CN109391186B - 控制装置以及控制方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及控制装置以及控制方法。控制装置(1)包括：估计部(30)，重复计算与电动机(3)的磁极位置相关的角度估计值；以及存储部(25)，存储角度估计值，估计部(30)包括：响应信息计算部(32)，计算响应信息，该响应信息表示相对于对电动机3的输出电压的变化的电流变化或者相对于对电动机3的输出电流的变化的电压变化；系数计算部(35)，基于存储在存储部中的过去的角度估计值来计算与电动机(3)的正交坐标系的坐标轴之间的电磁相互干扰相关的干扰系数；以及角度计算部(33)，基于响应信息和干扰系数来计算角度估计值。
Description
技术领域
本发明涉及控制装置以及控制方法。
背景技术
日本特开2013-090552号公报公开了旋转电机控制装置，将高频电流施加到具有带凸极性的转子的旋转电机，并且基于包含在电压指令中的高频分量作为对高频电流的响应分量来估计转子的磁极方向，执行控制旋转电机的所谓的无传感器向量控制，计算出由于dq轴之间的磁通干扰产生的磁极方向的估计值的误差，并基于该误差进行校正。
发明内容
本发明的目的在于提供一种对在无传感器的情况下高精度地计算与电动机的磁极位置有关的角度估计值有效的控制装置以及控制方法。
本发明的一个方面涉及的控制装置包括：估计部，重复计算与电动机的磁极位置相关的角度估计值；以及存储部，存储角度估计值，估计部包括：响应信息计算部，计算响应信息，该响应信息表示相对于对电动机的输出电压的变化的电流变化或者相对于对电动机的输出电流的变化的电压变化；系数计算部，基于存储在存储部中的过去的角度估计值来计算干扰系数，所述干扰系数与电动机的正交坐标系的坐标轴之间的电磁相互干扰相关；以及角度计算部，基于响应信息和干扰系数来计算角度估计值。
本发明的另一方面涉及的控制方法，包括：重复计算与电动机的磁极位置相关的角度估计值的步骤；以及存储角度估计值的步骤，计算角度估计值的步骤包括如下步骤：计算响应信息，该响应信息表示相对于对电动机的输出电压的变化的电流变化或者相对于对电动机的输出电流的变化的电压变化；基于过去存储的角度估计值来计算与电动机的正交坐标系的坐标轴之间的电磁相互干扰相关的干扰系数；以及基于响应信息和干扰系数来计算角度估计值。
本发明的另一方面涉及控制装置，其包括：估计部，重复计算与电动机的磁极位置相关的角度估计值；以及存储部，用于存储角度估计值，估计部包括：响应信息计算部，计算响应信息，该响应信息表示相对于对电动机的输出电压的变化的电流变化或者相对于对电动机的输出电流的变化的电压变化；以及角度计算部，基于响应信息和存储在存储部中的过去的角度估计值来计算角度估计值。
根据本发明能够提供对在无传感器的情况下高精度地计算与电动机的磁极位置有关的角度估计值有效的控制装置以及控制方法。
附图说明
图1是示出控制装置的构成的示意图。
图2是示出被叠加的电压向量的图。
图3是示出控制装置的硬件构成的图。
图4是示出实施方式涉及的控制方法的流程图。
图5是示出磁极位置的角度的估计误差的曲线图。
图6是示出磁极位置的角速度、角度的估计值以及实测值的曲线图。
具体实施方式
下面，参照附图详细说明实施方式。在说明中，对于相同要素或者具有相同功能的要素赋予了相同的符号，并省略重复说明。
〔控制装置〕
本实施方式涉及的控制装置1是用于控制电动机的逆变器。如图1所示，控制装置1介于直流电源2和电动机(例如旋转电机3)之间，将从直流电源2供给的直流电力转换为用于驱动旋转电机3的三相交流电力，并供给旋转电机3。另外，在下面的说明中，三相交流电力的各相记载为u相、v相、w相。
(旋转电机)
首先，例示出作为控制装置1的控制对象的旋转电机3的构成。旋转电机3是交流电动机，该交流电动机具有转子和定子，该转子具有磁极，该定子具有绕组。绕组包括u相绕组、v相绕组以及w相绕组。在旋转电机3中，通过向定子的绕组供给交流电力来使绕组产生磁场，并且转子通过该磁场而进行旋转。转子所具有的磁极可以是永久磁铁，也可以是电磁铁。
旋转电机3具有凸极性。这里，具有凸极性意味着d轴方向和q轴方向的电感不同。d轴方向是转子的磁极方向。q轴方向是垂直于d轴方向，且垂直于转子的旋转轴的方向。因此，dq坐标系(由d轴方向和q轴方向的两个轴构成的正交坐标系)可以是按照转子的旋转而旋转的旋转坐标系。d轴方向的电感是将d轴方向的磁通用d轴方向的电流微分而获得的值。q轴方向的电感是将q轴方向的磁通用q轴方向的电流微分而获得的值。d轴方向以及q轴方向的电流是流过三相绕组的电流的d轴分量以及q轴分量。
这里，作为转子的旋转面(即，与转子的旋转轴正交的平面)内的、相对于定子固定的固定坐标系，设定由α轴和β轴两个轴构成的正交坐标系、即αβ坐标系。α轴是由u相绕组产生的磁场的方向，β轴是与α轴和转子的旋转轴方向的两者正交的方向。
旋转电机3是例如嵌入式永磁同步电动机(Interior Permanent MagnetSynchronous Motor(IPMSM)：内部永磁同步电动机)。但是，旋转电机3可以是任何电动机，只要具有凸极性即可。旋转电机3可以是感应电动机。
(控制装置的整体构成)
控制装置1具备电力转换电路4、电流检测器8和控制电路10。电力转换电路4通过在与直流电源2连接的两根直流母线和与旋转电机3连接的三根输出线之间切换接通/断开(ON/OFF)，来将上述的三相交流电力输出给旋转电机3。
电力转换电路4例如具有六个开关元件5、六个二极管6和电容器7。
六个开关元件5包括分别连接在两根直流母线和u相输出线之间的两个开关元件5、分别连接在两根直流母线和v相输出线之间的两个开关元件5、分别连接在两根直流母线和w相输出线之间的两个开关元件5。开关元件5例如是IGBT(Insulated Gate BipolarTransistor：绝缘栅双极晶体管)，但是也可以是例如MOSFET(Metal-Oxide-SemiconductorField Effect Transistor：金属氧化物半导体场效应晶体管)等其他元件。每个开关元件5响应于来自控制电路10的驱动信号在导通状态和断开状态之间切换。
二极管6分别并联连接到六个开关元件5。二极管6用作续流二极管发挥功能，续流二极管使电流通向与开关元件5的导通方向相反侧。
电容器7连接在直流母线之间，用于平滑与开关元件5的开关动作相伴的电压变动。电容器7例如是铝电解电容器。
电流检测器8用于检测从电力转换电路4供给旋转电机3的电流。电流检测器8例如是具有霍尔元件的电流传感器。
控制电路10基于从外部输入的转矩指令T*和由电流检测器8检测出的电流值，生成用于切换开关元件5的接通和断开的驱动信号SG1～SG6，并分别将该驱动信号SG1～SG6输出到六个开关元件5。
例如，控制电路10具有电流指令生成部21、电流控制部22、驱动信号发生部23、3相/2相坐标转换部24、估计部30、存储部25和旋转坐标转换部26。
电流指令生成部21基于从控制电路10的外部输入的转矩指令T*来生成d轴电流指令值Id*和q轴电流指令值Iq*。
电流控制部22以减小d轴电流指令值Id*与d轴电流检测值Id之间的偏差并且减小q轴电流指令值Iq*与q轴电流检测值Iq之间的偏差的方式计算出d轴电压指令值Vd*和q轴电压指令值Vq*，并将d轴电压指令值Vd*和q轴电压指令值Vq*转换为αβ坐标系的α轴电压指令值Vα*和β轴电压指令值Vβ*。例如，电流控制部22通过P(比例)运算来计算出d轴电压指令值Vd*和q轴电压指令值Vq*。电流控制部22可以通过PI(比例、积分)运算来计算出d轴电压指令值Vd*和q轴电压指令值Vq*，也可以通过PID(比例、积分、微分)运算来计算出d轴电压指令值Vd*和q轴电压指令值Vq*。
驱动信号发生部23根据α轴电压指令值Vα*和β轴电压指令值Vβ*生成上述的驱动信号SG1～SG6，并分别输出至六个开关元件5。例如，驱动信号发生部23通过空间向量调制方法生成驱动信号SG1～SG6。驱动信号发生部23也可以通过脉冲宽度调制方法生成驱动信号SG1～SG6。
3相/2相坐标转换部24将由电流检测器8检测到的3相交流电力的电流值在αβ坐标系进行坐标转换，计算出α轴电流检测值Iα和β轴电流检测值Iβ。
估计部30基于通过3相/2相坐标转换部24计算出的α轴电流检测值Iα和β轴电流检测值Iβ，重复计算与旋转电机3的磁极位置相关的角度估计值。与磁极位置相关的情况不仅包括与磁极位置相等的情况，还包括相对于磁极位置偏移一定值的角度的情况以及将表示磁极位置的角度乘以预定倍率(例如两倍)而获得的值的情况。磁极位置是指旋转电机3的转子的磁极方向相对于固定于旋转电机3的定子的坐标系(αβ坐标系)中的一个方向(例如α轴方向)所形成的角度。存储部25用于存储由角度计算部计算出的角度估计值。
旋转坐标转换部26通过使用由估计部30计算出的角度估计值的旋转坐标转换来将α轴电流检测值Iα和β轴电流检测值Iβ坐标转换为dq坐标系(旋转坐标系)的d轴电流检测值Id和q轴电流检测值Iq。d轴电流检测值Id和q轴电流检测值Iq被反馈到上述的电流控制部22。
(估计部)
接着，详细说明估计部30的构成。估计部30执行如下计算：计算表示相对于对旋转电机3的输出电压的变化的电流变化或者相对于对旋转电机3的输出电流的变化的电压变化的响应信息；基于响应信息和过去存储的角度估计值来计算角度估计值。更具体地，估计部30执行如下计算：计算响应信息，该响应信息表示相对于对旋转电机3的输出电压的变化的电流变化或者相对于对旋转电机3的输出电流的变化的电压变化；基于过去存储的角度估计值来计算与旋转电机3的正交坐标系的坐标轴之间的电磁相互干扰相关的干扰系数；基于响应信息和干扰系数来计算角度估计值。
例如，估计部30作为功能上的构成(以下称为“功能模块”。)具有叠加部31、响应信息计算部32、角度计算部33、分量计算部34和系数计算部35。
叠加部31将高频分量叠加在对旋转电机3的输出电压或输出电流上。另外，高频分量被设定为不影响旋转电机3的工作。例如，高频分量的频率被设定为足够高于旋转电机3机械上能够响应的频率。
作为一例，叠加部31将αβ坐标系中的以下式(1)的向量(Vαh、Vβh)T表示的高频电压叠加在从电流控制部22输出的α轴电压指令值Vα*和β轴电压指令值Vβ*上。
式1
Vαh：高频电压的α轴分量
Vβh：高频电压的β轴分量
T：高频电压的周期
Vinj：电压向量的大小
图2将由叠加部31叠加的电压向量图示在αβ坐标系。如图2所示，在时间0＜t≤T/4中，叠加部31施加如箭头A1所示的电压向量，在时间T/4＜t≤T/2中，叠加部31施加如箭头A2所示的电压向量，在时间T/2＜t≤3T/4中，叠加部31施加如箭头A3所示的电压向量，在时间3T/4＜t≤T中，叠加部31施加如箭头A4所示的电压向量，叠加部31以上述为一个周期重复进行。
响应信息计算部32计算响应信息，该响应信息表示相对于对旋转电机3的输出电压的变化的电流变化或者相对于对旋转电机3的输出电流的变化的电压变化。响应信息计算部32例如计算相对于对旋转电机3的输出电压的变化的电流变化。更具体地，响应信息计算部32从电流的检测值提取与在对旋转电机3的输出电压的变化中用于计算角度估计值的分量(例如由叠加部31叠加的高频电压)对应的电流变化。
响应信息计算部32计算固定于定子侧的坐标系(αβ坐标系)中的响应信息。例如，响应信息计算部32从由3相/2相坐标转换部24计算出的α轴电流检测值Iα和β轴电流检测值Iβ提取与叠加部31叠加的高频电压对应的高频分量。另外，响应信息计算部32也可以计算其他坐标系(例如，与转子一起旋转的旋转坐标系)中的响应信息。
角度计算部33基于由响应信息计算部32检测到的响应信息和存储在存储部25中的过去的角度估计值来计算角度估计值。更具体地，角度计算部33基于忽略了相互干扰时的角度估计值的正弦分量、忽略了相互干扰时的角度估计值的余弦分量和干扰系数来计算角度估计值。
角度估计值的正弦分量是角度估计值的正切的分子，角度估计值的余弦分量是角度估计值的正切的分母。该正弦分量和余弦分量由后述的分量计算部34基于通过响应信息计算部32检测到的响应信息来计算。
干扰系数是与正交坐标系的坐标轴之间(例如d轴和q轴之间)的电磁相互干扰相关的系数。干扰系数由后述的系数计算部35基于存储在存储部25中的过去的角度估计值来计算。
例如，角度计算部33通过下式(2)计算角度估计值。
式2
θ：角度估计值
c：干扰系数
n：忽略了相互干扰时的2θ的正弦分量
m：忽略了相互干扰时的2θ的余弦分量
分量计算部34基于响应信息来计算上述正弦分量n和余弦分量m。例如，分量计算部34通过下式(3)、(4)计算正弦分量n和余弦分量m。
式3
式4
(d/dt)Iαhvα：当在α轴方向叠加电压时，将叠加了电压向量的方向作为正时的α轴电流的变化。
(d/dt)Iαhvβ：当在β轴方向叠加电压时，将叠加了电压向量的方向作为正时的α轴电流的变化。
(d/dt)Iβhvα：当在α轴方向叠加电压时，将叠加了电压向量的方向作为正时的β轴电流的变化。
(d/dt)Iβhvβ：当在β轴方向叠加电压时，将叠加了电压向量的方向作为正时的β轴电流的变化。
这里，将说明通过上式计算正弦分量n和余弦分量m的理由。当忽略了相互干扰时的αβ坐标系中的高频分量的电压方程式如下式(5)。
式5
Vαh：α轴电压的高频分量
Vβh：β轴电压的高频分量
Iαh：α轴电流的高频分量
Iβh：β轴电流的高频分量
式(5)中的L和I由下式(6)、(7)表示。
式6
式7
Ld：将d轴磁通用d轴电流微分而获得的值
Lq：将q轴磁通用q轴电流微分而获得的值
根据上式(5)，通过下式(8)导出2θ的正切。
式8
因此，根据式(2)和式(8)，通过上式(3)计算出作为正切的分子的正弦分量n，通过上式(4)计算出作为正切的分母的余弦分量m。
系数计算部35基于存储在存储部25中的过去的角度估计值来计算上述干扰系数c。系数计算部35也可以基于存储在存储部25中的过去的角度估计值和由响应信息计算部32检测到的响应信息来计算干扰系数c。例如，系数计算部35通过下式(9)计算干扰系数c。
式9
n[k]：作为角度估计值的计算目标的采样周期(以下称为“目标采样周期”。)中的正弦分量n
m[k]：目标采样周期中的余弦分量m
θ[k-1]：紧接在目标采样周期之前的采样周期中的角度估计值
这里，说明通过上式(9)计算干扰系数c的理由。当没有忽略相互干扰时的、αβ坐标系中的高频分量的电压方程式如下式(10)。
式10
上式(10)中的Lx和lx由下式(11)、(12)表示。
式11
式12
Lqd：将q轴磁通用d轴电流微分而获得的值
Ldq：将d轴磁通用q轴电流微分而获得的值
根据式(10)，如果将正弦分量n和余弦分量m由角度θ来表示，则如下式(13)、(14)所示。
式13
式14
如果将上式(13)、(14)应用于上式(2)，则干扰系数c由下式(15)表示。
式15
如果从上式(13)、(14)、(15)中消除Lx和l，则获得下式(16)。
式16
在上式(16)中，n和m如上式(3)、(4)中那样基于响应信息来计算，但是cos2θ、sin2θ不能基于响应信息来计算。因此，如果将前一采样周期的值应用于cos2θ、sin2θ时，能够获得上式(9)。
另外，如由上式(9)例示那样，如果计算干扰系数c时使用响应信息，则也可以考虑干扰系数c由于电流检测器8检测电流时的噪声等而产生的振动。在这种情况下，角度计算部33可以将大于0且小于1的任意系数与干扰系数c相乘，并通过下式(17)算出角度估计值θ。
式17
k：满足0＜k＜1的常数
图3是例示出控制电路10的硬件构成的框图。如图3所示，控制电路10具有一个或多个处理器41、内存42、存储器43和输入输出端口44。存储器43记录用于构成控制电路10的上述各功能模块的程序。存储器43可以是任何结构的，只要能够由计算机读取即可。作为具体例子可以举出硬盘、非易失性半导体存储器、磁盘以及光盘等。内存42临时存储从存储器43加载的程序以及处理器41的运算结果等。处理器41通过与内存42协作执行程序来构成各功能模块。输入输出端口44响应于来自处理器41的指令，在电力转换电路4和电流检测器8之间进行电信号的输入输出。
〔控制方法〕
接下来，作为控制方法的一例，例示出由控制电路10执行的控制过程。该控制过程包括重复计算与旋转电机3的磁极位置相关的角度估计值和存储角度估计值。计算角度估计值包括计算响应信息和计算角度估计值，该响应信息表示相对于对旋转电机3的输出电压的变化的电流变化或者相对于对旋转电机3的输出电流的变化的电压变化，该角度估计值基于响应信息和存储在存储部25中的过去的角度估计值来计算。更具体地，计算角度估计值包括基于过去存储的角度估计值来计算干扰系数以及基于响应信息和干扰系数来计算角度估计值，该干扰系数与旋转电机3的正交坐标系的坐标轴之间的电磁相互干扰相关。
以下，参照图4来说明控制方法的一例。首先，控制电路10执行步骤S1。在步骤S1中，响应信息计算部32计算响应信息。具体而言，响应信息计算部32计算(d/dt)Iαhvα、(d/dt)Iαhvβ、(d/dt)Iβhvα、(d/dt)Iβhvβ。
接下来，控制电路10执行步骤S2。在步骤S2中，分量计算部34基于上述式(3)以及式(4)计算正弦分量n和余弦分量m。
接下来，控制电路10执行步骤S3。在步骤S3中，系数计算部35从存储部25获取过去的角度估计值。过去的角度估计值例如是紧接在上述目标采样周期之前的采样周期中的角度估计值θ[k-1]。
接下来，控制电路10执行步骤S4。在步骤S4中，系数计算部35通过上述式(10)计算干扰系数c。
接下来，控制电路10执行步骤S5。在步骤S5中，角度计算部33通过上述式(2)计算角度估计值θ。此外，角度计算部33将计算出的角度估计值θ存储在存储部25中。
接下来，控制电路10执行步骤S6。在步骤S6中，旋转坐标转换部26利用由角度计算部33计算出的角度估计值θ来将α轴电流检测值Iα和β轴电流检测值Iβ进行坐标转换，并计算出d轴电流检测值Id和q轴电流检测值Iq，输出到电流控制部22。
接下来，控制电路10执行步骤S7。在步骤S7中，电流控制部22基于来自电流指令生成部21的d轴电流指令值Id*和q轴电流指令值Iq*以及来自旋转坐标转换部26的d轴电流检测值Id和q轴电流检测值Iq生成α轴电压指令值Vα*和β轴电压指令值Vβ*。
接下来，控制电路10执行步骤S8。在步骤S8中，驱动信号发生部23根据由叠加部31将高频电压叠加到α轴电压指令值Vα*和β轴电压指令值Vβ*上的电压指令值来生成驱动信号SG1～SG6。
接下来，控制电路10执行步骤S9。在步骤S9中，电力转换电路4基于驱动信号SG1～SG6将从直流电源2供给的直流电力转换为交流电力，并输出到旋转电机3。
接下来，控制电路10执行步骤S10。在步骤S10中，控制电路10判断是否从外部输入了停止指令。在步骤S10中，当判断为未被输入停止指令时，控制电路10将处理返回到步骤S1。此后，重复步骤S1～S10的处理，直到输入停止指令为止。
在步骤S10中，当判断为输入了停止指令时，控制电路10结束电力转换电路4的控制处理。以上，控制电路10的控制过程完成。
〔本实施方式的效果〕
如上所述，本实施方式涉及的控制装置1具备：估计部30，其重复计算与旋转电机3的磁极位置相关的角度估计值；以及存储部25，其存储角度估计值，估计部30具有：响应信息计算部32，其计算响应信息，该响应信息表示相对于对旋转电机3的输出电压的变化的电流变化或者相对于对旋转电机3的输出电流的变化的电压变化；系数计算部35，其基于存储在存储部25中的过去的角度估计值来计算与旋转电机3的正交坐标系的坐标轴之间的电磁相互干扰相关的干扰系数；角度计算部33，其基于响应信息和干扰系数来计算角度估计值。
上述电磁相互干扰由于在实际机器中难以测量等原因，难以掌握准确的值。与之相对地，根据本控制装置1，通过使用过去的角度估计值，可以容易导出与相互干扰相关的干扰系数，并且通过将其与响应信息组合来计算加以相互干扰的影响的角度估计值。因此，控制装置1对在无传感器的情况下高精度地计算与电动机3的磁极位置有关的角度估计值是有效的。
系数计算部35可以基于存储在存储部25中的过去的角度估计值和响应信息来计算干扰系数。在该情况下，即使在干扰系数的计算中，由于除了过去的角度估计值之外还使用作为当前值的响应信息，因此与仅使用过去的角度估计值的情况相比，能够进一步提高角度估计值的精度。
控制装置1还具有分量计算部34，其基于响应信息来计算忽略了相互干扰时的角度估计值的正弦分量和忽略了相互干扰时的角度估计值的余弦分量，角度计算部33可以使用正弦分量、余弦分量和干扰系数来计算角度估计值。在该情况下，能够更容易地计算角度估计值。
系数计算部35可以基于正弦分量、余弦分量和存储在存储部中的过去的角度估计值来计算干扰系数。在该情况下，能够更容易地计算干扰系数。
估计部30还具有叠加部31，其将高频分量叠加到对旋转电机3的输出电压或者输出电流上，响应信息计算部32可以从相对于对旋转电机3的输出电压的电流变化或者相对于输出电流的电压变化提取由高频分量引起的分量。在该情况下，通过叠加适合于检测的高频分量，能够进一步提高角度估计值的精度。
另外，控制装置1不一定必须具备叠加部31。在该情况下，响应信息计算部32将从电流控制部22输出的α轴电压指令值Vα *和β轴电压指令值Vβ *的至少一部分分量用作检测用信号，并计算表示相对于此的电流变化的响应信息。
分量计算部34例如通过下式(18)计算上述的正弦分量n和余弦分量m。
式18
上式(18)中的dIαhR/dt和dIβhR/dt由下式(19)表示。
式19
在式(19)中，Va和Vb是空间向量调制方式的两根电压向量，其在与旋转电机3的转子的旋转平面内交叉的两个方向上延伸。具体而言，Va是3相交流的任一相的正相方向的电压，Vb是3相交流的另一相的反相方向的电压。
式(19)中的其他符号分别具有如下含义。
θVa：Va的角度
θVb：Vb的角度
IαhrVa：使用于输出Va的电流的α轴分量旋转Va的角度θVa的电流
IβhrVa：使用于输出Va的电流的β轴分量旋转Va的角度θVa的电流
IαhrVb：使用于输出Vb的电流的α轴分量旋转Vb的角度θVb的电流
IβhrVb：使用于输出Vb的电流的β轴分量旋转Vb的角度θVb的电流
IαhR：使电流iαhrVa与iαhrVb之差旋转角度θVa+θVb的电流
IβhR：使电流iβhrVa与iβhrVb之差旋转角度θVa+θVb的电流
R：使αβ平面内的向量旋转角度θVa+θVb的旋转矩阵
系数计算部35的干扰系数的计算方法、以及角度计算部33的角度估计值的计算方法与控制装置1具有叠加部31时的计算方法的情况相同。
〔角度估计值的评估〕
使用不具备叠加部31的控制装置来进行了由角度计算部33计算出的角度估计值的精度的评估。具体而言，进行了由角度计算部33计算角度和由传感器实测磁极位置(旋转电机3的转子的磁极方向相对于固定于旋转电机3的定子的坐标系所形成的角度)，并基于磁极位置的实测值，评估了磁极位置的估计值的精度。
图5是示出磁极位置的角度的估计误差的曲线图。横轴是电角度(单位：°)，纵轴是估计误差(单位：°)。估计误差是磁极位置的估计值与实测值之间的差值。○标记的描绘表示通过上式(18)、(19)、(9)以及(2)计算出的角度估计值的误差。为了比较，×标记的描绘表示当将干扰系数c设为零时(忽略了d轴与q轴之间的相互干扰的情况)的角度估计值的误差。如图5所示，纵轴方向上的○标记的分散范围明显小于纵轴方向上的×标记的分散范围。从该结果可知，通过进行考虑了d轴与q轴之间的相互干扰的角度估计，降低了估计误差。
图6是示出磁极位置的角速度、角度的估计值以及实测值的曲线图。图6的(a)以及(c)的横轴表示经过时间，纵轴表示角速度。图6的(b)以及(d)的横轴表示经过时间，纵轴表示角度。
图6的(d)的实线曲线表示通过上式(18)、(19)、(9)以及(2)计算出的角度估计值。图6的(c)的实线曲线表示图6的(d)的角度估计值的微分值。图6的(c)的虚线曲线表示磁极位置的角速度的实测值(响应值)。
图6的(b)的实线曲线表示当将干扰系数c为零时(忽略了d轴与q轴之间的相互干扰的情况)的角度估计值。图6的(a)的实线曲线表示图6的(b)的角度估计值的微分值。图6的(a)的虚线曲线表示磁极位置的角速度的实测值(応答値)。
在图6的(c)中，与图6的(a)相比，实线曲线和虚线曲线之间的差异明显变小。从该结果可知，通过进行考虑了d轴与q轴之间的相互干扰的角度估计，降低了估计误差。进一步，在图6的(c)中，与图6的(a)相比，虚线曲线的振动也减小了。这可能是因为磁极位置的估计误差导致的输出电力的变动减小了的原因。
以上，说明了实施方式，但是本发明不必限定于上述实施方式，在不脱离其主旨的范围内可以进行各种变形。例如，控制装置1可以是介于交流电源和电动机之间的矩阵转换器，该矩阵转换器将从交流电源供给的交流电力转换成用于驱动电动机的三相交流电力。
Claims (8)
1.一种控制装置，其包括：
电力转换电路，构成为将电源的电力转换为用于驱动电动机的电力；
估计部，重复计算与电动机的磁极位置相关的角度估计值；以及
存储部，存储所述角度估计值，
其中，所述估计部包括：
响应信息计算部，计算响应信息，所述响应信息表示相对于第二电特性的变化的第一电特性的变化，所述第二电特性是对所述电动机的输出电压和输出电流中的任一个，所述第一电特性是所述输出电压和输出电流中的另一个，
系数计算部，所述系数计算部基于存储在所述存储部中的过去的所述角度估计值和所述响应信息来计算干扰系数，所述干扰系数与所述电动机的正交坐标系的坐标轴之间的电磁相互干扰相关，
角度计算部，基于所述响应信息和所述干扰系数来计算所述角度估计值，以补偿由所述电动机的正交坐标系的坐标轴之间的电磁相互干扰引起的角度估计误差，
分量计算部，基于所述响应信息来计算忽略了所述相互干扰时的所述角度估计值的正弦分量和忽略了所述相互干扰时的所述角度估计值的余弦分量，
所述角度计算部使用所述干扰系数和所述余弦分量修正所述正弦分量，计算考虑了所述相互干扰的情况下的修正正弦分量，使用所述干扰系数和所述正弦分量修正所述余弦分量，计算考虑了所述相互干扰情况下的修正余弦分量，并基于所述修正正弦分量和所述修正余弦分量来估计所述角度估计值。
2.如权利要求1所述的控制装置，其中，
所述系数计算部基于所述正弦分量、所述余弦分量和存储在所述存储部中的过去的所述角度估计值来计算所述干扰系数。
3.如权利要求1或2所述的控制装置，其中，
所述响应信息计算部计算固定于定子侧的坐标系上的所述响应信息。
4.如权利要求1或2所述的控制装置，其中，
所述估计部还包括叠加部，所述叠加部将高频分量叠加在与所述电动机相关的所述第二电特性上，
所述响应信息计算部从所述第一电特性提取由所述高频分量引起的分量作为所述响应信息。
5.如权利要求1或2所述的控制装置，其中，
所述响应信息计算部计算所述响应信息，所述响应信息表示相对于所述输出电压的变化的所述输出电流的变化。
6.如权利要求5所述的控制装置，其中，
所述估计部还包括叠加部，所述叠加部将高频分量叠加在所述输出电压上，
所述响应信息计算部从所述输出电流提取由所述高频分量引起的分量作为所述响应信息。
7.一种控制方法，包括：
重复计算与电动机的磁极位置相关的角度估计值；以及
存储所述角度估计值，
其中，所述角度估计值的计算包括：
计算响应信息，所述响应信息表示相对于第二电特性的变化的第一电特性的变化，所述第二电特性是对所述电动机的输出电压和输出电流中的任一个，所述第一电特性是所述输出电压和输出电流中的另一个，
基于过去存储的所述角度估计值和所述响应信息来计算干扰系数，所述干扰系数与所述电动机的正交坐标系的坐标轴之间的电磁相互干扰相关，
基于所述响应信息和所述干扰系数来计算所述角度估计值，以补偿由所述电动机的正交坐标系的坐标轴之间的电磁相互干扰引起的角度估计误差，
基于所述响应信息来计算忽略了所述相互干扰时的所述角度估计值的正弦分量和忽略了所述相互干扰时的所述角度估计值的余弦分量，
使用所述干扰系数和所述余弦分量修正所述正弦分量，计算考虑了所述相互干扰的情况下的修正正弦分量，使用所述干扰系数和所述正弦分量修正所述余弦分量，计算考虑了所述相互干扰情况下的修正余弦分量，基于所述修正正弦分量和所述修正余弦分量来估计所述角度估计值。
8.如权利要求7所述的控制方法，其中，
所述角度估计值的计算还包括：
将高频分量叠加在与所述电动机相关的所述第二电特性上；以及
从所述第一电特性提取由所述高频分量引起的分量作为所述响应信息。
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