JP2007228700A - Motor control device - Google Patents
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Description
本発明は、モータ駆動指令に応じてモータへの電流供給を制御するモータ制御装置、特にロータの回転角を正確に検出するものに関する。 The present invention relates to a motor control device that controls current supply to a motor in accordance with a motor drive command, and more particularly to a device that accurately detects a rotation angle of a rotor.
従来より、電気自動車やハイブリッド自動車が知られており、これら自動車ではモータを搭載しモータの駆動力によって車両を走行させる。このモータとしては、通常ブラシレスの交流モータが採用され、車載バッテリからの直流電力をインバータにより交流電流に変換してモータを駆動している。特に、インバータを用いるため、モータへの駆動電流制御によってモータの出力トルク制御が容易であり、通常は出力トルク指令に応じてd軸(励磁)電流指令およびq軸(トルク)電流指令を算出しこれに基づいてモータ駆動電流を制御するベクトル制御が利用されている。 Conventionally, an electric vehicle and a hybrid vehicle are known. In these vehicles, a motor is mounted and the vehicle is driven by the driving force of the motor. As this motor, a brushless AC motor is usually employed, and the motor is driven by converting DC power from the on-vehicle battery into AC current by an inverter. In particular, since an inverter is used, it is easy to control the output torque of the motor by controlling the drive current to the motor. Usually, the d-axis (excitation) current command and the q-axis (torque) current command are calculated according to the output torque command. Based on this, vector control for controlling the motor drive current is used.
ここで、上述のようなモータの駆動制御において、各相ステータに供給するモータ駆動電流は、ロータ位置(モータ電気角)に基づいて決定される。そこで、何らかの手段でモータ電気角を検出する必要があり、直交するコイルに発生する電流によりモータ電気角を検出するレゾルバなどの角度センサを用いたり、逆起電力からセンサレスで電気角が検出される。 Here, in the motor drive control as described above, the motor drive current supplied to each phase stator is determined based on the rotor position (motor electrical angle). Therefore, it is necessary to detect the motor electrical angle by some means, and an angle sensor such as a resolver that detects the motor electrical angle by the current generated in the orthogonal coils is used, or the electrical angle is detected sensorlessly from the back electromotive force. .
この中で、レゾルバを用いる方法は、難しい処理が不要であり、簡単に電気角を検出できるため、広く使用されている。 Among these methods, a method using a resolver is widely used because it does not require difficult processing and can easily detect an electrical angle.
ここで、レゾルバを用いると、レゾルバに対する電気角を正しく検出してその出力が得られるが、レゾルバの取り付け位置に誤差があると、これがオフセット誤差となる。取り付け位置はなるべく正確に設定するが、誤差を0にすることはできず、若干の誤差は避けられない。 Here, when the resolver is used, the electrical angle with respect to the resolver is correctly detected and the output is obtained. However, if there is an error in the position where the resolver is attached, this becomes an offset error. The attachment position is set as accurately as possible, but the error cannot be reduced to 0, and a slight error is inevitable.
一方、レゾルバのオフセット誤差を測定することは可能であるが、1つ1つのモータに対して取り付けたレゾルバについてオフセット誤差を測定する必要があり、その作業量が大きく、これを実施することは困難である。 On the other hand, although it is possible to measure the offset error of the resolver, it is necessary to measure the offset error for each resolver attached to each motor, which requires a large amount of work and is difficult to implement. It is.
また、若干の誤差はモータ駆動において、出力トルクなどにほとんど影響はなく、オフセット誤差についての測定、補正の作業は通常行われていない。 In addition, the slight error has little influence on the output torque and the like in the motor drive, and the measurement and correction work for the offset error is not normally performed.
ここで、インバータの入力側には、インバータ入力電圧を安定化させるために、コンデンサが設けられる。そして、車両の走行停止時、すなわち車両のイグニッションオフ時においては、安全性などを考慮してコンデンサに蓄えられている電荷を放電する。この放電には、放電用の抵抗を利用することも考えられるが、わざわざ抵抗を設けることはせず、モータに電流を流し、放電させることが考えられる。この場合、モータを回転トルクを発生させないように、d軸電流のみをモータに供給して、放電を行うことが好適である。 Here, a capacitor is provided on the input side of the inverter in order to stabilize the inverter input voltage. When the vehicle stops running, that is, when the vehicle ignition is off, the electric charge stored in the capacitor is discharged in consideration of safety and the like. For this discharge, it is conceivable to use a resistance for discharging, but it is conceivable not to provide a resistance, but to cause a current to flow through the motor for discharging. In this case, it is preferable to discharge by supplying only the d-axis current to the motor so that the motor does not generate rotational torque.
ところが、上述のようにして、レゾルバにオフセット誤差があると、レゾルバにより特定される電気角が実際のモータの電気角からずれており、従ってモータに供給する電流がd軸からずれてしまう。このため、q軸成分もモータに供給され、モータに出力トルクが発生するという問題がある。そして、モータがトルクを出力すると、車両に振動が発生する場合があり、これを防止したいという要求がある。 However, as described above, when there is an offset error in the resolver, the electrical angle specified by the resolver is deviated from the actual electrical angle of the motor, and accordingly, the current supplied to the motor is deviated from the d-axis. For this reason, the q-axis component is also supplied to the motor, and there is a problem that output torque is generated in the motor. And when a motor outputs a torque, a vibration may generate | occur | produce in a vehicle and there exists a request | requirement of wanting to prevent this.
なお、回転角センサには、ホール素子などもあり、これを用いた場合にも同様の問題がある。 Note that the rotation angle sensor includes a Hall element, and the same problem occurs when this is used.
本発明は、モータ駆動指令に応じてモータへの電流供給を制御するモータ制御装置であって、モータの電気角を検出する電気角検出手段と、モータ駆動指令と検出した電気角に従ってモータへ電流を供給するベクトル制御する電流供給手段と、前記電流供給手段により、d軸電流のみをモータに供給するようモータへの供給電流を制御しているときの前記モータの回転状態に応じて前記電気角検出手段において検出した電気角の誤差を検出する誤差検出手段と、を有し、前記誤差検出手段により検出した誤差によって前記電気角検出手段において検出した電気角を補正することを特徴とする。 The present invention is a motor control device that controls current supply to a motor in accordance with a motor drive command, and includes an electrical angle detection means that detects an electrical angle of the motor, and a current supplied to the motor in accordance with the detected motor angle. Current supply means for vector control for supplying electric current, and the electric angle according to the rotation state of the motor when the current supply means is controlling the supply current to the motor to supply only the d-axis current to the motor. Error detection means for detecting an error of the electrical angle detected by the detection means, and the electrical angle detected by the electrical angle detection means is corrected by the error detected by the error detection means.
また、直流電圧を保持するコンデンサを有し、前記電流供給手段は、前記コンデンサの直流出力を所定の交流電力に変換して前記モータに供給し、前記電流供給手段は、前記モータの停止時において、前記モータにd軸電流のみを供給することで前記コンデンサに保持された電荷を放電し、前記誤差検出手段は、コンデンサの電荷の放電時において誤差を検出することが好適である。 And a capacitor for holding a DC voltage, wherein the current supply means converts a DC output of the capacitor into a predetermined AC power and supplies the AC power to the motor, and the current supply means is provided when the motor is stopped. It is preferable that only the d-axis current is supplied to the motor to discharge the charge held in the capacitor, and the error detection means detects an error when discharging the capacitor charge.
また、前記誤差検出手段は、d軸電流のみを供給したときの回転状態と、回転角における誤差の関係を示すマップを有しており、このマップを利用して前記電気角検出手段における誤差を検出することが好適である。 In addition, the error detection means has a map showing the relationship between the rotation state when only the d-axis current is supplied and the error in the rotation angle, and using this map, the error in the electrical angle detection means is calculated. It is preferable to detect.
また、前記電気角検出手段は、レゾルバであることが好適である。 The electrical angle detection means is preferably a resolver.
本発明によれば、d軸電流のみをモータに供給するようモータへの供給電流を制御しているときの前記モータの回転状態に応じて前記電気角検出手段において検出した電気角の誤差を検出し、これに基づいて検出電気角を補正する。従って、d軸電流のみを供給することができ、モータでの回転トルクの発生を効果的に防止できる。 According to the present invention, the error of the electrical angle detected by the electrical angle detection means is detected according to the rotation state of the motor when the supply current to the motor is controlled so that only the d-axis current is supplied to the motor. The detected electrical angle is corrected based on this. Therefore, only d-axis current can be supplied, and generation of rotational torque in the motor can be effectively prevented.
以下、本発明の実施形態について、図面に基づいて説明する。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.
図1は、システムの全体構成を示す図である。車両の場合には、まずアクセル開度や車速などからモータの出力トルク指令が決定される。そして、この出力トルク指令に基づいて、ベクトル制御を行うために、d軸およびq軸電流指令id*,iq*が計算される。 FIG. 1 is a diagram showing the overall configuration of the system. In the case of a vehicle, first, an output torque command of the motor is determined from the accelerator opening, the vehicle speed, and the like. Based on this output torque command, d-axis and q-axis current commands id * and iq * are calculated in order to perform vector control.
得られたd軸電流指令id*およびq軸電流指令iq*は、減算器10d、10qに供給され、ここで、現在のd軸およびq軸電流id、iqとの偏差Δid、Δiqが求められる。求められた偏差Δid、Δiqは、PI演算器12d、12qにおいて、PI制御演算によってd軸電圧指令Vd、q軸電圧指令Vqが算出される。すなわち、偏差Δid、Δiqに対し、Pゲインを乗算したPフィードバック値と、偏差Δid、Δiqの積分値にIゲインを乗算したIフィードバック値の和によりd軸およびq軸電流id、iqの補正すると共に、これを電圧指令に変換してd軸およびq軸電圧指令Vd,Vqを算出する。
The obtained d-axis current command id * and q-axis current command iq * are supplied to the
算出されたd軸およびq軸電圧指令Vd,Vqは、座標変換部14に供給され、d,q軸からU,V,Wの三軸に座標変換され、互いに120度位相の異なる三相のモータ駆動電圧指令Vu、Vv、Vwが得られる。得られたモータ駆動電圧指令Vu,Vv,Vwは、PWM変換部16において、PWM制御信号に変換される。この変換は、例えばモータ駆動電圧指令Vu,Vv,Vwを所定周波数の三角波と比較しPWM制御信号のデューティー比を決定することで行われる。このようにして、各相のPWM制御信号を形成され、これがインバータ18に供給される。
The calculated d-axis and q-axis voltage commands Vd and Vq are supplied to the
インバータ18は、バッテリ40からの直流電圧を正極母線および負極母線間に受け、これを三相の交流電流に変換するものであり、2つのスイッチング素子の直列接続からなるアームが正極母線と負極母線間に3つ接続された構成であり、各アームの中点が3相の出力になっている。そして、各相のPWM制御信号により各アームの2つのスイッチング素子を相補的にオンすることで、各アームの中点よりモータ駆動電流を出力される。このモータ駆動電流がモータ20に供給され、モータ20が出力トルク指令に応じた出力で駆動される。また、インバータ18の正極母線と負極母線間にはバッテリ40からの直流電圧入力側には電圧安定化するためのコンデンサ42が設けられている。
The
ここで、モータ駆動電流の位相は、モータ20の電気角(ロータ位置)に応じて決定される。従って、モータ20には角度センサ(例えば、レゾルバ)22が取り付けられており、ロータ位置(モータ電気角)θ0が検出される。
Here, the phase of the motor drive current is determined according to the electrical angle (rotor position) of the
角度センサ22の出力θ0は、補正部24に供給され、ここでオフセット誤差θofsが加算されて、モータ20の電気角θが補正される(θ=θ0+θofs)。補正部24からの補正された座標変換部26に供給される。この座標変換部26には、電流センサ28v、28wから供給されるモータ駆動電流iv、iwが供給されており、これらがd,q軸に座標変換されてid,iqが算出され、これが上述の減算器10に現在のd,q軸電流id,iqとして供給される。
The output θ 0 of the
また、補正部24からの電気角θは、座標変換部14にも供給され、座標変換部14は電気角θに基づいて、モータ駆動電圧指令Vu、Vv、Vwの位相を決定する。なお、通常動作時においては、補正部24における電気角の補正は必ずしも行わなくてもよい。
The electrical angle θ from the
そして、本実施形態では、角度センサ22のオフセット誤差θofsを検出するために、次のような構成を有している。なお、このオフセット誤差θofsを検出するときは、補正部24においてオフセット誤差θofsの初期値は0である。
And in this embodiment, in order to detect offset error (theta) ofs of the
まず、車両のイグニッションオフの際には、インバータ18の入力側(インバータ18の正極母線と負極母線の間)に設けられているコンデンサの充電電荷を放電するために、モータ20にd軸電流のみを供給する。そこで、d軸電流指令id*として放電のための所定値(例えば−50A)が出力され、q軸電流指令iq*として0Aが設定される。
First, when the ignition of the vehicle is turned off, only the d-axis current is supplied to the
このように、d軸電流のみがモータ20に供給されれば、モータ回転数Nは0となるはずである。ところが、角度センサ22の検出した電気角θに誤差があると、座標変換部14において計算して得たモータ駆動電圧指令Vu、Vv、Vwの位相に誤差があり、q軸電流成分が生じてしまい、モータ20に回転トルクが発生する。従って、車両に振動が発生する場合がある。
Thus, if only the d-axis current is supplied to the
そこで、放電時における角度センサ22の出力θ0は、回転数演算部30に供給され、ここでモータ回転数Nが算出される。算出されたモータ回転数Nは減算器32に供給される。この減算器32では、その時の目標モータ回転数であるN=0をモータ回転数Nから減算し(N=N)、この偏差NをPI演算部34に供給する。PI演算部34は、偏差NにPゲインを乗算してPフィードバック値を算出すると共に、偏差NにIゲインを乗算してIフィードバック値を算出し、これらを加算して電気角のオフセット誤差θofsを算出する。
Therefore, the output θ 0 of the
すなわち、θofs=Pゲイン×(実回転数N−回転数指令0)+Iゲイン×Σ(実回転数−回転数指令0)によりオフセット誤差θofsが算出される。 That is, the offset error θ ofs is calculated by θ ofs = P gain × (actual rotational speed N−rotational speed command 0) + I gain × Σ (actual rotational speed−rotational speed command 0).
算出されたオフセット誤差θofsは補正部24に供給され、補正部24におけるオフセット誤差θofsが新しい値に変更される。そして、補正部24における新しい電気角θ=θo+θofsに基づき、モータ駆動電流が制御され、これが繰り返される。
The calculated offset error θ ofs is supplied to the
このような処理によりオフセット誤差θofsを順次変更することで、図2に示すように、オフセット誤差θofsが所定値に収束して、モータ回転数Nが0に収束する。そして、このようにして得られた得られたオフセット誤差θofsが補正部24に記憶され、通常時および次回からのコンデンサ42の充電電荷放電時において使用される。
By sequentially changing the offset error θ ofs by such processing, the offset error θ ofs converges to a predetermined value and the motor rotation speed N converges to 0 as shown in FIG. The offset error θ ofs obtained in this way is stored in the
このようにして、イグニッションオフ時のコンデンサ充電電荷の放電時において、補正部24において補正されたモータ電気角θ=θo+θofsが用いられるため、モータ20におけるトルク発生を抑え、振動の発生を防止することができる。すなわち、角度センサ22において検出した電気角がずれていると、図3に示したように、実線で示す計算の前提としているd軸、q軸が、破線で示す正しいd軸、q軸とはずれてしまう。これによって、d軸電流によってモータ20に回転トルクが生じる。
In this way, when discharging the capacitor charge when the ignition is off, the motor electrical angle θ = θ o + θ ofs corrected by the
本実施形態では、オフセット誤差θofsにより電気角を補正することで、計算の前提となるd軸、q軸を正しいものに近づけることができる。 In the present embodiment, by correcting the electrical angle with the offset error θ ofs , the d-axis and q-axis that are the premise of the calculation can be brought close to the correct one.
なお、オフセット誤差θofsは、取り付け誤差によるものであり、基本的に変動するものではないが、適当な頻度で上述の補正動作を繰り返し行ってもよい。 The offset error θ ofs is caused by an attachment error and does not basically change, but the above-described correction operation may be repeated at an appropriate frequency.
図4は、別の実施形態であり、回転数演算部30の出力は、メモリ36に供給される。このメモリ36には、表1に示すように、回転数とオフセット誤差(ずれ角)の関係が記憶されている。
FIG. 4 is another embodiment, and the output of the rotation
すなわち、放電電流をd軸からずらして流した場合における、(i)回転方向、(ii)回転数、(iii)ずれ角の関係を実験により予め求め、これがメモリ36に記憶されている。そこで、放電電流によりd軸電流のみを流している際の、モータ回転数Nにより、対応するずれ角をメモリ36から読み出し、これをオフセット誤差θofsとして補正部24に供給することで、補正部におけるオフセット誤差θofsを正しい値に補正することができる。
That is, the relationship between (i) rotation direction, (ii) rotation speed, and (iii) deviation angle when the discharge current is shifted from the d-axis is obtained in advance by experiment and stored in the
10,32 減算器 、12,34 PI演算器、14,26 座標変換部、16 PWM変換部、18 インバータ、20 モータ、22 角度センサ、24 補正部、28 電流センサ、30 回転数演算部、36 メモリ、40 バッテリ、42 コンデンサ。
10, 32
Claims (4)
モータの電気角を検出する電気角検出手段と、
モータ駆動指令と検出した電気角に従ってモータへ電流を供給するベクトル制御する電流供給手段と、
前記電流供給手段により、d軸電流のみをモータに供給するようモータへの供給電流を制御しているときの前記モータの回転状態に応じて前記電気角検出手段において検出した電気角の誤差を検出する誤差検出手段と、
を有し、
前記誤差検出手段により検出した誤差によって前記電気角検出手段において検出した電気角を補正することを特徴とするモータ制御装置。 A motor control device that controls current supply to a motor in response to a motor drive command,
Electrical angle detection means for detecting the electrical angle of the motor;
Current supply means for vector control for supplying current to the motor according to the motor drive command and the detected electrical angle;
The current supply means detects an error in the electrical angle detected by the electrical angle detection means according to the rotation state of the motor when the supply current to the motor is controlled so that only the d-axis current is supplied to the motor. Error detection means for
Have
An electric angle detected by the electric angle detecting means is corrected by an error detected by the error detecting means.
直流電圧を保持するコンデンサを有し、
前記電流供給手段は、前記コンデンサの直流出力を所定の交流電力に変換して前記モータに供給し、
前記電流供給手段は、前記モータの停止時において、前記モータにd軸電流のみを供給することで前記コンデンサに保持された電荷を放電し、
前記誤差検出手段は、コンデンサの電荷の放電時において誤差を検出することを特徴とするモータ制御装置。 The motor control device according to claim 1,
Having a capacitor to hold the DC voltage,
The current supply means converts the direct current output of the capacitor into predetermined alternating current power and supplies it to the motor,
The current supply means discharges the electric charge held in the capacitor by supplying only the d-axis current to the motor when the motor is stopped.
The motor control apparatus according to claim 1, wherein the error detection means detects an error when discharging the electric charge of the capacitor.
前記誤差検出手段は、d軸電流のみを供給したときの回転状態と、回転角における誤差の関係を示すマップを有しており、このマップを利用して前記電気角検出手段における誤差を検出することを特徴とするモータ制御装置。 The motor control device according to claim 1 or 2,
The error detection means has a map showing the relationship between the rotation state when only the d-axis current is supplied and the error in the rotation angle, and detects an error in the electrical angle detection means using this map. The motor control apparatus characterized by the above-mentioned.
前記電気角検出手段は、レゾルバであることを特徴とするモータ制御装置。
In the motor control device according to any one of claims 1 to 3,
The motor control device according to claim 1, wherein the electrical angle detection means is a resolver.
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