电动机控制装置以及搭载了该电动机控制装置的电动助力转向装置制造方法及图纸

本发明专利技术提供一种基于矢量控制方式的电动机控制装置，其以不需要调节操作的方式对逆变器的死区时间进行补偿，改善电流波形的失真，提高电流控制的响应性，抑制声音、振动和扭矩脉动。本发明专利技术的基于矢量控制方式的电动机控制装置运算出q轴的控制辅助指令值，基于控制辅助指令值来运算出dq轴电流指令值，将dq轴电流指令值变换成3个相的占空比指令值，通过PWM控制的逆变器对三相无刷电动机进行驱动控制，其基于电动机旋转角来运算出3相死区时间基准补偿值，通过对3相死区时间基准补偿值进行温度补正来求得3相死区时间补偿值，通过使“经dq轴空间矢量调制后得到”的3相电压指令值与3相死区时间补偿值相加来进行逆变器的死区时间补偿。

Motor control device and electric power steering device equipped with the motor control device

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】电动机控制装置以及搭载了该电动机控制装置的电动助力转向装置
本专利技术涉及一种电动机控制装置以及搭载了该电动机控制装置的电动助力转向装置，该电动机控制装置通过dq轴旋转坐标系对三相无刷电动机的驱动进行矢量控制，并且，基于电动机旋转角(电角度)的函数或表并且根据“搭载了功率器件”的控制部(逆变器或其附近)的温度来对逆变器的死区时间进行补偿，这样就能够实现“平稳并且没有转向音”的控制。
技术介绍
作为“搭载了电动机控制装置”的装置，除了“利用电动机的旋转力对车辆的转向机构施加转向辅助力(辅助力)”的电动助力转向装置(EPS)之外，还有电动汽车、机床等。电动助力转向装置将作为致动器的电动机的驱动力经由减速装置由诸如齿轮或皮带之类的传送机构，向转向轴或齿条轴施加转向辅助力。为了准确地产生转向辅助力的扭矩，这样的现有的电动助力转向装置进行电动机电流的反馈控制。反馈控制通过调整电动机外加电压，以便使转向辅助指令值(电流指令值)与电动机电流检测值之间的差变小，一般来说，通过调整PWM(脉冲宽度调制)控制的占空比(dutyratio)来进行电动机外加电压的调整。参照图1对电动助力转向装置的一般结构进行说明。如图1所示，转向盘(方向盘)1的柱轴(转向轴或方向盘轴)2经过减速齿轮3、万向节4a和4b、齿轮齿条机构5、转向横拉杆6a和6b，再通过轮毂单元7a和7b，与转向车轮8L和8R相连接。另外，在柱轴2上设有用于检测出转向盘1的转向角θ的转向角传感器14和用于检测出转向盘1的转向扭矩Th的扭矩传感器10，用于对转向盘1的转向力进行辅助的电动机20通过减速齿轮3与柱轴2相连接。电池13对用于控制电动助力转向装置的控制单元(ECU)30进行供电，并且，经过点火开关11，点火信号被输入到控制单元30中。控制单元30基于由扭矩传感器10检测出的转向扭矩Th和由车速传感器12检测出的车速Vs，进行辅助(转向辅助)指令的电流指令值的运算，由通过对运算出的电流指令值实施补偿等而得到的电压控制指令值Vref来控制供应给电动机20的电流。此外，转向角传感器14并不是必须的，也可以不设置转向角传感器14，还有，也可以从与电动机20相连接的诸如分解器之类的旋转传感器处获得转向角(电动机旋转角)θ。另外，用于收发车辆的各种信息的CAN(ControllerAreaNetwork，控制器局域网络)40被连接到控制单元30，车速Vs也能够从CAN40处获得。此外，用于收发CAN40以外的通信、模拟/数字信号、电波等的非CAN41也可以被连接到控制单元30。在这样的电动助力转向装置中，控制单元30主要由CPU(CentralProcessingUnit，中央处理单元)(也包含MPU(MicroProcessorUnit，微处理器单元)、MCU(MicroControllerUnit，微控制器单元)等)来构成，该CPU内部由程序执行的一般功能例如，如图2的结构所示那样。参照图2对控制单元30的功能以及动作进行说明。如图2所示，来自扭矩传感器10的转向扭矩Th和来自车速传感器12的车速Vs被输入到转向辅助指令值运算单元31中。转向辅助指令值运算单元31基于转向扭矩Th和车速Vs并利用辅助图(assistmap)等来运算出转向辅助指令值Iref1。运算出的转向辅助指令值Iref1在加法单元32A与来自用于改善特性的补偿单元34的补偿信号CM相加，相加后得到的转向辅助指令值Iref2在电流限制单元33中被限制了最大值，被限制了最大值的电流指令值Irefm被输入到减法单元32B中以便在减法单元32B中对其和电动机电流检测值Im进行减法运算。PI控制单元35对作为在减法单元32B中得到的减法结果的偏差ΔI(＝Irefm－Im)进行诸如PI(比例积分)之类的电流控制，经过电流控制后得到的电压控制指令值Vref与调制信号(三角波载波)CF一起被输入到PWM控制单元36中以便运算出占空比指令值，通过已经运算出占空比指令值的PWM信号并且经过逆变器37来对电动机20进行PWM驱动。电动机电流检测器38检测出电动机20的电动机电流值Im，由电动机电流检测器38检测出的电动机电流值Im被反馈输入到减法单元32B中。另外，补偿单元34先在加法单元344将检测出或估计出的自对准扭矩(SAT)343与惯性补偿值342相加，然后在加法单元345将在加法单元344中得到的加法结果与收敛性控制值341相加，最后将在加法单元345中得到的加法结果作为补偿信号CM输入到加法单元32A以便实施特性改善。近年来，作为电动助力转向装置的致动器，三相无刷电动机已经成为了主流，并且，因为电动助力转向装置为车载产品，所以其工作温度范围很广，从故障安全的角度来看，与以家用电器产品为代表的一般工业用逆变器相比，用于驱动电动助力转向装置中的电动机的逆变器需要较长的死区时间(即，一般工业用设备用逆变器的死区时间＜EPS用逆变器的死区时间)。一般来说，因为当关断(OFF)开关元件(例如，FET(Field-EffectTransistor，场效应晶体管))的时候，存在延迟时间，所以如果同时进行上下桥臂的开关元件的关断/导通(OFF/ON)切换的话，则会发生直流链路短路的状况，为了防止发生这种状况，设置上下桥臂的双方的开关元件处于关断(OFF)状态的时间(死区时间)。其结果为，电流波形失真，并且，电流控制的响应性和转向感发生恶化。例如，当转向盘处于在中心(on-center)附近的状态并且缓慢地进行转向的时候，会产生起因于扭矩脉动等的不连续的转向感等。还有，因为在中、高速转向时所发生的电动机的反电动势和绕组之间的干扰电压会作为外部干扰而作用于电流控制，所以会使转向追随性和反向转向时的转向感变差。“独立地设定作为三相无刷电动机的转子的坐标轴的用来控制扭矩的q轴和用来控制磁场强度的d轴，因为各个轴存在90°的关系，所以通过该矢量对相当于各个轴的电流(d轴电流指令值以及q轴电流指令值)进行控制”的矢量控制方式是已知的。图3示出了“通过矢量控制方式对三相无刷电动机100进行驱动控制的场合”的结构示例。如图3所示，基于转向扭矩Th、车速Vs等来运算出两个轴(dq轴坐标系)的转向辅助指令值(Iref2(idref以及iqref))(控制辅助指令值)，被限制了最大值的两个轴的d轴电流指令值id*以及q轴电流指令值iq*分别被输入到减法单元131d以及减法单元131q中，由减法单元131d以及减法单元131q求出的电流偏差Δid*以及电流偏差Δiq*分别被输入到PI控制单元120d以及PI控制单元120q中。在PI控制单元120d以及PI控制单元120q中经过PI控制后得到的电压指令值vd以及电压指令值vq分别被输入到减法单元121d以及减法单元121q中，由减法单元121d以及减法单元121q求出的电压偏差Δvd以及电压偏差Δvq被输入到dq轴/3相交流变换单元150中。在dq轴/3相交流变换单元150中被变换成3个相的电压指令值Vu*、Vv*以及Vw*被输入到PWM控制单元160中,本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于矢量控制方式的电动机控制装置，其运算出dq轴的控制辅助指令值，基于所述控制辅助指令值来运算出dq轴电流指令值，将所述dq轴电流指令值变换成3个相的占空比指令值，通过PWM控制的逆变器对三相无刷电动机进行驱动控制，其特征在于：/n基于电动机旋转角来运算出3相死区时间基准补偿值，通过对所述3相死区时间基准补偿值进行温度补正来求得3相死区时间补偿值，通过使“经dq轴空间矢量调制后得到”的3相电压指令值与所述3相死区时间补偿值相加来进行所述逆变器的死区时间补偿。/n

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】20170616 JP 2017-118864;20180109 JP 2018-001463;201.一种基于矢量控制方式的电动机控制装置，其运算出dq轴的控制辅助指令值，基于所述控制辅助指令值来运算出dq轴电流指令值，将所述dq轴电流指令值变换成3个相的占空比指令值，通过PWM控制的逆变器对三相无刷电动机进行驱动控制，其特征在于：
基于电动机旋转角来运算出3相死区时间基准补偿值，通过对所述3相死区时间基准补偿值进行温度补正来求得3相死区时间补偿值，通过使“经dq轴空间矢量调制后得到”的3相电压指令值与所述3相死区时间补偿值相加来进行所述逆变器的死区时间补偿。


2.根据权利要求1所述的电动机控制装置，其特征在于：
具有“基于所述控制辅助指令值来调整所述3相死区时间补偿值”的功能。


3.一种基于矢量控制方式的电动机控制装置，其运算出dq轴的控制辅助指令值，基于所述控制辅助指令值来运算出dq轴电流指令值，将所述dq轴电流指令值变换成3个相的占空比指令值，通过“由场效应晶体管的电桥电路来构成”的PWM控制的逆变器对三相无刷电动机进行驱动控制，其特征在于：
具备空间矢量调制单元、角度－死区时间补偿值函数单元、逆变器外加电压感应增益单元、温度检测单元、温度系数运算单元、电流指令值感应增益运算单元和死区时间补偿值输出单元，
所述空间矢量调制单元通过对所述dq轴电流指令值进行空间矢量调制，来获得3相电压指令值，
所述角度－死区时间补偿值函数单元基于电动机旋转角来运算出3相死区时间基准补偿值，
所述逆变器外加电压感应增益单元基于逆变器外加电压来运算出电压感应增益，
所述温度检测单元检测出或估计出包括所述逆变器在内的控制部的温度，
所述温度系数运算单元输出“与所述温度相对应”的温度系数，
所述电流指令值感应增益运算单元运算出“根据所述控制辅助指令值来改变3相死区时间补偿值的补偿量”的电流指令值感应增益，
所述死区时间补偿值输出单元通过使“所述温度系数与所述电压感应增益相乘后获得”的电压系数与所述3相死区时间基准补偿值相乘后，再使该乘法结果与所述电流指令值感应增益相乘，来输出所述3相死区时间补偿值，
所述电动机控制装置通过使所述3相电压指令值与所述3相死区时间补偿值相加来进行所述逆变器的死区时间补偿。


4.根据权利要求3所述的电动机控制装置，其特征在于：
所述温度系数运算单元通过测定出“在补偿量设定温度、性能保证温度上限以及性能保证温度下限这三个温度点所需要”的所述补偿量，将所述补偿量设定温度的值设定为基准，分别运算出“所述性能保证温度上限的值与所述基准之比”以及“所述性能保证温度下限的值与所述基准之比”，来运算出所述温度系数。


5.根据权利要求4所述的电动机控制装置，其特征在于：
针对所述性能保证温度上限以及所述性能保证温度下限，分别设定限制值。


6.根据权利要求4或5所述的电动机控制装置，其特征在于：
通过线性插值运算或者“针对所述温度的数据表”来生成所述三个温度点之间的比率。


7.根据权利要求3至6中任意一项所述的电动机控制装置，其特征在于：
所述死区时间补偿值输出单元由乘法单元和补偿值调整单元来构成，
所述乘法单元使所述电压系数与所述3相死区时间基准补偿值相乘，
所述补偿值调整单元通过使所述乘法单元的3相输出与所述电流指令值感应增益相乘，来输出所述3相死区时间补偿值。


8.一种基于矢量控制方式的电动机控制装置，其运算出dq轴的控制辅助指令值，基于所述控制辅助指令值来运算出dq轴电压指令值，将所述dq轴电压指令值变换成3个相的占空比指令值，通过“由场效应晶体管的电桥电路来构成”的PWM控制的逆变器对三相无刷电动机进行驱动控制，其特征在于：
具备角度－死区时间补偿值函数单元、逆变器外加电压感应增益运算单元、温度检测单元、温度系数运算单元和死区时间补偿值输出单元，
所述角度－死区时间补偿值函数单元基于电动...

【专利技术属性】
技术研发人员：高濑博明，皆木亮，泽田英树，菅原孝义，
申请(专利权)人：日本精工株式会社，
类型：发明
国别省市：日本;JP