电动机控制装置的制作方法

1.本发明涉及电动机控制装置。


背景技术：

2.被指出在具有励磁绕组和定子绕组的电动机中，由于流过励磁绕组的电流的响应延迟而可能导致转矩响应劣化。因此，提出了计算用于补偿由于励磁电流的响应延迟而无法获得的转矩的电流校正值，利用该电流校正值来校正转矩电流指令值(例如，参照专利文献1)。现有技术文献非专利文献
3.专利文献1：日本专利第6115392号公报


技术实现要素：

发明所要解决的技术问题
4.然而，在专利文献1中记载的技术中，需要通过预先测量来制作的电流指令映射等。另外，对于凸极型的同步电动机，需要确定最佳的电流比。在这种情况下，存在当电动机特性由于温度变化等而改变时，电流指令映射变得不符合实际状态，或者最佳电流比变动，因而效率可能降低的问题。
5.本技术公开了解决上述问题的技术，其目的在于获得一种即使在电动机特性变化时也能防止效率降低的电动机控制装置。用于解决技术问题的技术手段
6.本技术所公开的电动机控制装置对具有第一绕组、以及对电流指令的响应比第一绕组要慢的第二绕组的电动机进行控制，包括：参数获取部，该参数获取部周期性地获取表示电动机的状态的电动机状态数据，并获取与电动机状态数据相对应的电动机参数；以及电流指令运算部，该电流指令运算部基于对电动机的转矩指令和电动机参数来运算对第一绕组和第二绕组的电流指令，电流指令运算部具有：第一运算部，该第一运算部运算对第一绕组的第一电流指令；第二运算部，该第二运算部运算对第二绕组的第二电流指令；以及响应延迟再现部，该响应延迟再现部将第二绕组中的对第二电流指令的响应延迟再现到第二电流指令中，第一运算部使用再现了响应延迟的第二电流指令来运算第一电流指令。发明效果
7.根据本技术所公开的电动机控制装置，即使在电动机特性变化时也能防止效率降低。
附图说明
8.图1是表示实施方式1中的电动机控制装置的硬件结构的图。图2是表示实施方式1中的电动机控制装置的框图。
图3是表示实施方式1的励磁绕组电流控制部的框图。图4是表示实施方式1的第一定子绕组电流控制部的框图。图5是表示实施方式1的第二定子绕组电流控制部的框图。图6是表示实施方式1的驱动用电流指令生成部的框图。图7是表示实施方式1的电流指令运算部的框图。图8a是表示现有的电动机控制装置的控制结果的图。图8b是表示实施方式1中的电动机控制装置的控制结果的图。图9是表示实施方式2中的电动机控制装置的硬件结构的图。图10是表示实施方式2中的电动机控制装置的框图。
具体实施方式
9.实施方式1.以下，基于图1至图8b来对实施方式1进行说明。图1是表示实施方式1中的电动机控制装置的硬件结构的图，表示包括作为控制对象的电动机在内的整个系统。电动机控制装置1000用于对电动机1进行驱动控制，并且分别经由后述的第一定子绕组功率转换装置7、第二定子绕组功率转换装置8和励磁绕组功率转换装置9与电动机1的各个绕组相连接。电动机控制装置1000与设置在电动机1中的位置检测器2和温度检测器3相连接。此外，电动机控制装置1000与电流检测器4、5以及6相连接，电流检测器4、5以及6分别串联连接在第一定子绕组功率转换装置7、第二定子绕组功率转换装置8以及励磁绕组功率转换装置9与电动机1之间。
10.电动机1是双重三相绕组电动机，包括具有永磁体和卷绕在该永磁体上的励磁绕组的转子、以及具有2组三相定子绕组的定子。在下文中，将电动机1的定子所具有的2组三相绕组分别称为“第一定子绕组”和“第二定子绕组”。第一定子绕组和第二定子绕组相当于“第一绕组”，励磁绕组相当于“第二绕组”。另外，省略了上述电动机的各部分的图示。
11.位置检测器2设置在电动机1的旋转轴上，并检测转子的角度θ。位置检测器2将检测到的角度θ发送到电动机控制装置1000。可以设置用于推定转子的角度θ的位置推定器来代替位置检测器2，可以将角度θ的推定值发送到电动机控制装置1000。
12.温度检测器3检测第一定子绕组的温度ts1、第二定子绕组2的温度ts2、励磁绕组的温度tf和永磁体的温度tm中的至少一个。温度检测器3将检测到的温度ts1、ts2、tf、tm发送到电动机控制装置1000。此外，可以设置温度推定器来代替温度检测器3，可以将ts1、ts2、tf、tm的推定值发送到电动机控制装置1000。
13.电流检测器4检测流过第一定子绕组的三相电流，并将各个电流值作为第一定子绕组电流iu1、iv1、iw1发送到电动机控制装置1000。电流检测器5检测流过第二定子绕组的三相电流，并将各个电流值作为第二定子绕组电流iu2、iv2、iw2发送到电动机控制装置1000。电流检测器6检测流过励磁绕组的电流，并将其电流值作为励磁绕组电流if发送到电动机控制装置1000。另外，可以设置电流推定器来代替电流检测器4、5、6，可以将iu1、iv1、iw1、iu2、iv2、iw2、if的推定值发送到电动机控制装置1000。
14.第一定子绕组功率转换装置7从电动机控制装置1000接收针对第一定子绕组的三相电压指令vu1*、vv1*、vw1*，并生成与各个电压指令相当的电压。此外，第一定子绕组功率
转换装置7检测用于与第一定子绕组相关的功率转换的直流链路电压，并将该电压值作为直流链路电压vdc1发送到电动机控制装置1000。
15.第二定子绕组功率转换装置8从电动机控制装置1000接收针对第二定子绕组的三相电压指令vu2*、vv2*、vw2*，并生成与各个电压指令相当的电压。此外，第二定子绕组功率转换装置8检测用于与第二定子绕组相关的功率转换的直流链路电压，并将该电压值作为直流链路电压vdc2发送到电动机控制装置1000。
16.励磁绕组功率转换装置9从电动机控制装置1000接收针对励磁绕组的电压指令即励磁绕组电压指令vf*，并生成与励磁绕组电压指令vf*相当的电压。此外，励磁绕组功率转换装置9检测用于与励磁绕组相关的功率转换的直流链路电压，并将该电压值作为直流链路电压vdc3发送到电动机控制装置1000。
17.电动机控制装置1000包括处理器10和存储装置11。存储装置11具备随机存取存储器等易失性存储装置(未图示)和闪存等辅助存储装置(未图示)。作为辅助存储装置，也可以具备硬盘等辅助存储装置来代替上述易失性存储装置。存储装置11的辅助存储装置中存储由处理器10执行的程序。
18.处理器10例如是cpu(中央处理单元)，执行从存储装置11读取出的程序，实现图2所示的各种功能部。当处理器10从存储装置11读取程序时，通过易失性存储装置读取存储在辅助存储装置中的程序。通过处理器10执行程序来生成电流指令和数据等。处理器10可以将上述数据输出到存储装置11的易失性存储装置，也可以经由易失性存储装置存储到辅助存储装置中。
19.处理器10通过与外部的接口(未图示出)将生成的电流指令发送到第一定子绕组功率转换装置7、第二定子绕组功率转换装置8和励磁绕组功率转换装置9。处理器10从位置检测器2接收角度θ。处理器10还从温度检测器3接收温度ts1、ts2、tf、tm。此外，处理器10从电流检测器4接收第一定子绕组电流iu1、iv1、iw1，从电流检测器5接收第二定子绕组电流iu2、iv2、iw2，并从电流检测器6接收励磁绕组电流if。此外，处理器10分别从第一定子绕组功率转换装置7、第二定子绕组功率转换装置8和励磁绕组功率转换装置9接收直流链路电压vdc1、vdc2、vdc3。此外，处理器10接收来自上位控制装置或用户输入的转矩指令t*、作为第一定子绕组中的电流上限值的电流限制idq1lim、作为第二定子绕组中的电流上限值的电流限制idq2lim、以及作为励磁绕组中的电流上限值的电流限制iflim。
20.图2是表示实施方式1中的电动机控制装置的框图。电动机控制装置1000包括：驱动用电流指令生成部24，该驱动用电流指令生成部24生成控制流过电动机1的各绕组的电流的各个电流指令，并驱动电动机1；第一定子绕组电流控制部22，该第一定子绕组电流控制部22将用于控制流过第一定子绕组的电流的第一定子绕组电流指令id1*、iq1*转换为作为三相电压指令的第一定子绕组电压指令vu1*、vv1*、vw1*；第二定子绕组电流控制部23，该第二定子绕组电流控制部23将用于控制流过第二定子绕组的电流的第二定子绕组电流指令id2*、iq2*转换为作为三相电压指令的第二定子绕组电压指令vu2*、vv2*、vw2*；以及励磁绕组电流控制部21，该励磁绕组电流控制部21将用于控制流过励磁绕组的电流的励磁绕组电流指令if*转换为励磁绕组电压指令vf*。电动机控制装置1000包括微分器20，该微分器20从电动机1的位置检测器2接收电动机1的转子的角度θ并运算转子的角速度ω。
21.微分器20通过对角度θ进行关于时间的微分运算来运算角速度ω。微分器20将运
算出的角速度ω输出到驱动用电流指令生成部24。
22.励磁绕组电流控制部21从驱动用电流指令生成部24接收励磁绕组电流指令if*，并且从电流检测器6接收励磁绕组电流if，并运算励磁绕组电压指令vf*，使得励磁绕组电流if跟随励磁绕组电流指令if*。励磁绕组电流控制部21将运算出的励磁绕组电压指令vf*发送到励磁绕组功率转换装置9。励磁绕组电流控制部21将从电流检测器6接收到的励磁绕组电流if发送到驱动用电流指令生成部24。
23.第一定子绕组电流控制部22从驱动用电流指令生成部24接收第一定子绕组电流指令id1*、iq1*，并且从电流检测器4接收第一定子绕组电流iu1、iv1、iw1，并运算第一定子绕组电压指令vu1*、vv1*、vw1*，使得第一定子绕组电流iu1、iv1、iw1跟随第一定子绕组电流指令id1*、iq1*。这里，由驱动用电流指令生成部24生成的第一定子绕组电流指令id1*、iq1*是用正交两相坐标系表示的电流指令，另一方面，第一定子绕组电压指令vu1*、vv1*、vw1*是三相交流坐标系的电压指令，因此第一定子绕组电流控制部22使用角度θ进行从正交两相坐标系到三相交流坐标系的坐标转换。第一定子绕组电流控制部22将运算出的第一定子绕组电压指令vu1*、vv1*、vw1发送到第一定子绕组功率转换装置7。此外，第一定子绕组电流控制部22使用角度θ将从电流检测器4接收到的第一定子绕组电流iu1、iv1、iw1坐标转换为正交两相坐标系，并将得到的结果作为第一定子绕组d轴电流id1和第一定子绕组q轴电流iq1发送到驱动用电流指令生成部24。
24.第二定子绕组电流控制部23从驱动用电流指令生成部24接收第二定子绕组电流指令id2*、iq2*，并且从电流检测器5接收第二定子绕组电流iu2、iv2、iw2，并运算第二定子绕组电压指令vu2*、vv2*、vw2*，使得第二定子绕组电流iu2、iv2、iw2跟随第二定子绕组电流指令id2*、iq2*。此外，与第一定子绕组电流控制部22同样，第二定子绕组电流控制部23使用角度θ进行从正交两相坐标系到三相交流坐标系的坐标转换。第二定子绕组电流控制部23将运算出的第二定子绕组电压指令vu2*、vv2*、vw2发送到第二定子绕组功率转换装置8。第二定子绕组电流控制部23利用角度θ将从电流检测器5接收到的第二定子绕组电流iu2、iv2、iw2坐标转换为正交两相坐标系，并将得到的结果作为第二定子绕组d轴电流id2和第二定子绕组q轴电流iq2发送到驱动用电流指令生成部24。
25.驱动用电流指令生成部24驱动电动机1以实现转矩指令t*所表示的转矩，并运算正交两相坐标系的第一定子绕组电流指令id1*、iq1*、第二定子绕组电流指令id2*、iq2*以及单相励磁绕组电流指令if*。驱动用电流指令生成部24基于转矩指令t*、流过各绕组的电流的电流值及其上限值、用于功率转换的直流链路电压的电压值、电动机1的各部分的温度、以及电动机1的转子的角速度ω来运算上述的各电流指令。这里，“流过各绕组的电流的电流值”是第一定子绕组d轴电流id1、第一定子绕组q轴电流iq1、第二定子绕组d轴电流id2、第二定子绕组q轴电流iq2以及励磁绕组电流if，“限制值”是电流限制idq1lim、电流限制idq2lim和电流限制iflim。“直流链路电压的电压值”是直流链路电压vdc1、vdc2、vdc3。“电动机1的各部分的温度”是第一定子绕组的温度ts1、第二定子绕组2的温度ts2、励磁绕组的温度tf以及永磁体的温度tm。第一定子绕组电流指令id1*、iq1*和第二定子绕组电流指令id2*、iq2*相当于“第一电流指令”，励磁绕组电流指令if*相当于“第二电流指令”。
26.接下来，基于图3说明励磁绕组电流控制部21的更详细的结构。如图3所示，励磁绕组电流控制部21包括加减法器30和pi控制部31。首先，励磁绕组电流控制部21通过加减法
器30求出从驱动用电流指令生成部24输入的励磁绕组电流指令if*与从电流检测器6接收的励磁绕组电流if之间的差，从而求出励磁绕组电流偏差(＝if*
‑
if)。接着，励磁绕组电流控制部21基于该励磁绕组电流偏差，在pi控制部31中进行pi(proportional
‑
integral:比例
‑
积分)控制，生成励磁绕组电压指令vf*。pi控制中的计算例如如以下所示的式(1)那样。式(1)中，kpf和kif为励磁绕组电流控制中的比例增益和积分增益。另外，s是拉普拉斯变换的微分算子，在以后的式子中也同样。vf＊＝(kpf kif/s)
×
(if＊－if)
···
(1)虽然省略图示，但是可以在生成励磁绕组电压指令vf*之后实施解耦处理。
27.接下来，基于图4说明第一定子绕组电流控制部22的更详细的结构。如图4所示，第一定子绕组电流控制部22具有加减法器40、pi控制部41、两相三相坐标转换器42和三相两相坐标转换器43。首先，第一定子绕组电流控制部22通过三相两相坐标转换器43，利用角度θ，将从电流检测器4接收的三相的第一定子绕组电流iu1、iv、iw坐标转换为第一定子绕组d轴电流id1和第一定子绕组q轴电流iq1。对于三相两相坐标转换器43的坐标转换，可以使用公知的坐标转换方法。
28.然后，第一定子绕组电流控制部22通过加减法器40求出从驱动用电流指令生成部24输入的第一定子绕组电流指令id1*与第一定子绕组d轴电流id1之间的差，以及从驱动用电流指令生成部24输入的第一定子绕组电流指令iq1*与第一定子绕组q轴电流iq1之间的差，从而获得第一定子绕组d轴电流偏差(＝id1*
‑
id1)和第一定子绕组q轴电流偏差(＝iq1*
‑
iq1)。接着，第一定子绕组电流控制部22基于第一定子绕组d轴电流偏差和第一定子绕组q轴电流偏差，通过pi控制部41进行pi控制，生成第一定子绕组d轴电压指令vd1*和第一定子绕组q轴电压指令vq1*。pi控制中的计算例如如以下所示的式(2)和式(3)那样。式(2)、式(3)中，kpd1及kid1和kpq1及kiq1分别为第一定子绕组的电流控制中的比例增益及积分增益。vd1＊＝(kpd1 kid1/s)
×
(id1＊－id1)
···
(2)vq1＊＝(kpq1 kiq1/s)
×
(iq1＊－iq1)
···
(3)虽然图中未示出，但是可以在生成第一定子绕组d轴电压指令vd1*和第一定子绕组q轴电压指令vq1*之后，实施解耦处理，以消除伴随基于电动机1的转子的角速度ω而产生的速度电动势的干扰分量。
29.接着，第一定子绕组电流控制部22通过两相三相坐标转换器42，利用角度θ将第一定子绕组d轴电压指令vd1*和第一定子绕组q轴电压指令vq1*坐标转换为三相的第一定子绕组电压指令vu1*、vv1*、vw1*。对于两相三坐标转换器42的坐标转换，可以使用公知的坐标转换方法。
30.接下来，基于图5说明第二定子绕组电流控制部23的更详细的结构。如图5所示，第二定子绕组电流控制部23具有加减法器50、pi控制部51、两相三相坐标转换器52和三相两相坐标转换器53。首先，第二定子绕组电流控制部23在三相两相坐标转换器53中，利用角度θ，将从电流检测器5接收的三相的第二定子绕组电流iu2、iv2、iw2坐标转换为第二定子绕
组d轴电流id2和第二定子绕组q轴电流iq2。对于三相两相坐标转换器5的坐标转换，可以使用公知的坐标转换方法。
31.然后，第二定子绕组电流控制部23通过加减法器50求出从驱动用电流指令生成部24输入的第二定子绕组电流指令id2*与第二定子绕组d轴电流id2之间的差，以及从驱动用电流指令生成部24输入的第二定子绕组电流指令iq2*与第二定子绕组q轴电流iq2之间的差，从而获得第二定子绕组d轴电流偏差(＝id2*
‑
id2)和第二定子绕组q轴电流偏差(＝iq2*
‑
iq2)。接着，第二定子绕组电流控制部22通过pi控制部51基于第二定子绕组d轴电流偏差和第二定子绕组q轴电流偏差进行pi控制，生成第二定子绕组d轴电压指令vd2*和第二定子绕组q轴电压指令vq2*。pi控制中的计算例如如以下所示的式(4)和式(5)那样。式(4)、式(5)中，kpd2及kid2和kpq2及kiq2分别为第2定子绕组的电流控制中的比例增益及积分增益。vd2＊＝(kpd2 kid2/s)
×
(id2＊－id2)
···
(4)vq2＊＝(kpq2 kiq2/s)
×
(iq2＊－iq2)
···
(5)虽然图中未示出，但是可以在生成第二定子绕组d轴电压指令vd2*和第二定子绕组q轴电压指令vq2*之后，实施解耦处理，以消除伴随基于电动机1的转子的角速度ω而产生的速度电动势的干扰分量。
32.接着，第二定子绕组电流控制部23通过两相三相坐标转换器52，利用角度θ将第二定子绕组d轴电压指令vd2*和第二定子绕组q轴电压指令vq2*坐标转换为三相的第二定子绕组电压指令vu2*、vv2*、vw2*。对于两相三坐标转换器52的坐标转换，可以使用公知的坐标转换方法。
33.接下来，基于图6说明驱动用电流指令生成部24的更详细的结构。如图6所示，驱动用电流指令生成部24包括电流指令运算部60和参数获取部61。参数获取部61接收由第一定子绕组电流控制部22输出的第一定子绕组d轴电流id1和第一定子绕组q轴电流iq1、由第二定子绕组电流控制部23输出的第二定子绕组d轴电流id2和第二定子绕组q轴电流iq2、由励磁绕组电流控制部21输出的励磁绕组电流if、由温度检测器3发送的电动机1的各个部分的温度、即，第一定子绕组的温度ts1、第二定子绕组的温度ts2、励磁绕组的温度tf、以及永磁体的温度tm等数据(以下称为“电动机状态数据62”)，基于所接收的电动机状态数据62，获取电动机参数63。这里，“电动机参数”是表示电动机1的电动机特性的参数，包括各绕组的电阻的电阻值、各绕组的电感值、绕组之间的互感值、以及与各定子绕组交链的永磁体的磁通的磁通值。这里，“各绕组的电阻的电阻值”是指第一定子绕组电阻r1、第二定子绕组电阻r2和励磁绕组电阻rf。“各绕组的电感值”是指第一定子绕组d轴电感ld1、第二定子绕组d轴电感ld2、第一定子绕组q轴电感lq1、第二定子绕组q轴电感lq2和励磁绕组电感lf。“绕组之间的互感值”是指第一定子绕组与第二定子绕组的d轴互感md、第一定子绕组与第二定子绕组的q轴互感mq、第一定子绕组与励磁绕组的互感mf1、以及第二定子绕组与励磁绕组的互感mf2。“与各定子绕组交链的永磁体的磁通的磁通值”是与第一定子绕组交链的永磁体磁通的磁通ke1和与第二定子绕组交链的永磁体磁通的磁通ke2。参数获取部61将获取到的电动机参数63输出到电流指令运算部60。
34.考虑参数获取部61可以获取与电动机状态数据62相对应的电动机参数63，例如由用于与电动机状态数据62相对应地存储电动机参数63的各个数据的查找表(以下称为“lut”)构成。此外，可以由运算部构成，该运算部运算将输入电动机状态数据62定义为输入并将电动机参数63的各个数据定义为输出的函数。另外，作为上述电动机状态数据62，不限于实测值，也可以使用基于预定的模型的推定值。当将推定值用于电动机状态数据62时，能排除可能包括在实际电流等实测值中的高次谐波干扰的影响等。
35.电流指令运算部60基于转矩指令t*、第一定子绕组、第二定子绕组和励磁绕组中的各个电流限制idq1lim、idq2lim、iflim、转子的角速度ω、直流链路电压vdc1、vdc2、vdc3、以及从参数获取部61输出的电动机参数63，以预定的运算周期运算第一定子绕组电流指令id1*、iq1、第二定子绕组电流指令id2*、iq2以及励磁绕组电流指令if*。
36.参数获取部61周期性地接收电动机状态数据62，更新电动机参数63，并将其输出到电流指令运算部60。此外，参数获取部61的电动机参数63的更新周期比电流指令运算部60的运算周期要短或相同。由此，由电流指令运算部60运算的各电流指令实时反映电动机参数63的变化。
37.接下来，基于图7说明电流指令运算部60的更详细的结构。如图7所示，电流指令运算部60包括转矩时间常数滤波器70、励磁电流指令生成器71即第二运算部、励磁电流时间常数滤波器72即响应延迟再现部、定子电流指令生成器73即第一运算部。转矩时间常数滤波器70输入有转矩指令t*，根据预定的基准调整被输入的转矩指令t*，并将调整后的转矩指令t*输出到励磁电流指令生成器71和定子电流指令生成器73。转矩时间常数滤波器70由滤波器、状态推定器、或lut等构成。
38.当转矩指令t*中存在急剧变动并且其变动量或变动率超过预定的阈值时，转矩时间常数滤波器70对转矩指令t*的变动量或变动率进行滤波，并且进行用于去除超过上述阈值部分的变动的调整等。
39.励磁电流指令生成器71基于由转矩时间常数滤波器70调整的转矩指令t*和电动机参数63运算针对各绕组的电流指令。励磁电流指令生成器71在计算实现最大效率的各绕组的电流指令时使用拉格朗日未定常数法。励磁电流指令生成器71决定励磁绕组电流指令if*，使得在由下记的式(6)表示的约束条件下由下记的式(7)表示的评价函数最小。
40.[数学式1]
[0041]
[数学式2]式(6)是表示具有永磁体和励磁绕组的双重三相绕组电动机的转矩与流过各绕组的电流之间的关系的式子，相当于“预定的约束条件”。另外，式(7)所示的评价函数pw表示
由电流流过电动机1的各绕组而产生的铜损。即，使式(7)的评价函数pw最小表示使在电动机1中产生的损耗之一的铜损最小。在式(6)和式(7)中，t表示电动机1的转矩，pn表示极对数，t1表示第一定子绕组的转矩，t2表示第二定子绕组的转矩。此外，考虑磁饱和和磁通的轴间干扰，可以在式(6)中添加表示这些影响的项。此外，评价函数pw可以是表示铁损或开关损耗的函数，也可以是表示包括铜损、铁损、开关损耗等损耗的总损耗的函数。此外，评价函数不仅可以设定为损耗，也可以设定为输出转矩、转矩响应等。当将评价函数设为输出转矩时，可以在约束条件下使输出转矩最大或最小。当将评价函数设为转矩响应时，可以在约束条件下使转矩响应最大或最小。
[0042]
若基于上述式(6)及式(7)构筑拉格朗日函数l(id1、iq1、id2、iq2、if、λ)，则会变成式(8)。其中λ为拉格朗日系数。
[0043]
[数学式3]若将通过用各变量对式(8)所示的拉格朗日函数l进行偏微分而得到的各个导数设为零，制作联立方程式，求解该联立方程式，则在式(6)的约束条件下，可以求出使式(7)的评价函数最小的id1、iq1、id2、iq2、if、λ。为了在转矩指令t*下运算使评价函数pw最小的各电流指令，在式(8)中替换为t＝t*、id1＝id1*、id2＝id2*、iq1＝iq1*、iq2＝iq2*、if＝if*，求解上述联立方程式。即，从下述式(9)中解出式(13)所示的联立方程式即可。
[0044]
[数学式4]
[0045]
[数学式5]
[0046]
[数学式6]
[0047]
[数学式7]
[0048]
[数学式8]通过求解式(9)至式(13)所示的联立方程式，可以求出在各电流指令实现转矩指令t*的条件下使评价函数pw最小的第一定子绕组电流指令id1*、iq1*、第二定子绕组电流指令id2*、q2*和励磁绕组电流指令if*。
[0049]
当与第一定子绕组和第二定子绕组相关的几个参数相等，r1＝r2＝2r、ld1＝ld2＝2ld、mf1＝mf2＝mf、ke1＝ke2＝ke、md和mq可以设置为上述定义值的两倍时，生成各电流指令，使得第一定子绕组电流指令id1*、iq1*和第二定子绕组电流指令id2*、iq2*相等。即，id1*/2＝id2*/2＝id*，iq1*/2＝iq2*/2＝iq*。这种情况下，通过对式(9)至式(13)进行变形，从而导出以下的式(14)至式(16)。
[0050]
[数学式9]
[0051]
[数学式10]
[0052]
[数学式11]如上所述，当与第一定子绕组和第二定子绕组相关的几个参数相等时，通过求解式(14)至式(16)所示的联立方程式，可以求出在实现转矩指令t*的条件下使评价函数pw最小的电流指令id*(＝id1*/2＝id2*/2)、iq*(＝iq1*/2＝iq2*/2)、if*。
[0053]
另一方面，当励磁绕组与第一定子绕组及第二定子绕组之间对于电流指令的响应速度存在差异时，实际上从式(14)到式(16)不成立。具体而言，当励磁绕组电流if对于励磁绕组电流指令if*的响应速度慢于第一定子绕组d轴电流id1、第一定子绕组q轴电流iq1、以及第二定子绕组d轴电流id2、第二定子绕组q轴电流iq2对于第一定子绕组电流指令id1*、iq1*以及第二定子绕组电流指令id2*、iq2*的响应速度时，在过渡状态下不满足if＝if*，从式(14)到式(16)不成立。因此，即使在不考虑励磁绕组电流if的响应延迟的影响的情况
下求解式(14)至式(16)的联立方程式，也不会获得最佳解，并且作为运算结果获得的电流指令不会使评价函数pw最小。此外，由于不满足式(6)的约束条件，因此对于转矩指令t*的跟随性也降低。由此，当不考虑绕组之间的响应速度的差异(励磁绕组的响应延迟)时，铜损增加而效率降低，并且对于转矩指令t*的跟随性降低，从而转矩响应变差。
[0054]
实施方式1的励磁电流指令生成器71中运算满足通过对式(14)至式(16)进行变形而获得的下记式(17)的励磁绕组电流指令if*。
[0055]
[数学式12]作为励磁绕组电流指令if*的四次方程式的式(17)可以通过例如牛顿法或转矩反馈法等的递归数值解法求出。励磁电流指令生成器71将运算出的励磁绕组电流指令if*输出到励磁绕组电流控制部21和励磁电流时间常数滤波器72。
[0056]
励磁电流时间常数滤波器72通过模拟地再现励磁绕组电流if相对于励磁绕组电流指令if*的响应延迟，以使在某一时间点的励磁绕组电流指令if*接近励磁绕组电流if。励磁电流时间常数滤波器72使用由下记的式(18)中示出的滤波器g1、g2、g3、g4中的一个以上滤波器。
[0057]
[数学式13]在式(18)中，g1模拟再现由励磁绕组的阻抗引起的响应延迟。tlf是励磁绕组的关于电流的时间常数，取决于励磁绕组的阻抗。此外，g2模拟再现电流控制响应中的响应延迟。tcf是励磁绕组电流控制部21的时间常数，并且取决于励磁绕组的阻抗。此外，g3模拟再现由于传感器延迟引起的响应延迟。tsensor是传感器延迟的时间常数，并且取决于电流检测器6等所使用的传感器的特性。另外，g4模拟再现由于运算周期引起的响应延迟。tcc是运算周期的时间常数，并且取决于处理器10的特性。励磁电流时间常数滤波器72将滤波器g1、g2、g3、g4中的一个以上滤波器应用于励磁电流指令生成器71所输出的励磁绕组电流指令if*，并将模拟再现了励磁绕组电流if的响应延迟的励磁绕组电流指令if**输出到定子电流指令生成器73。励磁电流时间常数滤波器72可以由滤波器、lut、函数和状态推定器构成。此外，励磁绕组电流指令if**可以是从电流检测器6接收的励磁绕组电流if。
[0058]
定子电流指令生成器73基于由转矩时间常数滤波器70输出的转矩指令t*、由励磁电流时间常数滤波器72输出的励磁绕组电流指令if**和电动机参数63，使用下记的式(19)和式(20)运算第一定子绕组电流指令id1*、iq1*和第二定子绕组电流指令id2*、iq2*。
[0059]
[数学式14]
[0060]
[数学式15]定子电流指令生成器73将使用式(19)和式(20)计算出的第一定子绕组电流指令id1*、iq1*和第二定子绕组电流指令id2*、iq2*分别输出到第一定子绕组电流控制部22和第二定子绕组电流控制部23。由于由定子电流指令生成器73运算出的第一定子绕组电流指令id1*、iq1*和第二定子绕组电流指令id2*、iq2*是基于模拟再现了励磁绕组电流if的响应延迟的励磁绕组电流指令if**运算得到的，因此使评价函数pw最小，并且满足式(6)的约束条件。因此，与不考虑励磁绕组电流if的响应延迟的情况相比，提高了对于转矩指令t*的跟随性，改善了过渡的转矩响应，并且降低了铜损，提高了效率。
[0061]
以上，将电流指令运算部60中的各电流指令的运算总结如下。首先，将由拉格朗日未定常数法得到的联立方程式变形，导出励磁绕组电流指令if*的方程式，通过求解该方程式，求出励磁绕组电流指令if*。接着，模拟地再现励磁绕组电流if相对于励磁绕组电流指令if*的响应延迟，并运算模拟地再现了响应延迟的励磁绕组电流指令if**。然后，通过使用模拟地再现了响应延迟的励磁绕组电流指令if**来运算第一定子绕组电流指令id1*、iq1*和第二定子绕组电流指令id2*、iq2*。励磁绕组电流if由励磁绕组电流指令if*，即不考虑上述响应延迟的励磁绕组电流指令if*来控制。再现了响应延迟的励磁绕组电流指令if**用于运算第一定子绕组电流指令id1*、iq1*和第二定子绕组电流指令id2*、iq2*，但不用于控制励磁绕组电流if。
[0062]
当与第一定子绕组和第二定子绕组相关的参数不同，并且r1≠r2、ld1≠ld2、mf1≠mf2、ke1≠ke2时，运算第一定子绕组电流指令id1*、iq1*和第二定子绕组电流指令id2*、iq2*，使得id1*≠id2*、iq1*≠iq2*。
[0063]
另外，在实施方式1中，对于多个绕组，假设励磁绕组电流的响应比第一定子绕组电流和第二定子绕组电流的响应要慢的情况，但不限于此。例如，实施方式1还能应用于第一定子绕组的响应慢的情况。在这种情况下，首先运算第一定子绕组电流指令id1*、iq1*，并对它们再现响应延迟，使用再现了响应延迟的第一定子绕组电流指令id1*、iq1*来运算针对其它绕组的电流指令。在这种情况下，第一定子绕组相当于“第二绕组”，而其它绕组相当于“第一绕组”。
[0064]
另外，拉格朗日未定常数法的约束条件不限于式(6)所示的约束条件，也可以追加下记式(21)至式(23)所示的电流限制和式(24)至式(26)所示的电压限制。
[0065]
[数学式16]
[0066]
[数学式17]
[0067]
[数学式18]
[0068]
[数学式19]
[0069]
[数学式20]
[0070]
[数学式21]k3v
dc3
≥|v
f
|....(26)在式(24)至式(26)中，k1、k2、k3分别表示电压利用率。另外，vd1、vq1、vd2、vq2、vf分别表示第一定子绕组d轴电压、第一定子绕组q轴电压、第二定子绕组d轴电压、第二定子绕组q轴电压、励磁绕组电压。另外，vd1、vq1、vd2、vq2、vf的关系式为式(27)。当追加从式(21)至式(23)所示的约束条件时，能生成在电流限制时使评价函数pw最小的各电流指令。在追加从式(24)至式(26)所示的约束条件的情况下，能生成在电压饱和时使评价函数pw最小的各电流指令。此外，可以改变或追加上述限制以外的约束条件。[数学式22]
[0071]
基于图8a和图8b说明应用实施方式1时的效果。图8a是表示现有的电动机控制装置的控制结果的图，图8b是表示实施方式1中的电动机控制装置的控制结果的图。图8a和图8b从上到下依次示出了第一定子绕组和第二定子绕组中的q轴电流的实际电流和电流指令的时间变化、d轴电流的实际电流和电流指令的时间变化、励磁电流的实际电流和电流指令的时间变化、转矩和转矩指令的时间变化、以及将铜损除以转矩得到的值(铜损/转矩)。在图8a中，实际电流和实际转矩、铜损/转矩用实线示出，电流指令和转矩指令用虚线示出。另外，在图8b中，实施方式1中的实际电流和转矩、铜损/转矩用实线表示，电流指令和转矩指令用虚线表示，并且现有示例中的实际电流和转矩、铜损/转矩用虚线表示，电流指令和转矩指令用细虚线表示。在图8a所示的现有示例的控制结果中，q轴电流和d轴电流快速跟随电流指令，但是与q轴电流和d轴电流相比，励磁电流和转矩对电流指令和转矩指令的响应延迟。此外，可知铜损/转矩瞬间变大。转矩的响应延迟以及瞬态的铜损的增加，可以认为是由于实际的励磁绕组电流与励磁绕组电流指令相背离(if≠if*)。
[0072]
另一方面，在图8b所示的实施方式1的控制结果中，虽然产生了励磁绕组电流的响应延迟，但几乎没有产生转矩的响应延迟和瞬态的铜损的增加。可以认为，这是因为在励磁电流的控制中，实际电流值与电流指令产生了背离，另一方面，在第一定子绕组电流指令id1*、iq1*以及第二定子绕组电流指令id2*、iq2*的运算中，通过使用模拟再现了响应延迟的励磁绕组电流指令if**，以使表示铜损的评价函数pw最小的方式运算电流指令，抑制了铜损的增加，同时，第一定子绕组电流指令id1*、iq1*以及第二定子绕组电流指令id2*、iq2*满足式(6)的约束条件，实现转矩指令t*的电流指令被更高精度地生成。
[0073]
另外，实施方式1的电动机1是在转子中具有永磁体的双重三相电动机，但不限于此，也可以是在转子中不具有永磁体的电动机。此外，不限于双重三相绕组电动机，也可以是具有三相以上定子绕组的电动机，也可以是具有一组或三组以上定子绕组的电动机。
[0074]
根据实施方式1，即使电动机特性发生变化，也能够防止效率降低。更具体地，包括参数获取部，该参数获取部周期性地获取表示控制对象的电动机的状态的电动机状态数据，并通过获取与该电动机状态数据相对应的电动机参数来更新电动机参数，基于由电动机参数获取部获取到的电动机参数来运算针对各绕组的电流指令。由此，即使在电动机特性改变时，也基于改变后的电动机参数来运算电流指令，并进行与电动机特性的变化相对应的电动机控制。此外，在第一定子绕组电流指令和第二定子绕组电流指令之前运算励磁绕组电流指令，模拟地再现励磁绕组电流相对于励磁绕组电流指令的响应延迟，使用再现了该响应延迟的励磁绕组电流指令运算第一定子绕组电流指令和第二定子绕组电流指令。由此，用于运算第一定子绕组电流指令和第二定子绕组电流指令的励磁绕组电流指令变得几乎等于实际励磁绕组电流，能更准确地运算使表示铜损的评价函数最小的电流指令。由此，由于在应对电动机特性的变化的同时，考虑到绕组之间的响应速度的差异来运算电流指令，所以即使在电动机特性改变时，也能防止效率降低。此外，由于相同的理由，能够高精度地满足用于反映转矩指令的约束条件，因此能够防止转矩响应的劣化。
[0075]
此外，在针对各绕组的电流指令的运算中，首先运算励磁绕组电流指令，然后使用在该励磁绕组电流指令中再现了响应延迟的指令来运算第一定子绕组电流指令和第二定子绕组电流指令，由于仅进行上述运算，因此不需要运算用于补偿由于励磁绕组电流的响应延迟而引起的转矩减小的电流校正。因此，能削减电动机控制中的计算成本和所需的存储器。
[0076]
此外，由于参数获取部周期性地获取电动机参数，并且更新用于电流指令的运算的电动机参数，因此不需要预先创建映射，从而能削减预先进行的工序，并且能够削减用于存储映射的存储器。
[0077]
此外，由于具备了用于消除转矩指令的一定以上的变动的转矩时间常数滤波器，所以电动机的转矩的变动量和变动率变为允许值以下，并且能抑制电动机的振动和由电动机引起的噪声。
[0078]
此外，当在用于决定电动机参数的电动机状态数据中使用推定值时，由于能排除可能包括在实测值中的高次谐波干扰的影响等，因此能改善电流指令运算中的收敛性。
[0079]
实施方式2.下面，基于图9对实施方式2进行说明。另外，对于与图1至图8b相同或相当的部分标注相同的标号并省略其说明。图9是表示实施方式2中的电动机控制装置的硬件结构的图，表示包括作为控制对象的电动机在内的整个系统。电动机控制装置2000对电动机80进行驱动控制，并且分别经由后述的定子绕组功率转换装置85和励磁绕组功率转换装置86连接到电动机80的各个绕组。电动机控制装置2000与设置在电动机80上的位置检测器81和温度检测器82相连接。此外，电动机控制装置2000与电流检测器83、84相连接，该电流检测器83、84分别串联连接在定子绕组功率转换装置85以及励磁绕组功率转换装置86与电动机1之间。
[0080]
电动机80是三相绕组电动机，包括具有永磁体和卷绕在该永磁体上的励磁绕组的
转子、以及具有三相定子绕组的定子。转子的永磁体可以省略。在下文中，将电动机1的定子所具有的三相绕组称为“定子绕组”。定子绕组相当于“第一绕组”，励磁绕组相当于“第二绕组”。另外，省略了上述电动机的各部分的图示。
[0081]
位置检测器81设置在电动机80的旋转轴上，并检测转子的角度θ。位置检测器81将检测到的角度θ发送到电动机控制装置2000。代替位置检测器2，可以设置用于推定转子的角度θ的位置推定器，可以将角度θ的推定值发送到电动机控制装置1000。
[0082]
温度检测器82检测定子绕组的温度ts、励磁绕组的温度tf和永磁体的温度tm中的至少一个。温度检测器82将检测到的温度ts、tf、tm发送到电动机控制装置2000。此外，可以设置温度推定器来代替温度检测器82，可以将ts、tf、tm的推定值发送到电动机控制装置2000。
[0083]
电流检测器83检测流过定子绕组的三相电流，并将各个电流值作为定子绕组电流iu、iv、iw发送到电动机控制装置2000。电流检测器83检测流过励磁绕组的电流，并将其电流值作为励磁绕组电流if发送到电动机控制装置2000。另外，可以设置电流推定器来代替电流检测器83、84，可以将iu、iv、iw、if的推定值发送到电动机控制装置2000。
[0084]
定子绕组功率转换装置85从电动机控制装置2000接收针对定子绕组的三相电压指令vu*、vv*和vw*，并产生与各电压指令相当的电压。此外，定子绕组功率转换装置85检测用于与定子绕组相关的功率转换的直流链路电压，并将该电压值作为直流链路电压vdcs发送到电动机控制装置2000。
[0085]
励磁绕组功率转换装置86从电动机控制装置2000接收针对励磁绕组的电压指令即励磁绕组电压指令vf*，并生成与励磁绕组电压指令vf*相当的电压。此外，励磁绕组功率转换装置86检测用于与励磁绕组相关的功率转换的直流链路电压，并将该电压值作为直流链路电压vdcf发送到电动机控制装置2000。
[0086]
处理器87例如是cpu，执行从存储装置88读取出的程序，实现图10所示的各种功能部。当处理器87从存储装置88读取程序时，通过易失性存储装置读取存储在辅助存储装置中的程序。通过处理器87执行程序来生成电流指令和数据等。处理器10可以将上述数据输出到存储装置11的易失性存储装置，也可以经由易失性存储装置存储到辅助存储装置中。
[0087]
处理器87通过与外部的接口(未图示出)将生成的电流指令发送到定子绕组功率转换装置85和励磁绕组功率转换装置86。处理器87从位置检测器81接收角度θ。处理器87从温度检测器82接收温度ts、tf、tm。此外，处理器10从电流检测器83接收定子绕组电流iu、iv、iw，并从电流检测器84接收励磁绕组电流if。此外，处理器10分别从定子绕组功率转换装置85和励磁绕组功率转换装置86接收直流链路电压vdcs、vdcf。此外，处理器10接收来自上位控制装置或用户输入的转矩指令t*、作为定子绕组中的电流上限值的电流限制idqlim和作为励磁绕组中的电流上限值的电流限制iflim。图10是表示实施方式2中的电动机控制装置的框图。电动机控制装置2000包括：驱动用电流指令生成部93，其生成用于控制流过电动机80的各绕组的电流的各个电流指令，并驱动电动机1；定子绕组电流控制部92，其将用于控制流过定子绕组的电流的定子绕组电流指令id*、iq*转换为作为三相电压指令的定子绕组电压指令vu*、vv*、vw*；以及励磁绕组电流控制部91，其将用于控制流过励磁绕组的电流的励磁绕组电流指令if*转换为励磁绕组电压指令vf*。电动机控制装置2000包括微分器90，该微分器20从电动机80的位置检测器
81接收电动机80的转子的角度θ并运算转子的角速度ω。此外，定子绕组电流指令id*、iq*相当于“第一电流指令”，励磁绕组电流指令if*相当于“第二电流指令”。
[0088]
驱动用电流指令生成部93、定子绕组电流控制部92、励磁绕组电流控制部91以及微分器90相当于实施方式1中的驱动用电流指令生成部24、第一定子绕组电流控制部22、第二定子绕组电流控制部23、励磁绕组电流控制部21以及微分器20，除了实施方式1的“第一定子绕组”以及“第二定子绕组”在实施方式2中被替换为“定子绕组”之外，具有相同的结构，因此省略结构的详细说明。
[0089]
由于实施方式2是将实施方式1中的双重三相电动机替换为三相电动机而得到的，因此如果替换实施方式1中的电流指令和电流、以及电压指令，则与实施方式1相同。具体而言，可以替换为id*/2＝id1*＝id2*、iq*/2＝iq1*＝iq2*、vu*/2＝vu1*＝vu2*、vv*/2＝vv1*＝vv2*、vw*/2＝vw1*＝vw2*、iu/2＝iu1＝iu2、iv/2＝iv1＝iv2、iw/2＝iw1＝iw2。关于其他情况，由于与实施方式1相同，因此省略其说明。
[0090]
根据实施方式2，能获得与实施方式1相同的效果。
[0091]
虽然本技术记载了各种示例性实施方式和实施例，但是在一个或多个实施方式中记载的各种特征、方式和功能不限于特定实施方式的应用，可以单独地或以各种组合来应用于实施方式。因此，在本技术所公开的技术范围内可以设想无数未举例示出的变形例。例如，设为包括对至少一个构成要素进行变形、追加或省略的情况，以及提取至少一个构成要素并与其他实施方式的构成要素进行组合的情况。标号说明
[0092]
1、80电机、4、5、6、83、84电流检测器、24、93驱动用电流指令生成部、60电流指令运算部、61参数获取部、62电动机状态数据、63电动机参数、71励磁电流指令生成器、72励磁电流时间常数滤波器、73定子电流指令生成器、1000、2000电动机控制装置、id1*、iq1*第一定子绕组电流指令、id2*、iq2*第二定子绕组电流指令、id*、iq*定子绕组电流指令、if*励磁绕组电流指令、iu1、iv1、iw1第一定子绕组电流、iu2、iv2、iw2第二定子绕组电流、iu、iv、iw定子绕组电流、if励磁绕组电流、t*转矩指令。