用于电力转换装置的控制装置以及电动机驱动系统.pdf

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1、(19)中华人民共和国国家知识产权局 (12)发明专利申请 (10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请号 201980010613.4 (22)申请日 2019.09.25 (30)优先权数据 62/737,125 2018.09.27 US 16/264,031 2019.01.31 US (85)PCT国际申请进入国家阶段日 2020.07.29 (86)PCT国际申请的申请数据 PCT/JP2019/038828 2019.09.25 (87)PCT国际申请的公布数据 WO2020/067576 EN 2020.04.02 (71)申请人 东芝三菱电机产业系统株式会社 地址 日。

2、本东京 (72)发明人 许扬P比克塞尔森藤力 (74)专利代理机构 永新专利商标代理有限公司 72002 代理人 徐殿军 (51)Int.Cl. H02P 23/30(2006.01) (54)发明名称 用于电力转换装置的控制装置以及电动机 驱动系统 (57)摘要 根据实施方式的用于电力转换装置(3)的控 制装置(10)包括： 控制流过电动机(2)的定子绕 组的电流的驱动控制单元(16)； 计算规定电动机 的驱动量的驱动量指令值的驱动量调节单元 (14)； 计算电动机的定子磁通的第一估计值和电 动机的转子磁通的第一估计值的磁通观测器 (22)； 计算流过电动机的定子绕组的电流的第一 估计值的电。

3、流观测器(21)； 和对电动机的定子磁 通的第一估计值进行计算的平均校正单元(30)。 驱动量调节单元(14)基于电动机的定子磁通的 第一估计值来计算规定电动机的驱动量的控制 量。 权利要求书4页 说明书37页 附图21页 CN 111656676 A 2020.09.11 CN 111656676 A 1.一种用于驱动电动机的电力转换装置的控制装置， 包括： 驱动控制单元， 对电流进行控制， 所述电力转换装置使得该电流流过电动机的定子绕 组； 驱动量调节单元， 计算规定所述电动机的驱动量的驱动量指令值， 并基于计算出的所 述驱动量指令值来控制所述电力转换装置； 磁通观测器， 至少基于计算出的。

4、所述驱动量指令值， 来计算所述电动机的定子磁通的 第一估计值和所述电动机的转子磁通的第一估计值； 电流观测器， 至少基于计算出的所述定子磁通的所述第一估计值来计算流过所述电动 机的定子绕组的电流的第一估计值； 以及 平均校正单元， 包括第一转换处理单元、 第二转换处理单元、 和第三转换处理单元， 所述第一转换处理单元基于所述电动机的同步/励磁角频率， 根据第一规定转换规则 来计算针对所述电动机的定子磁通的所述第一估计值的、 所述电动机的定子磁通的第二估 计值， 所述第二转换处理单元基于所述电动机的所述同步/励磁角频率， 根据第二规定转换 规则来计算针对所述电动机的转子磁通的所述第一估计值的、 。

5、所述电动机的转子磁通的第 二估计值， 所述第三转换处理单元基于所述电动机的所述同步/励磁角频率， 根据第三规定转换 规则来计算针对所述电动机的定子电流的所述第一估计值的、 所述电动机的定子电流的第 二估计值， 并且 所述驱动量调节单元至少基于针对所述电动机的转矩指令、 所述电动机的定子磁通的 所述第二估计值、 所述电动机的转子磁通的所述第二估计值、 和流过所述电动机的定子绕 组的电流的所述第二估计值， 来计算规定所述电动机的驱动量的控制量。 2.根据权利要求1所述的用于电力转换装置的控制装置， 所述驱动量调节单元包括磁通圆计算处理单元， 该磁通圆计算处理单元基于所述电动 机的转子磁通的指令值确。

6、定磁通圆的半径， 至少基于所述电动机的定子磁通的所述第一估 计值确定所述磁通圆的中心位置， 并且基于流过所述电动机的定子绕组的电流的所述第二 估计值和所述定子绕组的电阻值调节所述磁通圆的中心位置。 3.根据权利要求1所述的用于电力转换装置的控制装置， 所述驱动量调节单元包括基于所述电动机的定子磁通的所述第一估计值和所述电动 机的转子磁通的所述第一估计值来计算所述电动机的转矩估计值的转矩线处理单元， 所述转矩线处理单元至少基于针对所述电动机的转矩指令、 所述电动机的转矩估计 值、 所述电动机的定子磁通的所述第二估计值， 所述电动机的转子磁通的所述第二估计值 和所述电动机的转子磁通的转速， 来计算。

7、与平均电压和控制周期的乘积相对应的电压时间 乘积。 4.根据权利要求1所述的用于电力转换装置的控制装置， 所述平均校正单元根据所述电动机的所述同步/励磁角频率的大小， 按照所述第一规 定转换规则至第三规定转换规则中的某一个来调整校正系数。 5.根据权利要求3所述的用于电力转换装置的控制装置， 在从离散时间系统的第一时间点作为起点到所述第一时间点之后的第二时间点之间 权利要求书 1/4 页 2 CN 111656676 A 2 分配的计算周期中， 所述转矩线处理单元基于在所述第一时间点的所述电动机的定子磁通 的所述第一估计值和所述电动机的转子磁通的所述第一估计值， 来计算所述电动机的所述 转矩估。

8、计值。 6.根据权利要求5所述的用于电力转换装置的控制装置， 所述转矩线处理单元至少基于在所述第一时间点获取的针对所述电动机的转矩指令、 在所述第一时间点的所述电动机的转矩估计值、 所述电动机的定子磁通的所述第二估计 值、 所述电动机的转子磁通的所述第二估计值、 和在所述第一时间点的所述电动机的转子 磁通的转速， 来计算与所述平均电压和所述控制周期的乘积相对应的电压时间乘积。 7.根据权利要求6所述的用于电力转换装置的控制装置， 所述转矩线处理单元基于以所述电动机的定子磁通的所述第二估计值为基准的坐标 变换的结果， 来计算所述电压时间乘积。 8.根据权利要求2所述的用于电力转换装置的控制装置，。

9、 所述磁通圆计算处理单元基于以所述电动机的定子磁通的所述第一估计值为基准的 坐标变换的结果， 来确定所述磁通圆的中心位置。 9.一种电动机驱动系统， 包括： 驱动电动机的电力转换装置； 以及 用于所述电力转换装置的控制装置， 所述控制装置包括： 驱动控制单元， 对电流进行控制， 所述电力转换装置使得该电流流过电动机的定子绕 组； 驱动量调节单元， 计算规定所述电动机的驱动量的驱动量指令值， 并基于计算出的所 述驱动量指令值来控制所述电力转换装置； 磁通观测器， 至少基于计算出的所述驱动量指令值， 来计算所述电动机的定子磁通的 第一估计值和所述电动机的转子磁通的第一估计值； 电流观测器， 至少基。

10、于计算出的所述定子磁通的所述第一估计值来计算流过所述电动 机的定子绕组的电流的第一估计值； 以及 平均校正单元， 包括第一转换处理单元、 第二转换处理单元、 和第三转换处理单元， 所述第一转换处理单元基于所述电动机的同步/励磁角频率， 根据第一规定转换规则 来计算针对所述电动机的定子磁通的所述第一估计值的、 所述电动机的定子磁通的第二估 计值， 所述第二转换处理单元基于所述电动机的所述同步/励磁角频率， 根据第二规定转换 规则来计算针对所述电动机的转子磁通的所述第一估计值的、 所述电动机的转子磁通的第 二估计值， 所述第三转换处理单元基于所述电动机的所述同步/励磁角频率， 根据第三规定转换 规。

11、则来计算针对所述电动机的定子电流的所述第一估计值的、 所述电动机的定子电流的第 二估计值， 并且 所述驱动量调节单元至少基于针对所述电动机的转矩指令、 所述电动机的定子磁通的 所述第二估计值、 所述电动机的转子磁通的所述第二估计值、 和流过所述电动机的定子绕 组的电流的所述第二估计值， 来计算规定所述电动机的驱动量的控制量。 权利要求书 2/4 页 3 CN 111656676 A 3 10.一种用于电力转换装置的控制装置， 包括： 驱动控制单元， 对电流进行控制， 所述电力转换装置使得该电流流过电动机的定子绕 组； 驱动量调节单元， 计算规定电动机的驱动量的驱动量指令值， 并基于计算出的所述。

12、驱 动量指令值来控制所述电力转换装置； 磁通观测器， 至少基于计算出的所述驱动量指令值， 来计算所述电动机的定子磁通的 第一估计值和所述电动机的转子磁通的第一估计值； 电流观测器， 至少基于计算出的所述定子磁通的第一估计值来计算流过所述电动机的 定子绕组的电流的第一估计值； 以及 平均校正单元， 接收所述电动机的定子磁通的所述第一估计值、 所述电动机的转子磁 通的所述第一估计值和流过所述电动机的定子绕组的电流的所述第一估计值， 并通过使所 述电动机的定子磁通的所述第一估计值、 所述电动机的转子磁通的所述第一估计值和流过 所述电动机的定子绕组的电流的所述第一估计值的相位超前与所述电动机的同步/励。

13、磁角 频率相对应的规定角度， 由此计算出所述电动机的定子磁通的第二估计值、 所述电动机的 转子磁通的第二估计值和流过所述电动机定子绕组的电流的第二估计值。 11.根据权利要求10所述的用于电力转换装置的控制装置， 基于所述驱动量调节单元计算出驱动量指令值的周期和所述同步/励磁角频率， 来规 定与所述电动机的所述同步/励磁角频率相对应的所述规定角度。 12.一种电动机驱动系统， 包括： 电力转换装置； 以及 用于所述电力转换装置的控制装置， 所述控制装置包括： 驱动控制单元， 对电流进行控制， 所述电力转换装置使得该电流流过电动机的定子绕 组； 驱动量调节单元， 计算规定电动机的驱动量的驱动量指。

14、令值， 并基于计算出的所述驱 动量指令值来控制所述电力转换装置； 磁通观测器， 至少基于计算出的所述驱动量指令值， 来计算所述电动机的定子磁通的 第一估计值和所述电动机的转子磁通的第一估计值； 电流观测器， 至少基于计算出的所述定子磁通的第一估计值来计算流过所述电动机的 定子绕组的电流的第一估计值； 以及 平均校正单元， 接收所述电动机的定子磁通的所述第一估计值、 所述电动机的转子磁 通的所述第一估计值和流过所述电动机的定子绕组的电流的所述第一估计值， 并通过使所 述电动机的定子磁通的所述第一估计值、 所述电动机的转子磁通的所述第一估计值和流过 所述电动机的定子绕组的电流的所述第一估计值的相位。

15、超前与所述电动机的同步/励磁角 频率相对应的规定角度， 由此计算出所述电动机的定子磁通的第二估计值、 所述电动机的 转子磁通的第二估计值和流过所述电动机定子绕组的电流的第二估计值。 13.一种用于电力转换装置的控制装置， 包括： 驱动控制单元， 对电流进行控制， 所述电力转换装置使得该电流流过电动机的定子绕 组； 权利要求书 3/4 页 4 CN 111656676 A 4 驱动量调节单元， 通过反馈控制计算出规定所述电动机的驱动量的驱动量指令值， 并 基于计算出的所述驱动量指令值来控制所述电力转换装置； 磁通观测器， 至少基于计算出的所述驱动量指令值， 来计算所述电动机的定子磁通的 第一估计。

16、值和所述电动机的转子磁通的第一估计值； 以及 平均校正单元， 基于所述电动机的控制状态的估计值， 调节所述电动机的定子磁通的 所述第一估计值和所述电动机的转子磁通的所述第一估计值， 并计算出所述反馈控制的反 馈量。 14.一种电动机驱动系统， 包括： 电力转换装置； 以及 用于所述电力转换装置的控制装置， 所述控制装置包括： 驱动控制单元， 对电流进行控制， 所述电力转换装置使得该电流流过电动机的定子绕 组； 驱动量调节单元， 通过反馈控制计算出规定所述电动机的驱动量的驱动量指令值， 并 基于计算出的所述驱动量指令值来控制所述电力转换装置； 磁通观测器， 至少基于计算出的所述驱动量指令值， 来。

17、计算所述电动机的定子磁通的 第一估计值和所述电动机的转子磁通的第一估计值； 以及 平均校正单元， 基于所述电动机的控制状态的估计值， 调节所述电动机的定子磁通的 所述第一估计值和所述电动机的转子磁通的所述第一估计值， 并计算出所述反馈控制的反 馈量。 权利要求书 4/4 页 5 CN 111656676 A 5 用于电力转换装置的控制装置以及电动机驱动系统 技术领域 0001 本文记载的实施方式主要涉及用于电力转换装置的控制装置、 和电动机驱动系 统。 0002 本申请基于并要求2018年9月27日提交的美国临时专利申请62/737,125、 和2019 年1月31日提交的美国专利申请16/2。

18、64,031的优先权， 其全部内容通过引用并入本申请。 背景技术 0003 作为直接控制电动机的磁通和转矩的控制系统， 已知有无差拍直接转矩和磁通控 制(DB-DTFC)系统。 在DB-DTFC系统中， 在二维磁通空间中， 对于电动机磁通能够指定的范围 用圆表示， 并且要求转矩的变化率的式子表示为直线。 使用DB-DTFC系统的控制装置通过利 用磁通空间中的圆与直线之间的关系生成用于控制电动机的磁通和转矩的指令值来控制 电力转换装置。 在使用DB-DTFC系统的控制装置中， 期望以高精度控制感应电动机。 0004 引用列表 0005 专利文献 0006 专利文献1美国专利No.9281772 。

19、发明内容 0007 技术问题 0008 本发明的目的是提供一种用于电力转换装置的控制装置和电动机驱动系统， 以提 高对电动机的控制精度。 0009 解决问题的方案 0010 根据实施方式， 用于驱动电动机的电力转换装置的控制装置包括驱动控制单元、 驱动量调节单元、 磁通观测器、 电流观测器、 和平均校正单元。 所述驱动控制单元对电流进 行控制， 所述电力转换装置使得该电流流过电动机的定子绕组。 所述驱动量调节单元计算 规定所述电动机的驱动量的驱动量指令值， 并基于计算出的所述驱动量指令值来控制所述 电力转换装置。 所述磁通观测器至少基于计算出的所述驱动量指令值， 来计算所述电动机 的定子磁通的。

20、第一估计值和所述电动机的转子磁通的第一估计值。 所述电流观测器至少基 于计算出的所述定子磁通的所述第一估计值来计算流过所述电动机的定子绕组的电流的 第一估计值。 所述平均校正单元包括第一转换处理单元、 第二转换处理单元、 和第三转换处 理单元。 所述第一转换处理单元基于所述电动机的同步/励磁角频率， 根据第一规定转换规 则来计算针对所述电动机的定子磁通的所述第一估计值的、 所述电动机的定子磁通的第二 估计值。 所述第二转换处理单元基于所述电动机的所述同步/励磁角频率， 根据第二规定转 换规则来计算针对所述电动机的转子磁通的所述第一估计值的、 所述电动机的转子磁通的 第二估计值。 所述第三转换处。

21、理单元基于所述电动机的所述同步/励磁角频率， 根据第三规 定转换规则来计算针对所述电动机的定子电流的所述第一估计值的、 所述电动机的定子电 流的第二估计值。 所述驱动量调节单元至少基于针对所述电动机的转矩指令、 所述电动机 说明书 1/37 页 6 CN 111656676 A 6 的定子磁通的所述第二估计值、 所述电动机的转子磁通的所述第二估计值、 和流过所述电 动机的定子绕组的电流的所述第二估计值， 来计算规定所述电动机的驱动量的控制量。 附图说明 0011 图1是示出根据第一实施方式的电动机驱动系统的框图； 0012 图2是示出根据第一实施方式的电流磁通估计单元的框图； 0013 图3是。

22、示出根据第一实施方式的规定转换规则的图； 0014 图4是示出根据第一实施方式的基于电动机的同步角频率应用规定转换规则的优 点的图； 0015 图5是示出根据第一实施方式的DB-DTFC的时序图； 0016 图6A是示出根据第一实施方式的电压/转矩控制的图。 0017 图6B是示出根据第一实施方式的电压/转矩控制的图。 0018 图7是示出根据第一实施方式的DB-DTFC计算单元的框图； 0019 图8是示出根据第一实施方式的第一变形例的电压/转矩控制的图； 0020 图9是示出根据第一实施方式的第二变形例的电流磁通估计单元的框图； 0021 图10是示出根据第二实施方式的电动机驱动系统的框图。

23、； 0022 图11是示出根据第二实施方式的DB-DTFC计算单元的框图； 0023 图12是示出根据第三实施方式的电动机驱动系统的框图； 0024 图13是示出根据实施方式的控制装置的框图； 0025 图14是示出根据第一实施例的电动机驱动系统的评价结果的图； 0026 图15是示出根据第二实施例的电动机驱动系统的评价结果的图； 0027 图16是示出根据比较例的电动机驱动系统的评价结果的图； 0028 图17是示出转矩的阶跃响应试验的评价结果的图。 0029 图18是示出电流观测器的评价结果的图。 0030 图19是示出根据实施方式的变量之中的复矢量变量的图； 0031 图20是示出根据实。

24、施方式的变量之中的标量变量的图； 0032 图21是示出根据实施方式的变量之中的标量变量的图； 以及 0033 图22是示出根据实施方式的在电流观测器的计算中补偿滞后量的优点的图。 具体实施方式 0034 在下文中， 将参照附图描述根据实施方式的用于电力转换装置的控制装置和电动 机驱动系统。 以下描述的电力转换装置和电动机驱动系统向电动机供应规定的AC电力。 0035 在以下描述中， 将根据实施方式的电动机驱动系统识别为离散时间系统模型。 作 为表示用于识别计算周期的时程(time history)的变量， 将使用k， (k+1)和(k+2)。 相对于 作为计算周期的起点的时间点k， 单位时间。

25、的未来时间点表示为时间点(k+1)， 而未来时间 再增加一个单位时间的时间点将表示为时间点(k+2)。 时间点(k+1)和时间点(k+2)之间的 任何给定时间点(第三时间点)可以表示为时间点(k+ )。 在此， 可以是1至2的实数， 并且 1.5是其代表值。 在该实施方式中， 在从以时间点(k+1)(第一时间点)为起点到时间点(k+1) 之后的时间点(k+2)(第二时间点)分配的计算周期中， 可以使用在时间点(k+ )预测状态的 说明书 2/37 页 7 CN 111656676 A 7 估计值。 以时间点(k+1)为起点的计算周期称为当前周期， 以时间点k为起点的计算周期称 为前一个周期， 。

26、以时间点(k+2)为起点的周期称为下一个周期。 0036 例如， 可以在时间点(k+1)对基于在时间点k切换的控制周期中的电动机2的操作 状态的状态量进行采样， 并且该采样结果的数据和从采样结果生成的指令值等的数据将被 称为时程数据。 0037 (第一实施方式) 0038 接下来， 将描述电动机驱动系统1的配置的示例。 图1是示出根据实施方式的电动 机驱动系统1的框图。 0039 电动机驱动系统1例如包括电动机2、 电力转换装置3、 电流检测器9a、 电流检测器 9b和控制装置10。 如图1所示， 电动机驱动系统1从交流电源5(G)接收电力。 控制电力转换装 置3的控制装置10被应用于电动机驱。

27、动系统1。 0040 电动机2例如是三相感应电动机(IM)。 电动机2的轴与附图中未示出的负载的轴机 械地联结。 例如， 电动机2的转子通过提供给定子绕组的三相交流电而旋转， 从而使负载的 轴旋转。 传感器2A布置在电动机2的轴上。 传感器2A例如包括旋转分解器(resolver)、 速度 传感器等。 传感器2A检测电动机2的轴的旋转， 并输出轴的角度(相位)或角速度。 在电动机2 中未设置扭矩传感器。 0041 电力转换装置3例如包括整流器6、 电容器7、 和电力转换单元8。 整流器6将从交流 电源5提供给整流器6的交流输入的交流电整流。 DC链路连接到整流器6的直流输出。 电容器 7与DC。

28、链路一起配置。 电容器7使施加到DC链路的电压平滑。 0042 电力转换单元8的DC输入连接到DC链路。 电力转换单元8将通过DC链路提供的DC电 力转换为三相AC电力， 并且将三相AC电力从电力转换单元8的AC输出提供给电动机2。 电力 转换单元8是电压型逆变器(inverter)。 例如， 电力转换单元8根据来自控制装置10的脉冲 宽度调制(PWM)控制而被驱动， 这将在后面描述。 电力转换单元8由控制装置10以可变电压 可变频率(VVVF)控制， 并且调整电动机2的速度等。 0043 电力转换单元8包括与AC输出的三相对应的电力转换电路。 电力转换电路针对每 个相包括上支路(arm)和下。

29、支路。 上支路和下支路均包括一个开关装置。 0044 电流检测器9a针对v相布置在电力转换单元8的输出侧。 电流检测器9a检测v相定 子电流Ivs。 电流检测器9b相对于w相布置在电力转换单元8的输出侧。 电流检测器9b检测w 相定子电流Iws。 尽管图中所示的电流检测器9a和9b分别布置用于两相， 但是这些电流检测 器可分别布置成用于三相。 0045 控制装置10基于由主机装置给出的指令值和由电流检测器9a和9b获取的检测结 果来控制电力转换装置3。 0046 这里， 将描述控制装置10所使用的坐标系。 0047 由控制装置10执行的控制根据目的使用多个坐标系， 即第一至第三坐标系。 004。

30、8 第一坐标系是三相坐标系。 三相坐标系包括基于电动机2的定子绕组的电压(定子 电压)的三相分量。 例如， 电动机2的定子电压可以使用包括u相、 v相和w相的三相分量(三相 信号分量)来表示。 当将电动机2的定子电压表示为相对于原点的规定平面上的向量时， 相 的电压向量之间具有2 /3的角度差， 并且从原点(中心)放射状地绘制。 0049 第二坐标系是dqs轴坐标系。 dqs轴坐标系包括彼此正交的ds轴和qs轴。 例如， 可以 说明书 3/37 页 8 CN 111656676 A 8 将三相坐标系和dqs轴坐标系以以下方式设置在规定平面上， 即以dqs轴坐标系的原点为基 准， 将dqs轴坐标。

31、系的qs轴的方向配置成与定子的u相的电压矢量的方向一致。 将三相坐标 系的三相信号分量变换为dqs轴坐标系的ds轴和qs轴的两相信号分量的算术运算称为 “dqs 轴变换” 。 根据 “dqs轴变换” ， 将三相信号分量变换为ds轴和qs轴的两相信号分量。 将dqs轴 坐标系的ds轴和qs轴的两相信号分量变换成三相坐标系的三相信号分量的算术运算称为 “dqs轴逆变换” 。 根据 “dqs轴逆变换” ， 将ds轴和qs轴的两相信号分量变换为三相信号分量。 例如， 基于定子磁通来定义dqs轴坐标系的原点。 0050 第三坐标系是重新对齐的坐标系(re-aligned coordinate syste。

32、m)。 与第二坐标 系(定子侧坐标系)相似， 重新对齐的坐标系包括彼此正交的ds轴和qs轴。 将定子侧坐标系 的ds轴和qs轴的两相信号分量转换为重新对齐的坐标系的ds轴和qs轴的两相信号分量的 算术运算称为 “ras轴变换” 。 根据 “ras轴变换” ， 将定子侧坐标系的ds轴和qs轴的两相信号 成分变换重新对齐的坐标系的ds轴和qs轴的两相信号分量。 将重新对齐的坐标系的ds轴和 qs轴的两相信号分量转换为定子侧坐标系的ds轴和qs轴的两相信号分量的算术运算称为 “ras轴逆变换” 。 根据 “ras轴逆变换” ， 将重新对齐的坐标系的ds轴和qs轴的两相信号分量 转换为定子侧坐标系的d。

33、s轴和qs轴的两相信号分量。 重新对齐的坐标系在DB-DTFC中使用， 稍后将进行描述。 在该实施方式中， 定义重新对齐的坐标系的轴的方向的方法包括两种技 术： 使用以定子磁通为基准的技术； 和以转子磁通为基准的技术。 稍后将描述重新对齐的坐 标系的细节。 例如， 基于定子磁通来定义重新对齐的坐标系的原点。 0051 在图19至图21中， 将描述在举例说明实施方式的式和附图中使用的变量。 图19是 示出根据实施方式的变量中的复矢量变量的图。 图20和图21是示例性示出根据实施方式的 变量中的标量变量的图。 0052 例如， 在该实施方式中， 将dqs轴坐标系中的定子磁通的估计值表示为定子qds。

34、轴 磁通估计值 qds_s_est。 在此，“ ” 表示磁通量。 在其后缀的第一部分中的 “qds” 表示dqs轴 坐标的qs轴分量和ds轴分量。 后缀第二部分中的 “s” 表示定子侧的静止坐标系(以下称为定 子侧坐标系)。 定子qds轴磁通量 qds_s汇总地表示dqs轴坐标的两相分量。 在上述情况下， 两相分量包括两个分量， 即定子qs轴磁通量 qs_s和定子ds轴磁通量 ds_s。 定子qs轴磁通 量 qs_s表示定子磁通的定子侧dqs轴坐标系中的q轴分量。 定子ds轴磁通量 ds_s表示定子 磁通的定子侧dqs轴坐标系中的d轴分量。 在某些情况下， 由两相分量表示的信息可以作为 复向量。

35、空间中的向量值共同处理。 后缀第三部分的 “est” 代表估计值。 用于识别时间顺序信 息的信息写在第三部分后面的括号内。 除了上述在第三部分中表示的那些以外， 还有指令 值(com)、 微分值(点)、 检测值(det)、 平均值(ave)等。 0053 在以下计算式和附图中， 可以使用与本说明书中使用的符号不同的符号。 例如， 定 子qds轴磁通估计值 qds_s_est可以如式(1)所示。 0054 数学式1 0055 0056 以上所示的式(1)中所示的 “ ” 的下标 “qds” 表示dqs轴坐标的两相分量的信息。 “ ” 的上标 “s” 表示定子侧坐标系的信息。 此外，“ ” 上方的。

36、 “” 表示估计值。 除上述以外， 字 符上方的符号包括 “.” 代表微分值。 指令值在上标中使用 “*” 表示。 表示复向量的变量包括 说明书 4/37 页 9 CN 111656676 A 9 上述的磁通量 、 电压V和电流i。 有关其他细节， 请参考图19至21。 0057 现回到图1， 描述控制装置10。 0058 例如， 控制装置10包括运动控制器12、 速度/相位估计单元13、 DB-DTFC计算单元14 (驱动量调节单元)、 第一坐标变换单元15、 PWM控制器16(驱动控制单元)、 第二坐标变换单 元17、 转差频率(Slip frequency)估计单元18、 加法器单元19。

37、、 电流磁通估计单元20、 延迟 运算单元23、 延迟运算单元26、 乘法单元27、 和平均校正单元30。 0059 运动控制器12基于转子角速度指令值(机械角)rm_com(k+1)和转子角速度估计 值(机械角)rm_est(k+1)来计算气隙转矩指令值Te_com(k+1)。 例如， 转子角速度指令值 (机械角)rm_com(k+1)可以从控制装置10外部的装置(主机)提供。 转子角速度估计值(机 械角)rm_est(k+1)由将在随后描述的速度/相位估计单元13提供。 以下， 将转子角速度估 计值(机械角)rm_est简称为转子角速度估计值rm_est。 运动控制器12计算气隙转矩指 令。

38、值Te_com(k+1)， 从而使得转子角速度估计值rm_est(k+1)符合转子角速度指令值(机 械角)rm_com(k+1)。 气隙转矩指令值Te_com(k+1)是后述的DB-DTFC计算单元14的指令 值。 0060 速度/相位估计单元13例如基于由传感器2A提供的转子机械角 rm(k)， 计算出转 子角速度估计值rm_est(k+1)和转子角估计值(电度) r_est(k+1)。 以下， 将转子角估计 值(电度) r_est简称为转子角估计值 r_est。 0061 例如， 速度/相位估计单元13包括估计电动机2的旋转状态的运动观测器(motion observer)。 运动观测器等。

39、效于零滞后滤波器(zero lag filter)， 并且降低了输出信号相 对于输入信号的滞后， 从而使得该滞后变得小于通常使用的一阶滞后滤波器的滞后。 换句 话说， 速度/相位估计单元13降低了转子角速度估计值rm_est(k+1)和转子角估计值 r_ est(k+1)相对于转子机械角 rm(k)的滞后。 速度/相位估计单元13根据过去的时间点例如 在时间点k的包括传感器2A的检测滞后的状态量， 通过一次采样来估计在某个时间点(k+ 1)， 即未来某个时间点的状态量的值。 转子角速度估计值rm_est(k+1)和转子角估计值 r_est(k+1)分别用作当前状态量的值的估计值。 速度/相位估。

40、计单元13能够通过使用这样 的运动观测器来获取包括低噪声分量的输出信号。 0062 例如， 速度/相位估计单元13将转子角速度估计值rm_est(k+1)提供给运动控制 器12和乘法单元27。 由乘法单元27变换后的转子角速度估计值r_est(k+1)被提供给DB- DTFC计算单元14、 加法器单元19、 和电流磁通估计单元20。 速度/相位估计单元13将转子角 估计值 r_est(k+1)提供给延迟运算单元26。 将由延迟运算单元26延迟的转子角估计值 r_ est(k)提供给电流磁通估计单元20。 0063 应当注意， 可以将相位和角速度中的任何一个输入到上述运动观测器。 当将相位 传感。

41、器用作传感器2A时， 由速度/相位估计单元13接收的输入信号例如是相位 rm(k)。 当使 用速度传感器作为传感器2A时， 速度/相位估计单元13接收的输入信号例如是角速度r (k)。 脉冲发生器(PLG)是速度传感器的一个示例。 0064 当不使用诸如传感器2A的物理传感器时， 可以将位置跟踪观测器用作速度/相位 估计单元13。 在这种情况下， 作为输入到位置跟踪观测器的输入信号， 可以是电流、 电压和 磁通中的任何一种。 有关位置跟踪观测器配置的示例， 请参见Yang Xu等人的 “Extending Low Speed Self-Sensing via Flux Tracking wit。

42、h Volt-Second Sensing” ， 在线， 说明书 5/37 页 10 CN 111656676 A 10 2018年， IEEE， 于2018年9月13日检索， 互联网(URL:https:/ieeexplore.ieee.org/ document/8344841)。 0065 DB-DTFC计算单元14(在附图中示为DB-DTFC)为根据无差拍直接转矩和磁通控制 (DB-DTFC)系统控制电动机2的控制器。 DB-DTFC计算单元14至少基于电动机2的转矩指令、 电动机2的定子磁通的估计值、 和电动机2的定子磁通的基准值， 来计算定义电动机2的驱动 量的驱动量指令值。 00。

43、66 例如， DB-DTFC计算单元14具有气隙转矩指令值Te_com(k+1)、 定子qds轴电流估计 值Iqds_s_est(k+ )、 定子qds轴磁通估计值 qds_s_est(k+ )、 转子qds轴磁通估计值 qdr_ s_est(k+ )、 定子qds轴磁通估计值 qds_s_est(k+1)、 转子qds轴磁通估计值 qdr_s_est(k +1)、 定子qds轴磁通指令值 qds_s_com(k+2)作为输入变量， 并基于上述输入变量来计算定 子qds轴电压指令值Vqds_s_com(k+1)。 气隙转矩指令值Te_com(k+1)由运动控制器12提供。 定子qds轴电流估计。

44、值Iqds_s_est(k+ )、 定子qds轴磁通估计值 qds_s_est(k+ )、 和转子 qds轴磁通估计值 qdr_s_est(k+ )由将在下文描述的平均校正单元30提供。 定子qds轴磁 通估计值 qds_s_est(k+1)和转子qds轴磁通估计值 qdr_s_est(k+1)由将在下文描述的电 流磁通估计单元20提供。 定子qds轴磁通指令值 qds_s_com(k+2)例如可以由主机装置提 供， 或者可以在控制装置10中计算出。 气隙转矩指令值Te_com(k+1)是电动机2的转矩指令 的一个示例。 定子qds轴电流估计值Iqds_s_est(k+ )是电动机2的定子电流。

45、的第二估计值 的一个示例。 定子qds轴电流估计值Iqds_s_est(k+1)和定子qds轴电流估计值Iqds_s_est (k+ )是电动机2的定子电流的估计值的一个示例。 定子qds轴磁通估计值 qds_s_est(k+ ) 是电动机2的定子磁通的估计值的一个示例。 定子qds轴磁通估计值 qds_s_est(k+1)和定 子qds轴磁通估计值 qds_s_est(k+ )是电动机2的定子磁通的估计值的一个示例。 转子qds 轴磁通估计值 qdr_s_est(k+ )是电动机2的转子磁通的估计值的一个示例。 转子qds轴磁 通估计值 qdr_s_est(k+1)和转子qds轴磁通估计值 。

46、qdr_s_est(k+ )是电动机2的转子磁 通的估计值的一个示例。 定子qds轴磁通指令值 qds_s_com(k+2)是电动机2的定子磁通的 基准值的一个示例。 例如， 在时间点(k+1)获取气隙转矩指令值Te_com(k+1)。 0067 当DB-DTFC计算单元14计算定子qds轴电压指令值Vqds_s_com(k+1)时， DB-DTFC计 算单元14参照转子qds轴磁通估计值 qdr_s_est(k+ )进行RAS坐标变换和RAS坐标逆变换。 稍后将对此进行描述。 0068 DB-DTFC计算单元14将计算出的定子qds轴电压指令值Vqds_s_com(k+1)输出到第 一坐标变。

47、换单元15和延迟运算单元23。 DB-DTFC计算单元14基于定子qds轴电压指令值 Vqds_s_com(k+1)来控制电力转换装置3。 0069 第一坐标变换单元15将作为定子qds轴坐标系中的电压指令值的定子qds轴电压 指令值Vqds_s_com(k+1)转换为三相定子电压指令值Vus_s_com(k+1)、 Vvs_s_com(k+1)和 Vws_s_com(k+1)， 它们是三相定子坐标系(固定坐标系)中的电压指令值。 由第一坐标变换 单元15执行的变换是 “dqs轴逆变换” 。 0070 PWM控制器16将基于定义电动机2的驱动量的驱动量指令值的控制信号输出至驱 动电动机2的电力。

48、转换装置3。 PWM控制器16例如将由第一坐标变换单元15变换的三相定子 电压指令值Vus_s_com(k+1)， Vvs_s_com(k+1)和Vws_s_com(k+1)与载波信号进行比较， 并 且使用脉冲宽度调制(PWM)为电力转换单元8生成选通脉冲GP。 图1中示出的PWM控制器16将 说明书 6/37 页 11 CN 111656676 A 11 每个开关装置的选通脉冲GP输出到电力转换单元8的开关装置。 0071 第二坐标变换单元17对从电流检测器9a和9b提供的定子电流Ivs和Iws进行离散 时间变换， 并且将定子电流转换为定子qds轴坐标系中的定子qds轴电流检测值Iqds_s。

49、_det (k)。 由第二坐标变换单元17执行的变换是 “dqs轴变换” 。 0072 例如， 使用以下式执行dqs轴变换。 基于定子电流Ivs和Iws计算定子电流Ius。 通过 两相变换获得的三相定子电流Ius、 Ivs和Iws与定子电流Iqs_s和Ids_s之间的关系由以下 式(2)表示。 以下式(2)表示的变换与通常使用的Clarke变换不同。 请注意， dqs轴逆变换是 公式(2)中表示的变换的逆变换。 0073 数学式2 0074 Ius+Ivs+Iws0 0075 0076 0077 转差频率估计单元18基于由下文将描述的计算块1410(估计转矩计算单元)计算 的气隙转矩估计值Te。

50、_est(k+1)、 由下文将描述的磁通观测器22计算的转子qds轴磁通的较 大幅度的估计值 qdr_s_est(k+1)的振幅值和转子电阻Rr， 计算出与电动机2的转差率有关 的转差角频率估计值sl_est(k+1)。 可替代地， 例如， 转差频率估计单元18可以使用用于 转差角频率估计的常用计算方法来计算转差角频率估计值sl_est(k+1)。 0078 加法器单元19通过将由转差频率估计单元18计算出的转差角频率估计值sl_ est(k+1)与转子角速度估计值r_est(k+1)相加， 来计算电动机2的同步角频率估计值 e_est(k+1)。 0079 电流磁通估计单元20例如包括电流观。