DE102013207112A1

DE102013207112A1 - Wechselstrommotorsteuerungsgerät

Info

Publication number: DE102013207112A1
Application number: DE102013207112A
Authority: DE
Inventors: Takashi Suzuki; Takeshi Itoh; Hirofumi Kako
Original assignee: Denso Corp
Current assignee: Denso Corp
Priority date: 2012-04-22
Filing date: 2013-04-19
Publication date: 2013-10-24
Also published as: JP2013225993A; US20130278185A1; US9374031B2; JP5541587B2

Abstract

Ein Steuerungsgerät für einen Dreiphasen-Wechselstrommotors weist einen Stromsensor (15) und einen Schätzabschnitt (17) auf. Der Stromsensor erfasst Strom, der durch eine Phase des Motors fließt. Der Schätzabschnitt wiederholt einen Schätzprozess. In dem Stromschätzprozess werden d-Achsen- und q-Achsen-Stromschätzwerte auf der Grundlage des gegenwärtig erfassten Stroms der einen Phase und eines vorhergehenden Stromschätzwerts einer anderen Phase des Motors berechnet, und wird ein gegenwärtiger Stromschätzwert jeder der Sensorphase und der anderen Phase des Wechselstrommotors auf der Grundlage geglätteter Werte der d-Achsen- und q-Achsen-Stromschätzwerte berechnet. Der Stromschätzabschnitt führt den Stromschätzprozess auf der Grundlage eines Phasenverzögerungselements der Sensorphase durch. Das Phasenverzögerungselement ist eine Differenz zwischen dem gegenwärtig erfassten Strom und und einem vorhergehenden Stromschätzwert der einen Phase oder dem vorhergehend erfassten Strom.

Description

Die vorliegende Offenbarung betrifft ein Steuerungsgerät zur Steuerung eines Dreiphasen-Wechselstrommotors durch Verwendung eines Stromsensors, der einen durch eine von drei Phasen des Wechselstrommotors fließenden elektrischen Strom erfasst.
In den letzten Jahren gab es aufgrund gesellschaftlicher Forderungen nach niedrigem Kraftstoffverbrauch und niedrigen Abgasemissionen eine erhöhte Aufmerksamkeit auf ein Elektrofahrzeug oder ein Hybridfahrzeug, das einen Wechselstrom-(AC-)Motor zum Fahren aufweist. Beispielsweise ist in einem Hybridfahrzeug ein Wechselstrommotor mit einer Gleichstrom-(DC-)Leistungsquelle wie einer wiederaufladbaren Batterieeinheit über einen Leistungswandler wie einem Umrichter verbunden. Der Umrichter wandelt eine aus der Gleichstromleistungsquelle zugeführte Gleichspannung in eine Wechselspannung um und treibt den Wechselstrommotor mit der Wechselspannung an.
Ein typisches Steuerungssystem zur Steuerung eines an einem Elektrofahrzeug oder einem Hybridfahrzeug angebrachten Wechselstrommotors verwendet zwei oder drei Stromsensoren zur Erfassung von zwei oder drei der drei Phasen des Wechselstrommotors. Der Wechselstrommotor wird auf der Grundlage der Ausgänge (d. h. Stromerfassungswerte) der Stromsensoren gesteuert. In dieser Bauart eines Motorsteuerungssystem sind zwei oder drei Stromsensoren für einen Wechselstrommotor vorgesehen. Daher können Größe und Kosten des Steuerungssystems erhöht sein.
Die JP-A-2001-145398 offenbart eine Technik zur Verringerung der Anzahl von Stromsensoren in einem Wechselstrommotorsteuerungssystem, wodurch die Kosten des Wechselstrommotorsteuerungssystems verringert werden. In der Technik ist ein Stromsensor zur Erfassung eines Stroms von einer (beispielsweise der U-Phase) von drei Phasen eines Wechselstrommotors vorgesehen. Ein d-Achsen-Stromschätzwert (d. h. ein Erregungsstromkomponentenschätzwert) und ein q-Achsen-Stromschätzwert (d. h. ein Drehmomentstromkomponentenschätzwert) in einem rotierenden Koordinatensystem des Wechselstrommotors werden auf der Grundlage des erfassten Stroms und der vorhergehenden Stromschätzwerte der anderen Phasen (beispielsweise V-Phase und W-Phase) berechnet. Durch ein Verzörgerungsfilter erster Ordnung wird eine Durchschnittsbildung an jeden des d-Achsen-Stromschätzwerts und des q-Achsen-Stromschätzwerts durchgeführt. Die gegenwärtigen Stromschätzwerte der anderen Phasen werden auf der Grundlage der Durchschnittswerte berechnet. Der Wechselstrommotor wird durch Verwendung des q-Achsen-Stromschätzwerts (oder sowohl des d-Achsen-Stromschätzwerts als auch des q-Achsen-Stromschätzwerts) gesteuert.
Die in der JP-A-2001-145398 offenbarten Technik verwendet einen Stromsensor für einen Wechselstrommotor, wodurch größere Kosten des Umrichters verringert werden. Jedoch kann es in Abhängigkeit von den Betriebsbedingungen schwierig oder unmöglich sein, eine adäquate Stromschätzgenauigkeit des Wechselstrommotors zu gewährleisten. Als Ergebnis kann die Genauigkeit des Ausgangsdrehmoments verringert sein, kann eine Stromsteuerung instabil werden, und können Drehmomentvariationen auftreten. Weiterhin kann ein anormaler Strom oder eine anormale Spannung auftreten, und können der Wechselstrommotor und der Umrichter aufgrund des anomalen Stroms oder der anormalen Spannung zerstört werden. Daher ist es wichtig, eine adäquate Stromschätzgenauigkeit des Wechselstrommotors zu gewährleisten. Insbesondere ist es sehr wichtig, eine adäquate Stromschätzgenauigkeit des Wechselstrommotors zu gewährleisten, da das Elektrofahrzeug und das Hybridfahrzeug verschiedene Betriebsbedingungen einschließlich einer Stoppbedingung, einer Hochgeschwindigkeitsfahrbedingung, einer Bedingung ohne Ausgabe von Antriebskraft und einer Nenndrehmomentausgangsbedingung des Wechselstrommotors aufweisen.
Im Hinblick auf das vorstehend beschriebene ist es eine Aufgabe der vorliegenden Offenbarung, ein Steuerungsgerät zur Erhöhung der Stromschätzgenauigkeit in einem Wechselstrommotor durch Verwendung eines Stromsensors bereitzustellen, der einen durch eine der Phasen des Wechselstrommotors fließenden elektrischen Strom erfasst.
Gemäß einer Ausgestaltung der vorliegenden Offenbarung weist ein Steuerungsgerät zur Steuerung eines Dreiphasen-Wechselstrommotors einen Stromsensor und einen Stromschätzabschnitt auf. Der Stromsensor erfasst elektrischen Strom, der durch eine Phase des Wechselstrommotors fließt. Die eine Phase ist als eine Sensorphase definiert. Der Stromschätzabschnitt führt wiederholt einen Stromschätzprozess in einem vorbestimmten Zyklus durch. In dem Stromschätzprozess werden ein d-Achsen-Stromschätzwert und ein q-Achsen-Stromschätzwert in einem rotierenden Koordinatensystem des Wechselstrommotors auf der Grundlage eines gegenwärtigen Stromerfassungswerts der Sensorphase und eines vorhergehenden Stromschätzwerts einer anderen Phase des Wechselstrommotors berechnet. Der gegenwärtige Stromerfassungswert ist als der Strom definiert, der gegenwärtig durch den Stromsensor erfasst wird. In dem Stromschätzprozess wird ein gegenwärtiger Stromschätzwert jeder der Sensorphase und der anderen Phase des Wechselstrommotors auf der Grundlage eines geglätteten d-Achsen-Stromschätzwerts und eines geglätteten q-Achsen-Stromschätzwerts berechnet, in die der d-Achsen-Stromschätzwert und ein q-Achsen-Stromschätzwert jeweils geglättet werden. Der Stromschätzabschnitt führt den Stromschätzprozess auf der Grundlage eines Phasenverzögerungselements der Sensorphase durch. Das Phasenverzögerungselement der Sensorphase ist eine Differenz zwischen dem gegenwärtigen Stromerfassungswert und einem vorhergehenden Stromschätzwert der Sensorphase oder einem vorhergehenden Stromerfassungswert der Sensorphase. Der vorhergehende Stromerfassungswert ist als der Strom definiert, der vorhergehend durch den Stromsensor erfasst worden ist.
Die vorstehenden und anderen Aufgaben, Merkmale und Vorteile der vorliegenden Offenbarung werden anhand der nachfolgenden ausführlichen Beschreibung unter Bezugnahme auf die beiliegenden Zeichnungen deutlich. In den Zeichnungen zeigen:
1 ein Blockschaltbild eines Hybridfahrzeugantriebsystems gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Offenbarung,
2 ein Blockschaltbild eines Wechselstrommotorsteuerungssystems gemäß dem Ausführungsbeispiel,
3 ein Blockschaltbild, das eine Stromregelung eines Wechselstrommotors gemäß dem Ausführungsbeispiel erläutert,
4 ein Blockschaltbild eines Stromschätzabschnitts gemäß dem Ausführungsbeispiel,
5 ein Flussdiagramm einer Stromschätzroutine gemäß dem Ausführungsbeispiel, und
6 eine Darstellung, die Verhalten von d-Achsen- und q-Achsen-Stromschätzwerte veranschaulicht, die durch eine Stromschätzung gemäß dem Ausführungsbeispiel berechnet werden,
7 ein Blockschaltbild, das eine Stromschätzung gemäß einem Vergleichsbeispiel erläutert,
8 eine Darstellung, die Verhalten von d-Achsen- und q-Achsen-Stromschätzwerte veranschaulicht, die durch die Stromschätzung gemäß dem Vergleichsbeispiel berechnet werden,
9 eine Darstellung, die Charakteristiken einer Sinuswelle veranschaulicht,
10A und 10B Darstellungen, die eine Beziehung zwischen einem konstanten Wert k und einem stationären Fehler veranschaulichen, und
11 ein Blockschaltbild eines Elektrofahrzeugantriebssystems gemäß einer Modifikation des Ausführungsbeispiels.
Die Erfinder haben ein Experiment ausgeführt, um zu bestimmen, ob ein Motorsteuerungssystem, das die in der JP-A-2001-145398 offenbarte Technik anwendet, genau eine d-Achsen-Stromschätzwert und einen q-Achsen-Stromschätzwert schätzen kann. Das Experiment wurde aus einem Anfangszustand gestartet, in dem ein d-Achsen-Stromschätzwert und ein q-Achsen-Stromschätzwert unter einer Bedingung Null sind, dass der d-Achsen-Stromwert und der q-Achsen-Stromwert konstant gehalten werden. In dem in dem Experiment verwendeten System werden der d-Achsen-Stromschätzwert und der q-Achsen-Stromschätzwert auf der Grundlage eines durch einen Stromsensor erfassten Stroms von einem der Phasen eines Wechselstrommotors und der vorhergehenden Stromschätzwerte der anderen Phasen des Wechselstrommotors berechnet, und dann werden die Stromschätzwerte der anderen Phasen auf der Grundlage von geglätteten Werten des d-Achsen-Stromschätzwerts und des q-Achsen-Stromschätzwerts berechnet. 8A und 8B zeigen ein Ergebnis des Experiments. Wie es in 8A und 8B gezeigt ist, weichen in dem System, wenn die Drehzahl eines Wechselstrommotors höher wird, die Stromschätzwerte in eine Richtung ab, in der eine Phasenverzögerung größer wird und ein absoluter Wert des Stroms kleiner wird. Das heißt, das Ergebnis des Experiments gibt an, dass ein stationärer Schätzfehler mit einem Anstieg der Drehzahl des Wechselstrommotors ansteigt.
Nach einer genauen Untersuchung des Ergebnisses des Experiments haben die Erfinder gefunden, dass die Erhöhung des stationären Schätzfehlers durch eine Phasenverzögerung der vorhergehenden Stromschätzfehler der anderen Phasen verursacht wird, die zu Berechnung des d-Achsen-Stromschätzwerts und des q-Achsenstromschätzwerts verwendet werden. Insbesondere sind die Stromschätzwerte der anderen Phasen synchron zu einem Rotationswinkel des Wechselstrommotors. Der Rotationswinkel ändert sich zwischen dem vorhergehenden Prozess und dem gegenwärtigen Prozess. Daher sind die vorhergehenden Stromschätzwerte der anderen Phase in der Phase durch die Änderung des Rotationswinkels in Bezug auf den Stromwert verzögert, der gegenwärtig durch den Stromsensor der einen Phase erfasst wird. Daher tritt, wenn der d-Achsen-Stromschätzwert und der q-Achsen-Stromschätzwert durch eine d-q-Transformation auf der Grundlage des gegenwärtig erfassten Stromwerts der einen Phasen und der vorhergehend geschätzten Stromwerte der anderen Phasen berechnet werden, ein Schätzfehler aufgrund der Phasenverzögerung zwischen dem Stromerfassungswert der einen Phase und den Stromschätzwerten der anderen Phasen auf. Der Schätzfehler wird nicht korrigiert und führt zu einem stationären Schätzfehler.
Ein Ausführungsbeispiel der vorliegenden Offenbarung, das auf die vorstehend beschriebene Untersuchung basiert, ist nachstehend unter Bezugnahme auf die Zeichnungen beschrieben. In dem gesamten Ausführungsbeispiel bedeutet der Ausdruck ”Strom” ”elektrischer Strom”. Das heißt, der Ausdruck ”Strom” bedeutet nicht ”gegenwärtig”.
Ein Antriebssystem eines Hybridfahrzeugs gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Offenbarung ist nachstehend unter Bezugnahme auf 1 beschrieben. Eine Brennkraftmaschine 1, ein erster Wechselstrom-(AC-)Motor 13A und ein zweiter Wechselstrommotor 13B sind an dem Fahrzeug angebracht. Räder 2 des Fahrzeugs werden durch eine Antriebskraft des zweiten Wechselstrommotors 13B und eine Antriebskraft angetrieben, die auf eine Rotationswelle des zweiten Wechselstrommotors 13B durch Antrieb des ersten Wechselstrommotors 13A gegen einen Ausgang der Maschine 1 übertragen wird. Eine Kurbelwelle der Maschine 1, eine Rotationswelle des ersten Wechselstrommotors 13A und die Rotationswelle des zweiten Wechselstrommotors 13B sind miteinander durch einen mechanischen Leistungsverteilungsmechanismus 3 (beispielsweise einen Planetengetriebemechanismus) gekoppelt. Die Rotationswelle des zweiten Wechselstrommotors 13B ist über ein Differentialreduktionsgetriebe 4 mit einer Achse 5 des Fahrzeugs gekoppelt. Die Wechselstrommotoren 13A und 13B sind mit einer Gleichstrom-(DC-)Leistungsquelle 11 wie einer wiederaufladbaren Batterieeinheit durch eine Motorsteuerungseinrichtung verbunden. Die Motorsteuerungseinrichtung 6 weist einen Umrichter 12 (siehe 2) und eine Motorsteuerungsschaltung 16 (siehe 2) auf. Den Wechselstrommotoren 13A und 13B werden elektrische Leistung aus der Gleichstromleistungsquelle 11 durch die Motorsteuerungseinrichtung 6 zugeführt.
Eine Antriebskraftberechnungseinrichtung 7 ist durch einen Computer bereitgestellt, der eine Gesamtsteuerung des Fahrzeugs durchführt. Die Antriebskraftberechnungseinrichtung 7 erfasst Betriebsbedingungen des Fahrzeugs auf der Grundlage von Signalen, die aus Sensoren und Schaltern empfangen werden. Beispielsweise kann die Antriebskraftberechnungseinrichtung 7 die Betriebsbedingungen auf der Grundlage eines Bremssignals aus einem (nicht gezeigten) Bremssensor, eines Beschleunigungssignals bzw. Fahrpedalsignals aus einem (nicht gezeigten) Fahrpedalsensor und eines Schaltsignals aus einem (nicht gezeigten) Schalt-Schalters erfassen. Die Antriebskraftberechnungseinrichtung 7 tauscht Steuerungssignale und Datensignale mit einer (nicht gezeigten) Maschinensteuerungseinrichtung, die den Betrieb der Maschine steuert, und einer Motorsteuerungsschaltung 16 (siehe 2) aus, die den Betrieb der Wechselstrommotoren 13A und 13B steuert. Die Antriebskraftberechnungseinrichtung 7 gibt ein Antriebskraftbefehl entsprechend den Betriebsbedingungen des Fahrzeugs aus, wodurch Antriebskräfte der Maschine 1 und der Wechselstrommotoren 13A und 13B gesteuert werden.
Nachstehend ist ein Wechselstrommotorsteuerungssystem, das an dem Fahrzeug angebracht ist, unter Bezugnahme auf 2 beschrieben. Es sei bemerkt, dass ein Motorsteuerungssystem zur Steuerung des Wechselstrommotors 13A im Wesentlichen identisch zu einem Motorsteuerungssystem zur Steuerung des Wechselstrommotors 13b ist. Zur Vereinfachung werden daher die Wechselstrommotoren 13A und 13B gemeinsam als ”Wechselstrommotor 13” bezeichnet, und ist ein Motorsteuerungssystem zur Steuerung des Wechselstrommotors 13 nachstehend beschrieben.
Der Umrichter 12 ist mit der Gleichstromleistungsquelle 11 verbunden. Der Umrichter 12 ist ein spannungsgesteuerter Dreiphasen-Umrichter. Der Wechselstrommotor 13 wird durch den Umrichter 12 angetrieben. Ein Verstärkungswandler (d. h. ein Hochsetzsteller) kann zwischen der Gleichstromleistungsquelle 11 und dem Umrichter 12 angeordnet werden.
Der Wechselstrommotor 13 ist ein Permanentmagnet-Dreiphasen-Synchronmotor, der einen in einem Rotor eingebauten Permanentmagneten aufweist. Der Wechselstrommotor 13 weist einen Rotorpositionssensor 14 zur Erfassung einer Rotationsposition des Rotors auf. Der Wechselstrommotor 13 ist mit einem Stromsensor 15 zur Erfassung eines elektrischen Stroms versehen, der durch eine (die nachstehend als die ”Sensorphase” bezeichnet ist) der Phasen des Wechselstrommotors 13 fließt. Gemäß dem Ausführungsbeispiel ist die Sensorphase eine W-Phase und erfasst der Stromsensor 15 den durch die W-Phase des Wechselstrommotors 13 fließenden Strom.
Der Umrichter 12 wandelt eine Gleichspannung in Dreiphasen-Wechselspannungen U, V und W auf der Grundlage von Zweigspannungsbefehlssignalen UU, UL, VU, VL, WU und WL um, die aus der Motorsteuerungsschaltung 16 ausgegeben werden. Das Zweigspannungsbefehlssignal UU wird an einen oberen Schalter des U-Phasen-Zweigs des Umrichters 12 angelegt. Das Zweigspannungsbefehlssignal UL wird an einen unteren Schalter des U-Phasen-Zweigs angelegt. Das Zweigspannungsbefehlssignal VU wird an einen oberen Schalter eines V-Phasen-Zweigs des Umrichters 12 angelegt. Das Zweigspannungsbefehlssignal VL wird an einen unteren Schalter des V-Phasen-Zweigs angelegt. Das Zweigspannungsbefehlssignal WU wird an einen oberen Schalter eines W-Phasen-Zweigs des Umrichters 12 angelegt. Das Zweigspannungsbefehlssignal WL wird an einen unteren Schalter des W-Phasen-Zweigs angelegt.
Die Motorsteuerungsschaltung 16 führt eine Drehmomentsteuerung durch. In der Drehmomentsteuerung justiert die Motorsteuerungsschaltung 16 die an den Wechselstrommotor 13 angelegte Wechselspannung durch Steuerung des oberen Umrichters 12 derart, dass ein Ausgangsdrehmoment des Wechselstrommotors 13 gleich einem Solldrehmoment (d. h. Drehmomentbefehlswert) sein kann. Insbesondere führt in der Drehmomentsteuerung die Motorsteuerungsschaltung 16 eine Stromregelung durch. In der Stromregelung wird eine Speisung des Wechselstrommotors 13 derart geregelt, dass eine Abweichung zwischen einem Strombefehlswert, der von dem Drehmomentbefehlswert abhängt, und einem Stromschätzwert, der von einem Ausgang des Stromsensors 16 abhängt, verringert werden kann. Die Stromregelung ist nachstehend ausführlich beschrieben.
Wie es in 3 gezeigt ist, berechnet die Motorsteuerungsschaltung 16 einen Strombefehlsvektor (d. h. einen d-Achsen-Strombefehlswert id* und einen q-Achsen-Strombefehlswert iq*), der in einem rotierenden Koordinatensystem (d. h. einen dq-Koordinatensystem) definiert ist, das als ein Rotorkoordinatensystem des Wechselstrommotors 13 eingestellt ist, auf der Grundlage eines Drehmomentbefehlswerts trq* durch Verwendung einer Abbildungstabelle, einer Gleichung oder dergleichen.
Weiterhin berechnet die Motorsteuerungsschaltung 16 einen elektrischen Winkel eθ auf der Grundlage einer Rotorposition mθ des Wechselstrommotors 13, der durch den Rotorpositionssensor 14 erfasst wird. Weiterhin berechnet ein Stromschätzabschnitt 17 der Motorsteuerungsschaltung 16 einen geschätzten Stromvektor (d. h. einen d-Achsen-Stromschätzwert id.est und einen q-Achsen-Stromschätzwert iq.est), die in dem rotierenden Koordinatensystem definiert sind, auf der Grundlage des elektrischen Winkels eθ und eines Stromerfassungswerts iw.sns, der durch den Stromsensor 15 erfasst wird. Der Stromerfassungswert gibt den durch die Sensorphase (d. h. W-Phase) des Wechselstrommotors 13 fließenden Strom an.
Dann wird ein d-Achsen-Spannungsbefehlswert Vd beispielsweise durch eine Proportional-Integral-(PI-)Steuerung berechnet, so dass eine Abweichung Δid zwischen dem d-Achsen-Strombefehlswert id* und dem d-Achsen-Stromschätzwert id.est verringert werden kann. Weiterhin wird ein q-Achsen-Spannungsbefehlswert Vq beispielsweise durch eine PI-Steuerung berechnet, so dass eine Abweichung Δiq zwischen dem q-Achsen-Strombefehlswert iq* und dem q-Achsen-Stromschätzwert iq.est verringert werden kann. Auf diese Weise wird ein Befehlsspannungsvektor (d. h. der d-Achsen-Spannungsbefehlswert Vd und der q-Achsen-Spannungsbefehlswert Vq) berechnet.
Dann werden Dreiphasen-Spannungsbefehlswerte Vu, Vv und Vw auf der Grundlage des Befehlsspannungsvektors (d. h. des d-Achsen-Spannungsbefehlswerts Vd und des q-Achsen-Spannungsbefehlswerts Vq) sowie des elektrischen Winkels eθ berechnet. Dann werden die Dreiphasen-Spannungsbefehlswerte Vu, Vv und Vw beispielsweise durch eine Sinus-PWM-Steuerung oder eine Rechteckwellensteuerung in die Zweigspannungsbefehlssignale UU, UL, VU, VL, WU und WL umgewandelt. Dann werden die Zweigspannungsbefehlssignale UU, UL, VU, VL, WU und WL zu dem Umrichter 12 ausgegeben. Auf diese Weise führt die Motorsteuerungsschaltung 16 die Stromregelung derart durch, dass die Speisung des Wechselstrommotors 13 derart geregelt werden kann, dass die Abweichungen zwischen den Strombefehlswerten id* und iq*, die von dem Drehmomentbefehlswert abhängen, und den Stromschätzwerten id.est und iq.est, die von dem Ausgang des Stromsensors 15 abhängen, jeweils reduziert werden können.
7 zeigt ein System gemäß einem Vergleichsbeispiel, das von den Erfindern untersucht wurde. Das System führt wiederholt einen Stromschätzprozess zu einem vorbestimmten Zeitintervall durch, um Stromschätzwerte iu.est und iv.est der anderen Phasen (d. h. der U-Phase und der V-Phase) zu schätzen. In dem Stromschätzprozess werden der d-Achsen-Stromschätzwert id.est und der q-Achsen-Stromschätzwert iq.est auf der Grundlage des Stromerfassungswerts iw.sns, der durch den Stromsensor 15 erfasst wird, der Sensorphase (d. h. der W-Phase) und der vorhergehenden Stromschätzwerte iu.est und iv.est der anderen Phasen (d. h. der U-Phase und der V-Phase) berechnet. Dann werden der d-Achsen-Stromschätzwert id.est und der q-Achsen-Stromschätzwert iq.est durch eine TPF-Verarbeitung geglättet, und werden die Stromschätzwerte iu.est und iv.est auf der Grundlage der geglätteten Werte berechnet. Die TPF-Verarbeitung ist ein Prozess unter Verwendung eines Tiefpassfilters. Beispiele der TPF-Verarbeitung können einen Durchschnittsbildungsprozess und einen Verzögerungsprozess erster Ordnung aufweisen. In diesem System sind, obwohl der d-Achsen-Stromschätzwert id.est und der q-Achsen-Stromschätzwert iq.est anhand des Stromerfassungswerts iw.sns und der vorhergehenden Stromschätzwerte iu.est und iv.est berechnet werden, die vorhergehenden Stromschätzwerte iu.est und iv.est in der Phase hinter dem Stromerfassungswert iw.sns verzögert.
Daher wird der Einfluss der Phasenverzögerung der vorhergehenden Stromschätzwerte iu.est und iv.est in Bezug auf den Stromerfassungswert iw.sns größer, wenn die Stromfrequenz (d. h. die Motordrehzahl) höher wird. Dementsprechend wird, wie es in (a), (b) und (c) von 8 gezeigt ist, ein stationärer Fehler (d. h. ein Schätzfehler) des d-Achsen-Stromschätzwertes id.est und des q-Achsen-Stromschätzwerts iq.est in Bezug auf einen tatsächlichen Wert größer, so dass die Stromschätzgenauigkeit verringert sein kann. In 8 zeigt (a) einen ersten Fall, in dem Zeitkonstante der TPF-Verarbeitung (d. h. der Anzahl, wie oft der Durchschnittsbildungsprozess oder der Verzögerungsprozess erste Ordnung durchgeführt wird) groß ist, zeigt (b) einen zweiten Fall, in dem die Zeitkonstante der TPF-Verarbeitung mittel ist und zeigt (c) einen dritten Fall, in dem die Zeitkonstante der TPF-Verarbeitung klein ist.
Um den vorstehend beschriebenen Nachteil zu überwinden, haben die Erfinder Aufmerksamkeit auf die nachfolgenden Charakteristiken einer Sinuswelle gelegt. In 9 zeigt (1) eine Wellenform einer Referenzsinuswelle, zeigt (2) eine Wellenform, die in der Phase um eine vorbestimmte Größe hinter der Referenzwellenform (1) verzögert ist, zeigt (3) eine Wellenform, die durch Subtrahieren der Referenzwellenform (1) von der Wellenform (2) erhalten wird, und zeigt (4) eine Wellenform, die durch Subtrahieren der Wellenform (3) von der Referenzwellenform (1) erhalten wird. Da die Wellenform (3) eine Differenz zwischen der Referenzwellenform (1) und der Wellenform (2) ist, die hinter der Referenzwellenform (1) verzögert ist, kann die Wellenform (3) als ein Phasenverzögerungselement betrachtet werden, dass eine Phasenverzögerung verursacht. Anders ausgedrückt, kann, da die Referenzwellenform (1) in der Phase in Bezug auf die Wellenform (2) voreilt, eine Umkehrung der Wellenform (3) als ein Phasenvoreilungselement betrachtet werden, das ein Phasenvoreilung verursacht. Insbesondere ist die Wellenform (4) eine Addition der Umkehrung der Wellenform (3) zu der Referenzwellenform (1) und eilt in der Phase in Bezug auf die Referenzwellenform (1) vor.
Auf der Grundlage der vorstehend beschriebene Charakteristiken ziehen die Erfinder in Betracht, dass in dem System zur Steuerung des Wechselstroms in dem Wechselstrommotor 13 ein Phasenverzögerungselement auf der Grundlage einer Differenz zwischen einem gegenwärtigen Wert und einem vorhergehenden Wert berechnet werden kann, der eine Phasenverzögerung aufweist. Weiterhin ziehen die Erfinder in Betracht, dass eine Verringerung in der Schätzgenauigkeit aufgrund einer Phasen-Nichtübereinstimmung reduziert werden kann, indem eine Umkehrung des Phasenverzögerungselements zu dem gegenwärtigen Wert zum Voreilen der Phase addiert wird.
Beispielsweise ist der gegenwärtige Wert ein gegenwärtiger Stromerfassungswert iw.sns, der gegenwärtig durch den Stromsensor 15 erfasst wird, und ist der vorhergehende Wert ein vorhergehender Stromschätzwert iw.est der Sensorphase (d. h. der W-Phase). In dem in 7 gezeigten Vergleichsbeispiel kann wie die Stromschätzwerte iu.est und iv.est der anderen Phasen der Stromschätzwert iw.est der Sensorphase durch eine inverse dq-Transformation auf der Grundlage der geglätteten Werte des d-Achsen-Stromschätzwerts id.est und des q-Achsen-Stromschätzwerts iq.est berechnet werden.
Eine Differenz (die nachstehend auch als ”Stromschätzfehler” bezeichnet ist) zwischen dem gegenwärtigen Stromerfassungswert iw.sns der Sensorphase und dem vorhergehenden Stromschätzwert iw.est der Sensorphase wird als ein Phasenverzögerungselement berechnet, und ein Stromschätzwert wird auf der Grundlage des Phasenverzögerungselements korrigiert. Die Erfinder schließen daraus, dass dieser Ansatz den stationären Fehler aufgrund der Phasenverzögerung der vorhergehenden Stromschätzwerte iu.est und iv.est entfernt, so dass die Verringerung in der Stromschätzgenauigkeit verhindert werden kann.
Auf der Grundlage der vorstehend beschriebenen Untersuchungsergebnisse führt gemäß dem Ausführungsbeispiel, wie es in 4 gezeigt ist, der Stromschätzabschnitt 17 wiederholt eine Stromschätzung in einem vorbestimmten Berechnungszyklus durch. In der Stromschätzung werden der d-Achsen-Stromschätzwert id.est und der q-Achsen-Stromschätzwert iq.est auf der Grundlage des durch den Stromsensor 15 erfassten Stromerfassungswerts iw.sns des Sensorphase (d. h. der W-Phase) und der vorhergehenden Stromschätze iu.est und iv.est der anderen Phasen (d. h. der U-Phase und der V-Phase) berechnet. Dann werden die Stromschätzwerte iu.est, iv.est und iw.est aller Phasen (d. h. der U-Phase, der V-Phase und der W-Phase) auf der Grundlage eines geglätteten d-Achsen-Stromschätzwerts id.lpf und eines geglätteten q-Achsen-Stromschätzwerts iq.lpf berechnet, in die der d-Achsen-Stromschätzwert id.est und der q-Achsen-Stromschätzwert iq.est jeweils durch die TPF-Verarbeitung (beispielsweise durch einen Durchschnittsbildungsprozess oder Verzögerungsprozess erster Ordnung) jeweils geglättet worden sind.
Insbesondere werden in der Stromschätzung der d-Achsen-Stromschätzwert id.est und der q-Achsen-Stromschätzwert iq.est auf der Grundlage eines Stromschätzfehlers Δiw korrigiert, der anhand des Stromschätzwerts iw.est und des Stromerfassungswerts iw.sns der Sensorphase (d. h. der W-Phase) berechnet wird. Dann werden der korrigierte d-Achsen-Stromschätzwert id.est und korrigierte der q-Achsen-Stromschätzwert iq.est jeweils durch die TPF-Verarbeitung in den geglätteten d-Achsen-Stromschätzwert id.lpf und den geglätteten q-Achsen-Stromschätzwert iq.lpf geglättet, und werden die Stromschätzwerte iu.est, iv.est und iw.est aller Phasen (d. h. der U-Phase, der V-Phase und der W-Phase) auf der Grundlage des geglätteten d-Achsen-Stromschätzwerts id.lpf und des geglätteten q-Achsen-Stromschätzwerts iq.lpf berechnet.
Somit wird der Stromschätzfehler Δiw der Sensorphase anhand des Stromschätzwerts iw.est und des Stromerfassungswerts iw.sns der Sensorphase berechnet, und werden der d-Achsen-Stromschätzwert id.est und der q-Achsen-Stromschätzwert iq.est durch Verwendung des Stromschätzfehlers Δiw korrigiert. In einem derartigen Ansatz kann ein Schätzfehler, der durch eine Phasenverzögerung der vorhergehenden Stromschätzfehler iu.est und iv.est in Bezug auf den Stromerfassungswert iw.sns verursacht wird, der in dem d-Achsen-Stromschätzwert id.est und dem q-Achsen-Stromschätzwert iq.est involviert ist, verringert werden. Dementsprechend kann ein Schätzfehler, der in den Stromschätzwerten iu.est, iv.est und iw.est alle Phasen involviert ist, verringert werden, da die Stromschätzwerte iu.est, iv.est und iw.est aller Phasen anhand des korrigierten d-Achsen-Stromschätzwerts id.est und des korrigierten q-Achsen-Stromschätzwerts iq.est berechnet werden.
Gemäß dem Ausführungsbeispiel wird der Stromschätzfehler Δiw der Sensorphase als eine Differenz zwischen dem Stromschätzwert iw.est und dem Stromerfassungswert iw.sns der Sensorphase berechnet. Das heißt, Δiw = iw.est – iw.sns. Dann werden ein d-Achsen-Stromkorrekturwert id.crr und ein q-Achsen-Stromkorrekturwert iq.crr in einem rotierenden Koordinatensystem des Wechselstrommotors auf der Grundlage des Stromschätzfehlers Δiw berechnet. Dann wird der d-Achsen-Stromschätzwert id.est durch Verwendung eines Produkts des d-Achsen-Stromkorrekturwerts id-crr und eines konstanten Werts k korrigiert. Gleichermaßen wird der q-Achsen-Stromschätzwert iq.est durch Verwendung eines Produkts des q-Achsenstromkorrekturwerts iq-crr und des konstanten Werts k berechnet. Obwohl der konstante Wert k frei festgelegt werden kann, ist es vorzuziehen, dass der konstante Wert 2 ist oder ein Wert etwas kleiner als 2 ist (beispielsweise etwa 1,97). Ein Grund dafür besteht darin, dass der Korrekturwert verdoppelt werden muss, um Phasenverzögerungen zweier Phasenelemente (d. h. der U-Phase und der V-Phase) durch ein Phasenelement (d. h. der W-Phase) zu korrigieren. (5) von 9 zeigt eine Wellenform, die durch Addieren des verdoppelten Korrekturwerts zu der Referenzwellenform (1) erhalten wird. In der Praxis besteht eine Möglichkeit, dass eine Differenz in der Amplitude und Voreilung in der Phase nicht exakt verdoppelt wird, wenn der verdoppelte korrigierte Wert addiert wird. Daher ist vorzuziehen, dass der konstante Wert k etwas kleiner als 2 ist. 10A und 10B zeigen Darstellungen, die eine Beziehung zwischen dem konstanten Wert k und dem stationären Fehler veranschaulichen. Wie es in 10A und 10B gezeigt ist, tritt der stationäre Fehler auf, wenn der konstante Wert k inadäquat einstellt ist. Daher ist es wichtig, den konstanten Wert k auf einen spezifischen Wert adäquat einzustellen.
Die vorstehend beschriebene Stromschätzung wird durch die Motorsteuerungsschaltung 16 entsprechend einer in 5 gezeigten Stromschätzroutine durchgeführt. Die Stromschätzroutine ist nachstehend beschrieben.
Während der EIN-Dauer der Motorsteuerungsschaltung 16 führt die Motorsteuerungsschaltung 16 wiederholt die Stromschätzroutine in einem vorbestimmten Berechnungszyklus aus. Die Stromschätzroutine startet bei S101, in dem die Motorsteuerungsschaltung 16 den durch den Stromsensor 15 erfassten Stromerfassungswert iw.sns der Sensorphase (d. h. der W-Phase) liest.
Dann geht die Stromschätzroutine zu S102 über, in dem die Motorsteuerungsschaltung 16 die vorhergehenden Stromschätzwerte iu.est und iv.est der anderen Phasen (d. h. der U-Phase und der V-Phase) liest.
Es sei bemerkt, dass der Umrichter 12 unmittelbar nach Einschalten der Motorsteuerungsschaltung 16 AUS verbleibt. Daher werden, wenn die Stromschätzroutine zum ersten Mal nach Einschalten der Motorsteuerungsschaltung 16 durchgeführt wird, vorbestimmte Anfangswerte als die vorhergehenden Stromschätzwerte iu.est und iv.est verwendet. Gemäß dem Ausführungsbeispiel sind die Anfangswerte der vorhergehenden Stromschätzwerte iu.est und iv.est jeweils Null.
Dann geht die Stromschätzroutine zu S103 über, in dem die Motorsteuerungsschaltung 16 den elektrischen Winkel eθ liest, der auf der Grundlage der durch den Rotorpositionssensor 14 erfassten Rotorrotationsposition mθ berechnet wird.
Dann geht die Stromschätzroutine zu S104 über, in dem die Motorsteuerungsschaltung 16 den d-Achsen-Stromschätzwert id.est und den q-Achsen-Stromschätzwert iq.est durch eine dq-Transformation auf der Grundlage des Stromerfassungswerts iw.sns und der vorhergehenden Stromschätzwerte iu.est und iv.est berechnet. In der dq-Transformation werden der d-Achsen-Stromschätzwert id.est und der q-Achsenstromschätzwert iq.est durch Verwendung der nachfolgenden Gleichung (1) berechnet:
Alternativ kann in S104 die Motorsteuerungsschaltung 16 den d-Achsen-Stromschätzwert id.est und den q-Achsen-Stromschätzwert iq.est durch eine dq-Transformation auf der Grundlage des Stromerfassungswerts iw.sns der Sensorphase (d. h. der W-Phase) und eines der vorhergehenden Stromschätzwerte der anderen Phasen (d. h. der U-Phase und der V-Phase) berechnen. Wenn beispielsweise der d-Achsen-Stromschätzwert id.est und der q-Achsen-Stromschätzwert iq-est auf der Grundlage des Stromerfassungswerts iw.sns der Sensorphase (d. h. der W-Phase) und des vorhergehenden Stromschätzwerts iu.est der U-Phase berechnet werden, wird die nachfolgende Gleichung (2) in der dq-Transformation verwendet:
Dann geht die Stromschätzroutine zu S105 über, in dem die Motorsteuerungsschaltung 16 den gegenwärtigen d-Achsen-Stromschätzwert id.est und den gegenwärtigen q-Achsen-Stromschätzwert iq.est ausgibt. Bespielsweise können der d-Achsen-Stromschätzwert id.est und der q-Achsen-Stromschätzwert iq.est, die in S105 ausgegeben werden, in der Stromregelung verwendet werden.
Dann geht die Stromschätzroutine zu S106 über, in dem die Motorsteuerungsschaltung 16 einen Stromschätzfehler Δiw berechnet, der eine Differenz zwischen dem Stromschätzfehler iw.est und dem Stromerfassungswert iw.sns der Sensorphase (d. h. der W-Phase) ist. Das heißt: Δiw = iw.est – iw.sns.
Dann geht die Stromschätzroutine zu S107 über, in dem die Motorsteuerungsschaltung 16 einen d-Achsen-Stromkorrekturwert id.crr und einen q-Achsen-Stromkorrekturwert iq.crr durch eine dq-Transformation unter Verwendung der Gleichung (3) berechnet:
Dann geht die Stromschätzroutine zu S108 über, in dem die Motorsteuerungsschaltung 16 den d-Achsen-Stromschätzwert id.est durch Verwendung eines Produkts des d-Achsen-Stromkorrekturwerts id.crr und eines konstanten Werts k wie folgt korrigiert: id.est = id.est – k × id.crr. Gleichermaßen korrigiert die Motorsteuerungsschaltung 16 in S108 den q-Achsen-Stromschätzwert iq.est durch Verwendung eines Produkts des q-Achsen-Stromkorrekturwerts iq.crr und eines konstanten Werts k wie folgt: iq.est = iq.est – k × iq.crr. Wie vorstehend erwähnt, ist es vorzuziehen, dass der konstante Wert k etwa 2 ist.
Dann geht die Stromschätzroutine zu S109 über, in dem die Motorsteuerungsschaltung 16 die TPF-Verarbeitung durchführt, so dass der korrigierte d-Achsen-Stromschätzwert id.est und der korrigierte q-Achsen-Stromschätzwert iq.est jeweils in einen geglätteten d-Achsen-Stromschätzwert id.lpf und einen geglätteten q-Achsen-Stromschätzwert iq.lpf geglättet werden können. Dann geht die Stromschätzroutine zu S110 über, in dem die Motorsteuerungsschaltung 16 die Stromschätzwerte iu.est, iv.est und iw.est aller Phasen (d. h. U-Phase, V-Phase und W-Phase) durch eine inverse dq-Transformation auf der Grundlage des geglätteten d-Achsen-Stromschätzwerts id.lpf und des geglätteten q-Achsen-Stromschätzwerts iq.lpf berechnet. Beispielsweise können in der inversen dq-Transformation die Stromschätzwerte iu.est, iv.est und iw.est alter Phasen anhand der folgenden Gleichung (4) berechnet werden:
Dann geht die Stromschätzroutine zu S111 über, in dem die Motorsteuerungsschaltung 16 die Stromschätzwerte iu.est, iv.est und iw.est aller Phasen in einem Puffer (d. h. einem Datenspeicherbereich) speichert. Nach S111 wird die Stromschätzroutine beendet. Die in dem Puffer gespeicherten Stromschätzwerte werden als die vorhergehenden Stromschätzwerte verwendet, wenn die Stromschätzroutine beim nächsten Mal ausgeführt wird (d. h. wenn die Stromschätzung beim nächsten Mal ausgeführt wird).
Wie es vorstehend beschrieben worden ist, wird Aufmerksamkeit auf die Tatsache gelegt, dass der Stromschätzfehler Δiw der Sensorphase (d. h. der W-Phase) anhand des Stromschätzwerts iw.est und des Stromerfassungswerts iw.sns der Sensorphase berechnet werden kann, und werden der d-Achsen-Stromschätzwert id.est und der q-Achsen-Stromschätzwert iq.est durch Verwendung des Stromschätzfehlers Δiw der Sensorphase korrigiert. In einem derartigen Ansatz kann der Schätzfehler, der durch die Phasenverzögerung der vorhergehenden Stromschätzwerte iu.est und iu.est in Bezug auf den Stromerfassungswert iw.sns verursacht wird, und der in dem d-achsen-Stromschätzwert id.est und dem q-Achsen-Stromschätzwert iq.est involviert ist, verringert werden. Dementsprechend kann der Schätzfehler, der in den Stromschätzwerten iu.est, iu.est und iw.est aller Phasen (d. h. der U-Phase, der V-Phase und der W-Phase) involviert ist, verringert werden, da die Stromschätzwert iu.est, iv.est und iw.est aller Phasen anhand des korrigierten d-Achsen-Stromschätzwerts id.est und des korrigierten q-Achsen-Stromschätzwerts iq.est berechnet werden.
Daher wird, selbst wenn die Stromfrequenz (d. h. die Motordrehzahl) hoch wird, der Einfluss der Phasenverzögerung der vorhergehenden Stromschätzwerte iu.est und iu.est in Bezug auf den Stromerfassungswert iw.sns klein gehalten. Dementsprechend wird, wie es in (a), (b) und (c) von 6 gezeigt ist, ein stationärer Fehler (d. h. Schätzfehler) des d-Achsen-Stromschätzwerts id.est und des q-Achsen-Stromschätzwerts iq.est in Bezug auf einen tatsächlichen Wert klein gehalten, so dass die Genauigkeit des d-Achsen-Stromschätzwert id.est und des q-Achsen-Stromschätzwerts iq.est und der Stromschätzwerte iu.est, iu.est und iw.est aller Phasen erhöht werden kann. In 6 zeigt (a) einen ersten Fall, in dem eine Zeitkonstante der TPF-Verarbeitung (d. h. der Anzahl, wie oft der Durchschnittsprozess oder der Verzögerungsprozess erster Ordnung durchgeführt wird) groß ist, zeigt (b) einen zweiten Fall, in dem die Zeitkonstante der TPF-Verarbeitung mittel ist, und zeigt (c) einen dritten Fall, in dem die Zeitkonstante der TPF-Verarbeitung klein ist.
Auf diese Weise kann gemäß dem Ausführungsbeispiel die Stromschätzgenauigkeit des Wechselstrommotors 13 verbessert werden, während die Forderung nach einer Verringerung der Größe und der Kosten des Umrichters durch Verwendung von einem Stromsensor 15 in einem Wechselstrommotor 13 erfüllt wird. Weiterhin ist, wie es aus einem Vergleich von 6 und 8 hervorgeht, solange wie die Zeitkonstante der TPF-Verarbeitung dieselbe ist, das Ansprechen des d-Achsen-Stromschätzwerts id.est und des q-Achsen-Stromschätzwerts iq.est gemäß dem vorliegenden Ausführungsbeispiel höher als gemäß dem Vergleichsbeispiel, in dem der Korrekturprozess nicht durchgeführt wird.
Weiterhin wird gemäß dem Ausführungsbeispiel die Speisung des Wechselstrommotors 13 auf der Grundlage des d-Achsen-Stromschätzwerts id.est und des q-Achsen-Stromschätzwerts iq.est geregelt, die mit erhöhter Genauigkeit berechnet werden. In einem derartigen Ansatz wird eine Verringerung der Genauigkeit des Ausgangsdrehmoments des Wechselstrommotors 13 verhindert, so dass die Stromregelung stabilisiert werden kann.
Weiterhin wird gemäß dem Ausführungsbeispiel die Speisung des Wechselstrommotors 13 auf der Grundlage des d-Achsen-Stromschätzwerts id.est und des q-Achsen-Stromschätzwerts iq.est geregelt, die direkt geschätzt werden. In einem derartigen Ansatz kann im Prinzip eine elektrische Variation zweiter Ordnung in dem Ausgangsdrehmoment aufgrund einer Differenz in der Verstärkung zwischen mehreren Stromsensoren verhindert werden. Insbesondere wird die elektrische Variation der zweiten Ordnung durch die Tatsache verursacht, dass die d-Achsen- und q-Achsen-Stromwerte mit einer elektrischen Frequenz der zweiten Ordnung vibrieren.
Wie es vorstehend beschrieben worden ist, wird gemäß dem Ausführungsbeispiel, selbst wenn ein Stromsensor 15 für einen Wechselstrommotor 13 verwendet wird, die Verringerung in der Genauigkeit der Stromschätzung verringert, so dass die Drehmomentvariation (beispielsweise elektrische Variation der ersten Ordnung aufgrund eines Gleichstromelements des Dreiphasenstroms) verringert werden kann. Somit wird eine Vibration eines Geräts, bei dem ein einen Stromssensor in einem Wechselstrommotor verwendenden Wechselstrommotorsteuerungssystem angewendet wird, verringert. Daher kann das Ausführungsbeispiel effektiv auf Wechselstrommotoren und insbesondere auf Wechselstrommotoren angewendet werden, der in einem Fahrzeug angebracht ist, um eine komfortable Fahrt und hohes Fahrverhalten des Fahrzeugs bereitzustellen.
Weiterhin wird gemäß dem Ausführungsbeispiel in dem Korrekturprozess der Stromschätzwerte Δiw der Sensorphase als die Differenz zwischen dem Stromschätzwert iw.est und dem Stromerfassungswert iw.sns der Sensorphase berechnet. Dann werden der d-Achsen-Stromkorrekturwert id.crr und der q-Achsen-Stromkorrekturwert iq.crr in einem rotierenden Koordinatensystem des Wechselstrommotors 13 auf der Grundlage des Stromschätzfehlers Δiw berechnet. Dann werden der d-Achsen-Stromschätzwert id.est und der q-Achsen-Stromschätzwert iq.est durch Verwendung des d-Achsen-Stromkorrekturwerts id.crr und des q-Achsen-Stromkorrekturwerts iq.crr jeweils korrigiert. Auf diese Weise können der d-Achsen-Stromschätzwert id.est und der q-Achsen-Stromschätzwert iq.est in einem rotierenden Koordinatensystem des Wechselstrommotors 13 auf der Grundlage des Stromschätzfehlers Δiw der Sensorphase durch ein einfaches Verfahren korrigiert werden.
(Modifikationen)
Obwohl die vorliegende Offenbarung unter Bezugnahme auf Ausführungsbeispiel davon beschrieben worden ist, sei bemerkt, dass die Offenbarung nicht auf die Ausführungsbeispiele und Konstruktionen begrenzt ist. Die vorliegende Offenbarung soll verschiedene Modifikationen und Äquivalente Anordnungen abdecken. Zusätzlich sind trotz der verschiedenen Kombinationen und Konfigurationen andere Kombinationen und Konfigurationen einschließlich mehr, weniger oder lediglich einem einzelnen Element ebenfalls innerhalb des Umfangs der vorliegenden Offenbarung.
Gemäß dem Ausführungsbeispiel wird der vorhergehende Stromschätzwert iw.est der Sensorphase als ein vorhergehender Wert mit einer Phasenverzögerung verwendet. Somit wird die Korrektur auf der Grundlage nicht nur eines Phasenverzögerungselements, sondern ebenfals eines Schätzfehlerelements durchgeführt. Daher wird der Schätzfehler positiv entfernt, so dass das Ansprechen der Stromschätzung verbessert werden kann (d. h., der Stromschätzwert kann schneller auf einen tatsächlichen Wert konvergieren). Alternativ kann der vorhergehende Stromerfassungswert iw.sns der Sensorphase als ein vorhergehender Wert mit einer Phasenverzögerung verwendet werden. Das heißt, der Stromschätzfehler Δiw kann als eine Differenz zwischen dem vorhergehenden Stromerfassungswert iw.sns und dem gegenwärtigen Stromerfassungswert iw.sns der Sensorphase berechnet werden. In einem derartigen Ansatz wird die Korrektur lediglich auf der Grundlage des Phasenverzögerungselements durchgeführt. Somit wird die Empfindlichkeit der Korrektur auf eine Motorstromverzerrung und eine Störung (Rauschen) auf dem Stromerfassungswert verringert, so dass der Betrieb des Wechselstrommotors 13 stabilitsiert werden kann.
Ob der vorhergehende Stromerfassungswert iw.sns der Sensorphase als ein vorhergehender Wert mit einer Phasenverzögerung verwendet wird oder nicht, kann entsprechend Betriebsbedingungen des Wechselstrommotors 13 ausgewählt werden. Beispielsweise ist es in einer unstetigen Bedingung, in der der Drehmomentbefehlswert sich scharf ändern werden wird, im Hinblichk auf das Ansprechen vorzuziehen, dass der vorhergehende Stromschätzwert iw.est der Sensorphase als ein vorhergehender Wert verwendet wird. Im Gegensatz dazu ist es in einer stetigen Bedingung, in der der Drehmomentbefehlswert unverändert bleiben wird, im Hinblick auf die Stabilität vorzuziehen, dass der vorhergehende Stromerfassungswert iw.sns der Sensorphase als ein vorhergehender Wert verwendet wird.
Gemäß dem Ausführungsbeispiel wird der Stromschätzfehler Δiw anhand des gegenwärtigen Stromerfassungswerts iw.sns als ein gegenwärtiger Wert und des vorhergehenden Stromschätzwerts iw.est (oder des vorhergehenden Stromerfassungswerts iw.sns) als ein vorhergehender Wert berechnet, und dann werden der d-Achsen-Stromschätzwert id.est und der q-Achsen-Stromschätzwert iq.est durch Verwendung des d-Achsen-Stromkorrekturwerts id.crr und des q-Achsen-Stromkorrekturwerts iq.crr korrigiert, die durch eine dq-Transformation auf der Grundlage des Stromschätzfehlers Δiw berechnet werden. Alternativ dazu kann der Stromerfassungswert der Sensorphase direkt korrigiert werden, wenn der d-Achsen-Stromschätzwert id.est und der q-Achsen-Stromschätzwert iq.est auf der Grundlage des Stromerfassungswerts iw.sns der Sensorphase und der vorhergehenden Stromschätzwerte iu.est und iv.est berechnet werden. Insbesondere können der d-Achsen-Stromschätzwert id.est und der q-Achsen-Stromschätzwert iq.est auf der Grundlage eines korrigierten Stromerfassungswerts iw.csns der Sensorphase und der vorhergehenden Stromschätzwerte iu.est und iv.est berechnet werden. Der korrigierte Stromerfassungswert iw.csns ist gegeben durch: iw.csns = iw.sns – k × Δiw. In einem derartigen Ansatz gibt es keine Notwendigkeit, die dq-Transformation zur Berechnung der d-Achsen- und q-Achsen-Stromschätzwerte von der inversen dq-Transformation zur Berechnung der d-Achsen- und q-Achsen-Stromkorrekturwerte zu trennen. Somit kann eine Verarbeitungslast und ein Berechnungsfehler verringert werden.
Zusammenfassend kann bei der Stromschätzung der gegenwärtige Stromerfassungswert iw.sns auf dem korrigierten Stromerfassungswert iw.csns auf der Grundlage des Stromschätzfehlers Δiw korrigiert werden, der anhand des gegenwärtigen Stromerfassungswerts iw.sns und des vorhergehenden Stromschätzwerts iw.est berechnet wird, und der d-Achsen-Stromschätzwert id.est und der q-Achsen-Stromschätzwert iq.est können auf der Grundlage des korrigierten Stromerfassungswerts iw.csns und der vorhergehenden Stromschätzwerte iu.est und iv.est berechnet werden. In diesem Fall kann der Stromschätzfehler Δiw als die Differenz zwischen dem gegenwärtigen Stromerfassungswert iw.sns und dem vorhergehenden Stromschätzwert iw.est berechnet werden.
Alternativ dazu können in der Stromschätzung der d-Achsen-Stromschätzwert id.est und der q-Achsen-Stromschätzwert iq.est auf der Grundlage des Stromschätzfehlers Δiw korrigiert werden, der anhand des gegenwärtigen Stromerfassungswerts iw.sns und des vorhergehenden Stromerfassungswerts iw.sns berechnet wird, und können die Stromschätzwerte iu.est, iv.est und iw.est aller Phasen auf der Grundlage des korrigierten d-Achsen-Stromschätzwerts id.est und des q-Achsen-Stromschätzwerts iq.est berechnet werden. In diesem Fall kann der Stromschätzfehler Δiw als die Differenz zwischen dem gegenwärtigen Stromerfassungswert iw.sns und dem vorhergehenden Stromerfassungswerts iw.sns berechnet werden, und können der d-Achsen-Stromschätzwert id.est und der q-Achsen-Stromschätzwert iq.est durch Verwendung des d-Achsen-Stromkorrekturwerts id.crr und des q-Achsen-Stromkorrekturwerts iq.crr korrigiert werden, die auf der Grundlage des Stromschätzfehlers Δiw berechnet werden.
Alternativ dazu kann in der Stromschätzung der gegenwärtige Stromerfassungswert iw.sns auf den korrigierten Stromerfassungswert iw.csns auf der Grundlage des Stromschätzfehlers Δiw korrigiert werden, der anhand des gegenwärtigen Stromerfassungswerts iw.sns und des vorhergehenden Stromerfassungswerts iw.sns berechnet wird, und können der d-Achsen-Stromschätzwert id.est und der q-Achsen-Stromschätzwert iq.est auf der Grundlage des korrigierten Stromerfassungswerts iw.csns und der vorhergehenden Stromschätzwerte iu.est und iv.est der anderen Phasen berechnet werden. In diesem Fall kann der Stromschätzfehler Δiw als die Differenz zwischen dem gegenwärtigen Stromerfassungswert iw.sns und dem vorhergehenden Stromerfassungswert iw.sns berechnet werden.
Gemäß dem Ausführungsbeispiel wird der Stromschätzfehler Δiw der Sensorphase als die Differenz zwischen dem Stromschätzwert iw.est und dem Stromerfassungswert iw.sns der Sensorphase berechnet. Der Stromschätzfehler Δiw der Sensorphase kann in einer anderen Weise berechnet werden. Beispielsweise kann der Stromschätzfehler Δiw der Sensorphase als ein Verhältnis zwischen dem Stromschätzwert iw.est und dem Stromerfassungswert iw.sns der Sensorphase berechnet werden.
Gemäß dem Ausführungsbeispiel ist die Sensorphase die W-Phase. Alternativ dazu kann die Sensorphase die U-Phase oder die V-Phase sein.
Gemäß dem Ausführungsbeispiel wird die Stromregelung des Wechselstrommotors auf der Grundlage des d-Achsen-Stromschätzwerts id.est und des q-Achsen-Stromschätzwerts iq.est durchgeführt, um Genauigkeit und Ansprechen der Stromregelung zu erhöhen. Alternativ dazu kann die Stromregelung auf der Grundlage des geglätteten d-Achsen-Stromschätzwerts id.lpf und des geglätteten q-Achsen-Stromschätzwerts iq-lpf durchgeführt werden.
In einem derartigen Ansatz wird die Empfindlichkeit der Stromregelung gegenüber einer Motorstromstörung und Rauschen auf dem Stromerfassungswert verringert, so dass der Betrieb des Wechselstrommotors 13 stabilisiert werden kann.
Es kann entsprechend den Betriebszuständen des Wechselstrommotors 13 ausgewählt werden, ob die Stromregelung auf der Grundlage der geglätteten Stromschätzwerte durchgeführt wird oder nicht. Beispielsweise ist es in einer unstetigen (unbeständigen) Bedingung, in der der Drehmomentbefehlswert sich scharf ändern wird, vorzuziehen, dass die Stromregelung des Wechselstrommotors 13 auf der Grundlage des d-Achsen-Stromschätzwerts id.est und des q-Achsen-Stromschätzwerts iq.est durchgeführt wird. Im Gegensatz dazu ist es in einer stetigen Bedingung, in der der Drehmomentbefehlswert unverändert bleiben wird, vorzuziehen, dass die Stromregelung des Wechselstrommotors 13 auf der Grundlage des geglätteten d-Achsen-Stromschätzwerts id.lpf und des geglätteten q-Achsen-Stromschätzwerts iq.lpf durchgeführt wird.
Die vorliegende Offenbarung kann ebenfalls auf ein Antriebssystem eines Elektrofahrzeugs angewandet werden, wie es in 11 gezeigt ist. Insbesondere werden in dem Antriebssystem des Elektrofahrzeugs gemäß 11 die Räder 2 des Elektrofahrzeugs durch Antriebskraft eines Wechselstrommotors 13 angetrieben. Der Wechselstrommotor 13 ist durch die Motorsteuerungseinrichtung 6 mit der Gleichstromleistungsquelle 11 wie einer wiederaufladbaren Batterieeinheit verbunden. Die Motorsteuerungseinrichtung 6 weist den Umrichter 12 (siehe 2) und die Motorsteuerungsschaltung 16 (siehe 2) auf. Dem Wechselstrommotor 13 wird elektrische Leistung aus der Gleichstromleistungsquelle 11 durch die Motorsteuerungseinrichtung 6 zugeführt.
Die Antriebskraftberechnungseinrichtung 7 ist durch einen Computer bereitgestellt, der eine Gesamtsteuerung des Elektrofahrzeugs durchführt. Die Antriebskraftberechnungseinrichtung 7 erfasst Betriebsbedingungen des Elektrofahrzeugs auf der Grundlage von Signalen, die aus Sensoren und Schaltern empfangen werden. Beispielsweise kann die Antriebskraftberechnungseinrichtung 7 die Betriebsbedingungen auf der Grundlage des Bremssignals aus dem (nicht gezeigten) Bremssensor, dem Beschleunigungssignal bzw. Fahrpedalsignal aus dem (nicht gezeigten) Fahrpedalsensor und dem Schaltsignal aus dem (nicht gezeigten) Schalt-Schalter erfassen. Die Antriebskraftberechnungseinrichtung 7 tauscht Steuerungssignale und Datensignale mit der Motorsteuerungsschaltung 16 (siehe 2) aus, die den Betrieb des Wechselstrommotors 13 steuert. Die Antriebskraftberechnungseinrichtung 7 gibt einen Antriebskraftbefehl entsprechend den Betriebsbedingungen des Elektrofahrzeugs aus, wodurch die Antriebskraft des Wechselstrommotors 13 gesteuert wird.
Selbst wenn die vorliegenden Offenbarung auf das Antriebssystem des Elektrofahrzeugs wie vorstehend beschrieben angewandet wird, kann die Stromschätzgenauigkeit des Wechselstrommotors 13 verbessert werden, während die Anforderung nach einer Verringerung in Größe und Kosten durch Verwendung lediglich eines Stromsensors 15 in einem Wechselstrommotor 13 erfüllt wird.
Gemäß dem Ausführungsbeispiel ist die vorliegende Offenbarung auf ein System mit einem Satz eines Umrichters und eines Wechselstrommotors angewandt. Alternativ dazu kann die vorliegende Offenbarung auf ein System angewandt werden, das mehrere Sätze eines Umrichters und eines Wechselstrommotors aufweist.
Gemäß dem Ausführungsbeispiel ist die vorliegende Offenbarung auf ein Hybridfahrzeug mit einer Struktur gemäß 1 und dem Elektrofahrzeug mit einer Struktur gemäß 11 angewandet. Alternativ dazu kann die vorliegende Offenbarung auf ein Elektrofahrzeug und ein Hybridfahrzeug angewandt werden, die andere Struktur aufweisen. Alternativ dazu kann die vorliegende Offenbarung auf ein Steuerungsgerät zur Steuerung eines Wechselstrommotors angewandt werden, das in einem anderen Gerät als einem Elektrofahrzeug und einem Hybridfahrzeug verwendet wird.
Wie es vorstehend beschrieben worden ist, weist ein Steuerungsgerät für einen Dreiphasen-Wechselstrommotors einen Stromsensor (15) und einen Schätzabschnitt (17) auf. Der Stromsensor erfasst Strom, der durch eine Phase des Motors fließt. Der Schätzabschnitt wiederholt einen Schätzprozess. In dem Stromschätzprozess werden d-Achsen- und q-Achsen-Stromschätzwerte auf der Grundlage des gegenwärtig erfassten Stroms der einen Phase und eines vorhergehenden Stromschätzwerts einer anderen Phase des Motors berechnet, und wird ein gegenwärtiger Stromschätzwert jeder der Sensorphase und der anderen Phase des Wechselstrommotors auf der Grundlage geglätteter Werte der d-Achsen- und q-Achsen-Stromschätzwerte berechnet. Der Stromschätzabschnitt führt den Stromschätzprozess auf der Grundlage eines Phasenverzögerungselements der Sensorphase durch. Das Phasenverzögerungselement ist eine Differenz zwischen dem gegenwärtig erfassten Strom und und einem vorhergehenden Stromschätzwert der einen Phase oder dem vorhergehend erfassten Strom.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

JP 2001-145398 A [0004, 0005, 0020]

Claims

Steuerungsgerät zur Steuerung eines Dreiphasen-Wechselstrommotors, wobei das Steuerungsgerät aufweist: einen Stromsensor (15), der konfiguriert ist, elektrischen Strom zu erfassen, der durch eine Phase des Wechselstrommotors fließt, wobei die eine Phase als eine Sensorphase definiert ist, und einen Stromschätzabschnitt (17), der konfiguriert ist, wiederholt einen Stromschätzprozess in einem vorbestimmten Zyklus durchzuführen, wobei in dem Stromschätzprozess ein d-Achsen-Stromschätzwert und ein q-Achsen-Stromschätzwert in einem rotierenden Koordinatensystem des Wechselstrommotors auf der Grundlage eines gegenwärtigen Stromerfassungswerts der Sensorphase und eines vorhergehenden Stromschätzwerts einer anderen Phase des Wechselstrommotors berechnet werden, wobei der gegenwärtige Stromerfassungswert als der Strom definiert ist, der gegenwärtig durch den Stromsensor erfasst wird, in dem Stromschätzprozess ein gegenwärtiger Stromschätzwert jeder der Sensorphase und der anderen Phase des Wechselstrommotors auf der Grundlage eines geglätteten d-Achsen-Stromschätzwerts und eines geglätteten q-Achsen-Stromschätzwerts berechnet wird, in die der d-Achsen-Stromschätzwert und ein q-Achsen-Stromschätzwert jeweils geglättet werden, der Stromschätzabschnitt den Stromschätzprozess auf der Grundlage eines Phasenverzögerungselements der Sensorphase durchführt, und das Phasenverzögerungselement der Sensorphase eine Differenz zwischen dem gegenwärtigen Stromerfassungswert und einem vorhergehenden Stromschätzwert der Sensorphase oder einem vorhergehenden Stromerfassungswert der Sensorphase ist, wobei der vorhergehende Stromerfassungswert als der Strom definiert ist, der vorhergehend durch den Stromsensor erfasst worden ist.
Steuerungsgerät nach Anspruch 1, wobei der Stromschätzabschnitt den d-Achsen-Stromschätzwert und den q-Achsen-Stromschätzwert auf der Grundlage des Phasenverzögerungselements der Sensorphase korrigiert, und der Stromschätzabschnitt den gegenwärtigen Stromschätzwert jeweils der Sensorphase und der anderen Phase durch Verwendung des korrigierten d-Achsen-Stromschätzwerts und des korrigierten q-Achsen-Stromschätzwerts berechnet.
Steuerungsgerät nach Anspruch 2, wobei der Stromschätzabschnitt einen d-Achsen-Stromkorrekturwert und einen q-Achsen-Stromkorrekturwert in dem rotierenden Koordinatensystem auf der Grundlage des Phasenverzögerungselements der Sensorphase berechnet, und der Stromschätzabschnitt den d-Achsen-Stromschätzwert und den q-Achsen-Stromschätzwert jeweils durch Verwendung des d-Achsen-Stromkorrekturwerts und des q-Achsen-Stromkorrekturwerts korrigiert.
Steuerungsgerät nach Anspruch 1, wobei der Stromschätzabschnitt den gegenwärtigen Stromerfassungswert auf der Grundlage des Phasenverzögerungselements der Sensorphase korrigiert, und der Stromschätzabschnitt den d-Achsen-Stromschätzwert und den q-Achsen-Stromschätzwert auf der Grundlage des korrigierten gegenwärtigen Stromerfassungswerts der Sensorphase und des vorhergehenden Stromschätzwerts der anderen Phase berechnet.
Steuerungsgerät nach Anspruch 4, wobei der Stromschätzabschnitt einen Korrekturwert der Sensorphase auf der Grundlage des Phasenverzögerungselements der Sensorphase berechnet, und der Stromschätzabschnitt den gegenwärtigen Stromerfassungswert durch Verwendung des Korrekturwerts der Sensorphase korrigiert.
Steuerungsgerät nach einem der Ansprüche 1 bis 5, weiterhin mit einem Steuerungsabschnitt (6), der konfiguriert ist, die Speisung des Wechselstrommotors auf der Grundlage des d-Achsen-Stromschätzwerts und des q-Achsen-Stromschätzwerts zu steuern.