DE112010005981T5 - Method for controlling the current of an engine and control unit of an engine - Google Patents
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Abstract
Die vorliegende Erfindung ist ein Steuergerät eines Motors, zum Hinausziehen einer Kapazität eines Motors so weit wie möglich, um so ein Betriebsverhalten desselben mit hoher Drehzahl und hoher Leistung zu erreichen, während eine Stabilität sichergestellt wird, wobei es Folgendes einschließt: eine Stromrichtereinheit, die dafür konfiguriert ist, eine Wechselspannung gleichzurichten und zu glätten und eine Hauptstromkreis-Gleichspannung auszugeben, eine Wechselrichtereinheit, die dafür konfiguriert ist, mit der Verwendung der Hauptstromkreisspannung einen Strom zum Ansteuern des Motors hindurchzuleiten, einen Stromdetektor, der dafür konfiguriert ist, einen Ankerstrom, der durch den Motor hindurchgeht, zu erfassen, einen Positionsdetektor, der an dem Motor angeordnet ist, wobei der Positionsdetektor dafür konfiguriert ist, eine Motordrehzahl zu erfassen, und eine Stromsteuerungseinheit, die dafür konfiguriert ist, auf den Empfang eines q-Achsenstromkommandos (Iqr) hin den Ankerstrom, der durch den Motor hindurchgeht, zu steuern, durch das Ausgeben eines Signals zum Ansteuern der Wechselrichtereinheit, mit der Verwendung von Daten von dem Stromdetektor und Daten von dem Positionsdetektor.The present invention is a controller of an engine for taking out a capacity of an engine as much as possible so as to achieve a high-speed, high-power performance thereof while ensuring stability, including: a power converter unit therefor is configured to rectify and smooth an AC voltage and output a main DC circuit voltage, an inverter unit configured to pass a current for driving the motor using the main circuit voltage, a current detector configured to conduct an armature current passing through passing the motor, a position detector disposed on the motor, the position detector configured to detect an engine speed, and a current control unit configured thereto upon receipt of a q-axis current command (Iqr) At kerstrom, which passes through the motor, by outputting a signal for driving the inverter unit, with the use of data from the current detector and data from the position detector.
Description
TECHNISCHES GEBIETTECHNICAL AREA
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Steuergerät eines Motors. Insbesondere betrifft die vorliegende Erfindung ein Verfahren zum Steuern eines Stroms eines Motors und ein Steuergerät eines Motors, um ein Betriebsverhalten desselben mit hoher Drehzahl und hoher Leistung zu erreichen, während seine Stabilität sichergestellt wird, durch das Hindurchführen eines entsprechend gesteuerten d-Achsenstroms durch einen d-q-gewandelten Anker des Motors.The present invention relates to a control unit of an engine. More particularly, the present invention relates to a method of controlling a current of a motor and a controller of an engine to achieve high speed and high power performance thereof while ensuring its stability by passing a correspondingly controlled d-axis current through a dq -transformed armature of the motor.
ALLGEMEINER STAND DER TECHNIKGENERAL PRIOR ART
Ein Motor wird angetrieben durch das Anlegen einer Spannung Leiter gegen Leiter an den Motor, um so einen Strom durch einen Anker des Motors hindurchzuführen. Andererseits tritt, wenn der Motor gedreht wird, eine elektromotorische Gegenspannung auf. Wenn die angelegte Spannung höher ist als die elektromotorische Gegenspannung, fließt ein Strom, so dass der Motor angetrieben werden kann. Wenn die Drehzahl des Motors zunimmt, nimmt die elektromotorische Gegenspannung zu. Da es eine Obergrenze der anzulegenden Spannung gibt, tritt schließlich eine Spannungssättigung in dem Anker des Motors auf, und folglich kann der Strom nicht mehr fließen. Dadurch wird es auf Grund des Fehlens eines Drehmoments unmöglich, den Motor anzutreiben.A motor is driven by applying a voltage across conductors to the motor so as to pass a current through an armature of the motor. On the other hand, when the motor is rotated, a counter electromotive voltage occurs. When the applied voltage is higher than the counter electromotive voltage, a current flows, so that the motor can be driven. As the speed of the motor increases, the counter electromotive voltage increases. Since there is an upper limit of the voltage to be applied, finally, a voltage saturation occurs in the armature of the motor, and thus the current can no longer flow. Thereby, due to the lack of torque, it becomes impossible to drive the motor.
Um ein größeres Drehmoment zu erreichen, ist es notwendig, die anzulegende Spannung zu steigern. Jedoch ist dafür eine große Ausrüstung notwendig, die teuer ist. Alternativ kann erwogen werden, dass die Kapazitäten des Motors und eines Wechselrichters, der den Motor ansteuert, gesteigert werden. Jedoch benötigt diese Lösung ebenfalls hohe Kosten und ist unerwünscht. Folglich sind in jüngster Zeit kostenlose Verfahren zum Verhindern des Auftretens der Spannungssättigung, um ein größeres Drehmoment zu erzeugen, vorgeschlagen worden.In order to achieve greater torque, it is necessary to increase the voltage to be applied. However, it requires a large equipment that is expensive. Alternatively, it may be considered that the capacities of the motor and an inverter driving the motor are increased. However, this solution also requires high costs and is undesirable. As a result, recently, free methods of preventing the occurrence of the voltage saturation to produce a larger torque have been proposed.
Als ein Verfahren zum Verhindern des Auftretens der Spannungssättigung in einem Anker eines Motors ist ein Verfahren zum Steuern eines Stroms vorgeschlagen worden, das ein Betriebsverhalten mit höherer Drehzahl und höherer Leistung erreichen kann, durch das Hindurchführen eines d-Achsenstroms durch den Anker, wobei eine d-Achsenrichtung einer Richtung eines Magnetfeldes in dem Motor entspricht, um so eine elektromotorische Gegenspannung zu verringern, die auftritt, wenn der Motor gedreht wird, wodurch ein q-Achsenstrom zum Erzeugen eines Drehmoments gesteigert werden kann (siehe z. B.
Außerdem ist, als ein Verfahren zum Erreichen eines Betriebsverhaltens mit höherer Leistung, ein Steuerungsverfahren vorgeschlagen worden, das eine wirksame Spannung im Vergleich mit einem allgemeinen Fall, in dem jeder Phase eine sinusförmige Phasenspannung zugeführt wird, steigern kann dadurch, dass eine Spannungswellenform Leiter gegen Leiter zu einer rechteckigen oder pseudorechteckigen Wellenform gemacht wird (siehe z. B.
Obwohl das in
KURZDARSTELLUNG DER ERFINDUNGBRIEF SUMMARY OF THE INVENTION
Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein Verfahren zum Steuern eines Stroms und ein Steuergerät dafür bereitzustellen, die eine Kapazität eines Motors so weit wie möglich hinausziehen können, um so ein Betriebsverhalten mit hoher Drehzahl und hoher Leistung zu erreichen, während eine Stabilität sichergestellt wird.The object of the present invention is to provide a method of controlling a current and a controller therefor which can pull out a capacity of a motor as much as possible so as to achieve a high-speed, high-power performance while ensuring stability ,
Um die zuvor erwähnte Aufgabe zu erfüllen, schließt ein Steuergerät eines Motors der vorliegenden Erfindung zum Hinausziehen einer Kapazität eines Motors so weit wie möglich, um so ein Betriebsverhalten desselben mit hoher Drehzahl und hoher Leistung zu erreichen, während eine Stabilität sichergestellt wird, Folgendes ein: eine Stromrichtereinheit, die dafür konfiguriert ist, eine Wechselspannung gleichzurichten und zu glätten und eine Hauptstromkreis-Gleichspannung auszugeben, eine Wechselrichtereinheit, die dafür konfiguriert ist, mit der Verwendung der Hauptstromkreisspannung einen Strom zum Ansteuern des Motors hindurchzuleiten, einen Stromdetektor, der dafür konfiguriert ist, einen Ankerstrom, der durch den Motor hindurchgeht, zu erfassen, einen Positionsdetektor, der an dem Motor angeordnet ist, wobei der Positionsdetektor dafür konfiguriert ist, eine Motordrehzahl zu erfassen, und eine Stromsteuerungseinheit, die dafür konfiguriert ist, auf den Empfang eines q-Achsenstromkommandos (Iqr) hin den Ankerstrom, der durch den Motor hindurchgeht, zu steuern, durch das Ausgeben eines Signals zum Ansteuern der Wechselrichtereinheit, mit der Verwendung von Daten von dem Stromdetektor und Daten von dem Positionsdetektor.In order to accomplish the aforementioned object, an engine control apparatus of the present invention for exhausting a capacity of an engine as much as possible so as to achieve high-speed, high-performance performance thereof while ensuring stability, includes: a power converter unit configured to rectify and smooth an AC voltage and output a main DC circuit voltage, an inverter unit configured to pass a current for driving the motor using the main circuit voltage, a current detector configured thereto; detecting an armature current passing through the motor, a position detector disposed on the motor, the position detector configured to detect an engine speed, and a current control unit therefor is configured, upon receipt of a q-axis current command (Iqr), to control the armature current passing through the motor, by outputting a signal to drive the inverter unit, using data from the current detector, and data from the position detector.
Die Stromsteuerungseinheit schließt Folgendes ein: eine Grenzverarbeitungseinheit, die dafür konfiguriert ist, auf den Empfang des q-Achsenstromkommandos (Iqr) hin den q-Achsenstrom-Grenzwert (Iqlimit) zu berechnen, mit der Verwendung eines Maximalwertes (Imax) eines zusammengesetzten Stroms von q-Achse und d-Achse und des unten beschriebenen d-Achsenstromkommandos (Idr), um das q-Achsenstromkommando (Iqr) derart zu begrenzen, dass Iqr nicht gleich einem q-Achsenstrom-Grenzwert (Iqlimit) oder größer als derselbe wird, um einen q-Achsenstrom-Grenzkommandowert (Iqrl) zu erlangen, und eine Grenzmarkierung einzuschalten, die eine übergeordnete Steuerungsinstanz zum Steuern einer Drehzahl und so weiter über die Begrenzung des q-Achsenstrom-Grenzkommandos unterrichtet, wenn das q-Achsenstrom-Grenzkommando begrenzt wird, um ein Übersteuern der Drehzahl und so weiter zu verhindern, eine PI-Ausgleichseinheit, die dafür konfiguriert ist, einen Gewinn zu verbessern, eine VqLimit-Verarbeitungseinheit (für Vq), die dafür konfiguriert ist, ein Spannungskommando (Vq), das durch die PI-Ausgleichseinheit ausgegeben worden ist, auf einen Grenzwert zu begrenzen, der durch eine Begrenzung eines Bauelements und so weiter, das in dem Steuergerät verwendet wird, voreingestellt worden ist und eine VdLimit-Verarbeitungseinheit (für Vd), eine Zweiphasen-Dreiphasen-Umwandlungseinheit, die dafür konfiguriert ist, eine zweiphasige Spannung (Vql und Vdl), die durch die VqLimit-Verarbeitungseinheit und die VdLimit-Verarbeitungseinheit ausgegeben worden ist, zu einer dreiphasigen Spannung umzuwandeln, um den Motor tatsächlich anzutreiben, eine PWM-Umwandlungseinheit, die dafür konfiguriert ist, ein Signal, das durch die Zweiphasen-Dreiphasen-Umwandlungseinheit ausgegeben worden ist, zu einem Impuls umzuwandeln, eine d-Achsenstromkommando-Erzeugungseinheit, die dafür konfiguriert ist, Idr mit der Verwendung von Vql, Vdl und der unten beschriebenen elektrischen Kreisfrequenz (ω) zu erlangen, eine Stromerfassungseinheit, die dafür konfiguriert ist, ein Signal von dem Stromdetektor zu Daten umzuwandeln, die durch die Stromsteuerungseinheit verarbeitet werden können, eine Dreiphasen-Zweiphasen-Umwandlungseinheit, die dafür konfiguriert ist, einen dreiphasigen Strom von jeweiligen Phasen, der durch die Stromerfassungseinheit ausgegeben worden ist, zu einem zweiphasigen Strom umzuwandeln, und eine Positionserfassungseinheit, die dafür konfiguriert ist, ein Signal von dem Positionsdetektor zu Daten umzuwandeln, die durch die Stromsteuerungseinheit verarbeitet werden können.The current control unit includes: a boundary processing unit configured to calculate the q-axis current limit (Iqlimit) upon receipt of the q-axis current command (Iqr), using a maximum value (Imax) of a composite current of q -Axis and d-axis and the d-axis current command (Idr) described below to limit the q-axis current command (Iqr) such that Iqr does not become equal to or greater than a q-axis current limit (Iqlimit) q-axis current limit command value (Iqrl) to obtain and turn on a boundary mark, which instructs a higher-level control entity for controlling a rotational speed and so on the limitation of the q-axis current limit command when the q-axis current limit command is limited to Override the speed and so on to prevent a PI equalization unit configured to improve a gain, a VqLimit processing nonunit (for Vq) configured to limit a voltage command (Vq) output by the PI equalization unit to a limit imposed by a boundary of a device and so on used in the controller; and a VdLimit processing unit (for Vd), a two-phase three-phase conversion unit configured to supply a two-phase voltage (Vql and Vdl) output by the VqLimit processing unit and the VdLimit processing unit To convert a three-phase voltage to actually drive the motor, a PWM conversion unit configured to convert a signal output by the two-phase three-phase conversion unit into a pulse, a d-axis current command generating unit therefor is configured to Idr with the use of Vql, Vdl and the electrical angular frequency (ω) described below a current detection unit configured to convert a signal from the current detector to data that can be processed by the current control unit, a three-phase two-phase conversion unit configured to generate a three-phase current of respective phases by the current detection unit has been outputted to convert to a two-phase current, and a position detection unit configured to convert a signal from the position detector to data that can be processed by the current control unit.
Nach der vorliegenden Erfindung kann ein Verfahren zum Steuern eines Stroms und ein Steuergerät dafür bereitgestellt werden, die eine Kapazität eines Motors so weit wie möglich hinausziehen können, um so ein Betriebsverhalten mit hoher Drehzahl und hoher Leistung zu erreichen, während eine Stabilität sichergestellt wird.According to the present invention, there can be provided a method of controlling a current and a controller therefor which can pull out a capacity of a motor as much as possible so as to achieve high-speed and high-power performance while ensuring stability.
KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGENBRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS
MODI ZUR AUSFÜHRUNG DER ERFINDUNGMODES FOR CARRYING OUT THE INVENTION
Im Folgenden wird ein Beispiel der vorliegenden Erfindung beschrieben werden.Hereinafter, an example of the present invention will be described.
BEISPIEL 1EXAMPLE 1
Beispiel 1 des Verfahrens zum Steuern eines Stroms und des Steuergerätes dafür nach der vorliegenden Erfindung wird unter Bezugnahme auf
Die in
Auf den Empfang eines q-Achsenstromkommandos (im Folgenden als ”Iqr” bezeichnet) von außerhalb hin berechnet eine Grenzverarbeitungseinheit
Seinerseits wird, wenn Iqr gleich oder größer als 0 ist und größer als Iqlimit ist, ein q-Achsenstrom-Grenzkommandowert (im Folgenden als ”Iqrl” bezeichnet) auf Iqlimit begrenzt, und die Grenzmarkierung wird eingeschaltet. Wenn Iqr gleich oder größer als 0 ist und gleich oder kleiner als –Iqlimit ist, oder wenn Iqr kleiner als 0 ist und gleich oder größer als Iqlimit ist, wird Iqrl zu Iqr gemacht, und die Grenzmarkierung wird ausgeschaltet. Wenn Iqr kleiner als 0 ist und kleiner als –Iqlimit ist, wird Iqrl auf –Iqlimit begrenzt, und die Grenzmarkierung wird eingeschaltet. Iqrl wird erlangt wie oben beschrieben und wird durch die Grenzverarbeitungseinheit
Danach wird das durch die Grenzverarbeitungseinheit
Die VqLimit-Verarbeitungseinheit
Außerdem wird das unten beschriebene Idr um einen d-Achsenstrom (im Folgenden als ”Id” bezeichnet) vermindert, der tatsächlich durch den Motor hindurchgeht, und wird danach in eine PI-Ausgleichseinheit
Wenn Vd größer ist als das oben beschriebene VLimit, wird Vd an VLimit angeklemmt. Danach wird ein angeklemmtes d-Achsenspannungskommando (im Folgenden als ”Vdl” bezeichnet) ausgegeben.If Vd is greater than the VLimit described above, Vd is clamped to VLimit. Thereafter, a clamped d-axis voltage command (hereinafter referred to as "Vdl") is output.
Ein zweiphasiges angeklemmtes Spannungskommando (Vql und Vdl), das durch die VqLimit-Verarbeitungseinheit
Eine Stromerfassungseinheit
Eine Dreiphasen-Zweiphasen-Umwandlungseinheit
Eine Positionserfassungseinheit
Eine d-Achsenstromkommando-Erzeugungseinheit
Ein Integrator, der eine Integralkonstante ωi hat (siehe
Wenn Idr kleiner als 0 ist, wird Idr zu 0 gemacht. Wenn Idr gleich oder größer als 0 ist und größer als Idmax ist (Idmax ist ein konstanter Wert, der im Voraus in Abhängigkeit von den Charakteristika des Motors erlangt worden ist. Idmax ist üblicherweise das gleiche wie Imax, kann aber sich bei einigen Motoren von Imax unterscheiden.), wird Idr zu Idmax gemacht. Wenn Idr gleich oder größer als 0 ist und gleich oder kleiner als Idmax ist, wird Idr zu Idri gemacht (siehe
Die Stromsteuerungseinheit
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION
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Zitierte PatentliteraturCited patent literature
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