Устройство управления и способ управления электрической вращающейся машиной

Устройство управления и способ управления электрической вращающейся машиной

Иллюстрации

Показать все

Реферат

Область техники

Настоящее изобретение относится к устройству управления и способу управления для электрической вращающейся машины, например, асинхронной машины или синхронной машины, которые допускают получение информации положения ротора без использования датчика положения вращения и выполнение управления возбуждением для электрической вращающейся машины.

Предшествующий уровень техники

Чтобы точно управлять операцией вращения электрической вращающейся машины, требуется информация положения ротора электрической вращающейся машины и информация о токе, протекающем в электрической вращающейся машине. Здесь, традиционно, информация положения ротора получается посредством дополнительного присоединения датчика положения вращения к электрической вращающейся машине. Тем не менее дополнительное обеспечение датчиком положения вращения имеет значительный недостаток с точки зрения снижения стоимости, уменьшения пространства, увеличения надежности. Следовательно, требуется переход с типа управления с использованием датчика положения вращения на тип управления без датчика.

Примеры способов управления для перевода электрической вращающейся машины типа с использованием датчика положения вращения на тип без датчика включают в себя способ оценки положения ротора электрической вращающейся машины, главным образом по индуктивному напряжению электрической вращающейся машины, и способ оценки положения ротора электрической вращающейся машины посредством использования характерного признака.

Индуктивное напряжение, которое используется в первом способе, имеет такую характеристику, что его абсолютная величина является пропорциональной скорости электрической вращающейся машины. Следовательно, на нулевой скорости или низкой скорости индуктивное напряжение снижается, и отношение "сигнал-шум" ухудшается. Как результат, становится трудным точно оценивать положение ротора электрической вращающейся машины.

С другой стороны, во втором способе, который использует особенность, чтобы определять характерный признак (зависимость положения от индуктивности) электрической вращающейся машины, высокочастотное напряжение, имеющее частоту, отличающуюся от частоты возбуждения электрической вращающейся машины, прикладывается к электрической вращающейся машине, определяется высокочастотный ток, протекающий в электрической вращающейся машине наряду с приложением высокочастотного напряжения, и положение электрической вращающейся машины оценивается посредством использования того факта, что абсолютная величина высокочастотного тока варьируется в зависимости от положения электрической вращающейся машины вследствие характерного признака электрической вращающейся машины.

Таким образом, способ с использованием характерного признака имеет преимущество в том, что положение ротора электрической вращающейся машины может быть оценено независимо от скорости электрической вращающейся машины, хотя сигнал оценки положения для оценки положения ротора электрической вращающейся машины должен вводиться в электрическую вращающуюся машину. Следовательно, в особенности, на нулевой скорости или низкой скорости используется способ управления положением без датчика с использованием характерного признака.

Традиционно, например, технологии, раскрытые в непатентном документе 1 (K. Ide, "Saliency-based Sensorless Drive of Adequate Designed IPM Motor for Robot Vehicle Application", PCC-Nagoya, 2007, стр.1126-1133) и патентном документе 1 (Выложенная патентная публикация (Япония) номер 2004-343833) предложены в качестве способов оценки положения ротора электрической вращающейся машины посредством использования характерного признака.

Таким образом, традиционный способ оценки положения, раскрытый в непатентном документе 1, оценивает положение посредством приложения высокочастотного напряжения по оси Y, которая является данной осью управления. Таким образом, ток, протекающий в электрической вращающейся машине вследствие приложения высокочастотного напряжения по оси Y, причем этот ток имеет частотную составляющую, идентичную частотной составляющей высокочастотного напряжения, преобразуется в ток idm на dm-оси, которая запаздывает на 45 градусов от оси Y, и ток iqm на qm-оси, которая опережает на 45 градусов ось Y. Затем абсолютные величины Idm и Iqm токов idm и iqm вычисляются посредством использования преобразования Фурье, и пропорционально-интегральное регулирование (PI-регулирование) выполняется так, что абсолютные величины Idm и Iqm становятся равными друг другу, посредством чего косвенно оценивается положение электрической вращающейся машины.

Между тем в традиционной технологии, раскрытой в патентном документе 1, чтобы уменьшать шум, вызываемый посредством напряжения или тока, имеющего частоту, превышающую основную частоту, прикладываемого к электрической вращающейся машине для оценки положения электрической вращающейся машины, частота напряжения или тока, прикладываемого к электрической вращающейся машине, причем эта частота превышает основную частоту, задается произвольной.

Краткое изложение существа изобретения

В традиционной технологии, раскрытой в непатентном документе 1, преобразование Фурье используется для вычисления абсолютных величин токов idm и iqm. В преобразовании Фурье должны быть подготовлены синусоидальная функция sin ωht и косинусоидальная функция cos ωht, имеющие угловую частоту ωh, идентичную угловой частоте высокочастотного напряжения, приложенного по оси Y. Следовательно, необходимы дополнительное вычисление посредством микрокомпьютера (в дальнейшем в этом документе, называемого микрокомпьютером) и дополнительное запоминающее устройство микрокомпьютера для подготовки функций sin ωht и cos ωht. В некоторых случаях это приводит к увеличению стоимости микрокомпьютера, что является нежелательным для создания продуктов.

Между тем в традиционной технологии, раскрытой в патентном документе 1, чтобы уменьшать шум, вызываемый напряжением или током, имеющим частоту, превышающую основную частоту, прикладываемую к электрической вращающейся машине для оценки положения электрической вращающейся машины, частота напряжения или тока, прикладываемого к электрической вращающейся машине, причем эта частота превышает основную частоту, задается произвольной. Тем не менее конкретный способ оценки положения не раскрывается.

Здесь допускается использование, в технологии патентного документа 1, известной технологии, в которой: определяются высокочастотный ток или высокочастотное напряжение, полученные посредством приложения напряжения или тока, имеющего частоту, превышающую основную частоту, к электрической вращающейся машине; и положение электрической вращающейся машины оценивается посредством использования того факта, что абсолютные величины (амплитуды) высокочастотного тока и высокочастотного напряжения зависят от положения электрической вращающейся машины. Обычно при вычислении абсолютной величины высокочастотного тока или высокочастотного напряжения, которое имеет частоту, превышающую основную частоту, посредством использования преобразования Фурье и т.п., интервал интегрирования в преобразовании Фурье задается равным целому кратному полупериода тока или напряжения, имеющего частоту, превышающую основную частоту. Тем не менее если частота тока или напряжения, причем эта частота превышает основную частоту, задается произвольной, как в патентном документе 1, период тока или напряжения также становится произвольным. Следовательно, интервал интегрирования в преобразовании Фурье не может быть задан надлежащим образом, и положение вращения не может детектироваться точно.

Настоящее изобретение осуществлено для того, чтобы разрешать вышеуказанные проблемы.

Задача настоящего изобретения состоит в том, чтобы предоставить устройство управления и способ управления, которые допускают: вычисление амплитуды тока для оценки положения без выполнения преобразования Фурье; как результат, уменьшить объем вычислений, тем самым уменьшить вычислительную нагрузку; и обеспечить точную оценку положения ротора электрической вращающейся машины.

Устройство управления для электрической вращающейся машины согласно настоящему изобретению выполняет управление возбуждением электрической вращающейся машины. Устройство управления содержит средство детектирования тока для детектирования тока электрической вращающейся машины, протекающего в электрической вращающейся машине, средство оценки положения для оценки положения ротора электрической вращающейся машины на основе тока электрической вращающейся машины, детектируемого средством детектирования тока, средство управления для вывода инструкций управления напряжением на основе тока электрической вращающейся машины, детектируемого средством детектирования тока, и информации о положении ротора, оцененного средством оценки положения, и средство приложения напряжения для приложения напряжения для управления возбуждением к электрической вращающейся машине на основе инструкций управления напряжением, выводимых из средства управления. Средство управления включает в себя блок вычисления инструкций управления напряжением возбуждения для вычисления инструкций управления напряжением возбуждения для возбуждения электрической вращающейся машины, генератор напряжения оценки положения для вывода инструкций управления напряжением оценки положения для оценки положения ротора электрической вращающейся машины и сумматоры для суммирования инструкций управления напряжением оценки положения с инструкциями управления напряжением возбуждения и вывода результирующих сигналов в качестве инструкций управления напряжением в средство приложения напряжения. Средство оценки положения включает в себя модули извлечения тока для извлечения токов оценки положения, имеющих частотную составляющую, идентичную частотной составляющей инструкций управления напряжением оценки положения, включенных в токи электрической вращающейся машины, детектируемые средством детектирования тока, блок вычисления амплитуд тока оценки положения для вычисления амплитуд тока оценки положения на основе токов оценки положения, извлеченных посредством модулей извлечения тока, и модуль вычисления положения для выполнения вычисления оценки положения ротора электрической вращающейся машины на основе амплитуд тока оценки положения, вычисляемых посредством блока вычисления амплитуд тока оценки положения. Блок вычисления амплитуд тока оценки положения вычисляет амплитуду тока оценки положения на основе квадратов токов оценки положения.

Устройство управления для электрической вращающейся машины согласно настоящему изобретению при вычислении амплитуд тока оценки положения посредством блока вычисления амплитуд тока оценки положения средства оценки положения, вычисляет амплитуды тока оценки положения посредством использования только квадратов токов оценки положения, чтобы оценивать положение ротора, без выполнения преобразования Фурье. Следовательно, вычисление и запоминающее устройство для подготовки синусоидальной функции и косинусоидальной функции, которые являются необходимыми в преобразовании Фурье, не являются необходимыми. Как результат, становится возможным исключить коэффициенты, которые увеличивают объем вычислений, запоминающие устройства и т.п., микрокомпьютеры и т.п., и выполнять управление возбуждением для электрической вращающейся машины с высокой эффективностью и без необязательного увеличения затрат.

Краткое описание чертежей

В дальнейшем изобретение поясняется описанием предпочтительных вариантов воплощения со ссылками на сопроводительные чертежи, на которых:

Фиг.1 изображает схему конфигурации устройства управления для электрической вращающейся машины согласно варианту 1 осуществления настоящего изобретения;

Фиг.2 изображает диаграмму формы сигнала напряжений оценки положения, генерируемых посредством генератора напряжения оценки положения устройства управления;

Фиг.3 изображает диаграмму формы сигнала токов оценки положения, извлеченных посредством модуля извлечения тока устройства управления;

Фиг.4 изображает диаграмму формы сигнала амплитуд тока оценки положения, полученных посредством блока вычисления амплитуд тока оценки положения устройства управления;

Фиг.5 изображает схему для иллюстрации работы модуля вычисления положения устройства управления;

Фиг.6 изображает схему конфигурации устройства управления для электрической вращающейся машины согласно варианту 2 осуществления настоящего изобретения;

Фиг.7 изображает диаграмму характеристики ослабления частот для иллюстрации работы фильтра нижних частот блока вычисления амплитуд тока оценки положения устройства управления;

Фиг.8 изображает схему конфигурации устройства управления для электрической вращающейся машины согласно варианту 3 осуществления настоящего изобретения;

Фиг.9 изображает схему для иллюстрации операции вычисления модуля вычисления положения устройства управления;

Фиг.10 изображает схему модификации конфигурации устройства управления для электрической вращающейся машины согласно варианту 3 осуществления настоящего изобретения;

Фиг.11 изображает схему конфигурации устройства управления для электрической вращающейся машины согласно варианту 4 осуществления настоящего изобретения;

Фиг.12 изображает схему модификации конфигурации устройства управления для электрической вращающейся машины согласно варианту 4 осуществления настоящего изобретения.

Описание предпочтительных вариантов осуществления изобретения

Вариант 1 осуществления

Фиг.1 изображает схему конфигурации устройства управления для электрической вращающейся машины согласно варианту 1 осуществления настоящего изобретения.

В варианте 1 осуществления синхронная машина с встроенным магнитом используется в качестве электрической вращающейся машины 1. Устройство управления настоящего варианта осуществления для управления электрической вращающейся машиной 1 включает в себя: средство 3 приложения напряжения, подключенное к электрической вращающейся машине 1, для приложения предварительно определенного управляющего напряжения к электрической вращающейся машине 1; средство 2 детектирования тока для детектирования токов iu, iv и iw электрической вращающейся машины, протекающих между средством 3 приложения напряжения и электрической вращающейся машиной 1; средство 4 оценки положения для оценки положения θL ротора электрической вращающейся машины 1 на основе токов iu, iv и iw электрической вращающейся машины, детектируемых средством 2 детектирования тока; и средство 5 управления для вывода инструкций Vup*, Vvp* и Vwp* управления напряжением для управления возбуждением в средство 3 приложения напряжения.

Средство 2 детектирования тока включает в себя, например, трансформатор тока и т.п. Средство 2 детектирования тока определяет три фазы токов электрической вращающейся машины, включающих в себя ток iu электрической вращающейся машины U-фазы, ток iv электрической вращающейся машины V-фазы и ток iw электрической вращающейся машины W-фазы, из линии питания, соединяющей электрическую вращающуюся машину 1 и средство 3 приложения напряжения.

Следует отметить, что вместо детектирования всех токов iu, iv и iw электрической вращающейся машины U-фазы, V-фазы и W-фазы средство 2 детектирования тока может детектировать токи электрической вращающейся машины любых двух фаз и вычислять ток электрической вращающейся машины другой фазы посредством использования того факта, что токи электрической вращающейся машины находятся в трехфазном равновесии. Альтернативно, средство 2 детектирования тока может детектировать ток на шине постоянного тока, вводимый в средство 3 приложения напряжения, и вычислять токи электрической вращающейся машины из тока на шине постоянного тока.

Средство 3 приложения напряжения включает в себя, например, ШИМ-инвертор для сравнения с треугольной формой волны и т.п. Средство 3 приложения напряжения прикладывает напряжение к электрической вращающейся машине 1 на основе каждой из инструкций Vup*, Vvp* и Vwp* управления напряжением, выводимых из средства 5 управления.

Средство 5 управления включает в себя блок 11 вычисления инструкций управления напряжением возбуждения, генератор 12 напряжения оценки положения и сумматоры 23u, 23v и 23w. Сумматоры 23u, 23v и 23w суммируют инструкции Vuh, Vvh и Vwh управления напряжением оценки положения, выводимые из генератора 12 напряжения оценки положения, с инструкциями Vu*, Vv* и Vw* управления напряжением возбуждения, выводимыми из блока 11 вычисления инструкций управления напряжением возбуждения, соответственно, и результирующие сигналы выводятся в качестве инструкций Vup*, Vvp* и Vwp* управления напряжением в средство 3 приложения напряжения. Следовательно, инструкции Vup*, Vvp* и Vwp* управления напряжением, которые применяются к средству 3 приложения напряжения, являются инструкциями Vu*, Vv* и Vw* управления напряжением возбуждения, на которые инструкции Vuh, Vvh и Vwh управления напряжением оценки положения наложены соответственно. Следует отметить, что инструкции Vuh, Vvh и Vwh управления напряжением оценки положения, выводимые из генератора 12 напряжения оценки положения, подробнее поясняются ниже.

Блок 11 вычисления инструкций управления напряжением возбуждения включает в себя два модуля 13d и 13q вычитания, контроллер 14d тока d-оси, контроллер 14q тока q-оси, первый преобразователь 15 координат, двухфазный/трехфазный преобразователь 16, второй преобразователь 17 координат и трехфазный/двухфазный преобразователь 18.

Модуль 13d вычитания, который является одним из модулей вычитания, вычисляет отклонение Aid между инструкцией id* управления током d-оси для возбуждения электрической вращающейся машины 1, которая предоставлена извне средства 5 управления, и током id, выводимым из второго преобразователя 17 координат. Контроллер 14d тока d-оси, предоставленный на следующем этапе, выполняет пропорционально-интегральное регулирование (PI- регулирование) так, что отклонение Aid становится равным нулю, тем самым вычисляя инструкцию Vd* управления напряжением d-оси.

Модуль 13q вычитания, который является отличным от модулей вычитания, вычисляет отклонение Δiq между инструкцией тока q-оси iq* для возбуждения электрической вращающейся машины 1, которая предоставлена извне средства 5 управления, и током iq, выводимым из второго преобразователя 17 координат. Контроллер 14q тока q-оси, предоставленный на следующем этапе выполняет пропорционально-интегральное регулирование (PI-регулирование) так, что отклонение Δiq становится равным нулю, тем самым вычисляя инструкцию Vq* управления напряжением q-оси.

Первый преобразователь 15 координат преобразует инструкцию Vd* управления напряжением d-оси и инструкцию Vq* управления напряжением q-оси, выводимые из контроллера 14d тока d-оси и контроллера 14q тока q-оси, в инструкции Vα* и Vβ* управления напряжением на двух осях (α-β-осях) в состоянии покоя соответственно. Двухфазный/трехфазный преобразователь 16 преобразует инструкции Vα* и Vβ* управления напряжением, выводимые из первого преобразователя 15 координат, в инструкции Vu*, Vv* и Vw* управления напряжением возбуждения в системе координат трехфазного переменного тока.

Трехфазный/двухфазный преобразователь 18 преобразует токи iu, iv и iw электрической вращающейся машины, детектируемые средством 2 детектирования тока, в токи iα и iβ на двух осях (α-β-осях) в состоянии покоя. Второй преобразователь 17 координат преобразует токи iα и iβ, выводимые из трехфазного/двухфазного преобразователя 18, в токи id и iq на двух осях вращения (d-q-осях), вращающихся синхронно с оцененным положением θL, выводимым из средства 4 оценки положения, описанного позже, и выводит токи id и iq в модули 13d и 13q вычитания соответственно.

Генератор 12 напряжения оценки положения формирует для оценки положения ротора электрической вращающейся машины 1 инструкции Vuh, Vvh и Vwh управления напряжением оценки положения, имеющие частоты, отличающиеся от частот инструкций Vu*, Vv* и Vw* управления напряжением возбуждения, выводимых из блока 11 вычисления инструкций управления напряжением возбуждения. Инструкции Vuh, Vvh и Vwh управления напряжением оценки положения могут иметь любой тип до тех пор, пока их частоты отличаются от частот инструкций Vu*, Vv* и Vw* управления напряжением возбуждения. В варианте 1 осуществления инструкции Vuh, Vvh и Vwh управления напряжением оценки положения являются инструкциями управления напряжением оценки положения на основе трехфазного переменного тока.

Таким образом, например, как показано на фиг.2, в случае если средство 3 приложения напряжения является ШИМ-инвертором для сравнения по треугольной волне, если полупериод Tc несущей треугольной волны, используемой для ШИМ-инвертора для сравнения по треугольной волне для выполнения ШИМ-модуляции, составляет один интервал, инструкции Vuh, Vvh и Vwh управления напряжением оценки положения на основе трехфазного переменного тока являются сигналами, один период которых имеет длину в шесть интервалов (=6•Tc). Помимо этого, инструкции Vuh, Vvh и Vwh управления напряжением оценки положения заданы так, что каждая из них смещается на два интервала (=2•Tc) друг от друга, так что они находятся в трехфазном равновесии.

Средство 4 оценки положения включает в себя три модуля 6u, 6v и 6w извлечения тока, блок 7 вычисления амплитуд тока оценки положения и модуль 8 вычисления положения.

Как описано выше, инструкции Vup*, Vvp* и Vwp* управления напряжением, которые применяются к средству 3 приложения напряжения, являются инструкциями Vu*, Vv* и Vw* управления напряжением возбуждения, выводимыми из средства 5 управления, на которые наложены инструкции Vuh, Vvh и Vwh управления напряжением оценки положения, выводимые из генератора 12 напряжения оценки положения, соответственно. Следовательно, токи iu, iv и iw электрической вращающейся машины, детектируемые средством 2 детектирования тока, включают в себя токи iuh, ivh и iwh оценки положения, имеющие частотные составляющие, идентичные частотным составляющим инструкций Vuh, Vvh и Vwh управления напряжением оценки положения соответственно.

Следовательно, модули 6u, 6v и 6w извлечения тока извлекают токи iuh, ivh и iwh оценки положения, имеющие частотные составляющие, идентичные частотным составляющим инструкций Vuh, Vvh и Vwh управления напряжением оценки положения, из токов iu, iv и iw электрической вращающейся машины, детектируемых средством 2 детектирования тока, соответственно. В частности, токи iuh, ivh и iwh оценки положения извлекаются посредством использования полосового фильтра, или частотные составляющие токов iu, iv и iw электрической вращающейся машины, которые являются идентичными частотным составляющим токов Vuh, Vvh и Vwh управления напряжением оценки положения, соответственно, ослабляются посредством ввода токов iu, iv и iw электрической вращающейся машины в режекторный фильтр, и результирующие токи, которые прошли через режекторный фильтр, вычитаются из токов iu, iv и iw электрической вращающейся машины, соответственно, посредством чего извлекаются токи iuh, ivh и iwh оценки положения.

Блок 7 вычисления амплитуд тока оценки положения вычисляет амплитуды Iuh, Ivh и Iwh тока оценки положения посредством использования только квадратов токов iuh, ivh и iwh оценки положения, которые выводятся из модулей 6u, 6v и 6w извлечения тока, без выполнения преобразования Фурье. Следовательно, в варианте 1 осуществления блок 7 вычисления амплитуд тока оценки положения включает в себя умножители 9u, 9v и 9w, модули 10u, 10v и 10w интегрирования и модули 22u, 22v и 22w вычисления квадратного корня, которые соответствуют соответствующим фазам.

В дальнейшем в этом документе способ вычисления амплитуд Iuh, Ivh и Iwh тока оценки положения на основе токов iuh, ivh и iwh оценки положения, без выполнения преобразования Фурье, описывается подробно.

Когда инструкции Vuh, Vvh и Vwh управления напряжением оценки положения на основе трехфазного переменного тока, как показано на фиг.2, применяются к электрической вращающейся машине 1, амплитуды токов iuh, ivh и iwh оценки положения, извлеченных посредством соответствующих модулей 6u, 6v и 6w извлечения тока, варьируются на основе косинусоидальной функции в соответствии с положением электрической вращающейся машины 1, как показано на фиг.3, вследствие характерного признака электрической вращающейся машины 1. Это представляется посредством выражения (1), показанного ниже. Выражение (1) включает в себя информацию положения (угла) 0 электрической вращающейся машины 1. Следовательно, если амплитуды Iuh, Ivh и Iwh тока оценки положения вычисляются, положение θL электрической вращающейся машины 1 может быть оценено.

где: Ih: среднее значение амплитуд тока оценки положения;

Iha: величина изменения тока оценки положения согласно положению электрической вращающейся машины;

θ: положение (угол) электрической вращающейся машины;

ωh: угловая частота инструкции управления напряжением оценки положения.

Здесь с целью сравнения с признаком настоящего изобретения, во-первых, описывается принцип для вычисления, из токов iuh, ivh и iwh оценки положения, показанных на фиг.3, и выражения (1), их амплитудных составляющих посредством использования преобразования Фурье, которое является известной технологией.

В случае если амплитуда Sn_amp сигнала Sn(t) должна вычисляться посредством использования преобразования Фурье, сигнал Sn(t) умножается на функцию (в дальнейшем в этом документе, называемую корреляционной функцией), имеющую частоту, идентичную частоте сигнала Sn(t), посредством чего вычисляется корреляция между сигналом Sn(t) и корреляционной функцией, и затем вычисляется амплитуда Sn_amp. Обычно, синусоидальная функция и косинусоидальная функция используются в качестве корреляционных функций, на которые должен умножаться сигнал Sn(t).

В качестве конкретного примера случай, когда амплитуда Sn_amp вычисляется из сигнала Sn(t), представленного посредством выражения (2), предполагается здесь. Следует отметить, что выражение (2) может представляться посредством выражения (3) через комбинацию тригонометрических функций. Следовательно, амплитуда Sn_amp сигнала Sn(t) приводит к (A²+B²)^1/2.

Для вычисления амплитуды Sn_amp посредством использования преобразования Фурье сигнал Sn(t) умножается на каждую из синусоидальной функции sin ωnt и косинусоидальной функции cos ωnt, имеющих частоты, идентичные частотам сигнала Sn(t), которые подготавливаются заранее, результирующий сигнал интегрируется за один период (время, соответствующее одному периоду, обозначается посредством Tn), и затем результирующий сигнал умножается на 2/Tn, посредством чего корреляция между сигналом Sn(t) и синусоидальной функцией sin ωnt и корреляция между сигналом Sn(t) и косинусоидальной функцией cos ωnt, т.е. абсолютной величиной As составляющей синусоидальной функции сигнала Sn(t) и абсолютной величиной Ac составляющей косинусоидальной функции сигнала Sn(t) вычисляется, как показано посредством выражения (4) и выражения (5) соответственно. Затем квадратный корень суммы квадрата абсолютной величины As составляющей синусоидальной функции и квадрата абсолютной величины Ac составляющей косинусоидальной функции вычисляется, как показано посредством выражения (6). Таким образом, получается результат, идентичный результату в выражении (3). Таким образом, обнаружено то, что амплитуда Sn_amp вычисляется посредством использования преобразования Фурье.

В выражении (2), с целью упрощения понимания, сигнал Sn(t) имеет только угловую частоту ωn в качестве своей частотной составляющей и не имеет других частотных составляющих. Тем не менее преобразование Фурье имеет существенную эффективность в случае, если амплитуда сигнала, имеющего конкретную частоту, должна вычисляться из сигнала Sn(t), имеющего множество частотных составляющих. Тем не менее в способе с использованием преобразования Фурье, как показано посредством выражения (4) и выражения (5), синусоидальная функция sin ωnt и косинусоидальная функция cos ωnt, имеющие частоты, идентичные частотам сигнала Sn(t), амплитуда которого должна вычисляться, должна быть подготовлена заранее. Следовательно, существуют недостатки в том, что объем вычислений посредством микрокомпьютера и т.п. для подготовки синусоидальной функции sin ωnt и косинусоидальной функции cos ωnt увеличивается, и что когда синусоидальная функция sin ωnt и косинусоидальная функция cos ωnt сохраняются в микрокомпьютере и т.п., объем запоминающего устройства для сохранения этих функций увеличивается.

Следовательно, в варианте 1 осуществления вместо выполнения преобразования Фурье, как описано выше, блок 7 вычисления амплитуд тока оценки положения вычисляет амплитуды Iuh, Ivh и Iwh тока оценки положения посредством использования только квадратов токов iuh, ivh и iwh оценки положения, выводимых из модулей 6u, 6v и 6w извлечения тока. В дальнейшем в этом документе описываются подробности этого способа.

При вычислении амплитуд Iuh, Ivh и Iwh на основе токов iuh, ivh и iwh оценки положения посредством блока 7 вычисления амплитуд тока оценки положения, необходимо, как в случае выполнения преобразования Фурье, вычислять корреляции посредством умножения токов iuh, ivh и iwh оценки положения на соответствующие корреляционные функции, имеющие частотные составляющие, идентичные частотным составляющим токов iuh, ivh и iwh оценки положения, амплитуды которых должны вычисляться.

В этом случае токи iuh, ivh и iwh оценки положения, вводимые из модуля извлечения тока 6 в блок 7 вычисления амплитуд тока оценки положения, являются сигналами, полученными посредством извлечения, из токов iu, iv и iw электрической вращающейся машины, частотных составляющих, идентичных частотным составляющим инструкций Vuh, Vvh и Vwh управления напряжением оценки положения, соответственно. Следовательно, токи iuh, ivh и iwh оценки положения главным образом включают в себя сигналы, имеющие частотные составляющие, идентичные частотным составляющим инструкций Vuh, Vvh и Vwh управления напряжением оценки положения, соответственно.

Следовательно, блок 7 вычисления амплитуд тока оценки положения вычисляет корреляции между токами iuh, ivh и iwh оценки положения и ими самими непосредственно, т.е. автокорреляции, в качестве корреляционных функций, на которые токи iuh, ivh и iwh оценки положения должны умножаться, соответственно, вместо использования синусоидальной функции и косинусоидальной функции, подготовленных заранее. При вычислении автокорреляции являются квадратами токов iuh, ivh и iwh оценки положения. Посредством использования автокорреляций синусоидальная функция и косинусоидальная функция не обязательно должны подготавливаться заранее, и объем вычислений и запоминающего устройства может быть в значительной степени уменьшен по сравнению со случаем выполнения преобразования Фурье.

После того как умножители 9u, 9v и 9w для соответствующих фаз возводят в квадрат токи iuh, ivh и iwh оценки положения, чтобы вычислять их автокорреляции вышеописанным способом, соответственно, модули 10u, 10v и 10w интегрирования интегрируют автокорреляции за один период (время, соответствующее одному периоду, обозначается посредством Tn) и умножают результирующие значения на (2/Tn), и затем модули 22u, 22v и 22w вычисления квадратного корня вычисляют 5 квадратных корней выводов из модулей 10u, 10v и 10w интегрирования, посредством чего амплитуды Iuh, Ivh и Iwh тока оценки положения могут вычисляться, соответственно, как в случае выполнения преобразования Фурье.

Например, если ток iuh оценки положения, который соответствует U-фазе, представляется посредством правой стороны выражения (2), амплитуда Iuh тока оценки положения вычисляется посредством использования автокорреляции, как показано посредством выражения (7).

Следует отметить, что в выражении (7) интервал интегрирования составляет один период Tn тока iuh оценки положения. Тем не менее интервал интегрирования не обязательно должен составлять один период Tn. Интервал интегрирования может составлять данный период Tr, который равен или превышает, по меньшей мере, полупериод. В частности, желательно, чтобы интервал интегрирования являлся кратным m (m является положительным целым числом) полупериода каждого из токов iuh, ivh и iwh оценки положения, т.е. интервал интегрирования составлял m•(Tn/2) (m=1, 2, 3,...). В этом случае результирующее значение интегрирования умножается на 2/(m•Tr), вместо (2/Tr). Следует отметить, что хотя выражение (7) показывает случай, когда вычисляется амплитуда Iuh тока оценки положения, которая соответствует u-фазе, амплитуды Ivh и Iwh тока оценки положения, которые соответствуют фазе v и w-фазе, соответственно, также вычисляются таким же образом.

Затем модуль 8 вычисления положения вычисляет оцененное положение θL ротора (в дальнейшем в этом документе, называемое оцененным положением) электрической вращающейся машины 1 на основе амплитуд Iuh, Ivh и Iwh тока оценки положения, вычисляемых посредством блока 7 вычисления амплитуд тока оценки положения. Способ вычисления описывается ниже. Следует отметить, что способ вычисления оцененного положения θL электрической вращающейся машины 1 не ограничивается способом, описанным ниже, и любой способ может использоваться до тех пор, пока оцененное положение θL вычисляется на основе амплитуд Iuh, Ivh и Iwh тока оценки положения.

Амплитуды Iuh, Ivh и Iwh тока оценки положения, полученные посредством блока 7 вычисления амплитуд тока оценки положения вышеописанным способом, являются значениями, полученными на основе токов iuh, ivh и iwh оценки положения, представленных посредством выражения (1) или показанных на фиг.3. Следовательно, как показано на фиг.4, смещение Ih наложено на каждую из амплитуд Iuh, Ivh и Iwh тока оценки положения, и амплитуды Iuh, Ivh и Iwh тока оценки положения меняются в зависимости от 1/2 периода положения ротора (электрического угла) электрической вращающейся машины 1.

Следовательно, как показано посредством выражения (8), во-первых, модуль 8 вычисления положения вычитает смещение Ih из каждой из амплитуд Iuh, Ivh и Iwh тока оценки положения, тем самым вычисляя сигналы dIu, dIv и dIw вычисления положения. Здесь, поскольку амплитуды Iuh, Ivh и Iwh тока оценки положения находятся в трехфазном равновесии, смещение Ih может вычисляться, как показано посредством выражения (9).

Оцененное положение θL электрической вращающейся машины 1 может вычисляться посредством выполнения операции вычисления арккосинуса для одного из сигналов dIu, dIv и dIw вычисления положения, показанных в выражении (8). Тем не менее необходимо выполнять операцию вычисления арккосинуса и сохранять арккосинусоидальную функцию заранее, что приводит к увеличению объема вычислений и запоминающего устройства. Следовательно, этот способ не является предпочтительным. Вместо использования арккосинусоидальной функции вариант 1 осуществления использует способ вычисления оцененного положения θL электрической вращающейся машины 1 посредством использования линейного приближения. В дальнейшем в этом документе описывается этот способ.

В модуле 8 вычисления положения на основе взаимозависимости между сигналами dIu, dIv и dIw вычисления положения, вычисляемыми посредством выражения (8), сигналы dIu, dIv и dIw вычисления положения делятся на шесть интервалов (I-VI), средние положения θM которых представляются посредством выражения (10), как показано на фиг.5.

В каждом из интервалов (I-VI) один из сигналов dIu, dIv и dIw вычисления положения, который переходит через нуль в середине интервала, представляется посредством функции от sin или -sin. Поскольку функция от sin или -sin в каждом из интервалов (I-VI) рассматрив