWM调制而生成模拟正弦波电压的通常调制区域。与此相对，调制率超过1.0的范围相当于过调制区域，即使想要生成疑似正弦波，相间电压的基波分量的最大值和最小值也受到限制。例如，如果调制率增大至约1.1，则相间电压的基波分量变为与所谓矩形波电压相同的波形。

本实施方式的电压振幅运算器201根据电池电压检测值V_dc而对电压振幅指令值V_a*进行变更。例如，电压振幅运算器201如式(7)那样对电压振幅指令值V_a*进行计算。电压振幅运算器201将计算出的电压振幅指令值V_a*输出至dq轴电压变换器207。

[式7]

电压相位运算器202通过前馈控制并基于扭矩指令值T*而对表示应该向电动机9供给的电压的相位的电压相位FF值α_ff*进行运算。本实施方式的电压相位运算器202利用扭矩指令值T*、旋转速度检测值N以及电池电压检测值V_dc而对电压相位FF值α_ff*进行计算。

例如，电压相位运算器202中存储有预先规定的相位表。在该相位表中，针对根据扭矩指令值T*、旋转速度检测值N以及电池电压检测值V_dc确定的每个工作点而与电压相位FF值α_ff*建立关联。作为相位表的电压相位FF值α_ff*，例如使用实验中针对电动机9的每个动作点而在名义状态下测量所得的电压相位的值。

电压相位运算器202如果获取扭矩指令值T*、旋转速度检测值N以及电池电压检测值V_dc的各参数，则参照相位表，对与根据各参数确定的动作点相关联的电压相位FF值α_ff*进行计算。而且，电压相位运算器202将计算出的电压相位FF值α_ff*输出至电压相位加法运算器206。

扭矩推定器203基于d轴电流检测值i_d和q轴电流检测值i_q而对扭矩推定值T_cal进行运算。扭矩推定器203中存储有预先规定的扭矩表。在扭矩表中，针对根据d轴电流检测值i_d和q轴电流检测值i_q确定的每个工作点而与扭矩推定值T_cal建立关联。作为扭矩表的扭矩推定值T_cal，例如使用实验中针对根据dq轴电流确定的电动机9的每个动作点测量所得的扭矩的测量值。

扭矩推定器203如果获取d轴电流检测值i_d和q轴电流检测值i_q的各参数，则参照扭矩表，对与根据各参数确定的工作点相关联的扭矩推定值T_cal进行计算。扭矩推定器203将计算出的扭矩推定值T_cal输出至扭矩偏差运算器204。

扭矩偏差运算器204对扭矩指令值T*与扭矩推定值T_cal的扭矩偏差T_err进行运算。本实施方式的扭矩偏差运算器204将从扭矩指令值T*减去扭矩推定值T_cal所得的值作为扭矩偏差T_err而输出至PI控制器205。

PI控制器205执行如下扭矩反馈控制，即，以使得扭矩推定值T_cal追随扭矩指令值T*的方式将扭矩偏差T_err反馈给电压相位指令值α*。

本实施方式的PI控制器205如式(8)那样基于扭矩偏差T_err(＝T*-T_cal)而对电压相位FB值α_fb*进行计算。PI控制器205将计算出的电压相位FB值α_fb*输出至电压相位加法运算器206。

[式8]

此外，K_αp是比例增益，K_αi是积分增益。比例增益K_αp和积分增益K_αi通过实验数据、模拟结果等而求出。式(8)中的(1/s)T_err相当于PI控制器205的积分器，(1/s)相当于扭矩偏差T_err的积分值。

本实施方式的PI控制器205参照控制模式标志CNT_FLG。而且，在控制模式标志CNT_FLG表示从电流矢量控制向电压相位控制切换的情况下，PI控制器205基于来自初始值运算部13的电压相位指令值的初始值α_flt*而对PI控制器205的积分器进行初始化。

具体而言，PI控制器205针对PI控制器205的积分器而设定从电压相位指令值的初始值α_flt*减去电压相位FF值α_ff*所得的值(α_flt*-α_ff*)。即，PI控制器205以使得电压相位加法运算器206的输出值成为初始值α_flt*的方式使得PI控制器205的积分值(1/s)复位。

而且，PI控制器205将从电压相位指令值的初始值α_flt*减去电压相位FF值α_ff*所得的值(α_flt*-α_ff*)作为电压相位FB值α_fb*而输出至电压相位加法运算器206。

电压相位加法运算器206对来自电压相位运算器202的电压相位FF值α_ff*加上电压相位FB值α_fb*而计算出电压相位指令值α*。电压相位加法运算器206将计算出的电压相位指令值α*输出至dq轴电压变换器207。

dq轴电压变换器207如式(9)那样将电压相位指令值α*及从电压振幅运算器201输出的电压振幅指令值V_a*变换为d轴电压指令值v_dv*及q轴电压指令值v_qv*。

[式9]

dq轴电压变换器207将变换后的d轴电压指令值v_dv*及q轴电压指令值v_qv*作为电压相位控制的电压指令值而输出至控制切换部3。

这样，电压相位控制部2以使得扭矩偏差T_err收敛为零的方式对电压相位指令值α*进行变更。由此，即使在电压振幅的过调制区域中电压振幅指令值V_a*固定的状态下，也能够使电动机9的扭矩发生变化。

并且，在按照控制模式标志CNT_FLG而将对电动机9的控制从电流矢量控制切换为电压相位控制的情况下，电压相位控制器2将基于电流矢量控制器1的运算值而求出的初始值α_flt*设定为电压相位指令值α*。由此，能够减弱切换为电压相位控制时的电动机9的扭矩的变动。

此外，在本实施方式中，构成为根据扭矩偏差T_err而对电压相位指令值α*进行变更，但并不局限于此，例如也可以是根据电动机9的供给电流的偏差而对电压相位指令值α*进行变更的结构。

图5是对切换为电压相位控制时的电动机9的扭矩的变动进行说明的图。

图5中示出了本实施方式的电动机9的状态变化及其对比例。该对比例表示在运算针对电压相位控制部2设定的电压相位指令值的初始值时，对作为电流矢量控制部1的输出的d轴和q轴电压指令值v_di*和v_qi*整体实施低通滤波处理时的电动机9的状态变化。

在图5的对比例中，如图5(a)所示，在时刻T10，控制模式标志CNT_FLG从“1”变更为“2”。因此，控制切换部3将对电动机9的控制从电流矢量控制切换为电压相位控制。

此时，不仅对d轴和q轴指令电压值v_di*和v_qi*的反馈分量实施低通滤波处理，而且对前馈分量也实施低通滤波处理，因此如图5(c)所示，电动机9的扭矩急剧降低。

如上所述产生扭矩的变动的理由在于，对前馈分量额外实施了低通滤波处理，电动机9的实际的电压相位与电压相位指令值的初始值之间的偏差增大。在该例中，作为电压相位指令值的初始值，通过过度的滤波处理而计算出小于实际的电压相位的值。

另一方面，在图5的本实施方式中，利用图3所示的初始值运算部13仅对d轴和q轴电压指令值v_di*及v_qi*的反馈分量实施低通滤波处理。因此，如图5(a)所示，在时刻T0将对电动机9的控制切换为电压相位控制时，如图5(c)所示，电动机9的扭矩的变动减弱。

如上所述，本实施方式的初始值运算部13在对电压相位指令值的初始值α_flt*进行运算时，为了将d轴及q轴电压指令值v_di*及v_qi*的脉动分量去除而仅对反馈分量实施低通滤波处理。

由此，容易不过多或过少地将因电流反馈控制引起的d轴和q轴指令电压值v_di*和v_qi*的脉动分量去除，因此能够高精度地求出电压相位指令值的初始值。因此，能够减弱对电动机9的控制从电流矢量控制向电压相位控制切换时有可能产生的电动机9的扭矩的变动。

图6是表示与本实施方式的对电动机9的控制方法相关的处理顺序例的流程图。按照规定的运算周期而反复执行本实施方式的处理顺序。

在步骤S1中，控制装置100对电动机9的工作状态进行检测。例如，控制装置100获取扭矩指令值T*、d轴电流检测值i_d、q轴电流检测值i_q、旋转速度检测值N以及电池电压检测值V_dc等各参数。

在步骤S2中，控制装置100至少从电流矢量控制以及电压相位控制中基于获取的各参数的数值而选择需要应用于电动机9的控制。而且，控制装置100将表示选择的控制的标识符设定为控制模式标志CNT_FLG。

作为一个例子，在扭矩指令值T*或d轴电流检测值i_d小于或等于规定阈值的情况下，控制装置100选择电流矢量控制。而且，当在选择了电流矢量控制的状态下扭矩指令值T*或d轴电流检测值i_d超过规定阈值的情况下，控制装置100选择电压相位控制。并且，代替上述选择条件或者在上述选择条件的基础上，控制装置100可以基于q轴电流检测值i_q和旋转速度检测值N而选择需要应用于电动机9的控制。

在步骤S3中，控制装置100判断由控制模式标志CNT_FLG设定的控制是电流矢量控制还是电压相位控制。

在步骤S4中，在控制模式标志CNT_FLG表示电流矢量控制的情况下，电流矢量控制器1基于电动机9的扭矩指令值T*，对d轴和q轴的非干扰电压值v_{d_dcpl}*和v_{q_dcpl}*进行运算而作为前馈补偿值。

在步骤S5中，电流矢量控制部1基于扭矩指令值T*而求出向电动机9供给的电流的电流偏差，基于该电流偏差对d轴和q轴的电流FB电压指令值v_{di_fb}*和v_{qi_fb}*进行运算而作为反馈指令值。

在步骤S6中，电流矢量控制部1通过对d轴和q轴的电流FB电压指令值v_{di_fb}*和v_{qi_fb}*分别加上非干扰电压值v_{d_dcpl}*和v_{q_dcpl}*而将电流矢量控制的d轴和q轴电压指令值v_di*和v_qi*输出。

在步骤S7中，控制装置100将d轴和q轴指令值v_di*和v_qi*变换为三相指令值v_u*、v_v*和v_w*。而且，逆变器6基于三相电压指令值v_u*、v_v*和v_w*而向电动机9供给三相交流电压，结束关于电动机9的控制方法的一系列处理顺序。

另外，在步骤S4中电动机9的控制切换为电压相位控制的情况下，控制装置100进入步骤S8的处理。

在步骤S8中，控制装置100利用前馈补偿值和低通滤波处理后的反馈指令值而对电压相位指令值的初始值α_flt*进行运算。例如，如图3所示，初始值运算部13通过仅对d轴和q轴的电流FB电压指令值v_{di_fb}*和v_{qi_fb}*实施低通滤波处理而计算出电压相位指令值的初始值α_flt*。

在步骤S9中，控制装置100基于电压相位指令值的初始值α_flt*而对电压相位控制的状态变量进行初始化。例如，控制装置100针对图4所示的PI控制器205的积分值(1/s)而设定从初始值α_flt*减去电压相位FF值α_ff*所得的值。电压相位FF值α_ff*是基于扭矩指令值T*而计算出的规定的电压相位指令值。

在步骤S10中，电压相位控制部2通过执行针对电压相位指令值α*的反馈控制而将电压相位控制的d轴和q轴电压指令值v_dv*和v_qv*输出。而且，控制装置100进入步骤S7的处理，在执行了步骤S7的处理之后，结束电动机9的控制方法。

根据本发明的本实施方式，电动机9的控制方法中的控制装置100根据电动机9的工作状态而执行用于控制向电动机9供给的电力的电流矢量控制和电压相位控制中的任一种控制。而且，如步骤S4至S6那样，控制装置100基于电动机9的扭矩指令值T*对反馈指令值以及前馈补偿值进行运算而输出电流矢量控制的电压指令值v_di*和v_qi*。

上述反馈指令值是表示减小向电动机9供给的电流的偏差的电动机9的电压值的参数，例如，可以举出d轴和q轴的电流FB电压指令值v_{qi_fb}*和v_{qi_fb}*。另外，前馈补偿值是用于补偿反馈指令值的参数，包括d轴和q轴的非干扰电压值v_{d_dcpl}*和v_{q_dcpl}*、驱动轴的扭转振动补偿值等。

而且，在如步骤S9那样将对电动机9的控制从电流矢量控制向电压相位控制切换的情况下，控制装置100基于电流矢量控制的运算值而对电压相位控制进行初始化。控制装置100如步骤S10那样基于扭矩指令值T*而执行对规定的电压相位指令值α*的反馈控制，由此输出电压相位控制的电压指令值v_dv*和v_qv*。

并且，控制装置100如步骤S8那样针对反馈指令值而实施使反馈指令值的低频分量通过的滤波处理。而且，控制装置100利用前馈补偿值和滤波处理后的反馈指令值而对电压相位指令值的初始值α_flt*进行运算。

通过这样构成，能够抑制在将对电动机9的控制切换为电压相位控制时有可能产生的电动机9的扭矩的变动。

详细而言，根据本实施方式，通过对反馈指令值实施滤波处理，能够可靠地将因电流反馈控制引起的电压指令值v_di*和v_qi*的脉动分量去除。因此，在对电压相位控制的初始值进行计算时，能够减弱脉动分量的影响，因此在对电动机9的控制从电流矢量控制向电压相位控制切换时，能够高精度地求出电压相位控制的初始值。

在此基础上，例如在电动机9的旋转速度缓慢升高的状况下，即将切换之前的电压指令值的基波分量容易与刚切换之后的电压相位指令值一致，因此在切换时电动机9的扭矩不会变动、电动机9的扭矩不会产生阶梯差，能够将对电动机9的控制切换为电压相位控制。

而且，即使在电动机9的扭矩急剧变化的状况下对电动机9的控制向电压相位控制进行了切换的情况下，也仅对反馈指令值实施滤波处理，因此能够减小由滤波处理引起的电动机9的控制滞后。

即，根据本实施方式，在对电动机9的控制切换为电压相位控制时，能够减弱因电流反馈控制引起的电动机9的扭矩的变动，并且能够减轻因滤波处理引起的电动机9的控制滞后的影响。

另外，根据本实施方式，如图4所述，控制装置100基于电压相位指令值的初始值α_flt*而更新构成电压相位控制部2的反馈控制的PI控制器205的积分值。

由此，在对电动机9的控制从电流矢量控制向电压相位控制切换时，能够减小电流矢量控制的电压指令值的电压相位分量与电压相位控制的电压相位指令值的偏差。因此，能够抑制向电压相位控制切换时产生的电动机9的扭矩的变动。

并且，根据本实施方式，如图4所示，电压相位控制部2执行对电压相位指令值α*反馈在电动机9产生的扭矩的反馈控制。而且，初始值运算部13将从电压相位指令值的初始值α_flt*中减去作为由电压相位控制部2运算出的电压相位指令值α*的前馈分量的电压相位FF值α_ff*之后的复位值设定为PI控制器205的积分值。

以上述方式考虑了电压相位控制部2的前馈分量，因此能够进一步减小电压相位控制部2中计算出的电压相位指令值α*与根据电流矢量控制部1的运算值所得的电压相位指令值的初始值α_flt*的差值。

以上对本发明的实施方式进行了说明，但上述实施方式不过示出本发明的应用例的一部分而已，其主旨并非将本发明的技术范围限定为上述实施方式的具体结构。另外，可以适当地对上述实施方式进行组合。

Claims (4)

1.一种电动机的控制方法，其根据所述电动机的工作状态而执行用于控制向电动机供给的电力的电流矢量控制和电压相位控制中的任一种控制，其中，

所述电动机的控制方法包括：

电流控制步骤，基于所述电动机的扭矩指令值，对表示减小向所述电动机供给的电流的偏差的电压值的反馈指令值、以及补偿该指令值的前馈补偿值进行运算，由此输出所述电流矢量控制的电压指令值；

切换控制步骤，在将对所述电动机的控制从所述电流矢量控制向所述电压相位控制切换的情况下，基于所述电流矢量控制的运算值对所述电压相位控制进行初始化；以及

电压相位控制步骤，基于所述电动机的扭矩指令值而执行针对规定的电压相位指令值的反馈控制，由此输出所述电压相位控制的电压指令值，

在所述切换控制步骤中，对所述反馈指令值执行使该指令值的低频分量通过的滤波处理，利用所述前馈补偿值和所述滤波处理后的反馈指令值而对所述电压相位指令值的初始值进行运算。

2.根据权利要求1所述的电动机的控制方法，其中，

在所述切换控制步骤中，基于所述初始值而对所述反馈控制的积分值进行更新。

3.根据权利要求2所述的电动机的控制方法，其中，

所述反馈控制是对所述电压相位指令值反馈在所述电动机产生的扭矩的控制，

在所述切换控制步骤中，将从所述初始值减去所述电压相位指令值的前馈分量所得的值设定为所述积分值。

4.一种电动机的控制装置，其根据电动机的工作状态而执行用于控制向电动机供给的电力的电流矢量控制和电压相位控制中的任一种控制，其中，

所述电动机的控制装置具有：

逆变器，其基于对所述电动机的控制而向所述电动机供给交流电力；

传感器，其对从所述逆变器向所述电动机供给的电流进行检测；

控制器，其基于所述电动机的扭矩指令值，对表示减小向所述电动机供给的电流的偏差的电压值的反馈指令值、以及补偿该指令值的前馈补偿值进行运算，由此执行所述电流矢量控制；以及

滤波器，其对所述反馈指令值实施使该指令值的低频分量通过的滤波处理，

在将对所述电动机的控制切换为所述电压相位控制的情况下，所述控制器基于所述前馈补偿值和所述滤波器的输出对所述电压相位控制进行初始化。

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