JP2006034022A - Ac motor controller - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は交流電動機の制御装置に関し、特に矩形波電圧駆動でインバータを制御する制御装置における駆動周期の切替技術に関する。 The present invention relates to a control device for an AC motor, and more particularly to a drive cycle switching technique in a control device that controls an inverter by rectangular wave voltage drive.
従来における交流電動機の制御装置としては下記特許文献1に記載のものがある。
上記のような交流電動機の制御方法で、電動機に電流を供給するインバータを制御する方式として、PWM電圧駆動方式では出力電圧が制限を受ける動作領域等において用いられる矩形波電圧駆動方式がある。この制御方式においては、一定間隔のクロックで動作するタイマカウンタを使用し、カウント値が目標値に達する毎に電圧スイッチングパターン(以下、電圧SWパターンと略記)を切り替えて出力している。電圧SWパターンが切り替わると、次の切替時に出力する電圧SWパターンを判定し、次の電圧SWパターン切り替えからその次の電圧SWパターン切り替えまでの位相差目標値を電気角速度で除算して時間換算し、次回の電圧SWパターン切り替えと同時に起動するカウンタの目標値を決めるようになっている。
As a conventional control device for an AC motor, there is one described in
As a method of controlling the inverter that supplies current to the motor by the above-described AC motor control method, the PWM voltage drive method includes a rectangular wave voltage drive method that is used in an operation region where the output voltage is limited. In this control method, a timer counter that operates with a clock at a constant interval is used, and a voltage switching pattern (hereinafter abbreviated as a voltage SW pattern) is switched and output every time the count value reaches a target value. When the voltage SW pattern is switched, the voltage SW pattern to be output at the next switching is determined, and the phase difference target value from the next voltage SW pattern switching to the next voltage SW pattern switching is divided by the electrical angular velocity and converted into time. The target value of the counter that is activated simultaneously with the next voltage SW pattern switching is determined.
上記のように、従来例においては、電圧SWパターンを切り替える毎に、次回の電圧SWパターン切り替えと同時に起動するカウンタの目標値を更新してカウンタを起動する、という構成になっていたため、制御周期が電圧SWパターン切り替えタイミング(例えば三相電動機の場合、電気角で約60°毎)になるので、PWM駆動を行う場合に比べて制御周期が大きくなる。そして或る時点で検出または推定して得た回転数および位相差目標値に基づく制御演算の結果が制御に反映されるのは、次々回の電圧SWパターン切り替えタイミングとなるため、電圧SWパターンが切り替わってから、次に電圧SWパターンが切り替わるまでの間に回転数の急峻な変化や位相差目標値が変化した場合には、次回の電圧SWパターン切り替えタイミングにおいて理想的な切り替えタイミングに対する誤差が増加し、トルクの過不足が生じたり過電流が流れるおそれがある、という問題があった。
本発明は上記の問題を解決するためになされたものであり、矩形波電圧駆動制御において、電圧SWパターン切り替えタイミングを適切に制御してトルクの過不足や過電流のおそれを抑制した交流電動機の制御装置を提供することを目的とする。
As described above, in the conventional example, every time the voltage SW pattern is switched, the target value of the counter that is started simultaneously with the next voltage SW pattern switching is updated and the counter is started. Becomes the voltage SW pattern switching timing (for example, in the case of a three-phase motor, the electrical angle is about every 60 °), so that the control cycle becomes longer than when PWM driving is performed. The result of the control calculation based on the rotational speed and the phase difference target value obtained by detection or estimation at a certain time is reflected in the control at the next voltage SW pattern switching timing, so that the voltage SW pattern is switched. If the rotation speed changes sharply or the phase difference target value changes between the time when the voltage SW pattern is switched to the next time, the error with respect to the ideal switching timing increases at the next voltage SW pattern switching timing. There is a problem that excessive or insufficient torque or overcurrent may flow.
The present invention has been made to solve the above-described problem. In the rectangular wave voltage drive control, an AC motor in which the voltage SW pattern switching timing is appropriately controlled to suppress the torque excess and deficiency and the possibility of overcurrent. An object is to provide a control device.
本発明においては、キャリア信号の谷の位置毎に制御演算を開始するための割り込みを発生すると共に電圧スイッチングパターンの設定とキャリア信号のキャリア周期の設定とを行い、電圧スイッチングパターン一区間中で、最後の前記割り込み演算において、次の電圧スイッチングパターン切り替えから、その次に電圧スイッチングパターン切り替えを行うまでのキャリア周期を、電圧スイッチングパターン一区間の開始から終了までの時間差をn等分(nは整数で、キャリア周期が設定可能な最小値以上で、キャリア周期が最小になるように出来るだけ大きな値)した値に設定している。そして電圧スイッチングパターン一区間中で、最後以外の前記割り込み演算において、電気角速度および次回に電圧スイッチングパターンを切り替える電気角目標値の変化を監視し、何れか一方または両方が所定の閾値を超えた場合は、次の前記割り込み演算開始から次回に電圧スイッチングパターンを切り替える電気角目標値までの時間差をn'等分(n'は整数で、キャリア周期が設定可能な最小値以上で、キャリア周期が最小になるように出来るだけ大きな値)した値に、それ以後のキャリア周期を変更するように構成している。 In the present invention, an interrupt for starting the control calculation is generated for each valley position of the carrier signal and the setting of the voltage switching pattern and the carrier period of the carrier signal are performed. In the last interrupt calculation, the carrier cycle from the next voltage switching pattern switching to the next voltage switching pattern switching is divided into n equal parts (n is an integer). Thus, the carrier period is set to a value that is equal to or greater than the minimum value that can be set and is as large as possible so that the carrier period is minimized. Then, in one section of the voltage switching pattern, in the interrupt calculation other than the last, the change in the electrical angular velocity and the electrical angle target value for switching the voltage switching pattern next time is monitored, and either or both exceed a predetermined threshold The time difference from the start of the next interrupt calculation until the next electrical angle target value for switching the voltage switching pattern is equally divided into n ′ (n ′ is an integer, the carrier cycle is the minimum value that can be set, and the carrier cycle is the minimum) The carrier cycle thereafter is changed to a value that is as large as possible).
電圧SWパターン切り替えの間に回転数の急峻な変化や、電気角の位相差目標値に変化があった場合でも、電圧SWパターン切り替え間隔によらない小さな周期で電圧SWパターン切り替えタイミングが適切になるようにキャリア周期を変更できるので、トルクの過不足が生じたり過電流が流れるおそれが低減される、という効果がある。 Even when there is a steep change in the number of revolutions during voltage SW pattern switching or a change in the phase difference target value of the electrical angle, the voltage SW pattern switching timing is appropriate in a small cycle that does not depend on the voltage SW pattern switching interval. Since the carrier cycle can be changed as described above, there is an effect of reducing the possibility of excess or deficiency in torque or the flow of overcurrent.
図1は、この発明を適用する交流電動機の制御装置の構成を示す一実施例のブロック図である。
図1において、電圧位相生成手段1では、外部から入力されるトルク指令値T*および現在の回転速度ωを指標としてテーブル参照により求めた電圧位相目標値α*を出力する。具体的には、例えば制御の対象となる電動機の評価試験等において、トルク指令値T*と回転速度ωとに対する電圧位相目標値α*の値をテーブルデータとして求めておくことにより、そのときのトルク指令値T*と回転速度ωに対応した電圧位相目標値α*の値をテーブル参照によって求めることができる。
FIG. 1 is a block diagram of an embodiment showing a configuration of an AC motor control apparatus to which the present invention is applied.
In FIG. 1, the voltage phase generating means 1 outputs a voltage phase target value α * obtained by referring to a table using an externally input torque command value T * and the current rotational speed ω as indices. Specifically, for example, in the evaluation test of the electric motor to be controlled, the value of the voltage phase target value α * with respect to the torque command value T * and the rotational speed ω is obtained as table data. The value of the voltage phase target value α * corresponding to the torque command value T * and the rotation speed ω can be obtained by referring to the table.
制御手段2は、矩形波制御手段2−1とPWM制御手段2−2からなる。本発明は矩形波電圧駆動に関するものなので、以下、矩形波制御手段2−1について主として説明し、PWM制御手段2−2については必要のある個所のみを説明する。
The
矩形波制御手段2−1は、電圧位相生成手段1から出力された電圧位相目標値α*と、位置検出手段6で検出された電動機5の電気角θと、電気角θを入力とする速度演算手段7で求めた電気角速度ω(回転速度)とを入力し、オン/オフ信号の駆動信号Pを演算して出力する(詳細後述)。この駆動信号Pでインバータ3を制御し、インバータ3から振幅が電源電圧Vdcか0(または+Vdc/2か−Vdc/2)の3相の矩形波電圧Vu、Vv、、Vwを出力し、それによって3相の電動機5を駆動する。
The rectangular wave control means 2-1 receives the voltage phase target value α * output from the voltage phase generation means 1, the electrical angle θ of the
上記の電圧位相生成手段1および制御手段2はコンピュータ等で構成され、所定周期で繰り返し演算を行って駆動信号Pを演算する。この駆動信号Pを演算する際におけるキャリア周期の設定と修正の内容が本発明の要旨である。 The voltage phase generation means 1 and the control means 2 are constituted by a computer or the like, and calculate the drive signal P by repeatedly performing calculations at a predetermined cycle. The content of the setting and correction of the carrier period when calculating the drive signal P is the gist of the present invention.
上記の駆動信号Pはオン/オフ信号であり、インバータ3の出力は駆動信号Pに同期して出力される。つまり、駆動信号Pのオン/オフの切り替わるタイミングがそのまま矩形波電圧の切り替わるタイミングとなる(厳密にはオンとオフが逆になることもある)。そして矩形波電圧駆動では、印加する電圧振幅は電源電圧Vdcか0(+Vdc/2か−Vdc/2)であって振幅を制御できないので、電圧位相を電圧位相目標値α*に追従させるように制御することにより、与えられたトルク指令値T*を実現するように電動機5のトルク制御を行う。つまりトルクと電圧位相には相関があるので、電圧位相を制御することによってトルクを制御することが出来る。この電圧位相を制御するには後述する電圧SWパターンを切り替えることによって行う。
The drive signal P is an on / off signal, and the output of the
なお、制御手段2におけるPWM制御手段2−2は、PWM電圧駆動を行う領域では、電流センサ4で検出した検出電流Iu、Ivを用いて一般的なトルク制御演算を行い、インバータ3をPWM信号で制御し、電動機5の各相に与える電圧値を変えてトルク制御を行う。上記のPWM制御における一般的なトルク制御演算とは、例えば、入力したトルク指令値と電動機5の回転角度とに基づいてd軸電流指令値とq軸電流指令値を算出し、d軸電流指令値と実際のd軸電流値との偏差に基づき比例積分演算を行ってd軸電圧指令値を演算し、同様にq軸電流指令値と実際のq軸電流値との偏差に基づいてq軸電圧指令値を演算する。なお、実際のd軸電流値とq軸電流値は、検出電流Iu、Iv(IwはIuとIvから算出可能)から3相2相変換を行って求める。そしてd軸電圧指令値とq軸電圧指令値を2相3相変換し、3相電圧指令値を演算する。この3相電圧指令値からPWM信号のデューティ指令値を演算し、このデューティ指令値と所定のキャリア信号(三角波や鋸歯状波など)とを比較することにより、駆動信号Pを求めるものである。
Note that the PWM control means 2-2 in the control means 2 performs a general torque control calculation using the detected currents Iu and Iv detected by the
本発明で用いる矩形波電圧駆動を行う場合には、上記キャリア信号と比較するデューティ指令値のデューティ比を0[%]か100[%]のどちらかにセットすることにより矩形波(Vdcか0の2値)の駆動信号Pを生成することが出来る。なお、一般に、矩形波電圧駆動は、高電圧が必要な弱め界磁領域で用いられ、その他の領域ではPWM制御が用いられる。 When the rectangular wave voltage drive used in the present invention is performed, the rectangular wave (Vdc or 0) is set by setting the duty ratio of the duty command value to be compared with the carrier signal to 0 [%] or 100 [%]. Drive signal P can be generated. In general, the rectangular wave voltage drive is used in a field weakening region where a high voltage is required, and PWM control is used in other regions.
また、矩形波制御手段2−1において、電圧位相を電圧位相目標値α*に追従させるように制御するには、電圧SWパターン(詳細後述)を電圧位相目標値α*に応じて決まるタイミングで切り替えることによって行う。 In addition, in order to control the voltage phase to follow the voltage phase target value α * in the rectangular wave control means 2-1, the voltage SW pattern (detailed later) is determined at a timing determined according to the voltage phase target value α *. Do by switching.
電圧SWパターンやキャリア周期の設定はキャリア信号の三角波や鋸歯状波の谷で有効になり、同時に制御演算を開始するための割り込みが発生する。そして電圧SWパターン切り替えタイミングが適切になるように、キャリア周期を変更して矩形波のパターン(電圧SWパターン)が切り替わるタイミングを調整している。つまり、矩形波を作るためのキャリア信号(例えば三角波)の周期を、電圧SWパターンの切り替わり時点とキャリア信号の谷(割り込み演算開始時)とが一致するように制御することにより、電圧位相を電圧位相目標値α*に追従させるように制御している。 The setting of the voltage SW pattern and the carrier cycle is effective at the trough of the triangular wave or sawtooth wave of the carrier signal, and at the same time, an interrupt for starting the control calculation is generated. The timing at which the rectangular wave pattern (voltage SW pattern) is switched is adjusted by changing the carrier cycle so that the voltage SW pattern switching timing is appropriate. In other words, the voltage phase is set to voltage by controlling the period of the carrier signal (for example, triangular wave) for creating the rectangular wave so that the switching point of the voltage SW pattern coincides with the valley of the carrier signal (at the start of the interrupt calculation). Control is performed to follow the phase target value α * .
(実施例1)
以下、実施例1におけるキャリア周期の設定方法について詳細に説明する。
図2は、キャリア周期の設定方法を説明するための信号波形図である。
電圧SWパターン(U、V、Wの三相各相に与える電圧のパターン、つまり三相の何れを“1”つまりVdcにし、何れを“0”にするかのパターン、図2ではVu=1、Vv=0、Vw=1の場合を例示)を切り替えてから、次に電圧SWパターンを切り替えるまで(時点t0から時点t1まで)の間におけるキャリア周期Tc0は、電圧SWパターン切り替えが行われる直前の制御演算1(黒で塗りつぶした矢印で示す)において以下の様に決定する。
Example 1
Hereinafter, the method for setting the carrier period in the first embodiment will be described in detail.
FIG. 2 is a signal waveform diagram for explaining a carrier period setting method.
Voltage SW pattern (Pattern of voltage applied to each phase of U, V, and W, that is, pattern of which of three phases is set to “1”, that is, Vdc, and which is set to “0”, in FIG. 2, Vu = 1 , Vv = 0, carrier cycle Tc0 between the case of Vw = 1 after switching the illustration), until the next switching the voltage SW pattern (from time t 0 to time t 1), the voltage SW pattern switching line In the control operation 1 (shown by an arrow filled with black) immediately before the operation is determined as follows.
まず、下記(数1)式に示すように、一つの電圧SWパターンの、開始から終わりまでの理想的な位相差π/3[rad]を制御演算1(周期割り込み演算)開始時の電気角速度ωで除算して、時間差t’に換算する。
t’=π/3ω …(数1)
次に、下記(数2)式に示すように、制御演算1開始時の電気角θと電気角速度ωと現在のキャリア周期Tc’から、次に電圧SWパターン切り替えが行われる電気角予測値θnextを算出する。
θnext=θ+ωTc’ …(数2)
なお、現在のキャリア周期Tc’は前回の電圧SWパターン切り替え直前の演算で算出されたキャリア周期である。
First, as shown in the following (Equation 1), an ideal phase difference π / 3 [rad] from the start to the end of one voltage SW pattern is calculated as an electrical angular velocity at the start of control calculation 1 (periodic interrupt calculation). Divide by ω to convert to time difference t ′.
t ′ = π / 3ω (Equation 1)
Next, as shown in the following formula (2), from the electrical angle θ at the start of the
θnext = θ + ωTc ′ (Expression 2)
The current carrier cycle Tc ′ is a carrier cycle calculated by a calculation immediately before the previous voltage SW pattern switching.
次に、下記(数3)式に示すように、次の電圧SWパターン切り替えの電気角目標値θsw*と、次に電圧SWパターン切り替えが行われる電気角予測値θnextとの差分を電気角速度ωで除算して時間換算した値△tを算出する。
△t=(θsw*−θnext)/ω …(数3)
次に、下記(数4)式に示すように、t’を△tで補正した値tを求め、(数5)式に示すように、上記tをnで等分割した値Tc0を次の電圧SWパターン区間のキャリア周期とする。
t=t’+△t …(数4)
Tc0=t/n …(数5)
なお、nはキャリア周期Tc0が設定可能な最小キャリア周期以上で最も小さくなる整数である。つまりキャリア周期Tc0をなるべく小さくするように、nをなるべく大きな値に設定する。
Next, as shown in the following (Equation 3), the difference between the electrical angle target value θsw * for the next voltage SW pattern switching and the electrical angle predicted value θnext for the next voltage SW pattern switching is expressed as the electrical angular velocity ω. A value Δt that is time-converted by dividing by is calculated.
Δt = (θsw * −θnext) / ω (Equation 3)
Next, as shown in the following (Equation 4), a value t obtained by correcting t ′ by Δt is obtained, and as shown in the (Equation 5), a value Tc0 obtained by equally dividing t by n is given by The carrier cycle of the voltage SW pattern section is used.
t = t ′ + Δt (Equation 4)
Tc0 = t / n (Expression 5)
Note that n is an integer that becomes the smallest when the carrier cycle Tc0 is equal to or greater than the settable minimum carrier cycle. That is, n is set as large as possible so that the carrier cycle Tc0 is as small as possible.
次回の電圧SWパターン切り替えの電気角目標値θsw*は、電気角θと、電圧位相目標値α*と、電動機に入力すべき電圧のSWパターンとの関係を示す図3に基づき、θsw0*〜θsw5*の内からθnextと最も近い電気角を選択し、また、現在の回転方向から次の電圧SWパターン切り替え以降に出力する電圧SWパターンを判定する。例えば、図3において、θnextが(2π/3)−α*に最も近い値であった場合は、次回の電圧SWパターン切り替えの電気角目標値θsw*としてθsw2*を選択し、次回の電圧SWパターンは「Vu=−Vdc/2、Vv=−Vdc/2、Vw=+Vdc/2」のパターンとなる。 The electrical angle target value of the next voltage SW pattern switching .theta.sw *, based on FIG. 3 showing the electrical angle theta, the voltage phase target value alpha *, the relationship between the SW pattern of voltage to be input to the motor, θsw0 * ~ The electrical angle closest to θnext is selected from θsw5 * , and the voltage SW pattern output after the next voltage SW pattern switching is determined from the current rotation direction. For example, in FIG. 3, if θnext is the closest value to (2π / 3) −α * , θsw2 * is selected as the electrical angle target value θsw * for the next voltage SW pattern switching, and the next voltage SW The pattern is “Vu = −Vdc / 2, Vv = −Vdc / 2, Vw = + Vdc / 2”.
なお、図3においては、各電圧SWパターンが0を中心とした+Vdc/2と−Vdc/2の2値の矩形波なっている。これは電動機の3相巻線をY接続した場合には、電源電圧Vdc端子と接地端子との間に、U、V、Wの3相のうちの何れか2相の巻線が直列に接続された回路が接続されることになるので、中性点を0とすれば、Vdc端子側に接続された相に+Vdc/2、接地端子側に接続された相に−Vdc/2が印加されたものと表示することが出来ることによる。したがって前記図2に示したように、+Vdc/2をVdc(“1”)、−Vdc/2を“0”で表してもよい。 In FIG. 3, each voltage SW pattern is a binary rectangular wave of + Vdc / 2 and −Vdc / 2 with 0 as the center. This is because, when the three-phase winding of the motor is Y-connected, any two of the three phases U, V, and W are connected in series between the power supply voltage Vdc terminal and the ground terminal. If the neutral point is set to 0, + Vdc / 2 is applied to the phase connected to the Vdc terminal side, and -Vdc / 2 is applied to the phase connected to the ground terminal side. It is because it can be displayed. Therefore, as shown in FIG. 2, + Vdc / 2 may be represented by Vdc ("1") and -Vdc / 2 may be represented by "0".
また、図3におけるθsw0*〜θsw5*の各一区間(例えばθsw0*からθsw1*までの一区間)は、図2のt’の区間に相当し、これをΔtだけ補正したtの区間(時点t0〜t1の区間)をn等分(図2の例では7等分)し、n個のキャリア周期Tc0に分けている。
Further, each section of θsw0 * to θsw5 * in FIG. 3 (for example, one section from θsw0 * to θsw1 * ) corresponds to the section t ′ in FIG. 2, and the section of t (time point) corrected by Δt. t 0 -t 1 ) is divided into n equal parts (7 equal parts in the example of FIG. 2) and divided into n
次に、キャリア周期の修正方法について説明する。
図4は、キャリア周期の修正方法を説明するための信号波形図である。
電圧SWパターン切り替えが行われる直前以外の制御演算(斜線で塗りつぶした矢印で示す)では、回転速度や、次回に電圧SWパターン切り替えを行う電気角目標値θsw*の変化を監視する。これらの変化が所定の閾値を超えなければ、キャリア周期および電圧SWパターンは前回の電圧SWパターン切り替え直前の制御演算2(キャリア周期割り込み演算)で決定した状熊を継続する。
Next, a method for correcting the carrier period will be described.
FIG. 4 is a signal waveform diagram for explaining a carrier period correction method.
In a control calculation other than immediately before the voltage SW pattern switching is performed (indicated by a hatched arrow), changes in the rotational speed and the electrical angle target value θsw * at which the voltage SW pattern switching is performed next time are monitored. If these changes do not exceed a predetermined threshold value, the carrier cycle and the voltage SW pattern continue the state determined in the control calculation 2 (carrier cycle interruption calculation) immediately before the previous voltage SW pattern switching.
しかし、例えば途中の制御演算5において所定の閾値を超えた場合には、現在のキャリア周期Tc0および演算開始時の電気角θと電気角速度ωを用いて、下記(数6)式により、次回の演算開始時から次回の電圧SWパターン切り替えの電気角目標値θsw*までの時間差△tを算出し、下記(数7)式に示すように、その△tをn’等分(図4の例ではn’=3)することによって算出したTreを新たなキャリア周期として設定する。
However, for example, when a predetermined threshold value is exceeded in the
△t=[(θsw*−θ)/ω]−Tc0 …(数6)
Tre=△t/n’ …(数7)
次回の電圧SWパターン切り替えの電気角目標値θsw*は、制御演算5開始時の電気角θと電気角速度ωの極性から図3に基づいて判定する。なお、電圧SWパターン一区間内なので、電圧SWパターンはキャリア周期割り込み演算2で決定した状態を継続している。
また、キャリア周期の修正は、電圧SWパターン一区間の間に1回とは限らず、必要に応じて複数回同様の方法で行うことができる。
Δt = [(θsw * −θ) / ω] −Tc0 (Equation 6)
Tre = Δt / n ′ (Expression 7)
The electrical angle target value θsw * for the next voltage SW pattern switching is determined based on FIG. 3 from the polarities of the electrical angle θ and the electrical angular velocity ω at the start of the
Further, the correction of the carrier cycle is not limited to once during one section of the voltage SW pattern, but can be performed by a similar method a plurality of times as necessary.
次に、作用を説明する。
図2における制御演算1で決定する次の電圧SWパターン一区間のキャリア周期は、前記のように誤差を補正した値を等分割した値に設定する。つまり定常状態ならばその次の電圧SWパターンが始まる理想的なタイミングとキャリア信号の谷のタイミングとが一致するようにキャリア周期を決めるので、電圧SWパターンを切り替えるタイミングを設定するキャリア信号の谷のタイミング(割り込み演算の始点)を次の電圧SWパターンが始まる理想的なタイミングに一致させることが出来る。そのため定常状態における電圧SWパターンが切り替えられるタイミングの誤差を抑制することができる。
Next, the operation will be described.
The carrier period of one section of the next voltage SW pattern determined by the
また、回転速度や電圧SWパターン切り替えの電気角目標値が大きく変化する場合でも、図4の制御演算5のように、変化を検知した時点で次の電圧SWパターンが始まる理想的なタイミングとキャリア信号の谷が一致するようにキャリア周期を変更するので、電圧SWパターンが切り替えられるタイミングの誤差を抑制することができる。
Even when the rotation speed and the electrical angle target value for switching the voltage SW pattern change greatly, the ideal timing and carrier at which the next voltage SW pattern starts when the change is detected as in the
なお、図4で前記のようなキャリア周期の修正を行わなかった場合には、図4の破線3で示したように、制御演算2で決定したキャリア信号3の谷と電圧SWパターン切り替えの電気角目標値θsw*は一致しなくなり、電圧SWパターン切り替えは電気角目標値θsw*からずれたタイミング(破線4)で行われてしまう。そのためトルクの過不足が生じたり過電流が流れるおそれがある。
In the case where the carrier period is not corrected as described above in FIG. 4, the valley of the
上記のように、実施例1においては、矩形波電圧駆動を行う際は、電圧SWパターンの開始から終了までの時間差をn等分(nは整数で、キャリア周期が設定可能な最小値以上で、なるべく小さくなるように決める)した値にキャリア周期を設定する。
また、電圧SWパターン一区間中で、最後の制御演算(キャリア周期割り込み演算)において、次の電圧SWパターン切り替えから、その次に電圧SWパターン切り替えを行うまでのキャリア周期を決定する。
また、電圧SWパターン一区間中で、最後以外の制御演算(キャリア周期割り込み演算)においては、電気角速度および次の電圧SWパターン切り替えの電気角目標値の変化を監視し、どちらかまたは両方が所定の閾値を超えたら、次の演算開始から次の電圧SWパターン切り替えの電気角目標値までの時間差をn’等分した値でキャリア周期を変更するように構成している。
As described above, in the first embodiment, when the rectangular wave voltage drive is performed, the time difference from the start to the end of the voltage SW pattern is divided into n equal parts (n is an integer and the carrier cycle is equal to or greater than the minimum value that can be set). The carrier period is set to a value determined to be as small as possible.
In the last section of the voltage SW pattern, the carrier cycle from the next voltage SW pattern switching to the next voltage SW pattern switching is determined in the last control calculation (carrier cycle interrupt calculation).
Also, in a control calculation other than the last (carrier cycle interrupt calculation) in one section of the voltage SW pattern, changes in the electrical angular velocity and the electrical angle target value for the next voltage SW pattern switching are monitored, and either or both are predetermined. When the threshold value is exceeded, the carrier cycle is changed by a value obtained by equally dividing the time difference from the start of the next calculation to the electrical angle target value for the next voltage SW pattern switching by n ′.
上記のように構成したことにより、電圧SWパターン切り替えの間に回転数の急峻な変化や、電気角の位相差目標値に変化があった場合でも、電圧SWパターン切り替え間隔によらない小さな周期(電圧SWパターン周期のほぼ1/nの周期)で電圧SWパターン切り替えタイミングが適切になるようにキャリア周期を変更できるので、トルクの過不足や過電流が流れるおそれが低減される。 With the above-described configuration, even when there is a steep change in the number of rotations or a change in the electrical angle phase difference target value during voltage SW pattern switching, a small period (depending on the voltage SW pattern switching interval ( Since the carrier period can be changed so that the voltage SW pattern switching timing is appropriate at a period of approximately 1 / n of the voltage SW pattern period), the possibility of excessive or insufficient torque and overcurrent flow is reduced.
(実施例2)
実施例2においても構成のブロック図は実施例1と同じ図1であり、キャリア周期の設定方法と修正方法が異なっている。
以下、実施例2におけるキャリア周期の設定方法を説明する。
図5は、キャリア周期の設定方法を示す図である。
本実施例においては、基本のキャリア周期は予め定めた一定の基準値Tcpとしておき、電圧SWパターンを切り替える場合のみ、その前後のキャリア周期の合計が基本のキャリア周期Tcpの3倍となるように設定する。なお、上記の基本のキャリア周期Tcpは、例えばPWM電圧駆動を行う場合のキャリア周期と同じ大きさとする。
(Example 2)
Also in the second embodiment, the block diagram of the configuration is the same as that in the first embodiment, and the carrier cycle setting method and the correction method are different.
Hereinafter, a method for setting the carrier period in the second embodiment will be described.
FIG. 5 is a diagram illustrating a method for setting a carrier period.
In this embodiment, the basic carrier period is set to a predetermined constant reference value Tcp, and only when the voltage SW pattern is switched, the total of the carrier periods before and after that is set to be three times the basic carrier period Tcp. Set. The basic carrier period Tcp is set to the same size as the carrier period when PWM voltage driving is performed, for example.
電圧SWパターンを切り替えてから、次に電圧SWパターンを切り替えるまでのキャリア周期は、電圧SWパターン切り替えが行われる直前の制御演算1(黒で塗りつぶした矢印)において以下の様に決定する。 The carrier cycle from the switching of the voltage SW pattern to the next switching of the voltage SW pattern is determined as follows in the control calculation 1 (arrow filled with black) immediately before the switching of the voltage SW pattern.
下記(数8)式に示すように、1つの電圧SWパターンの、開始から終わりまでの理想的な位相差π/3[rad]を制御演算1(周期割り込み演算)開始時の電気角速度ωで除算して、時間差t’に換算する。
t’=π/3ω …(数8)
次に、下記(数9)式に示すように、制御演算1開始時の電気角θおよび電気角速度ωと現在のキャリア周期Tc1から、次に電圧SWパターン切り替えが行われる電気角予測値θnextを算出する。
θnext=θ+ωTc1 …(数9)
ただし、現在のキャリア周期Tc1は前回の電圧SWパターン切り替え直前の演算で求めた次回のキャリア周期Tc1nextに相当する。
As shown in the following formula (8), an ideal phase difference π / 3 [rad] from the start to the end of one voltage SW pattern is expressed by the electrical angular velocity ω at the start of the control calculation 1 (periodic interrupt calculation). Divide and convert to time difference t ′.
t ′ = π / 3ω (Equation 8)
Next, as shown in the following (Equation 9), from the electrical angle θ and electrical angular velocity ω at the start of the
θnext = θ + ωTc1 (Equation 9)
However, the current carrier cycle Tc1 corresponds to the next carrier cycle Tc1next obtained by the calculation immediately before switching the previous voltage SW pattern.
次に、下記(数10)式に示すように、次の電圧SWパターン切り替えの電気角目標値θsw*と、次に電圧SWパターン切り替えが行われる電気角予測値θnextとの差分を電気角速度ωで除算して時間換算した値△tを算出する。
△t=(θsw*−θnext)/ω …(数10)
そして下記(数11)式に示すように、t’を△tで補正した値tを求める。
t=t’+△t …(数11)。
Next, as shown in the following equation (10), the difference between the electrical angle target value θsw * for the next voltage SW pattern switching and the electrical angle predicted value θnext for the next voltage SW pattern switching is expressed as the electrical angular velocity ω. A value Δt that is time-converted by dividing by is calculated.
Δt = (θsw * −θnext) / ω (Equation 10)
Then, as shown in the following equation (11), a value t obtained by correcting t ′ by Δt is obtained.
t = t ′ + Δt (Equation 11)
次に、下記(数12)式に示すように、次回電圧SWパターン切り替え直後のキャリア周期Tc2を、3TcpとTc1の差分の値に設定し、下記(数13)式に示すように、次々回の電圧SWパターン切り替え直前のキャリア周期Tc1nextを、Tcpと、tからTc2を差し引いた値をTcpで割った余りとの和として求める。そして残りの期間はキャリア周期をTcp一定とすることにより、次の電圧SWパターン一区間の、キャリア周期の合計がtとなるキャリア周期パターンを決定する。
Tc2=3Tcp−Tc1 …(数12)
Tc1next=(t−Tc2)−m・Tcp …(数13)
ただし、mは、Tcp<Tc1next<2Tcpとなる整数。
Next, as shown in the following (Equation 12), the carrier cycle Tc2 immediately after switching the next voltage SW pattern is set to the value of the difference between 3Tcp and Tc1, and as shown in the following (Equation 13), The carrier cycle Tc1next immediately before switching the voltage SW pattern is obtained as the sum of Tcp and the remainder obtained by dividing Tc2 by Tcp. In the remaining period, the carrier cycle is set to be constant Tcp, thereby determining a carrier cycle pattern in which the total of the carrier cycles in one section of the next voltage SW pattern is t.
Tc2 = 3Tcp-Tc1 (Equation 12)
Tc1next = (t−Tc2) −m · Tcp (Equation 13)
Here, m is an integer satisfying Tcp <Tc1next <2Tcp.
上記のように制御演算1で求める次の電圧SWパターン一区間におけるキャリア周期は、Tc2とm個(図5ではm=4)のTcpとTc1nextとからなるパターンとなる。
なお、Tc1、Tc2、Tc1nextの大きさはTcpより大とする。これは一般にTcpを演算可能な範囲で最も小さな値に設定していることから、それよりも小さな値は演算困難なためである。
As described above, the carrier cycle in one section of the next voltage SW pattern obtained by the
Note that the sizes of Tc1, Tc2, and Tc1next are larger than Tcp. This is because, in general, Tcp is set to the smallest value within the range that can be calculated, and therefore, a value smaller than that is difficult to calculate.
次回の電圧SWパターン切り替えの電気角目標値θsw*は、電気角θと、電圧位相目標値α*と、電動機に入力すべき電圧のSWパターンとの関係を表す図3に基づき、θsw0*〜θsw5*からθnextと最も近い点を選択する。また、現在の回転方向から、次の電圧SWパターン切り替え以降に出力する電圧SWパターンを判定する。 The electrical angle target value of the next voltage SW pattern switching .theta.sw *, based on FIG. 3 which represents the electrical angle theta, the voltage phase target value alpha *, the relationship between the voltage of the SW pattern to be input to the motor, θsw0 * ~ A point closest to θnext is selected from θsw5 * . Further, a voltage SW pattern output after the next voltage SW pattern switching is determined from the current rotation direction.
次に、キャリア周期の修正方法について説明する。
図6は、キャリア周期の修正方法を説明するための信号波形図である。
電圧SWパターン切り替えが行われる直前以外の制御演算(斜線で塗りつぶした矢印で表示)では、回転速度や、次回に電圧SWパターン切り替えを行う電気角目標値θsw*の変化を監視する。これらの変化が所定の閾値を超えなければ、キャリア周期およぴ電圧SWパターンは前回の電圧SWパターン切り替え直前の制御演算2(キャリア周期割り込み演算)で決定した状態を継続する。
Next, a method for correcting the carrier period will be described.
FIG. 6 is a signal waveform diagram for explaining a carrier period correction method.
In a control calculation other than immediately before the voltage SW pattern switching is performed (indicated by a hatched arrow), changes in the rotational speed and the electrical angle target value θsw * at which the voltage SW pattern switching is performed next time are monitored. If these changes do not exceed a predetermined threshold, the carrier cycle and voltage SW pattern continue to be in the state determined in the control calculation 2 (carrier cycle interrupt calculation) immediately before the previous voltage SW pattern switching.
しかし、例えば途中の制御演算5で所定の閾値を超えた場合には、現在のキャリア周期Tcpおよび演算開始時の電気角θと電気角速度ωを用いて、下記(数14)式により次回演算開始時から電気角目標値θsw*までの時間差△tを算出する。また、下記(数15)式に示すように、次回電圧SWパターン切り替え直前のキャリア周期Tc1nextを、Tcpと、△tをTcpで割った余りとの和として演算する。そして残りの期間はキャリア周期をTcp一定として、次の演算開始から電圧SWパターン切り替えまでのキャリア周期の合計が△tとなるようにキャリア周期パターンを変更する。
△t=[(θsw*−θ)/ω]−Tcp …(数14)
Tc1next=△t−m・Tcp …(数15)
ただし、mは、Tcp<Tc1next<2Tcpとなる整数。
However, for example, when a predetermined threshold value is exceeded in the
Δt = [(θsw * −θ) / ω] −Tcp (Equation 14)
Tc1next = Δt−m · Tcp (Equation 15)
Here, m is an integer satisfying Tcp <Tc1next <2Tcp.
なお、キャリア周期の修正は、電圧SWパターン一区間の間に1回とは限らず、必要に応じて複数回同様の方法で行うことができる。
また、キャリア周期がTc2の区間の制御演算においても同様の方法でキャリア周期を変更できる。
The correction of the carrier cycle is not limited to once during one section of the voltage SW pattern, but can be performed by a similar method a plurality of times as necessary.
Further, the carrier cycle can be changed by the same method in the control calculation in the section where the carrier cycle is Tc2.
次に、作用を説明する。
図5における制御演算5で決定する次の電圧SWパターン一区間のキャリア周期パターンは、定常状態ならばその次の電圧SWパターンが始まる理想的なタイミングとキャリア信号の谷のタイミングがなるべく一致するように決めるので、定常状態で電圧SWタイミングの誤差は抑制される。
Next, the operation will be described.
The carrier cycle pattern of one section of the next voltage SW pattern determined by the
また、回転速度や電圧SWパターン切り替えの電気角目標値が大きく変化する場合でも、図6の制御演算5のように変化を検知した時点で次の電圧SWパターンが始まる理想的なタイミングとキャリア信号の谷が一致するようにキャリア周期パターンを変更するので、電圧SWタイミングの誤差を抑制することができる。
Even when the rotation speed and the electrical angle target value for switching the voltage SW pattern change greatly, the ideal timing and carrier signal at which the next voltage SW pattern starts when the change is detected as in the
なお、図6で上記のようなキャリア周期の変更を行わなかった場合には、図6の制御演算2で決定したキャリア信号3(破線で示す)の谷と電圧SWパターン切り替えの電気角目標値θsw*が一致しなくなるので、電圧SWパターン切り替えはθsw*からずれたタイミング4(破線で示す)で行われてしまう。
When the carrier cycle is not changed as described above in FIG. 6, the valley of the carrier signal 3 (shown by a broken line) determined by the
また、基本的なキャリア周期TcpをPWM電圧駆動時のキャリア周期と同じ値に設定した場合には、電圧SWパターン切り替えに伴ってその前後のキャリア周期を変更した場合でも、その和は基本的なキャリア周期Tcpの整数倍、つまりPWM電圧駆動時のキャリア周期の整数倍であるため、図7に示すようにPWM電圧駆動から矩形波電圧駆動に切り替え、再度PW電圧駆動に切り替えた場合でも、電流制御などに用いる他のタイマ周期演算との相対的な時間差は一定に保たれるので、時間差の変化による影響を抑制することが出来る。 In addition, when the basic carrier period Tcp is set to the same value as the carrier period at the time of PWM voltage driving, even if the carrier period before and after the voltage SW pattern switching is changed, the sum is basic. Since it is an integral multiple of the carrier cycle Tcp, that is, an integral multiple of the carrier cycle at the time of PWM voltage driving, even when switching from PWM voltage driving to rectangular wave voltage driving and switching to PW voltage driving again as shown in FIG. Since the relative time difference with other timer cycle calculations used for control and the like is kept constant, the influence of changes in the time difference can be suppressed.
上記のように、実施例2においては、矩形波電圧駆動を行う際は、基本的なキャリア周期は一定値Tcp(例えばPWM電圧駆動を行う場合のキャリア周期と同じ値)とし、電圧SWパターンを切り替える場合のみ、その前後のキャリア周期の合計が基本的なキャリア周期Tcpの3倍となるように設定する。そして切り替え前後のキャリア周期は基本的なキャリア周期Tcpよりも大きく、その値は電圧SWパターン切り替えタイミングが切り替えを行う電気角目標値に出来るだけ一致するように決める。
また、電圧SWパターン一区間中で、最後のキャリア周期割り込み演算では、次の電圧SWパターン切り替えから、その次に電圧SWパターン切り替えを行うまでのキャリア周期パターンを決定する。そして電圧SWパターン一区間中で、最後以外のキャリア周期割り込み演算では、電気角速度および次の電圧SWパターン切り替えの電気角目標値の変化を監視し、何れか一方または両方が所定の閾値を超えたら、次の演算開始から次の電圧SWパターン切り替えの電気角目標値までの時間差に応じてキャリア周期パターンを変更するように構成している。
As described above, in the second embodiment, when rectangular wave voltage driving is performed, the basic carrier cycle is a constant value Tcp (for example, the same value as the carrier cycle when PWM voltage driving is performed), and the voltage SW pattern is changed. Only in the case of switching, the total of the carrier periods before and after that is set to be three times the basic carrier period Tcp. The carrier period before and after switching is larger than the basic carrier period Tcp, and the value is determined so that the voltage SW pattern switching timing matches the electrical angle target value for switching as much as possible.
In the last carrier cycle interrupt calculation in one section of the voltage SW pattern, the carrier cycle pattern from the next voltage SW pattern switching to the next voltage SW pattern switching is determined. Then, in the carrier cycle interrupt calculation other than the last in one section of the voltage SW pattern, the change of the electrical angular velocity and the electrical angle target value for the next voltage SW pattern switching is monitored, and if either or both exceed a predetermined threshold value. The carrier cycle pattern is changed according to the time difference from the start of the next calculation to the electrical angle target value for the next voltage SW pattern switching.
上記のように構成したことにより、電圧SWパターン切り替えの間に回転速度の急峻な変化や、電圧SWパターン切り替えの電気角目標値θsw*に変化があった場合でも、電圧SWパターン切り替え間隔によらない小さな周期で電圧SWパターン切り替えタイミングが適切になるようにキャリア周期を変更できるので、トルクが過不足になったり過電流が流れるおそれを低減することができる。 With the above configuration, even when there is a steep change in the rotation speed during voltage SW pattern switching or a change in the electrical angle target value θsw * for voltage SW pattern switching, it depends on the voltage SW pattern switching interval. Since the carrier cycle can be changed so that the voltage SW pattern switching timing is appropriate at a small cycle, there is a possibility that the torque becomes excessive or insufficient or an overcurrent flows.
また、基本的なキャリア周期TcpをPWM電圧駆動を行う場合のキャリア周期と同じ値に設定した場合には、PWM電圧駆動から矩形波電圧駆動に切り替え、再度PWM電圧駆動に切り替えた場合でも、キャリア周期割り込みタイミングが容易に同期でき、PWM電圧駆動時のキャリア周期割り込み以外の周期動作する割り込み演算に対して相対的な時間差を一定にできる、という効果が得られる。 In addition, when the basic carrier cycle Tcp is set to the same value as the carrier cycle when PWM voltage driving is performed, even when switching from PWM voltage driving to rectangular wave voltage driving and switching to PWM voltage driving again, the carrier Periodic interrupt timing can be easily synchronized, and the relative time difference can be made constant for interrupt operations that operate in periods other than the carrier period interrupt during PWM voltage driving.
(実施例3)
実施例3においても構成のブロック図は実施例1と同じ図1であり、キャリア周期の設定方法とキャリア周期の修正方法が異なっている。
Example 3
Also in the third embodiment, the block diagram of the configuration is the same as that of the first embodiment in FIG. 1, and the carrier cycle setting method and the carrier cycle correction method are different.
以下、実施例3におけるキャリア周期の設定方法を説明する。
図8は、キャリア周期の設定方法を示す図である。
電圧SWパターン切り替え直前の制御演算1では、次のキャリア周期Tc2を、現在のキャリア周期Tc1との和が3Tcpとなるように決定する。演算式は前記(数12)式と同じである。ただし、現在のキャリア周期Tc1は前回の制御演算(制御演算1の直前の演算)で求めている。
また、制御演算1開始時の電気角θと電気角速度ωの極性から、図3に基づき次の電圧SWパターンを決定する。
Hereinafter, a method for setting the carrier period in the third embodiment will be described.
FIG. 8 is a diagram illustrating a method for setting a carrier period.
In the
Further, the next voltage SW pattern is determined based on FIG. 3 from the polarities of the electrical angle θ and the electrical angular velocity ω at the start of the
電圧SWパターン切り替え直前以外の制御演算では、次回に電圧SWパターン切り替えを行う電気角目標値θsw*と、演算開始時の電気角θおよび電気角速度ωと現在のキャリア周期Tcpを用いて、次回演算開始時から次回電圧SWパターン切り替えまでの時間△tを前記(数14)式により算出する。 In the control calculation other than immediately before the voltage SW pattern switching, the next calculation is performed using the electrical angle target value θsw * for the next voltage SW pattern switching, the electrical angle θ and the electrical angular velocity ω at the start of the calculation, and the current carrier cycle Tcp. The time Δt from the start to the next voltage SW pattern switching is calculated by the above equation (14).
図9および図10は、実施例3において、△tが2Tcpより大か以下かに応じて設定されるキャリア周期が異なる場合を説明するための信号波形図である。
図9の制御演算1は、△tが2Tcpより大きい場合の例であり、次回のキャリア周期をTcpと設定する。この場合には、制御演算1後の2回のキャリア周期がTcpとなり、3回目が「Tc1=△t−2Tcp」となり、Tc2は前記(数12)式と同じ「Tc2=3Tcp−Tc1」となる。
FIG. 9 and FIG. 10 are signal waveform diagrams for explaining the case where the carrier periods set in accordance with whether Δt is greater than or less than 2 Tcp are different in the third embodiment.
図10の制御演算1は、△tが2Tcp以下の場合の例であり、次回のキャリア周期をTc1=△tに設定する。この場合には、制御演算1後の1回のキャリア周期が「Tc1=△t」となり、Tc2は前記(数12)式と同じ「Tc2=3Tcp−Tc1」となる。
The
次に、作用を説明する。
電圧SWパターン切り替え直前を除く制御演算では、次の制御演算開始から次の電圧SWパターン切り替えが始まる理想的なタイミングまでの時間差△tが2Tcpを超える場合は次のキャリア周期をTcpにし、△tが2Tcp以下なら△tを次のキャリア周期としてキャリア信号の谷のタイミングがなるべく理想的な電圧SWタイミングと一致するように決めている。したがって電圧SWタイミングの誤差を抑制することができる。
Next, the operation will be described.
In the control calculation except immediately before the voltage SW pattern switching, when the time difference Δt from the start of the next control calculation to the ideal timing at which the next voltage SW pattern switching starts exceeds 2 Tcp, the next carrier cycle is set to Tcp, and Δt Is equal to or less than 2 Tcp, Δt is set as the next carrier period, and the timing of the valley of the carrier signal is determined so as to coincide with the ideal voltage SW timing as much as possible. Therefore, an error in the voltage SW timing can be suppressed.
また、基本的なキャリア周期TcpをPWM電圧駆動時と同じにした場合は、電圧SWパターン切り替えに伴ってその前後のキャリア周期を変更した場合でも、その和はPWM電圧駆動時のキャリア周期の整数倍であるため、前記図7に示したようにPWM電圧駆動から矩形波電圧駆動に切り替え、再度PW電圧駆動に切り替えた場合でも、電流制御などに用いる他のタイマ周期演算との相対的な時間差は一定に保たれ、時間差の変化による影響を抑制することができる。 When the basic carrier cycle Tcp is the same as that at the time of PWM voltage driving, even when the carrier cycle before and after the voltage SW pattern switching is changed, the sum is an integer of the carrier cycle at the time of PWM voltage driving. Therefore, even when switching from PWM voltage driving to rectangular wave voltage driving and again switching to PW voltage driving as shown in FIG. 7, the relative time difference from other timer cycle calculations used for current control or the like Is kept constant, and the influence of changes in the time difference can be suppressed.
上記のように実施例3においては、矩形波電圧駆動を行う際は、基本的なキャリア周期は一定値Tcp(例えばPWM電圧駆動を行う場合のキャリア周期と同じ値)とし、電圧SWパターンを切り替える場合のみ、その前後のキャリア周期の合計が基本的なキャリア周期Tcpの3倍となるように設定する。そして切り替え前後のキャリア周期は基本的なキャリア周期Tcpよりも大きく、その値は電圧SWパターン切り替えタイミングが切り替えを行う電気角目標値になるべく一致するように決める。また、各キャリア周期割り込み演算では、次の演算開始から次の電圧SWパターン切り替えの電気角目標値までの時間差△tを監視し、時間差△tがPWM電圧駆動時のキャリア周期の2倍を下回ったら、時間差△tを次のキャリア周期とし、次の次の制御演算開始時(図10のTc1の次)に電圧SWパターンを切り替えるように構成している。 As described above, in the third embodiment, when rectangular wave voltage driving is performed, the basic carrier cycle is set to a constant value Tcp (for example, the same value as the carrier cycle when PWM voltage driving is performed), and the voltage SW pattern is switched. Only in this case, the total of the carrier periods before and after that is set to be three times the basic carrier period Tcp. The carrier cycle before and after switching is larger than the basic carrier cycle Tcp, and the value is determined so that the voltage SW pattern switching timing matches the electrical angle target value for switching as much as possible. In each carrier cycle interrupt calculation, the time difference Δt from the start of the next calculation to the electrical voltage target value for the next voltage SW pattern switching is monitored, and the time difference Δt is less than twice the carrier cycle during PWM voltage driving. Then, the time difference Δt is set as the next carrier cycle, and the voltage SW pattern is switched at the start of the next control calculation (next to Tc1 in FIG. 10).
上記のように構成したことにより、電圧SWパターンを切り替える間に回転速度の変化や、電圧SWパターン切り替えの電気角目標値θsw*に変化があった場合でも、電圧SWパターン切り替え間隔によらない小さな周期で電圧SWパターン切り替えタイミングが適切になるようにキャリア周期を設定できるので、トルクの過不足や過電流が流れるおそれは低減される。また、PWM電圧駆動から矩形波電圧駆動に切り替え、再度PWM電圧駆動に切り替えた場合でも、キャリア周期割り込みタイミングが容易に同期でき、PWM電圧駆動時のキャリア周期割り込み以外の周期動作する割り込み演算に対して相対的な時間差を一定にできる。また、時間差△tがTcpの2倍よりも大きいか以下で次回のキャリア周期を決めているので、回転速度変化や電気角目標値θsw*変化の監視や、キャリア周期の再計算が不要である、という効果が得られる。 With the above-described configuration, even when there is a change in the rotation speed or a change in the electrical angle target value θsw * for switching the voltage SW pattern while switching the voltage SW pattern, the voltage SW pattern switching interval is small. Since the carrier cycle can be set so that the voltage SW pattern switching timing is appropriate in the cycle, the possibility of excessive or insufficient torque or overcurrent flowing is reduced. Also, even when switching from PWM voltage driving to rectangular wave voltage driving and switching again to PWM voltage driving, the carrier cycle interrupt timing can be easily synchronized, and for interrupt calculations that operate in cycles other than the carrier cycle interrupt during PWM voltage driving The relative time difference can be made constant. Further, since the next carrier cycle is determined based on whether or not the time difference Δt is greater than or equal to twice the Tcp, it is not necessary to monitor a change in rotational speed or a target electrical angle θsw * and to recalculate the carrier cycle. The effect of is obtained.
(実施例4)
これまで説明した実施例2、実施例3においては、キャリア周期を変更する際に、変更の前後では前記(数12)式に示したように、「3Tcp=Tc1+Tc2」になるようにし、その後に基本のキャリア周期Tcpに戻るようになっている。しかし、Tc2の演算を省略し、キャリア周期は原則として基本のキャリア周期Tcpとすることも出来る。
Example 4
In the second and third embodiments described so far, when the carrier period is changed, before and after the change, as shown in the equation (12), “3Tcp = Tc1 + Tc2” is set, and thereafter It returns to the basic carrier period Tcp. However, the calculation of Tc2 can be omitted, and the carrier period can in principle be the basic carrier period Tcp.
図11は、前記実施例2の構成においてTc2の演算を省略した場合の例であり、キャリア周期は原則として基本のキャリア周期Tcpとし、電圧SWパターンの切り替え直前の制御演算1において、時間差△tを補正するように次回のキャリア周期Tc1nextを演算し、それ一回のみで調整するように構成している。
FIG. 11 shows an example in which the calculation of Tc2 is omitted in the configuration of the second embodiment. The carrier period is basically the basic carrier period Tcp, and the time difference Δt in the
この方法において、△tやtの演算方法は前記(数10)式、(数11)式で示したものと同様であるが、Tc1nextの演算式は下記(数16)式を用いて行う。
Tc1next=t−m・Tcp …(数16)
ただし、mは、Tcp<Tc1next<2Tcpとなる整数。
In this method, the calculation method of Δt and t is the same as that shown in the equations (10) and (11), but the equation for Tc1next is calculated using the following equation (16).
Tc1next = tm · Tcp (Equation 16)
Here, m is an integer satisfying Tcp <Tc1next <2Tcp.
上記のように制御演算1で求める次の電圧SWパターン一区間におけるキャリア周期は、Tc1nextとm個(図11ではm=6)のTcpからなるパターンとなる。
なお、Tc1、Tc1nextの大きさはTcpより大とする。これは一般にTcpを演算可能な範囲で最も小さな値に設定していることから、それよりも小さな値は演算困難なためである。
As described above, the carrier cycle in one section of the next voltage SW pattern obtained by the
Note that the sizes of Tc1 and Tc1next are larger than Tcp. This is because, in general, Tcp is set to the smallest value within the range that can be calculated, and therefore, a value smaller than that is difficult to calculate.
上記と同様に、実施例3の構成において、Tc2の演算を省略することも出来る。この場合には、図11において、Tc1nextの直前の制御演算においてTc1nextを演算する。Tc1nextの演算式は上記(数16)式と同じである。 Similarly to the above, the calculation of Tc2 can be omitted in the configuration of the third embodiment. In this case, in FIG. 11, Tc1next is calculated in the control calculation immediately before Tc1next. The calculation formula of Tc1next is the same as the above formula (16).
実施例4においては、キャリア周期割り込み以外のタイマ動作する割り込みとの同期が行われないことを除けば、実施例2、3と同様の作用、効果があるが、キャリア周期は原則として基本のキャリア周期Tcpとし、Tc1のみで時間差△tを補正しているので、キャリア周期を決定するモードを一つ(Tc2を決めるモード)減少させることが出来、構成を簡略化できる、という特徴がある。 The fourth embodiment has the same operations and effects as those of the second and third embodiments except that synchronization with the timer-operating interrupt other than the carrier cycle interrupt is not performed, but the carrier cycle is basically the basic carrier. Since the time difference Δt is corrected only with Tc1 as the period Tcp, there is a feature that the mode for determining the carrier period can be reduced by one (mode for determining Tc2), and the configuration can be simplified.
1…電圧位相生成手段 2…制御手段
2−1…矩形波制御手段 2−2…PWM制御手段
3…インバータ 4…電流センサ
5…電動機 6…位置検出手段
7…速度演算手段
DESCRIPTION OF
Claims (6)
外部から与えられたトルク指令値と現在の回転速度とに応じた電圧位相目標値を出力する電圧位相生成手段と、
前記電圧位相目標値と、電動機の電気角と、前記電動機の電気角速度から前記電動機を駆動する矩形波の駆動信号を演算する矩形波制御手段と、
前記矩形波の駆動信号に応じた矩形波電圧を前記電動機巻線の各相に印加して前記電動機を駆動するインバータと、を備え、
前記矩形波制御手段は、キャリア信号の谷の位置毎に制御演算を開始するための割り込みを発生すると共に前記電圧スイッチングパターンの設定と前記キャリア信号のキャリア周期の設定とを行い、
前記電圧スイッチングパターン一区間中で、最後の前記割り込み演算において、次の電圧スイッチングパターン切り替えから、その次に電圧スイッチングパターン切り替えを行うまでのキャリア周期を、電圧スイッチングパターン一区間の開始から終了までの時間差をn等分(nは整数で、キャリア周期が設定可能な最小値以上で、キャリア周期が最小になるように出来るだけ大きな値)した値に設定し、
かつ、電圧スイッチングパターン一区間中で、最後以外の前記割り込み演算において、電気角速度および次回に電圧スイッチングパターンを切り替える電気角目標値の変化を監視し、何れか一方または両方が所定の閾値を超えた場合は、次の前記割り込み演算開始から次回に電圧スイッチングパターンを切り替える電気角目標値までの時間差をn'等分(n'は整数で、キャリア周期が設定可能な最小値以上で、キャリア周期が最小になるように出来るだけ大きな値)した値に、それ以後のキャリア周期を変更するように構成し、
キャリア周期を変更して前記電圧スイッチングパターンが切り替わるタイミングを調整することにより、電圧位相を電圧位相目標値に追従させるように制御することを特徴とする交流電動機の制御装置。 In a control device for an AC motor that performs rectangular wave voltage drive that applies the highest value and the lowest value of the power supply voltage to each phase of the motor winding in a predetermined voltage switching pattern,
Voltage phase generation means for outputting a voltage phase target value according to a torque command value given from the outside and the current rotation speed;
A rectangular wave control means for calculating a drive signal of a rectangular wave for driving the electric motor from the voltage phase target value, an electric angle of the electric motor, and an electric angular velocity of the electric motor;
An inverter that drives the electric motor by applying a rectangular wave voltage corresponding to the rectangular wave driving signal to each phase of the motor winding; and
The rectangular wave control means generates an interrupt for starting a control calculation for each valley position of a carrier signal and performs setting of the voltage switching pattern and setting of a carrier cycle of the carrier signal,
In the last section of the voltage switching pattern, the carrier cycle from the next voltage switching pattern switching to the next voltage switching pattern switching in the last interrupt calculation is expressed as the period from the start to the end of the voltage switching pattern section. Set the time difference to n equal parts (n is an integer, the carrier period is greater than the minimum value that can be set, and the largest possible value so that the carrier period is minimized)
In addition, in one section of the voltage switching pattern, in the interrupt calculation other than the last, the electrical angular velocity and the change in the electrical angle target value for switching the voltage switching pattern next time are monitored, and either one or both exceeds a predetermined threshold value. In this case, the time difference from the start of the next interrupt calculation to the electrical angle target value for switching the voltage switching pattern next time is divided into n ′ equal parts (n ′ is an integer, the carrier period is equal to or greater than the minimum value that can be set, It is configured to change the carrier cycle after that to a value that is as large as possible)
A control apparatus for an AC motor, wherein a voltage phase is controlled to follow a voltage phase target value by adjusting a timing at which the voltage switching pattern is switched by changing a carrier cycle.
前記矩形波制御手段は、キャリア信号の谷の位置毎に制御演算を開始するための割り込みを発生すると共に前記電圧スイッチングパターンの設定と前記キャリア信号のキャリア周期の設定とを行い、
キャリア周期は原則として一定の基準値とし、電圧スイッチングパターンを切り替える場合にのみ、その前後のキャリア周期の合計が前記基準値の3倍となるように設定し、かつ、前記切り替え前後のキャリア周期は前記基準値よりも大きく、その値は電圧スイッチングパターン切り替えタイミングが切り替えを行う電気角目標値に一致するように設定し、電圧スイッチングパターン一区間中で、最後の前記割り込み演算では、次の電圧スイッチングパターン切り替えから、その次に電圧スイッチングパターン切り替えを行うまでのキャリア周期パターンを決定し、
かつ、電圧スイッチングパターン一区間中で、最後以外の前記割り込み演算において、電気角速度および次回に電圧スイッチングパターンを切り替える電気角目標値の変化を監視し、何れか一方または両方が所定の閾値を超えた場合は、次の前記割り込み演算開始から次回に電圧スイッチングパターンを切り替える電気角目標値までの時間差に応じてそれ以後のキャリア周期を変更するように構成し、
キャリア周期を変更して前記電圧スイッチングパターンが切り替わるタイミングを調整することにより、電圧位相を電圧位相目標値に追従させるように制御することを特徴とする交流電動機の制御装置。 In the control apparatus for an AC motor according to claim 1,
The rectangular wave control means generates an interrupt for starting a control calculation for each valley position of a carrier signal and performs setting of the voltage switching pattern and setting of a carrier cycle of the carrier signal,
In principle, the carrier period is set to a constant reference value, and only when the voltage switching pattern is switched, the total of the carrier periods before and after the switching is set to be three times the reference value, and the carrier period before and after the switching is It is larger than the reference value, and the value is set so that the voltage switching pattern switching timing coincides with the electrical angle target value to be switched, and the next voltage switching is performed in the last interrupt calculation in one section of the voltage switching pattern. Determine the carrier cycle pattern from pattern switching to the next voltage switching pattern switching,
In addition, in one section of the voltage switching pattern, in the interrupt calculation other than the last, the electrical angular velocity and the change in the electrical angle target value for switching the voltage switching pattern next time are monitored, and either one or both exceeds a predetermined threshold value. In this case, the subsequent carrier cycle is changed according to the time difference from the start of the next interrupt calculation to the electrical angle target value for switching the voltage switching pattern next time,
A control apparatus for an AC motor, wherein a voltage phase is controlled to follow a voltage phase target value by adjusting a timing at which the voltage switching pattern is switched by changing a carrier cycle.
前記矩形波制御手段は、キャリア信号の谷の位置毎に制御演算を開始するための割り込みを発生すると共に前記電圧スイッチングパターンの設定と前記キャリア信号のキャリア周期の設定とを行い、
キャリア周期は原則として一定の基準値とし、電圧スイッチングパターンを切り替える場合にのみ、その前後のキャリア周期の合計が前記基準値の3倍となるように設定し、かつ、前記切り替え前後のキャリア周期は前記基準値よりも大きく、その値は電圧スイッチングパターン切り替えタイミングが切り替えを行う電気角目標値に一致するように設定し、
かつ、前記各割り込み演算では、次の演算開始から次回に電圧スイッチングパターンを切り替える電気角目標値までの時間差を監視し、その時間差が前記キャリア周期の基準値の2倍を下回ったら、前記時間差を次のキャリア周期とし、次の次の制御演算開始時に電圧スイッチングパターンを切り替えるように構成し、
キャリア周期を変更して前記電圧スイッチングパターンが切り替わるタイミングを調整することにより、電圧位相を電圧位相目標値に追従させるように制御することを特徴とする交流電動機の制御装置。 In the control apparatus for an AC motor according to claim 1,
The rectangular wave control means generates an interrupt for starting a control calculation for each valley position of a carrier signal and performs setting of the voltage switching pattern and setting of a carrier cycle of the carrier signal,
In principle, the carrier period is set to a constant reference value, and only when the voltage switching pattern is switched, the total of the carrier periods before and after the switching is set to be three times the reference value, and the carrier period before and after the switching is Larger than the reference value, the value is set so that the voltage switching pattern switching timing coincides with the electrical angle target value for switching,
In each interrupt calculation, the time difference from the start of the next calculation to the next electric angle target value for switching the voltage switching pattern is monitored, and if the time difference is less than twice the reference value of the carrier period, the time difference is It is configured to change the voltage switching pattern at the start of the next next control calculation with the next carrier cycle,
A control apparatus for an AC motor, wherein a voltage phase is controlled to follow a voltage phase target value by adjusting a timing at which the voltage switching pattern is switched by changing a carrier cycle.
前記矩形波制御手段は、キャリア信号の谷の位置毎に制御演算を開始するための割り込みを発生すると共に前記電圧スイッチングパターンの設定と前記キャリア信号のキャリア周期の設定とを行い、
キャリア周期は原則として一定の基準値とし、電圧スイッチングパターンを切り替える場合にのみ、電圧スイッチングパターンの切り替え直前の前記割り込み演算において、次の前記割り込み演算開始から次回に電圧スイッチングパターンを切り替える電気角目標値までの時間差を補正するように次回の電圧スイッチングパターンの切り替え直前におけるキャリア周期を演算するように構成し、
キャリア周期を変更して前記電圧スイッチングパターンが切り替わるタイミングを調整することにより、電圧位相を電圧位相目標値に追従させるように制御することを特徴とする交流電動機の制御装置。 In the control apparatus for an AC motor according to claim 2,
The rectangular wave control means generates an interrupt for starting a control calculation for each valley position of a carrier signal and performs setting of the voltage switching pattern and setting of a carrier cycle of the carrier signal,
In principle, the carrier cycle is a constant reference value, and only when the voltage switching pattern is switched, in the interrupt calculation immediately before switching the voltage switching pattern, the electrical angle target value for switching the voltage switching pattern next time from the start of the next interrupt calculation. Configured to calculate the carrier period immediately before switching the next voltage switching pattern so as to correct the time difference until
A control apparatus for an AC motor, wherein a voltage phase is controlled to follow a voltage phase target value by adjusting a timing at which the voltage switching pattern is switched by changing a carrier cycle.
前記矩形波制御手段は、キャリア信号の谷の位置毎に制御演算を開始するための割り込みを発生すると共に前記電圧スイッチングパターンの設定と前記キャリア信号のキャリア周期の設定とを行い、
キャリア周期は原則として一定の基準値とし、電圧スイッチングパターンを切り替える場合にのみ、電圧スイッチングパターンの切り替え直前の割り込み演算の一つ前の割り込み演算において、前回の電圧スイッチングパターンの切り替えから次に電圧スイッチングパターンを切り替える電気角目標値までの時間差を補正するように今回の電圧スイッチングパターンの切り替え直前におけるキャリア周期を演算するように構成し、
キャリア周期を変更して前記電圧スイッチングパターンが切り替わるタイミングを調整することにより、電圧位相を電圧位相目標値に追従させるように制御することを特徴とする交流電動機の制御装置。 In the control apparatus for an AC motor according to claim 3,
The rectangular wave control means generates an interrupt for starting a control calculation for each valley position of a carrier signal and performs setting of the voltage switching pattern and setting of a carrier cycle of the carrier signal,
The carrier cycle is set to a constant reference value in principle, and only when switching the voltage switching pattern, the voltage switching is performed after the previous switching of the voltage switching pattern in the interrupt calculation immediately before the interrupt calculation immediately before the switching of the voltage switching pattern. It is configured to calculate the carrier cycle immediately before switching of the current voltage switching pattern so as to correct the time difference to the electrical angle target value for switching the pattern,
A control apparatus for an AC motor, wherein a voltage phase is controlled to follow a voltage phase target value by adjusting a timing at which the voltage switching pattern is switched by changing a carrier cycle.
矩形波電圧駆動を行なわない運転状態ではPWM電圧駆動を行うPWM電圧駆動制御手段を有し、
前記キャリア周期の基準値は、PWM電圧駆動を行う場合におけるキャリア周期と同じ値にしたことを特徴とする交流電動機の制御装置。 In the control apparatus for an AC motor according to any one of claims 2 to 5,
In an operating state in which rectangular wave voltage driving is not performed, PWM voltage driving control means for performing PWM voltage driving is provided.
The AC motor control apparatus according to claim 1, wherein the reference value of the carrier period is the same as the carrier period when PWM voltage driving is performed.
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