JP2008236853A - Control device of rotating machine - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、回転機に対するインバータの出力電圧を操作することで回転機の回転状態を制御する回転機の制御装置に関する。 The present invention relates to a control device for a rotating machine that controls the rotation state of the rotating machine by manipulating an output voltage of an inverter with respect to the rotating machine.
この種の制御装置としては、例えば下記特許文献1に見られるように、dq軸上での指令電流と実電流との差に基づき比例積分演算によってインバータに対するdq軸上での指令電圧を算出する3相電動機の制御装置も提案されている。そして、dq軸上での指令電圧を3相の指令電圧に変換した後、この指令電圧に基づきインバータの出力電圧を操作する。ただし、インバータの出力電圧は、インバータの入力電圧によって制限される。すなわち、インバータの指令電圧がインバータの入力電圧を上回るときには、インバータの出力電圧を指令電圧とすることはできない。この際、積分演算を継続すると積分項の絶対値が過大となるおそれがある。
As this type of control device, for example, as seen in
そこで上記制御装置では、dq軸上での指令電圧が制限値を超えるとき、dq軸上での指令電圧を増大させる積分演算を停止するようにしている。これにより、積分項の絶対値が過大となることを回避することができる。
ところで、dq軸上の指令電圧が制限値を超えるのは、主として電動機の高回転速度領域である。そして、高回転速度領域においては、q軸に所望の電流を流すためには、dq軸上の指令電圧ベクトルの位相を進めることが望まれる。ただし、上記制御装置では、積分演算を停止することで積分項の絶対値が過大となることを回避することができるとはいえ、上記dq軸上の指令電圧が制限値近傍となる際に指令電圧ベクトルの位相を迅速に進めることが困難であった。このため、指令電流に対する実電流の応答性が低下し、ひいては回転機の回転状態(回転速度、トルク等)の制御の応答性が低下するという問題がある。 Incidentally, the command voltage on the dq axis exceeds the limit value mainly in the high rotation speed region of the electric motor. In the high rotational speed region, it is desired to advance the phase of the command voltage vector on the dq axis in order to flow a desired current through the q axis. However, in the above control device, it is possible to prevent the absolute value of the integral term from becoming excessive by stopping the integral calculation, but the command when the command voltage on the dq axis is close to the limit value. It was difficult to advance the phase of the voltage vector quickly. For this reason, there is a problem that the responsiveness of the actual current to the command current is lowered, and as a result, the responsiveness of the control of the rotation state (rotation speed, torque, etc.) of the rotating machine is lowered.
本発明は、上記課題を解決するためになされたものであり、その目的は、回転機に対するインバータの出力電圧を操作することで回転機の回転状態を制御するに際し、その制御の応答性を高めることのできる回転機の制御装置を提供することにある。 The present invention has been made in order to solve the above-mentioned problems, and its purpose is to increase the control responsiveness when controlling the rotation state of the rotating machine by manipulating the output voltage of the inverter with respect to the rotating machine. It is an object of the present invention to provide a control device for a rotating machine that can handle the above.
以下、上記課題を解決するための手段、及びその作用効果について記載する。 Hereinafter, means for solving the above-described problems and the operation and effects thereof will be described.
請求項1記載の発明は、前記回転機のd軸及びq軸の指令電流と前記d軸及び前記q軸の実電流とに基づき、前記指令電流を流すために前記回転機に出力すべきdq軸上の電圧に対する実際の電圧の偏差を算出する電圧偏差算出手段と、該算出される偏差を小さくするように前記出力電圧を操作する操作手段とを備えることを特徴とする。 According to a first aspect of the present invention, dq to be output to the rotating machine in order to flow the command current based on the d-axis and q-axis command currents of the rotating machine and the actual currents of the d-axis and the q-axis. A voltage deviation calculating means for calculating a deviation of an actual voltage with respect to a voltage on the shaft, and an operating means for operating the output voltage so as to reduce the calculated deviation.
インバータの出力電圧が入力電圧に応じて定まる制限値近傍においてこれを上回る方向に変化する際には、電圧ベクトルの位相を進める必要が生じる。ここで、上記電圧の偏差は、電圧ベクトルの位相を進める側に顕著に生じることとなる。換言すれば、d軸上の電圧が不足している旨を示すものとなる。この点、上記発明では、算出される電圧の偏差を小さくするように出力電圧を操作することで、出力電圧のベクトル位相を迅速に進めることができ、ひいては出力制御の応答性を高めることができる。 When the output voltage of the inverter changes near the limit value determined according to the input voltage, it is necessary to advance the phase of the voltage vector. Here, the voltage deviation is noticeably generated on the side where the phase of the voltage vector is advanced. In other words, it indicates that the voltage on the d-axis is insufficient. In this respect, in the above-described invention, by operating the output voltage so as to reduce the deviation of the calculated voltage, the vector phase of the output voltage can be rapidly advanced, and thus the responsiveness of the output control can be improved. .
請求項2記載の発明は、請求項1記載の発明において、前記電圧偏差算出手段は、前記dq軸上の電流をdq軸上での電圧に変換する電圧方程式に基づき前記電圧の偏差を算出することを特徴とする。 According to a second aspect of the present invention, in the first aspect of the invention, the voltage deviation calculating means calculates the voltage deviation based on a voltage equation that converts the current on the dq axis into a voltage on the dq axis. It is characterized by that.
上記発明では、電圧方程式を用いることで、電圧の偏差を適切に算出することができる。 In the said invention, the deviation of a voltage can be calculated appropriately by using a voltage equation.
請求項3記載の発明は、請求項1又は2記載の発明において、前記操作手段は、前記算出される偏差についての時系列的に前後する複数の値に基づき前記インバータに対する指令電圧を算出する指令電圧算出手段を備え、前記指令電圧に基づき前記インバータの出力電圧を操作することを特徴とする。 According to a third aspect of the present invention, in the first or second aspect of the present invention, the operating means calculates a command voltage for the inverter based on a plurality of values that vary in time series about the calculated deviation. Voltage calculating means is provided, and the output voltage of the inverter is operated based on the command voltage.
上記発明では、時系列的に前後する複数の値に基づきインバータに対する指令電圧を算出するために、電圧の偏差の履歴等を考慮して指令電圧を設定することができる。 In the above invention, in order to calculate the command voltage for the inverter based on a plurality of values that change in time series, the command voltage can be set in consideration of the voltage deviation history and the like.
請求項4記載の発明は、請求項3記載の発明において、前記指令電圧算出手段は、前記算出される電圧の偏差の累積値を算出する手段と、該累積値に基づき前記指令電圧を算出する手段とを備えることを特徴とする。 According to a fourth aspect of the present invention, in the third aspect of the invention, the command voltage calculation means calculates the command voltage based on the means for calculating a cumulative value of the deviation of the calculated voltage. Means.
上記累積値は、回転機の運転状態が定常となるときには、一定値となり、しかも、その値は、電圧の偏差をゼロとするために要求される値に応じたものとなる。このため、上記発明では、定常状態においては電圧の偏差が常時ゼロとなる指令電圧を設定することができる。 The accumulated value is a constant value when the operating state of the rotating machine is steady, and the value corresponds to a value required to make the voltage deviation zero. For this reason, in the said invention, in the steady state, the command voltage from which the voltage deviation is always zero can be set.
請求項5記載の発明は、請求項4記載の発明において、前記指令電圧算出手段は、前記dq軸上の実電流に基づきdq軸上での実際の出力電圧を算出する手段と、前記算出される実際の出力電圧に応じて前記指令電圧を補正する手段とを更に備えることを特徴とする。 According to a fifth aspect of the present invention, in the fourth aspect of the present invention, the command voltage calculation means includes the means for calculating an actual output voltage on the dq axis based on the actual current on the dq axis, and the calculation. And a means for correcting the command voltage according to the actual output voltage.
上記発明では累積値に基づき算出される指令電圧を補正する手段を備えることで、ゲイン設定等の制御の自由度を向上させることができる。 In the above invention, the degree of freedom of control such as gain setting can be improved by providing means for correcting the command voltage calculated based on the accumulated value.
請求項6記載の発明は、請求項4又は5記載の発明において、前記指令電圧算出手段の算出する指令電圧のベクトルの長さが制限電圧を上回るとき、前記累積値の算出を制限する制限手段を更に備えることを特徴とする。 According to a sixth aspect of the present invention, in the fourth or fifth aspect of the present invention, when the length of the command voltage vector calculated by the command voltage calculating means exceeds a limit voltage, the limiting means limits the calculation of the cumulative value. Is further provided.
インバータの出力電圧はインバータの入力電圧によって制限される。このため、指令電圧のベクトルの長さが所定以上となるときには、インバータの出力電圧を指令電圧とすることができない。そしてこのときには、出力電圧が累積値に応じたものとならないことがあり、累積値が正しく制御に反映されないおそれがある。そして、この場合、累積値の絶対値が過度に大きくなるおそれがある。この点、上記発明では、制限手段を備えることで、こうした問題を回避することができる。 The output voltage of the inverter is limited by the input voltage of the inverter. For this reason, when the length of the command voltage vector is greater than or equal to a predetermined length, the output voltage of the inverter cannot be used as the command voltage. At this time, the output voltage may not correspond to the accumulated value, and the accumulated value may not be correctly reflected in the control. In this case, the absolute value of the cumulative value may become excessively large. In this regard, in the above invention, such a problem can be avoided by providing the limiting means.
請求項7記載の発明は、請求項6記載の発明において、前記制限手段は、前記指令電圧算出手段の算出する指令電圧のベクトルの長さが制限電圧を上回るとき、前記累積値のd軸成分及びq軸成分の絶対値の増加方向の算出を禁止する禁止手段を備えることを特徴とする。 The invention according to claim 7 is the invention according to claim 6, wherein when the length of the command voltage vector calculated by the command voltage calculation means exceeds the limit voltage, the limiting means has a d-axis component of the cumulative value. And a prohibiting means for prohibiting calculation of the increasing direction of the absolute value of the q-axis component.
上記発明では、d軸成分及びq軸成分の累積値の絶対値の増大を禁止することで、累積値の絶対値が過度に大きくなることを回避することができる。 In the above invention, prohibiting an increase in the absolute value of the accumulated value of the d-axis component and the q-axis component can prevent the absolute value of the accumulated value from becoming excessively large.
請求項8記載の発明は、請求項6記載の発明において、前記制限手段は、前記指令電圧算出手段の算出する指令電圧のベクトルの長さが制限電圧を上回るとき、前記指令電圧を、そのベクトルの長さが前記制限電圧以下となるように補正する手段と、該補正後の指令電圧に応じて前記累積値を強制的に変更する手段とを備えることを特徴とする。 According to an eighth aspect of the present invention, in the sixth aspect of the present invention, when the length of the command voltage vector calculated by the command voltage calculation unit exceeds the limit voltage, the limiting unit converts the command voltage to the vector. And a means for forcibly changing the accumulated value in accordance with the corrected command voltage.
上記補正後の指令電圧は、そのベクトルの長さが制限電圧以下となっているために、インバータの実際の出力電圧を反映したものとなる。したがって、この指令電圧に応じて累積値を補正するなら、累積値が過度に不適切な値となることを回避することができる。 The corrected command voltage reflects the actual output voltage of the inverter because the length of the vector is not more than the limit voltage. Therefore, if the accumulated value is corrected according to the command voltage, it is possible to avoid the accumulated value from becoming an inappropriate value.
請求項9記載の発明は、請求項1〜8のいずれかに記載の発明において、前記電圧偏差算出手段に前記指令電流及び前記実電流を入力するに先立ち、これら双方に対して同一特性のローパスフィルタによるフィルタ処理を施すことを特徴とする。 According to a ninth aspect of the invention, in the invention according to any one of the first to eighth aspects, prior to inputting the command current and the actual current to the voltage deviation calculating means, a low pass having the same characteristics for both of them. A filtering process using a filter is performed.
実電流には、回転座標系の実電流の周期と比較して高周波のノイズが混入するためにこれをフィルタ処理することでノイズを除去することが望ましい。しかしこの場合、フィルタ処理後の実電流には遅延が生じる傾向にある。そしてこれにより指令電流と実電流との間に遅延が生じると、電圧の偏差を高精度に算出することが困難となる。この偏差の算出精度の低下は、特に回転機の回転速度が高回転速度となるにつれて顕著となる。この点、上記発明では、指令電流及び実電流の双方に同一特性のフィルタ処理を施すことで、指令電流及び実電流の遅延量を同一とすることができ、ひいては電圧の偏差の算出精度を、回転機の回転速度にかかわらず高く維持することができる。 Since the high-frequency noise is mixed in the real current compared with the cycle of the real current in the rotating coordinate system, it is desirable to remove the noise by filtering this. However, in this case, the actual current after the filter processing tends to be delayed. If a delay occurs between the command current and the actual current, it becomes difficult to calculate the voltage deviation with high accuracy. This decrease in the calculation accuracy of the deviation becomes particularly noticeable as the rotational speed of the rotating machine becomes higher. In this regard, in the above-described invention, the delay amount of the command current and the actual current can be made the same by applying the filtering process with the same characteristics to both the command current and the actual current, and thus the calculation accuracy of the voltage deviation is improved. It can be kept high regardless of the rotating speed of the rotating machine.
請求項10記載の発明は、請求項1〜9のいずれかに記載の発明において、前記回転機の回転角度及び回転速度を取得する手段を更に備え、前記操作手段は、前記算出される電圧の偏差を小さくするようにdq軸上での指令電圧を算出する指令電圧算出手段と、前記回転角度の取得タイミングから前記インバータの出力電圧を更新するタイミングまでの時間における前記回転機の回転量を前記取得される回転速度に基づき算出する手段と、前記取得される回転角度に対して前記回転量だけ進角させた角度に基づき前記dq軸上での指令電圧を前記インバータの各相の指令電圧に変換する手段とを備え、前記各相の指令電圧に基づき前記出力電圧を操作することを特徴とする。 A tenth aspect of the present invention is the method according to any one of the first to ninth aspects, further comprising means for acquiring a rotation angle and a rotation speed of the rotating machine, wherein the operation means is configured to calculate the calculated voltage. Command voltage calculation means for calculating a command voltage on the dq axis so as to reduce the deviation, and the amount of rotation of the rotating machine in the time from the acquisition timing of the rotation angle to the timing of updating the output voltage of the inverter A means for calculating based on the obtained rotation speed, and a command voltage on the dq axis based on an angle advanced by the amount of rotation with respect to the obtained rotation angle as a command voltage for each phase of the inverter. Converting means, and operating the output voltage based on the command voltage of each phase.
dq軸上での指令電圧をインバータの各相の指令電圧に変換する際に、取得される回転角度を直接用いた場合、回転角度の取得タイミングと、インバータの出力電圧が更新されるタイミングとの間に、回転機が回転する。このため、取得される回転角度を直接用いて変換された出力電圧としたのでは、出力電圧が適切な値に対して遅延することとなる。この点、上記発明では、出力電圧が更新されるタイミングを見越して取得される回転角度よりも上記回転量だけ進角させた回転角度を用いて変換を行うことで、出力電圧を回転角度に応じたより適切なものとすることができる。 When converting the command voltage on the dq axis to the command voltage of each phase of the inverter, when the acquired rotation angle is directly used, the rotation angle acquisition timing and the inverter output voltage update timing In the meantime, the rotating machine rotates. For this reason, if the output voltage converted by directly using the obtained rotation angle is used, the output voltage is delayed with respect to an appropriate value. In this regard, in the above invention, the output voltage is changed according to the rotation angle by performing conversion using the rotation angle that is advanced by the rotation amount rather than the rotation angle acquired in anticipation of the timing at which the output voltage is updated. More appropriate.
なお、請求項1〜10のいずれかに記載の発明は、請求項11記載の発明によるように、前記回転機は、極対数が「5」以上であることを特徴としてもよい。
The invention according to any one of
請求項12記載の発明は、請求項1〜11のいずれかに記載の発明において、前記回転機が、電動式パワーステアリングのアクチュエータとして用いられてなることを特徴とする。 According to a twelfth aspect of the present invention, in the invention according to any one of the first to eleventh aspects, the rotating machine is used as an actuator for an electric power steering.
パワーステアリングのアクチュエータには、q軸電流の増加要求等に対する特に迅速な応答が望まれる。この点、上記発明では、上記操作手段を備えることで、応答性を高めることができる。 A power steering actuator is desired to have a particularly quick response to a demand for an increase in q-axis current. In this regard, in the above invention, the responsiveness can be enhanced by providing the operation means.
(第1の実施形態)
以下、本発明にかかる回転機の制御装置を、車載パワーステアリングのアクチュエータとしての3相電動機の制御装置に適用した一実施形態を図面を参照しつつ説明する。
(First embodiment)
Hereinafter, an embodiment in which a control device for a rotating machine according to the present invention is applied to a control device for a three-phase motor as an actuator of an in-vehicle power steering will be described with reference to the drawings.
図1に、本実施形態にかかる電動機の制御システムの全体構成を示す。 FIG. 1 shows an overall configuration of an electric motor control system according to the present embodiment.
図示されるように、電動機10は、パワーステアリングのアクチュエータであり、ここでは、表面磁石同期電動機(SPMSM)にて構成されている。なお、電動機10の極対数は、本実施形態では、「7」とされている。
As shown in the drawing, the
電動機10の3つの相(U相、V相、W相)には、インバータ12が接続されている。このインバータ12は、3相インバータであり、3つの相のそれぞれに対応したスイッチング素子SW1,SW2とスイッチング素子SW3,SW4とスイッチング素子SW5,SW6との並列接続体を備えて構成されている。更に、インバータ12は、各スイッチング素子SW1〜SW6に逆並列に接続されたダイオードD1〜D6を備えている。そして、スイッチング素子SW1及びスイッチング素子SW2を直列接続する接続点が電動機10のU相と接続されている。また、スイッチング素子SW3及びスイッチング素子SW4を直列接続する接続点が電動機10のV相と接続されている。更に、スイッチング素子SW5及びスイッチング素子SW6を直列接続する接続点が電動機10のW相と接続されている。ちなみに、これらスイッチング素子SW1〜SW6は、本実施形態では、絶縁ゲートバイポーラトランジスタ(IGBT)によって構成されている。
An
インバータ12の各1組のスイッチング素子SW1,SW2とスイッチング素子SW3,SW4とスイッチング素子SW5,SW6との両端には、平滑コンデンサ14を介してバッテリ16の電圧が印加されている。
The voltage of the
一方、マイクロコンピュータ(マイコン20)は、電動機10の出力軸の回転角度を検出する位置センサ22や、U相及びV相に流れる電流を検出する電流センサ24,26の検出結果を取り込む。そして、マイコン20は、W相に流れる電流を、キルヒホッフの法則に基づき、U相を流れる電流とV相を流れる電流とから算出する。そして、マイコン20は、上記電動機10の出力軸の回転角度や3つの相を流れるそれぞれの電流等に基づき、ゲート駆動回路GDを介してスイッチング素子SW1〜SW6を操作する。詳しくは、パワーステアリングでは、図示しないハンドル操作によって生じるトルクが検出され、マイコン20では、これに応じて要求トルクTdが算出される。更に、マイコン20では、電動機10の出力トルクが要求トルクTdとなるように、スイッチング素子SW1〜SW6を操作する。
On the other hand, the microcomputer (microcomputer 20) takes in the detection results of the
図2に、マイコン20の行なう処理のうち、特にスイッチング素子SW1〜SW6を操作するための操作信号の生成に関する処理の機能ブロック図を示す。なお、本実施形態では、電動機10を流れる実電流がdq軸上での指令電流idc,iqcとなるように制御するため、dq軸上での各種演算パラメータの算出処理を特に示している。このため、制御対象である電動機10についても、dq軸上での等価モデルを図示している。
FIG. 2 shows a functional block diagram of processing related to generation of an operation signal for operating the switching elements SW1 to SW6 among the processing performed by the
本実施形態では、電圧方程式を用いて、指令電流idc,iqcと実電流id,iqとから、指令電流idc,iqcを流すために電動機10に出力すべき電圧に対する実際に出力される電圧の偏差を算出し、これがゼロとなるように指令電圧vdc1,vqc1を設定する。ここで、電動機10の電圧方程式は、電動機10の抵抗R、d軸インダクタンスLd、q軸インダクタンスLq、逆起電力定数Φを用いると、下記の式によって表現される。
vd=(R+sLd)id ―ωLq×iq …(c1)
vq= (R+sLq)iq +ω(Φ+Ld×id)…(c2)
上記の式において、実電流id,iqの代わりに、指令電流idc,iqcを代入するなら、指令電流idc,iqcを流すために電動機10に出力すべき電圧が算出されると考えられる。このため、上記の式(c1)において、指令電流idc及び実電流idの差を代入することで上記偏差のd軸成分を算出することができ、また、上記の式(c2)において、指令電流iqcと実電流iqとの差を代入することで上記偏差のq軸成分を算出することができる。
In the present embodiment, using the voltage equation, the deviation of the actually output voltage from the command current idc, iqc and the actual current id, iq to the voltage to be output to the
vd = (R + sLd) id−ωLq × iq (c1)
vq = (R + sLq) iq + ω (Φ + Ld × id) (c2)
In the above formula, if the command currents idc and iqc are substituted in place of the actual currents id and iq, it is considered that the voltage to be output to the
すなわち、d軸偏差算出部30では、指令電流idcに対する実電流idの差を算出し、q軸偏差算出部32では、指令電流iqcに対する実電流iqの差を算出する。そして、d軸非干渉項算出部34では、d軸偏差算出部30の出力に基づき、上記の式(c1)の右辺第1項に関する演算を行う。一方、d軸干渉項算出部36では、q軸偏差算出部32の出力に基づき、上記の式(c1)の右辺第2項に関する演算を行う。そして、d軸電圧偏差算出部38では、d軸非干渉項算出部34の出力からd軸干渉項算出部36の出力を減算することで、d軸電圧偏差ΔVdを算出する。
That is, the d-axis
これに対し、q軸非干渉項算出部40では、q軸偏差算出部32の出力に基づき、上記の式(c2)の右辺第1項に関する演算を行う。一方、q軸干渉項算出部42では、d軸偏差算出部30の出力に基づき、上記の式(c2)の右辺第2項に関する演算を行う。そして、q軸電圧偏差算出部44では、q軸非干渉項算出部40の出力とq軸干渉項算出部42の出力とを加算することで、q軸電圧偏差ΔVqを算出する。
On the other hand, the q-axis non-interference
d軸積分演算部46では、積分ゲインKωを用いたd軸電圧偏差ΔVdの積分演算によって、指令電圧Vdc1を算出する。一方、q軸積分演算部48では、積分ゲインKωを用いたq軸電圧偏差ΔVqの積分演算によって、指令電圧Vqc1を算出する。指令電圧Vdc1,Vqc1は、指令電流idc,iqcを流すために電動機10に出力すべき電圧に対する実際の電圧の差を小さくするための値となっている。
The d-axis
電圧制限部50では、指令電圧Vdc1,Vqc1のベクトルの長さが制限電圧Vthを上回るとき、指令電圧Vdc1,Vqc1を補正することで、最終的な指令電圧Vdc,Vqcのベクトルの長さが制限電圧Vth以下となるようにする。そして、最終的な指令電圧Vdc,Vqcは、PWM/インバータ52においてUVW相の指令電圧に変換され、PMW制御によって先の図1に示したインバータ12が操作される。すなわち、UVW相の指令電圧を出力電圧とすべくPWM制御によって算出される操作信号gup,gun,gvp,vn,gwp,gwnが先の図1に示したゲート駆動回路GDに出力されることで、インバータ12が操作される。
In the
以下、上記態様による指令電圧Vdc,Vqcの設定の作用効果について記載する。 Hereinafter, the effect of setting the command voltages Vdc and Vqc according to the above aspect will be described.
図3に、電動機10が低回転速度領域にあるときと、電動機10が高回転速度領域にあるときとにおける指令電圧Vdc,Vqcの設定態様について説明する。
FIG. 3 illustrates how the command voltages Vdc and Vqc are set when the
本実施形態では、電動機10としてSPMSMを用いているため、q軸電流のみによって要求トルクとなるように電動機10の出力が制御可能である。特に、SPMSMでは、d軸電流ゼロであるときに最小の電流で最大のトルクを生成可能であるため、基本的には、最大トルク制御を行うべくd軸の指令電流idcをゼロとする。このため、電動機10の低回転速度領域においては、回転速度ωが無視できることに鑑みると、q軸の指令電圧Vqは「Riq」と近似でき、また、d軸の指令電圧Vqは略ゼロとなる。このため、q軸の指令電流iqcの変化に応じて、指令電圧Vdc,Vqcはq軸上で変動することとなる。
In this embodiment, since SPMSM is used as the
一方、電動機10の高回転速度領域においては、回転速度ωが大きいために、上記の式(c1)、(c2)の右辺第2項が大きい値となる。このため、q軸の指令電圧Vqは、「ωΦa」と近似でき、また、d軸の指令電圧は、「−ωLq×iq」と近似できる。このため、要求トルクを増大させるべく指令電流iqcを増加させる際には、指令電圧ベクトル(Vdc,Vqc)を進角させる必要がある。
On the other hand, in the high rotation speed region of the
ここで、上記処理によれば、指令電圧ベクトル(Vdc,Vqc)を迅速に進角させることが可能となる。これは、電圧偏差ベクトル(ΔVd,ΔVq)が、指令電流idc,iqcを流すために電動機10に出力すべき電圧に対する実際に出力される電圧の偏差ベクトルであり、高回転速度領域においては指令電流iqcが増加するときには出力すべきd軸の電圧を増加させる要求が生じるためである。このため、例えば図4に指令電圧ベクトル(Vdc,Vqc)の長さが制限電圧Vthとなるときについて例示するように、電圧偏差ベクトル(ΔVd,ΔVq)は、指令電圧ベクトル(Vdc,Vqc)の位相を進める方向となる。換言すれば、制限電圧Vthによって定まる曲線と指令電圧ベクトル(Vdc,Vqc)との交点における上記曲線の接線方向に近似した方向となる。このため、電圧偏差ベクトル(ΔVd,ΔVq)の積分演算を行うことで算出される指令電圧ベクトル(Vdc1,Vqc1)は、その長さが大きく増大するものとはならず、位相が進んだものとなる。
Here, according to the above process, the command voltage vector (Vdc, Vqc) can be rapidly advanced. This is a voltage deviation vector (ΔVd, ΔVq), which is a deviation vector of the voltage actually output with respect to the voltage to be output to the
したがって、上記処理によれば、指令電圧ベクトル(Vdc1,Vqc1)の位相を迅速に進ませることができる。なお、上記q軸電圧偏差ΔVqの算出に際しては、上記電圧方程式のうち逆起電圧の項を簡易的に削除した。これは、本実施形態の処理によれば指令電圧ベクトル(Vdc1,Vqc1)の位相を迅速に進ませることができるため、電動機10の回転速度の変化に起因する逆起電圧の変化の影響は、電圧偏差ベクトル(ΔVd,ΔVq)の積分制御によって補償可能であることによる。
Therefore, according to the above process, the phase of the command voltage vector (Vdc1, Vqc1) can be advanced rapidly. In calculating the q-axis voltage deviation ΔVq, the term of the back electromotive force in the voltage equation was simply deleted. This is because the phase of the command voltage vector (Vdc1, Vqc1) can be rapidly advanced according to the processing of the present embodiment, and therefore the influence of the change in the back electromotive force due to the change in the rotation speed of the
ただし、指令電圧ベクトル(Vdc1,Vqc1)の長さが制限電圧Vthを超えるときには、指令電圧ベクトル(Vdc1,Vqc1)を補正したものを指令電圧ベクトル(Vdc,Vqc)とするとともに、積分演算を制限する。以下、これについて、図5に基づき説明する。図5は、先の図2に示した電圧制限部50の行う処理である。この処理は、実際には、マイコン20によって、例えば所定周期で繰り返し実行される。
However, when the length of the command voltage vector (Vdc1, Vqc1) exceeds the limit voltage Vth, the corrected command voltage vector (Vdc1, Vqc1) is used as the command voltage vector (Vdc, Vqc), and the integration calculation is limited. To do. Hereinafter, this will be described with reference to FIG. FIG. 5 shows processing performed by the
この一連の処理では、まずステップS10において、指令電流idc,iqcと実電流id,iqとに基づき上述した処理によって電圧偏差ΔVd、ΔVqを算出する。続くステップS12においては、制限オーバーフラグがオンであるか否かを判断する。制限オーバーフラグは、前回の制御周期において算出された指令電圧ベクトル(Vdc1,Vqc1)の長さVom(n−1)が制限電圧Vthを上回っているときにオンとなる。この処理は、積分演算を制限するか否かを判断するためのものである。 In this series of processing, first, in step S10, the voltage deviations ΔVd and ΔVq are calculated by the above-described processing based on the command currents idc and iqc and the actual currents id and iq. In a succeeding step S12, it is determined whether or not the limit over flag is on. The limit over flag is turned on when the length Vom (n−1) of the command voltage vector (Vdc1, Vqc1) calculated in the previous control cycle exceeds the limit voltage Vth. This process is for determining whether or not to limit the integral operation.
ここで、制限電圧Vthは、バッテリ16の電圧VBの「√(3/8)」倍の値に所定値Aを乗算して得られる。ここで、所定値Aは、例えば「1.05〜1.10」程度の値とすることが望ましい。すなわち、指令電圧ベクトルの長さがバッテリ16の電圧VBの「√(3/8)」倍の値以上となると、インバータ12の出力電圧を指令電圧とすることができない。このため、通常、制限電圧Vthは、バッテリ16の電圧VBの「√(3/8)」倍の値以下とされるものである。しかし、本実施形態では、指令電圧ベクトルの長さがバッテリ16の電圧VBの「√(3/8)」倍の値近傍となるとき、積分演算によって指令電圧ベクトルは位相が進むように算出されるのであって、その長さが過度に大きくなるように算出されるのではない。そして、この際、バッテリ16の電圧VBの「√(3/8)」倍以下の値となるときに、積分演算を禁止したのでは、積分演算によって指令電圧ベクトルの位相を迅速に進める際の妨げとなることが懸念される。このため、制限電圧Vthを、バッテリ16の電圧VBの「√(3/8)」倍よりも大きい値とする。
Here, the limit voltage Vth is obtained by multiplying a value “√ (3/8)” times the voltage VB of the
上記ステップS12において制限オーバーフラグがオンとなっていると判断されると、ステップS14〜S24において、積分演算を制限する処理を行う。すなわち、ステップS14では、今回の電圧偏差ΔVdと前回の指令電圧Vdc1(n−1)との積が負であるか否かを判断する。すなわち、積分演算によって、d軸の積分演算値(指令電圧Vdc1)が増大するか否かを判断する。この処理は、d軸の積分演算を制限しなくてよいか否かを判断するものである。そして、ステップS14において肯定判断されるときには、d軸の積分演算を制限しなくてもよいと判断し、ステップS16に移行する。そして、ステップS16においては、今回のd軸の指令電圧Vdc1(n)を、積分演算によって算出する。すなわち、前回の指令電圧Vdc1(n−1)に電圧偏差ΔVdに応じた量を乗算することでVdc1(n)を算出する。一方、ステップS14において否定判断されるときには、ステップS18において、今回の指令電圧Vdc1(n)を、前回の指令電圧Vdc1(n−1)とする。 If it is determined in step S12 that the limit over flag is on, in steps S14 to S24, processing for limiting the integral calculation is performed. That is, in step S14, it is determined whether or not the product of the current voltage deviation ΔVd and the previous command voltage Vdc1 (n−1) is negative. That is, it is determined whether or not the integral calculation value (command voltage Vdc1) of the d-axis is increased by the integral calculation. This process determines whether or not the d-axis integral calculation need not be restricted. If an affirmative determination is made in step S14, it is determined that there is no need to limit the d-axis integral calculation, and the process proceeds to step S16. In step S16, the current d-axis command voltage Vdc1 (n) is calculated by integration. That is, Vdc1 (n) is calculated by multiplying the previous command voltage Vdc1 (n−1) by an amount corresponding to the voltage deviation ΔVd. On the other hand, when a negative determination is made in step S14, the current command voltage Vdc1 (n) is set to the previous command voltage Vdc1 (n-1) in step S18.
ステップS16、S18の処理が完了するときには、ステップS20に移行する。ステップS20においては、前回の指令電圧Vqc1(n−1)と今回の電圧偏差ΔVqとの積が負であるか否かを判断する。すなわち、積分演算によって、q軸の積分演算値(指令電圧Vqc1)が増大するか否かを判断する。この処理は、q軸の積分演算を制限しなくてよいか否かを判断するものである。そして、ステップS20において肯定判断されるときには、q軸の積分演算を制限しなくてもよいと判断し、ステップS22に移行する。そして、ステップS22においては、今回のq軸の指令電圧Vqc1(n)を、積分演算によって算出する。すなわち、前回の指令電圧Vqc1(n−1)に電圧偏差ΔVqに応じた量を乗算することで指令電圧Vqc1(n)を算出する。一方、ステップS20において否定判断されるときには、ステップS22において、今回の指令電圧Vqc1(n)を、前回の指令電圧Vqc1(n−1)とする。 When the processes of steps S16 and S18 are completed, the process proceeds to step S20. In step S20, it is determined whether or not the product of the previous command voltage Vqc1 (n-1) and the current voltage deviation ΔVq is negative. That is, it is determined whether or not the integral calculation value (command voltage Vqc1) of the q axis is increased by the integral calculation. This process determines whether or not the q-axis integral calculation need not be limited. If an affirmative determination is made in step S20, it is determined that the q-axis integration calculation need not be restricted, and the process proceeds to step S22. In step S22, the current q-axis command voltage Vqc1 (n) is calculated by integration. That is, the command voltage Vqc1 (n) is calculated by multiplying the previous command voltage Vqc1 (n-1) by an amount corresponding to the voltage deviation ΔVq. On the other hand, when a negative determination is made in step S20, the current command voltage Vqc1 (n) is set to the previous command voltage Vqc1 (n-1) in step S22.
一方、上記ステップS12において否定判断されるときには、ステップS26において、通常の積分演算によって指令電圧Vdc(n),Vqc(n)を算出する。そして、上記ステップS22,S24,S26の処理が完了するときには、ステップS28に移行する。 On the other hand, when a negative determination is made in step S12, command voltages Vdc (n) and Vqc (n) are calculated by a normal integration operation in step S26. Then, when the processes of steps S22, S24, and S26 are completed, the process proceeds to step S28.
ステップS28においては、今回の指令電圧ベクトル(Vdc1,Vqc1)の長さを算出する。続くステップS30においては、指令電圧ベクトル(Vdc1,Vqc1)の長さが制限電圧Vthよりも大きいか否かを判断する。そして、制限電圧Vthよりも大きいと判断されるときには、ステップS32において、指令電圧ベクトル(Vdc1,Vqc1)を補正することで、最終的な指令電圧ベクトル(Vdc,Vqc)を算出する。すなわち、指令電圧ベクトル(Vdc1,Vqc1)に、その長さVomに対する制限電圧Vthの比を乗算することでベクトルの長さを変更する。なお、この際、上記制限オーバーフラグをオンとする。一方、ステップS30において否定判断されるときには、ステップS34において、今回の指令電圧ベクトル(Vdc,Vqc)を、今回の指令電圧ベクトル(Vdc1,Vqc1)とする。なお、この際、上記制限オーバーフラグをオフとする。 In step S28, the length of the current command voltage vector (Vdc1, Vqc1) is calculated. In the following step S30, it is determined whether or not the length of the command voltage vector (Vdc1, Vqc1) is larger than the limit voltage Vth. When it is determined that the voltage is higher than the limit voltage Vth, the final command voltage vector (Vdc, Vqc) is calculated by correcting the command voltage vector (Vdc1, Vqc1) in step S32. That is, the length of the vector is changed by multiplying the command voltage vector (Vdc1, Vqc1) by the ratio of the limit voltage Vth to the length Vom. At this time, the restriction over flag is turned on. On the other hand, when a negative determination is made in step S30, the current command voltage vector (Vdc, Vqc) is set as the current command voltage vector (Vdc1, Vqc1) in step S34. At this time, the restriction over flag is turned off.
なお、ステップS32、S34の処理が完了するときには、この一連の処理を一旦終了する。 When the processes in steps S32 and S34 are completed, this series of processes is temporarily terminated.
以上詳述した本実施形態によれば、以下の効果が得られるようになる。 According to the embodiment described in detail above, the following effects can be obtained.
(1)指令電流idc,iqcと実電流id,iqとに基づき、指令電流idc,iqcを流すために電動機10に出力すべきdq軸上の電圧に対する実際の電圧の偏差(電圧偏差ΔVd,ΔVq)を算出し、これを小さくするようにインバータ12に対する出力電圧を操作した。これにより、出力電圧ベクトルの位相を迅速に進めることができ、ひいては出力制御の応答性を高めることができる。
(1) Based on the command currents idc, iqc and the actual currents id, iq, the actual voltage deviation (voltage deviations ΔVd, ΔVq) with respect to the voltage on the dq axis to be output to the
(2)dq軸上の電流をdq軸上での電圧に変換する電圧方程式に基づき電圧偏差ΔVd,ΔVqを算出した。これにより、電圧偏差ΔVd,ΔVqを適切に算出することができる。 (2) The voltage deviations ΔVd and ΔVq were calculated based on a voltage equation for converting a current on the dq axis into a voltage on the dq axis. Thereby, the voltage deviations ΔVd and ΔVq can be appropriately calculated.
(3)電圧偏差ΔVd,ΔVqの積分演算によって指令電圧Vdc1,Vqc1を算出した。これにより、定常状態においては電圧偏差ΔVd,ΔVqが常時ゼロとなるように指令電圧Vdc1,Vqc1を設定することができる。 (3) The command voltages Vdc1 and Vqc1 were calculated by integrating the voltage deviations ΔVd and ΔVq. Thus, the command voltages Vdc1 and Vqc1 can be set so that the voltage deviations ΔVd and ΔVq are always zero in the steady state.
(4)指令電圧ベクトル(Vdc1,Vqc1)の長さが制限電圧Vthを上回るとき、積分演算の算出を制限した。これにより、指令電圧ベクトル(Vdc1,Vqc1)の長さが過度に大きくなることを回避することができる。 (4) When the length of the command voltage vector (Vdc1, Vqc1) exceeds the limit voltage Vth, the calculation of the integral calculation is limited. Thereby, it can be avoided that the length of the command voltage vector (Vdc1, Vqc1) becomes excessively large.
(5)指令電圧ベクトル(Vdc1,Vqc1)の長さが制限電圧Vthを上回るとき、d軸及びq軸の指令電圧Vdc1、Vqc1の絶対値の増加方向の算出を禁止した。これにより、積分演算値が過度に大きくなることを回避することができる。 (5) When the length of the command voltage vector (Vdc1, Vqc1) exceeds the limit voltage Vth, the calculation of the increasing direction of the absolute values of the d-axis and q-axis command voltages Vdc1, Vqc1 is prohibited. Thereby, it can avoid that an integral calculation value becomes large too much.
(6)電動機10の極対数を「7」とした。このように、極対数の大きい電動機にあっては、回転速度が大きくなりやすい傾向にあるため、上記作用効果を特に好適に奏することができる。
(6) The number of pole pairs of the
(7)電動機10を、電動式パワーステアリングのアクチュエータとして用いた。パワーステアリングのアクチュエータには、q軸電流の増加要求等に対する特に迅速な応答が望まれるため、上記作用効果を特に好適に奏することができる。
(7) The
(第2の実施形態)
以下、第2の実施形態について、先の第1の実施形態との相違点を中心に図面を参照しつつ説明する。
(Second Embodiment)
Hereinafter, the second embodiment will be described with reference to the drawings with a focus on differences from the first embodiment.
図6に、本実施形態にかかる電圧制限部50の行う処理の手順を示す。この処理は、実際には、マイコン20によって、例えば所定周期で繰り返し実行される。
FIG. 6 shows a procedure of processing performed by the
この一連の処理では、まずステップS40において、先の図5のステップS10と同様にして電圧偏差ΔVd,ΔVqを算出する。続くステップS42においては、電圧偏差ΔVd,ΔVqの積分演算に基づき、指令電圧Vdc1(n),Vqc1(n)を算出する。更に、ステップS44においては、先の図5のステップS28と同様にして指令電圧ベクトル(Vdc1,Vqc1)の長さVom(n)を算出する。続くステップS46では、先の図5のステップS30と同様、長さVom(n)が制限電圧Vthを上回るか否かを判断する。そして、制限電圧Vthを上回ると判断されるときには、ステップS48において、先の図5のステップS32と同様の処理を行い、また、制限電圧Vth以下であると判断されるときには、ステップS52において、先の図5のステップS34と同様の処理を行う。 In this series of processing, first, in step S40, the voltage deviations ΔVd and ΔVq are calculated in the same manner as in step S10 of FIG. In the following step S42, command voltages Vdc1 (n) and Vqc1 (n) are calculated based on the integral calculation of the voltage deviations ΔVd and ΔVq. Further, in step S44, the length Vom (n) of the command voltage vector (Vdc1, Vqc1) is calculated in the same manner as in step S28 of FIG. In the subsequent step S46, it is determined whether or not the length Vom (n) exceeds the limit voltage Vth, as in step S30 of FIG. If it is determined that the voltage exceeds the limit voltage Vth, the same processing as in step S32 of FIG. 5 is performed in step S48. If it is determined that the voltage is less than or equal to the limit voltage Vth, the process proceeds to step S52. The same process as step S34 in FIG.
上記ステップS48の処理が完了すると、本実施形態では、今回の指令電圧Vdc1(n),Vqc(n)を、ステップS48の処理のなされた指令電圧Vdc,Vqcとする。これにより、積分演算値が過大となることを回避することができる。特に、本実施形態では、先の第1の実施形態のように、積分演算値を制限するための処理にIF文を用いないため、マイコン20の演算負荷を低減することができる。
When the process of step S48 is completed, in this embodiment, the current command voltages Vdc1 (n) and Vqc (n) are set as the command voltages Vdc and Vqc subjected to the process of step S48. Thereby, it can avoid that an integral calculation value becomes excessive. In particular, in this embodiment, unlike the first embodiment, the IF statement is not used for the process for limiting the integral calculation value, so that the calculation load of the
図7に、高回転速度領域において要求トルクをステップ状に増加させた際の上記処理の応答性を示す。詳しくは、図7(a)においては、太線にてバッテリ16の電圧VBを「35V」とした場合の変調率の推移を示し、1点鎖線にて同電圧VBを「30V」とした場合の変調率の推移を示す。また、図7(b)においては、太線にてバッテリ16の電圧VBを「35V」とした場合の電圧位相の推移を示し、1点鎖線にて同電圧VBを「30V」とした場合の電圧位相の推移を示す。更に、図7(c)においては、太線にてバッテリ16の電圧VBを「35V」とした場合のq軸実電流の推移を示し、1点鎖線にて同電圧VBを「30V」とした場合のq軸実電流の推移を示し、2点鎖線にてq軸の指令電流iqcの推移を示す。図示されるように、バッテリ16の電圧VBが低いほど変調率が大きくなるにもかかわらず、その応答性に大差はない。
FIG. 7 shows the responsiveness of the above processing when the required torque is increased stepwise in the high rotational speed region. Specifically, in FIG. 7 (a), the change of the modulation factor when the voltage VB of the
これに対し、図8に、先の図2の積分演算部46,48を、偏差算出部30,32の直後に配置した場合についての高回転速度領域において要求トルクをステップ状に増加させた際の応答性を示す。なお、図8(a)〜図8(c)は、図7(a)〜図7(c)と対応している。図示されるように、バッテリ16の電圧VBが低いほど変調率が大きくなることに起因して、応答性が低下している。すなわち、図9に示すように、電圧ベクトルの長さがバッテリ16の電圧VBの「√(3/8)」倍の値近傍となるときには、電圧ベクトルの応答性が低下している。これは、電流偏差の値を電圧方程式に代入する場合、指令電圧ベクトルの長さが伸長する方向に指令電圧ベクトルが算出されるため、積分演算が停止されることによる。このため、図10に示す高回転速度領域において、応答性が低下する。
On the other hand, when the required torque is increased stepwise in the high rotation speed region in the case where the
以上説明した本実施形態によれば、先の第1の実施形態の上記(1)〜(4)、(6)、(7)の効果に加えて、更に以下の効果が得られるようになる。
(8)指令電圧ベクトル(Vdc1,Vqc1)の長さが制限電圧Vthを上回るとき、指令電圧(Vdc1,Vqc1)を、そのベクトルの長さが制限電圧Vth以下となるように補正した。これにより、積分演算値が過度に不適切な値となることを回避することができる。
According to this embodiment described above, in addition to the effects (1) to (4), (6), and (7) of the first embodiment, the following effects can be obtained. .
(8) When the length of the command voltage vector (Vdc1, Vqc1) exceeds the limit voltage Vth, the command voltage (Vdc1, Vqc1) is corrected so that the length of the vector is equal to or less than the limit voltage Vth. Thereby, it can be avoided that the integral calculation value becomes an excessively inappropriate value.
(第3の実施形態)
以下、第3の実施形態について、先の第1の実施形態との相違点を中心に図面を参照しつつ説明する。
(Third embodiment)
Hereinafter, the third embodiment will be described with reference to the drawings with a focus on differences from the first embodiment.
図11に、本実施形態にかかるスイッチング素子SW1〜SW6を操作するための操作信号の生成に関する処理の機能ブロック図を示す。なお、図11において、先の図2と対応する処理については、便宜上同一の符号を付している。 FIG. 11 is a functional block diagram of processing related to generation of an operation signal for operating the switching elements SW1 to SW6 according to the present embodiment. In FIG. 11, processes corresponding to those in FIG. 2 are given the same reference numerals for convenience.
図示されるように、本実施形態では、実電流id,iqに応じてインバータ12の実際の出力電圧を推定し、これに基づき積分演算部46,48の値を補正する。すなわち、d軸非干渉項算出部60では、実電流idに基づき、上記の式(c1)の右辺第1項に関する演算を行う。一方、d軸干渉項算出部62では、実電流iqに基づき、上記の式(c1)の右辺第2項に関する演算を行う。そして、d軸電圧算出部64では、d軸非干渉項算出部60の出力からd軸干渉項算出部62の出力を減算することで、d軸電圧Vdを算出する。更に、比例項算出部66では、d軸電圧Vdに比例ゲインKpを乗算する。そして、d軸指令電圧補正部68では、積分演算部46の出力から比例項算出部66の出力を減算することで、積分演算部46の出力である指令電圧Vdc1を補正して電圧制限部50に出力する。
As shown in the figure, in the present embodiment, the actual output voltage of the
これに対し、q軸非干渉項算出部70では、実電流iqに基づき、上記の式(c2)の右辺第1項に関する演算を行う。一方、q軸干渉項算出部72では、実電流idに基づき、上記の式(c2)の右辺第2項に関する演算を行う(ただし、逆起電圧の項については簡易的に除いている)。そして、q軸電圧算出部74では、q軸非干渉項算出部70の出力とq軸干渉項算出部72の出力とを加算することで、q軸電圧Vqを算出する。更に、比例項算出部76では、q軸電圧Vqに比例ゲインKpを乗算する。そして、q軸指令電圧補正部78では、積分演算部48の出力から比例項算出部76の出力を減算することで、積分演算部48の出力である指令電圧Vqc1を補正して電圧制限部50に出力する。なお、電圧制限部50では、補正された指令電圧Vdc1,Vqc1に基づき、先の第1の実施形態で示した処理を行う。
On the other hand, the q-axis non-interference
こうした処理によれば、比例ゲインKpを設けることで、設計の自由度を増大させることができる。
(9)dq軸上の実電流id,iqに基づきdq軸上での実際の出力電圧Vd,Vqを算出し、これに応じて指令電圧Vdc1,Vqc1を補正した。これにより、ゲイン設定等の制御の自由度を向上させることができる。
According to such processing, the degree of freedom in design can be increased by providing the proportional gain Kp.
(9) The actual output voltages Vd and Vq on the dq axis are calculated based on the actual currents id and iq on the dq axis, and the command voltages Vdc1 and Vqc1 are corrected accordingly. Thereby, the freedom degree of control, such as a gain setting, can be improved.
(第4の実施形態)
以下、第4の実施形態について、先の第3の実施形態との相違点を中心に図面を参照しつつ説明する。
(Fourth embodiment)
Hereinafter, the fourth embodiment will be described with reference to the drawings with a focus on differences from the third embodiment.
図12に、本実施形態にかかるスイッチング素子SW1〜SW6を操作するための操作信号の生成に関する処理の機能ブロック図を示す。なお、図12において、先の図11と対応する処理については、便宜上同一の符号を付している。 FIG. 12 is a functional block diagram of processing relating to generation of an operation signal for operating the switching elements SW1 to SW6 according to the present embodiment. In FIG. 12, the same reference numerals are assigned for convenience to the processes corresponding to those in FIG.
図示されるように、本実施形態では、実電流id,iqをローパスフィルタ92、94にてフィルタ処理をした後、上記偏差算出部30,32等で用いる。これは、実電流id,iqには、電動機10の電気角の回転周期よりも高周波のノイズが混入しやすいためである。更に、本実施形態では、指令電流idc,iqcに対してもローパスフィルタ96,98によるフィルタ処理を施す。そして、これらローパスフィルタ90〜98を同一の特性を有するものとする。これにより、フィルタ処理による実電流id,iqの遅延量と指令電流idc,iqcの遅延量とを同一とすることができる。
As shown in the drawing, in the present embodiment, the actual currents id and iq are filtered by the low-
なお、本実施形態では、ローパスフィルタ90〜98として、1次遅れフィルタを用い、且つその時定数等を同一に設定している。 In the present embodiment, first-order lag filters are used as the low-pass filters 90 to 98, and their time constants and the like are set to be the same.
以上説明した本実施形態によれば、先の第3の実施形態の効果に加えて、更に以下の効果が得られるようになる。 According to the present embodiment described above, the following effects can be obtained in addition to the effects of the third embodiment.
(10)指令電流idc,iqc及び実電流id,iq双方に対して同一特性のローパスフィルタ90〜96によるフィルタ処理を施した。これにより、指令電流idc,iqc及び実電流id,iqの遅延量を同一とすることができ、ひいては、電圧偏差ΔVd,ΔVqや、出力電圧Vdc,Vqc等をより高精度に算出することができる。 (10) Both the command currents idc and iqc and the actual currents id and iq were subjected to filter processing using low-pass filters 90 to 96 having the same characteristics. As a result, the delay amounts of the command currents idc and iqc and the actual currents id and iq can be made the same, so that the voltage deviations ΔVd and ΔVq, the output voltages Vdc and Vqc, and the like can be calculated with higher accuracy. .
(第5の実施形態)
以下、第5の実施形態について、先の第1の実施形態との相違点を中心に図面を参照しつつ説明する。
(Fifth embodiment)
Hereinafter, a fifth embodiment will be described with reference to the drawings, focusing on differences from the first embodiment.
図13に、本実施形態にかかるスイッチング素子SW1〜SW6を操作するための操作信号の生成に関する処理の機能ブロック図を示す。なお、図13において、先の図2と対応する処理については、便宜上同一の符号を付している。 FIG. 13 is a functional block diagram of processing related to generation of an operation signal for operating the switching elements SW1 to SW6 according to the present embodiment. In FIG. 13, the processes corresponding to those in FIG. 2 are given the same reference numerals for the sake of convenience.
本実施形態では、現在の回転角度θ(電気角)に対して、進角量Δθだけ進角させた角度によって指令電圧Vdc,VqcをUVW相の指令電圧Vuc,Vvc,Vwcに変換し、これに基づきインバータ12の出力電圧を操作する。
In the present embodiment, the command voltages Vdc, Vqc are converted into UVW phase command voltages Vuc, Vvc, Vwc by an angle advanced by an advance amount Δθ with respect to the current rotation angle θ (electrical angle). Based on the above, the output voltage of the
図14に、本実施形態にかかる指令電圧Vdc,VqcのUVW相の指令電圧Vuc,Vvc,Vwcへの変換処理の手順を示す。この処理は、マイコン20により、例えば所定周期で繰り返し実行される。
FIG. 14 shows a procedure for converting the command voltages Vdc, Vqc to the UVW phase command voltages Vuc, Vvc, Vwc according to the present embodiment. This process is repeatedly executed by the
この一連の処理では、まずステップS70において回転角度θ及び回転速度ωを検出する。続くステップS72においては、回転角度θの検出タイミングから指令電圧Vuc,Vvc,Vwcに応じたインバータ12の出力電圧の操作タイミングまでの時間T内での電動機10の回転量(進角量Δθ)を算出する。これは、回転速度ωに、上記時間Tを乗算することで算出することができる。
In this series of processing, first, in step S70, the rotation angle θ and the rotation speed ω are detected. In the following step S72, the rotation amount (advance amount Δθ) of the
続くステップS74においては、ステップS70にて検出された回転角度θに、ステップS72にて算出された進角量Δθを加算した角度「θ+Δθ」にて、指令電圧Vdc,VqcをUVW相の指令電圧Vuc,Vvc,Vwcに変換する。そして、ステップS76では、UVW相の指令電圧Vuc,Vvc,Vwcに応じてスイッチング素子SW1〜SW6の操作信号gup,gun,gvp,gvn,gwp,gwnを生成する。ここでは、例えばUVW相の指令電圧Vuc,Vvc,Vwcの三角波PWM処理によって、操作信号gup,gun,gvp,gvn,gwp,gwnを生成すればよい。なお、ステップS76の処理が完了すると、この一連の処理を一旦終了する。 In subsequent step S74, the command voltages Vdc and Vqc are set to the UVW phase command voltage at an angle “θ + Δθ” obtained by adding the advance amount Δθ calculated in step S72 to the rotation angle θ detected in step S70. Convert to Vuc, Vvc, Vwc. In step S76, the operation signals gup, gun, gvp, gvn, gwp, gwn of the switching elements SW1 to SW6 are generated according to the UVW phase command voltages Vuc, Vvc, Vwc. Here, for example, the operation signals gup, gun, gvp, gvn, gwp, and gwn may be generated by triangular wave PWM processing of the UVW phase command voltages Vuc, Vvc, and Vwc. When the process of step S76 is completed, this series of processes is temporarily ended.
上記処理によれば、インバータ12の出力電圧が操作されるタイミングでの回転角度にとって適切な指令電圧Vuc,Vvc,Vwcを算出することができる。このため、回転角度θの検出タイミングからインバータ12の出力電圧の操作タイミングまでの時間ずれに起因する回転角度の誤差を好適に補償することができる。
According to the above processing, it is possible to calculate the command voltages Vuc, Vvc, Vwc appropriate for the rotation angle at the timing when the output voltage of the
以上説明した本実施形態によれば、先の第1の実施形態の上記(1)〜(7)の効果に加えて、更に以下の効果が得られるようになる。 According to this embodiment described above, in addition to the effects (1) to (7) of the first embodiment, the following effects can be obtained.
(11)回転角度θを進角量Δθだけ進角させた角度に基づき、指令電圧Vdc,VqcをUVW相の指令電圧Vuc,Vvc,Vwcに変換した。これにより、出力電圧を回転角度に応じたより適切なものとすることができる。 (11) Based on the angle obtained by advancing the rotation angle θ by the advance amount Δθ, the command voltages Vdc, Vqc are converted into UVW phase command voltages Vuc, Vvc, Vwc. Thereby, the output voltage can be made more appropriate according to the rotation angle.
(その他の実施形態)
なお、上記各実施形態は、以下のように変更して実施してもよい。
(Other embodiments)
Each of the above embodiments may be modified as follows.
・指令電圧Vdc1,Vqc1の算出手法としては、電圧偏差ΔVd、ΔVqの積分演算に限らない。例えば、電圧偏差ΔVd、ΔVqの比例積分演算や、比例積分微分演算であってもよい。更に、電圧偏差ΔVd、ΔVqの比例演算や、電圧偏差ΔVd、ΔVqの微分演算であってもよい。 The calculation method of the command voltages Vdc1 and Vqc1 is not limited to the integral calculation of the voltage deviations ΔVd and ΔVq. For example, proportional integral calculation or proportional integral differential calculation of the voltage deviations ΔVd and ΔVq may be used. Further, it may be a proportional calculation of the voltage deviations ΔVd and ΔVq or a differential calculation of the voltage deviations ΔVd and ΔVq.
・第2の実施形態における第1の実施形態からの変更点を、第3〜第5の実施形態に適用してもよい。 The changes in the second embodiment from the first embodiment may be applied to the third to fifth embodiments.
・第3の実施形態における第1の実施形態からの変更点を、第2、第5の実施形態に適用してもよい。 A change in the third embodiment from the first embodiment may be applied to the second and fifth embodiments.
・第4の実施形態における第3の実施形態からの変更点を、第1、第2、第5の実施形態に適用してもよい。 A change in the fourth embodiment from the third embodiment may be applied to the first, second, and fifth embodiments.
・第5の実施形態における第1の実施形態からの変更点を、第2〜第4の実施形態に適用してもよい。 -The change in 5th Embodiment from 1st Embodiment may be applied to 2nd-4th Embodiment.
・第3、第4の実施形態において、算出される電圧Vd,Vqに比例ゲインKpを加算する代わりに、算出される電圧Vd,Vqの比例積分演算や比例積分微分演算を行ってもよい。 In the third and fourth embodiments, instead of adding the proportional gain Kp to the calculated voltages Vd and Vq, a proportional integration calculation and a proportional integration differential calculation of the calculated voltages Vd and Vq may be performed.
・第4の実施形態において、ローパスフィルタ92〜98としては、1次遅れフィルタに限らず、例えば2次遅れフィルタであってもよい。
In the fourth embodiment, the low-
・q軸電圧偏差ΔVqの算出に際して、上記電圧方程式の逆起電圧の項を考慮してもよい。 In calculating the q-axis voltage deviation ΔVq, the term of the back electromotive force in the voltage equation may be taken into consideration.
・制限電圧Vthの設定手法としては、上記実施形態で例示したものに限らない。ここでは、上記所定値Aを、「1」以上とすることが望ましく、「1」より大きくすることがより望ましい。 The method for setting the limit voltage Vth is not limited to that exemplified in the above embodiment. Here, the predetermined value A is desirably “1” or more, and more desirably greater than “1”.
・上記各実施形態では、電動機10をパワーステアリングのアクチュエータとして用いたが、これに限らず、例えばハイブリッド車や電気自動車の原動機として用いてもよい。
In each of the above embodiments, the
・電動機10としては、表面磁石同期電動機に限らず、例えば埋め込み磁石同期電動機であってもよい。また、極対数としては、「7」に限らない。例えば「5」以上であってもよい。ただし、極対数が大きいほど電気角周波数が大きくなりやすく、変調率が「1」となる付近で位相が進むよう電圧ベクトルを操作する必要があるため、本発明の作用効果を好適に奏することができる。
The
・回転機としては、電動機に限らず、発電機であってもよい。 -The rotating machine is not limited to an electric motor but may be a generator.
10…電動機、12…インバータ、20…マイコン(制御装置の一実施形態)。
DESCRIPTION OF
Claims (12)
前記回転機のd軸及びq軸の指令電流と前記d軸及び前記q軸の実電流とに基づき、前記指令電流を流すために前記回転機に出力すべきdq軸上の電圧に対する実際の電圧の偏差を算出する電圧偏差算出手段と、
該算出される偏差を小さくするように前記出力電圧を操作する操作手段とを備えることを特徴とする回転機の制御装置。 In the control device for a rotating machine that controls the rotation state of the rotating machine by manipulating the output voltage of the inverter with respect to the rotating machine,
Based on the d-axis and q-axis command currents of the rotating machine and the actual currents of the d-axis and the q-axis, the actual voltage with respect to the voltage on the dq-axis to be output to the rotating machine in order to flow the command current Voltage deviation calculating means for calculating the deviation of
An operation device for operating the output voltage so as to reduce the calculated deviation.
前記操作手段は、前記算出される電圧の偏差を小さくするようにdq軸上での指令電圧を算出する指令電圧算出手段と、前記回転角度の取得タイミングから前記インバータの出力電圧を更新するタイミングまでの時間における前記回転機の回転量を前記取得される回転速度に基づき算出する手段と、前記取得される回転角度に対して前記回転量だけ進角させた角度に基づき前記dq軸上での指令電圧を前記インバータの各相の指令電圧に変換する手段とを備え、前記各相の指令電圧に基づき前記出力電圧を操作することを特徴とする請求項1〜9のいずれかに記載の回転機の制御装置。 Means for obtaining a rotation angle and a rotation speed of the rotating machine;
The operation means includes command voltage calculation means for calculating a command voltage on the dq axis so as to reduce the deviation of the calculated voltage, and from the timing of obtaining the rotation angle to the timing of updating the output voltage of the inverter. Means for calculating the amount of rotation of the rotating machine at the time of time based on the acquired rotation speed, and a command on the dq axis based on an angle advanced by the amount of rotation with respect to the acquired rotation angle 10. A rotating machine according to claim 1, further comprising means for converting a voltage into a command voltage for each phase of the inverter, and operating the output voltage based on the command voltage for each phase. Control device.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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JP2007070314A JP2008236853A (en) | 2007-03-19 | 2007-03-19 | Control device of rotating machine |
Applications Claiming Priority (1)
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Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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WO2010082368A1 (en) * | 2009-01-14 | 2010-07-22 | トヨタ自動車株式会社 | Control apparatus for ac motor and electric vehicle |
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2007
- 2007-03-19 JP JP2007070314A patent/JP2008236853A/en active Pending
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