電動機控制設備和電動機控制方法

專利名稱：電動機控制設備和電動機控制方法
技術領域：
本發明涉及通過校正作為轉動位置傳感器的分解器(解算器)的輸出來控制電動機的一種電動機控制設備和控制方法。
背景技術：
為了使用旋轉磁場連續轉動電動機的轉子，檢測該轉子的轉動位置。用裝在轉軸上的作為轉動位置傳感器的分解器檢測該轉子的轉動位置。
換句話說，該分解器檢測該轉動的轉子的轉動位置，并以模擬信號輸出與該轉子的各轉動位置對應的位置信號。計算機的中央處理單元(下稱CPU)把該分解器輸出的模擬信號轉換成數字信號。根據該轉換成的數字信號，該CPU產生把用于產生該旋轉磁場的交流電流供應給位于該轉子外周部的定子繞組(一般由三相繞組構成)的驅動信號。然后，該CPU把該驅動信號輸出給逆變器。根據來自CPU的驅動信號輸出，該逆變器以預定時序(正時)把預定交流電流供應給該定子繞組的各相。這樣，定子繞組產生旋轉磁場，轉子由定子繞組產生的旋轉磁場轉動。
但是，由于分解器的輸出一般發生誤差如0.5次和一次誤差，因此來自分解器的轉角輸出不隨時間線性增加。此外，會造成轉子轉速改變，從而造成分解器輸出的誤差。
這樣，日本專利延遲公開No.2001-165707公開了一種用轉子轉速校正分解器輸出誤差的技術。
但是，日本專利延遲公開No.2001-165707未公開出用使用轉子轉速校正的分解器的輸出進行電動機控制。因此，電動機控制未得到改善。

發明內容
本發明的一個目的是提供一種校正作為轉動位置傳感器的分解器的輸出和使用該分解器的經校正的輸出控制電動機的電動機控制設備和電動機控制方法。
本發明的第一方面涉及一種包括轉動位置傳感器、校正裝置和控制裝置的電動機控制設備。該轉動位置傳感器在進行電動機的矩形波控制時檢測該電動機的轉子的轉動位置。該校正裝置根據在矩形波控制中從基準時刻到該電動機的各控制時刻的時間差校正該轉動位置傳感器的輸出的。該控制裝置根據由該校正裝置校正的該轉動位置傳感器的輸出進行該電動機的矩形波控制。
該校正裝置在決定給該電動機的各相施加電壓的期間的電壓相位指令改變時，考慮(計及)該電壓相位指令的改變來校正該轉動位置傳感器的輸出。
該校正裝置可在轉子轉速改變時考慮該轉子轉速的改變來校正該轉動位置傳感器的輸出。
該校正裝置可考慮決定給該電動機的各相施加電壓的期間的電壓相位指令的改變和轉子轉速的改變來校正該轉動位置傳感器的輸出。
該校正裝置可使用在前一控制周期中轉子轉動一次所需時間和在本控制周期中轉子轉動一次所需時間，考慮轉子轉速的改變來校正該轉動位置傳感器的輸出。
該校正裝置可根據該電動機的一種控制方法來校正該轉動位置傳感器的輸出。
在根據本發明的電動機控制設備中，根據從基準時刻到基于該轉動位置的輸出控制該電動機的控制時刻的時間間隔與從該基準時刻到需要在該矩形波控制中控制該電動機的真實控制時刻的時間間隔之差，來校正該轉動位置傳感器的輸出。此外，考慮該電動機各相的電壓相位指令的改變來校正該轉動位置傳感器的輸出。另外，考慮電動機轉速的改變來校正該轉動位置傳感器的輸出。還有，考慮電動機各相的電壓相位指令的改變和電動機轉速的改變來校正該轉動位置傳感器的輸出。
使用由每種校正方法校正的轉動位置傳感器的輸出來進行電動機的矩形波控制。
這樣，按照本發明，即使轉動位置傳感器的輸出有誤差，也可防止電動機控制失靈，從而可驅動電動機。此外，即使電動機各相的電壓相位指令或電動機轉速發生改變，也可防止電動機控制失靈，從而可驅動電動機。
本發明的第二方面涉及一種電動機控制方法，它包括下列步驟在進行電動機的矩形波控制時檢測該電動機的轉子的轉動位置；根據從一基準時刻到基于該轉動位置傳感器的輸出控制該電動機的控制時刻的時間間隔與從該基準時刻到需要在該矩形波控制中控制該電動機的真實控制時刻的時間間隔之差，來校正該轉動位置傳感器的輸出；以及根據由該校正裝置校正的該轉動位置傳感器的輸出進行該電動機的矩形波控制。
本發明的第三方面涉及一種包括轉動位置傳感器、校正裝置和控制裝置的電動機控制設備。該轉動位置傳感器在進行電動機的矩形波控制時檢測該電動機的轉子的轉動位置。該校正裝置根據從一基準時刻到基于該轉動位置傳感器的輸出控制該電動機的控制時刻的時間間隔與從該基準時刻到需要在該矩形波控制中控制該電動機的真實控制時刻的時間間隔之差，來校正該轉動位置傳感器的輸出。該控制裝置根據由該校正裝置校正的該轉動位置傳感器的輸出進行該電動機的矩形波控制。


圖1為按照本發明第一實施例的電動機控制設備的示意方框圖；圖2為說明圖1所示控制裝置的各種功能的功能方框圖；圖3為圖1所示交流(AC)電動機的U相、V相和W相各相電壓指令時序圖；圖4為圖1所示一分解器的輸出和該電壓指令的時序圖；圖5為說明按照本發明第一實施例的轉角校正方法的流程圖；圖6為示出圖1所示兩交流電動機之一的電力發生波動時另一電動機的電壓和電流波動的時序圖；圖7為按照本發明第二實施例的電動機控制設備的示意方框圖；圖8為說明圖7所示控制裝置的各種功能的功能方框圖；圖9為圖7所示一分解器的輸出和一電壓指令的時序圖；圖10為說明按照本發明第二實施例的轉角校正方法的流程圖；圖11為按照本發明第三實施例的電動機控制設備的示意方框圖；圖12為說明圖11所示控制裝置的各種功能的功能方框圖；圖13為示出圖11所示一分解器的輸出和轉速變化的時序圖；圖14為說明按照本發明第三實施例的轉角校正方法的流程圖；圖15為按照本發明第四實施例的電動機控制設備的示意方框圖；圖16為說明圖15所示控制裝置的各種功能的功能方框圖；圖17為說明按照本發明第四實施例的轉角校正方法的流程圖；圖18為按照本發明第五實施例的電動機控制設備的示意方框圖；圖19為說明圖18所示控制裝置的各種功能的功能方框圖；以及圖20為一電壓指令的時序圖。
具體實施例方式
下面結合附圖詳細說明按照本發明各實施例的電動機控制設備。在這些附圖中，相同部件用相同標號表示，其說明不再重復。
如圖1所示，按照本發明第一實施例的電動機控制設備100包括直流(DC)電源B、逆變器10、20、電容器30、分解器40、50、電流傳感器60、70和控制裝置80。
逆變器10包括U相支路(橋臂)11、V相支路12和W相支路13。U相支路11、V相支路12和W相支路13并聯在結點N1與N2之間。
U相支路11包括串聯的NPN晶體管Q3、Q4。V相支路12包括串聯的NPN晶體管Q5、Q6。W相支路13包括串聯的NPN晶體管Q7、Q8。每個用于使電流從發射極側流到集電極側的二極管D3-D8連接在每個NPN晶體管Q3-Q8的集電極與發射極之間的部分。
逆變器20包括U相支路21、V相支路22和W相支路23。U相支路21、V相支路22和W相支路23并聯在結點N1與N2之間。
U相支路21包括串聯的NPN晶體管Q9、Q10。V相支路22包括串聯的NPN晶體管Q11、Q12。W相支路23包括串聯的NPN晶體管Q13、Q14。每個用于使電流從發射極側流到集電極側的二極管D9-D14連接在每個NPN晶體管Q9-Q14的集電極與發射極之間的部分。
逆變器10的各相支路的中點與交流電動機M1的各相繞組的各相端連接。逆變器20的各相支路的中點與交流電動機M2的各相繞組的各相端連接。即，交流電動機M1、M2各為三相永磁電動機，其中，每個U相繞組、V相繞組和W相繞組的一端與公共中心點連接。交流電動機M1的U相繞組的另一端與NPN晶體管Q3、Q4之間的中點連接。V相繞組的另一端與NPN晶體管Q5、Q6之間的中點連接。W相繞組的另一端與NPN晶體管Q7、Q8之間的中點連接。交流電動機M2的U相繞組的另一端與NPN晶體管Q9、Q10之間的中點連接。V相繞組的另一端與NPN晶體管Q11、Q12之間的中點連接。W相繞組的另一端與NPN晶體管Q13、Q14之間的中點連接。
電容器30連接在結點N1與N2之間的部分，以與逆變器10、20并聯。
直流電源B包括二次電池，如鎳氫電池或鋰離子電池。逆變器10根據從控制裝置80輸出的驅動信號DRV1把來自電容器30的直流電壓轉換成交流電壓，以驅動交流電動機M1。逆變器20根據從控制裝置80輸出的驅動信號DRV2把來自電容器30的直流電壓轉換成交流電壓，以驅動交流電動機M2。
電容器30把來自直流電源B的直流電壓平順化，并把經平順化的直流電壓供應給逆變器10、20。分解器40裝在交流電動機M1的轉軸上。分解器40檢測電動機M1的轉子的轉角θbn1，并把檢測到的轉角θbn1輸出到控制裝置80。分解器50裝在交流電動機M2的轉軸上。分解器50檢測電動機M2的轉子的轉角θbn2，并把檢測到的轉角θbn2輸出到控制裝置80。
電流傳感器60檢測流到交流電動機M1的電動機電流MCRT1，并把檢測到的電動機電流MCRT1輸出到控制裝置80。電流傳感器70檢測流到交流電動機M2的電動機電流MCRT2，并把檢測到的電動機電流MCRT2輸出到控制裝置80。
在圖1中，設置三個電流傳感器60和三個電流傳感器70。但是設置至少兩個電流傳感器60和至少兩個電流傳感器70就足夠了。
控制裝置80使用下文所述的方法校正從分解器40輸出的轉角θbn1。控制裝置80使用經校正的轉角θn1和從一外部電控制單元(下文稱為ECU)輸出的轉矩指令值TR1，產生驅動逆變器10的NPN晶體管Q3-Q8的驅動信號DRV1，并把該產生的驅動信號DRV1輸出到NPN晶體管Q3-Q8。
控制裝置80使用下文所述的該方法校正從分解器50輸出的轉角θbn2。控制裝置80使用經校正的轉角θn2和從一外部ECU輸出的轉矩指令值TR2產生驅動逆變器20的NPN晶體管Q9-Q14的驅動信號DRV2，并把該產生的驅動信號DRV2輸出到NPN晶體管Q9-Q14。
圖2為說明產生驅動信號DRV1和DRV2的控制裝置80的各種功能的功能方框圖。如圖2所示，控制裝置80包括角度校正部81、電流轉換部82、減算裝置83、PI控制部84、轉速計算部85、速度電動勢估算部86、加算裝置87、轉換部88和驅動信號產生部89。
角度校正部81接收從分解器40(或分解器50)輸出的轉角θbn(θbn1或θbn2)，使用下文所述的方法校正轉角θbn，并把經校正的轉角θn(θn1或θn2)輸出到電流轉換部82、轉速計算部85和轉換部88。
電流轉換部82使用從角度校正部81輸出的轉角θn1(或θn2)對電流傳感器60(或電流傳感器70)檢測到的電動機電流MCRT1(或電流MCRT2)進行三相到兩相的轉換。即，電流轉換部82使用轉角θn1(或θn2)把流到交流電動機M1(或交流電動機M2)的三相繞組的各相的三相電動機電流MCRT1(或電動機電流MCRT2)轉換成流到d軸和q軸的電流值Id、Iq。然后，電流轉換部82把電流值Id、Iq輸出到減算裝置83。
減算裝置83從用于使交流電動機M1(或交流電動機M2)輸出由轉矩指令值TR1(或轉矩指令值TR2)指定的轉矩的電流指令值Id*、Iq*中減去從電流轉換部82輸出的電流值Id、Iq得出偏差ΔId、ΔIq。PI控制部84使用對于偏差ΔId、Δiq的PI增益算出用于調節電動機電流的操作量。
轉速計算部8 5根據從角度校正部8 5輸出的轉角θn1(或轉角θn2)算出交流電動機M1(或交流電動機M2)的轉速。然后，轉速計算部85把算出的轉速輸出到速度電動勢估算部86。速度電動勢估算部86根據從轉速計算部85輸出的轉速算出估算的速度電動勢值。
加算裝置87通過把從PI控制部84輸出的用于調節電動機電流的操作量與從速度電動勢估算部86輸出的估算的速度電動勢值相加算出電壓操作量Vd、Vq。轉換部88使用從角度校正部81輸出的轉角θn1(或轉角θn2)對從加算裝置87輸出的電壓操作量Vd、Vq進行兩相到三相的轉換。即，轉換部88使用轉角θn1(或轉角θn2)把施加到d軸和q軸上的電壓的操作量Vd、Vq轉換成施加到交流電動機M1(或交流電動機M2)的三相繞組(U相繞組、V相繞組和W相繞組)上的電壓的操作量。驅動信號產生部89根據轉換部88的輸出產生驅動信號DRV1、DRV2。
下面結合圖3和4說明角度校正部81中的轉角校正方法。圖3示出在矩形波控制中的每個交流電動機M1、M2的U相、V相和W相的切換指令。每個分解器40、50的一圈(360°)相當于720°電角度。因此，每個交流電動機M1、M2的U相、V相和W相各相的切換指令每180°反向。因此，其勵磁/去勵磁狀態改變的相在每個交流電動機M1、M2的U相、V相和W相之間每60°切換。在下文中，相狀態從勵磁狀態切換成去勵磁狀態或從去勵磁狀態切換成勵磁狀態的時刻稱為“切換時刻”。
間隔60°的各切換時刻之間的時間間隔在分解器40、50的輸出不發生誤差(假定轉速恒定)時相同。因此，測量從把U相作為基準相而設定的一基準時刻到間隔60°的V相切換時刻和W相切換時刻的時間間隔，并使用所測量的時間間隔校正分解器40、50的輸出誤差。
如上所述，每個分解器40、50的一圈相當于720電角度。因此，720電角度相當于一個周期。在一個周期中有12個切換時刻。因此，角度校正部81使用一裝在角度校正部81中的計時器測量從該基準時刻到從分解器40(或分解器50)輸出的轉角θbn變成n×60°(n＝1到12，即60°到720°(0°))時的時間間隔T1到T12。
角度校正部81把測得的時間間隔T1到T12代入下述方程(算式)，算出在各轉角n×60°(60°到720°(0°))上的誤差Δθn(n＝1到11)。
下面結合圖4說明一種校正60°轉角的方法。在分解器40(或分解器50)的輸出表示出為由一直線k1所示的真實轉動位置的情況下，當勵磁/去勵磁狀態在從分解器40(或分解器50)輸出的轉角變成60°的時刻t1改變時，勵磁/去勵磁狀態可與一切換指令DRTSW的真實下降同步地改變。
但是，在分解器40(或分解器50)的輸出表示出如曲線k2所示的轉動位置偏離真實轉動位置的情況下，當勵磁/去勵磁狀態在從分解器40(或分解器50)輸出的轉角變成60°的時刻t2改變時，勵磁/去勵磁狀態的改變滯后切換指令DRTSW的下降一個ΔT。因此，交流電供應給U相繞組的時間段變長。
為了與切換指令DRTSW同步地改變勵磁/去勵磁狀態，在曲線k2上得出時刻t1時的轉角θ1，在從分解器40(或分解器50)輸出的轉角變成θ1的時刻改變勵磁/去勵磁狀態。
由于角度校正部81測得的時間間隔T1為從時刻0到時刻t2的時間間隔，因此由方程720°×T1/T12得出直線K1上偏離60°的轉角。直線k1上的角度偏差Δθ1由方程60°-720°×T1/T12得出。即把所測得的時間間隔T1和T12以及n＝1代入方程(1)中算出角度偏差Δθ1。
算出的角度偏差Δθ1基本等于時刻t1時直線k1上的轉角與曲線k2上的轉角之差。因此，由方程60°+Δθ1得出轉角θ1。
因此，即使在分解器40(或分解器50)的輸出發生誤差時，通過在從分解器40(或分解器50)輸出的轉角變成θ1時改變勵磁/去勵磁狀態，也能與切換指令DRTSW的下降同步地改變勵磁/去勵磁狀態。
同樣，當把直線K1上的120°轉角轉換成曲線K2上的轉角時，使用方程2×60°+Δθ2。一般地，當把直線K1上的轉角n×60°轉換成曲線K2上的轉角時，使用下列方程。
θn＝n×60°+Δθn...(2)因此，角度校正部81測量從基準時刻到從分解器40(或分解器50)輸出的轉角變成n×60°(n＝1到12，即60°到720°(0°))時的時間間隔T1-T12，并把測得的時間間隔T1到T12代入方程(1)中算出角度偏差Δθ1到Δθ11。然后，角度校正部把角度偏差Δθ1到Δθ11代入方程(2)中算出校正的轉角θ1到θ11。
由于如下理由不把直線K1上的720°的轉角轉換成曲線K2上的轉角。一般地，在分解器輸出發生誤差(0.5次誤差、一次誤差等)時，分解器輸出的0°轉角和720°轉角與真實轉角匹配(一致)，而分解器輸出的非0°和720°轉角偏離真實轉角。因此，直線K1上的720°轉角無需轉換成曲線k2上的轉角。因此，在假定分解器在時間間隔T12輸出的轉角與直線K1上的720°轉角匹配的情況下，角度校正部81使用方程(1)計算在n×60°(n＝1到11，即60°到660°)轉角上的角度偏差Δθ1到Δθ11。
此外，在上述轉角校正方法中，測量時間間隔T1到T12，并使用在一個周期(0°到720°)中測得的時間間隔T1到T12校正從分解器輸出的n×60°轉角。然后，在下一個周期(0°到720°)中，使用經校正的轉角改變每個交流電動機M1、M2各相的切換指令。
下面結合圖5說明按照第一實施例的轉角校正方法。開始一系列操作后，角度校正部81把n的值設為0(即n＝0)(步驟S1)。然后，角度校正部81把n的值設為1(即n＝n+1)(步驟S2)。然后發生切換中斷(步驟S3)。然后，角度校正部81根據轉角θbn(θbn1或θbn2)測量從基準時刻到從分解器40或分解器50輸出的轉角θbn(θbn1或θbn2)變成60°時的時間間隔T1(步驟S4)。然后，角度校正部81判定n的值是否為12(即n＝12)(步驟S5)。當判定n的值不為12時，反復進行步驟S2-S5。即反復進行步驟S2-S5，直到測得所有時間間隔T1到T12。
當判定n的值為12時，角度校正部81使用方程(1)和(2)校正間隔60°的各轉角(步驟S6)。從而完成轉角校正操作。
下面結合圖1和2再次說明電動機控制設備100的工作情況。開始一系列操作后，分解器40把交流電動機M1轉子的轉角θbn1輸出到控制裝置80。分解器50把交流電動機M2轉子的轉角θbn2輸出到控制裝置80。電流傳感器60檢測流到交流電動機M1各相的電動機電流MCRT1，并把檢測到的電流MCRT1輸出到控制裝置80。電流傳感器70檢測流到交流電動機M2各相的電動機電流MCRT2，并把檢測到的電流MCRT2輸出到控制裝置80。
控制裝置80按照從外部ECU收到的轉矩指令值TR1計算用于使交流電動機M1輸出由轉矩指令值TR1指定的轉矩的電流指令值Id1*、Iq1*。此外，控制裝置80按照從外部ECU收到的轉矩指令值TR2計算用于使交流電動機M2輸出由轉矩指令值TR2指定的轉矩的電流指令值Id2*、Iq2*。
角度校正部81根據從分解器40輸出的轉角θbn1測量時間間隔T1到T12，用上述方法使用測得的時間間隔T1到T12校正轉角θbn1，以及把經校正的轉角θn1輸出到電流轉換部82、轉速計算部85和轉換部88。此外，角度校正部82根據從分解器50輸出的轉角θbn2測量時間間隔T1到T12，用上述方法使用測得的時間間隔T1到T12校正轉角θbn2，以及把經校正的轉角θn2輸出到電流轉換部82、轉速計算部85和轉換部88。
電流轉換部82使用從角度校正部81輸出的轉角θn1把從電流傳感器60輸出的電動機電流MCRT1轉換成流到交流電動機M1的d軸和q軸的電流值Id1、Iq1。此外，電流轉換部82使用從角度校正部81輸出的轉角θn2把從電流傳感器70輸出的電動機電流MCRT2轉換成流到交流電動機M2的d軸和q軸的電流值Id2、Iq2。
減算裝置83從由控制裝置80算出的電流指令值Id1*、Iq1*中減去由電流轉換部82轉換得出的電流值Id1、Iq1算出偏差ΔId1、ΔIq1。此外，減算裝置83從由控制裝置80算出的電流指令值Id2*、Iq2*中減去由電流轉換部82轉換得出的電流值Id2、Iq2算出偏差ΔId2、ΔIq2。
PI控制部84使用對于偏差ΔId1、ΔIq1的PI增益算出用于調節交流電動機M1的電動機電流的操作量。此外，PI控制部84使用對于偏差ΔId2、ΔIq2的PI增益算出用于調節交流電動機M2的電動機電流的操作量。
轉速計算部85根據從角度校正部81輸出的轉角θn1算出交流電動機M1的轉速ω01。此外，轉速計算部85根據從角度校正部81輸出的轉角θn2算出交流電動機M2的轉速ω02。速度電動勢估算部86根據從轉速計算部85輸出的轉速ω01計算交流電動機M1中的估算的速度電動勢值。此外，速度電動勢估算部86根據從轉速計算部85輸出的轉速ω02計算交流電動機M2中的估算的速度電動勢值。
加算裝置87把從PI控制部84輸出的用于調節交流電動機M1的電動機電流的操作量與從速度電動勢估算部86輸出的交流電動機M1中的估算的速度電動勢值相加算出交流電動機M1的電壓操作量Vd1、Vq1。此外，加算裝置87把從PI控制部84輸出的用于調節交流電動機M2的電動機電流的操作量與從速度電動勢估算部86輸出的交流電動機M2中的估算的速度電動勢值相加算出交流電動機M2的電壓操作量Vd2、Vq2。
轉換部88通過使用從角度校正部81輸出的轉角θn1對從加算裝置87輸出的電壓操作量Vd1、Vq1進行兩相到三相的轉換算出電壓Vu1、Vv1、Vw1。此外，轉換部88通過使用從角度校正部81輸出的轉角θn2對從加算裝置87輸出的電壓操作量Vd2、Vq2進行兩相到三相的轉換算出電壓Vu2、Vv2、Vw2。驅動信號產生部89根據從轉換部88輸出的電壓Vu1、Vv1、Vw1產生驅動信號DRV1，并根據從轉換部88輸出的電壓Vu2、Vv2、Vw2產生驅動信號DRV2。然后，驅動信號產生部89把產生的驅動信號DRV1輸出到NPN晶體管Q3-Q8，并把產生的驅動信號DRV2輸出到NPN晶體管Q9-Q14。
NPN晶體管Q3-Q8按照驅動信號DRV1開通和關斷。逆變器10與切換指令DRTSW的真實上升和下降同步地在對交流電動機M1的各相供應電流和不供應電流之間切換。此外，NPN晶體管Q9-Q14按照驅動信號DRV2開通和關斷。逆變器20與切換指令DRTSW的真實上升和下降同步地在對交流電動機M2的各相供應電流和不供應電流之間切換。
這樣，即使分解器40(或分解器50)的輸出有誤差，通過校正分解器40(或分解器50)的輸出的誤差可與切換指令的上升和下降同步地驅動交流電動機M1(或交流電動機M2)。
圖6示出在分解器40、50的輸出被校正的情況下和分解器40、50的輸出不被校正的情況下，當交流電動機M1的電力波動時，交流電動機M2的電壓和電流波動。信號SG1、SG2表示在分解器40、50的輸出不被校正的情況下的電壓和電流。信號SG3、SG4表示在分解器40、50的輸出被校正的情況下的電壓和電流。
如圖6所示，在分解器40、50的輸出不被校正的情況下，電壓SG1和電流SG2的波動3隨時間增大。同時，在分解器40、50的輸出被校正的情況下，交流電動機M2的電壓SG3的波動在整個時間上極小，而電流SG4幾乎不波動。
這樣，通過使用從基準時刻到根據分解器的輸出的切換時刻的時間間隔與從基準時刻到真實切換時刻的時間間隔之差校正分解器的輸出，可穩定驅動交流電動機M1、M2。此外，在驅動兩臺交流電動機M1、M2的情況下，即使一臺交流電動機M1的電力發生波動，該電力波動也幾乎不傳給交流電動機M2，因此可防止控制失靈。
在上述實施例中，把交流電動機M1、M2的U相作為基準相測量時間間隔T1到T12。但是，本發明不限于該基準相，也可把V相或W相作為基準相測量T1到T12。
如圖7所示，按照本發明第二實施例的電動機控制設備100A的構型與按照本發明第一實施例的電動機控制設備100相同，只是用控制裝置80A取代控制裝置80。
如圖8所示，控制裝置80A包括角度校正部81A，以取代控制裝置80的角度校正部81。
角度校正部81A考慮對每個交流電動機M1、M2各相的電壓相位指令的變動校正從每個分解器40、50輸出的轉角θbn1、θbn2。即，角度校正部81A根據從分解器40(或分解器50)輸出的轉角θbn1(或轉角θbn2)和從轉換部88輸出的電壓相位指令值Vu1、Vv1、Vw1(或電壓相位指令值Vu2、Vv2、Vw2)校正轉角θbn。
下面結合圖9說明角度校正部81A中的轉角θbn1、θbn2的校正方法。當交流電動機M1(或交流電動機M2)的轉矩指令值TR1(或轉矩指令值TR2)波動時，各相切換指令DRTSW中的180°間隔的切換時刻改變。即，隨著轉矩指令值TR1(或轉矩指令值TR2)的增加，切換指令DRTSW的下降時刻改變成點P2所示時刻，點P2在對應于180°的真實轉角的點P1所示時刻之前。此外，隨著轉矩指令值TR1(或轉矩指令值TR2)的減小，切換指令DRTSW的下降時刻改變成在點P1所示時刻之后的一時刻(未示出)。
這樣，當轉矩指令值TR1(或轉矩指令值TR2)波動時，在交流電動機M1(或交流電動機M2)各相的電壓相位指令中180°間隔的切換時刻改變。因此，在本發明第二實施例中，考慮到電壓相位指令的改變進行在第一實施例中的60°間隔的轉角的上述校正。
當180轉角上的切換指令DRTSW的下降時刻從點P1變成點P2時，角度校正部81A根據電壓相位指令值Vu1、Vv1、Vw1(或電壓相位指令值Vu2、Vv2、Vw2)檢測轉角Δθsw和Δθv，并保持轉角Δθsw和偏差角Δθv。此外，角度校正部81A使用內藏的計時器測量時間間隔T1到T12。因此，角度校正部81A可根據時間間隔T2和時間間隔T3算出時間ΔTsw。然后，角度校正部81A代入轉角Δθsw、偏差角Δθv和時間ΔTsw算出偏差時間ΔTv。
ΔTv=ΔθvΔθsw/ΔTsw---(3)]]>電壓相位指令的改變出現在一個周期中的180°、360°、540°和720°(0°)轉角上。因此，把用方程(3)算出的偏差時間ΔTv與測得的時間間隔T12相加得出真實轉角變成720°的時刻。由于電壓相位指令的改變影響到在180°轉角上和在180°轉角后的各切換時刻，因此角度校正部81A使用下列方程代替方程(1)計算各轉角上的偏差角Δθn。

(n＝3到11)角度校正部81A把算出的偏差角Δθn代入方程(2)中來校正間隔60°的各轉角。
這樣，角度校正部81A測量從基準時刻到從分解器40(或分解器50)輸出的轉角θbn變成n×60°(n＝1到12，即60°到720°(0°))時的時間間隔T1到T12。然后，角度校正部81A使用測得的時間間隔T2、T3算出180°、360°、540°和720°(0°)各轉角上電壓相位指令中的偏差時間ΔTv。使用偏差時間ΔTv，角度校正部81A分別用算式T3+ΔTv、T4+ΔTv、T5+ΔTv、T6+ΔTv、T7+ΔTv、T8+ΔTv、T9+ΔTv、T10+ΔTv、T11+ΔTv和T12+ΔTv對從基準時刻到從分解器輸出的轉角變成180°、240°、300°、360°、420°、480°、540°、600°、660°和720°的時間間隔進行校正。然后角度校正部81A使用各個經校正的時間間隔T3+ΔTv、T4+ΔTv、T5+ΔTv、T6+ΔTv、T7+ΔTv、T8+ΔTv、T9+ΔTv、T10+ΔTv、T11+ΔTv和T12+ΔTv和測得的時間間隔T1、T2算出間隔60°的各偏差角Δθn。角度校正部81A算出偏差角Δθn后，通過把偏差角Δθn代入方程(2)中校正間隔60°的各轉角。
這樣，角度校正部81A考慮電壓相位指令的改變計算間隔60°的各轉角的偏差角Δθn。
下面結合圖10說明按照本發明第二實施例的轉角校正方法。圖10所示流程圖與圖5所示流程圖相同，只是刪除了步驟S6，增加了步驟S7和S8。在完成對時間間隔T1到T12的測量(步驟S5)后，角度校正部81A使用上述方程(3)計算校正值即電壓相位指令改變時的偏差時間ΔTv(步驟S7)，然后通過把校正值ΔTv和測得的各個時間間隔T1到T2代入上述方程(4)來計算間隔60°的各轉角的偏差角Δθn。然后角度校正部81A通過把偏差角Δθn代入方程(2)中校正間隔60°的各轉角(步驟S8)。這樣，完成校正間隔60°的各轉角的操作。
電動機控制設備100A的整個操作與電動機控制設備100相同，只是用角度校正部81A代替角度校正部81進行操作。
其他操作與第一實施例相同。
如圖11所示，按照本發明第三實施例的電動機控制設備100B與按照本發明第一實施例的電動機控制設備100相同，只是用控制裝置80B取代電動機控制設備100的控制裝置80。
如圖12所示，控制裝置80B包括角度校正部81B，以替代控制裝置80的角度校正部81。
角度校正部81B考慮每個分解器40和分解器50的轉速的改變校正間隔60°的各轉角。如圖13所示，轉速不改變時，轉角θbn(θbn1或θbn2)沿一直線K3隨時間線性增加。但是，當轉速改變時，轉角θbn如曲線K4所示隨時間非線性增加。
在本發明中，在基準位置上的轉速為ω12′、分解器40(或分解器50)轉動720°時的轉速即在時間間隔T12上的轉速為ω12的情況下，設定在時間間隔T12中轉速以如直線k5所示的平均下降率下降。即，設定轉動的加速度恒定，轉速每60°下降Δω12/12。
這樣，轉速在60°轉角上從ω12′改變成ω12′+Δω12/12。因此得出下列方程。
由于角度校正部81B測量時間間隔T1，因此可算出每60°轉速的改變率Δω12/12。在轉速不改變的情況下到第一切換時刻前的時間間隔T1*由方程T1*＝60°/ω12′得出。使用方程(5)變形此方程，得出下列方程。

T1*=T1×ω12′+Δω12/12ω12′---(6)]]>由于轉速ω12′的值是已知的，把測得的時間間隔T1和算出的轉速改變率Δω12/12代入方程(6)就可算出時間間隔T1*。從測得的時間間隔T12中減去時間間隔ΔT12可得出在轉速不改變的情況下到最后切換時刻前的時間間隔T12*。即得到方程T12*＝T12-ΔT12。
這樣，在60°轉角上的偏差角Δθ1由下列方程得出。
此外，與時間間隔T1*由方程(6)表達的方式一樣，時間間隔T12*用下列方程表達。
T12*=T12×ω12′+Δω12ω12′---(8)]]>把方程(6)和(8)代入方程(7)中，最后用下列方程得出在轉角60°上的偏差角Δθ1。
由于時間間隔T1、T12的值為測量值，Δω12的值可用方程(5)算出，并且ω12′的值是已知的，因此可用方程(9)算出偏差角Δθ1。
一般地，在間隔60°的各轉角上的偏差角Δθn(n＝1到11)用下列方程得出。
在角度校正部81B得出間隔60°的各轉角上的偏差角Δθn之后，角度校正部81B通過把偏差角Δθn代入方程(2)來校正間隔60°的各轉角。
這樣，角度校正部81B考慮轉速改變計算間隔60°的各轉角上的偏差角Δθn。
轉速改變并非出現在每一周期中，而是斷續出現。例如，有一種情況是轉速改變不出現在上一周期中，而是出現在本周期中。因此，在本發明中，使用使轉子在轉速改變不出現的上一周期中轉動一次所需時間和使轉子在轉速改變出現的本周期中轉動一次所需時間來校正間隔60°的轉角。
這樣，可考慮轉速改變不出現的上一周期校正轉角，從而可早期校正輸出誤差。
下面結合圖14說明按照本發明第三實施例的轉角校正方法。圖14所示流程圖與圖5所示流程圖相同，只是刪除了步驟S6，增加了步驟S9和S10。在完成對時間間隔T1到T12的測量(步驟S5)后，角度校正部81B計算轉速改變時的校正值Kn(步驟9)，然后把算出的校正值Kn和測得的時間間隔T1到T12代入方程(10)中算出間隔60°的各轉角的偏差角Δθn。角度校正部81B通過把算出的偏差角Δθn代入方程(2)中校正間隔60°的各轉角(步驟S10)。這樣，完成了考慮轉速改變校正間隔60°的各轉角的操作。
電動機控制設備100B的整個操作與電動機控制設備100相同，只是用角度校正部81B代替角度校正部81進行操作。
其他操作與第一實施例相同。
如圖15所示，按照本發明第四實施例的電動機控制設備100C與按照本發明第一實施例的電動機控制設備100相同，只是用控制裝置80C取代電動機控制設備100的控制裝置80。
如圖16所示，控制裝置80C包括角度校正部81C，以取代控制裝置80的角度校正部81。角度校正部81C測量時間間隔T1到T12并考慮電壓相位指令的改變和轉速的改變校正間隔60°的各轉角。即，角度校正部81C具有角度校正部81、角度校正部81A和角度校正部81B的功能。
在這種情況下，角度校正部81C使用方程(3)計算電壓相位指令改變時的校正值ΔTv。此外，角度校正部81C用方程Kn＝(ω12′+n×Δω12/12)/ω12′計算轉速改變時的校正值Kn。然后，角度校正部81C把算出的校正值ΔTv、Kn和測得的時間間隔T1到T12代入下列方程算出間隔60°的各轉角的偏差角Δθ1。
(n＝3到11)然后，角度校正部81C把算出的偏差角Δθn代入方程(2)中校正間隔60°的各轉角。
下面結合圖17說明按照本發明第四實施例的轉角校正方法。圖17所示流程圖與圖5所示流程圖相同，只是刪除了步驟S6，增加了步驟S7、S9和S11。
在完成對時間間隔T1到T12的測量(步驟S5)后，角度校正部81C使用方程(3)計算電壓相位指令改變時的校正值ΔTv(步驟S7)。然后，角度校正部81C計算轉速改變時的校正值Kn(步驟S9)。然后，角度校正部81C把算出的校正值ΔTv、Kn和測得的時間間隔T1到T12代入方程(11)中算出間隔60°的各轉角的偏差角Δθn，并把算出的偏差角Δθn代入方程(2)中校正間隔60°的各轉角(步驟S11)。這樣，完成了考慮電壓相位指令改變和轉速改變來校正間隔60°的各轉角的操作。
電動機控制設備100C的整個操作與電動機控制設備100相同，只是用角度校正部81C代替角度校正部81進行操作。
其他操作與第一到第三實施例相同。
如圖18所示，按照本發明第五實施例的電動機控制設備100D與按照本發明第一實施例的電動機控制設備100相同，只是用控制裝置80D取代電動機控制設備100的控制裝置80。
如圖19所示，控制裝置80D包括角度校正部81D，以取代控制裝置80的角度校正部81。
在上述第一到第四實施例中，在校正間隔60°的轉角時，需要測量每個分解器40、50在一個周期中的輸出誤差。因此，在緊接脈沖寬度調制控制(下面稱為PWM控制)切換成矩形波控制之后的一周期中無法校正每個分解器40、50的輸出誤差。
在本發明第五實施例中，在進行矩形波控制前進行PWM控制時測量該誤差，緊接PWM控制切換成矩形波控制之后校正每個分解器40、50的輸出，根據分解器40、50的經校正的輸出驅動交流電動機M1、M2。
如圖20所示，在PWM控制中，曲線k6所示各相的電壓指令在時刻t4與直線k7所示零電平相交。檢測并存儲在時刻t4從分解器40或分解器50輸出的轉角θbn(θbn1或θbn2)與在時刻t3切換指令DRTSW的上升時刻或切換指令DRTSW的下降時刻上的轉角(即180°、360°、540°或720°轉角)之間的誤差。當PWM控制切換成矩形波控制時，使用在PWM控制中檢測和存儲的該誤差校正間隔60°的轉角。
由于PWM控制中電壓指令與該零電平相交的零交點相當于切換指令的上升時刻或下降時刻(即切換指令中的切換時刻)，因此檢測PWM控制中在該零交點上的每個分解器40、50的輸出誤差。
角度校正部81D在矩形波控制中接收從轉換部88輸出的切換指令DRTSW，并保持該切換指令DRTSW。然后，角度校正部81D根據PWM控制中各相的電壓指令VDIR檢測上述誤差，并存儲該誤差。當PWM控制切換成矩形波控制時，角度校正部81D使用所存儲的誤差校正從分解器40或分解器50輸出的間隔60°的各轉角θbn(θbn1或θbn2)，并把經校正的轉角θn(θn1或θn2)輸出到電流轉換部82、轉速計算部85和轉換部88。
這樣，在第五實施例中，按照電動機的控制方法(矩形波控制方法)校正轉角。即，在使用矩形波控制方法時，在PWM控制中檢測各相的電壓指令與該零電平相交的零交點上每個分解器40、50的輸出誤差，從而使用所檢測的誤差校正矩形波控制中從分解器40、50輸出的各轉角。在使用該校正方法時，考慮到PWM控制中各相的電壓指令與該零電平相交的零交點相當于切換指令的上升時刻或下降時刻。這樣，該校正方法適用于矩形波控制。
本說明書所公開的本發明實施例在所有方面都應視為例示性而非限制性的。本發明范圍由權利要求而非由對上述實施例的說明限定，因此在權利要求的等同意義和范圍內作出的所有改動都應包括在本發明范圍中。
權利要求
1.一種電動機控制設備，其特征在于包括在進行電動機(M1、M2)的矩形波控制時檢測該電動機(M1、M2)的轉子的轉動位置的轉動位置傳感器(40、50)；根據在矩形波控制中從基準時刻到該電動機的各控制時刻的時間差校正該轉動位置傳感器(40、50)的輸出的校正裝置(81；81A；81B；81C；81D)；以及根據由該校正裝置(81；81A；81B；81C；81D)校正的該轉動位置傳感器(40、50)的輸出進行該電動機(M1、M2)的矩形波控制的控制裝置(80；80A；80B；80C；80D)。
2.根據權利要求1所述的電動機控制設備，其特征在于，該校正裝置(81；81A；81B；81C；81D)在決定給該電動機(M1、M2)的各相施加電壓的期間的電壓相位指令改變時，考慮該電壓相位指令的改變來校正該轉動位置傳感器(40、50)的輸出。
3.根據權利要求1所述的電動機控制設備，其特征在于，該校正裝置(81；81A；81B；81C；81D)在轉子轉速改變時，考慮該轉子轉速的改變來校正該轉動位置傳感器的輸出。
4.根據權利要求1所述的電動機控制設備，其特征在于，該校正裝置(81；81A；81B；81C；81D)考慮決定給該電動機(M1、M2)的各相施加電壓的期間的電壓相位指令的改變和轉子轉速的改變來校正該轉動位置傳感器(40、50)的輸出。
5.根據權利要求3或4所述的電動機控制設備，其特征在于，該校正裝置(81；81A；81B；81C；81D)使用在前一控制周期中轉子轉動一次所需時間和在本控制周期中轉子轉動一次所需時間，考慮轉子轉速的改變來校正該轉動位置傳感器(40、50)的輸出。
6.根據權利要求1所述的電動機控制設備，其特征在于，該校正裝置(81；81A；81B；81C；81D)根據該電動機的一種控制方法來校正該轉動位置傳感器(40、50)的輸出。
7.一種電動機控制方法，其特征在于包括下列步驟在進行電動機(M1、M2)的矩形波控制時檢測該電動機(M1、M2)的轉子的轉動位置；根據從一基準時刻到基于該轉動位置的輸出控制該電動機的控制時刻的時間間隔與從該基準時刻到需要在該矩形波控制中控制該電動機(M1、M2)的真實控制時刻的時間間隔之差，來校正該轉動位置的輸出；以及根據經校正的該轉動位置的輸出進行該電動機(M1、M2)的矩形波控制。
8.根據權利要求7所述的電動機控制方法，其特征在于，該校正在決定給該電動機(M1、M2)的各相施加電壓的期間的電壓相位指令改變時，考慮該電壓相位指令的改變來校正該轉動位置的輸出。
9.根據權利要求7所述的電動機控制方法，其特征在于，該校正在轉子轉速改變時，考慮該轉子轉速的改變來校正該轉動位置的輸出。
10.根據權利要求7所述的電動機控制方法，其特征在于，該校正考慮決定給該電動機(M1、M2)的各相施加電壓的期間的電壓相位指令的改變和轉子轉速的改變來校正該轉動位置的輸出。
11.根據權利要求9或10所述的電動機控制方法，其特征在于，該校正使用在前一控制周期中轉子轉動一次所需時間和在本控制周期中轉子轉動一次所需時間，考慮轉子轉速的改變來校正該轉動位置的輸出。
12.按權利要求7所述的電動機控制設備，其特征在于，該校正根據該電動機(M1、M2)的一種控制方法來校正該轉動位置的輸出。
13.一種電動機控制設備，其特征在于包括在進行電動機(M1、M2)的矩形波控制時檢測該電動機(M1、M2)的轉子的轉動位置的轉動位置傳感器(40、50)；根據從一基準時刻到基于該轉動位置傳感器(40、50)的輸出控制該電動機(M1、M2)的控制時刻的時間間隔與從該基準時刻到需要在該矩形波控制中控制該電動機(M1、M2)的真實控制時刻的時間間隔之差，來校正該轉動位置傳感器(40、50)的輸出的校正裝置(81；81A；81B；81C；81D)；以及根據由該校正裝置(81；81A；81B；81C；81D)校正的該轉動位置傳感器(40、50)的輸出進行該電動機(M1、M2)的矩形波控制的控制裝置(80；80A；80B；80C；80D)。
全文摘要
本發明涉及電動機控制設備和電動機控制方法。其中，控制裝置(80)測量從基準時刻到從各分解器(40、50)輸出的各轉角θbn1、θbn2變成n×60°(n＝1到12，即60°到720°)時的時間間隔T1到T12。然后，控制裝置(80)使用測得的T1到T12計算T1/T12到T11/T12，從而算出間隔60°的各轉角上的偏差角Δθn。通過把算出的偏差角Δθn代入方程n×60°+Δθn(n＝1到11)中，控制裝置(80)校正間隔60°的各轉角。控制裝置(80)使用各經校正的轉角產生各驅動信號DRV1、DRV2，并把各驅動信號DRV1、DRV2輸出到各逆變器(10、20)。該逆變器根據各驅動信號DRV1、DRV2驅動各交流電動機(M1、M2)。
文檔編號H02P27/06GK1517683SQ20041000081
公開日2004年8月4日 申請日期2004年1月15日 優先權日2003年1月16日
發明者矢口英明, 橫山聰二郎, 二郎 申請人:豐田自動車株式會社