DE112013001097T5

DE112013001097T5 - Motorsteuervorrichtung und Motorsteuerverfahren

Info

Publication number: DE112013001097T5
Application number: DE112013001097.6T
Authority: DE
Inventors: c/o DENSO CORPORATION Intellectual Handa Go
Original assignee: Denso Corp
Current assignee: Denso Corp
Priority date: 2012-02-22
Filing date: 2013-02-14
Publication date: 2014-11-13
Also published as: US20150084555A1; US9184687B2; WO2013125183A1; JP5637155B2; JP2013172613A

Abstract

Eine Motorsteuervorrichtung weist eine Recheneinheit, eine Bestimmungseinheit und eine Wähleinheit auf. Die Recheneinheit berechnet einen Nullvektorstrom, der voraussichtlich durch einen Drehstrommotor fließt, wenn ein Inverter in einem ersten Modus zum Anlegen keiner Spannung an den Motor arbeitet. Die Bestimmungseinheit bestimmt, ob eine Differenz zwischen dem Nullvektorstrom und einem Befehlsstrom in einem αβ-Stationärkoordinatensystem, das einen Ursprung an einer Rotationsachse eines Rotors des Motors aufweist und durch eine α-Achse und eine β-Achse definiert ist, die senkrecht zueinander verlaufen, in einen zulässigen Bereich fällt. Die Wähleinheit wählt den ersten Modus als einen Schaltmodus des Inverters, wenn die Differenz in den zulässigen Bereich fällt, und einen zweiten Modus als den Schaltmodus des Inverters, wenn bestimmt wird, dass die Differenz aus dem zulässigen Bereich herausfällt. Der zweite Modus entspricht einem Nichtnullstromvektor, der dem Befehlsstrom unter sechs Nichtnullstromvektoren, die in festen Richtungen bezüglich des Nullvektorstroms in dem αβ-Stationärkoordinatensystem definiert sind, am nächsten ist.

Description

QUERVERWEIS AUF VERWANDTE ANMELDUNG
Diese Anmeldung basiert auf der am 22. Februar 2012 eingereichten japanischen Patentanmeldung Nr. 2012-36547 , auf deren Offenbarung hiermit vollinhaltlich Bezug genommen wird.
TECHNISCHES GEBIET
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Motorsteuervorrichtung und ein Motorsteuerverfahren zur Steuerung einer Rotation eines Drehstrommotors durch Bestimmen eines Schaltmodus eines Inverters derart, dass ein durch den Drehstrommotor fließender Strom gleich einem Befehlsstrom sein kann, und durch Bewirken, dass der Inverter derart in dem bestimmten Modus arbeitet, das eine Spannung in Abhängigkeit des Schaltmodus an den Drehstrommotor gelegt werden kann.
BISHERIGER STAND DER TECHNIK
Bekannt, als die Motorsteuervorrichtung und das Motorsteuerverfahren, die vorstehend beschrieben sind, ist ein Dreieckwellenvergleichs-PWM-Steuerverfahren. Bei diesem Steuerverfahren wird eine Befehlsspannung für jede Phase auf der Grundlage einer Differenz zwischen einem Strombefehlswert und einem durch jede Phase fließenden Strom berechnet und ein Schaltmodus eines Inverters darauf basierend bestimmt, ob der berechnete Befehlswert größer oder kleiner einem Träger mit einer Dreieckwellenform ist.
Aus einem Patentdokument 1 und einem Patentdokument 2 ist beispielsweise ein Verfahren zur Verbesserung einer Stromansprechempfindlichkeit bei diesem Dreieckwellenvergleichs-PWM-Steuerverfahren bekannt.
Bei einem im Patentdokument 1 beschriebenen Steuerverfahren wird ein zukünftiger Strom (Drehmoment) in jedem Schaltmodus eines Inverters unter Verwendung eines Motormodels auf der Grundlage eines durch einen Motor fließenden Stroms, einer Position eines Magnetpols eines Rotors und einer Drehzahl des Rotors vorhergesagt. Anschließend wird ein Schaltmodus derart gewählt, dass eine Differenz zwischen dem zukünftigen Strom (Drehmoment) und einem Strom-(Drehmoment)-Befehlswert zur Steuerung des Motors minimiert werden kann, und der Inverter in dem Schaltmodus betrieben.
Im Patentdokument 2 wird, um die im Patentdokument 1 beschriebene Modelvorhersagesteuerung genauer auszuführen, ein Vorhersagestrom ide(n + 1), iqe(n + 1) einen Steuerzyklus voraus auf der Grundlage eines aktuellen Spannungsvektors (Schaltmodus) V(n) eines Inverters berechnet. Anschließend wird ein Vorhersagestrom ide(n + 2), iqe(n + 2) einen weiteren Steuerzyklus voraus für jeden Spannungsvektor V(n + 1) unter Verwendung des Vorhersagestroms ide(n + 1), iqe(n + 1) als ein Anfangswert berechnet. Anschließend wird, unter Verwendung einer Evaluierungsfunktion J, in die der Vorhersagestrom ide(n + 2), iqe(n + 2) eingesetzt wird, ein Spannungsvektor V(n + 1) einen Steuerzyklus voraus derart bestimmt, dass eine Differenz von einem Befehlsstrom minimiert werden kann.
Bei den im Patentdokument 1 und im Patentdokument 2 beschriebenen Verfahren wird ein zukünftiger Strom, der durch einen Motor fließen wird, für jeden Schaltmodus (jeden Spannungsvektor) eines Inverters vorhergesagt und ein Schaltmodus derart gewählt, dass eine Differenz zwischen dem zukünftigen Strom und einem Befehlsstrom minimiert werden kann.
Dies bringt dahingehend ein Problem mit sich, dass eine Rechenlast zur Bestimmung des Schaltmodus zur Ansteuerung des Motors zunimmt. Insbesondere gewinnt dieses Problem dann erheblich an Relevanz, wenn das Motormodel unter Berücksichtigung einer Induktivität L, einer Nichtlinearität der Anzahl von Flussverkettungen φ und einer Störung als ein kompliziertes Model konzipiert wird.
Ferner ist es erforderlich, dass die Rechenverarbeitung innerhalb eines Steuerzyklus des Motors abgeschlossen wird. Vorzugsweise wird der Steuerzyklus des Motors auf einige wenige Mikrosekunden gesetzt, um einer Phasenauflösung des Dreieckwellenvergleichs-PWM-Steuerverfahrens zu entsprechen. Wenn die Rechenverarbeitung durch Hardware realisiert wird, kann eine serielle Verarbeitung die Rechenverarbeitung nicht rechtzeitig abschließend. Folglich ist er erforderlich, eine parallele Verarbeitung unter Verwendung einer Vielzahl von Prozessoren auszuführen oder eine mehrdimensionale Zustandsraumabbildung (Schaltmodustabelle) zur Bestimmung eines Schaltmodus auf der Grundlage von eingegebenen Zustandsgrößen, wie beispielsweise einer Drehzahl und eines Stromes, vorzubereiten. Dies führt dazu, dass dahingehend ein Problem auftritt, dass eine Schaltungsgröße erhöht wird. Demgegenüber wird dann, wenn die Rechenverarbeitung durch Software realisiert wird, ein Mikrocomputer hoher Rechenleistung mit einer hohen Rechengeschwindigkeit benötigt. Dies führt dazu, dass dahingehend ein Problem auftritt, dass die Kosten zunehmen.
STAND DER TECHNIK
PATENTDOKUMENT

Patentdokument 1: JP 2008-228419 A
Patentdokument 2: JP 2010-252433 A

ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
Es ist folglich Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Motorsteuervorrichtung und ein Motorsteuerverfahren bereitzustellen, die eine Rechenlast zur Bestimmung eines Schaltmodus eines Inverters zur Ansteuerung eines Motors signifikant verringern können.
Gemäß einem ersten Aspekt der vorliegenden Erfindung steuert eine Motorsteuervorrichtung eine Rotation eines Drehstrommotors durch Bestimmen eines Schaltmodus eines Inverters derart, dass ein durch den Drehstrommotor fließender Strom gleich einem Befehlsstrom wird, wodurch der Inverter derart in dem bestimmten Schaltmodus arbeitet, dass eine Spannung entsprechend dem Schaltmodus an den Drehstrommotor gelegt wird.
Die Motorsteuervorrichtung weist eine Nullvektorstromrecheneinheit, eine Bestimmungseinheit und eine Wähleinheit auf.
Die Nullvektorstromrecheneinheit berechnet einen Vorhersagestrom, der voraussichtlich durch den Drehstrommotor fließt, wenn der Inverter in einem Nullvektorschaltmodus zum Anlegen keiner Spannung an den Drehstrommotor arbeitet, als einen Nullvektorstrom.
Die Bestimmungseinheit bestimmt, ob eine Differenz zwischen dem Nullvektorstrom und dem Befehlsstrom in einem αβ-Stationärkoordinatensystem, das einen Ursprung an einer Rotationsachse eines Rotors des Drehstrommotors aufweist und durch eine α-Achse und eine β-Achse, die senkrecht zueinander verlaufen, definiert ist, in einen zulässigen Bereich fällt.
Die Wähleinheit wählt, auf eine Bestimmung, dass die Differenz zwischen dem Nullvektorstrom und dem Befehlsstrom in den zulässigen Bereich fällt, den Nullvektorschaltmodus als den Schaltmodus des Inverters. Die Wähleinheit wählt, auf eine Bestimmung, dass die Differenz zwischen dem Nullvektorstrom und dem Befehlsstrom aus dem zulässigen Bereich fällt, einen Nichtnullvektor-Schaltmodus als den Schaltmodus des Inverters. Der Nichtnullvektor-Schaltmodus entspricht einem Nichtnullstromvektor, der dem Befehlsstrom unter sechs Nichtnullstromvektoren, die in festen Richtungen bezüglich des Nullvektorstroms im αβ-Stationärkoordinatensystem definiert sind, am nächsten ist.
Folglich kann, gemäß dem ersten Aspekt der vorliegenden Erfindung, der Schaltmodus des Inverters, der dazu ausgelegt ist, einen elektrischen Strom, der dem Befehlsstrom am nächsten ist, in den Drehstrommotor zu speisen, bestimmt werden, indem einfach der Nullvektorstrom berechnet wird. Genauer gesagt, es ist nicht erforderlich, die Nichtnullvektorströme überhaupt zu berechnen, um den Schaltmodus des Inverters zu bestimmen. Folglich kann eine Rechenlast verglichen mit dem Stand der Technik deutlich verringert werden.
Es sollte beachtet werden, dass, in dem αβ-Stationärkoordinatensystem, Vektoren von Strömen, die in Übereinstimmung mit Spannungen, die durch die sechs Nichtnullvektor-Schaltmodi des Inverters angelegt werden, durch den Drehstrommotor fließen, in festen Richtungen bezüglich des Nullvektorstroms definiert sind. Folglich kann auch dann, wenn Werte der Nichtnullvektorströme selbst nicht berechnet werden, der Vektor des Stroms, der dem Befehlsstrom am nächsten ist, bestimmt werden, indem der Befehlsstrom in demselben Koordinatensystem aufgetragen wird. Aus diesem Grund ist es nicht erforderlich, die Nichtnullvektorströme zu berechnen, wenn der Nichtnullstromvektor gewählt wird, der dem Befehlsstrom am nächsten ist.
Gemäß einem zweiten Aspekt der vorliegenden Erfindung steuert ein Motorsteuerverfahren eine Rotation eines Drehstrommotors durch Bestimmen eines Schaltmodus eines Inverters derart, dass ein durch den Drehstrommotor fließender Strom gleich einem Befehlsstrom wird, wodurch der Inverter derart in dem bestimmten Schaltmodus arbeitet, dass eine Spannung entsprechend dem Schaltmodus an den Drehstrommotor gelegt wird.
Das Motorsteuerverfahren weist einen Nullvektorstromrechenschritt, einen Bestimmungsschritt und einen Wählschritt auf.
Der Nullvektorstromrechenschritt berechnet einen Vorhersagestrom, der voraussichtlich durch den Drehstrommotor fließt, wenn der Inverter in einem Nullvektorschaltmodus zum Anlegen keiner Spannung an den Drehstrommotor arbeitet, als einen Nullvektorstrom.
Der Bestimmungsschritt bestimmt, ob eine Differenz zwischen dem Nullvektorstrom und dem Befehlsstrom in einem αβ-Stationärkoordinatensystem, das einen Ursprung an einer Rotationsachse eines Rotors des Drehstrommotors aufweist und durch eine α-Achse und eine β-Achse definiert ist, die senkrecht zueinander verlaufen, in einen zulässigen Bereich fällt.
Der Wählschritt wählt den Nullvektorschaltmodus als den Schaltmodus des Inverters auf eine Bestimmung, dass die Differenz zwischen dem Nullvektorstrom und dem Befehlsstrom in den zulässigen Bereich fällt. Der Wählschritt wählt auf eine Bestimmung, dass die Differenz zwischen dem Nullvektorstrom und dem Befehlsstrom aus dem zulässigen Bereich fällt, einen Nichtnullvektor-Schaltmodus als den Schaltmodus des Inverters. Der Nichtnullvektor-Schaltmodus entspricht einem Nichtnullstromvektor, der dem Befehlsstrom unter sechs Nichtnullstromvektoren, die in festen Richtungen bezüglich des Nullvektorstroms in dem αβ-Stationärkoordinatensystem definiert sind, am nächsten ist.
Gemäß dem zweiten Aspekt können die gleichen Effekte wie gemäß dem ersten Aspekt hervorgebracht werden.
KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
Die obige und weitere Aufgaben, Eigenschaften und Vorteile der vorliegenden Erfindung sind aus der nachfolgenden detaillierten Beschreibung unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen näher ersichtlich. In den Zeichnungen zeigt:
1 ein Blockdiagramm eines Gesamtaufbaus einer Motorsteuervorrichtung gemäß einer ersten Ausführungsform;
2 eine Abbildung zur Veranschaulichung von Schaltmodi eines Inverters;
3 ein Diagramm eines Beispiels zur Veranschaulichung einer Zugehörigkeit eines Strombefehlswertes iα*, iβ* zu einem eines ersten bis vierten Quadranten Q1 bis Q4, wenn eine Δiα-Achse und eine Δiβ-Achse in ein αβ-Koordinatensystem bezüglich eines Nullvektorstroms iα0, iβ0 als Ursprung gezeichnet werden;
4 ein Diagramm zur Veranschaulichung eines Verfahrens zur Erkennung eines Stromvektors Ivec, der einem Strombefehlswert iα*, iβ* am nächsten ist;
5 ein Diagramm zur Veranschaulichung eines dritten Verfahrens zur Bestimmung eines zulässigen Bereichs r;
6 ein Diagramm zur Veranschaulichung des dritten Verfahrens zur Bestimmung des zulässigen Bereichs r gleich der 5;
7 ein Ablaufdiagramm zur Veranschaulichung eines Ablaufs eines von der Motorsteuervorrichtung gemäß der ersten Ausführungsform ausgeführten Motorsteuerprozesses; und
8 ein Blockdiagramm eines Gesamtaufbaus einer Motorsteuervorrichtung gemäß einer zweiten Ausführungsform.
AUSFÜHRUNGSFORMEN DER ERFINDUNG
(Erste Ausführungsform)
Nachstehend sind eine Motorsteuervorrichtung und ein Motorsteuerverfahren gemäß einer ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung unter Bezugnahme auf die Zeichnungen beschrieben.
Ein Motor 10, der von einer Motorsteuervorrichtung 30 der vorliegenden Ausführungsform zu steuern ist, ist ein Drehstromsynchronmotor mit Drehstromstatorwicklungen. Gemäß der vorliegenden Ausführungsform ist der Synchronmotor 10 insbesondere ein Umlauf-Synchronmotor (IPMSM) mit vergrabenem Permanentmagenten in einem Rotor.
Der Motor 10 ist, wie in 1 gezeigt, über einen Inverter 12 mit einer Energiequelle 14 verbunden. Der Inverter 12 weist sechs Schaltvorrichtungen (wie beispielsweise IGBTs) auf, die paarweise entsprechend U-, V- und W-Phase des Motors 10 angeordnet sind. D. h., im Inverter 12 ist ein Paar aus Schaltvorrichtungen auf der Seite hohen und niedrigen Potentials derart für jede Phase des Motors 10 vorgesehen, dass eine Leitung, die die Schaltvorrichtungen auf der Seite hohen und niedrigen Potentials verbindet, mit jeder Phase des Motors 10 verbunden ist. Es sollte beachtet werden, dass jede Schaltvorrichtung parallel zu einer Schutzdiode geschaltet ist.
Die Motorsteuervorrichtung 30 gibt Steuersignale gup, gun, gvp, gvn, gwp und gwn an die Schaltvorrichtungen des Inverters 12, um so die Schaltvorrichtungen des Inverters 12 EIN und AUS zu schalten. Dies führt dazu, dass der Inverter 12 in verschiedenen Schaltmodi arbeitet. Die Schaltmodi sind mitunter auch als die „Spannungsvektoren” bezeichnet.
Nachstehend sind die Schaltmodi des Inverters 12 unter Bezugnahme auf die 2 beschrieben. Die Anzahl der Schaltmodi des Inverters 12 beträgt, wie in 2 gezeigt, acht. In einem Schaltmodus V0 und in einem Schaltmodus V7 ist jedoch einzig die Schaltvorrichtung auf der Seite hohen Potentials jeder Phase oder einzig die Schaltvorrichtung auf der Seite niedrigen Potentials jeder Phase EIN geschaltet. Sowohl im Schaltmodus V0 als auch im Schaltmodus V7 wird keine Inverterspannung an den Motor 10 gelegt. Dementsprechend kann nur einer des Schaltmodus V0 und des Schaltmodus V7 verwendet werden. Alternativ kann entweder der Schaltmodus V0 oder der Schaltmodus V7 in Übereinstimmung mit dem Schaltmodus des Inverters 12 vor dem Schalten beliebig gewählt werden. Es sollte beachtet werden, dass die Schaltmodi V0 und V7 als der „Nullvektorschaltmodus” bezeichnet sind.
Demgegenüber ist, in jedem der verbleibenden Schaltmodi V1–V6, die sich von den Schaltmodi V0 und V7 unterscheiden, die einzuschaltende Schaltvorrichtung sowohl auf der Seite hohen Potentials als auch auf der Seite niedrigen Potentials vorhanden. Folglich wird, in den Schaltmodi V1 bis V6, eine Spannung mit einem Vektor entsprechend der einzuschaltenden Schaltvorrichtung an den Motor 10 gelegt und fließt ein Strom mit einem Vektor entsprechend der angelegten Spannung durch den Motor 10. Dementsprechend sind die Schaltmodi V1–V6 kollektiv als der „Nichtnullvektor-Schaltmodus” bezeichnet.
Ein Spannungssensor 16 zur Erfassung einer Eingangsspannung am Inverter 12 ist parallel zur Energiequelle 14 geschaltet. Eine Invertereingangsspannung Vdc, die vom Spannungssensor 16 erfasst wird, wird an die Motorsteuervorrichtung 30 gegeben. Ferner sind ein Drehwinkelsensor 18 zur Erfassung eines Drehwinkels (Magnetpolposition eines Rotors) θ des Motors 10 und ein Stromsensor 20 zur Erfassung von Strömen Iu, Iv und Iw, die durch die Phasen (Phasen U, V und W) des Motors 10 fließen, vorgesehen. Erfassungssignale des Drehwinkelsensors 18 und des Stromsensors 20 werden an die Motorsteuervorrichtung 30 gegeben.
Nachstehend ist ein interner Aufbau der Motorsteuervorrichtung 30 beschrieben. Die Motorsteuervorrichtung 30 kann derart aufgebaut sein, dass Funktionen von Blöcken, die in der 1 gezeigt sind, durch bestimmte Prozessoren realisiert werden, oder derart aufgebaut sein, dass die Funktionen von Blöcken, die in der 1 gezeigt sind, durch Programme realisiert werden, die von einem Mikrocomputer ausgeführt werden.
Die Stromerfassungswerte Iu, Iv und Iw der Phasen des Motors 10, die vom Stromsensor 20 erfasst werden, werden an einen αβ-Wandler 32 gegeben und in einen α-Achsen-Stromwert iα und ein β-Achsen-Stromwert iβ in einer αβ-Koordinate gewandelt. Es ist nicht stets erforderlich, dass der Stromsensor 20 alle der drei Phasenströme erfasst. Die Wandlung in den α-Achsen-Stromwert iα und den β-Achsen-Stromwert iβ kann erfolgen, indem wenigstens zwei Phasenströme erfasst werden.
Der α-Achsen-Stromwert iα und der β-Achsen-Stromwert iβ, die vom αβ-Wandler 32 ausgegeben werden, werden an einen dq-Wandler 34 gegeben. Der dq-Wandler 34 wandelt den α-Achsen-Stromwert iα und den β-Achsen-Stromwert iβ in einen d-Achsen-Stromwert id und einen q-Achsen-Stromwert iq in einer dq-Koordinate auf der Grundlage des Motordrehwinkels θ, der vom Drehwinkelsensor 18 erfasst wird, und gibt den d-Achsen-Stromwert id und den q-Achsen-Stromwert iq an eine Nullvektorstromrecheneinheit 38 aus.
Bekanntermaßen ist die dq-Koordinate eine Umlaufkoordinate, die durch eine q-Achse senkrecht zu einer d-Achse in einer Richtung von einem Südpol zu einem Nordpol des Rotors definiert ist, und ist die αβ-Koordinate eine stationäre Koordinate, die durch eine α-Achse und eine β-Achse senkrecht zueinander bezüglich einer Rotationsachse des Rotors als Ursprung definiert ist. Da ein relatives Phasenverhältnis zwischen der dq-Umlaufkoordinate und der αβ-Stationärkoordinate durch den Motordrehwinkel θ erkannt werden kann, kann eine Koordinatentransformation zwischen dem dq-Umlaufkoordinate und der αβ-Stationärkoordinate ausgeführt werden.
Der vom Drehwinkelsensor 18 erfasste Motordrehwinkel θ wird an eine Drehwinkelgeschwindigkeitsrecheneinheit 36 und einen dq-Umkehrwandler 40 zusätzlich zum dq-Wandler 34 gegeben. Die Drehwinkelgeschwindigkeitsrecheneinheit 36 berechnet eine Motordrehwinkelgeschwindigkeit (elektrische Winkelgeschwindigkeit) ω, indem sie den Motordrehwinkel θ differenziert.
Die Nullvektorstromrecheneinheit 38 berechnet einen zukünftigen Nullvektorstrom einen Steuerzyklus voraus auf der Grundlage der Motordrehwinkelgeschwindigkeit (elektrische Winkelgeschwindigkeit) ω und des d-Achsen-Stromwerts id und des q-Achsen-Stromwerts iq, die den aktuellen Motorstrom anzeigen.
Es Vektorstrom, der einen Nullvektorstrom aufweist, der voraussichtlich in jedem Schaltmodus des Inverters 12 durch den Motor 10 fließt, kann anhand einer Gleichung 2 berechnet werden, die erhalten wird, indem eine nachstehende Gleichung 1 diskretisiert wird. [Gleichung 1]
[Gleichung 2]

i_dq(n + 1) = A·i_dq(n) + B·v_dq(n) + F

In der Gleichung 1 beschreibt id einen d-Achsen-Strom, iq einen q-Achsen-Strom, Ra einen Leitungswiderstand, Ld eine d-Achsen-Induktivität, Lq eine q-Achsen-Induktivität, vd eine d-Achsen-Spannung, vq eine q-Achsen-Spannung, ω eine Motordrehwinkelgeschwindigkeit (elektrische Winkelgeschwindigkeit) und φ die Anzahl von Flussverkettungen.
In der Gleichung 2 zeigt die linke Seite einen vorhergesagten Strom id(n + 1), iq(n + 1). Der erste Term auf der rechten Seite zeigt einen Ist-Strom id(n), iq(n), der mit einem Koeffizienten A multipliziert wird und im Wesentlichen von dem Ist-Strom abhängt. Der zweite Term auf der rechten Seite zeigt eine Inverterspannung vd(n), vq(n), die mit einem Koeffizienten B multipliziert wird und im Wesentlichen von der Inverterspannung abhängt. Der dritte Term auf der rechten Seite zeigt F, das verwendet wird, um einen Strom zu berechnen, der durch eine Geschwindigkeits-EMK (elektromotorische Kraft) des Motors induziert wird. Die Koeffizienten A, B sind Koeffizientenmatrizen, die den Leitungswiderstand, die Induktivität, die Motordrehwinkelgeschwindigkeit und dergleichen aufweisen. Auf diese Weise kann der vorhergesagte Vektorstrom im Wesentlichen aus dem Ist-Strom, dem durch die Inverterspannung induzierten Strom und dem durch die Geschwindigkeits-EMK des Motors induzierten Strom berechnet werden.
Da der Nullvektorstrom ein Strom von dann ist, wenn die Inverterspannung null ist, kann der Nullvektorstrom auf der Grundlage des Ist-Stroms und des Stroms, der durch die Geschwindigkeits-EMK des Motors induziert wird, berechnet werden. Folglich berechnet die Nullvektorstromrecheneinheit 38 den Nullvektorstrom aus der nachstehenden Gleichung 3 auf der Grundlage bekannter Werte, einschließlich einer diskreten Zeit und Motorparametern, einschließlich des Leitungswiderstands, der Induktivität und der Anzahl von Flussverkettungen des Motors, der berechneten Motordrehwinkelgeschwindigkeit (elektrische Winkelgeschwindigkeit) ω und des d-Achsen-Stromwerts id und des q-Achsen-Stromwerts iq, die den Ist-Motorstrom anzeigen. [Gleichung 3]
Anschließend gibt die Nullvektorstromrecheneinheit 38 den berechneten Nullvektorstrom id0, iq0 an den dq-Umkehrwandler 40.
Eine Strombefehlserzeugungseinheit 52 berechnet einen d-Achsen-Strombefehlswert id* und einen q-Achsen-Strombefehlswert iq* auf der Grundlage eines Drehmomentbefehlswerts T* (oder eines Geschwindigkeitsbefehlswerts), der von außerhalb zugeführt wird. Der d-Achsen-Strombefehlswert id* und der q-Achsen-Strombefehlswert iq*, die von der Strombefehlserzeugungseinheit 52 berechnet werden, werden an den dq-Umkehrwandler 40 ausgegeben.
Der dq-Umkehrwandler 40 wandelt einen eingegebenen Stromwert auf der dq-Koordinate zurück in einen Stromwert auf der αβ-Koordinate, auf der Grundlage des Motordrehwinkels θ, der vom Drehwinkelsensor 18 erfasst wird. Insbesondere wandelt der dq-Umkehrwandler 40 einen Nullvektorstrom id0, iq0 auf der dq-Koordinate zurück in einen Nullvektorstrom iα0, iβ0 auf der αβ-Koordinate und einen Strombefehlswert id*, iq* auf der dq-Koordinate zurück in einen Strombefehlswert iα*, iβ* auf der αβ-Koordinate. Anschließend gibt der dq-Umkehrwandler 40 den Nullvektorstrom iα0, iβ0 und den Strombefehlswert iα*, iβ* auf der αβ-Koordinate an eine Bestimmungseinheit 42.
Die Bestimmungseinheit 42 berechnet, wie in 3 gezeigt, eine Differenz Δr zwischen dem Nullvektorstrom iα0, iβ0 und dem Strombefehlswert iα*, iβ* auf der αβ-Koordinate und nimmt einen Vergleich der Differenz Δr mit einem zulässigen Bereich r, der von einer Zulässiger-Bereich-Einstelleinheit 44 eingestellt wird, vor. Ein Ergebnis des Vergleichs wird an eine Wähleinheit 46 gegeben. Ein Verfahren, anhand dessen die Zulässiger-Bereich-Einstelleinheit 44 den zulässigen Bereich r einstellt, ist nachstehend noch beschrieben.
Wenn ein Vergleichsergebnis, das die Wähleinheit 46 von der Bestimmungseinheit 42 empfängt, anzeigt, dass die Differenz Δr kleiner als der zulässige Bereich r ist, wählt die Wähleinheit 46 den Nullvektorschaltmodus V0 als einen Schaltmodus für den Inverter 12 und gibt die Wähleinheit 46 den Nullvektorschaltmodus V0 an einen Controller 50 des Inverters 12. Ein Grund hierfür liegt darin, dass berücksichtigt wird, dass ein Strom nahe dem Strombefehlswert iα*, iβ* durch den Motor 10 fließen kann, indem bewirkt wird, dass der Inverter 12 in dem Nullvektorschaltmodus entsprechend dem Nullvektorstrom id0, iq0 arbeitet.
Demgegenüber weist die Wähleinheit 46 dann, wenn das Vergleichsergebnis, das die Wähleinheit 46 von der Bestimmungseinheit 42 empfängt, anzeigt, das die Differenz Δr nicht kleiner als der zulässige Bereich r ist, eine Nichtnullvektor-Erkennungseinheit 48 an, einen Nichtnullvektorstrom zu erkennen, der dem Strombefehlswert iα*, iβ* am nächsten ist, um den Nichtnullvektor-Schaltmodus Vk als einen Schaltmodus für den Inverter 12 zu wählen. Ein Verfahren, anhand dessen die Nichtnullvektor-Erkennungseinheit 48 den Nichtnullvektorstrom erkennt, ist nachstehend unter Bezugnahme auf die 3 und 4 beschrieben. Hierbei wird angenommen, dass die Nichtnullvektor-Erkennungseinheit 48 den Nullvektorstrom iα0, iβ0 und den Strombefehlswert iα*, iβ* auf der αβ-Koordinate durch die Bestimmungseinheit 42 und die Wähleinheit 46 bereits empfangen hat. Alternativ kann die Nichtnullvektor-Erkennungseinheit 48 den Nullvektorstrom iα0, iβ0 und den Strombefehlswert iα*, iβ* direkt vom dq-Umkehrwandler 40 empfangen.
3 zeigt, zu welchem eines ersten Quadranten Q1 bis zu einem vierten Quadranten Q4 der Strombefehlswert iα*, iβ* gehört, wenn eine Δiα-Achse und eine Δiβ-Achse auf der αβ-Koordinate bezüglich des Nullvektorstroms iα0, iβ0 als Ursprung gezeichnet werden. Zunächst führt die Nichtnullvektor-Erkennungseinheit 48, wie in 3 gezeigt, eine Quadrantenbestimmung aus, um zu bestimmen, zu welchem des ersten Quadranten Q1 bis vierten Quadranten Q4 der Strombefehlswert iα*, iβ* gehört. Insbesondere subtrahiert die Nichtnullvektor-Erkennungseinheit 48 den Nullvektorstrom iα0, iβ0 vom Strombefehlswert iα*, iβ* und bestimmt die Nichtnullvektor-Erkennungseinheit 48, zu welchem Quadranten der Strombefehlswert iα*, iβ* gehört, auf der Grundlage von Vorzeichen eines α-Achsen-Stromwerts und eines β-Achsen-Stromwerts, die die Ergebnisse der Subtraktion sind. 3 zeigt ein Beispiel, bei dem der Strombefehlswert iα*, iβ* zum ersten Quadranten Q1 gehört.
Anschließend wählt die Nichtnullvektor-Erkennungseinheit 48 einen Nichtnullstromvektor Ivec, der dem Strombefehlswert iα*, iβ* am nächsten ist, unter Nichtnullstromvektoren Ivec1 bis 6, die den Quadranten durchlaufen, zu dem der Strombefehlswert iα*, iβ* gehört.
In dem αβ-Stationärkoordinatensystem sind die Nichtnullstromvektoren Ivec1 bis 6, die durch den Motor 10 fließen, in Übereinstimmung mit Spannungen, die an den Motor 10 gelegt werden, und zwar durch die sechs Nichtnullvektor-Schaltmodi V1 bis V6 des Inverters 12, wie in 4 gezeigt, in festen Richtungen bezüglich des Nullvektorstroms iα0, iβ0 definiert. Folglich kann auch dann, wenn Werte der Nichtnullvektorströme, die durch die Schaltmodus V1 bis V6 durch den Motor 10 fließen, selbst nicht berechnet werden, der Nichtnullstromvektor Ivec, der dem Strombefehlswert iα*, iβ* am nächsten ist, identifiziert werden.
Bei dem in der 4 gezeigten Beispiel gehört der Strombefehlswert iα*, iβ* zum ersten Quadranten und verlaufen zwei Nichtnullstromvektoren Ivec1 und Ivec2 durch den ersten Quadranten. Zu welchem der Stromvektoren Ivec1 und Ivec2 der Strombefehlswert iα*, iβ* näher liegt, kann beispielsweise bestimmt werden, indem bestimmt wird, ob der Strombefehlswert iα*, iβ* oberhalb oder unterhalb einer geraden Linie (y1 = 0.577x) liegt, die exakt in der Mitte zwischen den Nichtnullstromvektoren Ivec1 und Ivec2 durch läuft. Bei dem in der 4 gezeigten Beispiel wird, da der Strombefehlswert iα*, iβ* oberhalb der geraden Linie (y1 = 0.577x) liegt, erkannt, dass der nächste Nichtnullstromvektor Ivec1 ist. Auch wenn der Strombefehlswert iα*, iβ* zu einem anderen Quadranten gehört, kann der nächste (d. h. dichteste) Nichtnullstromvektor Ivec anhand eines Verfahrens gleich dem vorstehend beschrieben Verfahren erkannt werden.
Das vorstehend beschriebene Verfahren zur Identifizierung des Nichtnullstromvektors Ivec ist insbesondere für einen SPMSM (Oberflächen-Permanentmagnet-Synchronmotor) mit einer d-Achsen-Induktivität Ld und einer q-Achsen-Induktivität Lq, die zueinander gleich sind, und einen IPMSM (Permanentmagnet-Synchronmotor mit vergrabenen Magneten) mit Ld und Lq, die nahe beieinander liegen, wirksam. Ein Grund hierfür liegt darin, dass dann, wenn Ld und Lq zueinander gleich sind oder nahe beieinander liegen, die Nichtnullstromvektoren Ivec1 bis 6 in festen Richtungen mit einer Phasendifferenz von 60 Grad bezüglich des Nullvektorstroms iα0, iβ0 definiert sind.
Wenn der Nichtnullstromvektor Ivec, der dem Strombefehlswert iα*, iβ* am nächsten ist, auf diese Weise erkannt wird, gibt die Nichtnullvektor-Erkennungseinheit 48 den erkannten Nichtnullstromvektor Ivec an die Wähleinheit 46. Die Wähleinheit 46 gibt den Nichtnullvektor-Schaltmodus Vk, entsprechend dem Nichtnullstromvektor Ivec, der von der Nichtnullvektor-Erkennungseinheit 48 empfangen wird, als einen Schaltmodus für den Inverter 12 an den Controller 50.
Der Controller 50 erzeugt Steuersignale in Übereinstimmung mit dem eingegebenen Schaltmodus V0 oder Vk und gibt die Steuersignale an den Inverter 12, um zu bewirken, dass der Inverter 12 in dem eingegebenen Schaltmodus V0 oder Vk arbeitet.
Gemäß der vorliegenden Ausführungsform wird, wie vorstehend beschrieben, dann, wenn die Differenz Δr zwischen dem Nullvektorstrom iα0, iβ0 und dem Strombefehlswert iα*, iβ* innerhalb des zulässigen Bereichs r liegt, der Nullvektorschaltmodus V0 entsprechend dem Nullvektorstrom iα0, iβ0 als ein Schaltmodus für den Inverter 12 gewählt. Demgegenüber wird dann, wenn die Differenz Δr außerhalb des zulässigen Bereichs r liegt, der Nichtnullvektor-Schaltmodus Vk entsprechend dem Nichtnullstromvektor Ivec, der dem Strombefehlswert iα*, iβ* am nächsten liegt, als ein Schaltmodus für den Inverter 12 gewählt.
Folglich ist es, gemäß der vorliegenden Ausführungsform, nicht erforderlich, den Wert des Nichtnullvektorstroms zu berechnen und kann der Schaltmodus des Inverters 12, der dazu ausgelegt ist, einen elektrischen Strom, der dem Strombefehlswert iα*, iβ* am nächsten ist, in den Motor 10 zu speisen, bestimmt werden, indem einfach der Wert des Nullvektorstroms iα0, iβ0 berechnet wird. Auf diese Weise ist es nicht erforderlich, die Nichtnullvektorströme überhaupt zu berechnen, um den Schaltmodus des Inverters 12 zu bestimmen. Dementsprechend kann eine Rechenlast zur Bestimmung des Schaltmodus des Inverters 12 durch eine Vorhersage des zukünftigen Stroms verglichen mit dem Stand der Technik deutlich verringert werden.
Gemäß der vorliegenden Ausführungsform wird der Schaltmodus des Inverters 12, wie vorstehend beschrieben, zwischen dem Nullvektorschaltmodus V0 und dem Nichtnullvektor-Schaltmodus Vk umgeschaltet, und zwar in Übereinstimmung mit dem Ergebnis des Vergleichs zwischen dem zulässigen Bereich r und der Differenz Δr zwischen dem Nullvektorstrom iα0, iβ0 und dem Strombefehlswert iα*, iβ*. Folglich ist die Art und Weise, wie der zulässige Bereich r zu bestimmen ist, ein wichtiger technischer Gegenstand für die vorliegende Ausführungsform. Aus diesem Grund ist nachstehend ein Verfahren zur Bestimmung des zulässigen Bereichs r nachstehend näher beschrieben.
Ein erstes Verfahren zur Bestimmung des zulässigen Bereichs r dient zur experimentellen Bestimmung des zulässigen Bereichs r im Voraus derart als einen konstanten Wert, dass ein Fehler zwischen dem Strombefehlswert id*, iq* (iα*, iβ*) und einem Ist-Stromwert id, iq (iα, iβ) in einen Fehlerspielraum fallen kann.
Wenn der zulässige Bereich r jedoch als ein konstanter Wert bestimmt wird, ist nicht zwangsläufig zu erwarten, dass einer des Nullvektorstroms iα0, iβ0 und des Nichtnullvektorstroms iαk, iβk, der näher zum Strombefehlswert iα*, iβ* liegt, stets genau gewählt wird. Ein Grund hierfür liegt darin, dass sich ein Betrag des Nichtnullstromvektors Ivec, wie in 4 gezeigt, in Abhängigkeit von Änderungen in einer Invertereingangsspannung Vdc ändert. Insbesondere kann beispielsweise auch dann, wenn der Betrag des Nichtnullstromvektors Ivec zunimmt, so dass der Strombefehlswert iα*, iβ* näher zum Nullvektorstrom iα0, iβ0 kommt als der Nichtnullvektorstrom iαk, iβk, eine Situation auftreten, in der die Differenz Δr den zulässigen Bereich r überschreitet. Demgegenüber kann auch dann, wenn der Betrag des Nichtnullstromvektors abnimmt, so dass der Strombefehlswert iα*, iβ* näher zum Nichtnullvektorstrom iαk, iβk kommt als der Nullvektorstrom iα0, iβ0, eine Situation auftreten, in der die Differenz Δr in den zulässigen Bereich r fällt.
Es sollte beachtet werden, dass auch dann, wenn ein Stromvektor (einschließlich eines Nullvektorstroms), der der zweinächste, jedoch nicht der nächste (d. h. nächstliegende) zu dem Strombefehlswert iα*, iβ* ist, gewählt wird und der Inverter 12 in einem entsprechenden Schaltmodus arbeitet, eine geeignete Steuerung trotz der Tatsache erfolgen kann, dass der Fehler zwischen dem Strombefehlswert id*, iq* und dem Ist-Stromwert id, iq etwas zunimmt.
Ein zweites Verfahren zur Bestimmung des zulässigen Bereichs dient dazu, den Betrag des Nullvektorstroms auf der Grundlage der Invertereingangsspannung Vdc zu berechnen (vorherzusagen) und den zulässigen Bereich r auf die Hälfte des berechneten Wertes zu setzen, derart, dass der Fehler zwischen dem Strombefehlswert id*, iq* und dem Ist-Stromwert id, iq verringert werden kann.
Der Betrag des Nichtnullstromvektors Ivec ändert sich, wie vorstehend beschrieben, in Abhängigkeit der Amplitude der Invertereingangsspannung Vdc. Folglich kann der Betrag des Nichtnullstromvektors Ivec genau berechnet (vorhergesagt) werden, indem die Amplitude der Invertereingangsspannung Vdc erfasst wird. Ferner kann, da der zulässige Bereich r auf die Hälfte des Betrags des berechneten Nichtnullstromvektors Ivec gesetzt wird, genauer als anhand des ersten Verfahrens bestimmt werden, zu welchem von dem Nullvektorstrom iα0, iβ0 und dem Nichtnullvektorstrom iαk, iβk der Strombefehlswert iα*, iβ* näher liegt.
Der Betrag des Nichtnullvektorstroms kann beispielsweise, wie in 1 gezeigt, berechnet werden, indem der zweite Term auf der rechten Seite der Gleichung 1 berechnet wird, nachdem die Zulässiger-Bereich-Einstelleinheit 44 die Eingangsspannung Vdc des Inverters 12 erhalten hat, die αβ-Transformation und die dq-Transformation ausgeführt hat und eine Inverterspannung vd, vq auf der dq-Koordinate erhalten hat. Ein Grund hierfür liegt darin, dass der zweite Term auf der rechten Seite der Gleichung 1 einen elektrischen Strom beschreibt, der durch die Inverterspannung vd, vq induziert wird, d. h. den Betrag des Nichtnullstromvektors.
Ferner kann im Falle des vorstehend beschriebenen SPMSM oder des vorstehend beschriebenen IPMSM mit Ld und Lq, die nahe beieinander liegen, der Betrag des Nichtnullstromvektors berechnet werden, indem einfach die erfasste Invertereingangsspannung Vdc mit einem Koeffizienten multipliziert wird, ohne das Verfahren anzuwenden, bei dem der Betrag des Nichtnullstromvektors berechnet wird, indem der zweite Term auf der rechten Seite der Gleichung 1 berechnet wird. Insbesondere kann beispielsweise der Betrag des Nichtnullvektorstroms berechnet werden, indem einzig der Schaltmodus (Spannungsvektor) V1, der in der 2 gezeigt ist, aus der erfassten Invertereingangsspannung Vdc erhalten und eine α-Achsen-Komponente des Spannungsvektors V1 mit einem bekannten Wert einschließlich 1/Ld (oder 1/Lq) und einer diskreten Zeit multipliziert wird. Da der Nichtnullstromvektor entsprechend jedem der Spannungsvektoren V1–V6 den gleichen Betrag aufweist, muss der Betrag von nur einem der Spannungsvektoren bekannt sein. Gründe hierfür liegen darin, dass, da eine β-Achsen-Komponente des Spannungsvektors V1 in bzw. auf dem αβ-Koordinatensystem null ist, die gesamte Komponente der Invertereingangsspannung Vdc in der α-Achsen-Komponente widergespiegelt wird, und, da eine Differenz zwischen dem αβ-Stationärkoordinatensystem und dem dq-Koordinatensystem einzig eine Differenz zwischen einem Stationärkoordinatensystem und einem Umlaufkoordinatensystem ist, der Betrag des Nichtnullvektorstroms in beiden der Koordinatensysteme gleich ist.
Auch das zweite Verfahren bestimmt jedoch gegebenenfalls fehlerhaft, welchem des Nullvektorstroms iα0, iβ0 und des Nichtnullvektorstroms iαk, iβk der Strombefehlswert iα*, iβ* näher ist. Dieser Punkt ist insbesondere unter Bezugnahme auf die 5 beschrieben.
Bei dem zweiten Verfahren wird der zulässige Bereich r auf die Hälfte des Betrags des Nichtnullstromvektors Ivec gesetzt. Folglich kann dann, wenn der Strombefehlswert iα*, iβ* irgendeinem der Nichtnullstromvektoren Ivec1–6 nahe ist, genau bestimmt werden, welchem des Nullvektorstroms iα0, iβ0 und des Nichtnullvektorstroms iαk, iβk der Strombefehlswert iα*, iβ* näher ist.
Hier wird angenommen, dass der Strombefehlswert iα*, iβ* den Nichtnullstromvektoren Ivec1–6 nicht nahe ist. Es wird beispielsweise, wie in 5 gezeigt, angenommen, dass der Strombefehlswert iα*, iβ* zwischen den Nichtnullstromvektoren Ivec1 und Ivec2 und näher zum Nichtnullstromvektor Ivec2 liegt. In diesem Fall ist es, um genau zu bestimmen, welchem des Nullvektorstroms iα0, iβ0 und des Nichtnullvektorstroms iα2, iβ2 der Strombefehlswert iα*, iβ* näher ist, erforderlich, die Bestimmung bezüglich einer Normalen (eine Normale zum Nichtnullstromvektor Ivec2) zu treffen, die sich vom Mittelpunkt des Nichtnullstromvektors Ivec2 aus erstreckt.
Da das zweite Verfahren den zulässigen Bereich r auf die Hälfte des Betrags des Nichtnullstromvektors Ivec setzt, erfolgt die Bestimmung jedoch bezüglich eines Bogens mit einer Mitte des Nullvektorstroms iα0, iβ0, wie in der 5 gezeigt. Eine Differenz zwischen der Normalen, sie sich vom Mittelpunkt des Nichtnullstromvektors Ivec2 aus erstreckt, und dem Bogen mit der Mitte des Nullvektorstroms iα0, iβ0 nimmt mit einem Abstand vom Nichtnullstromvektor Ivec2 zu. Folglich nimmt dann, wenn der Strombefehlswert iα*, iβ* vom Nichtnullstromvektor Ivec2 entfernt ist, eine Möglichkeit der fehlerhaften Bestimmung dahingehend, welchem des Nullvektorstroms iα0, iβ0 und des Nichtnullvektorstroms iα2, iβ2 der Strombefehlswert iα*, iβ* näher ist, zu.
Aus dem obigen Grunde dient, wie in 6 gezeigt, ein drittes Verfahren zur Bestimmung des zulässigen Bereichs dazu, den zulässigen Bereich r als einen Abstand vom Nullvektorstrom iα0, iβ0 zu einem Schnittpunkt zwischen einer geraden Linie A, die den Nullvektorstrom iα0, iβ0 mit dem Strombefehlswert iα*, iβ* verbindet, und einer Normalen B, die sich von einem Mittelpunkt des Nichtnullstromvektors Ivec aus erstreckt, der dem Strombefehlswert iα*, iβ* am nächsten ist, zu bestimmen.
Es sollte beachtet werden, dass dasjenige, was benötigt wird, um es der Zulässiger-Bereich-Einstelleinheit 44 zu ermöglichen, die gerade Linie A zu berechnen, ist, dass der Nullvektorstrom iα0, iβ0 und der Strombefehlswert iα*, iβ* auf der αβ-Koordinate, die vom dq-Umkehrwandler 40 berechnet werden, an die Zulässiger-Bereich-Einstelleinheit 44 ausgegeben werden. Ferner dasjenige, was benötigt wird, um es der Zulässiger-Bereich-Einstelleinheit 44 zu ermöglichen, die Normale B zu berechnen, ist, dass der Nichtnullstromvektor Ivec, der dem Strombefehlswert iα*, iβ* am nächsten ist, der von der Nichtnullvektor-Erkennungseinheit 48 erkannt wird, an die Zulässiger-Bereich-Einstelleinheit 44 ausgegeben wird.
Indem der zulässige Bereich r auf diese Weise bestimmt wird, kann auch dann, wenn der Strombefehlswert iα*, iβ* vom Nichtnullstromvektor Ivec entfernt ist, so wie es in der 6 gezeigt ist, richtig bestimmt werden, welchem des Nullvektorstroms iα0, iβ0 und des Nichtnullvektorstroms iα2, iβ2 der Strombefehlswert iα*, iβ* näher ist. Folglich kann genauer als anhand des zweiten Verfahrens bestimmt werden, welchem des Nullvektorstroms iα0, iβ0 und des Nichtnullvektorstroms iαk, iβk der Strombefehlswert iα*, iβ* näher ist.
Obgleich eine Beschreibung eines Verfahrens zur Berechnung eines bestimmten zulässigen Bereichs r ausgelassen ist, kann die gerade Linie A als eine gerade Linie berechnet werden, die zwei Punkte durchläuft, von denen einer der Nullvektorstrom iα0, iβ0 als der Ursprung und der andere der Strombefehlswert iα*, iβ* ist. Eine gerade Linie, die die Normale B beschreibt, kann auf der Grundlage der Tatsache berechnet werden, dass eine Seite eines rechtwinkligen Dreiecks mit Seiten im Verhältnis von 1:2:Quadratwurzel aus 3 der Nichtnullstromvektor Ivec2 ist. Solang die zwei geraden Linien A und B berechnet werden, ist es einfach, den Schnittpunkt der Linien, d. h. den zulässigen Bereich r zu berechnen. Ferner kann auch dann, wenn der Strombefehlswert iα*, iβ* zu anderen Quadranten gehört, ungleich dem in der 6 gezeigten Beispiel, der zulässige Bereich r anhand eines Verfahrens gleich dem vorstehend beschriebenen Verfahren berechnet werden.
Nachstehend ist ein viertes Verfahren zur Bestimmung des zulässigen Bereichs r beschrieben, das dazu dient, einen Fehler zwischen dem Ist-Strom id, iq, der durch den Motor 10 fließt, und dem Strombefehlswert id*, iq* zu erfassen, wenn der zulässige Bereich r vergrößert oder verkleinert wird, und den zulässigen Bereich r abzustimmen, bis der Fehler nicht größer als ein vorbestimmter Wert wird.
Es sollte beachtet werden, dass sich der Betrag des Nichtnullstromvektors Ivec nicht nur in Abhängigkeit von Änderungen in der Inverterspannung Vdc ändert, sondern ebenso beispielsweise Änderungen in einer Motortemperatur, einer Motordrehzahl, der Anzahl von Flussverkettungen und dergleichen. Folglich kann auch dann, wenn sich der Betrag des Nichtnullstromvektors Ivec aufgrund von anderen Faktoren neben den Änderungen in der an den Motor 10 gelegten Spannung ändert, der zulässige Bereich r auf einen geeigneten Wert abgestimmt werden, indem der zulässige Bereich r auf der Grundlage des aktuellen Steuerergebnisses abgestimmt wird, gleich dem vierten Verfahren.
Im Falle einer Anwendung des vierten Verfahrens kann beispielsweise der Fehler zwischen dem Ist-Strom id, iq, der durch den Motor 10 fließt, und dem Strombefehlswert id*, iq* überwacht und der zulässige Bereich r abgestimmt werden, wenn der Fehler größer oder gleich einem vorbestimmten Wert wird. Ferner kann eine Richtung in einer Änderung im Fehler, wenn der zulässige Bereich r vergrößert oder verkleinert wird, überwacht und der zulässige Bereich r derart abgestimmt werden, dass sich der zulässige Bereich r in einer entgegengesetzten Richtung ändern kann, wenn der Fehler zunimmt.
Schließlich dient ein fünftes Verfahren zur Bestimmung des zulässigen Bereichs r dazu, im Voraus eine Abbildung zu speichern, die zulässige Bereiche r definiert, die für Änderungen in mehreren Parametern (wie der Motortemperatur, der Motordrehzahl, der Anzahl von Flussverkettungen und dergleichen) zu verwenden ist, die den Betrag des Nichtnullstromvektors Ivec beeinflussen. Folglich werden, bezüglich der Parameter, Ist-Parameterwerte unter Verwendung von Sensoren und dergleichen erfasst und ein zulässiger Bereich r entsprechend den erfassten Parametern aus der Abbildung gelesen. Bei solch einem Ansatz kann, gleich dem vierten Verfahren, auch dann, wenn sich der Betrag des Nichtnullstromvektors Ivec aufgrund verschiedener Faktoren ändert, der zulässige Bereich r in Übereinstimmung mit der Änderung im Betrag auf einen geeigneten Wert gesetzt werden.
Nachstehend ist ein Ablauf eines in der Motorsteuervorrichtung 30 ausgeführten Motorsteuerprozesses unter Bezugnahme auf ein in der 7 gezeigtes Ablaufdiagramm beschrieben. Der in der 7 gezeigte Prozess wird in einem vorbestimmten Steuerzyklus wiederholt.
Zunächst werden, in Schritt S100, die Stromerfassungswerte Iu, Iw der U- und der W-Phase vom Stromsensor 20 und der Motordrehwinkel θ vom Drehwinkelsensor 18 eingegeben. Ferner wird die Motordrehwinkelgeschwindigkeit (elektrische Winkelgeschwindigkeit) ω aus dem Motordrehwinkel θ berechnet.
Anschließend werden, in Schritt S110, die eingegebenen Stromerfassungswerte Iu, Iw in den α-Achsen-Stromwert iα und den β-Achsen-Stromwert iβ auf der αβ-Koordinate gewandelt. Hierauf folgend werden, in Schritt S120, der α-Achsen-Stromwert iα und der β-Achsen-Stromwert iβ auf der Grundlage des Motordrehwinkels θ, in den d-Achsen-Stromwert id und den q-Achsen-Stromwert iq auf der dq-Koordinate gewandelt.
In Schritt S130 wird der Nullvektorstrom id0, iq0 aus der Gleichung 3 auf der Grundlage bekannter Werte einschließlich einer diskreten Zeit und von Motorparametern einschließlich des Leitungswiderstands, der Induktivität und der Anzahl von Flussverkettungen des Motors, berechnet, wobei die berechnete Motordrehwinkelgeschwindigkeit (elektrische Winkelgeschwindigkeit) ω und der d-Achsen-Stromwert id und der q-Achsen-Stromwert iq den aktuellen Motorstrom anzeigen. Anschließend wird, in Schritt S140, der Nullvektorstrom id0, iq0 auf der dq-Koordinate zurück in den Nullvektorstrom iα0, iβ0 auf der αβ-Koordinate gewandelt und der Strombefehlswert id*, iq* auf der dq-Koordinate zurück in den Strombefehlswert iα*, iβ* auf der αβ-Koordinate gewandelt.
In Schritt S150 wird die Differenz Δr zwischen dem Nullvektorstrom iα0, iβ0 und dem Strombefehlswert iα*, iβ* auf der αβ-Koordinate berechnet. Anschließend wird, in Schritt S160, bestimmt, ob die Differenz Δr kleiner als der zulässige Bereich r ist, indem eines der vorstehend beschriebenen Verfahren angewandt wird. Wenn in Schritt S160 bestimmt wird, dass die Differenz Δr kleiner als der zulässige Bereich r ist, überspringt der Ablauf Schritt S170 und schreitet der Ablauf zu Schritt S180 voran, in dem der Nullvektorschaltmodus V0 als ein optimaler Schaltmodus für den Inverter 12 ausgegeben wird. Demgegenüber schreitet der Ablauf dann, wenn in Schritt S160 bestimmt wird, dass die Differenz Δr nicht kleiner als der zulässige Bereich r ist, zu Schritt S170 voran.
In Schritt S170 wird der Nichtnullstromvektor Ivec, der dem Strombefehlswert iα*, iβ* auf der αβ-Koordinate am nächsten ist, erkannt und der Nichtnullvektor-Schaltmodus Vk entsprechend dem Nichtnullstromvektor Ivec erkannt. Anschließend wird, in Schritt S180, der Nichtnullvektor-Schaltmodus Vk als ein optimaler Schaltmodus für den Inverter 12 ausgegeben.
(Zweite Ausführungsform)
Nachstehend sind eine Motorsteuervorrichtung und ein Motorsteuerverfahren gemäß einer zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung unter Bezugnahme auf die 8 beschrieben. Strukturen gleich denjenigen der Motorsteuervorrichtung der ersten Ausführungsform sind mit den gleichen Bezugszeichen versehen und nachstehend nicht wiederholt beschrieben.
Die Motorsteuervorrichtung 30 der ersten Ausführungsform weist den Spannungssensor 16 zur Erfassung der Eingangsspannung am Inverter 12 auf, und die vom Spannungssensor 16 erfasste Eingangsspannung wird an die Zulässiger-Bereich-Einstelleinheit 44 gegeben.
Wenn jedoch, wie beispielsweise in der 8 gezeigt, ein Kondensator 17 mit einer verhältnismäßig hohen Kapazität derart mit dem Inverter 12 verbunden ist, dass die Eingangsspannung am Inverter 12 nahezu konstant gehalten werden kann, ist es nicht erforderlich, die Eingangsspannung Vdc am Inverter 12 zu berücksichtigen. Folglich kann in diesem Fall, wie in 8 gezeigt, der Spannungssensor 16 nicht vorgesehen sein.
Für den Fall, dass der in der 8 gezeigte Aufbau verwendet wird, ist es nicht erforderlich, Änderungen in der Eingangsspannung Vdc am Inverter 12 zu berücksichtigen. Folglich kann die Zulässiger-Bereich-Einstelleinheit 44 den zulässigen Bereich r anhand irgendeines des ersten, vierten und fünften Verfahrens, die in der ersten Ausführungsform beschrieben sind, und des zweiten und dritten Verfahrens, die derart modifiziert sind, dass die Invertereingangsspannung Vdc als konstant angenommen wird, ohne erfasst zu werden, bestimmt werden.
(Weitere Ausführungsformen)
Obgleich die vorliegende Erfindung vorstehend in Verbindung mit ihren Ausführungsformen beschrieben ist, sollte wahrgenommen werden, dass sie nicht auf die Ausführungsformen beschränkt ist, sondern verschiedene Modifikationen und äquivalente Anordnungen innerhalb ihres Schutzumfangs mit umfasst.
Die erste und die zweite Ausführungsform basieren beispielsweise darauf, dass ein optimaler Schaltmodus einen Steuerzyklus voraus bestimmt werden sollte. Alternativ kann, wie beispielsweise im Patentdokument 2 beschrieben, die vorliegende Erfindung auf einen Fall angewandt werden, in dem ein optimaler Schaltmodus zwei Steuerzyklen voraus bestimmt werden sollte.
Ferner können die diskrete Zeit und die Motorparameter, wie beispielsweise der Leitungswiderstand und die Induktivität, die in der Vorhersagegleichung enthalten sind, die in der Vorhersagestromrecheneinheit verwendet wird, dynamisch geändert werden.

Claims

Motorsteuervorrichtung zur Steuerung einer Rotation eines Drehstrommotors (10) durch Bestimmen eines Schaltmodus eines Inverters (12) derart, dass ein durch den Drehstrommotor (10) fließender Strom gleich einem Befehlsstrom wird, wodurch der Inverter (12) derart in dem bestimmten Schaltmodus arbeitet, dass eine Spannung entsprechend dem Schaltmodus an den Drehstrommotor (10) gelegt wird, wobei die Motorsteuervorrichtung aufweist: – eine Nullvektorstromrecheneinheit (38), die einen Vorhersagestrom als einen Nullvektorstrom berechnet, wobei vorhergesagt wird, dass der Vorhersagestrom durch den Drehstrommotor (10) fließt, wenn der Inverter (12) in einem Nullvektorschaltmodus zum Anlegen keiner Spannung an den Drehstrommotor (10) arbeitet; – eine Bestimmungseinheit (42), die bestimmt, ob eine Differenz zwischen dem Nullvektorstrom und dem Befehlsstrom in einem αβ-Stationärkoordinatensystem in einen zulässigen Bereich fällt, wobei das αβ-Stationärkoordinatensystem einen Ursprung an einer Rotationsachse eines Rotors des Drehstrommotors (10) aufweist und durch eine α-Achse und eine β-Achse, die senkrecht zueinander verlaufen, definiert ist; und – eine Wähleinheit (46), die auf eine Bestimmung, dass die Differenz zwischen dem Nullvektorstrom und dem Befehlsstrom in den zulässigen Bereich fällt, den Nullvektorschaltmodus als den Schaltmodus des Inverters (12) wählt, wobei die Wähleinheit (46) auf eine Bestimmung, dass die Differenz zwischen dem Nullvektorstrom und dem Befehlsstrom aus dem zulässigen Bereich fällt, einen Nichtnullvektorschaltmodus als den Schaltmodus des Inverters (12) wählt, wobei der Nichtnullvektorschaltmodus einem Nichtnullstromvektor entspricht, der dem Befehlsstrom unter sechs Nichtnullstromvektoren, die in festen Richtungen bezüglich des Nullvektorstroms im αβ-Stationärkoordinatensystem definiert sind, am nächsten ist.
Motorsteuervorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass sie ferner aufweist: – eine Einstelleinheit (44), die den zulässigen Bereich einstellt, wobei – die Einstelleinheit (44) einen Betrag des Nichtnullstromvektors auf der Grundlage einer Amplitude der an den Drehstrommotor (10) gelegten Spannung berechnet und den zulässigen Bereich auf die Hälfte des Betrags des Nichtnullstromvektors setzt.
Motorsteuervorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass sie ferner aufweist: – eine Einstelleinheit (44), die den zulässigen Bereich einstellt, wobei – die Einstelleinheit (44) einen Betrag des Nichtnullstromvektors auf der Grundlage einer Amplitude der an den Drehstrommotor (10) gelegten Spannung berechnet, einen Abstand von dem Nullvektorstrom zu einem Schnittpunkt zwischen einer geraden Linie, die den Nullvektorstrom mit dem Befehlsstrom verbindet, und einer Normalen, die sich von einem Mittelpunkt des Nichtnullstromvektors aus erstreckt, der dem Befehlsstrom am nächsten ist, berechnet und den zulässigen Bereich auf den Abstand setzt.
Motorsteuervorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass sie ferner aufweist: – eine Einstelleinheit (44), die den zulässigen Bereich einstellt, wobei – die Einstelleinheit (44) einen Fehler zwischen einem Ist-Strom, der durch den Drehstrommotor (10) fließt, und dem Befehlsstrom erfasst, wenn der zulässige Bereich vergrößert oder verkleinert wird, und – die Einstelleinheit (44) den zulässigen Bereich bestimmt, indem sie den zulässigen Bereich abstimmt, bis der Fehler nicht größer als ein vorbestimmter Wert wird.
Motorsteuervorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass sie ferner aufweist: – eine Einstelleinheit (44), die den zulässigen Bereich einstellt, wobei – die Einstelleinheit (44) im Voraus eine Abbildung speichert, die zulässige Bereiche definiert, die für Änderungen in Parametern zu verwenden sind, die einen Betrag des Nichtnullstromvektors beeinflussen, und – die Einstelleinheit (44) dann, wenn Ist-Werte der Parameter erfasst werden, den zulässigen Bereich bestimmt, indem sie einen entsprechenden zulässigen Bereich zu den erfassten Werten aus der Abbildung liest.
Motorsteuerverfahren zur Steuerung einer Rotation eines Drehstrommotors (10) durch Bestimmen eines Schaltmodus eines Inverters (12) derart, dass ein durch den Drehstrommotor (10) fließender Strom gleich einem Befehlsstrom wird, wodurch der Inverter (12) derart in dem bestimmten Schaltmodus arbeitet, dass eine Spannung entsprechend dem Schaltmodus an den Drehstrommotor (10) gelegt wird, wobei das Motorsteuerverfahren aufweist: – einen Nullvektorstromrechenschritt (S130) zur Berechnung eines Vorhersagestroms als einen Nullvektorstrom, wobei vorhergesagt wird, dass der Vorhersagestrom durch den Drehstrommotor (10) fließt, wenn der Inverter (12) in einem Nullvektorschaltmodus zum Anlegen keiner Spannung an den Drehstrommotor (10) arbeitet; – einen Bestimmungsschritt (S140, S150, S160) zur Bestimmung, ob eine Differenz zwischen dem Nullvektorstrom und dem Befehlsstrom in einem αβ-Stationärkoordinatensystem in einen zulässigen Bereich fällt, wobei das αβ-Stationärkoordinatensystem einen Ursprung an einer Rotationsachse eines Rotors des Drehstrommotors (10) aufweist und durch eine α-Achse und eine β-Achse definiert ist, die senkrecht zueinander verlaufen; und – einen Wählschritt (S170, S180) zum Wählen des Nullvektorschaltmodus als den Schaltmodus des Inverters (12) auf eine Bestimmung, dass die Differenz zwischen dem Nullvektorstrom und dem Befehlsstrom in den zulässigen Bereich fällt, wobei der Wählschritt (S170, S180) auf eine Bestimmung, dass die Differenz zwischen dem Nullvektorstrom und dem Befehlsstrom aus dem zulässigen Bereich fällt, einen Nichtnullvektorschaltmodus als den Schaltmodus des Inverters (12) wählt, wobei der Nichtnullvektorschaltmodus einem Nichtnullstromvektor entspricht, der dem Befehlsstrom unter sechs Nichtnullstromvektoren, die in festen Richtungen bezüglich des Nullvektorstroms in dem αβ-Stationärkoordinatensystem definiert sind, am nächsten ist.
Motorsteuerverfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass es ferner aufweist: – einen Einstellschritt zum Einstellen des zulässigen Bereichs, wobei – der Einstellschritt einen Betrag des Nichtnullstromvektors auf der Grundlage einer Amplitude der an den Drehstrommotor (10) gelegten Spannung berechnet und den zulässigen Bereich auf die Hälfte des Betrags des Nichtnullstromvektors setzt.
Motorsteuerverfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass es ferner aufweist: – einen Einstellschritt zum Einstellen des zulässigen Bereichs, wobei – der Einstellschritt einen Betrag des Nichtnullstromvektors auf der Grundlage einer Amplitude der an den Drehstrommotor (10) gelegten Spannung berechnet, einen Abstand von dem Nullvektorstrom zu einem Schnittpunkt zwischen einer geraden Linie, die den Nullvektorstrom mit dem Befehlsstrom verbindet, und einer Normalen, die sich von einem Mittelpunkt des Nichtnullstromvektors aus erstreckt, der dem Befehlsstrom am nächsten ist, berechnet und den zulässigen Bereich auf den Abstand setzt.
Motorsteuerverfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass es ferner aufweist: – einen Einstellschritt zum Einstellen des zulässigen Bereichs, wobei – der Einstellschritt einen Fehler zwischen einem Ist-Strom, der durch den Drehstrommotor (10) fließt, und dem Befehlsstrom erfasst, wenn der zulässige Bereich vergrößert oder verkleinert wird, und – der Einstellschritt den zulässigen Bereich bestimmt, indem er den zulässigen Bereich abstimmt, bis der Fehler nicht größer als ein vorbestimmter Wert wird.
Motorsteuerverfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass es ferner aufweist: – einen Einstellschritt zum Einstellen des zulässigen Bereichs, wobei – der Einstellschritt im Voraus eine Abbildung speichert, die zulässige Bereiche definiert, die für Änderungen in Parametern zu verwenden sind, die einen Betrag des Nichtnullstromvektors beeinflussen, und – der Einstellschritt dann, wenn Ist-Werte der Parameter erfasst werden, den zulässigen Bereich bestimmt, indem er einen entsprechenden zulässigen Bereich zu den erfassten Werten aus der Abbildung liest.