CN116458053A - 旋转电机的控制装置及电动助力转向装置 - Google Patents

旋转电机的控制装置及电动助力转向装置 Download PDF

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CN116458053A CN202080107483.9A CN202080107483A CN116458053A CN 116458053 A CN116458053 A CN 116458053A CN 202080107483 A CN202080107483 A CN 202080107483A CN 116458053 A CN116458053 A CN 116458053A
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Abstract

本申请提供一种旋转电机的控制装置及电动助力转向装置，在不使用电感及转子的交链磁通的信息的情况下，无论旋转角速度的增减如何，都能够适当地增减d轴电流在负方向上的增加量，适当地进行弱磁通。该旋转电机的控制装置(10)在q轴电流指令值(Iqo)为正值的情况下，基于从q轴的电流指令值(Iqo)减去正值的q轴偏移值(ΔIqoff)而得到的偏移q轴电流指令值(Iqoffo)与q轴的电流检测值(Iqs)的偏差(ΔIq_erroff)，使d轴的电流指令值(Ido)变化。

Description

旋转电机的控制装置及电动助力转向装置
技术领域
本申请涉及旋转电机的控制装置及电动助力转向装置。
背景技术
永磁体型的同步旋转电机中，由于永磁体的交链磁通，产生与转子的旋转角速度成比例的感应电压。高速旋转时，若最大施加电压与感应电压之差减少，则所希望的q轴电流无法通电到绕组，输出转矩下降。因此，一般情况下，在高速旋转时使d轴电流在负方向上增加，使绕组产生减弱永磁体的交链磁通的磁通，进行降低感应电压的弱磁通控制。
弱磁通控制的方法有各种方法。专利文献1中，构成为基于q轴电流指令值与q轴电流检测值的偏差来进行比例控制或积分控制，从而使d轴电流增减，进行弱磁通控制。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：日本专利第3559258号
发明内容
发明所要解决的技术问题
在弱磁通控制中，为了前馈地设定最佳的d轴及q轴的电流指令值，需要感应电压的产生所涉及的电感及转子的交链磁通的高精度信息。但在无法获得电感以及转子的交链磁通的高精度信息的情况下，无法前馈地设定最佳的d轴和q轴的电流指令值。或者，在电感以及转子的交链磁通因历时变化或温度特性而变动的情况下，d轴和q轴的电流指令值的设定精度恶化。
另一方面，在专利文献1的技术中，基于q轴电流指令值与q轴电流检测值的q轴电流偏差，通过比例控制或积分控制，使d轴电流指令值增减，因此不使用电感及转子的交链磁通的信息，而计算d轴及q轴的电流指令值。但是，由于旋转角速度的增加，感应电压增加，q轴电流被限制为基于感应电压的电压限制椭圆，在降低的情况下，q轴电流偏差增加，因此使d轴电流向负方向增加，可以进行较高程度的弱磁通。另一方面，由于旋转角速度的减少，感应电压减少，q轴电流不受电压限制椭圆的限制，在q轴电流偏差消失的情况下，q轴电流偏差为0，因此无法减少d轴电流在负方向上的增加量，不能进行适当的弱磁通。另外，在该状态下，由于q轴电流的噪声分量等，d轴电流指令值有可能向预想不到的方向变化。
因此，本申请的目的在于提供一种旋转电机的控制装置及电动助力转向装置，在不使用电感及转子的交链磁通的信息的情况下，无论与旋转角速度的增减如何，都能够适当地增减d轴电流在负方向上的增加量，适当地进行弱磁通。
用于解决技术问题的技术手段
本申请所涉及的旋转电机的控制装置经由功率转换器对具有设有多相绕组的定子和设有永磁体的转子的旋转电机进行控制，该旋转电机的控制装置包括：
电流检测部，该电流检测部检测流过所述多相绕组的电流；
电流坐标转换部，该电流坐标转换部基于转子的旋转角度，将电流检测值转换为由确定为所述转子的磁极位置的方向的d轴和确定为比所述d轴在电气角上前进了90度的方向的q轴所构成的dq轴的旋转坐标系上的d轴的电流检测值和q轴的电流检测值；
电流指令值计算部，该电流指令值计算部计算d轴的电流指令值和q轴的电流指令值；
电压指令值计算部，该电压指令值计算部使d轴的电压指令值和q轴的电压指令值变化，以使得所述d轴的电流检测值接近所述d轴的电流指令值、所述q轴的电流检测值接近所述q轴的电流指令值，并基于所述旋转角度将所述d轴的电压指令值和所述q轴的电压指令值转换为多相的电压指令值；以及
开关控制部，该开关控制部基于所述多相的电压指令值，使所述功率转换器所具有的多个开关元件导通关断，
所述电流指令值计算部在所述q轴的电流指令值为正值的情况下，基于从所述q轴的电流指令值减去正值的q轴偏移值而得到的偏移q轴电流指令值与所述q轴的电流检测值的偏差，使所述d轴的电流指令值变化。
本申请所涉及的电动助力转向装置包括：
旋转电机的控制装置；
所述功率转换器；
所述旋转电机；以及
将所述旋转电机的驱动力传递至车辆的转向装置的驱动力传递机构。
发明效果
根据本申请所涉及的旋转电机的控制装置及电动助力转向装置，在q轴电流被感应电压的电压限制椭圆进行上限限制的情况下，使d轴的电流指令值在负方向上的增加量增减，以使其移动到电压限制椭圆与比q轴的电流指令值降低了q轴偏移值的直线的交点。此时，由于q轴的电流检测值比q轴的电流指令值低了q轴偏移值，因此能够使q轴的电压指令值附着于上限限制值，从而将电压指令值的电压利用率保持为最大。在q轴偏移值比q轴的电流检测值的噪声分量的振幅要大的情况下，即使产生噪声分量，也能使q轴的电压指令值附着于上限限制值，能降低旋转电机的异响和噪音。因此，基于从q轴电流指令值减去q轴偏移值后的偏移q轴电流指令值与q轴的电流检测值的偏差，使d轴的电流指令值变化，由此，在不使用电感及转子的交链磁通的信息的情况下，能够自动地追随因旋转角速度而变化的电压限制椭圆，使d轴电流及q轴电流朝向电压限制椭圆与比q轴的电流指令值降低了q轴偏移值的直线的交点变化，从而适当地进行弱磁通。
附图说明
图1是实施方式1所涉及的旋转电机、功率转换器和控制装置的简要结构图。
图2是实施方式1所涉及的控制装置的简要框图。
图3是实施方式1所涉及的控制装置的硬件结构图。
图4是说明实施方式1所涉及的弱磁通控制的图。
图5是说明比较例所涉及的弱磁通控制的图。
图6是说明比较例所涉及的弱磁通控制的图。
图7是实施方式1所涉及的d轴电流指令值变化部的框图。
图8是说明实施方式1所涉及的Iqo＞0的情况下的控制动作的图。
图9是说明实施方式1所涉及的Iqo＞0的情况下的控制动作的图。
图10是说明实施方式1所涉及的Iqo＞0的情况下的控制动作的图。
图11是说明实施方式1所涉及的Iqo＜0的情况下的控制动作的图。
图12是说明实施方式1所涉及的Iqo＜0的情况下的控制动作的图。
图13是说明实施方式1所涉及的控制动作的时序图。
图14是用于说明实施方式1所涉及的比例增益的设定的框图。
图15是实施方式1所涉及的从q轴电流偏移偏差到q轴的电流检测值为止的开环的传递函数的波特图。
图16是比较例所涉及的从q轴电流偏移偏差到q轴的电流检测值为止的开环的传递函数的波特图。
图17是说明设定实施方式2所涉及的q轴偏移值的偏移值设定数据的图。
图18是实施方式3所涉及的d轴电流指令值变化部的框图。
图19是实施方式4所涉及的电流指令值计算部的框图。
图20是实施方式4所涉及的q轴电流指令值变化部的框图。
具体实施方式
1.实施方式1
参照附图对实施方式1所涉及的旋转电机的控制装置10(以下简称为控制装置10)进行说明。图1是本实施方式所涉及的旋转电机1、功率转换器4和控制装置10的简要结构图。本实施方式中，旋转电机1成为电动助力转向装置100的驱动力源，旋转电机1、功率转换器4和控制装置10构成电动助力转向装置100。
1-1.旋转电机1
旋转电机1包括定子和配置在定子的径向内侧的转子。定子中设置有多相绕组(本示例中为U相、V相、W相的三相绕组Cu、Cv、Cw)。定子设有永磁体，旋转电机1设为永磁体式的同步旋转电机。设为在转子的外周面设有永磁体的表面磁体型。另外，可以设为在转子的内部设有永磁体的嵌入磁体型。三相绕组可以是星形接线，也可以是三角形接线。
转子包括用于检测转子的旋转角度的旋转传感器2。旋转传感器2使用旋转变压器、编码器、MR传感器等。旋转传感器2的输出信号被输入到控制装置10。另外，如后述那样，可以不具备旋转传感器2，而采用基于电流信息来推定角度的无传感器的结构。
1-2.功率转换器4
使用逆变器作为功率转换器4。另外，作为功率转换器4，也可以使用除逆变器以外的功率转换器、例如矩阵转换器。
逆变器4与三相各相对应地设置有3组串联电路(支路)，该串联电路串联连接有与直流电源3的正极侧相连接的正极侧的开关元件SP、以及与直流电源3的负极侧相连接的负极侧的开关元件SN。然后，各相的串联电路中的2个开关元件的连接点连接到对应相的绕组。
具体而言，在U相的串联电路中，U相正极侧的开关元件SPu与U相负极侧的开关元件SNu串联连接，2个开关元件的连接点与U相的绕组Cu连接。在V相的串联电路中，V相正极侧的开关元件SPv与V相负极侧的开关元件SNv串联连接，2个开关元件的连接点与V相的绕组Cv连接。在W相的串联电路中，W的正极侧的开关元件SPw和W相的负极侧的开关元件SNw串联连接，2个开关元件的连接点与W相的绕组Cw连接。平滑电容器5连接在直流电源3的正极侧与负极侧之间。
对于开关元件，使用反向并联连接有二极管的IGBT(Insulated Gate BipolarTransistor：绝缘栅双极型晶体管)、MOSFET(Metal Oxide Semiconductor Field EffectTransistor：金属氧化物半导体场效应晶体管)、反向并联连接有二极管的双极型晶体管等。各开关元件的栅极端子经由栅极驱动电路等连接到控制装置10。各开关元件通过从控制装置10输出的开关信号GPu～GNw来进行导通或关断。
直流电源3向逆变器4输出直流电压Vdc。本实施方式中，直流电压Vdc设为12V。作为直流电源3，只要是电池、DC-DC转换器、二极管整流器、PWM整流器等输出直流电压Vdc的设备，则可以是任意设备。直流电源3设有检测直流电压Vdc的电压传感器，电压传感器的输出信号可以被输入到控制装置10。控制装置10可以使用检测到的直流电压Vdc来进行控制。
设置有用于对流过各相绕组的电流进行检测的电流传感器6。电流传感器6设为分流电阻或霍尔元件等电流传感器。电流传感器6的输出信号被输入到控制装置10。
在本实施方式中，电流传感器6也可以设置于各相的两个开关元件的串联电路。U相电阻Ru、V相电阻Rv和W相电阻Rw串联连接到各相负极侧的开关元件SN的负极侧。三相电阻Ru、Rv、Rw利用放大器21、22、23检测各相的电阻的两端电位差，两端电位差被输入到控制装置10。
另外，电流传感器6可以设置在将各相的两个开关元件的串联电路和各相的线圈连接的电线上。或者，电流传感器可以设置在连接逆变器4和直流电源3的电线上，并利用公知的“母线1分流方式”来检测各相的绕组的电流。
1-3.电动助力转向装置100
电动助力转向装置100包括旋转电机的控制装置10、逆变器4、旋转电机1以及将旋转电机1的驱动力传递到车辆的转向装置102的驱动力传递机构101。
旋转电机1的转子的旋转轴通过驱动力传递机构101与车轮103的转向装置102连结。例如，电动助力转向装置100包括驾驶员朝左右旋转的方向盘104、与方向盘104连结并将方向盘104的转向转矩传递到车轮103的转向装置102的轴105、安装在轴105上并检测方向盘104的转向转矩Ts的转矩传感器106、以及将旋转电机1的旋转轴与轴105连结的蜗轮机构等驱动力传递机构101。转矩传感器106的输出信号被输入到控制装置10(输入电路92)。
1-4.控制装置10
控制装置10经由逆变器4对旋转电机1进行控制。如图2所示，控制装置10包括旋转检测部31、电流检测部32、电流坐标转换部33、电流指令值计算部34、电压指令值计算部35和开关控制部36等。控制装置10的各功能由控制装置10所具备的处理电路来实现。具体而言，控制装置10如图3所示，作为处理电路，包括：CPU(Central Processing Unit：中央处理器)等运算处理装置90(计算机)；与运算处理装置90进行数据的交换的存储装置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。
作为运算处理装置90，可以具备ASIC(Application Specific IntegratedCircuit：专用集成电路)、IC(Integrated Circuit：集成电路)、DSP(Digital SignalProcessor：数字信号处理器)、FPGA(Field Programmable Gate Array：现场可编程门阵列)、各种逻辑电路、以及各种信号处理电路等。此外，作为运算处理装置90，也可以具备多个相同种类或不同种类的运算处理装置来分担执行各处理。作为存储装置91，可以具备构成为能从运算处理装置90读取并写入数据的RAM(Random Access Memory：随机存取存储器)、构成为能从运算处理装置90读取数据的ROM(Read Only Memory：只读存储器)等。输入电路92与旋转传感器2、电流传感器6、转矩传感器106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与对开关元件进行导通关断驱动的栅极驱动电路等电负载相连接，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10所具备的各控制部31～36等的各功能是通过由运算处理装置90执行存储于ROM等存储装置91的软件(程序)，并与存储装置91、输入电路92、以及输出电路93等控制装置10的其他硬件协作来实现的。另外，将各控制部31～36等所使用的内分率、控制增益等设定数据作为软件(程序)的一部分存储于ROM等存储装置91。以下，对控制装置10的各功能进行详细说明。
1-4-1.基本控制
＜旋转检测部31＞
旋转检测部31检测电气角下的转子的磁极位置θ(转子的旋转角度θ)和旋转角速度ω。本实施方式中，旋转检测部31基于旋转传感器2的输出信号来检测转子的磁极位置θ(旋转角度θ)和旋转角速度ω。本实施方式中，磁极位置被设定在设置于转子的永磁体的N极的方向上。旋转角速度ω对旋转角度θ进行微分来计算。另外，旋转检测部31可以构成为基于通过将谐波分量叠加在电流指令值上而得到的电流信息等来推定旋转角度(磁极位置)，而不使用旋转传感器(所谓的无传感器方式)。
<电流检测部32>
电流检测部32基于电流传感器6的输出信号，检测流过3相绕组的电流Ius、Ivs、Iws。电流检测部32基于电流传感器6的输出信号，检测流过U相绕组的电流Ius，检测流过V相绕组的电流Ivs，检测流过W相绕组的电流Iws。另外，电流传感器6可以构成为检测两相的绕组电流，剩余的一相的绕组电流基于两相的绕组电流的检测值来计算。例如，电流传感器6可以检测V相和W相的绕组电流Ivs和Iws，U相的绕组电流Ius通过Ius＝-Ivs-Iws来计算。
<电流坐标转换部33>
电流坐标转换部33基于旋转角度θ将三相绕组的电流检测值Ius、Ivs、Iws转换为d轴的电流检测值Ids和q轴的电流检测值Iqs。本实施方式中，电流坐标转换部33如下式所示那样，基于旋转角度θ对三相绕组的电流检测值Ius、Ivs、Iws进行三相二相转换和旋转坐标转换，从而转换为d轴及q轴的电流检测值Ids、Iqs。
[数学式1]
另外，d轴确定为磁体的磁极(N极)的方向，q轴确定为在电气角上比d轴前进了90度的方向。
＜电压指令值计算部35＞
电压指令值计算部35包括电流控制部351、q轴电压限制部352和电压坐标转换部353。电流控制部351使d轴的电压指令值Vdo和q轴的电压指令值Vqo变化，以使得d轴的电流检测值Ids接近d轴的电流指令值Ido、q轴的电流检测值Iqs接近q轴的电流指令值Iqo。关于电流指令值计算部34进行的d轴和q轴的电流指令值Ido、Iqo的计算，在后文中阐述。例如，电压指令值计算部35如下式所示那样进行比例积分控制。
[数学式2]
这里，Kd、Kq是比例增益，Td、Tq是积分时间，s是拉普拉斯算子。
另外，也可以进行前馈控制以使d轴电流和q轴电流不发生干扰。即，可以将“-ω×Lq×Iqo”与d轴的电压指令值Vdo相加,将 与q轴的电压指令值Vqo相加。Lq是q轴的电感，Ld是d轴的电感，/>是磁体的磁动势与绕组交链的交链磁通。
q轴电压限制部352基于直流电压Vdc和d轴的电压指令值Vdo对q轴的电压指令值Vqo进行限制，以使得三相电压指令值Vuo、Vvo、Vwo不超过与直流电压Vdc相对应的最大施加电压Vdc/Km的范围。例如，如下式所示，q轴电压限制部352对q轴的电压指令值Vqo进行上限限制和下限限制，以使得q轴的电压指令值Vqo不超过基于最大施加电压Vdc/Km和d轴的电压指令值Vdo计算出的上限限制值VqlmtH和下限限制值VqlmtL，并将上限限制和下限限制后的值作为最终的q轴的电压指令值Vqo来计算。
[数学式3]
这里，Km是对应于电压利用率的系数，如下式所示，根据有无三次谐波叠加等调制来设定。
[数学式4]
1)没有调制的情况下，
2)有调制的情况下，···(4)
根据该结构，使d轴的电压指令值Vdo沿着与最大施加电压Vdc/Km对应的电压限制圆优先变化，并使q轴的电压指令值Vqo从属变化。由此，如后述那样，与在弱磁通控制中使d轴的电流指令值Ido优先变化的结构对应地，能使d轴的电压指令值Vdo优先变化，并使d轴电流Id优先变化。
q轴电压限制部352可以对用于q轴的电压指令值Vqo的限制处理的d轴的电压指令值Vdo进行低通滤波处理。d轴的电压指令值Vdo振动，q轴的电压指令值Vqo振动。如上所述，通过对d轴的电压指令值Vdo使用进行了低通滤波处理的值，从而能抑制q轴的电压指令值Vqo的振动，并降低旋转电机的振动和噪音。
电压坐标转换部353基于旋转角度θ将d轴和q轴的电压指令值Vdo和Vqo转换为三相电压指令值Vuo、Vvo和Vwo。本实施方式中，电压坐标转换部353如下式所示那样，基于旋转角度θ对d轴和q轴的电压指令值Vdo、Vqo进行固定坐标转换和二相三相转换，转换成三相电压指令值Vuo、Vvo、Vwo。
[数学式5]
另外，为了提高电压利用率，电压坐标转换部353可以对三相电压指令值Vuo、Vvo、Vwo施加二相调制、三次谐波叠加等公知的调制。
＜开关控制部36＞
开关控制部36基于三相的电压指令值Vuo、Vvo、Vwo，来对逆变器4所具有的多个开关元件进行导通关断。开关控制部36使用公知的载波比较PWM或空间矢量PWM。
当使用载波比较PWM时，开关控制部36将载波与三相的电压指令值Vuo、Vvo、Vwo的每一个进行比较，并基于比较结果使多个开关元件导通关断。载波被设为三角波，其在PWM周期Tc中以0为中心按直流电压的一半值Vdc/2的振幅进行振动。对于各相，开关控制部36在载波低于电压指令值的情况下，使正极侧的开关元件的开关信号GP导通，使正极侧的开关元件导通，在载波CA超过电压指令值的情况下，使正极侧的开关元件的开关信号GP关断，使正极侧的开关元件关断。另一方面，对于各相，开关控制部36在载波低于电压指令值的情况下，使负极侧的开关元件的开关信号GN关断，使负极侧的开关元件关断，在载波CA超过电压指令值的情况下，使负极侧的开关元件的开关信号GN导通，使负极侧的开关元件导通。另外，对于各相，在正极侧的开关元件的导通期间和负极侧的开关元件的导通期间之间，可以设置使正极侧和负极侧的开关元件双方关断的短路防止期间(死区时间)。
在使用空间矢量PWM的情况下，开关控制部36根据三相的电压指令值Vuo、Vvo、Vwo生成电压指令矢量，基于电压指令矢量来决定PWM周期中的七个基本电压矢量的输出时间分配，并基于七个基本电压矢量的输出时间分配来生成在PWM周期中使各开关元件导通关断的开关信号。
1-4-2.电流指令值计算部34
电流指令值计算部34计算d轴的电流指令值Ido和q轴的电流指令值Iqo。本实施方式中，电压指令值计算部34包括基本电流指令值计算部341、d轴电流指令值变化部342、d轴电流指令值限制部343和q轴电流指令值限制部344。
1-4-2-1.基本电流指令值计算部341
基本电流指令值计算部341计算d轴的基本电流指令值Idob和q轴的基本电流指令值Iqob。本实施方式中，基本电流指令值计算部341基于转矩传感器106的输出信号，来检测驾驶员的转向转矩Ts。然后，基本电流指令值计算部341如下式所示那样，基于转向转矩Ts来设定q轴的基本电流指令值Iqob，并将d轴的基本电流指令值Idob设定为0。即，进行Id＝0控制。在Id＝0控制中，d轴的基本电流指令值Idob被设定为0。Id＝0控制适合于本实施方式的表面磁体型的旋转电机。表面磁体型的旋转电机中，d轴电感Ld与q轴电感Lq大致相等，转矩与q轴电流Iq成比例地变化。
[数学式6]
Iqob＝KaTs
Idob＝0···(6)
这里，Ka是常数，但也可以根据转向转矩Ts和车辆的行驶速度等而变化。此外，q轴的基本电流指令值Iqob可以基于与转向状况相对应的公知的补偿控制来设定。
在嵌入磁体型的旋转电机的情况下，也可以通过最大转矩电流控制等其它控制方法来设定d轴和q轴的基本电流指令值Idob、Iqob，以代替Id＝0控制。在最大转矩电流控制中，计算对于同一电流使产生转矩为最大的d轴和q轴的基本电流指令值Idob、Iqob。
1-4-2-2.弱磁通控制
<不使用电感及交链磁通的信息的弱磁通控制的问题>
旋转电机的电压方程式如式(1)那样。
[数学式7]
这里，Vd是d轴的施加电压，Vq是q轴的施加电压，Id是d轴的电流，Iq是q轴的电流，s是拉普拉斯算子，R是绕组电阻，是转子磁体的交链磁通，Ld是d轴电感，Lq是q轴电感。
乘以式(7)的旋转角速度ω的项如下式所示，为绕组中产生的感应电压的项，d轴的感应电压Vdi和q轴的感应电压Vqi随着旋转角速度ω的增加而增加。
[数学式8]
感应电压Vi为下式所示那样，当感应电压Vi接近可施加的最大施加电压Vdc/Km时，可通电的绕组电流量减少，因此旋转电机的转矩减少。
[数学式9]
因此，由式(9)可知，一般通过使d轴电流Id在负方向上增加，从而进行产生抵消转子的交链磁通的磁通，使感应电压Vi减少，并使绕组电流量增加的弱磁通控制。
接着，如下式所示，绕组电流由能流过的绕组电流的最大电流值Imax进行上限限制。在式(10)所示的电流限制圆的范围内，需要控制d轴电流Id、q轴电流Iq。
[数学式10]
Id 2+Iq 2≤Imax 2···(10)
此外，如下式所示，d轴电流Id和q轴电流Iq被限制，以使得感应电压Vi在与可施加的最大施加电压Vdc/Km一致的电压限制椭圆的范围内。
[数学式11]
如图4所示，在弱磁通控制的区域的某个旋转角速度ω下，得到所希望的转矩的d轴电流Id和q轴电流Iq成为电压限制椭圆与q轴的电流指令值Iqo的交点。在q轴的电流指令值Iqo被电流限制圆所限制的情况下，成为电压限制椭圆与电流限制圆的交点。
然而，像以往那样，为了前馈地设定这样的最佳的d轴和q轴的电流指令值，需要与电压限制椭圆有关的d轴和q轴电感Ld、Lq以及转子的交链磁通的高精度信息。但在无法获得电感Ld、Lq以及转子的交链磁通/>的高精度信息的情况下，无法前馈地设定最佳的d轴和q轴的电流指令值。或者，在电感Ld、Lq以及转子的交链磁通/>因历时变化或温度特性而变动的情况下，d轴和q轴的电流指令值的设定精度恶化。
另一方面，专利文献1的技术中，基于q轴电流指令值与q轴电流检测值之间的q轴电流偏差ΔIq_err，通过比例控制或积分控制来使d轴电流指令值增减。在专利文献1的技术中，如果进行积分控制，则如图5所示，考虑在q轴电流偏差ΔIq_err变为0之前，使d轴电流指令值Ido可以沿着电压限制椭圆变化到电压限制椭圆与q轴的电流指令值Iqo的交点为止。但是，这可以认为，由于因旋转角速度ω的增加而导致电压限制椭圆变窄、或者因目标转矩的增加而导致q轴的电流指令值Iqo增加等，d轴电流指令值Ido及q轴电流指令值Iqo位于电压限制椭圆的外侧，在d轴电流及q轴电流被电压限制椭圆限制的状态下，能够较好地发挥作用。另一方面，如图6所示，由于因旋转角速度的减少而导致电压限制椭圆扩大、或者因目标转矩的减少而导致q轴的电流指令值Iqo减少等，d轴电流指令值Ido及q轴电流指令值Ido位于电压限制椭圆的内侧时，d轴电流及q轴电流不受电压限制椭圆的限制，因此q轴电流偏差ΔIq_err保持为0，d轴电流及q轴电流不朝电压限制椭圆与q轴的电流指令值Iqo的交点变化，而是因q轴电流的噪声分量、误差分量而向预想不到的方向变化。
像这样，通过仅基于q轴电流偏差ΔIq_err进行积分控制，使d轴电流指令值Ido变化，从而不使用电感Ld、Lq及交链磁通的信息，因此不能判定d轴及q轴的电流指令值是位于电压限制椭圆的外侧还是内侧，对于旋转角速度ω的增减及目标转矩的增减等运转状态的变化，不能设定使转矩为最大的弱磁通控制的最佳的d轴及q轴的电流指令值。
因此，寻求一种控制装置，在弱磁通控制中，在不使用电感Ld、Lq及转子的交链磁通的信息的情况下，无论旋转角速度ω以及目标转矩的增减如何，都能将d轴电流Id及q轴电流Iq控制在电压限制椭圆与q轴的电流指令值Iqo的交点附近，适当地进行弱磁通，增加转矩。
＜d轴电流指令值变化部342＞
图7中示出d轴电流指令值变化部342的框图。d轴电流指令值变化部342在q轴电流指令值Iqo为正值的情况下，基于从q轴的电流指令值Iqo减去正值的q轴偏移值ΔIqoff而得到的偏移q轴电流指令值Iqoffo与q轴的电流检测值Iqs的偏差ΔIq_erroff(以下称为q轴电流偏移偏差ΔIq_erroff)，使d轴的电流指令值Ido变化。
[数学式12]
1)Iqo＞0的情况下，
Iqoffo＝Iqo-ΔIqoff，ΔIqoff＞0···(12)
ΔIq_erroff＝Iqoffo-Iqs
图7中Iqo、Iqs、ΔIqoff的加减运算的顺序列举了一个示例，无论加减运算的顺序如何，在Iqo＞0的情况下，ΔIq_erroff＝Iqo-Iqs-ΔIqoff成立，在后述Iqo＜0的情况下，ΔIq_erroff＝Iqo-Iqs+ΔIqoff成立的结构当然在本发明的范围内。
根据该结构，在q轴电流被电压限制椭圆进行上限限制的情况下，使d轴的电流指令值Ido在负方向上的增加量增减，以使其移动到电压限制椭圆与比q轴的电流指令值Iqo降低了q轴偏移值ΔIqoff后的直线的交点。在通过电流限制圆限制q轴电流指令值Iqo的情况下，移动到电压限制椭圆与比电流限制圆降低了q轴偏移值ΔIqoff的圆的交点。此时，由于q轴的电流检测值Iqs比q轴的电流指令值Iqo低了q轴偏移值ΔIqoff，因此能使q轴的电压指令值Vqo附着于基于电压限制圆的上限限制值VqlmtH，从而能将电压利用率保持在最大值。此外，在q轴偏移值ΔIqoff比q轴的电流检测值Iqs的噪声分量的振幅要大的情况下，即使产生噪声分量，也能使q轴的电压指令值Vqo附着于上限限制值VqlmtH，从而能降低旋转电机的异响和噪音。
例如，如图8所示，在电压指令值的电压饱和状态下，旋转角速度ω增加时，感应电压增加，q轴电流减少，因此为了维持q轴偏移值ΔIqoff，d轴的电流指令值Ido向负方向增加，移动到因旋转角速度ω的增加而变窄的电压限制椭圆与比q轴的电流指令值Iqo降低了q轴偏移值ΔIqoff的直线的交点。另一方面，如图9所示，在电压指令值的电压饱和状态下，旋转角速度ω减少时，感应电压减少，q轴电流增加，因此为了维持q轴偏移值ΔIqoff，d轴的电流指令值Ido向正方向增加，移动到因旋转角速度ω的降低而扩大的电压限制椭圆与比q轴的电流指令值Iqo降低了q轴偏移值ΔIqoff的直线的交点。因此，不使用电感Ld、Lq及转子的交链磁通的信息，通过仅进行设有q轴偏移值ΔIqoff的反馈控制，能够自动地追随因旋转角速度ω而变化的电压限制椭圆，将d轴电流Id及q轴电流Iq控制为电压限制椭圆与比q轴的电流指令值Iqo降低了q轴偏移值ΔIqoff的直线的交点，适当地进行弱磁通，增加转矩。
另一方面，如图10所示，从q轴的电流指令值Iqo减去q轴偏移值ΔIqoff后的值位于电压限制椭圆的内侧的情况下，q轴电流追随q轴的电流指令值Iqo，因此为了产生q轴偏移值ΔIqoff，d轴的电流指令值Ido向正方向增加，d轴的电流指令值Ido在负方向上的增加量为0，不进行弱磁通控制。
d轴电流指令值变化部342在q轴电流指令值Iqo为正值的情况下，在q轴的电流检测值Iqs低于偏移q轴电流指令值Iqoffo的情况下(ΔIq_erroff＞0)，使d轴的电流指令值Ido减少，当q轴的电流检测值Iqs超过偏移q轴电流指令值Iqoffo时(ΔIq_erroff＜0)，使d轴的电流指令值Ido增加。
d轴电流指令值变化部342基于q轴电流偏移偏差ΔIq_erroff，计算d轴电流指令值变化量ΔIdo，将d轴电流指令值变化量ΔIdo与d轴的基本电流指令值Idob相加，计算d轴的电流指令值Ido。例如，d轴电流指令值变化部342基于q轴电流偏移偏差ΔIq_erroff，进行比例积分控制，并计算d轴电流指令值变化量ΔIdo。
[数学式13]
1)Iqo＞0的情况下，
Ido＝Idob+ΔIdo···(13)
这里，Kpid是设定为正值的d轴电流指令值计算用的比例增益，Tiid是d轴电流指令值计算用的积分时间，s是拉普拉斯算子。关于d轴电流指令值计算用的比例增益Kpid和积分时间Tiid的设定方法将在后文叙述。另外，也可以使用积分控制、比例控制或比例积分微分控制等任意的反馈控制来代替比例积分控制。
<q轴的电流指令值Iqo＜0的情况>
另一方面，d轴电流指令值变化部342在q轴电流指令值Iqo为负值的情况下，基于从q轴的电流指令值Iqo加上正值的q轴偏移值ΔIqoff而得到的偏移q轴电流指令值Iqoffo与q轴的电流检测值Iqs的偏差ΔIq_erroff(q轴电流偏移偏差)，使d轴的电流指令值Ido变化。
[数学式14]
2)Iq0＜0的情况下，
Iqoffo＝Iqo+ΔIqoff，ΔIqoff＞0···(14)
ΔIq_erroff＝Iqoffo-Iqs
根据该结构，在q轴电流被电压限制椭圆进行上限限制的情况下，使d轴的电流指令值Ido在负方向上的增加量增减，以使其移动到电压限制椭圆与比q轴的电流指令值Iqo增加了q轴偏移值ΔIqoff后的直线的交点。在通过电流限制圆限制q轴的电流指令值Iqo的情况下，移动到电压限制椭圆与比电流限制圆增加了q轴偏移值ΔIqoff的圆的交点。此时，由于q轴电流比q轴的电流指令值Iqo高了q轴偏移值ΔIqoff，因此能使q轴的电压指令值Vqo附着于基于电压限制圆的下限限制值VqlmtL，从而能将电压利用率保持在最大值。此外，在q轴偏移值ΔIqoff比q轴的电流检测值Iqs的噪声分量的振幅要大的情况下，即使产生噪声分量，也能使q轴的电压指令值Vqo附着于下限限制值VqlmtL，从而能降低旋转电机的异响和噪音。
例如，如图11所示，在电压指令值的电压饱和状态下，旋转角速度ω增加时，感应电压增加，负的q轴电流增加，因此为了维持q轴偏移值ΔIqoff，d轴电流指令值Ido向负方向增加，移动到因旋转角速度ω的增加而变窄的电压限制椭圆与比q轴的电流指令值Iqo增加了q轴偏移值ΔIqoff的直线的交点。另一方面，如图12所示，在电压指令值的电压饱和状态下，旋转角速度ω减少时，感应电压减少，负的q轴电流减少，因此为了维持q轴偏移值ΔIqoff，d轴的电流指令值Ido向正方向增加，移动到因旋转角速度ω的减少而扩大的电压限制椭圆与比q轴的电流指令值Iqo增加了q轴偏移值ΔIqoff的直线的交点。因此，不使用电感Ld、Lq及转子的交链磁通的信息，通过仅进行设有q轴偏移值ΔIqoff的反馈控制，能够自动地追随因旋转角速度ω而变化的电压限制椭圆，将d轴电流Id及q轴电流Iq控制为电压限制椭圆与比q轴的电流指令值Iqo增加了q轴偏移值ΔIqoff的直线的交点，适当地进行弱磁通，增加负转矩的绝对值。
d轴电流指令值变化部342在q轴电流指令值Iqo为负值的情况下，在q轴的电流检测值Iqs高于偏移q轴电流指令值Iqoffo的情况下(ΔIq_erroff＜0)，使d轴的电流指令值Ido减少，当q轴的电流检测值Iqs低于偏移q轴电流指令值Iqoffo时(ΔIq_erroff＞0)，使d轴的电流指令值Ido增加。
在q轴的电流指令值Iqo为负值的情况下，如下式所示，d轴电流指令值变化部342根据q轴电流偏移偏差ΔIq_erroff进行比例积分控制，计算d轴电流指令值变化量ΔIdo。
[数学式15]
2)Iqo＜0的情况下，
Ido＝Idob+ΔIdo···(15)
＜d轴的电流指令值Ido的上下限限制＞
如下式所示，d轴电流指令值限制部343通过上限限制值IdlmtH对d轴的电流指令值Ido进行上限限制，并通过下限限制值IdlmtL进行下限限制。上限限制值IdlmtH设定为d轴的基本电流指令值Idob。下限限制值IdlmtL设定为用于防止转子的永磁体的不可逆退磁的产生的负的限制值。
[数学式16]
IdlmtH＝Idob，IdlmtL＜0
1)Ido＞IdlmtH的情况下，
Ido＝IdlmtH
2)IdlmtH＞Ido＞IdlmtL的情况下，
Ido＝Ido···(16)
3)IdlmtL＞Ido的情况下，
Ido＝IdlmtL
在旋转角速度ω为基底旋转角速度以下的情况等不需要执行弱磁通控制的区域中，可以强制性设定为Ido＝Idob。
＜q轴电流指令值限制部344＞
q轴电流指令值限制部344基于最大电流值Imax和d轴的电流指令值Ido对q轴的电流指令值Iqo进行限制，以使得提供给三相绕组的电流不超过能提供给三相绕组的最大电流值Imax的范围。例如，如下式所示，q轴电流指令值限制部344对q轴的基本电流指令值Iqob进行上限限制和下限限制，以使得q轴的基本电流指令值Iqob不超过基于最大电流值Iamx和d轴的电流指令值Ido计算出的上限限制值IqlmtH和下限限制值IqlmtL，并将上限限制和下限限制后的值作为q轴的电流指令值Iqo来计算。该限制处理是将d轴和q轴的电流指令值Iqo、Ido限制在最大电流值Imax的电流限制圆的范围内的处理。
[数学式17]
1)Iqob＞IqlmtH的情况下，
Iqo＝IqlmtH
2)IqlmtH＞Iqob＞IqlmtL的情况下，
Iqo＝Iqob···(17)
3)IqlmtL＞Iqob的情况下，
Iqo＝Iqlmtl.
根据该结构，在q轴的基本电流指令值Iqob被限制为与最大电流值Imax对应的电流限制圆的情况下，能使d轴的电流指令值Ido沿着最大电流值Imax所对应的电流限制圆优先变化，并使q轴的电流指令值Iqo从属变化。由此，在弱磁通控制中能使d轴的电流指令值Ido优先变化，并能进行弱磁通量的优化。
＜控制动作＞
参照图13的时序图，说明控制动作。在q轴的基本电流指令值Iqob为小于最大电流值Imax的正的固定值的状态下，到时刻t03为止旋转角速度ω逐渐增加，时刻t03以后，旋转角速度ω逐渐减少。
到时刻t01为止，旋转角速度ω较低，因此，电压限制椭圆扩大，q轴及d轴的电流指令值Iqo、Ido位于电压限制椭圆的内侧，q轴的电流检测值Iqs追随q轴的电流指令值Iqo。因此，q轴电流偏移偏差ΔIq_erroff成为q轴偏移值ΔIqoff的负值，d轴电流指令值变化量ΔIdo增加到0，d轴的电流指令值Ido设定为0，不进行弱磁通控制。
另一方面，在时刻t01以前，随着旋转角速度ω逐渐增加，感应电压逐渐增加，为了将q轴的电流检测值Iqs维持在q轴的电流指令值Iqo，q轴的电压指令值Vqo通过电流反馈控制逐渐增加。
在时刻t01，由于旋转角速度ω的增加，感应电压增加，电压限制椭圆变窄，q轴及d轴的电流指令值Iqo、Ido与电压限制椭圆一致，q轴的电压指令值Vqo达到电压限制圆。并且，从时刻t01到时刻t02之间，q轴及d轴的电流指令值Iqo、Ido成为电压限制椭圆的外侧，被电压限制椭圆限制，q轴的电流检测值Iqs从q轴的电流指令值Iqo逐渐降低。但是，相对于指令值的q轴电流的降低量不超过q轴偏移值ΔIqoff，q轴电流偏移偏差ΔIq_erroff保持为负值，d轴电流指令值变化量ΔIdo保持增加到0。
时刻t02以后，如图13中虚线所示，如果d轴电流指令值变化量ΔIdo保持为0，则相对于指令值的q轴电流的降低量超过q轴偏移值ΔIqoff，q轴电流偏移偏差ΔIq_erroff成为正值，因此为了将q轴电流偏移偏差ΔIq_erroff保持为0，d轴电流指令值变化量ΔIdo从0逐渐减少，d轴的电流指令值Ido从0逐渐减少。此时，由于q轴的电流检测值Iqs比q轴的电流指令值Iqo低了q轴偏移值ΔIqoff，因此能使q轴的电压指令值Vqo附着于基于电压限制圆的上限限制值VqlmtH，从而能将电压利用率保持在最大值。由此，通过使d轴电流指令值Ido向负方向增加，通过弱磁通控制，与图13中虚线表示的ΔIdo＝0的情况相比，能够增加q轴电流，能够增加转矩。因此，在旋转角速度ω增加的情况下，不使用电感Ld、Lq及转子的交链磁通的信息，通过仅进行设有q轴偏移值ΔIqoff的反馈控制，能够自动地追随逐渐变窄的电压限制椭圆，将d轴电流Id及q轴电流Iq控制为电压限制椭圆与比q轴的电流指令值Iqo降低了q轴偏移值ΔIqoff的直线的交点，适当地进行弱磁通，增加转矩。
时刻t03以后，旋转角速度ω逐渐减少，感应电压逐渐增加，电压限制椭圆逐渐扩大。如图13中点划线所示，如果d轴电流指令值变化量ΔIdo保持时刻t03的值，则q轴电流相对于指令值的降低量低于q轴偏移值ΔIqoff，q轴电流偏移偏差ΔIq_erroff成为负值，因此，为了将q轴电流偏移偏差ΔIq_erroff保持为0，d轴电流指令值变化量ΔIdo逐渐增加，d轴的电流指令值Ido逐渐增加。此时，由于q轴的电流检测值Iqs比q轴的电流指令值Iqo低了q轴偏移值ΔIqoff，因此能使q轴的电压指令值Vqo附着于基于电压限制圆的上限限制值VqlmtH，从而能将电压利用率保持在最大值。由此，即使在旋转角速度ω减少的情况下，也不使用电感Ld、Lq及转子的交链磁通的信息，通过仅进行设有q轴偏移值ΔIqoff的反馈控制，能够自动地追随逐渐扩大的电压限制椭圆，将d轴电流Id及q轴电流Iq控制为电压限制椭圆与比q轴的电流指令值Iqo降低了q轴偏移值ΔIqoff的直线的交点，适当地进行弱磁通，增加转矩。
在时刻t04，d轴电流指令值变化量ΔIdo增加到0，d轴的电流指令值Ido设定为0，弱磁通控制结束。然后，在从时刻t04到时刻t05之间，随着旋转角速度ω的增加，感应电压逐渐减少，电压限制椭圆逐渐扩大，相对于指令值的q轴电流的降低量逐渐减少。然后，在时刻t05，q轴及d轴的电流指令值Iqo、Ido与电压限制椭圆一致，q轴的电压指令值Vqo达到电压限制圆。时刻t05以后，q轴及d轴的电流指令值Iqo、Ido成为电压限制椭圆的内侧，q轴的电流检测值Iqs追随q轴的电流指令值Iqo，随着感应电压的降低，q轴的电压指令值Vqo降低。
＜q轴偏移值ΔIqoff的设定>
如上所述，为了使q轴的电流检测值Iqs比q轴的电流指令值Iqo低了或高了q轴偏移值ΔIqoff，d轴电流指令值Ido优先变化，因此，利用q轴电流的反馈控制，能使q轴的电压指令值Vqo附着于基于电压限制圆的上限限制值VqlmtH或下限限制值VqlmtL，能将电压利用率保持在最大值。另一方面，转矩与q轴的电流成比例，q轴的电流检测值Iqs比q轴的电流指令值Iqo低了或高了q轴偏移值ΔIqoff，因此转矩的绝对值降低了q轴偏移值ΔIqoff。为了减小转矩绝对值的降低，希望减小q轴偏移值ΔIqoff。但是，若由于q轴的电流检测值Iqs或q轴的电流指令值Iqo的变动或噪声分量，q轴的电流检测值Iqs超过或低于q轴的电流指令值Iqo,则不能使q轴的电压指令值Vqo始终附着于电压限制圆的上限限制值VqlmtH或下限限制值VqlmtL，不能始终将电压利用率保持为最大值。因此，q轴偏移值ΔIqoff优选设定为大于q轴的电流检测值Iqs或q轴的电流指令值Iqo的变动或噪声分量。
在q轴的电流指令值Iqo的绝对值较小的情况下，若增大q轴偏移值ΔIqoff，则q轴的电流检测值Iqs的正负与q轴的电流指令值Iqo的正负不同，转矩的正负反转。为了防止这种情况，如下式所示，d轴电流指令值变化部342将q轴偏移值ΔIqoff设定为比q轴的电流指令值Iqo的绝对值要小的值。
[数学式18]
ΔIqoff＜|Iqo|＜···(18)
如使用式(26)后述的那样，由每个控制周期的d轴的电流检测值的变化量ΔIds产生的、每个控制周期的q轴的电流检测值的变化量ΔIqs的响应如下式所示。因此，如果q轴的电流检测值的变化量ΔIqs比q轴偏移值ΔIqoff小，则能够使q轴的电压指令值Vqo始终附着于基于电压限制圆的上限限制值VqlmtH或下限限制值VqlmtL。
[数学式19]
这里，控制周期是运算d轴的电流指令值Ido的控制周期。旋转角速度ω只要假定为旋转电机的最大旋转角速度ωmax即可。微分电感项Lq×s由于根据动作条件始终变化和对公式整体的影响微小而被忽略。此外，对于使d轴的电流指令值变化的响应，电流反馈控制的响应足够快，因此能够将d轴的电流检测值的变化量ΔIds置换为每个控制周期的d轴的电流指令值的变化量ΔIdodT。由此，可以将式(19)变更为下式。
[数学式20]
能够预先掌握每个控制周期的d轴的电流指令值的变化量ΔIdodT。因此，d轴电流指令值变化部342以满足式(20)的方式设定q轴偏移值ΔIqoff即可。
此外，如下式所示，优选将q轴偏移值ΔIqoff设定为比叠加在q轴的电流检测值Iqs上的噪声分量的振幅ΔIqns要大的值。即使噪声分量与q轴电流叠加，也能够使q轴的电压指令值Vqo始终附着于基于电压限制圆的上限限制值VqlmtH或下限限制值VqlmtL。
[数学式21]
ΔIqns＜ΔIqoff···(21)
根据q轴的电流检测值Iqs的噪声分量，q轴电流偏移偏差ΔIq_erroff变动，d轴的电流指令值Ido也变动。特别地，比例控制项的变动变大，需要考虑通过比例增益Kpid进行放大。由于d轴电流指令值Ido的变动，q轴的电流指令值Iqo通过电流限制圆成比例地变动。
由此，如下式所示，优选将q轴偏移值ΔIqoff设定为比叠加在q轴的电流检测值Iqs上的噪声分量的振幅ΔIqns乘以d轴电流指令值计算用的比例增益Kpid后的值要大的值。
[数学式22]
KpidΔIqns＜ΔIqoff···(22)
为了降低q轴电流的噪声的影响，也可以对用于计算q轴电流偏移偏差ΔIq_erroff的q轴的电流检测值Iqs进行降低噪声分量的低通滤波处理。低通滤波处理的截止频率只要设定为d轴的电流指令值Ido的计算处理的响应性不恶化即可。
如上所述，例如，d轴电流指令值变化部342只要如式(19)那样，通过q轴的电流指令值Iqo的绝对值，对被设定为满足式(20)、式(21)及式(22)中的任一个以上的q轴偏移值ΔIqoff进行上限限制即可。
＜d轴电流指令值计算用的比例增益Kpid的设定＞
式(13)和式(15)的比例增益Kpid设定为正值即可，但以下对考虑了响应性的优选设定方法进行说明。d轴电流指令值变化部342使d轴电流指令值计算用的比例增益Kpid与旋转角速度ω成反比地变化。本实施方式中，如下式所示，将目标响应角频率ωido除以旋转角速度ω而得的值被设定为比例增益Kpid。目标响应角频率ωido是反馈控制系统的目标响应角频率，其根据q轴电流偏移偏差ΔIq_erroff改变d轴的电流指令值Ido，从而减少q轴电流偏移偏差ΔIq_erroff的绝对值。
[数学式23]
目标响应角频率ωido可以设定为大于R/Lq的值。如果这样设定，则q轴电流偏移偏差ΔIq_erroff收敛的时间(时间常数)比电路的时间常数Lq/R短。由此，在弱磁通控制的区域中，相对于旋转角速度和要求转矩的变化，可以较快地改变d轴和q轴的电流指令值Ido、Iqo，从而改变输出转矩。在如本实施方式那样，旋转电机用作为电动助力转向装置100的辅助用驱动力源的情况下，例如，当目标响应角频率ωido被设定为250[rad/s]到1200[rad/s]之间的值时，有时获得良好的转向感。
式(13)和式(15)的积分时间Tiid例如可以设定为电路的时间常数Lq/R。另外，积分增益为Kpid/Tiid。由此，根据式(23)，积分增益也与旋转角速度ω成反比地变化。例如，积分增益设定为将对目标响应角频率ωido乘以绕组的电阻值R而得的值除以旋转角速度ω和电感Lq后而得的值。
若从式(7)的电压方程式中提取q轴电压Vq的公式，将Vq替换为Vqo，并将Id、Iq替换为Ids、Iqs，则成为下式。
[数学式24]
若对q轴的电流检测值Iqs求解式(24)，则得到下式。
[数学式25]
在执行弱磁通控制时，q轴的电压指令值Vqo成为与基于电压限制圆的上限限制值VqlmtH或下限限制值VqlmtL相一致的状态，因此不考虑基于q轴的电压指令值Vqo的操作的q轴的电流检测值Iqs的控制，而考虑基于d轴的电流检测值Ids的操作的q轴的电流检测值Iqs的控制。由此，若忽略式(25)的Vqo和的项，则式(25)成为下式那样。
[数学式26]
根据式(26)，从d轴的电流检测值Ids到q轴的电流检测值Iqs的传递函数Gp(s)成为下式那样。
[数学式27]
/>
由此，可知d轴的电流检测值Ids的操作所引起的q轴的电流检测值Iqs的变化量与旋转角速度ω成比例地增大。
若使用该传递函数Gp(s)，则控制系统如图14的框图那样来表示。从q轴电流偏移偏差ΔIq_erroff到d轴的电流指令值Ido的传递函数Gc(s)根据式(13)、式(23)成为下式那样。其中，将积分时间Tiid设定为Lq/R。
[数学式28]
从d轴的电流指令值Ido到d轴的电流检测值Ids的传递函数Gd(s)用下式来表示。这里，ωids是d轴的电流反馈控制的目标响应角频率。
[数学式29]
优选为d轴的电流反馈控制的目标响应角频率ωids相比于d轴的电流指令值的目标响应频率ωido设定得足够高。ωids使用式(2)的d轴的比例增益Kd，成为Kd/Ld。由此，d轴的比例增益Kd设定为比ωido×Ld要大的值即可。例如，优选为d轴的比例增益Kd可以设定为比3×ωido×Ld要大的值，更优选为d轴的比例增益Kd可以设定为比5×ωido×Ld要大的值。通过这样设定d轴的比例增益Kd，从而能视为Gd(S)≈1。
[数学式30]
Kd＞ωidoLd
Kd>3ωidoLd···(30)
Kd＞5ωidoLd
如上所述，从q轴电流偏移偏差ΔIq_erroff到q轴的电流检测值Iqs的开环的传递函数Gop(s)用下式来表示。这里，设为d轴电感Ld与q轴电感Lq大致相等，Gd(s)≈1，来进行整理。
[数学式31]
式(31)是单纯的积分特性，不依赖于旋转角速度ω。当描绘波特图时，如图15那样，增益的斜率为-20dB/dec的恒定值，在角频率＝ωido下为0dB。
由此，如下式所示，q轴的电流检测值Iqs的变化相对于q轴的基本电流指令值Iqob的变化的闭环的传递函数Gfb(s)成为具有目标响应角频率ωido的倒数的时间常数的一阶延迟。由此，在弱磁通控制中，如式(23)所示使d轴电流指令值计算用的比例增益Kpid与旋转角速度ω成反比地变化，从而能将q轴的电流检测值Iqs的变化相对于q轴的基本电流指令值Iqob的变化的响应设为不因旋转角速度ω而变动、且具有目标响应角频率ωido的倒数的时间常数的一阶延迟。由此，通过目标响应角频率ωido的设定，从而能得到所希望的转矩的响应性。由此，电动助力转向装置100的转向感得以提高。
[数学式32]
与式(23)不同，对使d轴电流指令值计算用的比例增益Kpid不根据旋转角速度ω变化、而设定为固定值的情况进行说明。该情况下，在式(31)中，不通过比例增益Kpid、利用Gc(s)中存在的1/ω的项来抵消Gp(s)中存在的ω的项，因此，如下式所示，开环的传递函数Gop(s)成为与ω成比例的特性。
[数学式33]
这里，K为常数。若要在ω＝ωmd下得到与式(31)相同的特性，则设定为K＝1/ωmd。如图16中示出ω＝0.5×ωmd、ω＝1×ωmd、ω＝2×ωmd时的波特图那样，若旋转角速度ω从ωmd变动，则响应变动了ω/ωmd倍。在ω＝1×ωmd的情况下，开环的传递函数Gop(s)的响应变为ωido，因此可得到所希望的响应，但在ω＝2×ωmd的情况下，Gop(s)的响应变为2倍，虽然具有响应性变好的优点，但q轴的电流检测值Iqs中包含的噪声分量的反馈量变为2倍，旋转电机的异响有可能增加。另一方面，在ω＝0.5×ωmd的情况下，Gop(s)的响应变为0.5倍，q轴电流的响应性恶化，转矩的响应性恶化。由此，转矩的响应根据旋转角速度ω变动，电动助力转向装置100的转向感有可能恶化。
2.实施方式2
对实施方式2所涉及的控制装置10进行说明。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旋转电机1、功率转换器4及控制装置10的基本结构与实施方式1相同，但q轴偏移值ΔIqoff的设定方法与实施方式1不同。
如实施方式1的图13所示，在从时刻t02到时刻t03的旋转角速度ω增加的情况下，如虚线所示，d轴电流指令值变化量ΔIdo保持为0的情况下的q轴的电流检测值Ids没有限制地降低，q轴电流偏移偏差ΔIq_erroff无限制地增加。由此，基于q轴电流偏移偏差ΔIq_erroff计算出的d轴电流指令值变化量ΔIdo的响应性与旋转角速度ω的增量无关，成为与比例增益Kpid的设定值对应的响应性，没有特别问题。
另一方面，在从时刻t03到时刻t04为止的旋转角速度ω减少的情况下，如点划线所示，d轴电流指令值变化量ΔIdo保持时刻t03的值的情况下的q轴的电流检测值Ids仅增加到q轴的电流指令值Iqo，q轴电流偏移偏差ΔIq_erroff的绝对值被q轴偏移值ΔIqoff进行上限限制。因此，在旋转角速度ω的减少量较大的情况下，q轴电流偏移偏差ΔIq_erroff的绝对值被q轴偏移值ΔIqoff进行上限限制，因此基于q轴电流偏移偏差ΔIq_erroff计算出的d轴电流指令值变化量ΔIdo的响应性比对应于比例增益Kpid的设定值的响应性要低。此外，相对于q轴电流检测值Iqs的变化的d轴电流指令值变化量ΔIdo的响应频率比q轴的电压指令值Vqo的响应频率要低，因此相对于旋转角速度ω的减少引起的感应电压的降低及q轴的电流检测值Iqs的增加，d轴电流指令值变化量ΔIdo的增加延迟，q轴的电流检测值Iqs容易上升。另一方面，如果使d轴电流指令值变化量ΔIdo的响应频率过高，则控制系统的稳定性恶化，因此存在极限。即，旋转角速度ω减少时，若将q轴偏移值ΔIqoff过度设定为较小值，则旋转角速度ω的减少量较大时，d轴电流指令值变化量ΔIdo的响应性恶化。d轴电流指令值变化量ΔIdo的响应性降低时，q轴电流的响应性恶化，转矩的响应性恶化。
因此，在本实施方式中，d轴电流指令值变化部342在旋转角速度ω减少的情况下，与旋转角速度ω增加的情况相比，将q轴偏移值ΔIqoff设定为更大的值。
根据该结构，在旋转角速度ω减少的情况下，使成为q轴电流偏移偏差Iq_erroff的绝对值的上限限制值的q轴偏移值ΔIqoff增加，在旋转角速度ω的减少量较大的情况下，能够抑制d轴电流指令值变化量ΔIdo的响应性恶化，能够防止q轴电流的响应性及转矩的响应性恶化。
在本实施方式中，d轴电流指令值变化部342将每单位时间的旋转角速度的变化量Δω和q轴偏移值ΔIqoff的关系参照预先设定的偏移值设定数据，计算与当前的旋转角速度的变化量Δω对应的q轴偏移值ΔIqoff。如下式所示，d轴电流指令值变化部342从当前的旋转角速度ω(t)减去单位时间Δt前的旋转角速度ω(t-Δt)，计算每单位时间的旋转角速度的变化量Δω。例如，单位时间Δt设定为旋转角速度ω的运算周期的自然整数倍。每单位时间的旋转角速度的变化量Δω相当于旋转角加速度。
[数学式34]
Δω＝ω(t)-ω(t-Δt)···(34)
偏移值设定数据例如如图17所示那样设定。在图17所示的示例中，当旋转角速度的变化量Δω大于阈值ωth时，q轴偏移值ΔIqoff设定为低设定值ΔIqoffL，当旋转角速度的变化量Δω小于阈值ωth时，q轴偏移值ΔIqoff设定为比低设定值ΔIqoffL要大的高设定值ΔIqoffH。阈值ωth设定为0或负值。高设定值ΔIqoffH及低设定值ΔIqoffL设定为固定值，因此即使旋转角速度的变化量Δω在阈值ωth的上侧或下侧增减，也能够抑制q轴电流变动，从而抑制转矩变动。
旋转角速度ω是通过旋转角度θ的微分运算来计算出，故容易变动。因此，无论恒定速度如何，旋转角速度的变化量Δω都容易在0附近变动。如果将阈值ωth设定为负值，则即使旋转角速度的变化量Δω在0附近变动，也能够维持将q轴偏移值ΔIqoff设定为低设定值IqoffL的状态，能够抑制d轴及q轴电流变动。另外，也可以使用进行了低通滤波处理的旋转角速度ω。
3.实施方式3
对实施方式3所涉及的控制装置10进行说明。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旋转电机1、功率转换器4及控制装置10的基本结构与实施方式1相同，但d轴电流指令值变化部342的结构与实施方式1有一部分不同。图18示出本实施方式所涉及的d轴电流指令值变化部342的框图。
首先，说明控制设计的想法。从式(7)的电压方程式中取出q轴电压Vq的公式，将当前的状态表示为下式。
[数学式35]
在弱磁通控制的执行状态下，当q轴的电流指令值Iqo为正值时，q轴的电压指令值Vqo被基于电压限制圆的上限限制值VqlmtH进行上限限制，因此d轴电流仅操作ΔId，q轴的电压指令值Vqo达到基于电压限制圆的上限限制值VqlmtH的状态如下式所示。
[数学式36]
如果从式(36)中减去式(35)而变形，则用于使Vq与VqlmtH的偏差为0的d轴电流的操作量ΔIdffo成为下式。当q轴的电流指令值Iqo为负值时，同样使用下限限制值VqlmtL来导出。
[数学式37]
l)Iqo＞0的情况下，
2)Iqo＜0的情况下，
由此，为了使q轴的电压指令值Vqo与q轴电压指令值的上限限制值VqlmtH或下限限制值VqlmtL一致，通过由式(37)计算出的前馈校正量ΔIdffo校正d轴的电流指令值Ido即可。与偏差相乘的比例增益与旋转角速度ω成反比地变化。由此，在本实施方式中，d轴电流指令值变化部342基于q轴的电压指令值Vqo与q轴的电压指令值的上限限制值VqlmtH或下限限制值VqlmtL的偏差，校正d轴的电流指令值Ido。该校正放置在弱磁通控制的执行区域中执行。也可以对前馈校正量ΔIdffo进行用于降低噪声分量的低通滤波处理。
为了使q轴的电压指令值Vqo变化为上限限制值VqlmtH或下限限制值VqlmtL，可以使d轴的电流指令值Ido前馈地变化，提高响应性。
d轴电流指令值变化部342如下式所示，对d轴的基本电流指令值Idob加上d轴电流指令值变化量ΔIdo及前馈校正量ΔIdffo，计算d轴的电流指令值Ido。
[数学式38]
Ido＝Idob+ΔIdo+ΔIdffo···(38)
d轴电流指令值限制部343对于由式(38)计算出的d轴的电流指令值Ido，与实施方式1同样，通过上限限制值IdlmtH及下限限制值IdlmtL进行上限限制及下限限制。
4.实施方式4
对实施方式4所涉及的控制装置10进行说明。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旋转电机1、功率转换器4及控制装置10的基本结构与实施方式1相同，但与实施方式1的不同点在于，电流指令值计算部34具备q轴电流指令值变化部345。图19表示本实施方式所涉及的电流指令值计算部34的框图，图20表示q轴电流指令值变化部345的框图。
q轴电流指令值变化部345根据从q轴的电流指令值Iqo减去q轴的电流检测值Iqs后的q轴电流偏差，计算q轴电流指令校正值ΔIqo，对校正前的q轴的电流指令值Iqobf加上q轴电流指令校正值ΔIqo，计算q轴的电流指令值Iqo。对于计算q轴电流偏差的q轴的电流指令值Iqo，使用在电流反馈控制中使用的校正后的最终的q轴的电流指令值Iqo，但使用在上次的运算周期中计算出的值。对于校正前的q轴的电流指令值Iqobf，使用式(17)所示的基于电流限制圆的限制后的q轴的电流指令值Iqo。
由于q轴的电流检测值Iqs比q轴的电流指令值Iqo减少或增加了q轴偏移值ΔIqoff，因此输出转矩的绝对值降低了相当于q轴偏移值ΔIqoff的转矩量。因此，如上所述，由于以q轴的电流检测值Iqs比q轴的电流指令值Iqo减少或增加的量，使q轴的电流指令值Iqo增加或减少，因此能够使输出转矩的绝对值不降低。由于基于q轴电流偏差计算q轴电流指令校正值ΔIqo，因此不进行条件判定，能够自动检测q轴电流被电压限制椭圆限制的状态，并进行校正。
q轴电流指令值变化部345计算对q轴电流偏差进行了低通滤波处理后的值，以作为q轴电流指令校正值ΔIqo。例如，作为低通滤波处理，使用一次延迟滤波处理。作为低通滤波处理，也可以使用移动平均处理等其他处理。另外，由于q轴的电流检测值Iqs是振动要素，因此也可以代替对q轴电流偏差进行低通滤波处理，而使用进行了低通滤波处理的q轴的电流检测值Iqs来计算q轴电流偏差。
[数学式39]
Iqo＝Tqobf+ΔIqo
<转用例>
旋转电机1可以设为电动助力转向装置100以外的各种装置的驱动力源。例如，旋转电机1可以设为车轮的驱动力源。
定子还可以设有三相以外的多相(例如，二相、四相)绕组。
定子还可以设有多组(例如两组)三相绕组，与各组的三相绕组相对应地设有功率转换器和控制装置的各个部分。
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，可以认为未例示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。
标号说明
1旋转电机，4功率转换器，10旋转电机的控制装置，31旋转检测部，32电流检测部，33电流坐标转换部，34电流指令值计算部，35电压指令值计算部，36开关控制部，100电动助力转向装置，101驱动力传递机构，Ido d轴的电流指令值，Idob d轴的基本电流指令值，Idsd轴的电流检测值，Imax最大电流值，Iqo q轴的电流指令值，Iqob q轴的基本电流指令值，Iqoffo偏移q轴电流指令值，Iqs q轴的电流检测值，Vdc直流电压，Vdo d轴的电压指令值，Vqo q轴的电压指令值，ΔIdo d轴电流指令值变化量，ωido目标响应角频率。

Claims (17)

1.一种旋转电机的控制装置，经由功率转换器对具有设有多相绕组的定子和设有磁体的转子的旋转电机进行控制，所述旋转电机的控制装置的特征在于，包括：
电流检测部，该电流检测部检测流过所述多相绕组的电流；
电流坐标转换部，该电流坐标转换部基于所述转子的旋转角度，将电流检测值转换为由确定为所述转子的磁极位置的方向的d轴和确定为比所述d轴在电气角上前进了90度的方向的q轴所构成的dq轴的旋转坐标系上的d轴的电流检测值和q轴的电流检测值；
电流指令值计算部，该电流指令值计算部计算d轴的电流指令值和q轴的电流指令值；
电压指令值计算部，该电压指令值计算部使d轴的电压指令值和q轴的电压指令值变化，以使得所述d轴的电流检测值接近所述d轴的电流指令值、所述q轴的电流检测值接近所述q轴的电流指令值，并基于所述旋转角度将所述d轴的电压指令值和所述q轴的电压指令值转换为多相的电压指令值；以及
开关控制部，该开关控制部基于所述多相的电压指令值，使所述功率转换器所具有的多个开关元件导通关断，
所述电流指令值计算部在所述q轴的电流指令值为正值的情况下，基于从所述q轴的电流指令值减去正值的q轴偏移值而得到的偏移q轴电流指令值与所述q轴的电流检测值的偏差，使所述d轴的电流指令值变化。
2.如权利要求1所述的旋转电机的控制装置，其特征在于，
所述电流指令值计算部在所述q轴的电流指令值为正值的情况下，在所述q轴的电流检测值低于所述偏移q轴电流指令值的情况下，使所述d轴的电流指令值减少，在所述q轴的电流检测值超过所述偏移q轴电流指令值的情况下，使所述d轴的电流指令值增加。
3.如权利要求1或2所述的旋转电机的控制装置，其特征在于，
所述电流指令值计算部以使提供给所述多相绕组的电流不超过能够提供给所述多相绕组的最大电流值的范围的方式，基于所述最大电流值及所述d轴的电流指令值，限制所述q轴的电流指令值。
4.如权利要求1至3中任一项所述的旋转电机的控制装置，其特征在于，所述电压指令值计算部以使施加于所述绕组的电压指令值不超过与提供给所述功率转换器的直流电压对应的最大施加电压的范围的方式，基于所述直流电压及所述d轴的电压指令值，限制所述q轴的电压指令值。
5.如权利要求4所述的旋转电机的控制装置，其特征在于，
所述电压指令值计算部对在所述q轴的电压指令值的限制处理中使用的所述d轴的电压指令值进行低通滤波处理。
6.如权利要求1至5中任一项所述的旋转电机的控制装置，其特征在于，所述电流指令值计算部在所述q轴的电流指令值为负值的情况下，基于从所述q轴的电流指令值加上正值的所述q轴偏移值而得到的偏移q轴电流指令值与所述q轴的电流检测值的偏差，使所述d轴的电流指令值变化。
7.如权利要求6所述的旋转电机的控制装置，其特征在于，
所述电流指令值计算部在所述q轴的电流指令值为负值的情况下，在所述q轴的电流检测值超过所述偏移q轴电流指令值的情况下，使所述d轴的电流指令值减少，在所述q轴的电流检测值低于所述偏移q轴电流指令值的情况下，使所述d轴的电流指令值增加。
8.如权利要求1至7中任一项所述的旋转电机的控制装置，其特征在于，所述电流指令值计算部将所述q轴偏移值设定为比所述q轴的电流指令值的绝对值要小的值。
9.如权利要求1至8中任一项所述的旋转电机的控制装置，其特征在于，所述电流指令值计算部在所述转子的旋转角速度减少的情况下，将所述q轴偏移值设定为比所述转子的旋转角速度增加的情况要大的值。
10.如权利要求1至9中任一项所述的旋转电机的控制装置，其特征在于，所述电流指令值计算部在将所述旋转电机的电气角下的最大的旋转角速度设为ωmax，将所述旋转电机的电感设为L，将绕组电阻设为R，将每个控制周期的所述d轴的电流检测值的变化量设为ΔIdodT，将所述q轴偏移值设为ΔIqoff时，以满足
ΔIqoff＞ωmax·L/R·ΔIdodT的方式，对所述q轴偏移值进行设定。
11.如权利要求1至10中任一项所述的旋转电机的控制装置，其特征在于，
所述电流指令值计算部将所述q轴偏移值设定为比与所述q轴的电流检测值叠加的噪声分量的振幅要大的值。
12.如权利要求1至11中任一项所述的旋转电机的控制装置，其特征在于，
所述电流指令值计算部将所述偏移q轴电流指令值与所述q轴的电流检测值的偏差乘以比例增益，计算所述d轴的电流指令值，
所述电流指令值计算部将所述q轴偏移值设定为比与所述q轴的电流检测值叠加的噪声分量的振幅乘以所述比例增益后的值要大的值。
13.如权利要求1至12中任一项所述的旋转电机的控制装置，其特征在于，
所述电流指令值计算部对在所述d轴的电流指令值的计算中使用的所述q轴的电流检测值进行低通滤波处理。
14.如权利要求1至13中任一项所述的旋转电机的控制装置，其特征在于，
所述电流指令值计算部基于所述q轴的电压指令值与所述q轴的电压指令值的限制值的偏差，校正所述d轴的电流指令值。
15.如权利要求1至14中任一项所述的旋转电机的控制装置，其特征在于，
所述电流指令值计算部基于从所述q轴的电流指令值中减去所述q轴的电流检测值后的偏差，计算校正值，将校正前的q轴的电流指令值加上所述校正值，计算所述q轴的电流指令值。
16.如权利要求15所述的旋转电机的控制装置，其特征在于，
所述电流指令值计算部计算对从所述q轴的电流指令值中减去所述q轴的电流检测值后的所述偏差进行低通滤波处理后的值作为所述校正值。
17.一种电动助力转向装置，其特征在于，包括：
权利要求1至16中任一项所述的旋转电机的控制装置；
所述功率转换器；
所述旋转电机；以及
将所述旋转电机的驱动力传递至车辆的转向装置的驱动力传递机构。
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