CN114844428A - 控制装置、磁通推定装置以及磁通推定方法 - Google Patents

Abstract

课题本发明提供一种对提高基于一次磁通的推定结果的电动机控制的可靠性有效的电力转换装置。解决手段控制装置(1)具备：电力转换电路(10)，该电力转换电路向电动机(3)供给驱动电力；磁通推定部(130)，该磁通推定部推定电动机(3)通过驱动电力的供给产生的一次磁通；以及电压指令生成部(160)(控制部)，该电压指令生成部(控制部)基于由磁通推定部(130)得到的一次磁通的推定结果来控制电力转换电路(10)，磁通推定部(130)进行如下推定：第一推定，该第一推定在电动机(3)的动作速度小于规定等级的情况下，基于从电力转换电路(10)向电动机(3)的输出电流和电动机(3)的电感来推定一次磁通；以及第二推定，该第二推定在动作速度大于规定等级的情况下，基于从电力转换电路(10)向电动机(3)的输出电压来推定磁通微分值，将通过第一推定得到的一次磁通的推定结果作为初始值，对磁通微分值进行积分来推定一次磁通。

Description

控制装置、磁通推定装置以及磁通推定方法

技术领域

本公开涉及控制装置、磁通推定装置以及磁通推定方法。

背景技术

专利文献1中公开了一种基于转子速度，将定子磁通计算从电流模型顺利转换成电压模型的控制装置。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：日本特表2007-525137号公报

发明内容

发明要解决的问题

本公开提供一种对提高基于一次磁通的推定结果的电动机控制的可靠性有效的电力转换装置。

用于解决问题的方案

本公开的一个侧面的控制装置具备：电力转换电路，向电动机供给驱动电力；磁通推定部，推定电动机通过驱动电力的供给产生的一次磁通；以及控制部，基于由磁通推定部得到的一次磁通的推定结果来控制电力转换电路，磁通推定部进行以下推定：第一推定，在电动机的动作速度小于规定等级的情况下，基于从电力转换电路向电动机的输出电流和电动机的电感来推定一次磁通；以及第二推定，在动作速度大于规定等级的情况下，基于从电力转换电路向电动机的输出电压来推定磁通微分值，将通过第一推定得到的一次磁通的推定结果作为初始值，对磁通微分值进行积分来推定一次磁通。

本公开的另一个侧面的磁通推定装置进行以下推定：第一推定，在电动机的动作速度小于规定等级的情况下，基于从电力转换电路向电动机的输出电流和电动机的电感来推定电动机所产生的一次磁通；以及第二推定，在动作速度大于规定等级的情况下，基于从电力转换电路向电动机的输出电压来推定磁通微分值，将通过第一推定得到的一次磁通的推定结果作为初始值，对磁通微分值进行积分来推定一次磁通。

本公开的又一个侧面的磁通推定方法包括：第一推定，在电动机的动作速度小于规定等级的情况下，基于从电力转换电路向电动机的输出电流和电动机的电感来推定电动机所产生的一次磁通；以及第二推定，在动作速度大于规定等级的情况下，基于从电力转换电路向电动机的输出电压来推定磁通微分值，将通过第一推定得到的一次磁通的推定结果作为初始值，对磁通微分值进行积分来推定一次磁通。

有益效果

根据本公开，能提供一种对提高基于一次磁通的推定结果的电动机控制的可靠性有效的电力转换装置。

附图说明

图1是举例示出控制装置的构成的示意图。

图2是举例示出磁通推定部的功能性构成的框图。

图3是表示校正增益和抵消增益的设定例的图表。

图4是举例示出控制电路的硬件构成的框图。

图5是举例示出控制过程的流程图。

图6是举例示出磁通推定过程的流程图。

图7是表示磁通推定部的变形例的框图。

具体实施方式

以下，参照附图对实施方式进行详细说明。在说明中，对相同要素或具有相同功能的要素标注相同的附图标记，并省略重复的说明。

〔控制装置〕

图1所示的控制装置1是控制电动机3的装置。控制装置1将从电源2供给的电力转换成驱动电力并供给至电动机3。电源2可以是直流电源，也可以是交流电源。作为一个例子，图1图示出电源2为三相交流电源的情况。作为三相交流电源的具体例，可列举出电力公司的电力系统、三相交流的发电机或无停电电源等。

电动机3是通过交流的驱动电力(例如三相交流电力)的供给进行动作的交流电动机。电动机3也可以是同步电动机。例如，电动机3是PMA(Permanent Magnet Assistance：永磁辅助)马达。电动机3可以是IPM(InteriorPermanentMagnet：内置式永磁)马达，也可以是SPM(Surface Permanent Magnet：表面式永磁)马达。电动机3也可以是不具有永磁的同步磁阻马达。电动机3也可以是感应电动机。

电动机3可以是在定子设有线圈的固定线圈型，也可以是在动子设有线圈的可动线圈型。此外，电动机3可以是旋转型，也可以是直线型。

控制装置1具有电力转换电路10和控制电路100。电力转换电路10将从电源2供给的电力(以下称为“电源电力”)转换成驱动电力并供给至电动机3。作为一个例子，电力转换电路10具有：整流电路11、平滑电容器12、倒相电路13以及电流传感器14。整流电路11例如是二极管桥电路或PWM转换器电路，将上述电源电力转换成直流电力。平滑电容器12使上述直流电力平滑化。

倒相电路13进行上述直流电力与上述驱动电力之间的电力转换。例如，倒相电路13在动力运行状态下将直流电力转换成驱动电力并供给至电动机3，在再生状态下将电动机3所发出的电力转换成直流电力。需要说明的是，动力运行状态是指电动机3通过从倒相电路13供给的驱动电力进行动作的状态，再生状态是指电动机3将与动作相应的发电电力供给至倒相电路13的状态。

例如，倒相电路13具有多个开关元件15，通过切换多个开关元件15的接通/断开来进行上述电力转换。开关元件15例如是功率MOSFET(Metal Oxide Semiconductor FieldEffect Transistor：金属氧化物半导体场效应晶体管)或IGBT(Insulated Gate BipolarTransistor：绝缘栅双极晶体管)等，根据栅极驱动信号来切换接通/断开。

电流传感器14检测在倒相电路13与电动机3之间流动的电流(以下称为“输出电流”)。例如，电流传感器14可以构成为检测三相交流的全相(U相、V相以及W相)的电流，也可以构成为检测三相交流中的任意两相的电流。只要不产生零相电流，U相、V相以及W相的电流的合计为零，因此，在检测两相的电流的情况下也可得到全相的电流的信息。

以上所示的电力转换电路10的构成仅为一个例子。只要能生成电动机3的驱动电力，就能以任意方式变更电力转换电路10的构成。例如，整流电路11也可以是将交流电力转换成直流电力的PWM转换器电路、矩阵转换器电路。电力转换电路10也可以是不经直流化地进行电源电力与驱动电力的双向的电力转换的矩阵转换器电路。在电源电力为直流电力的情况下，电力转换电路10也可以不具有整流电路11。

控制电路100控制电力转换电路10将与控制指令对应的驱动电力供给至电动机3。控制电路100基于一次磁通的推定结果来控制电力转换电路10。更具体而言，控制电路100构成为执行以下动作：推定电动机3通过驱动电力的供给产生的一次磁通；基于一次磁通的推定结果和输出电流(电流传感器14检测出的电流)来推定电动机3的电磁力；以及基于目标磁通与一次磁通的推定结果的偏差和目标电磁力与电磁力的推定结果的偏差来控制电力转换电路10。因此，控制电路100包括推定上述一次磁通的磁通推定装置。

例如，作为功能上的要素，控制电路100具有：电磁力指令生成部110、磁通指令生成部120、电流信息获取部101、磁通推定部130、电磁力推定部150、电压指令生成部160、相位角计算部170以及PWM控制部180。

电磁力指令生成部110生成上述目标电磁力，使电动机3进行所希望的动作。“电磁力”只要是与电动机3施加于驱动对象物的力相关的值即可。在电动机3为旋转型的情况下，电磁力可以是电动机3绕旋转轴产生的扭矩。在电动机3为直线型的情况下，电磁力可以是电动机3在动子的移动方向产生的推力。

作为一个例子，电磁力指令生成部110如相加点111所示地计算出作为目标速度ωt与速度推定值ω的差的速度偏差。目标速度ωt例如是电角的角速度的目标值，速度推定值ω是电角的角速度的推定值。电磁力指令生成部110可以获取控制电路100预先存储的目标速度ωt，也可以从可编程逻辑控制器等上位控制器获取目标速度ωt。电磁力指令生成部110如块112所示地对速度偏差实施比例运算、比例/积分运算或比例/积分/微分运算等来计算出目标扭矩Tt(目标电磁力)。

磁通指令生成部120基于目标扭矩Tt、电动机3的磁铁磁通以及电动机3的电感来计算出上述目标一次磁通Φt。例如，在电动机3为除了同步磁阻电动机以外的同步电动机的情况下，磁通指令生成部120基于目标扭矩Tt来计算出目标电流，通过以下算式计算出目标一次磁通Φt。

Φdt＝Ld·Idt+Φm

Φqt＝Lq·Iqt

Φt＝(Φdt²+Φqt²)^1/2……(1)

Φdt：d轴一次磁通目标值

Φqt：q轴一次磁通目标值

Ld：d轴电感

Lq：q轴电感

Idt：d轴电流目标值

Iqt：q轴电流目标值

Φm：磁铁磁通

在电动机3为同步磁阻电动机的情况下，算式(1)中的磁铁磁通Φm为零。在电动机3为感应电动机的情况下，d轴电感Ld置换为一次电感L1。q轴电感Lq置换为相当于一次漏电感l1与二次漏电感12的和的漏电感。

d轴、q轴为作为旋转坐标系的dq坐标系的坐标轴，分别与电动机3的旋转轴垂直。在电动机3为PMA的情况下，d轴例如沿着磁铁磁通的方向，q轴与磁铁磁通的方向垂直。d轴与q轴相交的原点位于电动机3的旋转中心。在电动机3为感应电动机的情况下，d轴例如沿着间隙磁通的方向，q轴与间隙磁通的方向垂直。在电动机3为同步磁阻电动机的情况下，d轴沿着转子的凸极方向，q轴与凸极方向垂直。此外，在电动机3为同步磁阻电动机的情况下，d轴、q轴为与转子的凸极一同旋转的dq坐标系的坐标轴，d轴沿着凸极方向。

d轴磁通为一次磁通的d轴分量，q轴磁通为一次磁通的q轴分量。d轴电流为产生沿着d轴的磁通的电流，q轴电流为产生沿着q轴的磁通的电流。d轴电感为根据d轴电流求出d轴磁通的系数，q轴电感为根据q轴电流求出q轴磁通的系数。

电流信息获取部101获取由电流传感器14得到的输出电流的检测结果，对所获取的检测结果实施三相/二相转换来计算出a轴电流Ia和b轴电流Ib。a轴电流Ia为输出电流的a轴分量，b轴电流Ib为输出电流的b轴分量。

a轴、b轴为作为固定坐标系的ab坐标系的坐标轴，分别与电动机3的旋转轴垂直。a轴与b相互垂直，a轴与b轴相交的原点与电动机3的旋转中心一致。

磁通推定部130推定电动机3通过驱动电力的供给产生的一次磁通。例如，磁通推定部130计算出一次磁通推定值Φ、a轴一次磁通推定值Φa以及b轴一次磁通推定值Φb。a轴磁通为一次磁通的a轴分量，b轴磁通为一次磁通的b轴分量。在后文对由磁通推定部130进行的一次磁通的推定处理加以叙述。

电磁力推定部150基于一次磁通的推定结果和输出电流来推定电动机3的扭矩(电磁力)。例如，电磁力推定部150通过以下算式计算出扭矩推定值T。

T＝Φa·Ib-Φb·Ia……(2)

电压指令生成部160(控制部)基于由磁通推定部130得到的一次磁通的推定结果来控制电力转换电路10。例如，电压指令生成部160基于目标磁通与一次磁通的推定结果的偏差和目标电磁力与电磁力的推定结果的偏差来控制电力转换电路10。

作为一个例子，电压指令生成部160生成电压指令，以缩小目标磁通Φt与一次磁通推定值Φ的偏差，缩小目标扭矩Tt与扭矩推定值T的偏差。例如，电压指令生成部160生成与一次磁通一同旋转的γδ坐标系中的电压指令。作为γδ坐标系的坐标轴的γ轴、δ轴分别与电动机3的旋转轴垂直。γ轴与δ轴相交的原点位于电动机3的旋转中心。γ轴沿着一次磁通的方向，δ轴与一次磁通的方向垂直。例如，电压指令生成部160如相加点161所示地计算出作为目标磁通Φt与一次磁通推定值Φ的差的磁通偏差，如块162所示地对磁通偏差实施比例运算、比例/积分运算或比例/积分/微分运算等来计算出γ轴电压指令Vγ。γ轴电压指令Vγ为电压指令的γ轴分量。

此外，电压指令生成部160如相加点163所示地计算出作为目标扭矩Tt与扭矩推定值T的差的扭矩偏差，如块164所示地将扭矩偏差除以一次磁通推定值Φ，如块165所示地对除算结果实施比例运算、比例/积分运算或比例/积分/微分运算来计算出扭矩控制电压。

进而，电压指令生成部160如块166所示地将一次磁通推定值Φ乘以速度推定值ω来计算出感应电压。然后，电压指令生成部160如相加点167所示地将扭矩控制电压加上感应电压来计算出δ轴电压指令Vδ。δ轴电压指令Vδ为电压指令的δ轴分量。

相位角计算部170通过将a轴磁通推定值Φa和b轴磁通推定值Φb输入锁相环来计算出速度推定值ω和相位角推定值θ。速度推定值ω为一次磁通的旋转速度的推定值，相位角推定值θ为一次磁通的旋转角度的推定值。相位角计算部170所计算的速度推定值ω被反馈给电磁力指令生成部110，用于上述目标扭矩Tt的计算。此外，相位角计算部170所计算的速度推定值ω也用于电压指令生成部160中的上述感应电压的计算。

PWM控制部180控制电力转换电路10，使其产生与电压指令生成部160所生成的电压指令对应的电压。例如，PWM控制部180对γ轴电压指令Vγ和δ轴电压指令Vδ实施根据相位角推定值θ进行的旋转转换来计算出a轴电压指令Va和b轴电压指令Vb，对a轴电压指令Va和b轴电压指令Vb进行二相/三相转换来计算出驱动电力的相电压指令。PWM控制部180切换倒相电路13的多个开关元件15的接通/断开来对电动机3施加与相电压指令对应的三相交流电压。

如此，电力转换电路10被控制而使其产生与电压指令生成部160所生成的电压指令对应的电压，因此，电力转换电路10基于目标磁通与一次磁通的推定结果的偏差和目标电磁力与电磁力的推定结果的偏差而被控制。

以下，具体地举例示出由磁通推定部130进行的一次磁通的推定处理。磁通推定部130构成为进行以下推定：第一推定，在电动机3的动作速度小于规定等级的情况下，基于从电力转换电路10向电动机3的输出电流和电动机3的电感来推定一次磁通；以及第二推定，在电动机3的动作速度大于规定等级的情况下，基于从电力转换电路10向电动机3的输出电压来推定磁通微分值，将通过第一推定得到的一次磁通的推定结果作为初始值，对磁通微分值进行积分来推定一次磁通。需要说明的是，动作速度可以是指频率指令(在同步电动机的情况下为速度指令)，或者也可以是指速度推定值。

在第一推定中，磁通推定部130只要至少基于输出电流和电感来推定一次磁通即可，还可以同时执行基于输出电压的一次磁通的推定。例如，也可以是，磁通推定部130在第一推定中基于输出电压来计算出磁通微分值，基于输出电流和电感来校正磁通微分值，对校正后的磁通微分值进行积分来计算出一次磁通。

也可以是，在电动机3的动作速度小于规定等级的情况下，磁通推定部130反复执行第一推定，在每次第一推定中，基于输出电压来计算出磁通微分值，进行基于输出电流和电感来推定一次磁通的参考推定，基于通过前一次的第一推定得到的一次磁通的推定结果与通过参考推定得到的一次磁通的推定结果的偏差来计算出校正值，基于校正值来校正磁通微分值。

也可以是，磁通推定部130在第一推定中根据动作速度接近规定等级来缩小基于输出电流和电感的磁通微分值的校正。缩小校正是指缩小使基于输出电流和电感而计算出的校正值反映于磁通微分值的程度的意思。作为一个例子，磁通推定部130基于将基于输出电流和电感而计算出的校正值乘以校正增益而得到的值来计算出校正值，根据动作速度接近规定等级来缩小校正增益。

磁通推定部130可以使用a轴电压指令Va和b轴电压指令Vb来作为上述输出电压。磁通推定部130也可以使用由传感器得到的电压检测值来作为上述输出电压。此外，磁通推定部130也可以使用a轴电流Ia和b轴电流Ib来作为上述输出电流。

图2是举例示出在电动机3为同步电动机的情况下的磁通推定部130的功能性的构成的框图。磁通推定部130如块131所示地将a轴电流Ia和b轴电流Ib乘以绕组电阻r来计算出绕组中的电压降，如相加点143所示地从a轴电压指令Va和b轴电压指令Vb中减去电压降来计算出磁通微分值。例如，磁通推定部130通过以下算式计算出磁通微分值。

Φa’＝Va-r·Ia

Φb’＝Vb-r·Ib……(3)

Φa’：a轴磁通微分值

Φb’：b轴磁通微分值

r：绕组电阻

磁通推定部130如块132所示地对a轴电流Ia和b轴电流Ib实施旋转转换来计算出d轴电流Id和q轴电流Iq。d轴电流Id为输出电流的d轴分量，q轴电流Iq为输出电流的q轴分量。

为了将a轴电流Ia和b轴电流Ib转换成d轴电流Id和q轴电流Iq，磁通推定部130如块148所示地基于a轴电流Ia、b轴电流Ib、a轴电压指令Va以及b轴电压指令Vb来计算出dq坐标系相对于ab坐标系的相位角推定值θd。例如，磁通推定部130通过扩展感应电压观测器来计算出相位角推定值θd。更具体而言，磁通推定部130通过锁相环计算出相位角推定值θd，使dq坐标系中的感应电压的d轴分量为零。需要说明的是，dq坐标系中的感应电压基于对a轴电流Ia和b轴电流Ib实施根据相位角推定值θd进行的旋转转换而得到的d轴电流Id和q轴电流Iq以及对a轴电压指令Va和b轴电压指令Vb实施根据相位角推定值θd进行的旋转转换而得到的d轴电压指令Vd和q轴电压指令Vq来计算。

进而，磁通推定部130如块133和相加点144所示地基于d轴电流Id和q轴电流Iq、d轴电感Ld和q轴电感Lq以及磁铁磁通Φm(在电动机3为同步磁阻电动机的情况下为零)来进行一次磁通的参考推定。例如，磁通推定部130通过以下算式计算出一次磁通的参考推定值。

Φdr＝Ld·Id+Φm

Φqr＝Lq·Iq……(4)

Φdr：d轴磁通参考推定值

Φqr：q轴磁通参考推定值

磁通推定部130如块134所示地对前一次的a轴磁通推定值Φa和b轴磁通推定值Φb的推定结果实施根据相位角推定值θd进行的旋转转换来计算出d轴磁通推定值Φd和q轴磁通推定值Φq。d轴磁通推定值Φd为一次磁通的d轴分量，q轴磁通推定值Φq为一次磁通的q轴分量。磁通推定部130如相加点145所示地计算出作为d轴磁通参考推定值Φdr与d轴磁通推定值Φd的差和q轴磁通参考推定值Φqr与q轴磁通推定值Φq的差的磁通误差。

进而，磁通推定部130如块135所示地对磁通误差实施比例运算、比例/积分运算或比例/积分/微分运算等来计算出校正值ΔΦd’、ΔΦq’，进而，磁通推定部130如块136所示地对校正值ΔΦd’、ΔΦq’实施根据相位角推定值θ进行的旋转转换来计算出校正值ΔΦa’、ΔΦb’。需要说明的是，磁通推定部130也可以将相位角推定值θ代替相位角推定值θd用于块134、136中的旋转转换。在该情况下，需要在相加点144、145之间进行基于相位角推定值θ和相位角推定值θd的两次旋转转换(未图示)。

此外，也可以在块134中代替将a轴磁通推定值Φa和b轴磁通推定值Φb转换成d轴磁通推定值Φd和q轴磁通推定值Φq，而对d轴磁通参考推定值Φdr和q轴磁通参考推定值Φqr实施根据相位角推定值θd进行的旋转转换来计算出a轴磁通参考推定值Φar和b轴磁通参考推定值Φbr，并计算出作为a轴磁通参考推定值Φar与a轴磁通推定值Φa的差和b轴磁通参考推定值Φbr与b轴磁通推定值Φb的差的磁通误差(参照图7的块134A)。

在该情况下，块135中的校正值的计算可以在γδ坐标系中进行，也可以在dq轴坐标系中进行。在γδ坐标系中进行的情况下，具体而言，也可以对磁通误差实施根据相位角推定值θ进行的旋转转换来计算出γδ坐标系中的磁通误差(参照图7的块136A)，在块135中计算出γδ坐标系中的校正值ΔΦγ’、ΔΦδ’，对校正值ΔΦγ’、ΔΦδ’实施根据相位角推定值θ进行的旋转转换来计算出校正值ΔΦa’、ΔΦb’(参照图7的块136B)。在dq轴坐标系中进行的情况下，只要使用相位角推定值θd来进行图7的块136A和块136B的坐标转换即可(未图示)。

进而，磁通推定部130如块137和相加点146所示地将校正增益AK与校正值ΔΦa’、ΔΦb’相乘，将相乘结果分别加上a轴磁通微分值Φa’和b轴磁通微分值Φb’。由此，a轴磁通微分值Φa’和b轴磁通微分值Φb’被校正而使上述的磁通误差缩小。

磁通推定部130如块138所示地分别对已校正的a轴磁通微分值Φa’和b轴磁通微分值Φb’进行积分来计算出a轴磁通推定值Φa和b轴磁通推定值Φb。

磁通推定部130也可以随着速度推定值ω变大而逐渐减小校正增益AK。例如，如图3的(a)所示，磁通推定部130在速度推定值ω为阈值ω1以下时将校正增益AK设为规定值AK1，在速度推定值ω为大于阈值ω1的阈值ω2以上时将校正增益AK设为小于规定值AK1的规定值AK2。此外，磁通推定部130随着速度推定值从阈值ω1接近阈值ω2而使校正增益AK逐渐从规定值AK1向规定值AK2转变。

在速度推定值ω小于阈值ω2时磁通推定部130所进行的a轴磁通推定值Φa和b轴磁通推定值Φb的推定相当于上述的第一推定。在速度推定值ω大于阈值ω2时磁通推定部130所进行的a轴磁通推定值Φa和b轴磁通推定值Φb的推定相当于上述的第二推定。

也可以是，磁通推定部130在第二推定中停止基于输出电流和电感的磁通微分值的校正。作为一个例子，规定值AK2可以为零。在该情况下，在速度推定值ω大于阈值ω2时，根据校正值ΔΦa’、ΔΦb’进行的a轴磁通微分值Φa’和b轴磁通微分值Φb’的校正停止。在使根据校正值ΔΦa’、ΔΦb’进行的a轴磁通微分值Φa’和b轴磁通微分值Φb’的校正停止的状态下，磁通推定部130不基于d轴电感Ld和q轴电感Lq地计算出a轴磁通微分值Φa’和b轴磁通微分值Φb’。

需要说明的是，规定值AK2也可以大于零。在规定值AK2大于零的情况下，在第二推定中，以小于第一推定中的校正增益AK的校正增益AK进行基于输出电流和电感的磁通微分值的校正。

回到图2，也可以是，磁通推定部130从一次磁通的推定结果中去除不根据电动机3的动作而变动的稳态成分。也可以是，磁通推定部130在稳态成分的去除中对一次磁通的推定结果进行低通滤波，将滤波后的一次磁通的推定结果(通过滤波提取出的稳态成分)从滤波前的一次磁通的推定结果中去除。例如，磁通推定部130如块139、141所示地对a轴磁通推定值Φa和b轴磁通推定值Φb的推定结果进行低通滤波，将滤波结果乘以抵消增益CK，将一次磁通推定结果中所包含的稳态成分换算成电流校正值ΔIa、ΔIb。

磁通推定部130如相加点147所示地将输入至块131(乘以绕组电阻r)之前的a轴电流Ia和b轴电流Ib加上电流校正值ΔIa、ΔIb。由此，在相加点143，除了上述电压降之外，还减去将电流校正值ΔIa、ΔIb乘以绕组电阻r而得到的值(以下称为“抵消值”)。因此，抵消值从接下来计算的a轴磁通推定值Φa和b轴磁通推定值Φb中被去除。

抵消值相当于滤波后的a轴磁通推定值Φa和b轴磁通推定值Φb，因此，从接下来计算的a轴磁通推定值Φa和b轴磁通推定值Φb中去除抵消值相当于从滤波前的a轴磁通推定值Φa和b轴磁通推定值Φb中去除滤波后的a轴磁通推定值Φa和b轴磁通推定值Φb的一个例子。需要说明的是，也可以代替将上述滤波结果与a轴电流Ia和b轴电流Ib相加，而从a轴磁通微分值Φa’和b轴磁通微分值Φb’中减去上述滤波结果，还可以从a轴电压指令Va和b轴电压指令Vb中减去上述滤波结果。

磁通推定部130也可以随着速度推定值ω变大而逐渐增大抵消增益CK。磁通推定部130也可以使进行第二推定的期间中的抵消增益CK大于进行第一推定的期间中的抵消增益CK。

例如，如图3的(b)所示，磁通推定部130在速度推定值ω为阈值ω2以下时将抵消增益CK设为规定值CK1，在速度推定值ω为大于阈值ω2的阈值ω3以上时将抵消增益CK设为大于规定值CK1的规定值CK2。此外，磁通推定部130随着速度推定值从阈值ω2接近阈值ω3而使抵消增益CK逐渐从规定值CK1向规定值CK2转变。

也可以是，磁通推定部130在进行第一推定的期间中的至少一部分中停止稳态成分的去除。作为一个例子，规定值CK1可以为零。在该情况下，在速度推定值ω小于阈值ω2时，停止从a轴磁通推定值Φa和b轴磁通推定值Φb中去除稳态成分。

需要说明的是，规定值CK1也可以大于零。在规定值CK1大于零的情况下，在第一推定中，以小于第二推定中的抵消增益CK的抵消增益CK进行稳态成分的去除。

以上举例示出的一次磁通的推定处理仅为一个例子。只要第二推定中的输出电流和电感的贡献度比第一推定中的输出电流和电感的贡献度小，并且将通过第一推定得到的一次磁通的推定结果作为初始值来进行第二推定中的积分，就能适当地变更一次磁通的推定处理。

例如，在第一推定中，也可以不进行磁通微分值的积分而是基于输出电流和电感来推定一次磁通。例如，也可以是，磁通推定部130在第一推定中对d轴磁通参考推定值Φdr和q轴磁通参考推定值Φqr实施根据相位角推定值θd进行的旋转转换来计算出a轴磁通推定值Φa和b轴磁通推定值Φb。在该情况下也能通过将通过第一推定得到的一次磁通的推定结果作为初始值，开始第二推定中的磁通微分值的积分来提高通过第二推定得到的一次磁通的推定精度。

如上所述，电动机3也可以是感应电动机。在电动机3为感应电动机的情况下，磁通推定部130例如通过以下算式来计算出作为固定坐标系的ab坐标系中的a轴磁通参考推定值Φar和b轴磁通参考推定值Φbr。

Φar＝M·(Φ2a-M·I1a)/L2+L1·I1a

Φbr＝M·(Φ2b-M·I1b)/L2+L1·I1b……(5)

L1：一次电感

L2：二次电感

M：一次侧与二次侧之间的互感

I1a：一次电流的a轴分量

I1b：一次电流的b轴分量

Φ2a：二次磁通的a轴分量

Φ2b：二次磁通的b轴分量

d轴磁通参考推定值Φdr和q轴磁通参考推定值Φqr通过对a轴磁通参考推定值Φar和b轴磁通参考推定值Φbr实施根据相位角推定值θd进行的旋转转换来计算。

图4是举例示出控制电路100的硬件构成的框图。如图4所示，控制电路100具有：处理器191、内存192、存储器193、输入/输出端口194以及开关控制电路195。处理器191可以包括多个处理设备，内存192可以包括多个内存设备，存储器193可以包括多个存储器设备。

存储器193例如具有非易失性的半导体内存等能由计算机读取的存储介质。存储器193存储有用于使控制电路100执行以下动作的程序：推定电动机3通过驱动电力的供给产生的一次磁通；基于一次磁通的推定结果和输出电流来推定电动机3的电磁力；以及基于目标磁通与一次磁通的推定结果的偏差和目标电磁力与电磁力的推定结果的偏差来控制电力转换电路10。上述程序构成为使控制电路100(磁通推定装置)执行以下推定：第一推定，在电动机3的旋转速度(动作速度)小于规定等级的情况下，基于从电力转换电路10向电动机3的输出电流和电动机3的电感来推定一次磁通；以及第二推定，在电动机3的旋转速度大于规定等级的情况下，基于从电力转换电路10向电动机3的输出电压来推定磁通微分值，将通过第一推定得到的一次磁通的推定结果作为初始值，对磁通微分值进行积分来推定一次磁通。例如，存储器193存储有用于使控制电路100构成上述的功能上的各要素的程序。

内存192临时存储从存储器193的存储介质加载的程序和由处理器191得到的运算结果。处理器191通过与内存192协作执行上述程序来构成控制电路100的功能上的各要素。输入/输出端口194根据来自处理器191的指令，在与电流传感器14之间进行电信号的输入/输出。开关控制电路195根据来自处理器191的指令向倒相电路13输出用于切换多个开关元件15的接通/断开的驱动信号。

需要说明的是，控制电路100未必限于通过程序来构成各功能。例如，控制电路100也可以通过专用的逻辑电路或集成了该专用的逻辑电路的ASIC(Application SpecificIntegrated Circuit：专用集成电路)来构成至少一部分的功能。

〔控制过程〕

接着，作为控制方法的一个例子，举例示出控制电路100所执行的控制过程。该过程包括：推定电动机3通过驱动电力的供给产生的一次磁通；基于一次磁通的推定结果和输出电流来推定电动机3的电磁力；以及基于目标磁通与一次磁通的推定结果的偏差和目标电磁力与电磁力的推定结果的偏差来控制电力转换电路10。

如图5所示，控制电路100按顺序执行步骤S01、S02、S03、S04、S05、S06、S07、S08。在步骤S01中，电磁力指令生成部110生成上述目标电磁力，使电动机3进行所希望的动作。例如，电磁力指令生成部110计算出作为目标速度ωt与速度推定值ω的差的速度偏差，对速度偏差实施比例运算、比例/积分运算或比例/积分/微分运算等来计算出目标扭矩Tt。在步骤S02中，磁通指令生成部120基于目标扭矩Tt和电动机3的电感来计算出上述目标磁通Φt。

在步骤S03中，电流信息获取部101获取由电流传感器14得到的输出电流的检测结果，对所获取的检测结果进行三相/二相转换来计算出a轴电流Ia和b轴电流Ib。在步骤S04中，磁通推定部130推定电动机3通过驱动电力的供给产生的一次磁通。在后文对步骤S04的具体的内容加以叙述。在步骤S05中，电磁力推定部150基于一次磁通的推定结果和输出电流来推定电动机3的扭矩(电磁力)。在步骤S06中，相位角计算部170通过将a轴磁通推定值Φa和b轴磁通推定值Φb输入锁相环来计算出速度推定值ω和相位角推定值θ。

在步骤S07中，电压指令生成部160生成电压指令，以缩小目标磁通Φt与一次磁通推定值Φ的偏差，缩小目标扭矩Tt与扭矩推定值T的偏差。在步骤S08中，PWM控制部180开始使倒相电路13的多个开关元件15接通/断开，以使其产生与电压指令生成部160所生成的电压指令对应的电压。例如，PWM控制部180对d轴电压指令Vd和q轴电压指令Vq实施根据相位角推定值θ进行的旋转转换来计算出a轴电压指令Va和b轴电压指令Vb，对a轴电压指令Va和b轴电压指令Vb进行三相/二相转换来计算出驱动电力的相电压指令，开始基于相电压指令的多个开关元件15的接通/断开。控制电路100反复执行以上的处理。

在步骤S06中计算出的速度推定值ω在下一周期的步骤S01中用于速度偏差的计算，在下一周期的步骤S07中用于电压指令的生成。此外，在步骤S08中计算的a轴电压指令Va和b轴电压指令Vb在下一周期的步骤S04中用于一次磁通的推定。而且，在步骤S06中计算的速度推定值ω和相位角推定值θ也在下一周期的步骤S04中用于一次磁通的推定。

接着，作为磁通推定方法的一个例子，举例示出步骤S04中的一次磁通的推定过程。该过程包括：第一推定，在电动机3的动作速度小于规定等级的情况下，基于从电力转换电路10向电动机3的输出电流和电动机3的电感来推定电动机3所产生的一次磁通；以及第二推定，在动作速度大于规定等级的情况下，基于从电力转换电路10向电动机3的输出电压来推定磁通微分值，将通过第一推定得到的一次磁通的推定结果作为初始值，对磁通微分值进行积分来推定一次磁通。

需要说明的是，根据图2的框图，在校正增益AK设为零的期间中也继续校正值ΔΦa’、ΔΦb’的计算，但也可以在校正增益AK设为零的期间中使校正值ΔΦa’、ΔΦb’的计算本身停止。此外，根据图2的框图，在抵消增益CK设为零的期间中也继续电流校正值ΔIa、ΔIb的计算，但也可以在抵消增益CK设为零的期间中使电流校正值ΔIa、ΔIb的计算本身停止。以下，举例示出如下过程：在校正增益AK设为零的期间中停止校正值ΔΦa’、ΔΦb’的计算，在抵消增益CK设为零的期间中停止电流校正值ΔIa、ΔIb的计算。

如图6所示，控制电路100首先执行步骤S11。在步骤S11中，磁通推定部130确认动作速度(例如，在前一次的步骤S06中计算出的速度推定值ω)是否为上述阈值ω2以上。

在步骤S11中判定为动作速度不为阈值ω2以上的情况下，控制电路100执行步骤S12、S13、S14、S15、S16。在步骤S12中，磁通推定部130将在步骤S03中计算出的a轴电流Ia和b轴电流Ib乘以绕组电阻r来计算出绕组中的电压降，从a轴电压指令Va和b轴电压指令Vb(在前一周期的步骤S08中计算出的a轴电压指令Va和b轴电压指令Vb)中减去电压降来计算出a轴磁通微分值Φa’和b轴磁通微分值Φb’。

在步骤S13中，磁通推定部130基于a轴电流Ia和b轴电流Ib、d轴电感Ld和q轴电感Lq以及磁铁磁通Φm来进行一次磁通的参考推定，并计算出上述d轴磁通参考推定值Φdr和q轴磁通参考推定值Φqr。

在步骤S14中，磁通推定部130对a轴磁通推定值Φa和b轴磁通推定值Φb实施根据相位角推定值θd进行的旋转转换来计算出d轴磁通推定值Φd和q轴磁通推定值Φq，计算出作为d轴磁通参考推定值Φdr与d轴磁通推定值Φd的差和q轴磁通参考推定值Φqr与q轴磁通推定值Φq的差的磁通误差。进而，对磁通误差实施比例运算、比例/积分运算或比例/积分/微分运算等来计算出校正值ΔΦd’、ΔΦq’。在步骤S15中，磁通推定部130基于速度推定值ω来计算出校正增益AK。在步骤S16中，磁通推定部130通过加上将校正值ΔΦa’、ΔΦb’乘以校正增益AK而得到的值来校正在步骤S12中计算出的a轴磁通微分值Φa’和b轴磁通微分值Φb’。

在步骤S11中判定为动作速度为阈值ω2以上的情况下，控制电路100执行步骤S21、S22、S23、S24、S25。在步骤S21中，磁通推定部130通过对在前一周期中计算出的a轴磁通推定值Φa和b轴磁通推定值Φb进行低通滤波来计算出a轴磁通推定值Φa和b轴磁通推定值Φb的稳态成分。在步骤S22中，磁通推定部130基于动作速度来计算出抵消增益CK。在步骤S23中，磁通推定部130通过将稳态成分乘以抵消增益CK计算出电流校正值ΔIa、ΔIb，并加上电流校正值ΔIa、ΔIb来校正在步骤S03中计算出的a轴电流Ia和b轴电流Ib。

在步骤S24中，磁通推定部130将在步骤S23中校正后的a轴电流Ia和b轴电流Ib乘以绕组电阻r来计算出绕组中的电压降，从a轴电压指令Va和b轴电压指令Vb(在前一周期的步骤S08中计算出的a轴电压指令Va和b轴电压指令Vb)中减去电压降来计算出a轴磁通微分值Φa’和b轴磁通微分值Φb’。

在步骤S16、S24之后，控制电路100执行步骤S25。在步骤S25中，磁通推定部130如块138所示地分别对a轴磁通微分值Φa’和b轴磁通微分值Φb’进行积分来计算出a轴磁通推定值Φa和b轴磁通推定值Φb。以上，步骤S04中的磁通推定过程完成。

〔本实施方式的效果〕

如以上所说明，控制装置1具备：电力转换电路10，向电动机3供给驱动电力；磁通推定部130，推定电动机3通过驱动电力的供给产生的一次磁通；以及电压指令生成部160(控制部)，基于由磁通推定部130得到的一次磁通的推定结果来控制电力转换电路10，磁通推定部130进行以下推定：第一推定，在电动机3的动作速度小于规定等级的情况下，基于从电力转换电路10向电动机3的输出电流和电动机3的电感来推定一次磁通；以及第二推定，在动作速度大于规定等级的情况下，基于从电力转换电路10向电动机3的输出电压来推定磁通微分值，将通过第一推定得到的一次磁通的推定结果作为初始值，对磁通微分值进行积分来推定一次磁通。

根据基于输出电流和电感的第一推定，能以高精度推定一次磁通。然而，通过第一推定得到的推定结果对由电动机3的磁通饱和引起的电感的变动的鲁棒性低。此外，电动机3的动作速度越大，通过第一推定得到的推定结果越容易受电感的变动的影响。另一方面，根据基于输出电压来推定磁通微分值，对磁通微分值进行积分来推定一次磁通的第二推定，一次磁通的推定中的对电感的依赖性极小，因此，对电感的变动的鲁棒性高。

然而，电动机3的动作速度越小，电力转换电路10的输出电压精度越低，则磁通微分值的推定精度越低。因此，例如，在电动机3的起动后的低速区域中，磁通微分值的推定误差通过积分累积，在磁通微分值的推定精度达到足够高的高速区域之后也持续留有累积的推定误差。因此，即使仅通过第二推定，也难以以高精度推定一次磁通。

在本控制装置1中，在电动机3的动作速度小于规定等级的情况下，进行适于低速区域的第一推定，在电动机3的动作速度大于规定等级的情况下，进行适于高速区域的第二推定。此外，在第二推定中，将通过第一推定得到的一次磁通的推定结果作为初始值来对磁通微分值进行积分，因此，低速区域中的磁通微分值的推定误差的影响不易留在高速域的推定结果中。因此，对提高基于一次磁通的电力转换电路10的控制的可靠性是有效的。

也可以是，磁通推定部130在第一推定中基于输出电压来计算出磁通微分值，基于输出电流和电感来校正磁通微分值，对校正后的磁通微分值进行积分来计算出一次磁通。在该情况下，在第一推定中也能以对基于输出电压的磁通微分值进行积分来计算出一次磁通的电压模型方式为基础，并基于输出电流和电感对其进行校正，由此顺利地进行从第一推定向第二推定的转变和从第二推定向第一推定的转变。

也可以是，磁通推定部130在第一推定中根据动作速度接近规定等级来缩小基于输出电流和电感的磁通微分值的校正。在该情况下，能更顺利地进行从第一推定向第二推定的转变。

也可以是，磁通推定部130反复执行第一推定，在每次第一推定中，基于输出电压来计算出磁通微分值，进行基于输出电流和电感来推定一次磁通的参考推定，基于通过前一次的第一推定得到的一次磁通的推定结果与通过参考推定得到的一次磁通的推定结果的偏差来计算出校正值，基于校正值来校正磁通微分值。在该情况下，能容易且准确地进行基于输出电流和电感的磁通微分值的校正。

也可以是，磁通推定部130在第二推定中停止基于输出电流和电感的磁通微分值的校正。在该情况下，能进一步提高一次磁通的推定结果的鲁棒性。

也可以是，磁通推定部130从一次磁通的推定结果中去除不根据电动机3的动作而变动的稳态成分。在该情况下，能进一步谋求一次磁通的推定结果的精度与鲁棒性的兼顾。

也可以是，磁通推定部130在进行第一推定的期间中的至少一部分中停止稳态成分的去除。在该情况下，能抑制运算负荷。

也可以是，磁通推定部130在稳态成分的去除中对一次磁通的推定结果进行低通滤波，将滤波后的一次磁通的推定结果从滤波前的一次磁通的推定结果中去除。在该情况下，能容易地进行稳态成分的去除。

也可以是，控制装置1还具备电磁力推定部150，基于一次磁通的推定结果和输出电流来推定电动机3的电磁力，电压指令生成部160基于目标磁通与一次磁通的推定结果的偏差和目标电磁力与电磁力的推定结果的偏差来控制电力转换电路10。在该情况下，能将一次磁通的推定结果有效利用于电磁力控制。

也可以是，控制装置1还具备磁通指令生成部120，基于目标电磁力和电感来计算出目标磁通。在该情况下，能容易且适当地控制电磁力。

以上，对实施方式进行了说明，但本公开未必限定于上述的实施方式，可以在不脱离其主旨的范围内进行各种变更。

附图标记说明

1…控制装置

3…电动机

10…电力转换电路

100…控制电路(磁通推定装置)

120…磁通指令生成部

130…磁通推定部

150…电磁力推定部

160…电压指令生成部(控制部)

Claims (12)

1.一种控制装置，所述控制装置具备：

电力转换电路，向电动机供给驱动电力；

磁通推定部，推定所述电动机通过所述驱动电力的供给产生的一次磁通；和

控制部，基于由所述磁通推定部得到的一次磁通的推定结果来控制所述电力转换电路，

所述磁通推定部进行以下推定：

第一推定，在所述电动机的动作速度小于规定等级的情况下，基于从所述电力转换电路向所述电动机的输出电流和所述电动机的电感来推定所述一次磁通；和

第二推定，在所述动作速度大于规定等级的情况下，基于从所述电力转换电路向所述电动机的输出电压来推定磁通微分值，将通过所述第一推定得到的所述一次磁通的推定结果作为初始值，对所述磁通微分值进行积分来推定所述一次磁通。

2.根据权利要求1所述的控制装置，其中，

所述磁通推定部在所述第一推定中基于所述输出电压来计算所述磁通微分值，基于所述输出电流和所述电感来校正所述磁通微分值，对校正后的磁通微分值进行积分来计算出所述一次磁通。

3.根据权利要求2所述的控制装置，其中，

所述磁通推定部在所述第一推定中根据所述动作速度接近规定等级来缩小基于所述输出电流和所述电感的所述磁通微分值的校正。

4.根据权利要求2或3所述的控制装置，其中，

所述磁通推定部反复执行所述第一推定，

在每次第一推定中，

基于所述输出电压来计算出所述磁通微分值，

进行基于所述输出电流和所述电感来推定所述一次磁通的参考推定，

基于通过前一次的第一推定得到的所述一次磁通的推定结果与通过所述参考推定得到的所述一次磁通的推定结果的偏差来计算出校正值，

基于所述校正值来校正所述磁通微分值。

5.根据权利要求1～3中任一项所述的控制装置，其中，

所述磁通推定部在所述第二推定中停止基于所述输出电流和所述电感的所述磁通微分值的校正。

6.根据权利要求1～3中任一项所述的控制装置，其中，

所述磁通推定部从所述一次磁通的推定结果中去除不根据所述电动机的动作而变动的稳态成分。

7.根据权利要求6所述的控制装置，其中，

所述磁通推定部在进行所述第一推定的期间中的至少一部分中停止所述稳态成分的去除。

8.根据权利要求7所述的控制装置，其中，

所述磁通推定部在所述稳态成分的去除中对所述一次磁通的推定结果进行低通滤波，将滤波后的所述一次磁通的推定结果从滤波前的所述一次磁通的推定结果中去除。

9.根据权利要求8所述的控制装置，其中，

还具备电磁力推定部，基于所述一次磁通的推定结果和所述输出电流来推定所述电动机的电磁力，

所述控制部基于目标磁通与所述一次磁通的推定结果的偏差和目标电磁力与所述电磁力的推定结果的偏差来控制所述电力转换电路。

10.根据权利要求9所述的控制装置，其中，

所述控制装置还具备磁通指令生成部，基于所述目标电磁力和所述电感来计算出所述目标磁通。

11.一种磁通推定装置，所述磁通推定装置进行以下推定：

第一推定，在电动机的动作速度小于规定等级的情况下，基于从电力转换电路向所述电动机的输出电流和所述电动机的电感来推定所述电动机所产生的一次磁通；和

第二推定，在所述动作速度大于规定等级的情况下，基于从所述电力转换电路向所述电动机的输出电压来推定磁通微分值，将通过所述第一推定得到的所述一次磁通的推定结果作为初始值，对所述磁通微分值进行积分来推定所述一次磁通。

12.一种磁通推定方法，所述磁通推定方法包括：

第一推定，在电动机的动作速度小于规定等级的情况下，基于从电力转换电路向所述电动机的输出电流和所述电动机的电感来推定所述电动机所产生的一次磁通；和

第二推定，在所述动作速度大于规定等级的情况下，基于从所述电力转换电路向所述电动机的输出电压来推定磁通微分值，将通过所述第一推定得到的所述一次磁通的推定结果作为初始值，对所述磁通微分值进行积分来推定所述一次磁通。

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