電動(dòng)機(jī)控制裝置以及電動(dòng)機(jī)控制方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001 ] 本發(fā)明涉及電動(dòng)機(jī)控制裝置以及電動(dòng)機(jī)控制方法。
[0002] 本申請(qǐng)主張基于2013年2月26日申請(qǐng)的日本專利申請(qǐng)的特愿2013-35637號(hào)的 優(yōu)先權(quán)，針對(duì)認(rèn)可通過(guò)參照文獻(xiàn)的方式而實(shí)施的并入的指定國(guó)，通過(guò)參照的方式將上述申 請(qǐng)中記載的內(nèi)容并入本申請(qǐng)，并將其作為本申請(qǐng)的記載內(nèi)容的一部分。
【背景技術(shù)】
[0003] 公開(kāi)有如下技術(shù)，S卩，感應(yīng)電動(dòng)機(jī)控制裝置具備：勵(lì)磁電流指令值運(yùn)算部，其對(duì)用 于產(chǎn)生目標(biāo)磁通的勵(lì)磁電流指令值進(jìn)行運(yùn)算；以及勵(lì)磁電流限制器部，其對(duì)勵(lì)磁電流指令 值的正負(fù)的上限值進(jìn)行限制，在該感應(yīng)電動(dòng)機(jī)控制裝置中，為了使2次磁通的響應(yīng)性發(fā)生 變化，勵(lì)磁電流指令值運(yùn)算部以使勵(lì)磁電流的值大幅地變化的方式對(duì)勵(lì)磁電流指令值進(jìn)行 運(yùn)算，為了保護(hù)逆變器的驅(qū)動(dòng)電路，勵(lì)磁電流限制器部以不使過(guò)大的電流流動(dòng)的方式對(duì)上 述上限值進(jìn)行設(shè)定（專利文獻(xiàn)1)。
[0004] 專利文獻(xiàn)1 :日本特開(kāi)平8-163900號(hào)公報(bào)
【發(fā)明內(nèi)容】
[0005] 然而，在上述電動(dòng)機(jī)控制裝置中，存在如下問(wèn)題，即，為了提高磁通的響應(yīng)性，使過(guò) 大的勵(lì)磁電流流動(dòng)，由此，在以上限值即穩(wěn)定的最大容許電流對(duì)該勵(lì)磁電流進(jìn)行限制的情 況下，與受到限制的部分對(duì)應(yīng)的勵(lì)磁電流并不流動(dòng)，因此，轉(zhuǎn)子磁通不足，扭矩的響應(yīng)性變 差。
[0006] 本發(fā)明要解決的課題在于，提供改善了扭矩的響應(yīng)性的電動(dòng)機(jī)控制裝置或者電動(dòng) 機(jī)控制方法。
[0007] 本發(fā)明以如下方式解決上述課題，即，使基于扭矩指令值的基本電流指令值放大， 由此對(duì)電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)子磁通響應(yīng)的滯后進(jìn)行補(bǔ)償，以第1電流限制值對(duì)補(bǔ)償后電流指令值進(jìn) 行限制，基于電流放大指令值和第1限制后電流指令值對(duì)電流放大指令值的補(bǔ)償值進(jìn)行運(yùn) 算，將電流放大指令值和補(bǔ)償值相加，由此對(duì)補(bǔ)償后電流指令值進(jìn)行運(yùn)算，在電流放大指令 值中，將與通過(guò)第1電流限制值受到限制的部分對(duì)應(yīng)的指令值作為補(bǔ)償值進(jìn)行運(yùn)算。
[0008] 本發(fā)明在利用電流限制值針對(duì)用于對(duì)轉(zhuǎn)子磁通響應(yīng)的滯后進(jìn)行補(bǔ)償?shù)碾娏鞣糯?指令值進(jìn)行限制的情況下，作為補(bǔ)償值而對(duì)電流放大指令值加上與受到限制的部分對(duì)應(yīng)的 電流指令值，由此，在電流放大指令值變?yōu)槲赐ㄟ^(guò)電流限制值進(jìn)行限制的值以后，利用補(bǔ)償 值對(duì)該電流放大指令值進(jìn)行補(bǔ)償，因此能夠改善扭矩的響應(yīng)性。
【附圖說(shuō)明】
[0009] 圖1是本發(fā)明的實(shí)施方式所涉及的電動(dòng)車輛系統(tǒng)的框圖。
[0010] 圖2是用于說(shuō)明在圖1的電動(dòng)機(jī)扭矩控制部中參照的關(guān)系圖的曲線圖，是針對(duì)每 種加速器開(kāi)度而設(shè)定的、表示電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速和扭矩指令值的相關(guān)性的曲線圖。
[0011] 圖3是圖1的電流控制部的框圖。
[0012] 圖4是圖3的電流指令值運(yùn)算器的框圖。
[0013] 圖5是圖4的勵(lì)磁電流補(bǔ)償控制部的框圖。
[0014] 圖6是圖4的扭矩電流補(bǔ)償控制部的框圖。
[0015] 圖7是表示圖1的電動(dòng)機(jī)控制器的控制順序的流程圖。
[0016] 圖8是表示圖7的步驟S4的控制順序的流程圖。
[0017] 圖9是表示圖8的步驟S45的控制順序的流程圖。
[0018] 圖10是表示利用對(duì)比例所涉及的電動(dòng)機(jī)控制裝置進(jìn)行控制的電動(dòng)機(jī)的扭矩響應(yīng) 的曲線圖。
[0019] 圖11是表示利用本發(fā)明所涉及的電動(dòng)機(jī)控制裝置進(jìn)行控制的電動(dòng)機(jī)的扭矩響應(yīng) 的曲線圖。
[0020] 圖12是本發(fā)明的其他實(shí)施方式所涉及的電動(dòng)機(jī)控制裝置的勵(lì)磁電流補(bǔ)償控制部 的框圖。
[0021] 圖13是本發(fā)明的其他實(shí)施方式所涉及的電動(dòng)機(jī)控制裝置的扭矩電流補(bǔ)償控制部 的框圖。
[0022] 圖14是本發(fā)明的其他實(shí)施方式所涉及的電動(dòng)機(jī)控制裝置的勵(lì)磁電流補(bǔ)償控制部 的框圖。
[0023] 圖15是本發(fā)明的其他實(shí)施方式所涉及的電動(dòng)機(jī)控制裝置的扭矩電流補(bǔ)償控制部 的框圖。
【具體實(shí)施方式】
[0024] 以下，基于附圖對(duì)本發(fā)明的實(shí)施方式進(jìn)行說(shuō)明。
[0025]《第1實(shí)施方式》
[0026] 圖1是表示搭載有本發(fā)明的實(shí)施方式所涉及的電動(dòng)機(jī)控制裝置的電動(dòng)車輛系統(tǒng) 的結(jié)構(gòu)的框圖。以下，舉出將本例的電動(dòng)機(jī)控制裝置應(yīng)用于電動(dòng)汽車上的例子進(jìn)行說(shuō)明，但 本例的電動(dòng)機(jī)控制裝置還能夠應(yīng)用于例如混合動(dòng)力汽車01EV)等除了電動(dòng)汽車以外的車 輛上。
[0027] 如圖1所示，包含本例的電動(dòng)機(jī)控制裝置在內(nèi)的車輛具備電池1、逆變器2、電動(dòng)機(jī) 3、減速器4、驅(qū)動(dòng)軸（driveshaft) 5、驅(qū)動(dòng)輪6、7、電壓傳感器8、電流傳感器9、旋轉(zhuǎn)傳感器 10以及電動(dòng)機(jī)控制器20。
[0028] 電池1是車輛的動(dòng)力源，通過(guò)將多個(gè)二次電池串聯(lián)或者并聯(lián)連接而構(gòu)成。逆變器 2具有將IGBT、MOSFET等多個(gè)開(kāi)關(guān)元件針對(duì)各相連接2個(gè)的電力變換電路。逆變器2利用 來(lái)自電動(dòng)機(jī)控制器20的驅(qū)動(dòng)信號(hào)對(duì)該開(kāi)關(guān)元件的接通、斷開(kāi)進(jìn)行切換，由此將從電池1輸 出的直流電力變換為交流電力，并將該交流電力輸出至電動(dòng)機(jī)3,針對(duì)電動(dòng)機(jī)3使期望的電 流流動(dòng)，對(duì)電動(dòng)機(jī)3進(jìn)行驅(qū)動(dòng)。另外，逆變器2對(duì)通過(guò)電動(dòng)機(jī)3的再生而輸出的交流電力進(jìn) 行逆變換，并將變換后的電力輸出至電池1。
[0029] 電動(dòng)機(jī)3是車輛的驅(qū)動(dòng)源，是用于經(jīng)由減速器4以及驅(qū)動(dòng)軸5而將驅(qū)動(dòng)力傳遞至 驅(qū)動(dòng)輪6、7的感應(yīng)電動(dòng)機(jī)。電動(dòng)機(jī)3在車輛的行駛時(shí)與驅(qū)動(dòng)輪6、7聯(lián)動(dòng)地旋轉(zhuǎn)，并產(chǎn)生再 生的驅(qū)動(dòng)力，由此將車輛的動(dòng)能作為電能而進(jìn)行回收。由此，電池1通過(guò)電動(dòng)機(jī)3的動(dòng)力運(yùn) 行而進(jìn)行放電，并通過(guò)電動(dòng)機(jī)3的再生而進(jìn)行充電。
[0030] 電壓傳感器8是對(duì)電池1的電壓進(jìn)行檢測(cè)的傳感器，并連接于電池1和逆變器2 之間。電壓傳感器8的檢測(cè)電壓向電動(dòng)機(jī)控制器20輸出。電流傳感器9是用于對(duì)電動(dòng)機(jī)3 的電流進(jìn)行檢測(cè)的傳感器，并連接于逆變器2和電動(dòng)機(jī)3之間。電流傳感器9的檢測(cè)電流 向電動(dòng)機(jī)控制器20輸出。旋轉(zhuǎn)傳感器10是用于對(duì)電動(dòng)機(jī)3的轉(zhuǎn)速進(jìn)行檢測(cè)的傳感器，由 解析器（resolver)等構(gòu)成。旋轉(zhuǎn)傳感器10的檢測(cè)值輸出至電動(dòng)機(jī)控制器20。
[0031] 電動(dòng)機(jī)控制器20基于車輛的車速（V)、加速器開(kāi)度（AP0)、電動(dòng)機(jī)3的轉(zhuǎn)子相位 (0J、電動(dòng)機(jī)的電流、電池1的電壓等，生成用于使逆變器2進(jìn)行動(dòng)作的PWM信號(hào)，并將該 PWM信號(hào)輸出至使逆變器2進(jìn)行動(dòng)作的驅(qū)動(dòng)電路（未圖示）。并且，該驅(qū)動(dòng)電路基于PWM控 制信號(hào)，對(duì)逆變器2的開(kāi)關(guān)元件的驅(qū)動(dòng)信號(hào)進(jìn)行控制，并將該驅(qū)動(dòng)信號(hào)輸出至逆變器2。由 此，電動(dòng)機(jī)控制器20使逆變器2進(jìn)行動(dòng)作，從而對(duì)電動(dòng)機(jī)3進(jìn)行驅(qū)動(dòng)。
[0032] 電動(dòng)機(jī)控制器20是對(duì)電動(dòng)機(jī)3進(jìn)行控制的控制器。另外，電動(dòng)機(jī)控制器20具有 電動(dòng)機(jī)扭矩控制部21、減振控制部22以及電流控制部23。
[0033] 為了將通過(guò)用戶的操作而要求的要求扭矩或者系統(tǒng)方面的要求扭矩從電動(dòng)機(jī)3 輸出，電動(dòng)機(jī)扭矩控制部21基于表示向電動(dòng)機(jī)控制器20輸入的車輛變量的車輛信息的信 號(hào)，對(duì)扭矩指令值（Tml*)進(jìn)行計(jì)算，并將計(jì)算結(jié)果輸出至減振控制部22。
[0034] 電動(dòng)機(jī)扭矩控制部21中預(yù)先存儲(chǔ)有示出圖2中的關(guān)系的扭矩關(guān)系圖。圖2是針 對(duì)每種加速器開(kāi)度而設(shè)定的、表示電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速和基本目標(biāo)扭矩指令值的相關(guān)性的曲線圖。 針對(duì)每種加速器開(kāi)度，根據(jù)扭矩指令值相對(duì)于電動(dòng)機(jī)3的轉(zhuǎn)速的關(guān)系而預(yù)先設(shè)定扭矩關(guān)系 圖。針對(duì)加速器開(kāi)度以及電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速，以用于從電動(dòng)機(jī)3高效地輸出扭矩的扭矩指令值對(duì) 扭矩關(guān)系圖進(jìn)行設(shè)定。
[0035] 基于旋轉(zhuǎn)傳感器10的檢測(cè)值而對(duì)電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速進(jìn)行計(jì)算。利用未圖示的加速器開(kāi) 度傳感器對(duì)加速器開(kāi)度進(jìn)行檢測(cè)。并且，電動(dòng)機(jī)扭矩控制部21參照扭矩關(guān)系圖而對(duì)與所輸 入的加速器開(kāi)度（AP0)以及電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速相對(duì)應(yīng)的基本目標(biāo)扭矩指令值（Tml*)進(jìn)行運(yùn)算，并 將運(yùn)算結(jié)果輸出至減振控制部22。在換檔桿設(shè)定于停車位置以及空擋位置的情況下，基本 目標(biāo)扭矩指令值（Tml*)變?yōu)榱恪?br>[0036] 此外，并不僅限定于加速器開(kāi)度以及電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速，例如可以再追加車速等而對(duì)基 本目標(biāo)扭矩指令值（Tml*)進(jìn)行運(yùn)算。車速V[km/h]只要以下述方式求出即可，S卩，從計(jì)量 儀（meter)、制動(dòng)器控制器等其他控制器通過(guò)通信的方式而獲取車速V[km/h]，或者對(duì)轉(zhuǎn)子 機(jī)械角速度（《rm)乘以輪胎轉(zhuǎn)動(dòng)半徑（R)并除以終極齒輪的齒輪比而求出車輛速度v[m/ s]，并乘以從[m/s]向[km/h]的單位變換系數(shù)（3600/1000)，從而求出車速V[km/h]。
[0037] 減振控制部22將基本電動(dòng)機(jī)扭矩指令值Tml*以及電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速Nm作為輸入，以不使 驅(qū)動(dòng)軸扭矩的響應(yīng)受到不良影響的方式對(duì)如下減振控制后扭矩指令值Tm2*進(jìn)行運(yùn)算，即， 該減振控制后扭矩指令值Tm2*用于抑制因驅(qū)動(dòng)軸5 (驅(qū)動(dòng)軸）的扭轉(zhuǎn)振動(dòng)等而產(chǎn)生的驅(qū)動(dòng) 力傳遞系統(tǒng)的振動(dòng)。減振控制部22的詳細(xì)的控制，例如請(qǐng)參照日本專利申請(qǐng)公開(kāi)公報(bào)（特 開(kāi)2001-45613號(hào)公報(bào)以及特開(kāi)2003-9559號(hào)公報(bào)）。并且，減振控制部22將基于基本目 標(biāo)扭矩指令值（Tml*)而運(yùn)算出的進(jìn)行抑制的減振控制后扭矩指令值Tm2*輸出至電流控制部 23。此外，未必一定需要減振控制部22。
[0038] 返回到圖1，電流控制部23是基于扭矩指令值（Tm2*)而對(duì)在電動(dòng)機(jī)3中流動(dòng)的電 流進(jìn)行控制的控制部。以下，利用圖3對(duì)電流控制部23的結(jié)構(gòu)進(jìn)行說(shuō)明。圖3是電流控制 部23以及電池1等的框圖。
[0039] 電流控制部23具有電流指令值運(yùn)算器30、減法器41、電流FB控制器42、坐標(biāo)變換 器43、PWM變換器44、A/D變換器45、坐標(biāo)變換器46、脈沖計(jì)數(shù)器47、角速度運(yùn)算器48、滑動(dòng) 角速度運(yùn)算器49、電源相位運(yùn)算器50以及電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速運(yùn)算器51。
[0040] 電流指令值運(yùn)算器30中輸入有從減振控制部22輸入的減振控制后扭矩指令值 (Tm2*)、從電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速運(yùn)算器51輸入的電動(dòng)機(jī)3的轉(zhuǎn)速（NJ、以及電壓傳感器8的檢測(cè)電壓 (1。)，對(duì)丫6軸電流指令值（17*、18*)進(jìn)行運(yùn)算并將運(yùn)算結(jié)果輸出。這里，丫6軸表示旋 轉(zhuǎn)坐標(biāo)系的分量。
[0041] 減法器41對(duì)yS軸電流指令值（Iy*、Is*)和yS軸電流（Iy*、Is*)的偏差進(jìn) 行計(jì)算，并將計(jì)算結(jié)果輸出至電流FB控制器42。電流FB控制器42是以使Y軸電流（IY) 以及S軸電流（Is)分別與y軸電流指令值（Iy)以及S軸電流指令值（Is*) -致的方 式進(jìn)行反饋控制的控制器。電流FB控制器42對(duì)yS軸電流（Iy、Is)進(jìn)行控制運(yùn)算，以使 得其穩(wěn)定而無(wú)偏差地以規(guī)定的響應(yīng)性追隨YS軸電流指令值（IY*、Is*)，并將YS軸的 電壓指令值（vY*、vs*)輸出至坐標(biāo)變換器43。此外，y軸的電流表示電動(dòng)機(jī)3的勵(lì)磁電 流，〇軸的電流表示電動(dòng)機(jī)3的扭矩電流。另外，可以對(duì)減法器41以及電流FB控制器42 的控制追加非干渉控制。
[0042] 坐標(biāo)變換器43將丫S軸電壓指令值（vY*、vs*)以及利用電源相位運(yùn)算器50進(jìn) 行運(yùn)算的電源相位（Q)作為輸入，將YS軸電壓指令值（vY*、vs*)變換為固定坐標(biāo)系的 u、v、w軸的電壓指令值（vu*、vv*、vw*)，并將變換后的結(jié)果輸出至PWM變換器44。
[0043]PWM變換器44基于輸入的電壓指令值（Vu*、Vv*、Vw*)，生成逆變器2的開(kāi)關(guān)元件的 開(kāi)關(guān)信號(hào)〇)*uu、D*ul、D氣u、D*vl、D氣u、D*wl)，并將它們輸出至逆變器2。
[0044]A/D變換器45對(duì)電流傳感器9的檢測(cè)值即相電流（Iu、Iv)進(jìn)行采樣，并將采樣的 相電流（Ius、IJ輸出至坐標(biāo)變換器46。由于三相的電流值的合計(jì)變?yōu)榱?，因此，不是利?電流傳感器9對(duì)w相的電流進(jìn)行檢測(cè)，而是取而代之，坐標(biāo)變換器46基于所輸入的相電流 (IUS、IVS)，對(duì)W相的相電流（Iws)進(jìn)行計(jì)算。此外，關(guān)于W相的相電流，也可以在W相設(shè)置電 流傳感器9并利用該電流傳感器9進(jìn)行檢測(cè)。
[0045] 坐標(biāo)變換器46是進(jìn)行3相2相變換的變換器，利用電源相位（0 )將固定坐標(biāo)系 的相電流（Ius、Ivs、U變換為旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系的Ys軸電流（IYS、ISs)，并將變換結(jié)果輸出至 減法器41。由此，對(duì)利用電流傳感器9檢測(cè)出的電流值進(jìn)行反饋。
[0046] 脈沖計(jì)數(shù)器47對(duì)從旋轉(zhuǎn)傳感器10輸出的脈沖進(jìn)行計(jì)數(shù)，由此獲得電動(dòng)機(jī)3的轉(zhuǎn) 子的位置信息即轉(zhuǎn)子相位（9J(電角度），并將該轉(zhuǎn)子相位輸出至角速度運(yùn)算器48。
[0047] 角速度運(yùn)算器48對(duì)轉(zhuǎn)子相位（0J進(jìn)行微分運(yùn)算，由此對(duì)轉(zhuǎn)子角速度J(電 角度）進(jìn)行運(yùn)算，并輸出至電源相位運(yùn)算器50。另外，角速度運(yùn)算器48將運(yùn)算得到的轉(zhuǎn)子 角速度除以電動(dòng)機(jī)3的電極對(duì)數(shù)p，由此對(duì)電動(dòng)機(jī)的機(jī)械性的角速度即轉(zhuǎn)子機(jī)械角 速度[rad/s]進(jìn)行運(yùn)算，并將運(yùn)算結(jié)果輸出至電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速運(yùn)算器51。
[0048] 滑動(dòng)角速度運(yùn)算器49利用以下式（1)對(duì)相對(duì)于勵(lì)磁電流指令值（IY*)考慮了轉(zhuǎn) 子磁通響應(yīng)滯后的轉(zhuǎn)子磁通推定值（4>6St)進(jìn)行運(yùn)算。
[0049][式1]
[0050]
( 1)
[0051]其中，M是互電感，t$是轉(zhuǎn)子磁通的響應(yīng)時(shí)間常數(shù)。此外，由Lr/Rr表示tpLr 表示轉(zhuǎn)子的自電感，Rr表示轉(zhuǎn)子阻抗。
[0052] 另外，如式（2)所示，滑動(dòng)角速度運(yùn)算器49對(duì)扭