CN114865967A - 交流旋转电机的控制装置 - Google Patents

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Abstract

本发明提供能考虑根据d轴及q轴等第一轴及第二轴的电流而相互变化的第一轴及第二轴的交链磁通来进行控制的交流旋转电机的控制装置。交流旋转电机的控制装置对第一轴及第二轴的交链磁通指令值进行规范响应的响应延迟处理，计算第一轴及第二轴的交链磁通规范响应值，基于第一轴及第二轴的交链磁通规范响应值以及电气角速度，来对使第一轴及第二轴的交链磁通前馈性地变化为第一轴及第二轴的交链磁通规范响应值的第一轴及第二轴的电压指令值进行计算。

Description

交流旋转电机的控制装置
技术领域
本申请涉及交流旋转电机的控制装置。
背景技术
以往以来，作为交流旋转电机的控制方法，已知有在dq轴的旋转坐标系上不使用电流的获取值、而利用电流指令值和电流的规范响应来计算dq轴的电压指令值的方法。这里，将该方法称为电流前馈控制。在电流前馈控制中，利用d轴电感Ld和q轴电感Lq，来计算dq轴的电压指令值。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：日本专利第4161064号
发明内容
发明所要解决的技术问题
然而，在产生磁阻转矩的旋转电机中，存在由具有非线性的磁饱和特性的转子铁心所产生的交链磁通分量。d轴的交链磁通不仅会根据d轴的电流而发生变化，还会根据q轴的电流而发生变化，q轴的交链磁通不仅会根据q轴的电流而发生变化，还会根据d轴的电流而发生变化。
因此，在专利文献1所记载的方法中，虽然能考虑到根据d轴的电流而发生变化的d轴的交链磁通及根据q轴的电流而发生变化的q轴的交链磁通，但无法考虑到根据q轴的电流而发生变化的d轴的交链磁通及根据d轴的电流而发生变化的q轴的交链磁通，因此，存在控制精度降低的问题。
因此，本申请的目的在于提供一种交流旋转电机的控制装置，能考虑根据d轴及q轴等第一轴及第二轴的电流而相互变化的第一轴及第二轴的交链磁通来进行控制。
用于解决技术问题的技术手段
本申请所涉及的第一交流旋转电机的控制装置经由逆变器来对具有n相的电枢绕组的交流旋转电机进行控制，n为2以上的自然数，所述交流旋转电机的控制装置包括：
旋转检测部，该旋转检测部对所述交流旋转电机的转子的电气角及电气角速度进行检测或推测；
交链磁通指令计算部，该交链磁通指令计算部对由第一轴及第二轴构成的二轴的旋转坐标系上的第一轴及第二轴的交链磁通指令值进行计算，所述第一轴及第二轴与所述转子的电气角下的旋转同步地进行旋转；
交链磁通规范响应计算部，该交链磁通规范响应计算部对所述第一轴及第二轴的交链磁通指令值进行规范响应的响应延迟处理，计算第一轴及第二轴的交链磁通规范响应值；
二轴电压指令计算部，该二轴电压指令计算部基于所述第一轴及第二轴的交链磁通规范响应值、以及所述电气角速度，来对使第一轴及第二轴的交链磁通前馈性地变化为所述第一轴及第二轴的交链磁通规范响应值的第一轴及第二轴的电压指令值进行计算；
交流电压指令计算部，该交流电压指令计算部基于所述第一轴及第二轴的电压指令值、以及所述电气角，来对施加于所述n相的电枢绕组的电压指令值即n相的交流电压指令值进行计算；以及
开关控制部，该开关控制部基于所述n相的交流电压指令值，来对所述逆变器所具有的多个开关元件进行通断控制。
本申请所涉及的第二交流旋转电机的控制装置经由逆变器来对具有n相的电枢绕组的交流旋转电机进行控制，n为2以上的自然数，所述交流旋转电机的控制装置包括：
旋转检测部，该旋转检测部对所述交流旋转电机的转子的电气角及电气角速度进行检测或推测；
电流指令计算部，该电流指令计算部对由第一轴及第二轴构成的二轴的坐标系即二轴的旋转坐标系上的第一轴及第二轴的电流指令值进行计算，所述第一轴及第二轴与所述转子的电气角下的旋转同步地进行旋转；
电流规范响应计算部，该电流规范响应计算部对所述第一轴及第二轴的电流指令值进行规范响应的响应延迟处理，计算第一轴及第二轴的电流规范响应值；
二轴电压指令计算部，该二轴电压指令计算部基于所述第一轴及第二轴的电流规范响应值，来计算第一轴及第二轴的规范响应对应交链磁通，基于所述第一轴及第二轴的电流规范响应值、所述第一轴及第二轴的规范响应对应交链磁通、以及所述电气角速度，来对使所述第一轴及第二轴的电流前馈性地变化为所述第一轴及第二轴的电流规范响应值的所述二轴的旋转坐标系上的第一轴及第二轴的电压指令值进行计算；
交流电压指令计算部，该交流电压指令计算部基于所述第一轴及第二轴的电压指令值、以及所述电气角，来对用于施加于所述n相的电枢绕组的n相的交流电压指令值进行计算；以及
开关控制部，该开关控制部基于所述n相的交流电压指令值，来对所述逆变器所具有的多个开关元件进行通断控制。
发明效果
根据本申请所涉及的第一交流旋转电机的控制装置，在对以规范响应来使交链磁通前馈性地变化的电压指令值进行计算时，使用了不根据第一轴及第二轴的电流发生变化、而是根据时间来变化的线性的第一轴及第二轴的交链磁通规范响应值，因此，不以第一轴及第二轴的电流来对第一轴及第二轴的交链磁通进行偏微分，能进行线性系统的运算处理，能抑制运算处理负荷的增加。另外，由于直接使用交链磁通，因此，能考虑根据第一轴及第二轴的电流而变化的第一轴及第二轴的交链磁通的非线性的特性，能提高控制精度。
根据本申请所涉及的第二交流旋转电机的控制装置，基于第一轴及第二轴的电流规范响应值、以及第一轴及第二轴的规范响应对应交链磁通来计算第一轴及第二轴的电压指令值，所述第一轴及第二轴的规范响应对应交链磁通基于第一轴及第二轴的电流规范响应值来进行计算。由此，能进行基于第一轴及第二轴的电流规范响应值的线性系统的运算处理，能抑制运算处理负荷的增加，并能提高运算精度。另外，由于使用了第一轴及第二轴的电流规范响应值、以及基于第一轴及第二轴的电流规范响应值而计算出的第一轴及第二轴的规范响应对应交链磁通，因此，能考虑根据第一轴及第二轴的电流而发生变化的第一轴及第二轴的交链磁通的非线性的特性，能提高控制精度。
附图说明
图1是实施方式1所涉及的交流旋转电机及交流旋转电机的控制装置的简要结构图。
图2是实施方式1所涉及的交流旋转电机的控制装置的简要框图。
图3是实施方式1所涉及的交流旋转电机的控制装置的硬件结构图。
图4是实施方式1所涉及的二轴电压指令计算部的框图。
图5是实施方式1所涉及的二轴电压指令计算部的框图。
图6是实施方式1所涉及的二轴电压指令计算部的框图。
图7是说明实施方式1所涉及的dq轴的规范响应对应电流值的反复计算的流程图。
图8是实施方式2所涉及的交流旋转电机的控制装置的简要框图。
图9是实施方式2所涉及的二轴电压指令计算部的框图。
图10是实施方式2所涉及的二轴电压指令计算部的框图。
图11是实施方式2所涉及的二轴电压指令计算部的框图。
具体实施方式
1.实施方式1
参照附图对实施方式1所涉及的交流旋转电机的控制装置1(下面简称为控制装置1)进行说明。图1是本实施方式所涉及的交流旋转电机2及控制装置1的简要结构图。
1-1.交流旋转电机
交流旋转电机2具有n相(n为2以上的自然数)的电枢绕组(以下简称为绕组)。交流旋转电机2具有定子和转子。在本实施方式中，设n＝3，并设为U相、V相、W相这3相。定子上设有3相的绕组Cu、Cv、Cw。设三相绕组Cu、Cv、Cw进行星形接线。另外，也可以设为三相绕组进行三角形接线。定子上设有永磁体，设为永磁体型的同步旋转电机。在本实施方式中，永磁体埋入至由电磁钢板所构成的定子铁心的内部。
交流旋转电机2包括旋转传感器16，该旋转传感器16输出与转子的旋转角度相应的电信号。旋转传感器16设为霍尔元件、编码器或旋转变压器等。将旋转传感器16的输出信号输入至控制装置1。
1-2.逆变器等
逆变器20在直流电源10与3相绕组之间进行功率转换，具有多个开关元件。逆变器20与3相各相的绕组相对应地设置有3组串联电路(leg：支线)，该串联电路串联连接有与直流电源10的正极侧相连接的正极侧的开关元件23H(上桥臂)、以及与直流电源10的负极侧相连接的负极侧的开关元件23L(下桥臂)。逆变器20包括三个正极侧的开关元件23H和三个负极侧的开关元件23L，合计六个开关元件。而且，正极侧的开关元件23H和负极侧的开关元件23L进行串联连接的连接点与对应相的绕组相连接。
具体而言，在各相的串联电路中，正极侧的开关元件23H的集电极端子与正极侧电线14相连接，正极侧的开关元件23H的发射极端子与负极侧的开关元件23L的集电极端子相连接，负极侧的开关元件23L的发射极端子与负极侧电线15相连接。正极侧的开关元件23H和负极侧的开关元件23L的连接点与对应相的绕组相连接。对于开关元件，使用反向并联连接有二极管22的IGBT(Insulated Gate Bipolar Transistor：绝缘栅双极型晶体管)、或具有反向并联连接的二极管的功能的MOSFET(Metal Oxide Semiconductor Field EffectTransistor：金属氧化物半导体场效应晶体管)等。各开关元件的栅极端子与控制装置1相连接。各开关元件由从控制装置1输出的控制信号来导通或断开。
滤波电容器12连接在正极侧电线14与负极侧电线15之间。具备电源电压传感器13，该电源电压传感器13检测从直流电源10提供给逆变器20的电源电压。电源电压传感器13连接在正极侧电线14与负极侧电线15之间。将电源电压传感器13的输出信号输入至控制装置1。
直流电源10使用能充放电的蓄电装置(例如，锂离子电池、镍氢电池、双电层电容器)。另外，直流电源10也可以设有对直流电压进行升压或降压的直流功率转换器即DC-DC转换器。
1-3.控制装置1
控制装置1经由逆变器20对交流旋转电机2进行控制。如图2所示，控制装置1包括后述的旋转检测部31、电压检测部32、交链磁通指令计算部33、交链磁通规范响应计算部34、二轴电压指令计算部35、交流电压指令计算部36及开关控制部37等。控制装置1的各功能由控制装置1所具备的处理电路来实现。具体而言，控制装置1如图3所示，作为处理电路，具备CPU(Central Processing Unit：中央处理单元)等运算处理装置90(计算机)、与运算处理装置90进行数据交换的存储装置91、向运算处理装置90输入外部的信号的输入电路92、以及从运算处理装置90向外部输出信号的输出电路93等。存储装置91、输入电路92及输出电路93等经由总线等信号线与运算处理装置90相连接。
作为运算处理装置90，可以具备ASIC(Application SpecificIntegratedCircuit：专用集成电路)、IC(Integrated Circuit：集成电路)、DSP(Digital SignalProcessor：数字信号处理器)、FPGA(FieldProgrammable Gate Array：现场可编程门阵列)、各种逻辑电路和各种信号处理电路等。另外，作为运算处理装置90，也可以具备多个同种或不同种的运算处理装置来分担执行各处理。作为存储装置91，包括RAM(RandomAccessMemory：随机存取存储器)、ROM(Read Only Memory：只读存储器)、EEPROM(ElectricallyErasable Programmable Read-Only Memory：带电可擦可编程只读存储器)等易失性和非易失性的存储装置。输入电路92与电源电压传感器13、旋转传感器16等各种传感器、开关相连接，并具备将这些传感器、开关的输出信号输入至运算处理装置90的A/D转换器等。输出电路93连接有对开关元件进行通断驱动的栅极驱动电路等电负载，并具备从运算处理装置90向这些电负载输出控制信号的驱动电路等。
而且，控制装置1所具备的图2的各控制部31～37等的各功能是通过由运算处理装置90执行存储于ROM、EEPROM等存储装置91的软件(程序)，并与存储装置91、输入电路92及输出电路93等控制装置1的其它硬件协作来实现的。另外，各控制部31～37等所使用的dq轴的电流交链磁通特性数据、绕组电阻值R、时间常数Tr等设定数据作为软件(程序)的一部分存储在ROM、EEPROM等存储装置91中。以下，对控制装置1的各功能进行详细说明。
1-3-1.基本控制
旋转检测部31对转子的电气角θ(在本示例中为磁极位置θ)以及电气角速度ω进行检测。在本实施方式中，旋转检测部31基于旋转传感器16的输出信号来检测转子的磁极位置θ(电气角θ)以及电气角速度ω。在本实施方式中，磁极位置θ沿设于转子的永磁体的N极的方向进行设定。另外，旋转检测部31可以构成为基于通过将高次谐波分量重叠在电流指令值上而获得的电流信息等，来推测转子的电气角θ(磁极位置θ)，而不使用旋转传感器(所谓的无传感器方式)。
电压检测部32检测从直流电源10提供给逆变器20的电源电压VDC。在本实施方式中，电压检测部32基于电源电压传感器13的输出信号来检测电源电压VDC。
交链磁通指令计算部33对二轴的旋转坐标系上的二轴的交链磁通指令值进行计算。二轴的旋转坐标系是由与转子的电气角下的旋转同步旋转的第一轴及第二轴所构成的二轴的坐标系。
在本实施方式中，使用dq轴的旋转坐标系来作为二轴的旋转坐标系。dq轴的旋转坐标系是由定义为转子的N极方向(在本示例中为磁极位置θ的方向)的d轴、以及定义为电气角比d轴要前进90度的方向的q轴所构成的二轴的旋转坐标系，与转子的N极的旋转同步地进行旋转。d轴与第一轴相对应，q轴与第二轴相对应。此外，在使用对电气角θ及电气角速度ω进行推测的无传感器方式的情况下，也可以利用推测出dq轴的γβ轴的旋转坐标系来作为二轴的旋转坐标系。在这种情况下，d轴替换为γ轴，q轴替换为β轴，以下所说明的处理本身没有变化。
交链磁通指令计算部33对dq轴的旋转坐标系上的d轴的交链磁通指令值Ψdo及q轴的交链磁通指令值Ψqo进行计算。在本实施方式中，交链磁通指令计算部33基于目标转矩、电源电压VDC、以及电气角速度ω等，利用最大转矩电流控制、弱磁通控制、以及Id＝0控制等电流矢量控制方法，来对dq轴的交链磁通指令值Ψdo、Ψqo进行计算。目标转矩可以从外部装置进行传输，也可以在控制装置1内进行运算。另外，交链磁通指令计算部33可以基于目标转矩等来对dq轴的交链磁通指令值Ψdo、Ψqo进行直接计算，或者，交链磁通指令计算部33也可以基于目标转矩等来对dq轴的电流指令值Ido、Iqo进行计算，并参照后述的电流交链磁通特性数据，来对所计算出的dq轴的电流指令值Ido、Iqo所对应的dq轴的交链磁通指令值Ψdo、Ψqo进行计算。
交流电压指令计算部36基于后述的二轴电压指令计算部35所计算出的dq轴的电压指令值Vdo、Vqo以及电气角θ(磁极位置θ)，来对施加于3相绕组的电压指令值即3相的电压指令值Vuo、Vvo、Vwo进行计算。具体而言，交流电压指令计算部36基于磁极位置θ对dq轴的电压指令值Vdo、Vqo进行固定坐标转换和2相3相转换，并转换成3相的电压指令值Vuo、Vvo、Vwo。此外，为了提高电压利用率，也可以对3相的电压指令值施加空间矢量调制、二相调制等公知的调制。
开关控制部37基于3相的电压指令值Vuo、Vvo、Vwo，来对逆变器20所具有的多个开关元件进行通断控制。例如，开关控制部37将3相的电压指令值Vuo、Vvo、Vwo分别与在载波频率下以0为中心以电源电压VDC/2的振幅进行振动的载波(三角波)进行比较，在电压指令值高于载波的情况下，接通PWM信号，在电压指令值低于载波的情况下，断开矩形脉冲波。或者，也可以利用空间矢量PWM。开关控制部37将与3相各相的矩形脉冲波相对应的控制信号输出至逆变器20，来使逆变器20的各开关元件通断。
1-3-2.交链磁通前馈控制
在本实施方式中，二轴电压指令计算部35构成为进行交链磁通前馈控制，所述交链磁通前馈控制根据dq轴的交链磁通指令值Ψdo、Ψqo来计算dq轴的电压指令值Vdo、Vqo。
1-3-2-1.电流前馈控制的课题
＜基于电流的电压方程式＞
在现有的电流反馈控制中，如下式所示，关于dq轴的电流Id、Iq，基于线性化的电压方程式来设计反馈控制系统。
[数学式1]
Figure BDA0003489622190000101
这里，Vd是d轴电压，Vq是q轴电压，Id是d轴的电流，Iq是q轴的电流，ω是转子的电气角速度，R是绕组的电阻值，Ld是d轴的电感，Lq是q轴的电感，Ψa是永磁体所产生的交链磁通。
＜现有的电流前馈控制器＞
基于式(1)所设计出的专利文献1的式(5)至式(8)所记载的现有的电流前馈控制器如下式那样。
[数学式2]
Figure BDA0003489622190000102
在现有的式(2)中，使用了对dq轴的电流指令值Ido、Iqo进行一次延迟的规范响应的响应延迟处理后的dq轴的电流规范响应值。s是拉普拉斯算子，Tr是一次延迟的时间常数。
＜交链磁通的dq轴的电流的相互依赖性所造成的问题＞
然而，在产生磁阻转矩的旋转电机中，存在由具有非线性的磁饱和特性的转子铁心(电磁钢板)所产生的交链磁通分量。因此，准确地说来，因交链磁通的变化而产生的感应电动势如式(1)的右边的第2项那样，得不到将各轴的电感与电流变化相乘而得的线性的式子，而是存在建模误差。具体而言，d轴的交链磁通Ψd不仅会根据d轴的电流Id而发生变化，还会根据q轴的电流Iq而发生变化，q轴的交链磁通Ψq不仅会根据q轴的电流Iq而发生变化，还会根据d轴的电流Id而发生变化。
因此，如式(2)那样，在利用d轴电感Ld及q轴电感Lq的电流前馈型的控制方法中，虽然能考虑到根据d轴的电流Id而发生变化的d轴的交链磁通Ψd以及根据q轴的电流Iq而发生变化的q轴的交链磁通Ψq，但无法考虑根据q轴的电流Iq而发生变化的d轴的交链磁通Ψd以及根据d轴的电流Id而发生变化的q轴的交链磁通Ψq，因此，存在控制精度下降的问题。
1-3-2-1.交链磁通前馈控制系统的导出
＜使用dq轴交链磁通的电压方程式＞
因此，导出考虑了根据dq轴的电流而相互变化的dq轴的交链磁通的控制系统。若直接利用d轴的交链磁通Ψd及q轴的交链磁通Ψq来表现电压方程式，则如下式那样。
[数学式3]
Figure BDA0003489622190000111
这里，如上所述，在产生磁阻转矩的旋转电机中，d轴的交链磁通Ψd根据d轴的电流Id及q轴的电流Iq而发生变化，因此，d轴的交链磁通Ψd成为d轴的电流Id及q轴的电流Iq的函数(Ψd(Id，Iq))。同样，q轴的交链磁通Ψq根据d轴的电流Id及q轴的电流Iq而发生变化，因此，q轴的交链磁通Ψq成为d轴的电流Id及q轴的电流Iq的函数(Ψq(Id，Iq))。式(1)的永磁体所产生的交链磁通Ψa包含于d轴的交链磁通Ψd。此外，式(3)的右边第1项的绕组电阻值R所引起的电压下降量不会表现在交链磁通中，因此，与式(1)相同，使用了dq轴的电流Id、Iq。因此，式(3)的右边混合有电流和交链磁通。
基于式(3)，对设计交链磁通前馈控制器的情况进行讨论，所述交链磁通前馈控制器对以规范响应来使dq轴的交链磁通前馈性变化的dq轴的电压指令值进行计算。
＜比较例所涉及的前馈控制器＞
作为比较例，如式(4)及式(5)所示，作为式(3)的dq轴的电流Id、Iq，与现有方法相同，考虑使用对dq轴的电流指令值Ido、Iqo进行规范响应的响应延迟处理(在本示例中为一次延迟)后的dq轴的电流规范响应值IdR、IqR，利用前馈控制来计算dq轴的电压指令值Vdo、Vqo。
[数学式4]
Figure BDA0003489622190000121
[数学式5]
Figure BDA0003489622190000122
在这种情况下，在式(5)的右边第2项的完全微分d/dt与式(4)的dq轴的电流指令值Ido、Iqo之间，夹有与dq轴的电流Id、Iq有关的非线性的函数即dq轴的交链磁通Ψd、Ψq的函数。因此，无法对微分运算与基于dq轴的电流的dq轴的交链磁通的运算的运算顺序进行切换。为了进行根据dq轴的电流而发生变化的dq轴的交链磁通Ψd、Ψq的完全微分，需要进行线性近似运算，所述线性近似运算以d轴的电流来对dq轴的交链磁通Ψd、Ψq进行偏微分并以q轴的电流来对dq轴的交链磁通Ψd、Ψq进行偏微分，并将两者的偏微分值相加，运算将变得复杂。另外，即使对dq轴的电流的规范响应进行一次延迟，dq轴的交链磁通的规范响应也不一定会成为一次延迟。由此，无法以规范响应来使交链磁通高精度地变化。
＜本实施方式所涉及的前馈控制器的设计＞
因此，在本实施方式中，如式(6)及式(7)所示，作为式(3)的dq轴的交链磁通Ψd、Ψq，考虑使用对dq轴的交链磁通指令值Ψdo、Ψqo进行规范响应的响应延迟处理(在本示例中为一次延迟)后的dq轴的交链磁通规范响应值ΨdR、ΨqR，利用前馈控制来计算dq轴的电压指令值Vdo、Vqo。
[数学式6]
Figure BDA0003489622190000131
[数学式7]
Figure BDA0003489622190000132
在这种情况下，被完全微分的dq轴的交链磁通规范响应值ΨdR、ΨqR不会根据dq轴的电流Id、Iq而发生变化，而是根据时间t来发生变化，因此，能通过时间微分而非以dq轴的电流进行偏微分的方式来进行运算。另外，能将式(7)的右边第2项的时间微分d/dt替换为拉普拉斯算子s，并且如代入式(6)后而得的下式所示那样，将微分运算与规范响应的响应延迟处理(在本示例中为一次延迟)进行汇总来进行运算，能避免时间微分的运算，并且若如式(8)的第二段所示进行传递函数的等效转换而对运算进行研究，则能高效地进行运算。
[数学式8]
Figure BDA0003489622190000133
在对交链磁通进行规范响应的响应延迟处理的情况下，如式(7)的右边第1项所示，作为dq轴的电流，需要使用与dq轴的交链磁通规范响应值ΨdR、ΨqR对应的dq轴的电流值IdcR、IqcR(以下称为dq轴的规范响应对应电流值IdcR、IqcR)。详细内容将在后文中进行描述，在dq轴的交链磁通规范响应值ΨdR、ΨqR与dq轴的规范响应对应电流值IdcR、IqcR之间，下式成立，利用上述情况，能求出dq轴的规范响应对应电流值IdcR、IqcR。
[数学式9]
Figure BDA0003489622190000141
＜前馈控制器的结构＞
因此，交链磁通规范响应计算部34对dq轴的交链磁通指令值Ψdo、Ψqo进行规范响应的响应延迟处理，来计算dq轴的交链磁通规范响应值ΨdR、ΨqR。在本实施方式中，如式(6)所示，交链磁通规范响应计算部34使用一次延迟的滤波处理来作为规范响应的响应延迟处理。此外，也可以使用二次延迟的滤波处理等各种滤波处理来作为规范响应的响应延迟处理。另外，在各式中，使用拉普拉斯算子s来进行表现，但利用公知的方法来进行离散化并安装于控制装置1。
然后，二轴电压指令计算部35基于dq轴的交链磁通规范响应值ΨdR、ΨqR以及电气角速度ω，来对使dq轴的交链磁通Ψd、Ψq前馈性地变化为dq轴的交链磁通规范响应值ΨdR、ΨqR的dq轴的电压指令值Vdo、Vqo进行计算。
根据该结构，在对以规范响应使交链磁通前馈性变化的电压指令值进行计算时，使用了不根据dq轴的电流而发生变化而是根据时间而发生变化的线性的dq轴的交链磁通规范响应值ΨdR、ΨqR，因此，不以dq轴的电流来对dq轴的交链磁通进行偏微分，能进行时间微分、或将时间微分与规范响应的响应延迟处理进行汇总而得的运算等线性系统的运算处理，能抑制运算处理负荷的增加。另外，由于直接使用交链磁通，因此，能防止产生根据dq轴的电流Id、Iq而发生变化的dq轴的交链磁通Ψd、Ψq的非线性的特性的影响，能提高控制精度。
具体而言，如式(7)所示，二轴电压指令计算部35将d轴的交链磁通规范响应值ΨdR的时间微分值、对q轴的交链磁通规范响应值ΨqR乘以电气角速度ω及-1而得的值、以及对与dq轴的交链磁通规范响应值ΨdR、ΨqR对应的d轴的电流值即d轴的规范响应对应电流值IdcR乘以绕组电阻值R而得的值相加，来计算d轴的电压指令值Vdo。另外，二轴电压指令计算部35将q轴的交链磁通规范响应值ΨqR的时间微分值、对d轴的交链磁通规范响应值ΨdR乘以电气角速度ω而得的值、以及对与dq轴的交链磁通规范响应值ΨdR、ΨqR对应的q轴的电流值即q轴的规范响应对应电流值IqcR乘以绕组电阻值R而得的值相加，来计算q轴的电压指令值Vqo。这种情况下的框图如图4所示。
与dq轴的交链磁通规范响应值ΨdR、ΨqR相对应的dq轴的规范响应对应电流值IdcR、IqcR的计算处理的详细情况将在后文中进行描述。此外，在绕组电阻值R较小且式(7)右边第1项的绕组电阻值R的项相比于其它项足够小的情况下，也可以不进行该绕组电阻值R的项的计算处理。在这种情况下，由于不进行后述的反复计算，因此能减小运算处理负荷。
或者，如式(8)的第一段所示，二轴电压指令计算部35也可以对dq轴的交链磁通指令值Ψdo、Ψqo进行将时间微分和规范响应的响应延迟处理进行汇总而得的运算，来计算dq轴的交链磁通规范响应值ΨdR、ΨqR的时间微分值。在这种情况下，也可以使汇总后的传递函数整体离散化，或如式(8)的第二段的示例那样进行等效转换。这种情况下的框图如图5所示。
根据该结构，能避免在最后单独进行时间微分，能利用汇总后的运算，来避免因噪声分量及变动分量而造成运算值过度发生变动。
或者，在规范响应的响应延迟处理是一次延迟的滤波处理的情况下，如式(8)的第二段所示，二轴电压指令计算部35也可以将从d轴的交链磁通指令值Ψdo减去d轴的交链磁通规范响应值ΨdR而得的值除以规范响应的响应延迟处理的时间常数Tr，来计算d轴的交链磁通规范响应值ΨdR的时间微分值，将从q轴交链磁通指令值Ψqo减去q轴的交链磁通规范响应值ΨqR而得的值除以规范响应的响应延迟处理的时间常数Tr，来计算q轴的交链磁通规范响应值ΨqR的时间微分值。这种情况下的框图如图6所示。
根据该结构，能利用从dq轴的交链磁通指令值减去dq轴的交链磁通规范响应值这样简单的处理，来计算dq轴的交链磁通规范响应值的时间微分值，能减小运算处理负荷，并能防止因噪声分量及变动分量而导致运算值过度发生变动。
＜dq轴的规范响应对应电流值IdcR、IqcR的计算＞
二轴电压指令计算部35基于dq轴的交链磁通规范响应值ΨdR、ΨqR来计算dq轴的规范响应对应电流值IdcR、IqcR。
如上所述，在dq轴的交链磁通规范响应值ΨdR、ΨqR与dq轴的规范响应对应电流值IdcR、IqcR之间，式(9)成立，利用上述情况，能求出dq轴的规范响应对应电流值IdcR、IqcR。
因此，二轴电压指令计算部35使用以dq轴的电流值Id、Iq为输入值并以d轴的交链磁通Ψd为输出值的d轴的电流交链磁通特性数据Ψd(Id、Iq)、以及以dq轴的电流值Id、Iq为输入值并以q轴的交链磁通Ψq为输出值的q轴的电流交链磁通特性数据Ψq(Id、Iq)，利用反复计算来对与dq轴的交链磁通规范响应值ΨdR、ΨqR相对应的dq轴的规范响应对应电流值IdcR、IqcR进行搜索。
根据该结构，考虑了根据dq轴的电流Id、Iq而发生变化的dq轴的交链磁通Ψd、Ψq的非线性的特性，因此，能提高dq轴的规范响应对应电流值IdcR、IqcR的计算精度，并提高控制精度。另外，由于未使用dq轴的电流交链磁通特性数据以外的特性数据，因此，能抑制存储装置91的存储容量的增加。
作为反复计算，能使用以牛顿法等为代表的各种方法。然而，若使用如牛顿法那样为了收敛于最优解而利用梯度信息的方法，则需要dq轴的交链磁通相对于dq轴的电流值的梯度信息的特性数据或运算，运算处理变得复杂。因此，也可以使用Nelder-Mead法等不用交链磁通相对于电流值的梯度信息的反复计算的方法。
使用映射数据或高次函数(例如多项式、神经网络)等来作为d轴及q轴的电流交链磁通特性数据，并将其预先存储在ROM、EEPROM等存储装置91中。
具体而言，如图7的流程图所示，在步骤S01中，二轴电压指令计算部35对本次的dq轴的规范响应对应电流值的候补值IdcRc、IqcRc的初始值进行设定。dq轴的规范响应对应电流值IdcR、IqcR以与规范响应的响应延迟同等的响应延迟连续地变化。由此，只要将上次搜索到的dq轴的规范响应对应电流值IdcR、IqcR设定为本次搜索的dq轴的规范响应对应电流值的候补值IdcRc、IqcRc的初始值即可。能降低反复次数，能减小运算负荷。另外，dq轴的规范响应对应电流值IdcR、IqcR具有规范响应的响应延迟而发生变化，上次的搜索值与本次的搜索值之差不会变大，因此，反复次数可以较少。
然后，在步骤S02中，二轴电压指令计算部35参照d轴及q轴的电流交链磁通特性数据，来对与当前的dq轴的规范响应对应电流值的候补值IdcRc、IqcRc相对应的d轴的交链磁通的候补值Ψdc及q轴的交链磁通的候补值Ψqc进行计算。
然后，在步骤S03中，二轴电压指令计算部35在步骤S02中所计算出的d轴及q轴的交链磁通的候补值Ψdc、Ψqc足够接近dq轴的交链磁通规范响应值ΨdR、ΨqR的情况下(例如，在残差范数Nrm为判定值以下的情况下)，或者在反复次数达到上限次数的情况下，前进至步骤S05来结束反复计算，在除此以外的情况下，前进至步骤S04来继续进行反复计算。如下式所示，设残差范数Nrm为d轴的交链磁通的候补值Ψdc与d轴的交链磁通规范响应值ΨdR的偏差的平方值、和q轴的交链磁通的候补值Ψqc与q轴的交链磁通规范响应值ΨqR的偏差的平方值的合计值。
[数学式10]
Nrm＝(Ψdc-ΨdR)2+(Ψqc-ΨqR)2...(10)
在步骤S04中，二轴电压指令计算部35基于步骤S02中所计算出的d轴的交链磁通的候补值Ψdc及q轴的交链磁通的候补值Ψqc，来使dq轴的规范响应对应电流值的候补值IdcRc、IqcRc发生变化，然后返回至步骤S02。作为候补值的变化方法，可使用牛顿法、Nelder-Mead法等各种方法。由于各方法是公知的，因此省略说明。
另一方面，在步骤S05中，二轴电压指令计算部35将当前的dq轴的规范响应对应电流值的候补值IdcRc、IqcRc作为最终的dq轴的规范响应对应电流值IdcR、IqcR来进行计算，并结束处理。
或者，二轴电压指令计算部35也可以参照以dq轴的交链磁通Ψd、Ψq为输入值并以d轴的电流值Id为输出值的d轴的交链磁通电流特性数据Id(Ψd、Ψq)、以及以dq轴的交链磁通Ψd、Ψq为输入值并以q轴的电流值Iq为输出值的q轴的交链磁通电流特性数据Iq(Ψd、Ψq)，来对与dq轴的交链磁通规范响应值ΨdR、ΨqR相对应的dq轴的规范响应对应电流值IdcR、IqcR进行计算。
根据该结构，考虑了根据dq轴的电流Id、Iq而发生变化的dq轴的交链磁通Ψd、Ψq的非线性的特性，因此，能提高dq轴的规范响应对应电流值IdcR、IqcR的计算精度，并提高控制精度。虽然需要预先设定成为dq轴的电流交链磁通特性数据的逆特性的dq轴的交链磁通电流特性数据，并将其存储在存储装置91中，但由于无需反复计算，因此，能大幅减小运算处理负荷。
使用映射数据或高次函数(例如多项式、神经网络)等来作为d轴及q轴的交链磁通电流特性数据，并将其预先存储在ROM、EEPROM等存储装置91中。
＜总结、转用例＞
如上所述，构成为基于dq轴的交链磁通规范响应值ΨdR、ΨqR来对使dq轴的交链磁通Ψd、Ψq前馈性变化的dq轴的电压指令值Vdo、Vqo进行计算。由此，在不存在干扰及建模误差的情况下，能以规范响应来使dq轴的交链磁通及dq轴的电流值发生变化。另外，根据dq轴的交链磁通及dq轴的电流值而产生的转矩也会成为接近规范响应的希望的响应。
在该前馈控制器中，无需电流传感器，因此，能抑制与电流传感器相对应的成本。此外，不将电流传感器的检测电流值用于控制，因此，不存在检测电流值中所产生的延迟及噪声等的影响。
此外，也可以设置对流过3相绕组的电流进行检测的电流传感器，并基于电流检测值来进行反馈控制。在这种情况下，将由反馈控制所产生的dq轴的电压指令值Vdofb、Vqofb与由上述前馈控制所产生的dq轴的电压指令值Vdo、Vqo相加，来对最终的dq轴的电压指令值Vdo、Vqo进行计算。作为反馈控制，控制装置1基于磁极位置θ来对3相的电流检测值Iur、Ivr、Iwr进行3相2相转换及旋转坐标转换，以计算dq轴的电流检测值Idr、Iqr，并使dq轴的反馈电压指令值Vdofb、Vqofb发生变化，以使得dq轴的电流检测值Idr、Iqr接近dq轴的规范响应对应电流值IdcR、IqcR。或者，与日本专利特许第6687228号同样地，控制装置1利用dq轴的电流交链磁通特性数据，基于dq轴的电流检测值Idr、Iqr来计算dq轴的交链磁通检测值Ψdr、Ψqr，并使dq轴的反馈电压指令值Vdofb、Vqofb发生变化，以使得dq轴的交链磁通检测值Ψdr、Ψqr接近dq轴的交链磁通规范响应值ΨdR、ΨqR。若再结合反馈，则能提高对干扰及建模误差的鲁棒性。另外，也可以对dq轴的电压指令值Vdo、Vqo加上高频分量等其它分量。
2.实施方式2
接着，对实施方式2所涉及的控制装置1进行说明。对与上述实施方式1相同的结构部分省略说明。本实施方式所涉及的交流旋转电机2及控制装置1的基本结构及处理与实施方式1相同。在实施方式1中，对交链磁通前馈控制器进行了设计，所述交链磁通前馈控制器对以规范响应来使dq轴的交链磁通Ψd、Ψq前馈性变化的dq轴的电压指令值Vdo、Vqo进行计算。然而，本实施方式中，对在实施方式1中作为比较例进行了说明的电流前馈控制器进行设计，所述电流前馈控制器对以规范响应来使dq轴的电流值Id、Iq前馈性变化的dq轴的电压指令值Vdo、Vqo进行计算。
在本实施方式中，如图8的框图所示，将实施方式1的交链磁通指令计算部33变更为电流指令计算部38，将交链磁通规范响应计算部34变更为电流规范响应计算部39，二轴电压指令计算部35的结构与实施方式1不同。
＜电流指令计算部38＞
电流指令计算部38对dq轴的旋转坐标系上的d轴的电流指令值Ido及q轴的电流指令值Iqo进行计算。在本实施方式中，电流指令计算部38基于目标转矩、电源电压VDC以及电气角速度ω等，利用最大转矩电流控制、弱磁通控制以及Id＝0控制等电流矢量控制方法，来对dq轴的电流指令值Ido、Iqo进行计算。目标转矩可以从外部装置进行传输，也可以在控制装置1内进行运算。
＜电流规范响应计算部39＞
电流规范响应计算部39对dq轴的电流指令值Ido、Iqo进行规范响应的响应延迟处理，来计算dq轴的电流规范响应值IdR、IqR。本实施方式中，如与式(4)相同的下式所示，电流规范响应计算部39使用一次延迟的滤波处理来作为规范响应的响应延迟处理。此外，也可以使用二次延迟的滤波处理等各种滤波处理来作为规范响应的响应延迟处理。
[数学式11]
Figure BDA0003489622190000211
＜本实施方式所涉及的前馈控制器的设计＞
式(5)的右边第2项的dq轴的交链磁通Ψd、Ψq是与dq轴的电流Id、Iq相关的非线性的函数，因此，无法直接进行时间微分。因此，如下式所示，需要分别对式(5)的右边第2项的交链磁通Ψd、Ψq进行线性近似运算，所述线性近似运算对d轴的电流规范响应值IdR进行偏微分，并对q轴的电流规范响应值IqR进行偏微分，然后相加。
[数学式12]
Figure BDA0003489622190000212
式(12)的各偏微分如下式那样。
[数学式13]
Figure BDA0003489622190000213
将式(13)的右边的各项称为微分电感。微分电感也与dq轴的交链磁通Ψd、Ψq同样地，是d轴的电流Id及q轴的电流Iq的函数。将式(12)及式(13)代入式(5)，从而获得使用了四个微分电感Ldd、Ldq、Lqd、Lqq的下式的电压方程式。由此，虽然需要准备四个微分电感的特性数据，但能抑制运算负荷的增加。另外，能以规范响应使dq轴的电流高精度地变化。
[数学式14]
Figure BDA0003489622190000221
在这种情况下，dq轴的电流规范响应值IdR、IqR根据时间而变化，因此，能进行时间微分。另外，能将式(14)的右边第2项的时间微分d/dt替换为拉普拉斯算子s，并如代入式(11)而得的下式所示，将微分运算与规范响应的响应延迟处理(在本示例中为一次延迟)进行汇总来进行运算，能避免时间微分的运算，并且若如式(15)的第二段所示那样进行传递函数的等效转换而对运算进行研究，则能高效地进行运算。
[数学式15]
Figure BDA0003489622190000222
＜前馈控制器的结构＞
因此，在本实施方式中，对应于式(14)的右边第三项，二轴电压指令计算部35基于dq轴的电流规范响应值IdR、IqR来计算dq轴的规范响应对应交链磁通ΨdcR、ΨqcR。
本实施方式中，二轴电压指令计算部35参照以dq轴的电流值Id、Iq为输入值并以d轴的交链磁通Ψd为输出值的d轴的电流交链磁通特性数据Ψd(Id、Iq)、以及以dq轴的电流值Id、Iq为输入值并以q轴的交链磁通Ψq为输出值的q轴的电流交链磁通特性数据Ψq(Id、Iq)，来对与dq轴的电流规范响应值IdR、IqR相对应的dq轴的交链磁通即dq轴的规范响应对应交链磁通ΨdcR、ΨqcR进行计算。
[数学式16]
Figure BDA0003489622190000231
如上所述，使用映射数据或高次函数(例如多项式、神经网络)等来作为d轴及q轴的电流交链磁通特性数据，并将其预先存储在ROM、EEPROM等存储装置91中。
二轴电压指令计算部35基于dq轴的电流规范响应值IdR、IqR来计算dq轴的规范响应对应交链磁通ΨdcR、ΨqcR。二轴电压指令计算部35基于dq轴的电流规范响应值IdR、IqR、dq轴的规范响应对应交链磁通ΨdcR、ΨqcR、以及电气角速度ω，来对使dq轴的电流Id、Iq前馈性变化为dq轴的电流规范响应值IdR、IqR的dq轴的旋转坐标系上的dq轴的电压指令值Vdo、Vqo进行计算。
根据该结构，根据dq轴的电流规范响应值IdR、IqR、以及基于dq轴的电流规范响应值IdR、IqR而计算出的dq轴的规范响应对应交链磁通ΨdcR、ΨqcR，来对dq轴的电压指令值Vdo、Vqo进行计算。由此，能进行基于dq轴的电流规范响应值IdR、IqR的线性系统的运算处理，能对进行时间微分、或将时间微分与规范响应的响应延迟处理进行汇总而得的运算等的运算处理负荷的增加进行抑制，并能提高运算精度。另外，由于使用了dq轴的电流规范响应值IdR、IqR，因此，能以规范响应使dq轴的电流高精度地变化。
具体而言，如式(14)所示，二轴电压指令计算部35将对以d轴的电流来对d轴的交链磁通进行偏微分而得的d轴电流微分d轴电感Ldd乘以d轴的电流规范响应值IdR的时间微分值而得的值、对以q轴的电流来对d轴的交链磁通进行偏微分而得的q轴电流微分d轴电感Ldq乘以q轴的电流规范响应值IqR的时间微分值而得的值、对q轴的规范响应对应交链磁通ΨqcR乘以电气角速度ω及-1而得的值、以及对d轴的电流规范响应值IdR乘以绕组电阻值R而得的值相加，来计算d轴的电压指令值Vdo。另外，二轴电压指令计算部35将对以d轴的电流来对q轴的交链磁通进行偏微分而得的d轴电流微分q轴电感Lqd乘以d轴的电流规范响应值IdR的时间微分值而得的值、对以q轴的电流来对q轴的交链磁通进行偏微分而得的q轴电流微分q轴电感Lqq乘以q轴的电流规范响应值IqR的时间微分值而得的值、对d轴的规范响应对应交链磁通ΨdcR乘以电气角速度ω而得的值、以及对q轴的电流规范响应值IqR乘以绕组电阻值R而得的值相加，来计算q轴的电压指令值Vqo。这种情况下的框图如图9所示。
此外，在绕组电阻值R较小且式(14)右边第1项的绕组电阻值R的项相比于其它项足够小的情况下，也可以不进行该绕组电阻值R的项的计算处理。
在本实施方式中，如式(13)所示，二轴电压指令计算部35参照以dq轴的电流值Id、Iq为输入值并以d轴电流微分d轴电感Ldd为输出值的d轴电流微分d轴电感特性数据Ldd(Id、Iq)、以dq轴的电流值Id、Iq为输入值并以q轴电流微分d轴电感Ldq为输出值的q轴电流微分d轴电感特性数据Ldq(Id、Iq)、以dq轴的电流值Id、Iq为输入值并以d轴电流微分q轴电感Lqd为输出值的d轴电流微分q轴电感特性数据Lqd(Id、Iq)、以及以dq轴的电流值Id、Iq为输入值并以q轴电流微分q轴电感Lqq为输出值的q轴电流微分q轴电感特性数据Lqq(Id、Iq)，来对与dq轴的电流规范响应值IdR、IqR相对应的d轴电流微分d轴电感Ldd、q轴电流微分d轴电感Ldq、d轴电流微分q轴电感Lqd、以及q轴电流微分q轴电感Lqq进行计算。
使用映射数据或高次函数(例如多项式、神经网络)等来作为d轴电流微分d轴电感特性数据、q轴电流微分d轴电感特性数据、d轴电流微分q轴电感特性数据、q轴电流微分q轴电感特性数据，并将其预先存储在ROM、EEPROM等存储装置91中。
或者，如式(15)的第一段所示，二轴电压指令计算部35也可以对dq轴的电流指令值Ido、Iqo进行将时间微分和规范响应的响应延迟处理进行汇总而得的运算，来计算dq轴的电流规范响应值IdR、IqR的时间微分值。在这种情况下，也可以对汇总后的传递函数整体进行离散化，或如式(15)的第二段的示例那样进行等效转换。这种情况下的框图如图10所示。
根据该结构，能避免在最后单独进行时间微分，能利用汇总后的运算，来避免因噪声分量及变动分量而造成运算值过度发生变动。
或者，在规范响应的响应延迟处理是一次延迟的滤波处理的情况下，如式(15)的第二段所示，二轴电压指令计算部35也可以将从d轴的电流指令值Ido减去d轴的电流规范响应值IdR而得的值除以规范响应的响应延迟处理的时间常数Tr，来计算d轴的电流规范响应值IdR的时间微分值，将从q轴的电流指令值Iqo减去q轴的电流规范响应值IqR而得的值除以规范响应的响应延迟处理的时间常数Tr，来计算q轴的电流规范响应值IqR的时间微分值。这种情况下的框图如图11所示。
根据该结构，能利用从dq轴的电流指令值减去dq轴的电流规范响应值这样简单的处理，来计算dq轴的电流规范响应值的时间微分值，能减小运算处理负荷，并能防止因噪声分量及变动分量而导致运算值过度发生变动。
＜总结、转用例＞
如上所述，构成为基于dq轴的电流规范响应值IdR、IqR来对使dq轴的电流值Id、Iq前馈性变化的dq轴的电压指令值Vdo、Vqo进行计算。由此，在不存在干扰及建模误差的情况下，能以规范响应来使dq轴的电流值及dq轴的交链磁通变化。另外，根据dq轴的电流值及dq轴的交链磁通而产生的转矩也成为接近规范响应的希望的响应。
在该前馈控制器中，无需电流传感器，因此，能抑制与电流传感器相对应的成本。此外，不将电流传感器的检测电流值用于控制，因此，不存在检测电流值中所产生的延迟及噪声等的影响。
此外，也可以设置对流过3相绕组的电流进行检测的电流传感器，并基于电流检测值来进行反馈控制。在这种情况下，将由反馈控制所产生的dq轴的电压指令值Vdofb、Vqofb与由上述前馈控制所产生的dq轴的电压指令值Vdo、Vqo相加，来对最终的dq轴的电压指令值Vdo、Vqo进行计算。作为反馈控制，控制装置1基于磁极位置θ来对3相的电流检测值Iur、Ivr、Iwr进行3相2相转换及旋转坐标转换，以计算dq轴的电流检测值Idr、Iqr，并使dq轴的反馈电压指令值Vdofb、Vqofb发生变化，以使得dq轴的电流检测值Idr、Iqr接近dq轴的电流规范响应值IdR、IqR。或者，与日本专利特许第6687228号同样地，控制装置1利用dq轴的电流交链磁通特性数据，基于dq轴的电流检测值Idr、Iqr来计算dq轴的交链磁通检测值Ψdr、Ψqr，并使dq轴的反馈电压指令值Vdofb、Vqofb发生变化，以使得dq轴的交链磁通检测值Ψdr、Ψqr接近dq轴的规范响应对应交链磁通ΨdcR、ΨqcR。若再结合反馈，则能提高对干扰及建模误差的鲁棒性。另外，也可以对dq轴的电压指令值Vdo、Vqo加上高频分量等其它分量。
[其它实施方式]
最后，对本申请的其它实施方式进行说明。此外，下面说明的各实施方式的结构并不限于分别单独地进行应用，只要不产生矛盾，也能与其它实施方式的结构相组合来进行应用。
(1)上述各实施方式中，以n＝3的3相的情况为例进行了说明。然而，n可以设定为n＝2、4等2以上的任意自然数。
(2)上述各实施方式中，以设有1组3相绕组及逆变器的情况为例进行了说明。然而，也可以设置2组以上的3相绕组及逆变器，对各组的3相绕组及逆变器进行与各实施方式相同的控制。在这种情况下，在dq轴的电压指令值Vdo、Vqo的计算中，也可以追加考虑了组间的干扰的项。
(3)上述各实施方式中，以埋入磁体型的同步交流旋转电机的情况为例进行了说明。然而，也可以是磁阻型的同步交流旋转电机、励磁绕组型的同步交流旋转电机。或者，也可以是表面磁体型的交流旋转电机。在表面磁体型的情况下，交链磁通的dq轴的电流的相互依赖性较低，但有时也可能不为0，如以上各实施方式那样，利用考虑了交链磁通的dq轴的电流的相互依赖性的控制，能提高控制精度。此外，在与专利文献1相同的讨论中也能对感应电机运用本申请的控制。
(4)在上述各实施方式中，说明了未考虑由磁体温度的变化所引起的电流与交链磁通的关系的变化的情况。然而，也能通过对由温度所引起的交链磁通的变化量进行推测或将其预先作为特性数据而存储于存储装置，并在交链磁通转换时将该交链磁通的变化量与电流相加来考虑由磁体温度的变化所引起的电流与交链磁通的关系的变化。
(5)上述各实施方式中，以使用一次延迟滤波器来作为规范响应的情况为例进行了说明。然而，也可以使用各种滤波器来作为规范响应，也可以如下式那样，使用二次延迟滤波器。
[数学式17]
Figure BDA0003489622190000281
在像这样的情况下，如一次延迟滤波器的式(8)的第二段及式(15)的第二段所示，由于无法进行传递函数的等效转换而替换为代数运算，因此，也可以如下式所示，将微分运算与规范响应的响应延迟处理(在本示例中为二次延迟)进行汇总来进行运算，以对各时间微分进行运算。
[数学式18]
Figure BDA0003489622190000282
在使用了二次延迟滤波器的情况下，与一次延迟滤波器不同，阶跃响应的变化率t＝0为0，因此，转矩的变化率、即加速度的变化率(急动)变得更为连续。因此，在将本结构运用于车载用途的情况下，能进一步抑制急动的不连续变化，因此，不容易导致乘坐感受的恶化。
虽然本申请记载了各种示例性实施方式和实施例，但是在一个或多个实施方式中记载的各种特征、方式和功能不限于特定实施方式的应用，可以单独地或以各种组合来应用于实施方式。因此，可以认为未示例的无数变形例也包含在本申请说明书所公开的技术范围内。例如，设为包括对至少一个构成要素进行变形、追加或省略的情况，以及提取至少一个构成要素并与其他实施方式的构成要素进行组合的情况。

Claims (16)

1.一种交流旋转电机的控制装置，该交流旋转电机的控制装置经由逆变器对具有n相的电枢绕组的交流旋转电机进行控制，n为2以上的自然数，所述交流旋转电机的控制装置的特征在于，包括：
旋转检测部，该旋转检测部对所述交流旋转电机的转子的电气角及电气角速度进行检测或推测；
交链磁通指令计算部，该交链磁通指令计算部对由第一轴及第二轴构成的二轴的旋转坐标系上的第一轴及第二轴的交链磁通指令值进行计算，所述第一轴及第二轴与所述转子的电气角下的旋转同步地进行旋转；
交链磁通规范响应计算部，该交链磁通规范响应计算部对所述第一轴及第二轴的交链磁通指令值进行规范响应的响应延迟处理，来计算第一轴及第二轴的交链磁通规范响应值；
二轴电压指令计算部，该二轴电压指令计算部基于所述第一轴及第二轴的交链磁通规范响应值、以及所述电气角速度，来对使第一轴及第二轴的交链磁通前馈性地变化为所述第一轴及第二轴的交链磁通规范响应值的第一轴及第二轴的电压指令值进行计算；
交流电压指令计算部，该交流电压指令计算部基于所述第一轴及第二轴的电压指令值、以及所述电气角，来对施加于所述n相的电枢绕组的电压指令值即n相的交流电压指令值进行计算；以及
开关控制部，该开关控制部基于所述n相的交流电压指令值，来对所述逆变器所具有的多个开关元件进行通断控制。
2.如权利要求1所述的交流旋转电机的控制装置，其特征在于，
所述二轴电压指令计算部至少将所述第一轴的交链磁通规范响应值的时间微分值、与对所述第二轴的交链磁通规范响应值乘以所述电气角速度及-1而得的值相加，来计算所述第一轴的电压指令值，
至少将所述第二轴的交链磁通规范响应值的时间微分值、与对所述第一轴的交链磁通规范响应值乘以所述电气角速度而得的值相加，来计算所述第二轴的电压指令值。
3.如权利要求2所述的交流旋转电机的控制装置，其特征在于，
所述二轴电压指令计算部对所述第一轴及第二轴的交链磁通指令值进行将时间微分及所述规范响应的响应延迟处理进行汇总而得的运算，来计算所述第一轴及第二轴的交链磁通规范响应值的时间微分值。
4.如权利要求2或3所述的交流旋转电机的控制装置，其特征在于，
所述二轴电压指令计算部将从所述第一轴的交链磁通指令值减去所述第一轴的交链磁通规范响应值而得的值除以所述规范响应的响应延迟处理的时间常数，来计算所述第一轴的交链磁通规范响应值的时间微分值，
将从所述第二轴的交链磁通指令值减去所述第二轴的交链磁通规范响应值而得的值除以所述规范响应的响应延迟处理的时间常数，来计算所述第二轴的交链磁通规范响应值的时间微分值。
5.如权利要求1至4的任一项所述的交流旋转电机的控制装置，其特征在于，
所述二轴电压指令计算部将所述第一轴的交链磁通规范响应值的时间微分值、对所述第二轴的交链磁通规范响应值乘以所述电气角速度及-1而得的值、以及对与所述第一轴及第二轴的交链磁通规范响应值相对应的第一轴的电流值即第一轴的规范响应对应电流值乘以绕组电阻值而得的值相加，来计算所述第一轴的电压指令值，
将所述第二轴的交链磁通规范响应值的时间微分值、对所述第一轴的交链磁通规范响应值乘以所述电气角速度而得的值、以及对与所述第一轴及第二轴的交链磁通规范响应值相对应的第二轴的电流值即第二轴的规范响应对应电流值乘以所述绕组电阻值而得的值相加，来计算所述第二轴的电压指令值，
所述二轴电压指令计算部利用以第一轴及第二轴的电流值为输入值并以第一轴的交链磁通为输出值的第一轴的电流交链磁通特性数据、以及以第一轴及第二轴的电流值为输入值并以第二轴的交链磁通为输出值的第二轴的电流交链磁通特性数据，通过反复计算来对与所述第一轴及第二轴的交链磁通规范响应值相对应的所述第一轴及第二轴的规范响应对应电流值进行搜索。
6.如权利要求5所述的交流旋转电机的控制装置，其特征在于，
所述二轴电压指令计算部进行不使用交链磁通相对于电流值的梯度信息的所述反复计算。
7.如权利要求5或6所述的交流旋转电机的控制装置，其特征在于，
所述二轴电压指令计算部将本次所搜索的所述第一轴及第二轴的规范响应对应电流值的初始值设定为上次所搜索的所述第一轴及第二轴的规范响应对应电流值。
8.如权利要求1至4的任一项所述的交流旋转电机的控制装置，其特征在于，
所述二轴电压指令计算部将所述第一轴的交链磁通规范响应值的时间微分值、对所述第二轴的交链磁通规范响应值乘以所述电气角速度及-1而得的值、以及对与所述第一轴及第二轴的交链磁通规范响应值相对应的第一轴的电流值即第一轴的规范响应对应电流值乘以绕组电阻值而得的值相加，来计算所述第一轴的电压指令值，
将所述第二轴的交链磁通规范响应值的时间微分值、对所述第一轴的交链磁通规范响应值乘以所述电气角速度而得的值、以及对与所述第一轴及第二轴的交链磁通规范响应值相对应的第二轴的电流值即第二轴的规范响应对应电流值乘以所述绕组电阻值而得的值相加，来计算所述第二轴的电压指令值，
所述二轴电压指令计算部参照以第一轴及第二轴的交链磁通为输入值并以第一轴的电流值为输出值的第一轴的交链磁通电流特性数据、以及以第一轴及第二轴的交链磁通为输入值并以第二轴的电流值为输出值的第二轴的交链磁通电流特性数据，来对与所述第一轴及第二轴的交链磁通规范响应值相对应的所述第一轴及第二轴的规范响应对应电流值进行计算。
9.如权利要求1至8的任一项所述的交流旋转电机的控制装置，其特征在于，
所述交链磁通规范响应计算部利用滤波处理来作为所述规范响应的响应延迟处理。
10.一种交流旋转电机的控制装置，该交流旋转电机的控制装置经由逆变器对具有n相的电枢绕组的交流旋转电机进行控制，n为2以上的自然数，所述交流旋转电机的控制装置的特征在于，包括：
旋转检测部，该旋转检测部对所述交流旋转电机的转子的电气角及电气角速度进行检测或推测；
电流指令计算部，该电流指令计算部对由第一轴及第二轴构成的二轴的坐标系即二轴的旋转坐标系上的第一轴及第二轴的电流指令值进行计算，所述第一轴及第二轴与所述转子的电气角下的旋转同步地进行旋转；
电流规范响应计算部，该电流规范响应计算部对所述第一轴及第二轴的电流指令值进行规范响应的响应延迟处理，来计算第一轴及第二轴的电流规范响应值；
二轴电压指令计算部，该二轴电压指令计算部基于所述第一轴及第二轴的电流规范响应值，来计算第一轴及第二轴的规范响应对应交链磁通，基于所述第一轴及第二轴的电流规范响应值、所述第一轴及第二轴的规范响应对应交链磁通、以及所述电气角速度，来对使所述第一轴及第二轴的电流前馈性地变化为所述第一轴及第二轴的电流规范响应值的所述二轴的旋转坐标系上的第一轴及第二轴的电压指令值进行计算；
交流电压指令计算部，该交流电压指令计算部基于所述第一轴及第二轴的电压指令值、以及所述电气角，来对用于施加于所述n相的电枢绕组的n相的交流电压指令值进行计算；以及
开关控制部，该开关控制部基于所述n相的交流电压指令值，来对所述逆变器所具有的多个开关元件进行通断控制。
11.如权利要求10所述的交流旋转电机的控制装置，其特征在于，
所述二轴电压指令计算部至少将以第一轴的电流对第一轴的交链磁通进行偏微分后的第一轴电流微分第一轴电感乘以所述第一轴的电流规范响应值的时间微分值而得的值、以第二轴的电流对第一轴的交链磁通进行偏微分后的第二轴电流微分第一轴电感乘以所述第二轴的电流规范响应值的时间微分值而得的值、以及所述第二轴的规范响应对应交链磁通乘以所述电气角速度及-1而得的值相加，来计算所述第一轴的电压指令值，
至少将以第一轴的电流对第二轴的交链磁通进行偏微分后的第一轴电流微分第二轴电感乘以所述第一轴的电流规范响应值的时间微分值而得的值、以第二轴的电流对第二轴的交链磁通进行偏微分后的第二轴电流微分第二轴电感乘以所述第二轴的电流规范响应值的时间微分值而得的值、以及所述第一轴的规范响应对应交链磁通乘以电气角速度而得的值相加，来计算所述第二轴的电压指令值。
12.如权利要求11所述的交流旋转电机的控制装置，其特征在于，
所述二轴电压指令计算部参照以第一轴及第二轴的电流值为输入值并以所述第一轴电流微分第一轴电感为输出值的第一轴电流微分第一轴电感特性数据、以第一轴及第二轴的电流值为输入值并以所述第二轴电流微分第一轴电感为输出值的第二轴电流微分第一轴电感特性数据、以第一轴及第二轴的电流值为输入值并以所述第一轴电流微分第二轴电感为输出值的第一轴电流微分第二轴电感特性数据、以及以第一轴及第二轴的电流值为输入值并以所述第二轴电流微分第二轴电感为输出值的第二轴电流微分第二轴电感特性数据，来对与所述第一轴及第二轴的电流规范响应值相对应的所述第一轴电流微分第一轴电感、所述第二轴电流微分第一轴电感、所述第一轴电流微分第二轴电感、以及所述第二轴电流微分第二轴电感进行计算。
13.如权利要求10至12的任一项所述的交流旋转电机的控制装置，其特征在于，
所述二轴电压指令计算部对所述第一轴及第二轴的电流指令值进行将时间微分及所述规范响应的响应延迟处理进行汇总而得的运算，来计算所述第一轴及第二轴的电流规范响应值的时间微分值。
14.如权利要求10至13的任一项所述的交流旋转电机的控制装置，其特征在于，
所述二轴电压指令计算部将从所述第一轴的电流指令值减去所述第一轴的电流规范响应值而得的值除以所述规范响应的响应延迟处理的时间常数，来计算所述第一轴的电流规范响应值的时间微分值，
将从所述第二轴的电流指令值减去所述第二轴的电流规范响应值而得的值除以所述规范响应的响应延迟处理的时间常数，来计算所述第二轴的电流规范响应值的时间微分值。
15.如权利要求10至14的任一项所述的交流旋转电机的控制装置，其特征在于，
所述二轴电压指令计算部参照以第一轴及第二轴的电流值为输入值并以第一轴的交链磁通为输出值的第一轴的电流交链磁通特性数据、以及以第一轴及第二轴的电流值为输入值并以第二轴的交链磁通为输出值的第二轴的电流交链磁通特性数据，来对与所述第一轴及第二轴的电流规范响应值相对应的所述第一轴及第二轴的交链磁通即所述第一轴及第二轴的规范响应对应交链磁通进行计算。
16.如权利要求10至15的任一项所述的交流旋转电机的控制装置，其特征在于，
所述电流规范响应计算部利用滤波处理来作为所述规范响应的响应延迟处理。
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