JP2009019546A - Variable valve mechanism driving device and valve controlling system - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、エンジンバルブのリフト量を変化させるバルブ可変機構を駆動するバルブ可変機構駆動装置、及び当該バルブ可変機構駆動装置を備えるバルブ制御システムに関する。 The present invention relates to a variable valve mechanism driving apparatus that drives a variable valve mechanism that changes the lift amount of an engine valve, and a valve control system that includes the variable valve mechanism driving apparatus.
自動車の4ストロークエンジンは、燃料と空気とをエンジン内部に吸入し、その混合気の圧縮、燃焼により生じる燃焼圧力でピストンを押動し、タイヤを回転駆動する。燃焼後、エンジン内のガスは外部に排気される。 A four-stroke engine of an automobile sucks fuel and air into the engine, pushes a piston with a combustion pressure generated by compression and combustion of the mixture, and rotates a tire. After combustion, the gas in the engine is exhausted to the outside.
この一連の吸入、圧縮、燃焼、および排気の過程におけるガス循環は、エンジン上部に設置した吸気バルブと排気バルブとが担っており、これらバルブの開閉が燃費に大きく影響する。燃費は、バルブのリフト量を変化させることで向上でき、このリフト量を変化させる機構がバルブ可変機構である。 The gas circulation in this series of intake, compression, combustion, and exhaust is carried out by an intake valve and an exhaust valve installed at the upper part of the engine, and the opening and closing of these valves greatly affects fuel consumption. The fuel consumption can be improved by changing the lift amount of the valve, and the mechanism for changing the lift amount is a variable valve mechanism.
エンジンの出力によって最適となるリフト量が異なるので、燃費を向上させるためには、バルブ可変機構をエンジンの出力の変化に高速に追従させることが要求される。その要求を満たすにはバルブ可変機構を駆動するモータの応答速度を高速化すればよい。 Since the optimum lift amount varies depending on the engine output, in order to improve fuel efficiency, it is required that the variable valve mechanism follow the change in the engine output at high speed. In order to satisfy this requirement, the response speed of the motor that drives the variable valve mechanism may be increased.
モータの応答速度の高速化は、モータの回転角、角速度およびトルクを指令値に対して正確に制御することで実現できる。モータの回転角および角速度は、回転角センサを用いて検出されるモータの実際の回転角、および検出された回転角によって算出される角速度を制御パラメータとして用いることにより可能となる。また、トルクの正確な制御は、トルクが電流に比例することから、電流センサを用いて検出されるモータの電流を制御パラメータとして用いることにより可能となる。このようにモータの回転角、角速度およびトルクの正確な制御には回転角センサと電流センサとを使用することが望ましいが、コスト面から両方のセンサを設置することは実用上困難である。そこで、高コストの電流センサを用いないバルブ制御システムのバルブ可変機構駆動装置として下記特許文献1に示すバルブ可変機構駆動装置が開発されている。
Increasing the response speed of the motor can be realized by accurately controlling the rotation angle, angular velocity, and torque of the motor with respect to the command value. The rotation angle and angular velocity of the motor can be achieved by using the actual rotation angle of the motor detected by using the rotation angle sensor and the angular velocity calculated by the detected rotation angle as control parameters. In addition, accurate control of the torque is possible by using the motor current detected by the current sensor as a control parameter because the torque is proportional to the current. As described above, it is desirable to use the rotation angle sensor and the current sensor for accurate control of the rotation angle, angular velocity, and torque of the motor, but it is practically difficult to install both sensors from the viewpoint of cost. Therefore, a variable valve mechanism driving apparatus disclosed in
しかし、特許文献1のバルブ可変機構駆動装置では、モータの電流変化により生じる誘導起電力を考慮せずモータに印加する電圧を計算している。このため、外部から与えられる回転角指令値に基づいて求められる電圧をモータに印加しても、モータ電流が所定の値となるまでに応答時間がかかる。従って、モータの応答速度を高速にできず、リフト量をエンジンの出力に適した値に高速に変化させることができないという問題があった。
However, in the variable valve mechanism driving device of
本発明は、上記問題点に鑑みてなされたものであり、モータの応答速度を高速にし、エンジンの出力の変化に高速に追従してリフト量を変化させることが可能なバルブ制御システムのバルブ可変機構駆動装置を提供することを目的とする。 The present invention has been made in view of the above problems, and is a variable valve of a valve control system that can increase the response speed of a motor and change the lift amount by following a change in engine output at high speed. It is an object to provide a mechanism driving device.
バルブ可変機構のコントロールシャフトを回転駆動するモータと、外部から与えられる前記コントロールシャフトの回転角指令値に基づいて前記モータを制御するモータ制御装置とを備えたバルブ可変機構駆動装置であって、前記モータ制御装置は前記コントロールシャフトの回転角を前記回転角指令値と一致させるように前記モータに対して与えるべき角速度指令値を算出する回転角制御器と、前記モータの角速度を前記角速度指令値と一致させるように前記モータに対して与えるべき電流指令値を算出する角速度制御器と、前記電流指令値と前記モータの角速度とを入力し、前記モータの抵抗電圧、電流変化により生じる誘導起電力、定常電流により生じる誘導起電力、前記モータの回転により生じる誘起電圧を算出することにより前記モータの電圧指令値を出力する電圧指令演算器とから構成され、前記電圧指令演算器は前記モータの電流指令値を一次遅れによって表した応答電流値を求め、当該応答電流値を用いて前記モータの電流変化により生じる誘導起電力を算出することとした。 A variable valve mechanism driving device comprising: a motor that rotationally drives a control shaft of the variable valve mechanism; and a motor control device that controls the motor based on a rotation angle command value of the control shaft given from the outside, A motor control device calculates an angular velocity command value to be given to the motor so that the rotation angle of the control shaft matches the rotation angle command value, and sets the angular velocity of the motor as the angular velocity command value. An angular velocity controller that calculates a current command value to be given to the motor to be matched, and the current command value and the angular velocity of the motor are input, and the resistance voltage of the motor, an induced electromotive force generated by a current change, By calculating the induced electromotive force caused by the steady current and the induced voltage caused by the rotation of the motor A voltage command calculator that outputs a voltage command value of the motor, the voltage command calculator calculates a response current value that represents the current command value of the motor by a first-order lag, and uses the response current value to determine the response current value. We decided to calculate the induced electromotive force generated by the current change of the motor.
エンジンの出力の変化に高速に追従してリフト量を変化させることが可能なバルブ制御システムのバルブ可変機構駆動装置が得られる。 A valve variable mechanism driving device of a valve control system capable of changing the lift amount following high-speed changes in engine output is obtained.
実施の形態1.
図1は、本発明の一実施形態に係るバルブ制御システムを表す図である。図1に示すバルブ制御システムは、バルブ可変機構101、及びバルブ可変機構駆動装置により構成される。バルブ可変機構駆動装置は、同期モータ108、回転角センサ104、モータ制御装置100により構成される。
FIG. 1 is a diagram illustrating a valve control system according to an embodiment of the present invention. The valve control system shown in FIG. 1 includes a
バルブ可変機構101は、同期モータ108の回転角に応じてバルブのリフト量を制御し、これによりエンジンの吸気量を調整する。バルブ可変機構101は同期モータ108に接続されたコントロールシャフト(図示せず)を含んでおり、当該コントロールシャフトの回転駆動によりバルブを駆動するカムの揺動角が変化することでリフト量が変化する。
The
回転角検出器である回転角センサ104は、前記コントロールシャフトの回転角Θsを検出する。モータ制御装置100は、自動車のアクセルペダルの踏み込み量に応じて外部から入力されるコントロールシャフトの回転角指令値Θs*および回転角センサ104により検出されるコントロールシャフトの回転角Θsを用いて三相交流電圧を出力し、同期モータ108を駆動制御する。
A
次に、モータ制御装置100の構成を説明する。モータ制御装置100は、回転角制御器103、角速度変換器106、角速度制御器105、電圧指令演算器109、座標変換器110、インバータ107により構成される。
Next, the configuration of the
回転角制御器103は、外部から与えられるコントロールシャフトの回転角Θsの制御目標値である回転角指令値Θs*に回転角センサ104から出力されるコントロールシャフトの回転角Θsを一致させる回転角制御を行う。具体的には、回転角指令値Θs*と、コントロールシャフトの回転角Θsとの差に比例ゲインを乗算した値を同期モータ108の角速度指令値ω*として出力する。
The
角速度変換器106は、コントロールシャフトの回転角Θsを用い、同期モータ108の角速度ωを出力する。角速度ωは、コントロールシャフトの回転角Θsに同期モータ108とコントロールシャフトとを連結するギアのギア比を乗じることで得られる同期モータ108の回転角Θmを時間微分した値とする。
The
角速度制御器105は、回転二軸座標上の電流指令値id*,iq*を算出し、回転角制御器103から出力される角速度指令値ω*に角速度変換器106から出力される角速度ωを一致させる角速度制御を行う。具体的には、式(1)を用いて電流指令値iq*を算出する。
上記式(1)において、Pは同期モータ108の回転子の極対数、φは回転子の磁束、Kpは比例ゲイン、Kiは積分ゲインである。
また、電流指令値id*は式(2)を用いて算出する。
上記式(2)において、Ld,Lqは回転二軸座標上のd,q軸成分のインダクタンスである。
The
In the above formula (1), P is the number of pole pairs of the rotor of the
Further, the current command value id * is calculated using Equation (2).
In the above equation (2), Ld and Lq are the inductances of the d and q axis components on the rotating biaxial coordinates.
電圧指令演算器109は、角速度制御器105から出力される電流指令値id*,iq*と、角速度変換器106から出力される角速度ωとを用い、d軸成分の電圧指令値vd*およびq軸成分の電圧指令値vq*を出力する。
The
以下、電圧指令演算器109における電圧指令値vd*および電圧指令値vq*の演算方法について述べる。
Hereinafter, a method of calculating the voltage command value vd * and the voltage command value vq * in the
電圧指令値vd*、vq*は、下記式(3)(4)の電圧方程式を用いて求めることができる。
上記、式(3),(4)においてR×id*、およびR×iq*は抵抗降下分の電圧、(Ld×d/dt)×id*、および(Lq×d/dt)×iq*は電流変化により生じる誘導起電力、−ωLqiq、およびωLdidは定常状態の電流により生じる誘導起電力、ωφは回転子磁束による誘導電圧である。
The voltage command values vd * and vq * can be obtained using voltage equations of the following formulas (3) and (4).
In the above formulas (3) and (4), R × id * and R × iq * are the voltage of the resistance drop, (Ld × d / dt) × id *, and (Lq × d / dt) × iq *. Is an induced electromotive force caused by a current change, -ωLqiq and ωLdid are induced electromotive forces caused by a steady-state current, and ωφ is an induced voltage caused by a rotor magnetic flux.
電流指令id*、iq*が急激に変化した場合は、電流変化により生じる誘導起電力(Ld×d/dt)×id*、および(Lq×d/dt)×iq*が過大となり、電圧指令値vd*、vq*はインバータが出力可能な電圧を超えた値となる。そこで、電流指令値id*、iq*の応答電流を一次遅れで表した応答電流値ids,iqsを用いて電圧指令値vd*、vq*を算出する。これにより、同期モータ108の電流変化により生じる誘導起電力を含めた電圧指令値vd*,vq*を算出することができる。このようにして算出された電圧指令値vd*,vq*を同期モータ108に印加することにより、モータ電流が電流指令値id*,iq*に到達するまでの応答時間を短縮し、同期モータ108の応答速度を高速化することができる。
When the current commands id * and iq * change abruptly, the induced electromotive forces (Ld × d / dt) × id * and (Lq × d / dt) × iq * caused by the current change become excessive, and the voltage command The values vd * and vq * exceed the voltage that the inverter can output. Therefore, the voltage command values vd * and vq * are calculated using the response current values ids and iqs in which the response currents of the current command values id * and iq * are expressed by a first-order lag. Thereby, the voltage command values vd * and vq * including the induced electromotive force generated by the current change of the
図2は、電圧指令演算器109の内部構成を表す図である。図2に示す電圧指令演算器109は、応答電流演算部109a、および電圧指令演算部109bにより構成される。
FIG. 2 is a diagram illustrating the internal configuration of the
応答電流演算部109aは、角速度制御器105から出力される電流指令値id*,iq*を一次遅れで表した応答電流値ids,idqを以下の式(5),(6)により求める。
上記、式(5),(6)においてTd,Tqは、それぞれ応答電流値ids,idqの時定数、sはラプラス演算子(d/dt)である。
The response
In the above formulas (5) and (6), Td and Tq are time constants of response current values ids and idq, respectively, and s is a Laplace operator (d / dt).
電圧指令演算部109bは、電流指令値id*,iq*、応答電流値ids,idq、および同期モータ108の回転角速度ωに基づいて、下記式(7),(8)により電圧指令値vd*および電圧指令値vq*を算出する。
Based on the current command values id *, iq *, the response current values ids, idq, and the rotational angular velocity ω of the
電圧指令演算器109において、同期モータ108の抵抗R、インダクタンスLd、インダクタンスLqおよび磁束φの値を予め設定しておくことにより、式(7),(8)を用いて、電圧指令値vd*,vq*を求めることができる。
In the
座標変換器110は、電圧指令演算器109から出力される電圧指令値vd*,vq*と、回転角センサ104から出力されるコントロールシャフトの回転角Θsとを用い、三相交流電圧指令値を出力する。
The
以下、座標変換器110において三相交流電圧値指令値vu*,vv*,vw*を求める方法について述べる。
まず、下記の行列式(9)を用い、回転二軸座標上の電圧指令値vd*およびvq*を二軸座標上の電圧指令値vα*,vβ*に変換する。
次に、行列式(10)を用い、二軸座標上の電圧指令値vα*,vβ*を三軸座標上の電圧指令値vu*,vv*,vw*に変換する。
以上により三相交流電圧指令値vu*,vv*,vw*が算出される。
Hereinafter, a method for obtaining the three-phase AC voltage value command values vu *, vv *, and vw * in the coordinate
First, voltage command values vd * and vq * on the rotating biaxial coordinates are converted into voltage command values vα * and vβ * on the biaxial coordinates using the following determinant (9).
Next, the determinant (10) is used to convert the voltage command values vα *, vβ * on the biaxial coordinates into the voltage command values vu *, vv *, vw * on the triaxial coordinates.
Thus, the three-phase AC voltage command values vu *, vv *, and vw * are calculated.
インバータ107は、座標変換器110から出力される三相交流電圧指令値vu*,vv*,vw*に基づき、三相交流電圧を同期モータ108に印加する。インバータ107の制御は、内部スイッチのON/OFFにより同期モータ108に印加する単位時間内の平均電圧を正弦波に沿って変化させるPWM制御法により行う。
The
本実施の形態では、電流指令値id*,iq*を一次遅れによって表した応答電流値ids,idqを用い、同期モータ108の電流変化により生じる誘導起電力まで含めた電圧指令値vd*、vq*を算出するので、同期モータ108の応答を高速化することができる。これにより、バルブ可変機構101におけるバルブのリフト量をエンジンの出力の変化に応じて高速に変化させ、燃費を向上できる。
In the present embodiment, the voltage command values vd * and vq including the induced electromotive force generated by the current change of the
実施の形態2.
図3は本発明の他の実施形態に係るバルブ制御システムを表す図である。図3のバルブ制御システムのバルブ可変機構駆動装置は、回転角検出器であるホールセンサ111により同期モータ108の回転角Θmを検出する。ホールセンサ111は同期モータ108の固定子に設置されており、極対数Pが3の場合は、同期モータ108の回転子上に60度間隔に配置された各極が通過するタイミングでホール電圧を検出する。よって、0度以上360度未満の60度おきの同期モータ108の回転角Θmを検出できる。
Embodiment 2. FIG.
FIG. 3 is a diagram showing a valve control system according to another embodiment of the present invention. The valve variable mechanism driving device of the valve control system of FIG. 3 detects the rotation angle Θm of the
モータ制御装置200は、自動車のアクセルペダルの踏み込み量に応じて外部から入力されるコントロールシャフトの回転角指令値Θs*、およびホールセンサ111により検出される同期モータ108の回転角Θmより算出するコントロールシャフトの回転角Θsを用いて三相交流電圧を出力し、同期モータ108を駆動制御する。回転角制御器203は、同期モータ108の回転角指令値Θm*および同期モータ108の回転角Θmに基づいて同期モータ108の角速度指令ω*を出力する。角速度変換器206は、ホールセンサ111により検出された同期モータ108の回転角Θmに基づいて同期モータ108の角速度ωを出力する。
The
以下、速度変換器206における同期モータ108の角速度ωの演算について述べる。
ホールセンサ111により検出された同期モータ108の回転角Θmは60度おきの値であるため、回転角Θmの時間微分値は60度おきに鋭いピークが立ち並ぶ値になり、同期モータ108の角速度ωを正確に算出できない。
そこで、ホールセンサ111により検出された同期モータ108の回転角Θmを時間微分して得られた値を一次遅れフィルタによってフィルタ処理した値を同期モータ108の角速度として用いる。これにより、正確な同期モータ108の角速度ωを得ることができる。
Hereinafter, calculation of the angular speed ω of the
Since the rotation angle Θm of the
Therefore, a value obtained by filtering the value obtained by time differentiation of the rotation angle Θm of the
次に、一次遅れフィルタを用いずに同期モータ108の角速度ωを演算する方法について述べる。ホールセンサ111により検出された同期モータ108の回転角Θmは、上述のように、360度未満で60度おきの値である。そのため、ホールセンサ111の出力に基づいて同期モータ108の回転角Θmを検出する時間間隔が、同期モータ108の一回転の時間間隔よりも長い場合は同期モータ108の回転角Θmを検出できない。
Next, a method for calculating the angular velocity ω of the
例えば、ホールセンサ111の出力に基づいて同期モータ108の回転角Θmを一回検出する間に同期モータ108が400度回転する場合、一回目の検出値が0度であったとすると、次の検出値は60度、その次の検出値は120度となり、検出は誤検出となる。
For example, if the
そこで、ホールセンサ111の出力に基づいて同期モータ108の回転角Θmを検出する時間間隔を、同期モータ108の回転の最小周期より短く設定し、角速度変換器206において、検出された同期モータ108の回転角Θmの変化量を所定回数加算し、検出の時間間隔で除算する。これにより、同期モータ108の角速度ωが算出できる。変化量の加算回数は任意の回数であるが、加算回数の増加によってより正確な同期モータ108の回転角速度を得ることができる。
Therefore, the time interval for detecting the rotation angle Θm of the
また、上記の例では時間微分を行っていないが、ホールセンサ111により検出された同期モータ108の回転角Θmに対して微分を行い、同期モータ108の角速度ωを得た後に、角速度ωの所定時間内のピーク数を検出することもできる。すなわち、一定間隔で同期モータ108の回転角度を検出すれば、ピークの観測数から前記所定時間内での同期モータ108の回転角速度を算出できる。
Further, although time differentiation is not performed in the above example, differentiation is performed on the rotation angle Θm of the
座標変換器210では、ホールセンサ111から出力される同期モータ108の回転角Θmに基づいて演算を行うため、電圧指令値vd*,vq*から三相電圧指令値vv*,vu*,vw*への座標変換を、コントロールシャフトの回転角Θsを用いるよりも、より正確に行うことができる。
また、式(9)を用いて三相電圧指令値vv*,vu*,vw*を求める際、cos関数またはsin関数の値が必要となる。ホールセンサ111の出力は、0度以上360度未満の60度おきの値であるので、0度、60度、120度、180度、240度、300度の計6種類のcos関数またはsin関数の値を格納したメモリを座標変換器に設ければよい。このような精度の低いホールセンサ111を用いても、三相電圧指令値vv*,vu*,vw*を正確に求めることができる。
Since the coordinate
Further, when the three-phase voltage command values vv *, vu *, and vw * are obtained using Expression (9), the value of the cos function or the sin function is required. Since the output of the
本実施の形態では、三相電圧指令値vv*,vu*,vw*をより正確に算出することが可能となるので同期モータ108の応答速度をより高速にできる。また、精度の低いホールセンサ111を用いることで、座標変換器210に必要なメモリ容量を縮小しコストを安価にすることができる。
In the present embodiment, the three-phase voltage command values vv *, vu *, and vw * can be calculated more accurately, so that the response speed of the
実施の形態3.
図4は、本発明の他の実施形態に係るバルブ制御システムを表す図である。図4のバルブ制御システムのバルブ可変機構駆動装置は、第一の回転角検出器である回転角センサ104と第二の回転角検出器であるホールセンサ111との両方を備える。
FIG. 4 is a diagram illustrating a valve control system according to another embodiment of the present invention. The valve variable mechanism driving device of the valve control system of FIG. 4 includes both a
回転角制御器103は、回転角センサ104から出力されるコントロールシャフトの回転角Θsに基づいて角速度指令値ω*を算出するので、同期モータ108の回転角Θmを用いるよりも、より正確にコントロールシャフトの回転角を制御できる。
また、座標変換器210では、ホールセンサ111から出力される同期モータ108の回転角Θmに基づいて演算を行うため、電圧指令値vd*,vq*から三相電圧指令値vv*,vu*,vw*への座標変換を、コントロールシャフトの回転角Θsを用いるよりも、より正確に行うことができる。
Since the
Further, since the coordinate
以上述べたように、本実施の形態では、角速度指令値ω*、および三相電圧指令値vv*,vu*,vw*をより正確に算出することが可能となるので、同期モータ108の応答速度をより高速にできる。 As described above, in this embodiment, the angular velocity command value ω * and the three-phase voltage command values vv *, vu *, and vw * can be calculated more accurately. Speed can be increased.
実施の形態4.
同期モータ108の電圧は式(3),(4)に示すように、抵抗降下分の電圧R×id*およびR×iq*、電流変化により生じる誘導起電力(Ld×d/dt)×id*および(Lq×d/dt)×iq*、定常状態の電流により生じる誘導起電力−ωLqiqおよびωLdid、回転子磁束による誘導電圧ωφの和で表される。
同期モータ108に印加するq軸成分の電圧vqを上昇させると、同期モータ108の角速度ωが上昇する。しかし、インバータ107の出力可能な電圧vqには上限があり、インバータ107のq軸成分の最大出力電圧Vqmaxを同期モータ108に印加した場合の角速度ωが、同期モータ108の最大角速度ωmaxとなる。ここで、最大角速度ωmaxは、最大出力電圧Vqmaxを用いて以下の式(11)によって表すことができる。
ωmax≒Vqmax/(φ+Ld×id) ・・・(11)
上記式(11)により示されるように、最大出力電圧Vqmaxの印加時に、d軸成分の電流idを零とすると、最大角速度ωmaxは最大出力電圧Vqmaxを回転子の磁束φで除した値となる。一方で、電流idを負とすると、Ld×idで表される磁束が回転子の磁束φを打ち消す方向に発生し、(φ+Ldid)の項が減少するため、同期モータ108の最大角速度ωmaxを上昇させることができる。
Embodiment 4 FIG.
As shown in equations (3) and (4), the voltage of the
When the voltage vq of the q-axis component applied to the
ωmax≈Vqmax / (φ + Ld × id) (11)
As shown by the above equation (11), when the maximum output voltage Vqmax is applied and the d-axis component current id is zero, the maximum angular velocity ωmax is a value obtained by dividing the maximum output voltage Vqmax by the rotor magnetic flux φ. . On the other hand, if the current id is negative, a magnetic flux represented by Ld × id is generated in a direction that cancels out the magnetic flux φ of the rotor, and the term of (φ + Ldid) decreases, so that the maximum angular velocity ωmax of the
このように回転子の磁束φを打ち消す方向に磁束を発生させることで、最大出力電圧Vqmaxを上昇させることなく、同期モータ108の最大角速度ωmaxを上昇できる。これにより、バルブ可変機構101のコントロールシャフトの最大回転角速度を上昇でき、より高い制御応答速度が得られる。
Thus, by generating magnetic flux in a direction that cancels the magnetic flux φ of the rotor, the maximum angular velocity ωmax of the
尚、同期モータ108には回転子に永久磁石を用いた永久磁石型同期モータと回転子に巻線による電磁石を用いた界磁巻線型同期モータとがあるが、界磁巻線型同期モータは大きいトルクを得るために回転子の巻線の巻数を増加させること又は巻線を太くすることが要求され、この要求による回転子の半径および質量の増加で、回転子の慣性が大きくなるため、モータの応答速度を高速にできない。一方、永久磁石型同期モータは、巻線が不要な上、永久磁石の体積と厚さは界磁巻線よりも小さく薄いため、回転子の半径と重量とを減少させることができ、回転子の慣性を小さくできる。よって、回転子に巻線を用いない永久磁石型同期モータを用いることでモータの応答速度を高速にできる。
The
尚、同期モータ108は界磁巻線型同期モータでもよく、同期モータ108の代わりに誘導モータを用いてもよい。また、同期モータ108の極対数はいくつであってもよい。ホールセンサ111の出力は90度または45度おきの出力などであってもよい。
The
また、回転角制御器103においてコントロールシャフトの回転角指令値Θs*とコントロールシャフトの回転角Θsとの差に比例ゲインを乗算する比例制御を行ったが、制御方法は、差の時間積分値に積分ゲインを乗算する積分制御、差の時間変化値に微分ゲインを乗算する微分制御、および比例制御のうち少なくとも一つを用いた制御であってもよい。
また、角速度制御器105において比例制御と積分制御とを組み合わせた比例積分制御を行ったが、制御方法は、比例、積分、および微分のうち少なくとも一つを用いた制御であってもよい。
Further, in the
Further, although the proportional-plus-integral control combining the proportional control and the integral control is performed in the
また、回転角センサは、レゾルバ、エンコーダ、ホールセンサなどであってもよい。
また、ホールセンサ111は、レゾルバやエンコーダなどであってもよい。レゾルバやエンコーダを用いることで、モータ回転角の検出の分解能が向上し、同期モータ108の制御における制御応答速度、制御精度を向上できる。それによって、バルブ可変機構101のバルブ制御における制御応答速度、制御精度を向上できる。
The rotation angle sensor may be a resolver, an encoder, a hall sensor, or the like.
The
また、同期モータ108とバルブ可変機構101のコントロールシャフトとを連結しているギア比を、コントロールシャフトの回転数に対する同期モータ108の回転数を大きくなるよう設定することにより(例えば、1:200)、コントロールシャフトの回転角度を高分解能で制御することができる。
Further, the gear ratio connecting the
100 モータ制御装置
101 バルブ可変機構
104 回転角センサ
108 同期モータ
109 電圧指令演算器
109a 応答電流演算部
109b 電圧指令演算部
111 ホールセンサ
DESCRIPTION OF
Claims (8)
外部から与えられる前記コントロールシャフトの回転角指令値に基づいて前記モータを制御するモータ制御装置と
を備えたバルブ可変機構駆動装置であって、
前記モータ制御装置は、
前記コントロールシャフトの回転角を前記回転角指令値と一致させるように前記モータに対して与えるべき角速度指令値を算出する回転角制御器と、
前記モータの角速度を前記角速度指令値と一致させるように前記モータに対して与えるべき電流指令値を算出する角速度制御器と、
前記電流指令値と前記モータの角速度とを入力し、前記モータの抵抗電圧、電流変化により生じる誘導起電力、定常電流により生じる誘導起電力、及び前記モータの回転により生じる誘起電圧を算出することにより前記モータの電圧指令値を出力する電圧指令演算器と
から構成され、
前記電圧指令演算器は、
前記モータの電流指令値を一次遅れによって表した応答電流値を求め、当該応答電流値を用いて前記モータの電流変化により生じる誘導起電力を算出すること
を特徴とするバルブ可変機構駆動装置。 A motor that rotationally drives the control shaft of the variable valve mechanism;
A variable valve mechanism driving device including a motor control device that controls the motor based on a rotation angle command value of the control shaft given from the outside,
The motor control device
A rotation angle controller that calculates an angular velocity command value to be given to the motor so that the rotation angle of the control shaft matches the rotation angle command value;
An angular velocity controller for calculating a current command value to be given to the motor so as to match the angular velocity of the motor with the angular velocity command value;
By inputting the current command value and the angular velocity of the motor, and calculating the resistance voltage of the motor, the induced electromotive force caused by the current change, the induced electromotive force caused by the steady current, and the induced voltage caused by the rotation of the motor A voltage command calculator that outputs a voltage command value of the motor;
The voltage command calculator is
A variable valve mechanism driving apparatus characterized in that a response current value representing a current command value of the motor by a first order lag is obtained, and an induced electromotive force generated by a change in the current of the motor is calculated using the response current value.
検出された前記コントロールシャフトの回転角から前記モータの角速度を算出する角速度変換器と
をさらに備え、
前記回転角制御器は、検出された前記コントロールシャフトの回転角に基づいて、前記モータの角速度指令値を算出し、
前記角速度制御器は、算出された前記角速度に基づいて前記モータの電流指令値を算出し、
前記電圧指令演算器は、算出された前記角速度を用いて前記モータの電圧指令値を算出すること
を特徴とする請求項1に記載のバルブ可変機構駆動装置。 A rotation angle detector for detecting the rotation angle of the control shaft;
An angular velocity converter that calculates an angular velocity of the motor from the detected rotation angle of the control shaft;
The rotation angle controller calculates an angular velocity command value of the motor based on the detected rotation angle of the control shaft,
The angular velocity controller calculates a current command value of the motor based on the calculated angular velocity;
2. The variable valve mechanism driving device according to claim 1, wherein the voltage command computing unit calculates a voltage command value of the motor using the calculated angular velocity.
検出された前記モータの回転角から前記モータの角速度を算出する角速度変換器と
をさらに備え、
前記回転角制御器は、検出された前記モータの回転角より算出するコントロールシャフトの回転角に基づいて前記モータの角速度指令値を出力し、
前記角速度制御器は、算出された前記角速度に基づいて前記モータの電流指令値を算出し、
前記電圧指令演算器は、算出された前記角速度を用いて前記モータの電圧指令値を出力すること
を特徴とする請求項1に記載のバルブ可変機構駆動装置。 A rotation angle detector for detecting the rotation angle of the motor;
An angular velocity converter that calculates an angular velocity of the motor from the detected rotation angle of the motor;
The rotation angle controller outputs an angular velocity command value of the motor based on the rotation angle of the control shaft calculated from the detected rotation angle of the motor;
The angular velocity controller calculates a current command value of the motor based on the calculated angular velocity;
2. The variable valve mechanism driving device according to claim 1, wherein the voltage command calculator outputs a voltage command value of the motor using the calculated angular velocity.
前記電圧指令演算器は、前記回転二軸座標上の電圧指令値を算出し、
前記モータ制御装置は、
前記回転二軸座標上の電圧指令値を前記コントロールシャフトの回転角に基づいて三相交流電圧指令値に変換する座標変換器と、
前記座標変換器から出力される三相交流電圧指令値に基づいて前記モータに電圧を印加するインバータと
をさらに備えることを特徴とする請求項1に記載のバルブ可変機構駆動装置。 The angular velocity controller is for calculating a current command value on a rotating biaxial coordinate,
The voltage command calculator calculates a voltage command value on the rotating biaxial coordinates,
The motor control device
A coordinate converter that converts the voltage command value on the rotating biaxial coordinates into a three-phase AC voltage command value based on the rotation angle of the control shaft;
The variable valve mechanism driving device according to claim 1, further comprising an inverter that applies a voltage to the motor based on a three-phase AC voltage command value output from the coordinate converter.
前記モータの回転角を検出する第二の回転角検出器と、
検出された前記コントロールシャフトの回転角から前記モータの角速度を算出する角速度変換器と、
回転二軸座標上の電圧指令値を検出された前記モータの回転角に基づいて三相交流電圧指令値に変換する座標変換器と、
前記座標変換器から出力される三相交流電圧指令値に基づいて前記モータに電圧を印加するインバータと
をさらに備え、
前記回転角制御器は、検出された前記コントロールシャフトの回転角に基づいて前記モータの角速度指令値を出力し、
前記角速度制御器は、算出された前記角速度に基づいて前記モータの回転二軸座標上の電流指令値を算出し、
前記電圧指令演算器は、算出された前記角速度を用いて前記モータの回転二軸座標上の電圧指令値を出力すること
を特徴とする請求項1に記載のバルブ可変機構駆動装置。 A first rotation angle detector for detecting the rotation angle of the control shaft;
A second rotation angle detector for detecting the rotation angle of the motor;
An angular velocity converter that calculates an angular velocity of the motor from the detected rotation angle of the control shaft;
A coordinate converter for converting a voltage command value on a rotating biaxial coordinate into a three-phase AC voltage command value based on the detected rotation angle of the motor;
An inverter for applying a voltage to the motor based on a three-phase AC voltage command value output from the coordinate converter;
The rotation angle controller outputs an angular velocity command value of the motor based on the detected rotation angle of the control shaft,
The angular velocity controller calculates a current command value on the rotation biaxial coordinates of the motor based on the calculated angular velocity,
2. The variable valve mechanism driving device according to claim 1, wherein the voltage command calculator outputs a voltage command value on a rotation biaxial coordinate of the motor using the calculated angular velocity.
を特徴とする請求項4または5に記載のバルブ可変機構駆動装置。 When the angular velocity of the motor is equal to or greater than the value obtained by dividing the maximum output voltage of the inverter by the magnetic flux of the rotor of the motor, the d-axis component on the rotating biaxial coordinates of the current command value is negative. The valve variable mechanism drive device according to claim 4 or 5.
外部から与えられる前記コントロールシャフトの回転角指令値とに基づいて前記モータを制御するモータ制御装置と
を備えるバルブ可変機構駆動装置であって、
前記モータが永久磁石からなる回転子を備えること
を特徴とするバルブ可変機構駆動装置。 A motor that rotationally drives the control shaft of the variable valve mechanism;
A variable valve mechanism drive device comprising: a motor control device that controls the motor based on a rotation angle command value of the control shaft given from the outside;
The variable valve mechanism driving apparatus, wherein the motor includes a rotor made of a permanent magnet.
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---|---|---|---|---|
JP2000041337A (en) * | 1998-07-22 | 2000-02-08 | Fuji Electric Co Ltd | Dc coltage controller of solar power generation power converter |
JP2000130228A (en) * | 1998-10-27 | 2000-05-09 | Denso Corp | Actuator control device of internal combustion engine |
JP2006200387A (en) * | 2005-01-18 | 2006-08-03 | Nissan Motor Co Ltd | Control device for variable valve system |
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