专利名称：控制装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种控制装置。
背景技术：
当前，存在下述控制装置，S卩，不使用旋转位置传感器，基于流过IPM (InteriorPermanent Magnet)电动机的电流,推定IPM电动机的磁极位置。在专利文献I中记载了下述内容，即，在旋转电动机的控制装置中，使高频的位置检测用电压与旋转电动机的驱动用的基本波电压叠加，对流过旋转电动机的电流进行检测，从检测出的电流中提取高频的位置检测用电流，基于该位置检测用电流，推定旋转电动机的转子位置。由此，根据专利文献1，即使旋转电动机的旋转速度为零速度或低速区域，也可以推定旋转电动机的转子位置。专利文献1:国际公开第2009/040965号
发明内容
在专利文献I所记载的控制装置中，认为存在下述前提，即，旋转电动机(IPM电动机)的凸极比只要大于1，即具有凸极性，就可以准确地推定旋转电动机的旋转位置(磁极位置)。另一方面，本发明人在进行研究后发现:为了准确地推定IPM电动机的磁极位置，仅凸极比大于I是不够的，需要IPM电动机的凸极比大于或等于比I大的规定阈值(例如，1.2)。另外，本发明人在进行研究后发现:即使是正常运转时的IPM电动机的凸极比大于或等于规定阈值的IPM电动机，由于有时在高负载时凸极比会变得小于规定阈值，所以在低速区域中可能无法准确地推定IPM电动机的磁极位置。另外，发现:在正常运转时的IPM电动机的凸极比原本就小于规定阈值的IPM电动机中，无论负载如何，都可能在低速区域中无法准确地推定IPM电动机的磁极位置。如果无法准确地推定IPM电动机的磁极位置，则可能限制低速区域中的输出扭矩。本发明就是鉴于上述情况而提出的，其目的在于，得到一种可以在低速区域中准确地推定IPM电动机的磁极位置的控制装置。为了解决上述课题，实现目的，本发明的I个侧面所涉及的控制装置接收d轴电流指令以及q轴电流指令，对IPM电动机进行控制，其特征在于，具有:校正单元，其对所述d轴电流指令进行校正；电流检测单元，其对流过所述IPM电动机的电流进行检测；位置推定单元，其基于所述检测出的电流，求出依赖于所述IPM电动机的凸极比的参数，使用所求出的参数，推定所述IPM电动机中的磁极位置；控制单元，其基于所述校正后的d轴电流指令、所述q轴电流指令、以及所述推定出的磁极位置，生成电压指令；脉宽调制单元，其基于所述生成的电压指令、脉宽调制控制中使用的开关周期，生成脉宽调制后的逻辑信号；以及电压施加单元，其基于所述生成的逻辑信号，向所述IPM电动机施加驱动用的交流电压，由所述控制单元生成的电压指令以下述方式形成:在将m设为大于或等于3的整数时，相对于所述IPM电动机的驱动用的基本波电压，叠加有周期为所述开关周期的m倍、且在各相之间相位不同的位置检测用电压，所述校正单元对所述d轴电流指令进行校正，以使所述IPM电动机的凸极比维持在大于或等于阈值。发明的效果根据本发明，由于可以抑制IPM电动机的凸极比的降低，所以可以在低速区域中准确地推定IPM电动机的磁极位置。
图1是表示实施方式I所涉及的控制装置的结构的图。图2是表示实施方式I中的校正单元的动作的图。图3是表示实施方式I的变形例中的校正单元的动作的图。图4是表示实施方式I的变形例中的校正单元的动作的图。图5是表示实施方式2中的校正单元的动作的图。图6是表示基本方式所涉及的控制装置的结构的图。
具体实施例方式下面，基于附图，详细说明本发明所涉及的控制装置的实施方式。此外，本发明并不受这些实施方式限定。实施方式I首先，在对实施方式I所涉及的控制装置进行说明之前，对与实施方式I所涉及的控制装置对应的基本方式进行说明。使用图6，说明基本方式所涉及的控制装置I的结构。图6所示的控制装置I从外部(例如，上位控制器等)接收d轴电流指令id*以及q轴电流指令iq*。控制装置I使用d轴电流指令id*以及q轴电流指令iq*，对IPM电动机M进行控制。IPM电动机M具有在转子的内部埋入永磁体的埋入磁体构造。d轴表示转子的磁极所产生的磁通的方向(永磁体的中心轴),也称为磁通轴。q轴表示与d轴以电、磁的方式正交的轴(永磁体之间的轴)，也称为扭矩轴。虽然未进行图示，但对于由d轴电流id引起的磁链，由于导磁率较低的磁体位于中途而被限制，与此相对，对于由q轴电流iq引起的磁链，由于在导磁率比磁体高的材质(例如硅钢)中通过，所以变大。IPM电动机M在正常运转时，d轴的磁阻比q轴的磁阻大，d轴的电感Ld比q轴的电感Lq小。S卩，q轴的电感Lq相对于d轴的电感Ld的比、即凸极比Lq/Ld成为大于I的值。对于控制装置1，利用正常运转时的IPM电动机M的凸极比为大于I的值这一点、即凸极性，来推定转子的磁极位置，使用推定出的磁极位置，对IPM电动机M的驱动进行控制。如图6所示，控制装置I具有电流检测单元10、位置推定单元20、控制单元30、脉宽调制单元40以及电压施加单元50。电流检测单元10对流过IPM电动机M的电流进行检测。具体地说，电流检测单元10具有电流传感器11以及电流传感器12。电流传感器11对流过IPM电动机M的例如U相电流iu进行检测，并向位置推定单元20以及控制单元30供给。电流传感器12对流过IPM电动机M的例如V相电流iv进行检测，并向位置推定单元20以及控制单元30供给。位置推定单元20基于由电流检测单元10检测出的电流，求出依赖于IPM电动机M的凸极比Lq/Ld的参数(例如，后述的公式7的Λ I α β )。对于依赖于IPM电动机M的凸极比的参数的详细内容，在后面记述。位置推定单元20使用求出的参数，推定IPM电动机M中的转子的磁极位置θρ。位置推定单元20将推定出的磁极位置Θ P向控制单元30供
5口 O控制单元30从外部(例如,上位控制器等)接收d轴电流指令id*以及q轴电流指令iq*。控制单元30从位置推定单元20接收推定出的磁极位置θρ。控制单元30基于d轴电流指令id*、q轴电流指令iq*、推定出的磁极位置Θ P,生成电压指令乂即*、^^^*、^^)*。具体地说，控制单元30具有三相.二相变换器36、坐标变换器37、减法器31a、减法器31b、d轴电流控制器32a、q轴电流控制器32b、坐标变换器33、二相.三相变换器34、位置检测用电压产生器38、加法器35a、加法器35b以及加法器35c。三相 二相变换器36从电流传感器11接收U相电流iu，从电流传感器12接收V相电流iv。三相.二相变换器36根据U相电流iu以及V相电流iv推定W相电流iw，将固定三轴(U — ￥ —胃轴)上的三相电流矢量(丨11，“，^)变换为固定二轴((1 一 β轴)上的二相电流矢量(i a，i β )。三相 二相变换器36将变换后的二相电流矢量(i a，i β )向坐标变换器37供给。坐标变换器37从三相.二相变换器36接收二相电流矢量(i a，i β )。坐标变换器37从位置推定单元20接收推定出的磁极位置ΘΡ。坐标变换器37使用推定出的磁极位置θ ρ，将固定二轴(α - β轴)上的二相电流矢量(ia， β )变换为旋转二轴(d — q轴)上的电流矢量(id，iq)。坐标变换器37将变换后的d轴电流id向减法器31a供给，将变换后的q轴电流iq向减法器31b供 给。减法器31a从外部接收d轴电流指令id*,从坐标变换器37接收d轴电流id。减法器31a从d轴电流指令id*中减去d轴电流id而求出偏差Aid,将求出的偏差Δ id向d轴电流控制器32a供给。减法器31b从外部接收q轴电流指令iq*，从坐标变换器37接收q轴电流iq。减法器31b从q轴电流指令iq*中减去q轴电流iq而求出偏差Aiq，将求出的偏差Δ iq向q轴电流控制器32b供给。d轴电流控制器32a从减法器31a接收偏差Λ id。d轴电流控制器32a使用比例积分控制等，以使偏差Λ id接近零的方式，生成d轴基本波电压Vd*。d轴电流控制器32a将生成的d轴基本波电压Vd*向坐标变换器33供给。q轴电流控制器32b从减法器31b接收偏差Λ iq。q轴电流控制器32b使用比例积分控制等，以使偏差Λ iq接近零的方式，生成q轴基本波电压Vq*。q轴电流控制器32b将生成的q轴基本波电压Vq*向坐标变换器33供给。坐标变换器33从d轴电流控制器32a接收d轴基本波电压Vd*，从q轴电流控制器32b接收q轴基本波电压Vq*。坐标变换器33将旋转二轴(d — q轴)上的基本波电压矢量(Vd*、Vq*)变换为固定二轴(α - β轴)上的基本波电压矢量(να*，νβ*)。坐标变换器33将变换后的基本波电压矢量(Va *，Vβ *)向二相.三相变换器34供给。二相.三相变换器34从坐标变换器33接收基本波电压矢量(Va *，νβ*)。二相 三相变换器34将固定二轴(α - β轴)上的基本波电压矢量(Va *，νβ*)变换为固定三轴(U — V — W轴)上的基本波电压矢量(Vu*，Vv*, Vw*)。二相.三相变换器34将变换后的基本波电压Vu*向加法器35a供给，将变换后的基本波电压Vv*向加法器35b供给，将变换后的基本波电压Vw*向加法器35c供给。位置检测用电压产生器38从脉宽调制单元40接收在脉宽调制控制中使用的开关周期Tc的值。开关周期Tc具有与三相的各基本波电压Vu*、Vv*、Vw*的周期相比足够短的周期。对于该开关周期Tc，考虑IPM电动机M的电气特性及由逆变器驱动产生的电磁噪音的频率等，而预先设定为最佳值。位置检测用电压产生器38使用开关周期Tc，生成位置检测用电压Vuh、Vvh, Vwh。例如，位置检测用电压产生器38生成位置检测用电压Vuh、Vvh, Vwh,以使得位置检测用电压Vuh、Vvh, Vwh分别具有与开关周期Tc的m倍(m为大于或等于3的整数)相等的周期m.Tc,并且位置检测用电压Vuh、Vvh、Vwh的相位彼此不同。如果将m设为I或2，则无法使与开关周期Tc的m倍的周期m.Tc相等的三相的位置检测用电压Vuh、Vvh、Vwh的各相具有相位差，进而难以利用位置推定单元20高精度地求出转子的磁极位置θρ。位置检测用电压产生器38将生成的位置检测用电压Vuh向加法器35a供给，将生成的位置检测用电压Vvh向加法器35b供给，将生成的位置检测用电压Vwh向加法器35c供给。加法器35a从二相.三相变换器34接收基本波电压Vu*，从位置检测用电压产生器38接收位置检测用电压Vuh。加法器35a使位置检测用电压Vuh与基本波电压Vu*相加(叠加)，生成电压指令Vup*。加法器35a将生成的电压指令Vup*向脉宽调制单元40供给。加法器35b从二相.三相变换器34接收基本波电压Vv*，从位置检测用电压产生器38接收位置检测用电压Vvh。加法器35b使位置检测用电压Vvh与基本波电压Vv*相加(叠加)，生成电压指令Vvp*。加法器35b将生成的电压指令Vvp*向脉宽调制单元40供给。加法器35c从二相.三相变换器34接收基本波电压Vw*，从位置检测用电压产生器38接收位置检测用电压Vwh。加法器35c使位置检测用电压Vwh与基本波电压Vw*相加(叠加)，生成电压指令Vwp*。加法器35c将生成的电压指令Vwp*向脉宽调制单元40供给。脉宽调制单元40基于由控制单元30生成的电压指令Vup*、Vvp*、Vwp*以及在脉宽调制控制中使用的开关周期Tc，生成脉宽调制后的逻辑信号Vul、Vvl、Vwl。具体地说，脉宽调制单元40具有开关周期产生器41以及脉宽调制控制器42。开关周期产生器41产生开关周期Tc的值，向位置检测用电压产生器38以及脉宽调制控制器42供给。
脉宽调制控制器42从加法器35a接收电压指令Vup*，从加法器35b接收电压指令Vvp*,从加法器35c接收电压指令Vwp*。脉宽调制控制器42从开关周期产生器41接收开关周期Tc的值。脉宽调制控制器42基于电压指令Vup*、Vvp*、Vwp*和开关周期Tc的值，生成脉宽调制后的逻辑信号Vul、Vvl, Vwl0作为脉宽调制控制方法，也可以使用例如利用作为载波信号的三角波Cs的脉宽调制控制方法、利用作为载波信号的锯齿波Wst的脉宽调制控制方法、利用瞬间空间电压矢量Vs的脉宽调制控制方法等公知方法。脉宽调制控制器42将生成的逻辑信号Vul、Vvl、Vwl向电压施加单元50供给。
电压施加单元50从脉宽调制单元40接收逻辑信号Vul、Vvl、Vwl。电压施加单元50基于逻辑信号Vul、Vvl、Vwl，向IPM电动机M施加驱动用的交流电压。具体地说，电压施加单元50具有逆变器51。逆变器51从脉宽调制单元40接收逻辑信号Vul、Vvl、Vwl。逆变器51具有未图示的多个开关元件，与逻辑信号Vul、Vvl、Vwl相对应，使多个开关元件分别以规定的定时(timing)进行开关动作。由此，逆变器51生成驱动用的交流电压并向IPM电动机M施加。下面，详细说明利用位置推定单元20求出转子的磁极位置θ ρ的处理内容。对于IPM电动机M，固定正交坐标(α — β轴)下的电压方程式可以表示为下述公式I。〔公式I〕
权利要求
1.一种控制装置，其接收d轴电流指令以及q轴电流指令，对IPM电动机进行控制， 其特征在于，具有: 校正单元，其对所述d轴电流指令进行校正； 电流检测单元，其对流过所述IPM电动机的电流进行检测； 位置推定单元，其基于所述检测出的电流，求出依赖于所述IPM电动机的凸极比的参数，使用所求出的参数，推定所述IPM电动机中的磁极位置； 控制单元，其基于所述校正后的d轴电流指令、所述q轴电流指令、以及所述推定出的磁极位置，生成电压指令； 脉宽调制单元，其基于所述生成的电压指令、脉宽调制控制中使用的开关周期，生成脉宽调制后的逻辑信号；以及 电压施加单元，其基于所述生成的逻辑信号，向所述IPM电动机施加驱动用的交流电压， 由所述控制单元生成的电压指令以下述方式形成:在将m设为大于或等于3的整数时，相对于所述IPM电动机的驱动用的基本波电压，叠加有周期为所述开关周期的m倍、且在各相之间相位不同的位置检测用电压， 所述校正单元对所述d轴电流指令进行校正，以使所述IPM电动机的凸极比维持在大于或等于阈值。
2.根据权利要求1所述的控制装置，其特征在于， 所述校正单元与所述q轴电流指令的大小超过第2阈值这一情况相对应，而使所述d轴电流指令与正的校正量相加。
3.根据权利要求1所述的控制装置，其特征在于， 所述校正单元无论所述q轴电流指令的大小如何，都使所述d轴电流指令与正的校正量相加。
全文摘要
本发明提供一种在低速区域中准确地推定IPM电动机磁极位置的控制装置。控制装置具有校正单元，其校正d轴电流指令；电流检测单元，其检测流过IPM电动机的电流；位置推定单元，其基于检测出的电流推定IPM电动机磁极位置；控制单元，其基于校正后的d轴电流指令、q轴电流指令及推定出的磁极位置生成电压指令；脉宽调制单元，其基于生成的电压指令、脉宽调制控制中使用的开关周期生成脉宽调制后的逻辑信号；及电压施加单元，其基于生成的逻辑信号，向IPM电动机施加驱动用交流电压，由控制单元生成的电压指令是如下生成的在m为3以上的整数时，向IPM电动机的驱动用基本波电压，叠加周期为开关周期的m倍、且各相间相位不同的位置检测用电压，校正单元对d轴电流指令进行校正，以使IPM电动机的凸极比维持在阈值以上。
文档编号H02P21/00GK103166559SQ20121017999
公开日2013年6月19日 申请日期2012年6月1日 优先权日2011年12月16日
发明者山本勉 申请人:三菱电机株式会社