1.本发明涉及控制同步马达的马达控制装置。
背景技术：2.在专利文献1中，记载了在使作为同步马达的马达低速旋转时实施矢量控制，在使马达高速旋转时实施弱磁控制的马达控制装置的一个例子。
3.在矢量控制中，基于马达转矩的指令值亦即转矩指令值，导出d轴电流指令值和q轴电流指令值，其中，d轴电流指令值是矢量控制的旋转坐标的d轴分量的电流的指令值，q轴电流指令值是旋转坐标的q轴分量的电流的指令值。在旋转坐标上，d轴以及q轴相互正交。然后，基于d轴电流指令值和q轴电流指令值，导出d轴电压指令值和q轴电压指令值，其中，d轴电压指令值是d轴分量的电压的指令值，q轴电压指令值是q轴分量的电压的指令值。然后，通过基于这些各电压指令值控制逆变器，来驱动马达。
4.在弱磁控制中，基于转矩指令值与马达的实际转矩的偏差导出d轴电流指令值，基于该d轴电流指令值导出d轴电压指令值。另外，基于限制电压和d轴电压指令值，导出q轴电压指令值。然后，通过基于这些各电压指令值控制逆变器，来驱动马达。
5.在上述的马达控制中，若在实施弱磁控制时规定的切换条件成立时，马达的驱动控制从弱磁控制切换至矢量控制。即，导出用于通过矢量控制实现转矩指令值的d轴电压指令值以及q轴电压指令值。在将由像这样导出的d轴电压指令值和q轴电压指令值表示的电压矢量作为“判定用电压矢量”的情况下，若判定用电压矢量的长度低于限制电压，则判定为规定的切换条件成立，马达的驱动控制从弱磁控制切换至矢量控制。
6.专利文献1：日本特开2009－171825号公报
7.上述判定用电压矢量是指在旋转坐标上转矩指令值的等转矩线上的点。而且，根据矢量控制中的各电流指令值的导出方法，存在即使转矩指令值改变，上述判定用电压矢量也持续穿过转矩指令值的等转矩线和电压限制圆的交点。在该情况下，由于维持判定用电压矢量的长度等于限制电压的状态，因此不会成为判定用电压矢量的长度低于限制电压的状态，而不能将马达的驱动控制切换为矢量控制。在像这样不切换至矢量控制而持续弱磁控制的情况下，与切换至矢量控制的情况相比，存在效率降低的担忧。
技术实现要素：8.用于解决上述课题的马达控制装置是导出矢量控制的旋转坐标中的第一电压指令值和第二电压指令值，并基于上述第一电压指令值和上述第二电压指令值来使作为同步马达的马达驱动的装置，其中，上述第一电压指令值是第一轴分量的电压的指令值，上述第二电压指令值是与上述第一轴正交的第二轴分量的电压的指令值。该马达控制装置具备：电流指令值导出部，基于转矩电流映射，导出与上述马达的转矩的指令值亦即转矩指令值相应的上述第一轴分量的电流作为第一电流指令值，导出与上述转矩指令值相应的上述第二轴分量的电流作为第二电流指令值，其中，上述转矩电流映射表示上述马达的转矩与上
述第一轴分量的电流以及上述第二轴分量的电流的关系；以及电压指令值导出部，能够执行第一处理和第二处理，其中，在上述第一处理中，基于上述第一电流指令值导出上述第一电压指令值，基于上述第二电流指令值导出上述第二电压指令值，在上述第二处理中，基于上述第二电流指令值导出上述第一电压指令值，基于上述马达控制装置的限制电压和上述第一电压指令值导出上述第二电压指令值。而且，在基于通过上述第二处理导出的上述各电压指令值驱动上述马达的情况下，在判定为能够通过上述第一处理导出满足上述转矩指令值的上述各电压指令值时，上述电压指令值导出部将导出上述各电压指令值的处理从上述第二处理切换至上述第一处理。
9.将基于通过第一处理导出的各电压指令值使马达驱动称为矢量控制。将基于通过第二处理导出的各电压指令值使马达驱动称为弱磁控制。
10.根据上述结构，在通过弱磁控制驱动马达的情况下，进行是否能够通过第一处理导出满足转矩指令值的各电压指令值的判定。然后，若判定为能够导出，则将导出各电压指令值的处理从第二处理切换至第一处理。在该第一处理中，使用预先决定的转矩电流映射来导出各电流指令值。然后，基于通过第一处理导出的各电压指令值来驱动马达。即，通过第一处理导出的各电压指令值是预先决定的范围内的值，根据是否能够在该范围内导出转矩指令值这一点来进行控制的切换。由此，能够将马达的驱动控制从弱磁控制切换至矢量控制。
11.另外，在将由d轴电压指令值和q轴电压指令值表示的电压矢量作为规定的电压矢量的情况下，在旋转坐标上，通过切换至矢量控制，规定的电压矢量指向比电压限制圆靠内侧。其结果是，与规定的电压矢量持续穿过等转矩线和电压限制圆的交点的情况相比，能够高效地使马达驱动。
附图说明
12.图1是表示实施方式的马达控制装置的功能结构和由上述马达控制装置控制的马达的框图。
13.图2是表示上述马达控制装置的电压指令值导出部的功能结构的框图。
14.图3是表示上述电压指令值导出部的功能结构的框图。
15.图4是对由上述电压指令值导出部执行的处理例程进行说明的流程图。
16.图5是在矢量控制的旋转坐标上表示电压限制圆、最大转矩曲线以及转矩指令值的等转矩曲线的关系的图。
17.图6是在上述旋转坐标上表示电压限制圆、最大转矩曲线以及转矩指令值的等转矩曲线的关系的图。
具体实施方式
18.以下，根据图1～图6对马达控制装置的一个实施方式进行说明。
19.图1示出本实施方式的马达控制装置10和由马达控制装置10控制的马达100。马达100具备设置有永磁体的转子101。马达100是在转子101的内部埋入有永磁体的埋入磁体型的同步马达。马达100具备u相、v相以及w相的线圈作为三相线圈。此外，马达100例如用作车载的制动装置中的制动液的排出用泵的动力源。
20.马达控制装置10通过控制d轴分量的电流以及q轴分量的电流的驱动控制来使马达100驱动。所谓的d轴以及q轴是矢量控制的旋转坐标上的控制轴。d轴是沿永磁体的磁通轴的方向延伸的控制轴。q轴是沿转矩的方向延伸的控制轴，与d轴正交。马达控制装置10通过将基于d轴分量的电流的指令值和q轴分量的电流的指令值的信号输入至三相线圈来使马达100驱动。此外，在本实施方式中，d轴相当于“第一轴”，q轴相当于“第二轴”。
21.马达控制装置10具有指令转矩导出部11、存储部12、电流指令值导出部13、电压指令值导出部14、二相/三相转换部15、逆变器16、三相/二相转换部17、旋转角获取部18以及转子位置推断部19。
22.指令转矩导出部11导出马达100的转矩的指令值亦即转矩指令值tr*。即，指令转矩导出部11基于马达100的负荷转矩的推断值trld、马达100的转子转速的指令值亦即转速指令值ωm*、以及转子转速的推断值亦即推断转速ωm，来导出转矩指令值tr*。
23.存储部12存储有预先设定的转矩电流映射12map。将从马达电源110流向马达控制装置10的电流作为电源电流ibt，将预先设定的电源电流的上限值作为电源电流上限值ibtc。转矩电流映射12map表示允许比电源电流上限值ibtc大的电流从马达电源110流动到马达控制装置10的情况下的马达100的转矩tr与d轴分量的电流以及q轴分量的电流的关系。例如，所谓的与第一转矩对应的d轴分量的电流以及q轴分量的电流是用于使马达100的转矩成为第一转矩的d轴分量的电流以及q轴分量的电流。更详细而言，用使用转矩电流映射12map导出的d轴分量的电流和q轴分量的电流表示的电流矢量在旋转坐标上指向最大转矩曲线ltrmax上的点。
24.此外，所谓的最大转矩曲线ltrmax是在旋转坐标上对每个电流值不同的恒流圆存储可从马达100输出的最大转矩，并连接所存储的点而成的线。
25.电流指令值导出部13基于转矩指令值tr*导出d轴电流指令值idc和q轴电流指令值iqc，其中，d轴电流指令值idc是d轴分量的电流的指令值，q轴电流指令值iqc是q轴分量的电流的指令值。即，电流指令值导出部13基于转矩电流映射12map获取d轴电流指令值idc和q轴电流指令值iqc，其中，d轴电流指令值idc是与转矩指令值tr*相应的d轴分量的电流，q轴电流指令值iqc是q轴分量的电流。在本实施方式中，d轴电流指令值idc相当于“第一电流指令值”，q轴电流指令值iqc相当于“第二电流指令值”。
26.电压指令值导出部14导出d轴电压指令值vdc和q轴电压指令值vqc，其中，d轴电压指令值vdc是d轴分量的电压的指令值，q轴电压指令值vqc是q轴分量的电压的指令值。即，电压指令值导出部14基于各电流指令值idc、iqc、d轴电流id及q轴电流iq、马达100的电角速度的推断值ωe以及电源电流上限值ibtc及电源电流ibt，导出d轴电压指令值vdc以及q轴电压指令值vqc。在本实施方式中，d轴电压指令值vdc相当于“第一电压指令值”，q轴电压指令值vqc相当于“第二电压指令值”。此外，关于d轴电压指令值vdc以及q轴电压指令值vqc的具体的导出处理后述。
27.二相/三相转换部15基于转子推断旋转角(电角度)θe，将d轴电压指令值vdc以及q轴电压指令值vqc转换为u相指令电压vu*、v相指令电压vv*以及w相指令电压vw*，其中，上述转子推断旋转角是转子101的旋转角的推断值。u相指令电压vu*是对u相的线圈施加的电压的指令值。v相指令电压vv*是对v相的线圈施加的电压的指令值。w相指令电压vw*是对w相的线圈施加的电压的指令值。
28.逆变器16具有通过从马达电源110供给的电力来动作的多个开关元件。逆变器16通过基于从二相/三相转换部15输入的u相指令电压vu*的开关元件的开/关动作来生成u相信号。另外，逆变器16通过基于输入的v相指令电压vv*的开关元件的开/关动作来生成v相信号。另外，逆变器16通过基于输入的w相指令电压vw*的开关元件的开/关动作来生成w相信号。于是，u相信号被输入至马达100的u相的线圈，v相信号被输入至v相的线圈，w相信号被输入至w相的线圈。然后，若在逆变器16中生成的各信号被输入至马达100，则马达100驱动。在逆变器16中生成的各信号是基于d轴电压指令值vdc以及q轴电压指令值vqc的信号。
29.向三相/二相转换部17输入流动到马达100的u相的线圈的电流亦即u相电流iu，输入流动到v相的线圈的电流亦即v相电流iv，输入流动到w相的线圈的电流亦即w相电流iw。然后，三相/二相转换部17基于转子推断旋转角(电角度)θe，将u相电流iu、v相电流iv以及w相电流iw转换为d轴电流id和q轴电流iq，其中，d轴电流id是d轴分量的电流，q轴电流iq是q轴分量的电流。
30.转子位置推断部19导出实际d轴的方向与推断d轴的方向的轴相位偏差δθ。向转子位置推断部1输入由三相/二相转换部17导出的d轴电流id以及q轴电流iq。并且，向转子位置推断部19输入由电压指令值导出部14导出的d轴电压指令值vdc以及q轴电压指令值vqc。转子位置推断部19例如通过扩展感应电压方式来导出轴相位偏差δθ。在该情况下，转子位置推断部19基于d轴电流id和q轴电流iq以及d轴电压指令值vdc和q轴电压指令值vqc来导出轴相位偏差δθ。
31.另外，转子位置推断部19导出转子101的电角速度的推断值ωe。转子位置推断部19例如通过进行比例积分控制以使轴相位偏差δθ成为目标值“0”，来导出电角速度的推断值ωe。转子位置推断部19通过将电角速度的推断值ωe除以马达100的极对数pn，来导出推断转速ωm，该推断转速ωm是转子101的机械角。
32.旋转角获取部18获取转子推断旋转角θe。旋转角获取部18例如通过对由转子位置推断部19导出的电角速度的推断值ωe进行积分，来导出转子推断旋转角θe。
33.接下来，参照图2，对电压指令值导出部14的电路结构进行详细叙述。
34.电压指令值导出部14具有导出d轴电流指令值idc与d轴电流id的偏差亦即d轴电流偏差δid的第一d轴运算器31和导出d轴电流偏差δid与马达100的响应频率ωc的积的第二d轴运算器32。
35.电压指令值导出部14具有输入由第二d轴运算器32导出的导出值(＝δid
·
ωc)的d轴累计器33。在将由后述的第一d轴开关部34选择的值作为d轴选择值inpd的情况下，d轴累计器33导出d轴选择值inpd的前一次值与由第二d轴运算器32导出的导出值的和作为d轴电流积分值id1的最新值。此外，d轴选择值inpd的前一次值是在前一次的控制周期时由第一d轴开关部34选择的d轴选择值inpd。
36.电压指令值导出部14具有第一d轴开关部34和电阻值累计器35，其中，第一d轴开关部34选择d轴电流指令值idc以及d轴电流积分值id1的最新值中的一个值，并输出所选择的值作为d轴选择值inpd，电阻值累计器35导出d轴选择值inpd与马达100的电阻值r的积作为d轴基准电压vdb。电压指令值导出部14具有d轴电感累计器36，该d轴电感累计器36导出第二d轴运算器32的导出值与马达100的d轴电感ld的积作为运算值vde。电压指令值导出部14具有高通滤波器37，该高通滤波器37提取运算值vde的高频分量并输出至第三d轴运算器
39。电压指令值导出部14具有第二d轴开关部38，该第二d轴开关部38选择由高通滤波器37提取的高频分量与运算值vde中的一个值并使该值输出至第三d轴运算器39。而且，第三d轴运算器39导出由第二d轴开关部38选择的值与d轴基准电压vdb的和作为运算值vde2。
37.电压指令值导出部14具有第四d轴运算器40，该第四d轴运算器40导出由后述的q轴侧非干涉f/f部57导出的q轴f/f值vffq与运算值vde2的和作为d轴电压指令值vdc。
38.另外，电压指令值导出部14具有d轴侧非干涉f/f部41，该d轴侧非干涉f/f部41输入由第一d轴开关部34选择的d轴选择值inpd。d轴侧非干涉f/f部41导出d轴选择值inpd、马达100的电角速度度的推断值ωe以及马达100的d轴电感ld的积，作为d轴f/f值vffd。d轴f/f值vffd相当于d轴分量的电压对q轴侧带来影响的分量。因此，d轴f/f值vffd被输入至后述的第五q轴运算器61。
39.电压指令值导出部14具有电源电流运算器51和f/b部52，其中，电源电流运算器51导出电源电流上限值ibtc与电源电流ibt的偏差亦即电源电流偏差δibt，f/b部52实施将电源电流偏差δibt作为输入的反馈控制来导出运算值iq_comp。电压指令值导出部14具有第一q轴运算器53和第二q轴运算器54，其中，第一q轴运算器53导出从q轴电流指令值iqc减去运算值iq_comp所得的值作为修正后q轴电流指令值iqc1，第二q轴运算器54导出修正后q轴电流指令值iqc1与q轴电流iq的偏差亦即q轴电流偏差δiq。
40.电压指令值导出部14具有第三q轴运算器55，该第三q轴运算器55导出q轴电流偏差δiq与响应频率ωc的积。电压指令值导出部14具有q轴累计器56，该q轴累计器56导出对第三q轴运算器55的导出值(＝δiq
·
ωc)进行积分所得的值作为q轴电流积分值iq1。对于q轴累计器56而言，在将由q轴累计器56在前一次的控制周期时导出的q轴电流积分值iq1作为q轴电流积分值iq1的前一次值的情况下，q轴累计器56导出q轴电流积分值iq1的前一次值与第三q轴运算器55的导出值的和作为q轴电流积分值iq1的最新值。
41.电压指令值导出部14具有q轴侧非干涉f/f部57，该q轴侧非干涉f/f部57输入q轴电流积分值iq1的最新值。q轴侧非干涉f/f部57导出q轴电流积分值iq1、电角速度度的推断值ωe以及马达100的q轴电感lq的积，作为q轴f/f值vffq。q轴f/f值vffq相当于q轴分量的电压对d轴侧带来影响的分量。因此，q轴f/f值vffq被输入至第四d轴运算器40。
42.电压指令值导出部14具有电阻值累计器58和q轴电感累计器59，其中，电阻值累计器58导出q轴电流积分值iq1的最新值与电阻值r的积作为q轴基准电压vqb，q轴电感累计器59导出第三q轴运算器55的导出值与q轴电感lq的积作为运算值vqe。电压指令值导出部14具有第四q轴运算器60和第五q轴运算器61，其中，第四q轴运算器60导出q轴基准电压vqb与运算值vqe的和作为运算值vqe2，第五q轴运算器61导出由d轴侧非干涉f/f部41导出的d轴f/f值vffd与运算值vqe2的和。
43.电压指令值导出部14具有q轴开关部62，该q轴开关部62选择由第五q轴运算器61导出的值和马达控制装置10的限制电压vm的平方值与d轴电压指令值vdc的平方值的差的平方根中的一个值。而且，输出由q轴开关部62选择的值作为q轴电压指令值vqc。所谓的限制电压vm，是基于马达电源110的电压的值，且是能够从逆变器16输出的电压。因此，马达100不能进行超过限制电压vm的输出。
44.在本实施方式中，将马达100的驱动控制分为矢量控制和弱磁控制来使用。矢量控制是低速旋转用的驱动控制，弱磁控制是高速旋转用的驱动控制。
45.接下来，参照图2，对矢量控制进行说明。
46.在通过矢量控制使马达100驱动的情况下，第一d轴开关部34选择d轴电流积分值id1。即，在通过矢量控制使马达100驱动的情况下，将对第二d轴运算器32的导出值进行积分所得的值用于各电压指令值vdc、vqc的导出。另外，第二d轴开关部38选择使运算值vde输入至第三d轴运算器39。另外，q轴开关部62选择由第五q轴运算器61导出的值作为q轴电压指令值vqc。也将如图2所示那样在操作了各开关部34、38、62的状态下导出d轴电压指令值vdc以及q轴电压指令值vqc的处理称为“第一处理”。即，在第一处理中，基于d轴电流指令值idc导出d轴电压指令值vdc，基于q轴电流指令值iqc导出q轴电压指令值vqc。
47.接下来，参照图3，对弱磁控制进行说明。
48.在通过弱磁控制使马达100驱动的情况下，第一d轴开关部34选择d轴电流指令值idc。另外，第二d轴开关部38选择使由高通滤波器37从运算值vde提取出的高频变动分量输入至第三d轴运算器39。即，在通过矢量控制使马达100驱动的情况下，运算值vde的高频变动分量用于各电压指令值vdc、vqc的导出。此外，由高通滤波器37提取出的高频变动分量也可以说是d轴电流id的高频变动分量。另外，q轴开关部62选择限制电压vm的平方值与d轴电压指令值vdc的平方值的差的平方根。也将如图3所示那样在操作了各开关部34、38、62的状态下导出d轴电压指令值vdc以及q轴电压指令值vqc的处理称为“第二处理”。即，在第二处理中，基于d轴电流指令值idc和q轴电流指令值iqc导出d轴电压指令值vdc，基于限制电压vm和d轴电压指令值vdc导出q轴电压指令值vqc。更详细而言，在第二处理中，基于d轴电流id的高频变动分量以及q轴电流指令值iqc，导出d轴电压指令值vdc。
49.即使在执行第二处理的情况下，即，即使在通过弱磁控制使马达100驱动的情况下，也通过第五q轴运算器61导出由d轴侧非干涉f/f部41导出的d轴f/f值vffd与运算值vqe2的和。在将该和作为“切换电压值vqc
’”
的情况下，基于d轴电流指令值idc以及q轴电流偏差δiq导出切换电压值vqc’。虽然详细内容后述，但切换电压值vqc’用作从弱磁控制向矢量控制的切换的判断基准。
50.接下来，参照图4，对由马达控制装置10执行的处理例程进行说明。该处理例程按每个规定的控制周期反复执行。
51.在本处理例程中，在步骤s11中，进行是否通过弱磁控制使马达100驱动的判定。在判定为通过弱磁控制使马达100驱动的情况下(s11：“是”)，处理移至下一步骤s12。在步骤s12中，进行第一切换条件是否成立的判定。在本实施方式中，在满足以下的条件式(式1)的情况下，判定为第一切换条件成立。另一方面，在不满足条件式(式1)的情况下，不判定为第一切换条件成立。
52.[式1]
[0053]
vm2≤vdc2+vqc
’2…
(式1)
[0054]
在这里，如图3所示，切换电压值vqc’可以说是为了通过矢量控制实现转矩指令值tr*而导出的q轴电压指令值。因此，在以将d轴分量的电压作为d轴电压指令值vdc并将q轴分量的电压作为切换电压值vqc’的电压矢量作为判定电压矢量的情况下，在判定电压矢量在旋转坐标上指向电压限制圆c1内的点的情况下，即使从弱磁控制切换至矢量控制也能够满足转矩指令值tr*。即，能够判定为能够通过第一处理导出满足转矩指令值tr*的各电压指令值vdc、vqc。另一方面，在判定电压矢量在旋转坐标上指向电压限制圆c1外的点的情况
下，若从弱磁控制切换至矢量控制，则不能满足转矩指令值tr*。此外，若转矩指令值tr*变化，则在旋转坐标中指向判定电压矢量的点、即判定电压矢量的方向、长度变化。所谓的电压限制圆是在旋转坐标上确定的圆，根据马达100的特性而变化。马达100不能输出比电压限制圆靠外的d轴电流id以及q轴电流iq。限制电压vm越大则电压限制圆越大，马达100的转子转速越大则马达100的反电动势越大，因此电压限制圆越小。另外，所谓的满足转矩指令值tr*的各电压指令值vdc、vqc是理论上能够使马达100的转矩成为转矩指令值tr*的d轴电压以及q轴电压。
[0055]
在步骤s12中，在限制电压vm的平方值与d轴电压指令值vdc的平方值的差为切换电压值vqc’的平方值以下的情况下(s12：“否”)，由于未判定为能够通过第一处理导出满足转矩指令值tr*的各电压指令值vdc、vqc，因此不判定为第一切换条件成立，处理移至下一步骤s13。在步骤s13中，继续通过弱磁控制使马达100驱动的状态。然后，暂时结束本处理例程。
[0056]
另一方面，在步骤s12中，在限制电压vm的平方值与d轴电压指令值vdc的平方值的差大于切换电压值vqc’的平方值的情况下(“是”)，由于能够判定为可以通过第一处理导出满足转矩指令值tr*的各电压指令值vdc、vqc，因此判定为第一切换条件成立，处理移至下一步骤s14。在步骤s14中，马达100的驱动控制从弱磁控制切换至矢量控制。即，各电压指令值vdc、vqc的导出处理从第二处理切换至第一处理。然后，暂时结束本处理例程。
[0057]
此外，在将各电压指令值vdc、vqc的导出处理从第二处理切换至第一处理的情况下，第一d轴开关部34选择d轴电流积分值id1。在第一d轴开关部34从选择d轴电流指令值idc的状态切换至选择d轴电流积分值id1的状态之后，d轴电流积分值id1的前一次值为d轴电流指令值idc。即，切换之后的d轴电流积分值id1是d轴电流指令值idc的前一次值与第二d轴运算器32的导出值的和。另外，在切换之后，由于d轴电流偏差δid较小，因此切换之后的第二d轴运算器32的导出值较小。即，切换之后的d轴电流积分值id1与d轴电流指令值idc的前一次值几乎相等。因此，可以说从第二处理切换至第一处理，在第一处理中的各电压指令值vdc、vqc的初次的导出时，根据d轴电流指令值idc的前一次值导出各电压指令值vdc、vqc。
[0058]
另一方面，在步骤s11中，在未判定为通过弱磁控制使马达100驱动的情况下(“否”)，由于通过矢量控制使马达100驱动，因此处理移至下一步骤s15。在步骤s15中，进行第二切换条件是否成立的判定。在本实施方式中，在满足以下的条件式(式2)的情况下，判定为第二切换条件成立。另一方面，在不满足条件式(式2)的情况下，不判定为第二切换条件成立。
[0059]
[式2]
[0060]
vm2≤vdc2+vqc2…
(式2)
[0061]
即，在限制电压vm的平方值与d轴电压指令值vdc的平方值的差大于q轴电压指令值vqc的平方值的情况下(s15：“否”)，不判定为第二切换条件成立，因此处理移至下一步骤s16。在步骤s16中，实施基于矢量控制的马达100的驱动控制。然后，本处理例程暂时结束。
[0062]
另一方面，在步骤s15中，在限制电压vm的平方值与d轴电压指令值vdc的平方值的差为切换电压值vqc’的平方值以下的情况下(“是”)，判定为第二切换条件成立，因此处理移至下一步骤s17。在步骤s17中，马达100的驱动控制从矢量控制切换至弱磁控制。然后，暂
时结束本处理例程。
[0063]
接下来，参照图5以及图6，对本实施方式的作用以及效果进行说明。
[0064]
在通过弱磁控制来驱动马达100的情况下，通过第二处理导出d轴电压指令值vdc以及q轴电压指令值vqc。在第二处理中，基于d轴电流指令值idc以及q轴电流指令值iqc，导出d轴电压指令值vdc。另外，导出限制电压vm的平方值与d轴电压指令值vdc的平方值的差的平方根作为q轴电压指令值vqc。然后，基于这样导出的各电压指令值vdc、vqc来操作逆变器16，从而马达100驱动。在像这样通过弱磁控制而马达100驱动的情况下，导出切换电压值vqc’。
[0065]
在这里，在以将d轴分量的电压作为d轴电压指令值vdc并将q轴分量的电压作为切换电压值vqc’时的电压矢量作为判定电压矢量的情况下，判定电压矢量在图5所示的旋转坐标上指向最大转矩曲线ltrmax与转矩指令值tr*的等转矩线l1的交点p1。d轴电流指令值idc是基于转矩指令值tr*的值，基于d轴电流指令值idc导出切换电压值vqc’。即，若转矩指令值tr*较小，则切换电压值vqc’也较低。因此，根据转矩指令值tr*，如图5所示，判定电压矢量所指向的点亦即交点p1配置于电压限制圆c1外，或如图6所示，交点p1配置于电压限制圆c1内。在如图5所示，上述交点p1位于电压限制圆c1外的情况下，限制电压vm的平方值与d轴电压指令值vdc的平方值的差为切换电压值vqc’的平方值以下。因此，马达100的驱动控制不从弱磁控制切换至矢量控制。
[0066]
然而，若转矩指令值tr*变小，则如图6中虚线箭头所示，在旋转坐标上，转矩指令值tr*的等转矩线l1位移。而且，如图6所示，若上述交点p1位于电压限制圆c1内，则与d轴电压指令值vdc的平方值的差大于切换电压值vqc’的平方值。在该情况下，通过基于由第一处理导出的各电压指令值vdc、vqc使马达100驱动，理论上能够使马达100的转矩成为转矩指令值tr*。因此，马达100的驱动控制从弱磁控制切换至矢量控制。
[0067]
在这里，考虑在从弱磁控制向矢量控制的切换判定中不使用切换电压值vqc’而使用q轴电压指令值vqc的比较例。在该比较例中执行的第二处理中，由第一d轴开关部34选择d轴电流积分值id1。于是，与在切换判定中使用切换电压值vqc’的本实施方式的情况相比，d轴电流积分值id1的前一次值为较大的值。这是因为由于在弱磁控制中d轴电流id较大而从d轴电流指令值idc偏离，因此d轴电流偏差δid为较大的值，而第二d轴运算器32的导出值成为较大的值。由此，d轴电流积分值id1成为较大的值，基于其前一次值更新d轴电流积分值id1。然后，由于d轴电流积分值id1为较大的值，因此d轴f/f值vffd增大。其结果是，q轴电压指令值vqc成为较大的值。同样地，由于d轴电流积分值id1为较大的值，因此d轴基准电压vdb增大。于是，由于运算值vde2较大，因此d轴电压指令值vdc也为较大的值。其结果是，d轴电压指令值vdc的平方与q轴电压指令值vqc的平方的和始终大于限制电压vm的平方的关系成立。在该情况下，上述步骤s12的判定不为“是”，继续弱磁控制。
[0068]
与此相对，在本实施方式中执行的第二处理中，第一d轴开关部34选择d轴电流指令值idc。由此，能够不将受d轴电流id影响的q轴电压指令值vqc，而将不受d轴电流id影响的切换电压值vqc’用于切换判定。由于切换电压值vqc’是根据基于转矩电流映射12map的d轴电流指令值idc运算的，因此不会成为如在比较例中导出的q轴电压指令值vqc那样较大的值。相同地，在本实施方式中执行的第二处理中，d轴电压指令值vdc也由于是根据d轴电流指令值idc运算的，因此不会成为如在比较例中导出的d轴电压指令值vdc那样较大的值。
因此，若d轴电流指令值idc减小，则d轴电压指令值vdc的平方与q轴电压指令值vqc的平方的和变得小于限制电压vm的平方。因此，能够将马达100的驱动控制从弱磁控制切换至矢量控制。
[0069]
在通过矢量控制驱动马达100的情况下，通过第一处理导出d轴电压指令值vdc以及q轴电压指令值vqc。在第一处理中，基于d轴电流偏差δid以及q轴电流偏差δiq，导出d轴电压指令值vdc以及q轴电压指令值vqc。然后，基于这样导出的各电压指令值vdc、vqc操作逆变器16，从而马达100驱动。
[0070]
在通过矢量控制驱动马达100的情况下，若转矩指令值tr*增大，则从限制电压vm的平方值与d轴电压指令值vdc的平方值的差大于q轴电压指令值vqc的平方值的状态转移至该差为q轴电压指令值vqc的平方值以下的状态。若状态像这样转移，则马达100的驱动控制从矢量控制切换至弱磁控制。
[0071]
此外，在本实施方式中，能够进一步得到以下所示的效果。
[0072]
(1)在通过弱磁控制使马达100驱动的情况下，若马达100的转子转速增高，则存在q轴电流iq相对于修正后q轴电流指令值iqc1共振的担忧。因此，在本实施方式中，在通过弱磁控制使马达100驱动的情况下，使用运算值vde的高频分量来导出d轴电压指令值vdc。运算值vde的高频分量是d轴电流id的高频的振动分量。通过基于这样的d轴电压指令值vdc和根据限制电压vm求出的q轴电压指令值vqc使马达100驱动，能够消除q轴电流iq相对于修正后q轴电流指令值iqc1的共振。其结果是，能够提高通过弱磁控制使马达100高速旋转时的控制性。
[0073]
(2)在将马达100的驱动控制从弱磁控制切换至矢量控制时，若各电压指令值vdc、vqc较大地变化，则存在伴随着驱动控制的切换而马达100的旋转产生变动的担忧。对于这一点，在本实施方式中，在将各电压指令值vdc、vqc从第二处理切换至第一处理的情况下，在导出最初的d轴电压指令值vdc以及q轴电压指令值vqc时，使用d轴电流指令值idc的前一次值来导出d轴电压指令值vdc以及q轴电压指令值vqc。由此，能够抑制切换驱动控制时的d轴电压指令值vdc以及q轴电压指令值vqc的骤变，进而能够抑制伴随着切换驱动控制的马达100的旋转速度的变动。
[0074]
(3)如上所述，转矩电流映射12map是允许比电源电流上限值ibtc大的电流从马达电源110流动到马达控制装置10而创建的映射。另一方面，基于通过电源电流上限值ibtc与电源电流ibt的反馈控制导出的运算值iq_comp，导出各电压指令值vdc、vqc。由此，能够使用如上述那样的映射12map导出各电流指令值idc、iqc，并且也抑制电源电流ibt高于电源电流上限值ibtc的状态持续的情况。
[0075]
此外，电源电流上限值ibtc是根据马达100的设计上的基本性能确定的值。但是，在马达100的制造的关系上，无法避免马达100的性能产生偏差。即，也可能由马达控制装置10控制与设计上的基本性能不同的性能的马达100。在本实施方式中，即使在控制这样的马达100的情况下，在驱动马达100时，也能够使实际的电源电流ibt上升到电源电流上限值ibtc。也就是说，即使作为马达控制装置10的控制对象的马达100的性能存在偏差，也能够最大限度地利用能够从马达电源110供给的电力来使马达100驱动。
[0076]
(4)另外，创建转矩电流映射12map，使得用使用转矩电流映射12map导出的d轴分量的电流和q轴分量的电流表示的电流矢量在旋转坐标上指向最大转矩曲线ltrmax上的
点。因此，能够最大限度高效地利用电能并使马达100驱动。
[0077]
(5)在本实施方式中，在第二处理中进行将电源电流上限值ibtc与电源电流ibt的偏差亦即电源电流偏差δibt作为输入的反馈控制。在第一处理中，也能够进行将电源电流偏差δibt作为输入的反馈控制，但不仅对q轴电流指令值iqc进行反馈控制，还需要对d轴电流指令值idc进行反馈控制。相对的，在第二处理中，基于d轴电压指令值vdc和限制电压vm导出q轴电压指令值vqc，该d轴电压指令值vdc是基于通过反馈控制得到的修正后q轴电流指令值iqc1导出的。因此，导出修正后q轴电流指令值iqc1以满足电源电流上限值ibtc，关于d轴电流id，由于流动从电源电流上限值ibtc减去q轴电流iq所得的值，因此d轴电流id不依赖于d轴电流指令值idc。因此，当在第二处理中进行将电源电流上限值ibtc与电源电流ibt的偏差作为输入的反馈控制的情况下，不需要对d轴电流指令值idc进行将电源电流上限值ibtc与电源电流ibt的偏差作为输入的反馈控制，相应地能够使结构简单。
[0078]
此外，在本实施方式中，当在第一处理中为超过电源电流上限值ibtc的指令的情况下，由于步骤s15的判定为“是”，因此移至第二处理。然后，在第二处理中，由于进行将电源电流上限值ibtc与电源电流ibt的偏差作为输入的反馈控制，因此电源电流ibt不会超过电源电流上限值ibtc。
[0079]
本实施方式能够如以下那样变更并实施。本实施方式以及以下的变更例能够在技术上不矛盾的范围内相互组合并实施。
[0080]
·
也可以将转矩电流映射12map作成表示允许高于电源电流上限值ibtc那样的电流不从马达电源110流动到马达控制装置10的情况下的、马达100的转矩tr与d轴分量的电流以及q轴分量的电流的关系的映射。在该情况下，也可以省略通过由电源电流上限值ibtc与电源电流ibt的反馈控制导出的运算值iq_comp来对q轴电流指令值iqc进行修正的处理。
[0081]
·
转矩电流映射12map也可以被创建为用使用该映射12map导出的d轴分量的电流和q轴分量的电流表示的电流矢量指向与最大转矩曲线ltrmax不同的转矩曲线上的点。例如，在旋转坐标上，在将连接恒流圆与恒定转矩曲线的接点而成的转矩曲线作为规定转矩曲线的情况下，转矩电流映射12map也可以被创建为用使用该映射12map导出的d轴分量的电流和q轴分量的电流表示的电流矢量指向规定转矩曲线上的点，其中，上述恒流圆表示在各电流中可以从马达100输出的最大转矩减去规定值所得的值。
[0082]
·
若在第二处理中使用运算值vde的高频分量导出d轴电压指令值vdc，则在导出各电流指令值idc、iqc时也可以不使用转矩电流映射12map。
[0083]
·
在从弱磁控制切换至矢量控制的情况下，在最初通过第一处理导出各电压指令值vdc、vqc时，也可以不使用d轴电流指令值idc的前一次值地导出各电压指令值vdc、vqc。
[0084]
·
当在第二处理中导出d轴电压指令值vdc的情况下，也可以不使用运算值vde的高频分量。在该情况下，也可以不使用d轴电流指令值idc，而使用q轴电流指令值iqc来求出d轴电压指令值vdc。
[0085]
·
在第一处理中，若使用d轴电流指令值idc来导出d轴电压指令值vdc，则在导出d轴电压指令值vdc时也可以不使用q轴电流指令值iqc。例如，也可以不将由q轴侧非干涉f/f部57导出的q轴f/f值vffq用于导出d轴电压指令值vdc。
[0086]
·
在第一处理中，若使用q轴电流指令值iqc导出q轴电压指令值vqc，则在导出q轴电压指令值vqc时也可以不使用d轴电流指令值idc。例如，也可以不将由d轴侧非干涉f/f部
41导出的d轴f/f值vffd用于导出q轴电压指令值vqc。
[0087]
·
也可以将q轴作为第一轴，将d轴作为第二轴，来导出各电压指令值vqc、vdc，并基于该各电压指令值vqc、vdc来操作逆变器16而使马达100驱动。
[0088]
·
马达控制装置10为以下(a)～(c)中的任意一个结构即可。
[0089]
(a)马达控制装置10具备根据计算机程序执行各种处理的一个以上的处理器。处理器包含cpu以及ram和rom等存储器。存储器储存有构成为使cpu执行处理的程序代码或者指令。存储器、即计算机可读介质包含能够通过通用或专用的计算机访问的所有可利用的介质。
[0090]
(b)马达控制装置10具备执行各种处理的一个以上的专用的硬件电路。作为专用的硬件电路，例如能够举出专用集成电路即asic(application specific integrated circuit)或者fpga(field programmable gate array：现场可编程门阵列)。
[0091]
(c)马达控制装置10具备根据计算机程序执行各种处理的一部分的处理器和执行各种处理中的剩余的处理的专用的硬件电路。
[0092]
接下来，记载能够根据上述各实施方式以及变更例掌握的技术思想。
[0093]
(
イ
)一种马达控制装置，是导出矢量控制的旋转坐标中的第一电压指令值和第二电压指令值，并基于上述第一电压指令值和上述第二电压指令值来使作为同步马达的马达驱动，其中，上述第一电压指令值是第一轴分量的电压的指令值，上述第二电压指令值是与上述第一轴正交的第二轴分量的电压的指令值，该马达控制装置具备：
[0094]
电流指令值导出部，导出与转矩指令值相应的上述第一轴分量的电流作为第一电流指令值，导出与上述转矩指令值相应的上述第二轴分量的电流作为第二电流指令值，其中，上述转矩指令值是上述马达的转矩的指令值；以及
[0095]
电压指令值导出部，基于上述第一轴分量的电流的高频变动分量以及上述第二电流指令值导出上述第一电压指令值，并基于上述马达控制电路的限制电压和上述第一电压指令值导出上述第二电压指令值。
[0096]
在通过弱磁控制使马达驱动的情况下，若马达的旋转速度升高，则存在第二轴分量的电流相对于第二电流指令值共振的情况。在该情况下，由该共振引起的高频的振动分量重叠于对每个规定的控制周期导出的第二轴分量的电流。因此，在通过弱磁控制使马达驱动时的控制性上存在改善的余地。
[0097]
根据上述结构，在通过弱磁控制使马达驱动的情况下，使用第一轴分量的电流的高频变动分量导出第一电压指令值。第一轴分量的电流的高频变动分量是重叠于第一电流指令值的高频的振动分量。因此，通过基于像这样导出的第一电压指令值使马达驱动，能够消除第二轴分量的电流相对于第二电流指令值的共振。这是因为第二轴分量的电流的高频振动分量被第一轴分量的电流的高频振动抵消。其结果是，能够提高通过弱磁控制使马达驱动时的控制性。
技术特征：1.一种马达控制装置，导出矢量控制的旋转坐标中的第一电压指令值和第二电压指令值，并基于上述第一电压指令值和上述第二电压指令值来使作为同步马达的马达驱动，其中，上述第一电压指令值是第一轴分量的电压的指令值，上述第二电压指令值是与上述第一轴正交的第二轴分量的电压的指令值，上述马达控制装置具备：电流指令值导出部，基于转矩电流映射，导出与上述马达的转矩的指令值亦即转矩指令值相应的上述第一轴分量的电流作为第一电流指令值，导出与上述转矩指令值相应的上述第二轴分量的电流作为第二电流指令值，其中，上述转矩电流映射表示上述马达的转矩与上述第一轴分量的电流以及上述第二轴分量的电流的关系；以及电压指令值导出部，能够执行第一处理和第二处理，其中，在上述第一处理中，基于上述第一电流指令值导出上述第一电压指令值，基于上述第二电流指令值导出上述第二电压指令值，在上述第二处理中，基于上述第二电流指令值导出上述第一电压指令值，基于上述马达控制装置的限制电压和上述第一电压指令值导出上述第二电压指令值，在基于通过上述第二处理导出的上述各电压指令值驱动上述马达的情况下，在判定为能够通过上述第一处理导出满足上述转矩指令值的上述各电压指令值时，上述电压指令值导出部将导出上述各电压指令值的处理从上述第二处理切换至上述第一处理。2.根据权利要求1所述的马达控制装置，其中，在上述第二处理中，上述电压指令值导出部基于上述第一轴分量的电流的高频变动分量以及上述第二电流指令值，导出上述第一电压指令值。3.根据权利要求1或2所述的马达控制装置，其中，在将上述各电压指令值的导出处理从上述第二处理切换至上述第一处理的情况下，在上述第一处理中初次导出上述各电压指令值时，上述电压指令值导出部根据上述第一电流指令值的前一次值来导出上述各电压指令值。4.根据权利要求1～3中任一项所述的马达控制装置，其中，在将从马达电源流向上述马达控制装置的电流作为电源电流，并将上述电源电流的上限值作为电源电流上限值的情况下，上述转矩电流映射是表示允许比上述电流上限值大的电流从上述马达电源流动到上述马达控制装置的情况下的上述马达的转矩与上述第一轴分量的电流以及上述第二轴分量的电流的关系的映射，在上述第二处理中，上述电压指令值导出部基于通过将上述电源电流上限值与上述电源电流的偏差作为输入的反馈控制导出的运算值，来导出上述第一电压指令值。
技术总结本发明的马达控制装置(10)的电流指令值导出部(13)基于转矩电流映射(12map)和转矩指令值，来导出d轴电流指令值以及q轴电流指令值。电压指令值导出部(14)能够执行第一处理和第二处理，其中，在第一处理中，基于d轴电流指令值导出d轴电压指令值，基于q轴电流指令值导出q轴电压指令值，在第二处理中，基于q轴电流指令值导出d轴电压指令值，基于限制电压和d轴电压指令值导出q轴电压指令值。在通过弱磁控制驱动马达(100)的情况下，在判定为能够通过第一处理导出满足转矩指令值的各电压指令值时，电压指令值导出部(14)从第二处理切换至第一处理。一处理。一处理。
技术研发人员：堀江勇冶 高桥友哉
受保护的技术使用者：株式会社爱德克斯
技术研发日：2021.03.08
技术公布日：2022/11/1
