JP2010148330A - Control system for ac motor - Google Patents

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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To improve responsiveness in control by compensating the variation of torque corresponding to a change in the operating state of an AC motor, without waiting for feedback control. <P>SOLUTION: Torque variation ΔTtl generated by the change in the operating state of a motor is computed, according to a torque operational expression which shows the operating state of a motor and the property of output torque to the voltage phase of a rectangular wave voltage. Furthermore, according to an expression being obtained by differentiating the torque operational expression with a voltage phase, the present motor operating state of the motor is obtained and the ratio of the torque variation to the variation of a voltage phase, at a voltage phase (θ0), is computed as the inclination Ktl of a tangent TL at an operating point Pc. Then, in accordance with the amount θsf of shift of voltage phase obtained by ΔTtl/Ktl, an integration term by feedback control for changing the voltage phase is shifted, according to torque deviation. <P>COPYRIGHT: (C)2010,JPO&INPIT

Description

この発明は、交流電動機の制御システムに関し、より特定的には、直流電圧をインバータにより矩形波交流電圧に変換して交流電動機へ印加するモータ制御に関する。   The present invention relates to an AC motor control system, and more particularly to motor control in which a DC voltage is converted into a rectangular wave AC voltage by an inverter and applied to the AC motor.

直流電圧をインバータによって交流電圧に変換して交流電動機を駆動制御するモータ制御システムが一般的に用いられている。このようなモータ制御システムでは、一般的には交流電動機を高効率で駆動するために、ベクトル制御に基づく正弦波パルス幅変調(PWM)制御に従ってモータ電流が制御される。   A motor control system that drives and controls an AC motor by converting a DC voltage into an AC voltage by an inverter is generally used. In such a motor control system, generally, in order to drive an AC motor with high efficiency, the motor current is controlled according to sinusoidal pulse width modulation (PWM) control based on vector control.

しかしながら、正弦波PWM制御では、インバータの出力電圧の基本波成分を十分に高めることができず電圧利用率に限界があるため、高速領域で高出力を得ることが難しいという問題点がある。この点を考慮して、正弦波PWM制御よりも基本波成分が大きい電圧を出力可能な制御方式の採用が提案されている。   However, the sinusoidal PWM control has a problem that it is difficult to obtain a high output in a high speed region because the fundamental wave component of the output voltage of the inverter cannot be sufficiently increased and the voltage utilization rate is limited. In view of this point, it has been proposed to adopt a control method capable of outputting a voltage having a larger fundamental wave component than the sine wave PWM control.

特開2006−320039号公報(特許文献1)には、コンバータによって可変制御される電圧を振幅とする矩形波電圧が交流電動機へ印加される制御方式が記載されている。特に、特許文献1では、基本的にはトルク偏差に応じて矩形波電圧の電圧位相を変化させるとともに、モータ回転速度が急激に変化した場合には、モータ回転速度の変化比に応じてコンバータの出力電圧を変化させる制御が記載されている。   Japanese Patent Laying-Open No. 2006-320039 (Patent Document 1) describes a control system in which a rectangular wave voltage having an amplitude of a voltage variably controlled by a converter is applied to an AC motor. In particular, in Patent Document 1, basically, the voltage phase of the rectangular wave voltage is changed according to the torque deviation, and when the motor rotation speed changes abruptly, the converter is changed according to the change ratio of the motor rotation speed. Control for changing the output voltage is described.

また、特許第3755424号公報(特許文献2)には、交流電動機に矩形波電圧を印加して回転駆動する駆動制御装置において、トルク偏差に基づいて交流電動機に印加される矩形波電圧を制御する矩形波電圧制御について、回転子の位置を検出することなく実現するための構成が記載されている。   Japanese Patent No. 3755424 (Patent Document 2) controls a rectangular wave voltage applied to an AC motor based on a torque deviation in a drive control device that rotates by applying a rectangular wave voltage to the AC motor. A configuration for realizing rectangular wave voltage control without detecting the position of the rotor is described.

さらに、特開2006−54995号公報(特許文献3)には、矩形波電圧の印加で回転する交流電動機を制御する駆動制御装置において、電圧・電流検出値に基づく実トルク値と指令トルク値とに従う第1電圧位相と、電動機モデルに基づく推定トルク値と指令トルク値に従う第2電圧位相とを算出し、これらを重み付けした値を矩形波電圧の位相として用いる制御方式が提案されている。さらに、特開2001−145381号公報(特許文献4)には、ブラシレスDCモータにおいて、矩形波信号の位相を進角または遅角させることによって、同一回転速度でもトルクを変化可能であることが記載されている。
特開2006−320039号公報 特許第3755424号公報 特開2006−54995号公報 特開2001−145381号公報
Furthermore, in Japanese Patent Application Laid-Open No. 2006-54995 (Patent Document 3), in a drive control device that controls an AC motor that rotates by applying a rectangular wave voltage, an actual torque value based on a detected voltage / current value, a command torque value, A control method has been proposed in which a first voltage phase according to, an estimated torque value based on an electric motor model and a second voltage phase according to a command torque value are calculated, and a weighted value thereof is used as the phase of the rectangular wave voltage. Furthermore, Japanese Patent Laid-Open No. 2001-145381 (Patent Document 4) describes that in a brushless DC motor, the torque can be changed even at the same rotational speed by advancing or retarding the phase of the rectangular wave signal. Has been.
JP 2006-320039 A Japanese Patent No. 3755424 JP 2006-54995 A JP 2001-145381 A

上記特許文献1〜4は、交流電動機のトルク実績をフィードバック制御する制御構成で共通している。しかしながら、交流電動機の出力トルクは、矩形波電圧制御の操作量である電圧位相のみではなく、回転速度に代表されるモータ運転状態によっても変化する。すなわち、矩形波電圧の位相が同じであっても、モータ運転状態が変化すると出力トルクが変化してしまう。   The above Patent Documents 1 to 4 are common in a control configuration that feedback-controls the torque performance of the AC motor. However, the output torque of the AC motor varies depending not only on the voltage phase, which is the operation amount of the rectangular wave voltage control, but also on the motor operating state represented by the rotation speed. That is, even if the phases of the rectangular wave voltages are the same, the output torque changes when the motor operating state changes.

したがって、上述のようなトルクフィードバック制御では、交流電動機の運転状態が変化した場合には、当該運転状態の変化に伴うトルク変化量がトルク偏差として検出された後に、当該トルク偏差を解消するための制御演算に従って電圧位相が変化することになる。この結果、運転状態の変化時には、一時的にトルク変動や過電流が発生する可能性があり、その制御応答性および安定性に問題が生じるおそれがある。   Therefore, in the torque feedback control as described above, when the operating state of the AC motor changes, the torque change amount associated with the change in the operating state is detected as the torque deviation, and then the torque deviation is eliminated. The voltage phase changes according to the control calculation. As a result, when the operating state changes, torque fluctuations and overcurrent may occur temporarily, which may cause problems in control response and stability.

この発明は、このような問題を解決するためになされたものであって、この発明の目的は、交流電動機へ印加される矩形波電圧の電圧位相をトルク偏差に応じて変化させる交流電動機制御において、交流電動機の運転状態の変化に対応したトルク変化量をフィードバック制御を待つことなく補償することによって制御応答性を向上させることである。   The present invention has been made to solve such a problem, and an object of the present invention is in AC motor control in which the voltage phase of a rectangular wave voltage applied to an AC motor is changed according to a torque deviation. The control responsiveness is improved by compensating the torque change amount corresponding to the change in the operating state of the AC motor without waiting for feedback control.

この発明による交流電動機の制御システムは、インバータと、矩形波制御部とを備える。インバータは、直流電圧を、交流電動機を駆動するための交流電圧に変換するように構成される。矩形波制御部は、交流電動機のトルク偏差のフィードバック制御に従ってインバータから交流電動機へ印加される矩形波電圧の電圧位相を変化させるように構成される。そして、矩形波制御部は、比例制御演算部と、積分制御演算部と、制御信号発生部と、積分項補正部とを含む。比例制御演算部は、トルク偏差の現在値に基づいて電圧位相の第1の制御量を設定する。積分制御演算部は、トルク偏差の積分処理に基づいて電圧位相の第2の制御量を設定する。制御信号発生部は、第1および第2の制御量の和に従った電圧位相に対応させて、インバータの制御指令を生成する。積分項補正部は、交流電動機の運転状態に関連する少なくとも1つのモータ変数および電圧位相を変数とするトルク演算式に従って、モータ変数の変化量に対応するトルク変化量および、当該トルク変化量を相殺するための電圧位相シフト量を演算するように構成される。さらに、積分制御演算部は、電圧位相シフト量に従って第2の制御量を変化させるように構成される。   An AC motor control system according to the present invention includes an inverter and a rectangular wave control unit. The inverter is configured to convert the DC voltage into an AC voltage for driving the AC motor. The rectangular wave control unit is configured to change the voltage phase of the rectangular wave voltage applied from the inverter to the AC motor in accordance with feedback control of the torque deviation of the AC motor. The rectangular wave control unit includes a proportional control calculation unit, an integration control calculation unit, a control signal generation unit, and an integral term correction unit. The proportional control calculation unit sets the first control amount of the voltage phase based on the current value of the torque deviation. The integration control calculation unit sets the second control amount of the voltage phase based on the torque deviation integration process. The control signal generator generates an inverter control command in correspondence with the voltage phase according to the sum of the first and second control amounts. The integral term correction unit cancels the torque change amount corresponding to the change amount of the motor variable and the torque change amount according to the torque calculation formula using the voltage phase as at least one motor variable related to the operating state of the AC motor. It is comprised so that the voltage phase shift amount for doing may be calculated. Further, the integral control calculation unit is configured to change the second control amount in accordance with the voltage phase shift amount.

好ましくは、積分項補正部は、トルク演算式を電圧位相で微分して得られた微分式に従って、現在の運転状態および電圧位相に対応する第1の動作点における、電圧位相の変化に対するトルクの変化の比である第1の傾きを算出する。そして、積分項補正部は、トルク変化量を第1の傾きによって除算することにより求められた第1の位相変化量に従って電圧シフト量を算出する。   Preferably, the integral term correcting unit corrects the torque with respect to the change in the voltage phase at the first operating point corresponding to the current operating state and the voltage phase according to the differential expression obtained by differentiating the torque calculation expression with the voltage phase. A first slope, which is a change ratio, is calculated. Then, the integral term correction unit calculates the voltage shift amount according to the first phase change amount obtained by dividing the torque change amount by the first slope.

さらに好ましくは、積分項補正部は、さらに、トルク演算式に従って、電圧位相を現在値から第1の位相変化量だけ変化させた第1の電圧位相および現在の運転状態に対応する第2の動作点におけるトルク値を算出するとともに、第1および第2の動作点の間での電圧位相差に対するトルク差の比である第2の傾きを算出する。そして、積分項補正部は、トルク変化量を第2の傾きによって除算することにより求められた第2の位相変化量に従って電圧シフト量を算出する。   More preferably, the integral term correction unit further performs a second operation corresponding to the first voltage phase and the current operation state in which the voltage phase is changed from the current value by the first phase change amount according to the torque calculation formula. A torque value at the point is calculated, and a second gradient that is a ratio of the torque difference to the voltage phase difference between the first and second operating points is calculated. Then, the integral term correction unit calculates the voltage shift amount according to the second phase change amount obtained by dividing the torque change amount by the second slope.

さらに好ましくは、積分項補正部は、さらに、トルク演算式に従って、電圧位相を現在値から第2の位相変化量だけ変化させた第2の電圧位相および現在の運転状態に対応する第3の動作点を設定するとともに、第3の動作点におけるトルク値を算出する。そして、積分項補正部は、算出した当該トルク値とトルク目標値との偏差が所定値より小さいか否かを判定し、偏差が所定値以上である場合には、第3および第1の動作点の間での電圧位相差に対するトルク差の比である第3の傾き(k´)を算出する。さらに、積分項補正部は、トルク変化量を第3の傾きによって除算することにより求められた第3の位相変化量に従って電圧シフト量を算出する。   More preferably, the integral term correction unit further performs a third operation corresponding to the second voltage phase and the current operation state in which the voltage phase is changed from the current value by the second phase change amount according to the torque calculation formula. A point is set and a torque value at the third operating point is calculated. The integral term correcting unit determines whether or not the deviation between the calculated torque value and the torque target value is smaller than a predetermined value. If the deviation is equal to or larger than the predetermined value, the third and first operations are performed. A third gradient (k ′) that is a ratio of the torque difference to the voltage phase difference between the points is calculated. Further, the integral term correction unit calculates the voltage shift amount according to the third phase change amount obtained by dividing the torque change amount by the third inclination.

特にこのような構成では、積分項補正部は、さらに、電圧位相を現在値から第3の位相変化量だけ変化させた電圧位相および、現在の運転状態に対応する動作点へ第3の動作点を更新するとともに、トルク演算式に従って第3の動作点におけるトルク値を更新する。そして、積分項補正部は、第3の動作点が更新される毎に、更新されたトルク値とトルク目標値との偏差を所定値と比較し、かつ、偏差が所定値以上である間は、第3の動作点の更新処理を繰り返し実行するように構成される。   Particularly in such a configuration, the integral term correction unit further moves the third operating point to the operating point corresponding to the voltage phase obtained by changing the voltage phase from the current value by the third phase change amount and the current operating state. And the torque value at the third operating point is updated according to the torque calculation formula. Then, every time the third operating point is updated, the integral term correction unit compares the deviation between the updated torque value and the torque target value with a predetermined value, and while the deviation is equal to or greater than the predetermined value. The third operation point update process is repeatedly executed.

また好ましくは、モータ変数は、交流電動機の回転速度および/または直流電圧を含む。   Also preferably, the motor variable includes a rotational speed and / or a DC voltage of the AC motor.

さらに好ましくは、交流電動機の制御システムは、コンバータをさらに備える。コンバータは、蓄電装置とインバータとの間に設けられ、インバータの直流側の直流電圧を電圧指令値に従って制御するように構成される。   More preferably, the control system for the AC motor further includes a converter. The converter is provided between the power storage device and the inverter, and is configured to control the DC voltage on the DC side of the inverter according to the voltage command value.

好ましくは、交流電動機は、電動車両に搭載されて当該電動車両の車両駆動力を発生するように構成される。   Preferably, the AC motor is configured to be mounted on an electric vehicle and generate a vehicle driving force of the electric vehicle.

本発明によれば、交流電動機へ印加される矩形波電圧の電圧位相をトルク偏差に応じて変化させる交流電動機制御において、交流電動機の運転状態の変化に起因するトルク変動を抑制することによって制御応答性を向上させることができる。   According to the present invention, in the AC motor control in which the voltage phase of the rectangular wave voltage applied to the AC motor is changed according to the torque deviation, the control response is suppressed by suppressing the torque fluctuation caused by the change in the operating state of the AC motor. Can be improved.

以下に、本発明の実施の形態について図面を参照して詳細に説明する。なお、以下では図中の同一または相当部分には同一の符号を付して、その説明は原則的に繰返さないものとする。   Embodiments of the present invention will be described below in detail with reference to the drawings. In the following, the same or corresponding parts in the drawings are denoted by the same reference numerals, and the description thereof will not be repeated in principle.

[実施の形態1]
(制御システムの全体構成)
図1は、本発明の実施の形態に従う交流電動機の制御システムの全体構成図である。
[Embodiment 1]
(Overall configuration of control system)
FIG. 1 is an overall configuration diagram of an AC motor control system according to an embodiment of the present invention.

図1を参照して、モータ制御システム100は、直流電圧発生部10♯と、平滑コンデンサC0と、インバータ14と、制御装置30と、交流電動機M1とを備える。   Referring to FIG. 1, motor control system 100 includes a DC voltage generation unit 10 #, a smoothing capacitor C0, an inverter 14, a control device 30, and an AC motor M1.

交流電動機M1は、たとえば、ハイブリッド自動車または電気自動車等の電動車両の駆動輪を駆動するためのトルクを発生する駆動用電動機である。すなわち、本実施の形態では、電動車両は、エンジンを搭載しない電気自動車を含め、車輪駆動力発生用の電動機を搭載する車両全般を含むものである。なお、交流電動機M1は、一般的には、電動機および発電機の機能を併せ持つように構成される。また、この交流電動機M1は、ハイブリッド自動車では、エンジンにて駆動される発電機の機能を持つように構成されてもよい。さらに、交流電動機M1は、エンジンに対して電動機として動作し、たとえば、エンジン始動を行ない得るようなものとしてハイブリッド自動車に組み込まれるようにしてもよい。   AC motor M1 is a driving motor that generates torque for driving the driving wheels of an electric vehicle such as a hybrid vehicle or an electric vehicle. In other words, in the present embodiment, the electric vehicle includes all vehicles equipped with a motor for generating wheel driving force, including an electric vehicle not equipped with an engine. Note that AC motor M1 is generally configured to have both functions of an electric motor and a generator. Further, this AC motor M1 may be configured to have a function of a generator driven by an engine in a hybrid vehicle. Further, AC electric motor M1 may operate as an electric motor for the engine, and may be incorporated in a hybrid vehicle as one that can start the engine, for example.

直流電圧発生部10♯は、直流電源Bと、システムリレーSR1,SR2と、平滑コンデンサC1と、コンバータ12とを含む。   DC voltage generation unit 10 # includes a DC power supply B, system relays SR1 and SR2, a smoothing capacitor C1, and a converter 12.

直流電源Bは、ニッケル水素またはリチウムイオン等の二次電池、燃料電池や電気二重層キャパシタ、あるいは、これらの組合せから成る。直流電源Bが出力する直流電圧Vbは、電圧センサ10によって検知される。電圧センサ10は、検出した直流電圧Vbを制御装置30へ出力する。   The DC power source B is composed of a secondary battery such as nickel metal hydride or lithium ion, a fuel cell, an electric double layer capacitor, or a combination thereof. The DC voltage Vb output from the DC power source B is detected by the voltage sensor 10. Voltage sensor 10 outputs detected DC voltage Vb to control device 30.

システムリレーSR1は、直流電源Bの正極端子および電力線6との間に接続され、システムリレーSR2は、直流電源Bの負極端子およびアース線5の間に接続される。システムリレーSR1,SR2は、制御装置30からの信号SEによりオン/オフされる。平滑コンデンサC1は、電力線6およびアース線5の間に接続される。   System relay SR 1 is connected between the positive terminal of DC power supply B and power line 6, and system relay SR 2 is connected between the negative terminal of DC power supply B and ground line 5. System relays SR1 and SR2 are turned on / off by signal SE from control device 30. Smoothing capacitor C <b> 1 is connected between power line 6 and ground line 5.

コンバータ12は、リアクトルL1と、電力用半導体スイッチング素子Q1,Q2と、ダイオードD1,D2とを含む。   Converter 12 includes a reactor L1, power semiconductor switching elements Q1, Q2, and diodes D1, D2.

電力用半導体スイッチング素子Q1およびQ2は、電力線7およびアース線5の間に直列に接続される。電力用半導体スイッチング素子Q1およびQ2のオン・オフは、制御装置30からのスイッチング制御信号S1およびS2によって制御される。   Power semiconductor switching elements Q 1 and Q 2 are connected in series between power line 7 and ground line 5. On / off of power semiconductor switching elements Q 1 and Q 2 is controlled by switching control signals S 1 and S 2 from control device 30.

この発明の実施の形態において、電力用半導体スイッチング素子(以下、単に「スイッチング素子」と称する)としては、IGBT(Insulated Gate Bipolar Transistor)、
電力用MOS(Metal Oxide Semiconductor)トランジスタあるいは、電力用バイポーラトランジスタ等を用いることができる。スイッチング素子Q1,Q2に対しては、逆並列ダイオードD1,D2が配置されている。
In the embodiment of the present invention, as a power semiconductor switching element (hereinafter, simply referred to as “switching element”), an IGBT (Insulated Gate Bipolar Transistor),
A power MOS (Metal Oxide Semiconductor) transistor, a power bipolar transistor, or the like can be used. Anti-parallel diodes D1, D2 are arranged for switching elements Q1, Q2.

リアクトルL1は、スイッチング素子Q1およびQ2の接続ノードと電力線6の間に接続される。また、平滑コンデンサC0は、電力線7およびアース線5の間に接続される。   Reactor L1 is connected between a connection node of switching elements Q1 and Q2 and power line 6. Further, the smoothing capacitor C 0 is connected between the power line 7 and the ground line 5.

インバータ14は、電力線7およびアース線5の間に並列に設けられる、U相アーム15と、V相アーム16と、W相アーム17とから成る。各相アームは、電力線7およびアース線5の間に直列接続されたスイッチング素子から構成される。たとえば、U相アーム15は、スイッチング素子Q3,Q4から成り、V相アーム16は、スイッチング素子Q5,Q6から成り、W相アーム17は、スイッチング素子Q7,Q8から成る。また、スイッチング素子Q3〜Q8に対して、逆並列ダイオードD3〜D8がそれぞれ接続されている。スイッチング素子Q3〜Q8のオン・オフは、制御装置30からのスイッチング制御信号S3〜S8によって制御される。   Inverter 14 includes a U-phase arm 15, a V-phase arm 16, and a W-phase arm 17 provided in parallel between power line 7 and ground line 5. Each phase arm is composed of a switching element connected in series between the power line 7 and the ground line 5. For example, U-phase arm 15 includes switching elements Q3 and Q4, V-phase arm 16 includes switching elements Q5 and Q6, and W-phase arm 17 includes switching elements Q7 and Q8. Further, antiparallel diodes D3 to D8 are connected to switching elements Q3 to Q8, respectively. Switching elements Q3 to Q8 are turned on / off by switching control signals S3 to S8 from control device 30.

各相アームの中間点は、交流電動機M1の各相コイルの各相端に接続されている。代表的には、交流電動機M1は、3相の永久磁石モータであり、U,V,W相の3つのコイルの一端が中点に共通接続されて構成される。さらに、各相コイルの他端は、各相アーム15〜17のスイッチング素子の中間点と接続されている。   An intermediate point of each phase arm is connected to each phase end of each phase coil of AC electric motor M1. Typically, AC electric motor M1 is a three-phase permanent magnet motor, and is configured such that one end of three coils of U, V, and W phases are commonly connected to a midpoint. Furthermore, the other end of each phase coil is connected to the midpoint of the switching elements of each phase arm 15-17.

コンバータ12は、昇圧動作時には、直流電源Bから供給された直流電圧Vbを昇圧した直流電圧(インバータ14への入力電圧に相当するこの直流電圧を、以下「システム電圧」とも称する)VHをインバータ14へ供給する。また、コンバータ12は、降圧動作時には、平滑コンデンサC0を介してインバータ14から供給された直流電圧(システム電圧)を降圧して直流電源Bを充電する。昇圧動作時および降圧動作時において、スイッチング素子Q1,Q2のオン・オフは、制御装置30からのスイッチング制御信号S1,S2にそれぞれ応答して制御される。なお、スイッチング素子Q1およびQ2をオンおよびオフにそれぞれ固定すれば、VH=Vb(電圧比=1.0)とすることもできる。   During the boosting operation, the converter 12 boosts the DC voltage Vb supplied from the DC power supply B (this DC voltage corresponding to the input voltage to the inverter 14 is hereinafter also referred to as “system voltage”) VH to the inverter 14. To supply. In the step-down operation, converter 12 steps down the DC voltage (system voltage) supplied from inverter 14 via smoothing capacitor C0 and charges DC power supply B. During the step-up operation and the step-down operation, on / off of switching elements Q1, Q2 is controlled in response to switching control signals S1, S2 from control device 30, respectively. If switching elements Q1 and Q2 are fixed to ON and OFF, respectively, VH = Vb (voltage ratio = 1.0) can be obtained.

平滑コンデンサC0は、コンバータ12からの直流電圧を平滑化し、その平滑化した直流電圧をインバータ14へ供給する。電圧センサ13は、平滑コンデンサC0の両端の電圧、すなわちシステム電圧VHを検出し、検出した電圧を制御装置30へ出力する。   Smoothing capacitor C 0 smoothes the DC voltage from converter 12 and supplies the smoothed DC voltage to inverter 14. The voltage sensor 13 detects the voltage across the smoothing capacitor C 0, that is, the system voltage VH, and outputs the detected voltage to the control device 30.

インバータ14は、交流電動機M1のトルク指令値が正(Tqcom>0)の場合には、平滑コンデンサC0から直流電圧が供給されると制御装置30からのスイッチング制御信号S3〜S8に応答した、スイッチング素子Q3〜Q8のスイッチング動作により直流電圧を適切なモータ印加電圧(交流電圧)に変換して正のトルクを出力するように交流電動機M1を駆動する。また、インバータ14は、交流電動機M1のトルク指令値が零の場合(Tqcom=0)には、スイッチング制御信号S3〜S8に応答したスイッチング動作により、直流電圧を適切なモータ印加電圧(交流電圧)に変換してトルクが零になるように交流電動機M1を駆動する。これにより、交流電動機M1は、トルク指令値Tqcomによって指定された零または正のトルクを発生するように駆動される。   When the torque command value of AC motor M1 is positive (Tqcom> 0), inverter 14 responds to switching control signals S3 to S8 from control device 30 when a DC voltage is supplied from smoothing capacitor C0. The AC motor M1 is driven so as to output a positive torque by converting the DC voltage into an appropriate motor applied voltage (AC voltage) by the switching operation of the elements Q3 to Q8. Further, when the torque command value of the AC motor M1 is zero (Tqcom = 0), the inverter 14 converts the DC voltage to an appropriate motor applied voltage (AC voltage) by a switching operation in response to the switching control signals S3 to S8. The AC electric motor M1 is driven so that the torque becomes zero by converting to. Thus, AC electric motor M1 is driven to generate zero or positive torque designated by torque command value Tqcom.

さらに、モータ制御システム100が搭載された電動車両の回生制動時には、交流電動機M1のトルク指令値Tqcomは負に設定される(Tqcom<0)。この場合には、インバータ14は、スイッチング制御信号S3〜S8に応答したスイッチング動作により、交流電動機M1が発電した交流電圧を直流電圧に変換し、その変換した直流電圧(システム電圧)を平滑コンデンサC0を介してコンバータ12へ供給する。なお、ここで言う回生制動とは、電動車両を運転するドライバーによるフットブレーキ操作があった場合の回生発電を伴う制動や、フットブレーキを操作しないものの、走行中にアクセルペダルをオフすることで回生発電をさせながら車両を減速(または加速の中止)させることを含む。   Further, during regenerative braking of an electric vehicle equipped with motor control system 100, torque command value Tqcom of AC electric motor M1 is set to be negative (Tqcom <0). In this case, the inverter 14 converts the AC voltage generated by the AC motor M1 into a DC voltage by a switching operation in response to the switching control signals S3 to S8, and converts the converted DC voltage (system voltage) to the smoothing capacitor C0. To the converter 12 via The regenerative braking here refers to braking with regenerative power generation when the driver operating the electric vehicle performs a footbrake operation, or regenerative braking by turning off the accelerator pedal while driving, although the footbrake is not operated. This includes decelerating (or stopping acceleration) the vehicle while generating electricity.

電流センサ24は、交流電動機M1に流れるモータ電流を検出し、その検出したモータ電流を制御装置30へ出力する。なお、三相電流iu,iv,iwの瞬時値の和は零であるので、図1に示すように電流センサ24は2相分のモータ電流(たとえば、V相電流ivおよびW相電流iw)を検出するように配置すれば足りる。   Current sensor 24 detects a motor current flowing through AC electric motor M <b> 1 and outputs the detected motor current to control device 30. Since the sum of instantaneous values of the three-phase currents iu, iv, and iw is zero, the current sensor 24 has a motor current for two phases (for example, a V-phase current iv and a W-phase current iw) as shown in FIG. It is sufficient to arrange it so as to detect.

回転角センサ(レゾルバ)25は、交流電動機M1のロータ回転角ANGを検出し、その検出した回転角ANGを制御装置30へ送出する。制御装置30では、回転角ANGに基づき交流電動機M1の回転速度(単位時間当たりの回転数(代表的にはrpm)によって示されるものとする)および角速度ω(rad/s)を算出できる。なお、回転角センサ25については、回転角ANGを制御装置30にてモータ電圧や電流から直接演算することによって、配置を省略してもよい。   The rotation angle sensor (resolver) 25 detects the rotor rotation angle ANG of the AC electric motor M1 and sends the detected rotation angle ANG to the control device 30. The control device 30 can calculate the rotational speed (represented by the rotational speed per unit time (typically rpm)) and the angular speed ω (rad / s) based on the rotational angle ANG. Note that the rotation angle sensor 25 may be omitted by directly calculating the rotation angle ANG from the motor voltage or current in the control device 30.

制御装置30は、図示しないCPU(Central Processing Unit)およびメモリを内蔵した電子制御ユニット(ECU)により構成され、当該メモリに記憶されたマップおよびプログラムに基づいて、各センサによる検出値を用いた演算処理を行なう。制御装置30は、このような演算処理により、交流電動機M1が上位ECUからの動作指令に従って運転されるように、モータ制御システム100の動作を制御する。なお、制御装置30の一部については、電子回路等のハードウェアにより所定の数値・論理演算処理を実行するように構成されてもよい。   The control device 30 is configured by a CPU (Central Processing Unit) (not shown) and an electronic control unit (ECU) with a built-in memory, and based on a map and a program stored in the memory, an operation using a detection value by each sensor. Perform processing. The control device 30 controls the operation of the motor control system 100 by such arithmetic processing so that the AC motor M1 is operated according to the operation command from the host ECU. Note that a part of the control device 30 may be configured to execute predetermined numerical / logical operation processing by hardware such as an electronic circuit.

具体的には、制御装置30は、トルク指令値Tqcom、電圧センサ10によって検出されたバッテリ電圧Vb、電圧センサ13によって検出されたシステム電圧VHおよび電流センサ24からのモータ電流iv,iw、回転角センサ25からの回転角ANGに基づいて、後述する方法により交流電動機M1がトルク指令値Tqcomに従ったトルクを出力するように、コンバータ12およびインバータ14の動作を制御する。すなわち、コンバータ12およびインバータ14を上記のように制御するためのスイッチング制御信号S1〜S8を生成して、コンバータ12およびインバータ14へ出力する。   Specifically, the control device 30 determines the torque command value Tqcom, the battery voltage Vb detected by the voltage sensor 10, the system voltage VH detected by the voltage sensor 13, the motor currents iv and iw from the current sensor 24, and the rotation angle. Based on the rotation angle ANG from the sensor 25, the operations of the converter 12 and the inverter 14 are controlled so that the AC motor M1 outputs a torque according to the torque command value Tqcom by a method described later. That is, switching control signals S1 to S8 for controlling converter 12 and inverter 14 as described above are generated and output to converter 12 and inverter 14.

コンバータ12の昇圧動作時には、制御装置30は、平滑コンデンサC0の出力電圧VHをフィードバック制御し、出力電圧VHが電圧指令値となるようにスイッチング制御信号S1,S2を生成する。   During the boosting operation of converter 12, control device 30 feedback-controls output voltage VH of smoothing capacitor C0, and generates switching control signals S1 and S2 so that output voltage VH becomes a voltage command value.

また、制御装置30は、電動車両が回生制動モードに入ったことを示す信号RGEを上位ECUから受けると、交流電動機M1で発電された交流電圧を直流電圧に変換するようにスイッチング制御信号S3〜S8を生成してインバータ14へ出力する。これにより、インバータ14は、交流電動機M1で発電された交流電圧を直流電圧に変換してコンバータ12へ供給する。   In addition, when control device 30 receives signal RGE indicating that the electric vehicle has entered the regenerative braking mode from the host ECU, switching control signal S <b> 3 to convert the AC voltage generated by AC motor M <b> 1 into a DC voltage. S8 is generated and output to the inverter 14. Thereby, the inverter 14 converts the AC voltage generated by the AC motor M <b> 1 into a DC voltage and supplies it to the converter 12.

さらに、制御装置30は、電動車両が回生制動モードに入ったことを示す信号RGEを外部ECUから受けると、インバータ14から供給された直流電圧を降圧するようにスイッチング制御信号S1,S2を生成し、コンバータ12へ出力する。これにより、交流電動機M1が発電した交流電圧は、直流電圧に変換され、降圧されて直流電源Bに供給される。さらに、制御装置30は、システムリレーSR1,SR2をオン/オフするための信号SEを生成してシステムリレーSR1,SR2へ出力する。   Further, when receiving a signal RGE indicating that the electric vehicle has entered the regenerative braking mode from the external ECU, control device 30 generates switching control signals S1 and S2 so as to step down the DC voltage supplied from inverter 14. And output to the converter 12. As a result, the AC voltage generated by AC motor M1 is converted to a DC voltage, stepped down, and supplied to DC power supply B. Furthermore, control device 30 generates signal SE for turning on / off system relays SR1, SR2 and outputs the signal SE to system relays SR1, SR2.

(制御構成)
次に、制御装置30によって制御される、インバータ14における電力変換について詳細に説明する。
(Control configuration)
Next, power conversion in the inverter 14 controlled by the control device 30 will be described in detail.

図2に示すように、本発明の実施の形態によるモータ制御システム100では、インバータ14における電力変換について3つの制御モードを切換えて使用する。   As shown in FIG. 2, in motor control system 100 according to the embodiment of the present invention, three control modes are switched and used for power conversion in inverter 14.

正弦波PWM制御は、一般的なPWM制御として用いられるものであり、各相アームにおけるスイッチング素子のオン・オフを、正弦波状の電圧指令値と搬送波(代表的には三角波)との電圧比較に従って制御する。この結果、上アーム素子のオン期間に対応するハイレベル期間と、下アーム素子のオン期間に対応するローレベル期間との集合について、一定期間内でその基本波成分が正弦波となるようにデューティ比が制御される。周知のように、正弦波PWM制御では、交流電動機M1に印加される線間電圧の基本波成分(実効値)をインバータ入力電圧の0.61倍程度までしか高めることができない。以下、本明細書では、インバータ14の直流リンク電圧(すなわち、システム電圧VH)に対する交流電動機M1の線間電圧の基本波成分(実効値)の比を「変調率」と称することとする。   The sine wave PWM control is used as a general PWM control, and the switching elements in each phase arm are turned on / off according to a voltage comparison between a sine wave voltage command value and a carrier wave (typically a triangular wave). Control. As a result, for a set of a high level period corresponding to the on period of the upper arm element and a low level period corresponding to the on period of the lower arm element, the duty is set so that the fundamental wave component becomes a sine wave within a certain period. The ratio is controlled. As is well known, in the sine wave PWM control, the fundamental wave component (effective value) of the line voltage applied to the AC motor M1 can be increased only to about 0.61 times the inverter input voltage. Hereinafter, in this specification, the ratio of the fundamental wave component (effective value) of the line voltage of the AC motor M1 to the DC link voltage (that is, the system voltage VH) of the inverter 14 is referred to as “modulation rate”.

一方、矩形波電圧制御では、上記一定期間内で、ハイレベル期間およびローレベル期間の比が1:1の矩形波1パルス分を交流電動機M1に印加する。これにより、変調率は0.78まで高められる。   On the other hand, in the rectangular wave voltage control, one pulse of the rectangular wave having a ratio of the high level period to the low level period of 1: 1 is applied to the AC motor M1 within the predetermined period. As a result, the modulation rate is increased to 0.78.

過変調PWM制御は、電圧指令の振幅が搬送波振幅より大きい範囲で上記正弦波PWM制御と同様のPWM制御を行なうものである。特に、電圧指令を本来の正弦波波形から歪ませることによって基本波成分を高めることができ、変調率を正弦波PWM制御モードでの最高変調率から0.78の範囲まで高めることができる。   The overmodulation PWM control performs PWM control similar to the sine wave PWM control in a range where the amplitude of the voltage command is larger than the carrier wave amplitude. In particular, the fundamental wave component can be increased by distorting the voltage command from the original sine wave waveform, and the modulation rate can be increased from the maximum modulation rate in the sine wave PWM control mode to a range of 0.78.

交流電動機M1では、回転速度や出力トルクが増加すると誘起電圧が高くなるため、必要となる駆動電圧(モータ必要電圧)が高くなる。コンバータ12による昇圧電圧すなわち、システム電圧VHはこのモータ必要電圧よりも高く設定する必要がある。その一方で、コンバータ12による昇圧電圧すなわち、システム電圧VHには限界値(VH最大電圧)が存在する。   In the AC motor M1, the induced voltage increases as the rotational speed and the output torque increase, so the required drive voltage (motor required voltage) increases. The boosted voltage by the converter 12, that is, the system voltage VH needs to be set higher than the required voltage of the motor. On the other hand, there is a limit value (VH maximum voltage) in the boosted voltage by converter 12, that is, system voltage VH.

したがって、交流電動機M1の動作状態に応じて、モータ電流のフィードバックによってモータ印加電圧(交流)の振幅および位相を制御する、正弦波PWM制御または過変調PWM制御によるPWM制御モード、および、矩形波電圧制御モードのいずれかが選択的に適用される。なお、矩形波電圧制御では、モータ印加電圧の振幅が固定されるため、トルク実績値とトルク指令値との偏差に基づく、矩形波電圧パルスの位相制御によってトルク制御が実行される。   Therefore, a PWM control mode by sine wave PWM control or overmodulation PWM control that controls the amplitude and phase of the motor applied voltage (AC) by feedback of the motor current according to the operating state of AC motor M1, and rectangular wave voltage One of the control modes is selectively applied. In the rectangular wave voltage control, since the amplitude of the motor applied voltage is fixed, the torque control is executed by the phase control of the rectangular wave voltage pulse based on the deviation between the actual torque value and the torque command value.

図3には、交流電動機M1の動作状態と上述の制御モードとの対応関係が示される。
図3を参照して、概略的には、低速度域A1ではトルク変動を小さくするために正弦波PWM制御が用いられ、中速度域A2では過変調PWM制御、高速度域A3では、矩形波電圧制御が適用される。特に、過変調PWM制御および矩形波電圧制御の適用により、交流電動機M1の出力向上が実現される。このように、図2に示した制御モードのいずれを用いるかについては、基本的には、実現可能な変調率の範囲内で決定される。
FIG. 3 shows the correspondence between the operating state of AC electric motor M1 and the control mode described above.
Referring to FIG. 3, sine wave PWM control is generally used to reduce torque fluctuation in the low speed region A1, overmodulation PWM control in the medium speed region A2, and rectangular wave in the high speed region A3. Voltage control is applied. In particular, application of overmodulation PWM control and rectangular wave voltage control can improve the output of AC electric motor M1. As described above, which of the control modes shown in FIG. 2 is used is basically determined within the range of the modulation rate that can be realized.

上記制御モードのうち、正弦波PWM制御および過変調PWM制御については、周知の任意の制御構成を適用することが可能である。たとえば、交流電動機M1の出力トルクがトルク指令値Tqcomと一致するように、トルク指令値Tqcomからd軸,q軸の電流指令値を求め、これらの電流指令値に対するモータ電流(Id,Iq)のフィードバック制御を行なうことにより、PWM制御が実現できる。   Of the above control modes, any known control configuration can be applied to the sine wave PWM control and overmodulation PWM control. For example, the d-axis and q-axis current command values are obtained from the torque command value Tqcom so that the output torque of the AC motor M1 matches the torque command value Tqcom, and the motor current (Id, Iq) for these current command values is obtained. PWM control can be realized by performing feedback control.

(矩形波電圧制御)
本発明による交流電動機の制御システムは、交流電動機M1のトルクを所定の制御周期毎にフィードバック制御する矩形波電圧制御に特徴点を有するものである。したがって、以下では、矩形波電圧制御の制御構成について詳細に説明する。
(Rectangular wave voltage control)
The control system for an AC motor according to the present invention is characterized by rectangular wave voltage control in which the torque of the AC motor M1 is feedback-controlled every predetermined control cycle. Therefore, hereinafter, the control configuration of the rectangular wave voltage control will be described in detail.

本実施の形態による交流電動機の矩形波電圧制御は、図4に示されるような、電圧位相θvに対する出力トルクの変化特性に従って実施される。   The rectangular wave voltage control of the AC motor according to the present embodiment is performed according to the change characteristic of the output torque with respect to the voltage phase θv as shown in FIG.

図4を参照して、一般的には、正トルク発生時(Tqcom>0)には、トルク不足時には電圧位相θvを進める一方で、トルク過剰時には電圧位相θvを遅らせるように、トルク偏差に応じて電圧位相θvは制御される。これに対して、負トルク発生時(Tqcom<0)には、トルク不足時には電圧位相θvを遅らせる一方で、トルク過剰時には電圧位相θvを進めるように、トルク偏差に応じて電圧位相θvが制御される。   Referring to FIG. 4, generally, when a positive torque is generated (Tqcom> 0), the voltage phase θv is advanced when torque is insufficient, while the voltage phase θv is delayed when torque is excessive, according to the torque deviation. Thus, the voltage phase θv is controlled. On the other hand, when negative torque occurs (Tqcom <0), the voltage phase θv is controlled according to the torque deviation so that the voltage phase θv is delayed when the torque is insufficient and the voltage phase θv is advanced when the torque is excessive. The

図5は、矩形波電圧制御の具体的な制御構成を説明するための機能ブロック図である。 図5を参照して、矩形波電圧制御部400は、電力演算部410と、トルク演算部420と、偏差演算部425と、比例制御演算部430と、積分制御演算部440と、積分項補正部450と、加算部455と、矩形波発生器460と、信号発生部470とを含む。なお、図5中の各機能ブロックについては、制御装置30によって実行される所定プログラムおよび/または制御装置30内の電子回路(ハードウェア)による制御演算処理によって実現されるものとする。   FIG. 5 is a functional block diagram for explaining a specific control configuration of the rectangular wave voltage control. Referring to FIG. 5, rectangular wave voltage control unit 400 includes power calculation unit 410, torque calculation unit 420, deviation calculation unit 425, proportional control calculation unit 430, integral control calculation unit 440, and integral term correction. Unit 450, addition unit 455, rectangular wave generator 460, and signal generation unit 470. Note that each functional block in FIG. 5 is realized by a control program executed by a predetermined program executed by the control device 30 and / or an electronic circuit (hardware) in the control device 30.

電力演算部410は、電流センサ24によるV相電流ivおよびW相電流iwから求められる各相電流と、各相(U相,V相、W相)電圧Vu,Vv,Vwとにより、下記(1)式に従ってモータへの供給電力(モータ電力)Pmtを算出する。   The power calculation unit 410 uses the phase currents obtained from the V-phase current iv and the W-phase current iw by the current sensor 24 and the voltages (u-phase, v-phase, w-phase) voltages Vu, Vv, Vw as follows ( 1) Calculate the power supplied to the motor (motor power) Pmt according to the equation (1).

Pmt=iu・Vu+iv・Vv+iw・Vw …(1)
トルク演算部420は、電力演算部410によって求められたモータ電力Pmtおよび回転角センサ25によって検出される交流電動機M1の回転角ANGから算出される角速度ωを用いて、下記(2)式に従ってトルク推定値Tqを算出する。
Pmt = iu · Vu + iv · Vv + iw · Vw (1)
The torque calculation unit 420 uses the motor power Pmt obtained by the power calculation unit 410 and the angular velocity ω calculated from the rotation angle ANG of the AC electric motor M1 detected by the rotation angle sensor 25, according to the following equation (2). Estimated value Tq is calculated.

Tq=Pmt/ω …(2)
なお、トルク推定値Tqについては、上記電力演算部410およびトルク演算部420による推定方式に限定されるものではなく、任意の手法によって求めることが可能である点を確認的に記載する。あるいは、電力演算部410およびトルク演算部420に代えてトルクセンサを配置することによって、トルク推定値Tqを求めてもよい。
Tq = Pmt / ω (2)
Note that the estimated torque value Tq is not limited to the estimation method by the power calculation unit 410 and the torque calculation unit 420, but a point that can be obtained by an arbitrary method will be described. Alternatively, the estimated torque value Tq may be obtained by arranging a torque sensor instead of the electric power calculation unit 410 and the torque calculation unit 420.

偏差演算部425は、トルク推定値Tqおよびトルク指令値Tqcomに従って、トルク偏差ΔTq(ΔTq=Tqcom−Tq)を演算する。   Deviation calculation unit 425 calculates torque deviation ΔTq (ΔTq = Tqcom−Tq) according to estimated torque value Tq and torque command value Tqcom.

比例制御演算部430は、今回の制御周期におけるトルク偏差ΔTq、すなわちトルク偏差ΔTqの現在値と、所定の比例ゲインKpとの積に基づいて、P(比例)制御に係る位相制御量θpを演算する。すなわち、θp=Kp・θpで演算される。   The proportional control calculation unit 430 calculates the phase control amount θp related to P (proportional) control based on the product of the torque deviation ΔTq in the current control cycle, that is, the current value of the torque deviation ΔTq and a predetermined proportional gain Kp. To do. That is, it is calculated by θp = Kp · θp.

これに対して、積分制御演算部440は、トルク偏差ΔTqの積分値と所定の積分ゲインKiとに基づいて、I(積分)制御に係る位相制御量θiを演算する。加算部455は、比例制御演算部430による位相制御量θpおよび積分制御演算部440による位相制御量θiの和に従って、電圧位相θvを設定する。   On the other hand, the integral control calculation unit 440 calculates a phase control amount θi related to I (integration) control based on the integral value of the torque deviation ΔTq and a predetermined integral gain Ki. Adder 455 sets voltage phase θv according to the sum of phase control amount θp by proportional control operation unit 430 and phase control amount θi by integration control operation unit 440.

矩形波発生器460は、加算部455によって設定された電圧位相θvに従って各相電圧指令値(矩形波パルス)Vu,Vv,Vwを発生する。信号発生部470は、各相電圧指令値Vu,Vv,Vwに従ってスイッチング制御信号S3〜S8を発生する。インバータ14がスイッチング制御信号S3〜S8に従ったスイッチング動作を行なうことにより、電圧位相θvに従った矩形波電圧が、モータの各相電圧として印加される。   The rectangular wave generator 460 generates each phase voltage command value (rectangular wave pulse) Vu, Vv, Vw according to the voltage phase θv set by the adding unit 455. The signal generator 470 generates switching control signals S3 to S8 according to the phase voltage command values Vu, Vv, and Vw. When inverter 14 performs a switching operation according to switching control signals S3 to S8, a rectangular wave voltage according to voltage phase θv is applied as each phase voltage of the motor.

このように、図5に示した矩形波電圧制御部400の構成から、積分項補正部450を除いた機能部分によれば、一般的なトルクフィードバック制御が実現される。しかしながら、このような一般的なフィードバック制御では、交流電動機M1の運転状態(以下、単に「モータ運転状態」と称する)が変化した際の制御応答性を十分に確保できない虞がある。図6を用いて、一般的なフィードバック制御の問題点を説明する。   Thus, according to the functional part excluding the integral term correction unit 450 from the configuration of the rectangular wave voltage control unit 400 shown in FIG. 5, general torque feedback control is realized. However, in such general feedback control, there is a possibility that sufficient control responsiveness cannot be ensured when the operating state of AC motor M1 (hereinafter simply referred to as “motor operating state”) changes. A general problem of feedback control will be described with reference to FIG.

図6には、モータ運転状態変化の一例として、交流電動機M1の回転速度がN1(高回転)からN2(低回転)へ変化した際の出力トルク挙動が示される。   FIG. 6 shows an output torque behavior when the rotational speed of AC electric motor M1 is changed from N1 (high rotation) to N2 (low rotation) as an example of the motor operation state change.

図6を参照して、回転速度がN1の状態下でフィードバック制御により電圧位相がθ0に設定されることによって出力トルクがトルク指令値Tqcomに一致している状態(動作点Pa)から、回転速度がN2に変化すると、電圧位相がθ0のままであっても出力トルクが上昇する(動作点Pc)。そして、回転速度がN2の状態下でのフィードバック制御によって、動作点Pcでの出力トルクとトルク指令値Tqcomとのトルク偏差ΔTqを解消するように、電圧位相θvが徐々に変化する。そして、出力トルクがトルク指令値Tqcomに一致する状態(動作点Pb)では、電圧指令がθ0♯となる。   Referring to FIG. 6, the rotation speed is changed from the state where the output torque matches the torque command value Tqcom (operating point Pa) by setting the voltage phase to θ0 by feedback control under the state where the rotation speed is N1. Changes to N2, the output torque increases even when the voltage phase remains at θ0 (operating point Pc). The voltage phase θv gradually changes so as to eliminate the torque deviation ΔTq between the output torque at the operating point Pc and the torque command value Tqcom by feedback control under the state where the rotation speed is N2. When the output torque matches the torque command value Tqcom (operating point Pb), the voltage command is θ0 #.

このように、一般的なPI制御によるフィードバック制御では、モータ運転状態(代表的には回転速度)が変化した場合には、その結果として生じたトルク偏差を検出した後に、当該トルク偏差がフィードバック制御によって解消されるまでの期間、トルク偏差が不可避に発生する。すなわち、動作点Paから動作点Pcを経由して、徐々に最終的な動作点Pbへ至るような制御動作となってしまうため、モータ運転状態の変化時における制御応答性が十分ではない。また、モータ運転状態が変化した瞬間のトルク変動やモータ電流についても過大となってしまう可能性がある。   As described above, in general feedback control by PI control, when the motor operating state (typically, rotational speed) changes, the torque deviation generated as a result is detected, and then the torque deviation is feedback-controlled. Torque deviation inevitably occurs during the period until it is resolved by. That is, since the control operation gradually reaches the final operating point Pb from the operating point Pa through the operating point Pc, the control responsiveness when the motor operating state changes is not sufficient. In addition, torque fluctuation and motor current at the moment when the motor operating state changes may be excessive.

したがって、本発明の実施の形態による矩形波電圧制御では、交流電動機の運転状態の変化に速やかに対処するために、積分項補正部450(図5)を導入したフィードバック制御を実行する。積分項補正部450は、モータ運転状態の変化に対応するトルク変化量を相殺するための「電圧位相シフト量」に相当する積分項シフト量θsfを求める。積分制御演算部440は、積分項補正部450からの積分項シフト量θsfに従って、位相制御量θiを変化させるように構成される。また、位相制御量(比例項)θpは「第1の制御量」に対応し、位相制御量(積分項)θiは「第2の制御量」に対応する。   Therefore, in the rectangular wave voltage control according to the embodiment of the present invention, feedback control in which the integral term correction unit 450 (FIG. 5) is introduced is executed in order to quickly cope with a change in the operating state of the AC motor. The integral term correction unit 450 obtains an integral term shift amount θsf corresponding to the “voltage phase shift amount” for canceling out the torque change amount corresponding to the change in the motor operation state. The integral control calculation unit 440 is configured to change the phase control amount θi according to the integral term shift amount θsf from the integral term correction unit 450. Further, the phase control amount (proportional term) θp corresponds to the “first control amount”, and the phase control amount (integral term) θi corresponds to the “second control amount”.

積分項補正部450の機能の説明にあたり、まず、回転速度に代表されるモータ運転状態および電圧位相に対する出力トルクの特性(以下、単に「トルク特性」と称する)について説明する。   In describing the function of the integral term correction unit 450, first, the characteristics of the output torque with respect to the motor operating state and the voltage phase represented by the rotation speed (hereinafter simply referred to as “torque characteristics”) will be described.

モータ運転状態を反映したトルク特性は、以下に説明するトルク演算式によって把握される。一般に知られているように、永久磁石型同期電動機におけるd軸およびq軸上での電圧方程式およびトルク式は、下記(3)〜(5)式で示される。   The torque characteristic reflecting the motor operating state is grasped by a torque calculation formula described below. As is generally known, voltage equations and torque equations on d-axis and q-axis in a permanent magnet type synchronous motor are expressed by the following equations (3) to (5).

Figure 2010148330
Figure 2010148330

(3),(4)式において、Raは電機子巻線抵抗を示し、Ψは永久磁石の電機子鎖交磁束数を示し、Pは交流電動機M1の極対数を示す。また、ωは交流電動機M1の電気角速度を示している。電気角速度ωは、モータ回転速度Nm(rpm)を用いて、ω=2π・(Nm/60)・P)で求めることができる。   In the expressions (3) and (4), Ra represents the armature winding resistance, Ψ represents the number of armature linkage fluxes of the permanent magnet, and P represents the number of pole pairs of the AC motor M1. Further, ω represents the electrical angular velocity of the AC motor M1. The electrical angular velocity ω can be obtained by ω = 2π · (Nm / 60) · P) using the motor rotation speed Nm (rpm).

なお、巻線抵抗に依存する電圧成分はごく低速領域で寄与し、回転速度上昇に従いそれ以外の成分が支配的になる。このため、矩形波電圧制御が高速度域で適用される(図2)ことを考慮すると、(3),(4)式での巻線抵抗成分は無視できる。このため、上記(4),(5)式は、矩形波電圧制御適用時には、下記(6),(7)式で示される。   The voltage component depending on the winding resistance contributes in a very low speed region, and other components become dominant as the rotational speed increases. For this reason, when the rectangular wave voltage control is applied in the high speed region (FIG. 2), the winding resistance component in the equations (3) and (4) can be ignored. Therefore, the above equations (4) and (5) are expressed by the following equations (6) and (7) when the rectangular wave voltage control is applied.

Figure 2010148330
Figure 2010148330

さらに、矩形波電圧制御時には、d軸電圧およびq軸電圧で示されるモータ印加電圧(線間電圧)の基本波成分が、システム電圧VHの0.78倍となることを考慮すると、(6)式,(7)式を、上記(3)式に適用することによって、矩形波電圧の電圧位相θと交流電動機M1の出力トルクTとの間の関係を示すトルク演算式(8)を得ることができる。   Furthermore, when the rectangular wave voltage control is performed, considering that the fundamental wave component of the motor applied voltage (line voltage) indicated by the d-axis voltage and the q-axis voltage is 0.78 times the system voltage VH, (6) By applying the expressions (7) and (7) to the above expression (3), the torque calculation expression (8) indicating the relationship between the voltage phase θ of the rectangular wave voltage and the output torque T of the AC motor M1 is obtained. Can do.

Figure 2010148330
Figure 2010148330

(8)式から理解されるように、モータ運転状態を示すモータ変数VH,ω(Nm)をトルク演算式に代入することにより、現在の運転状態における、電圧位相θとトルクTとの関係が、マップ参照することなく、演算により求められることになる。なお、(8)式中において、ψは交流電動機M1の逆起電圧係数を示す。また、定数項Ka,Kbは、モータ定数として予め固定されるので、上記(8)式は、下記(9)式のように変形できる。すなわち、(8),(9)式は、モータ変数VH,ωおよび電圧位相θを変数とするトルク演算式となっている。   As understood from the equation (8), the relationship between the voltage phase θ and the torque T in the current operation state is obtained by substituting the motor variables VH and ω (Nm) indicating the motor operation state into the torque calculation equation. Therefore, it is obtained by calculation without referring to the map. In the equation (8), ψ represents a counter electromotive voltage coefficient of the AC motor M1. Since the constant terms Ka and Kb are fixed in advance as motor constants, the above equation (8) can be transformed into the following equation (9). That is, the equations (8) and (9) are torque calculation equations using the motor variables VH and ω and the voltage phase θ as variables.

Figure 2010148330
Figure 2010148330

トルク特性線500および510は、他のモータ運転状態を一定とした上で、回転速度Nmをモータ変数とした場合における式(9)に従って、具体的には、式(9)に回転速度がN1およびN2のときの角速度ωをそれぞれ代入することによって導出される。   The torque characteristic lines 500 and 510 are expressed in accordance with the equation (9) when the rotation speed Nm is a motor variable while the other motor operation states are constant. Specifically, the rotation speed is expressed as N1 in the equation (9). And N2 is derived by substituting the angular velocity ω for N2, respectively.

トルク特性線500および510の比較から理解されるように、概略的には、同一の電圧位相に対して、回転速度の上昇に従って出力トルクが減少する特性を示す。なお、図6を含め、以下では力行領域のトルク特性に従って実施の形態を説明するが、式(9)から理解されるとおり、図示しない回生領域においても同様に、同一の電圧位相に対して、回転速度の上昇に従って出力トルクの絶対値が減少する特性が存在する。   As can be understood from the comparison of the torque characteristic lines 500 and 510, generally, for the same voltage phase, the characteristic that the output torque decreases as the rotational speed increases is shown. In addition, although embodiment is described below according to the torque characteristic of a power running area | region including FIG. 6, similarly with respect to the same voltage phase also in the regeneration area | region which is not shown in figure as understood from Formula (9), There is a characteristic that the absolute value of the output torque decreases as the rotational speed increases.

次に、図7を用いて、モータ運転状態の変化に対応するための、積分項補正部450(図5)による積分項シフト量θsfの演算について詳細に説明する。なお、実施の形態1では、積分項補正部450(図5)は、モータ運転状態を示すモータ変数のうちの、モータ回転速度Nmの変化に応じて、積分項シフト量θsfを演算する。   Next, the calculation of the integral term shift amount θsf by the integral term correction unit 450 (FIG. 5) for coping with changes in the motor operating state will be described in detail with reference to FIG. In the first embodiment, the integral term correction unit 450 (FIG. 5) calculates the integral term shift amount θsf according to the change in the motor rotation speed Nm among the motor variables indicating the motor operation state.

図7を参照して、現在のモータ運転状態(Nm=N1)に対応するトルク特性線500上の現在の電圧位相θ0に対応する動作点Paから、モータ運転状態の変化、具体的にはモータ回転速度NmがN1からN2に変化することにより、変化後のモータ運転状態に対応するトルク特性線510上での電圧位相θ0に対応する動作点Pcが定められる。したがって、式(9)から演算される、動作点Paでのトルク値T0および動作点Pcでのトルク値T1から、モータ回転速度NmがN1からN2に変化することによる、すなわち、モータ運転状態の変化に対応するトルク変化量ΔTtl(ΔTtl=T1−T0)が求められる。   Referring to FIG. 7, from the operating point Pa corresponding to the current voltage phase θ0 on the torque characteristic line 500 corresponding to the current motor operating state (Nm = N1), the change in the motor operating state, specifically the motor When the rotational speed Nm changes from N1 to N2, the operating point Pc corresponding to the voltage phase θ0 on the torque characteristic line 510 corresponding to the changed motor operating state is determined. Therefore, from the torque value T0 at the operating point Pa and the torque value T1 at the operating point Pc calculated from the equation (9), the motor rotation speed Nm changes from N1 to N2, that is, the motor operating state. A torque change amount ΔTtl (ΔTtl = T1−T0) corresponding to the change is obtained.

さらに、上記式(9)を電圧位相θで微分することにより、各トルク特性線上での接線の傾きKtlを演算するための、下記式(10)が導出される。   Furthermore, the following equation (10) for calculating the tangent slope Ktl on each torque characteristic line is derived by differentiating the above equation (9) with the voltage phase θ.

Figure 2010148330
Figure 2010148330

式(10)に、θ=θ0およびω=2π・(N2/60)・Pを代入することにより、トルク特性線510の動作点Pcにおける接線TLの傾きKtlが演算される。そして、接線TL上において、動作点Pcから、出力トルクをトルク変化量ΔTtlだけ変化させた動作点Pb♯を接線の傾きKtlに従って求めることができる。すなわち、トルク変化量ΔTtlを相殺するのに必要な電圧位相シフト量を、下記(11)式により求めることができる。すなわち、動作点Pcは「第1の動作点」に対応し、傾きKtlは「第1の傾き」に対応し、式(11)によるθsfは、「第1の位相変化量」に対応する。   By substituting θ = θ0 and ω = 2π · (N2 / 60) · P into equation (10), the slope Ktl of the tangent TL at the operating point Pc of the torque characteristic line 510 is calculated. Then, on the tangent line TL, the operating point Pb # obtained by changing the output torque by the torque change amount ΔTtl can be obtained from the operating point Pc according to the tangent slope Ktl. That is, the voltage phase shift amount necessary to cancel the torque change amount ΔTtl can be obtained by the following equation (11). That is, the operating point Pc corresponds to the “first operating point”, the inclination Ktl corresponds to the “first inclination”, and θsf according to the equation (11) corresponds to the “first phase change amount”.

θsf=ΔTtl/Ktl …(11)
式(9)から理解されるように、式(9)に従って、現在のモータ運転状態および目標トルク値から、当該目標トルク値に対応する電圧位相θを逆算する演算、すなわち、トルク特性線510上における、目標トルクに対応する動作点Pbを直接演算することは困難である。その一方で、積分項補正部450(図5)によれば、トルク特性線510に従った、動作点Pcでのトルク変化量ΔTtlおよび接線傾きKtlに基づいた相対的に簡易な演算処理によって、積分項シフト量θsfを求めることができる。
θsf = ΔTtl / Ktl (11)
As understood from the equation (9), according to the equation (9), an operation for calculating back the voltage phase θ corresponding to the target torque value from the current motor operation state and the target torque value, that is, on the torque characteristic line 510. It is difficult to directly calculate the operating point Pb corresponding to the target torque. On the other hand, according to the integral term correction unit 450 (FIG. 5), according to the torque characteristic line 510, the relatively simple calculation process based on the torque change amount ΔTtl and the tangential slope Ktl at the operating point Pc, The integral term shift amount θsf can be obtained.

再び図5を参照して、積分項補正部450は、上記のように求めた積分項シフト量θsfを、積分制御演算部440に出力する。積分制御演算部440では、トルク偏差ΔTqの積分処理に加えて、積分項シフト量θsfによる補正演算を実行することによって、具体的には、下記(12)式に従って位相制御量θiを算出する。   Referring to FIG. 5 again, the integral term correcting unit 450 outputs the integral term shift amount θsf obtained as described above to the integral control calculating unit 440. Specifically, in addition to the integration process of the torque deviation ΔTq, the integration control calculation unit 440 calculates the phase control amount θi according to the following equation (12) by executing a correction calculation using the integral term shift amount θsf.

θi(i)=θi(i−1)+ki・ΔTq−θsf …(12)
なお、式(12)において、θi(i−1)は、前回の制御周期における位相制御量θiを示し、θi(i)は、今回の制御周期で演算される位相制御量θiを示すものとする。
θi (i) = θi (i−1) + ki · ΔTq−θsf (12)
In equation (12), θi (i−1) represents the phase control amount θi in the previous control cycle, and θi (i) represents the phase control amount θi calculated in the current control cycle. To do.

再び図7を参照して、モータ回転速度(モータ運転状態)の変化によるトルク変化量ΔTtl(ここではΔTtl>0)を相殺するための積分項シフト量θsfを導入することにより、電圧位相θvは、θ0からθ1(θ1=θ0−θsf)に変化する。この結果、交流電動機M1は、トルク特性線510上での電圧位相θ1に対応する動作点Pdで動作することとなり、その出力トルクはT2となる。そして、トルク指令値Tqconに対応する目標トルクT0に対するトルク偏差(T0−T2)は、図5のフィードバック制御ループによって補償される。この結果、動作点Pdから本来の動作点Pbへ向けて電圧位相θvが変化するように、すなわち、電圧位相がθ1からθ0♯へ向けて変化するようにフィードバック制御が行なわれる。   Referring to FIG. 7 again, the voltage phase θv is obtained by introducing an integral term shift amount θsf for canceling the torque change amount ΔTtl (here, ΔTtl> 0) due to the change in the motor rotation speed (motor operating state). , Θ0 to θ1 (θ1 = θ0−θsf). As a result, AC electric motor M1 operates at operating point Pd corresponding to voltage phase θ1 on torque characteristic line 510, and its output torque is T2. The torque deviation (T0-T2) with respect to the target torque T0 corresponding to the torque command value Tqcon is compensated by the feedback control loop of FIG. As a result, feedback control is performed so that the voltage phase θv changes from the operating point Pd to the original operating point Pb, that is, the voltage phase changes from θ1 to θ0 #.

図6および図7の比較から理解されるように、動作点がPaからPcへ移されてから、トルク偏差に応じて動作点Pbへ向けて電圧位相が制御される一般的なフィードバック制御と比較して、本実施の形態1の矩形波電圧制御によれば、モータ回転速度(モータ運転状態)の変化に対応させて、動作点をPaからPdへ直接移すことができる。したがって、通常のPI(比例積分)制御に従うトルクフィードバック制御に対して外乱となる、モータ運転状態の変化によって生じるトルク偏差を低減することが可能となり、その制御応答性を高めることができる。   As understood from the comparison between FIG. 6 and FIG. 7, comparison is made with general feedback control in which the voltage phase is controlled toward the operating point Pb according to the torque deviation after the operating point is moved from Pa to Pc. Thus, according to the rectangular wave voltage control of the first embodiment, the operating point can be directly shifted from Pa to Pd in response to a change in the motor rotation speed (motor operating state). Therefore, it is possible to reduce the torque deviation caused by the change of the motor operating state, which becomes a disturbance to the torque feedback control according to the normal PI (proportional integral) control, and the control responsiveness can be improved.

さらに、図8および図9のフローチャートを用いて、実施の形態1による矩形波電圧制御を実現するための制御処理手順の詳細について説明する。図8および図9による制御処理は、所定の制御周期毎に実行される。   Further, details of a control processing procedure for realizing the rectangular wave voltage control according to the first embodiment will be described using the flowcharts of FIGS. 8 and 9. The control process according to FIGS. 8 and 9 is executed at predetermined control cycles.

なお、図8および図9を含め、以下に説明する各フローチャートの各ステップは、制御装置30による、予め格納された所定のプログラム実行によるソフトウェア処理、あるいは電子回路の作動によるハードウェア処理によって実現することができる。   In addition, each step of each flowchart demonstrated below including FIG. 8 and FIG. 9 is implement | achieved by the software processing by the predetermined | prescribed program execution previously stored by the control apparatus 30, or the hardware processing by the action | operation of an electronic circuit. be able to.

図8を参照して、制御装置30は、ステップS100により、交流電動機M1のフィードバック制御の対象とされるトルクのトルク指令値Tqcomに対する偏差ΔTqを演算する。ステップS100による処理は、図5中の、電力演算部410、トルク演算部420および偏差演算部425の機能に対応する。   Referring to FIG. 8, in step S100, control device 30 calculates deviation ΔTq of torque that is a target of feedback control of AC electric motor M1 with respect to torque command value Tqcom. The processing in step S100 corresponds to the functions of the power calculation unit 410, torque calculation unit 420, and deviation calculation unit 425 in FIG.

制御装置30は、ステップS110では、ステップS100で求めた偏差ΔTqに基づいて、比例項θpを演算する。具体的には、所定の比例ゲインKpと偏差ΔTqとの積に従って、比例項θp=Kp・ΔTqと演算される。ステップS110による処理は、図5中の、比例制御演算部430の機能に対応する。   In step S110, control device 30 calculates proportional term θp based on deviation ΔTq obtained in step S100. Specifically, the proportional term θp = Kp · ΔTq is calculated according to the product of a predetermined proportional gain Kp and deviation ΔTq. The processing in step S110 corresponds to the function of the proportional control calculation unit 430 in FIG.

制御装置30は、ステップS120により積分処理を実行する。すなわち、積分項θiの前回値に対して、今回の制御周期における偏差ΔTqと所定の積分ゲインKiとの積を積算するように、積分処理が実行される。   The control device 30 executes the integration process in step S120. That is, the integration process is executed so that the product of the deviation ΔTq in the current control cycle and the predetermined integration gain Ki is integrated with the previous value of the integration term θi.

さらに、制御装置30は、ステップS130により、モータ運転状態の変化に応じた積分項シフト量θsfの算出を実行する。すなわち、ステップS130の処理は、図5中の積分項補正部450の機能に相当する。ステップS130による制御処理手順の詳細については後ほど説明する。   Further, in step S130, control device 30 calculates integral term shift amount θsf in accordance with the change in the motor operating state. That is, the process of step S130 corresponds to the function of the integral term correction unit 450 in FIG. Details of the control processing procedure in step S130 will be described later.

そして、制御装置30は、ステップS140により、ステップS130で求めた積分項シフト量θsfを用いて、ステップS120による積分処理結果を補正することによって、積分項θiを求める。さらに、制御装置30は、ステップS150では、比例項θpおよび積分項θiの和に従って、今回の制御周期における電圧位相θvを演算する。すなわち、ステップS120およびS140による処理は、図5中の積分制御演算部440の機能に対応し、ステップS150による処理は、図5中の加算部455の機能に対応する。   Then, in step S140, the control device 30 obtains the integral term θi by correcting the integral processing result in step S120 using the integral term shift amount θsf obtained in step S130. Further, in step S150, control device 30 calculates voltage phase θv in the current control cycle in accordance with the sum of proportional term θp and integral term θi. That is, the processing in steps S120 and S140 corresponds to the function of integration control calculation unit 440 in FIG. 5, and the processing in step S150 corresponds to the function of addition unit 455 in FIG.

そして、図5に示した矩形波発生器460および信号発生部470によって、ステップS150で演算された電圧位相θvを実現するための、インバータ14のスイッチング指令、すなわち、スイッチング素子Q3〜Q8のスイッチング制御信号S3〜S8が生成される。   Then, the switching command of the inverter 14, that is, the switching control of the switching elements Q3 to Q8, for realizing the voltage phase θv calculated in step S150 by the rectangular wave generator 460 and the signal generator 470 shown in FIG. Signals S3-S8 are generated.

次に、図9を用いて、図8のステップS130による積分項シフト量の算出処理の詳細について説明する。   Next, the details of the integral term shift amount calculation processing in step S130 in FIG. 8 will be described with reference to FIG.

図9を参照して、制御装置30は、ステップS200により、前回の制御周期で設定された、現在の電圧位相指令(θ0)と、前回の制御周期における回転速度(N1)とを用いて、式(9)によるトルク演算を行なう。ステップS200による演算は、前回の制御周期におけるモータ運転状態(回転速度)に従うトルク特性線500上における、電圧位相θ0に対応する動作点Paにおけるトルク値T0を求める演算に相当する。   Referring to FIG. 9, control device 30 uses step S200 to use the current voltage phase command (θ0) set in the previous control cycle and the rotation speed (N1) in the previous control cycle, Torque calculation is performed using equation (9). The calculation in step S200 corresponds to a calculation for obtaining the torque value T0 at the operating point Pa corresponding to the voltage phase θ0 on the torque characteristic line 500 according to the motor operating state (rotational speed) in the previous control cycle.

さらに、制御装置30は、ステップS210では、現在の電圧指令(θ0)と今回の制御周期における回転速度(N2)とを用いて、式(9)によるトルク演算を行なう。ステップS210による演算は、今回の制御周期におけるモータ運転状態(回転速度)に従うトルク特性線510上における、電圧位相θ0に対応する動作点Pcにおけるトルク値T1を求める演算に相当する。   Further, in step S210, control device 30 performs torque calculation according to equation (9) using the current voltage command (θ0) and the rotation speed (N2) in the current control cycle. The calculation in step S210 corresponds to a calculation for obtaining the torque value T1 at the operating point Pc corresponding to the voltage phase θ0 on the torque characteristic line 510 according to the motor operating state (rotational speed) in the current control cycle.

さらに、制御装置30は、ステップS220により、動作点Pcでの接線傾きKtlを演算する。上述のように、式(10)に従って、動作点Pcにおける接線TLの傾きKtlが演算される。   Further, the control device 30 calculates a tangential slope Ktl at the operating point Pc in step S220. As described above, the slope Ktl of the tangent TL at the operating point Pc is calculated according to the equation (10).

さらに、制御装置30は、ステップS230により、ステップS200およびS210によるトルク演算結果から、回転速度がN1からN2に変化することによる、すなわちモータ運転状態の変化に対応する、トルク変化量ΔTtlを算出する。   Further, in step S230, the control device 30 calculates a torque change amount ΔTtl corresponding to a change in the motor operating state, that is, a change in the rotational speed from N1 to N2, from the torque calculation results in steps S200 and S210. .

そして、制御装置30は、ステップS240により、ステップS230で求めたトルク変化量ΔTtlと、ステップS220で求めた接線傾きKtlとに基づいて、積分項シフト量θsf=Δtl/Ktlを演算する。   In step S240, the control device 30 calculates an integral term shift amount θsf = Δtl / Ktl based on the torque change amount ΔTtl obtained in step S230 and the tangential slope Ktl obtained in step S220.

ステップS240により、図7に示したように、現在のモータ運転状態(回転速度N2)および電圧位相(θ0)に対応する動作点Pcにおける、接線TLの傾きに従って、現在のモータ運転状態下で、モータ運転状態の変化に伴うトルク変化量ΔTtlを相殺するために必要なトルク変化量として、θsfを求めることができる。   In step S240, as shown in FIG. 7, according to the slope of the tangent TL at the operating point Pc corresponding to the current motor operating state (rotational speed N2) and the voltage phase (θ0), under the current motor operating state, Θsf can be obtained as the amount of torque change necessary to cancel the torque change amount ΔTtl accompanying the change in the motor operating state.

実施の形態1による矩形波電圧制御によれば、モータ運転状態の1つである回転速度が変化した際に、当該変化によるトルク変化量を相殺するための積分項シフト量θsfをトルク演算式およびその微分式(式(9),(10))に従って演算するとともに、積分項θiのシフト量としてフィードバック制御に反映することができる。   According to the rectangular wave voltage control according to the first embodiment, when the rotational speed, which is one of the motor operating states, changes, the integral term shift amount θsf for canceling the torque change amount due to the change is expressed as a torque calculation formula and Calculations can be performed according to the differential equations (Equations (9) and (10)), and can be reflected in feedback control as the shift amount of the integral term θi.

この結果、交流電動機M1のトルクを所定の制御周期毎にフィードバック制御する矩形波電圧制御において、モータ運転状態の変化によるトルク変化量を相殺するように電圧位相を即座に変化させることができるので、モータ運転状態の変化時にもトルク偏差が増大することを防止して、制御応答性を確保することが可能となる。   As a result, in the rectangular wave voltage control in which the torque of the AC motor M1 is feedback-controlled every predetermined control cycle, the voltage phase can be immediately changed so as to cancel out the torque change amount due to the change in the motor operation state. It is possible to prevent the torque deviation from increasing even when the motor operating state changes, and to ensure control response.

[実施の形態1の変形例1]
実施の形態1では、モータ運転状態として交流電動機M1の回転速度が変化した場合の制御について説明した。実施の形態1の変形例1では、モータ運転状態の他の例として、インバータ14の直流側電圧であるシステム電圧VHの変化に対応した矩形波電圧制御について説明する。
[Variation 1 of Embodiment 1]
In the first embodiment, the control when the rotational speed of AC electric motor M1 is changed as the motor operating state has been described. In the first modification of the first embodiment, a rectangular wave voltage control corresponding to a change in the system voltage VH that is the DC side voltage of the inverter 14 will be described as another example of the motor operating state.

図10には、図6と比較される、他のモータ運転状態が変化しない中で、システム電圧VHがV1(低電圧)からV2(高電圧)に変化した際における、矩形波電圧制御の挙動を説明する概念図が示される。   FIG. 10 shows the behavior of the rectangular wave voltage control when the system voltage VH is changed from V1 (low voltage) to V2 (high voltage) while the other motor operation states are not changed as compared with FIG. The conceptual diagram explaining is shown.

図10には、モータ運転状態変化の一例として、交流電動機M1の印加電圧振幅に対応するシステム電圧がV1(低電圧)からV2(高電圧)に変化した際の出力トルク挙動が示される。   FIG. 10 shows an output torque behavior when the system voltage corresponding to the applied voltage amplitude of the AC motor M1 is changed from V1 (low voltage) to V2 (high voltage) as an example of the motor operating state change.

図10を参照して、トルク特性線500および510は、他のモータ運転状態を固定した場合における、式(9)中のシステム電圧VHにV1およびV2をそれぞれ代入することによって得られる。トルク特性線500および510の比較から理解されるように、概略的には、同一の電圧位相に対して、システム電圧の上昇に従って出力トルクが増加する特性を示す。図示しない回生領域においても同様に、同一の電圧位相に対して、システム電圧の上昇に従って出力トルクの絶対値が増大する。   Referring to FIG. 10, torque characteristic lines 500 and 510 are obtained by substituting V1 and V2 into system voltage VH in equation (9) when other motor operation states are fixed, respectively. As can be understood from the comparison of the torque characteristic lines 500 and 510, generally, for the same voltage phase, the characteristic that the output torque increases as the system voltage increases is shown. Similarly, in the regenerative region (not shown), the absolute value of the output torque increases as the system voltage increases for the same voltage phase.

システム電圧VH=V1のときに、出力トルクがトルク指令値Tqcomに制御されて電圧位相θv=θ0となっている状態(動作点Pa)から、システム電圧VHがV2に上昇すると、電圧位相がθ0のままであっても出力トルクがT1へ上昇する(動作点Pc)。そして、一般的なフィードバック制御では、この結果生じたトルク偏差ΔTqを解消するように、電圧位相θvが、トルク特性線510上で出力トルクがトルク指令値Tqcomとなる電圧位相θ0♯(動作点Pb)へ向けて徐々に変化する。したがって、図6で説明したのと同様に、一般的なフィードバック制御では、モータ運転状態(たとえばシステム電圧)の変化によるトルク偏差が一旦生じてから、当該トルク偏差を補償するような制御動作が行なわれる。   When the system voltage VH rises to V2 from the state where the output torque is controlled to the torque command value Tqcom and the voltage phase θv = θ0 (operating point Pa) when the system voltage VH = V1, the voltage phase becomes θ0. Even if it remains, the output torque rises to T1 (operating point Pc). In general feedback control, the voltage phase θv is equal to the voltage phase θ0 # (the operating point Pb) at which the output torque becomes the torque command value Tqcom on the torque characteristic line 510 so as to eliminate the resulting torque deviation ΔTq. ) To gradually change. Therefore, in the same way as described with reference to FIG. 6, in general feedback control, after a torque deviation due to a change in the motor operation state (for example, system voltage) occurs, a control operation is performed to compensate for the torque deviation. It is.

したがって、実施の形態1の変形例1による矩形波電圧制御では、図11に示すように、積分項補正部450(図5)による積分項シフト量θsfを算出する。   Therefore, in the rectangular wave voltage control according to the first modification of the first embodiment, as shown in FIG. 11, the integral term shift amount θsf is calculated by the integral term correction unit 450 (FIG. 5).

図11を参照して、システム電圧VHがV1からV2に変化した際には、システム電圧VH=V2のときにトルク特性線510上の、電圧位相θv=θ0のときの動作点Pcにおける接線TLの傾きKtlから、システム電圧VHの変化(V1→V2)によって生じたトルク変化量ΔTtlを相殺するための電圧位相として、積分項シフト量θsfを算出する。すなわち、図11で説明する処理は、図7において、回転速度をシステム電圧に置換したものに相当するので、詳細については説明を繰り返さない。   Referring to FIG. 11, when system voltage VH changes from V1 to V2, tangent line TL at operating point Pc at voltage phase θv = θ0 on torque characteristic line 510 when system voltage VH = V2. The integral term shift amount θsf is calculated as a voltage phase for canceling the torque change amount ΔTtl caused by the change in the system voltage VH (V1 → V2). That is, the process described with reference to FIG. 11 corresponds to the process in FIG. 7 in which the rotation speed is replaced with the system voltage, and thus the description thereof will not be repeated.

図12は、実施の形態1の変形例1における、積分項シフト量θsfの演算処理手順を示すフローチャートである。実施の形態1の変形例1による矩形波電圧制御では、実施の形態1による矩形波電圧制御と比較して、積分項シフト量の演算(図8のステップS130)について、図9に示すフローチャートに代えて、図12に示すフローチャートに従って実行する点が異なる。その他の点は、実施の形態1と同様なので詳細な説明は繰返さない。   FIG. 12 is a flowchart illustrating a calculation processing procedure of the integral term shift amount θsf in the first modification of the first embodiment. In the rectangular wave voltage control according to the first modification of the first embodiment, the calculation of the integral term shift amount (step S130 in FIG. 8) is compared with the rectangular wave voltage control according to the first embodiment in the flowchart shown in FIG. Instead, it is executed in accordance with the flowchart shown in FIG. Since other points are the same as in the first embodiment, detailed description will not be repeated.

図12および図9のフローチャートを比較して、実施の形態1の変形例1では、制御装置30は、ステップS200〜S230に代えて、ステップS212〜S232を実行する。   Comparing the flowcharts of FIG. 12 and FIG. 9, in Modification 1 of Embodiment 1, control device 30 executes steps S212 to S232 instead of steps S200 to S230.

制御装置30は、ステップS202では、前回の制御周期で設定された、現在の電圧位相指令(θ0)と、前回の制御周期におけるシステム電圧(V1)とを用いて、式(9)によるトルク演算を行なう。ステップS202による演算は、図9のステップS200において、回転速度N1をシステム電圧V1に置換したものに相当する。   In step S202, the control device 30 uses the current voltage phase command (θ0) set in the previous control cycle and the system voltage (V1) in the previous control cycle to calculate the torque according to equation (9). To do. The calculation in step S202 corresponds to the operation in which the rotation speed N1 is replaced with the system voltage V1 in step S200 of FIG.

さらに、制御装置30は、ステップS212では、現在の電圧指令(θ0)と今回の制御周期におけるシステム電圧(V2)とを用いて、式(9)によるトルク演算を行なう。ステップS212による演算は、図9のステップS210において、回転速度N2をシステム電圧V2に置換したものに相当する。   Further, in step S212, control device 30 performs torque calculation according to equation (9) using current voltage command (θ0) and system voltage (V2) in the current control cycle. The calculation in step S212 corresponds to the operation in which the rotation speed N2 is replaced with the system voltage V2 in step S210 of FIG.

さらに、制御装置30は、ステップS222により、動作点Pcでの接線傾きKtlを演算する。具体的には、式(10)に、システム電圧VH=V2および電圧位相θ0を式(10)に代入することにより、動作点Pcにおける接線TLの傾きKtlを演算するものである。   Further, the control device 30 calculates a tangent slope Ktl at the operating point Pc in step S222. Specifically, the gradient Ktl of the tangent TL at the operating point Pc is calculated by substituting the system voltage VH = V2 and the voltage phase θ0 into the equation (10) into the equation (10).

そして、制御装置30は、ステップS232では、システム電圧がV1からV2に変化することによって生じるトルク変化量ΔTtl(ΔTtl=T1−T0)を算出する。すなわちステップS232による処理についても、図9のステップS230において、回転速度変化をシステム電圧変化に置換したものに相当する。   In step S232, control device 30 calculates a torque change amount ΔTtl (ΔTtl = T1-T0) that is generated when the system voltage changes from V1 to V2. That is, the processing in step S232 also corresponds to the processing in which the rotation speed change is replaced with the system voltage change in step S230 in FIG.

そして、制御装置30は、ステップS240では、ステップS222で求めた接線傾きKtlおよびステップS232で求めたトルク変化量ΔTtlに従って、積分項シフト量θsf(θsf=ΔTtl/Ktl)を算出する。   In step S240, control device 30 calculates integral term shift amount θsf (θsf = ΔTtl / Ktl) in accordance with tangential slope Ktl obtained in step S222 and torque change amount ΔTtl obtained in step S232.

このように実施の形態1の変形例1の矩形波電圧制御によれば、モータ運転状態の1つである、モータ駆動電圧の振幅に相当する、インバータ14の直流リンク電圧、すなわち、システム電圧VHが変化した際に、当該変化によるトルク変化量を相殺するための電圧位相変化量を、積分項シフト量θsfとしてトルク演算式およびその微分式(式(9),(10))に従って演算するとともに、積分項θiのシフト量としてフィードバック制御に反映することができる。   As described above, according to the rectangular wave voltage control of the first modification of the first embodiment, the DC link voltage of the inverter 14 corresponding to the amplitude of the motor drive voltage, which is one of the motor operation states, that is, the system voltage VH. When the voltage changes, the voltage phase change amount for canceling the torque change amount due to the change is calculated as an integral term shift amount θsf according to the torque calculation formula and its differential formula (formulas (9) and (10)). The amount of shift of the integral term θi can be reflected in the feedback control.

この結果、実施の形態1と同様に、交流電動機M1のトルクを所定の制御周期毎にフィードバック制御する矩形波電圧制御において、モータ運転状態(システム電圧)の変化によるトルク変化量を相殺するように電圧位相を即座に変化させることができるので、モータ運転状態の変化時にもトルク偏差が増大することを防止して、制御応答性を確保することが可能となる。   As a result, as in the first embodiment, in the rectangular wave voltage control in which the torque of the AC motor M1 is feedback-controlled every predetermined control period, the amount of torque change due to the change in the motor operating state (system voltage) is canceled out. Since the voltage phase can be changed immediately, it is possible to prevent the torque deviation from increasing even when the motor operating state changes and to ensure control responsiveness.

特に、図1に示した制御システム構成のように、コンバータ12によって、交流電動機M1の出力(回転速度・トルク等)に対応させて、システム電圧VHを積極的に可変制御する構成では、モータ駆動電圧の振幅、すなわちシステム電圧VHが変化する頻度が高くなる。したがって、システム電圧VHの変化をモータ運転状態の変化として捉えて、積分項シフト量に反映することの効果が高くなる。   In particular, as in the control system configuration shown in FIG. 1, in the configuration in which the system voltage VH is actively variably controlled by the converter 12 in accordance with the output (rotation speed, torque, etc.) of the AC motor M1, the motor drive The frequency of the voltage amplitude, that is, the frequency with which the system voltage VH changes increases. Therefore, the effect of reflecting the change in the system voltage VH as the change in the motor operating state and reflecting it in the integral term shift amount is enhanced.

なお、システム電圧VHについては、電圧センサ13の検出値を用いて上述の演算処理を行なってもよいし、システム電圧VHの指令値VHrefを用いてもよい。   As for system voltage VH, the above-described arithmetic processing may be performed using the detection value of voltage sensor 13, or command value VHref of system voltage VH may be used.

[実施の形態1の変形例2]
実施の形態1の変形例2では、実施の形態1およびその変形例1を組合せて、モータ回転速度およびシステム電圧の両方に基づいて、モータ運転状態の変化に対応した積分項シフト量を算出する制御構成について説明する。
[Modification 2 of Embodiment 1]
In the second modification of the first embodiment, the integral term shift amount corresponding to the change in the motor operating state is calculated based on both the motor rotation speed and the system voltage by combining the first embodiment and the first modification. The control configuration will be described.

図13には、図6と比較される、システム電圧VHおよび回転速度Nmの両方が変化した際における、矩形波電圧制御の挙動を説明する概念図が示される。図13には、モータ運転状態変化のさらに他の一例として、交流電動機M1の印加電圧振幅に対応するシステム電圧がV1(低電圧)からV2(高電圧)に変化し、かつ、回転速度NmがN1(高回転)からN2(低回転)に変化した際におけるトルク挙動が示される。   FIG. 13 is a conceptual diagram for explaining the behavior of the rectangular wave voltage control when both the system voltage VH and the rotation speed Nm are changed, compared with FIG. In FIG. 13, as yet another example of the change in the motor operating state, the system voltage corresponding to the applied voltage amplitude of the AC motor M1 changes from V1 (low voltage) to V2 (high voltage), and the rotational speed Nm is The torque behavior when changing from N1 (high rotation) to N2 (low rotation) is shown.

図13を参照して、トルク特性線500および510は、式(9)中のシステム電圧VH,角速度ωについて、V1,ω(N1)およびV2,ω(N2)をそれぞれ代入することによって得られる。すなわち、回転速度(角速度)およびシステム電圧の両方についてモータ変数として用いても、式(9)に従って、モータ運転状態が変化する際にトルク特性線500,510を設定することができる。   Referring to FIG. 13, torque characteristic lines 500 and 510 are obtained by substituting V1, ω (N1) and V2, ω (N2) for system voltage VH and angular velocity ω in equation (9), respectively. . That is, even if both the rotational speed (angular speed) and the system voltage are used as motor variables, the torque characteristic lines 500 and 510 can be set when the motor operating state changes according to the equation (9).

たとえば、システム電圧V1かつ回転速度N1のときに、出力トルクがトルク指令値Tqcomに制御されて電圧位相θv=θ0となっている状態(トルク特性線500上の動作点Pa)から、システム電圧V2かつ回転速度N2に変化すると、電圧位相がθ0のままであっても出力トルクがT1へ上昇する(動作点Pc)。そして、一般的なフィードバック制御では、モータ運転状態の変化によるトルク偏差ΔTqが一旦生じてから、電圧位相θvは、トルク特性線510に沿って、出力トルクがトルク指令値Tqcomとなる電圧位相θ0♯(動作点Pb)へ向けて徐々に変化する。   For example, when the system voltage V1 and the rotation speed N1 are set, the output torque is controlled to the torque command value Tqcom and the voltage phase θv = θ0 (the operating point Pa on the torque characteristic line 500), so that the system voltage V2 When the rotational speed changes to N2, the output torque rises to T1 even when the voltage phase remains at θ0 (operating point Pc). In general feedback control, after a torque deviation ΔTq due to a change in the motor operation state occurs once, the voltage phase θv is a voltage phase θ0 # at which the output torque becomes the torque command value Tqcom along the torque characteristic line 510. It gradually changes toward (operating point Pb).

実施の形態1の変形例2による矩形波電圧制御では、図14に示すように、モータ回転速度およびシステム電圧の両方をモータ運転状態として、積分項シフト量θsfの演算に反映する。   In the rectangular wave voltage control according to the second modification of the first embodiment, as shown in FIG. 14, both the motor rotational speed and the system voltage are reflected in the calculation of the integral term shift amount θsf as the motor operating state.

図14を参照して、各制御周期において、現在のモータ運転状態および電圧位相(θv=θ0)に対応する、トルク特性線510上の動作点Pcにおける接線TLの傾きKtlから、システム電圧および回転速度の変化(モータ運転状態の変化)によって生じたトルク変化量ΔTtlを相殺するための電圧位相として、積分項シフト量θsfを算出する。   Referring to FIG. 14, in each control cycle, system voltage and rotation are calculated from slope Ktl of tangent TL at operating point Pc on torque characteristic line 510 corresponding to the current motor operating state and voltage phase (θv = θ0). The integral term shift amount θsf is calculated as a voltage phase for canceling the torque change amount ΔTtl caused by the change in speed (change in the motor operation state).

図15は、実施の形態1の変形例2における、積分項シフト量θsfの演算処理手順を示すフローチャートである。実施の形態1の変形例2による矩形波電圧制御では、実施の形態1による矩形波電圧制御と比較して、積分項シフト量の演算(図8のステップS130)について、図9に示すフローチャートに代えて、図15に示すフローチャートに従って実行する点が異なる。その他の点は、実施の形態1と同様なので詳細な説明は繰返さない。   FIG. 15 is a flowchart illustrating a calculation processing procedure of the integral term shift amount θsf in the second modification of the first embodiment. In the rectangular wave voltage control according to the second modification of the first embodiment, the calculation of the integral term shift amount (step S130 in FIG. 8) is compared with the rectangular wave voltage control according to the first embodiment in the flowchart shown in FIG. Instead, it is executed in accordance with the flowchart shown in FIG. Since other points are the same as in the first embodiment, detailed description will not be repeated.

図15および図9のフローチャートを比較して、実施の形態1の変形例2では、制御装置30は、ステップS200〜S230に代えて、ステップS214〜S234を実行する。   15 and FIG. 9, in the second modification of the first embodiment, control device 30 executes steps S214 to S234 instead of steps S200 to S230.

制御装置30は、ステップS204では、前回の制御周期で設定された、現在の電圧位相指令(θ0)と、前回の制御周期におけるシステム電圧(V1)および回転速度(N1)とを用いて、式(9)によるトルク演算を行なう。ステップS204による演算は、図9のステップS200において、回転速度N1を、回転速度N1およびシステム電圧V1の両者に置換したものに相当する。   In step S204, the control device 30 uses the current voltage phase command (θ0) set in the previous control cycle, the system voltage (V1) and the rotation speed (N1) in the previous control cycle, Torque calculation according to (9) is performed. The calculation in step S204 corresponds to the calculation in which the rotation speed N1 is replaced with both the rotation speed N1 and the system voltage V1 in step S200 of FIG.

さらに、制御装置30は、ステップS214では、現在の電圧指令(θ0)と今回の制御周期におけるシステム電圧(V2)および回転速度(N2)とを用いて、式(9)によるトルク演算を行なう。ステップS212による演算は、図9のステップS210において、回転速度N2を、回転速度N2およびシステム電圧V2の両者に置換したものに相当する。   Further, in step S214, control device 30 performs torque calculation according to equation (9) using current voltage command (θ0), system voltage (V2) and rotation speed (N2) in the current control cycle. The calculation in step S212 corresponds to the operation in which the rotation speed N2 is replaced with both the rotation speed N2 and the system voltage V2 in step S210 of FIG.

さらに、制御装置30は、ステップS224により、動作点Pcでの接線傾きKtlを演算する。具体的には、式(10)に、システム電圧VH=V2、回転速度N2に対応する角速度ω(N2)、および電圧位相θ0を式(10)に代入することにより、動作点Pcにおける接線TLの傾きKtlを演算するものである。   Further, the control device 30 calculates a tangential slope Ktl at the operating point Pc in step S224. Specifically, the tangent TL at the operating point Pc is obtained by substituting the system voltage VH = V2, the angular velocity ω (N2) corresponding to the rotational speed N2, and the voltage phase θ0 into the equation (10). Is calculated.

そして、制御装置30は、ステップS234では、システム電圧および回転速度が変化(V1,N1→V2、N2)に変化することによって生じるトルク変化量ΔTtl(ΔTtl=T1−T0)を算出する。   In step S234, control device 30 calculates a torque change amount ΔTtl (ΔTtl = T1-T0) that is generated when the system voltage and the rotation speed change (V1, N1 → V2, N2).

そして、制御装置30はステップS240では、ステップS224で求めた接線傾きKtlおよびステップS234で求めたトルク変化量ΔTtlに従って、積分項シフト量θsf(θsf=ΔTtl/Ktl)を算出する。   In step S240, control device 30 calculates integral term shift amount θsf (θsf = ΔTtl / Ktl) according to tangential slope Ktl obtained in step S224 and torque change amount ΔTtl obtained in step S234.

このように、実施の形態1の変形例2の矩形波電圧制御によれば、モータ回転速度と、モータ駆動電圧の振幅、すなわち、インバータ14の直流リンク電圧(システム電圧VH)との両方の変化について、当該変化によるトルク変化量を相殺するための電圧位相変化量である積分項シフト量θsfをトルク演算式およびその微分式(式(9),(10))に従って演算することができる。   As described above, according to the rectangular wave voltage control of the second modification of the first embodiment, both the motor rotation speed and the amplitude of the motor drive voltage, that is, the DC link voltage (system voltage VH) of the inverter 14 are changed. , The integral term shift amount θsf, which is the voltage phase change amount for canceling out the torque change amount due to the change, can be calculated according to the torque calculation expression and its differential expressions (expressions (9) and (10)).

すなわち、実施の形態1およびその変形例1,2に示した交流電動機の制御システムによれば、交流電動機M1のトルクを所定の制御周期毎にフィードバック制御する矩形波電圧制御において、モータ回転速度および/またはシステム電圧に代表されるモータ運転状態の変化によるトルク変化量を相殺するように電圧位相を即座に変化させることができるので、モータ運転状態の変化時にもトルク偏差が増大することを防止して、制御応答性を確保することが可能となる。   That is, according to the AC motor control system shown in the first embodiment and its modifications 1 and 2, in the rectangular wave voltage control in which the torque of AC motor M1 is feedback-controlled every predetermined control cycle, the motor rotation speed and Because the voltage phase can be changed immediately so that the amount of torque change due to changes in motor operating conditions represented by system voltage can be offset, torque deviations can be prevented from increasing even when motor operating conditions change. Thus, control responsiveness can be ensured.

[実施の形態2]
実施の形態1およびその変形例1,2では、積分項シフト量の演算は、図7,11,14において、現在のモータ運転状態に従うトルク特性線510上の現在の動作点Pcにおける接線の傾きに基づいて、本来求めるべき動作点Pbに代えて、動作点Pb♯を求めることによって実行されたものである。したがって、電圧位相の領域によっては、動作点Pa,Pbの接線傾きの差に起因して動作点Pb♯およびPbの差が大きくなることによって、積分項シフト補正量θsfの設定誤差が大きくなる可能性がある。
[Embodiment 2]
In the first embodiment and the first and second modifications thereof, the integral term shift amount is calculated by using the slope of the tangent at the current operating point Pc on the torque characteristic line 510 according to the current motor operating state in FIGS. Based on the above, the operation point Pb # is executed instead of the operation point Pb that should originally be obtained. Therefore, depending on the voltage phase region, the difference between the operating points Pb # and Pb due to the difference in the tangential slope between the operating points Pa and Pb may increase the setting error of the integral term shift correction amount θsf. There is sex.

したがって、実施の形態2では、モータ運転状態の変化を補償するための積分項シフト量θsfをより精密に求める手法、すなわち図7,11,14における、現在の動作点Pcおよび本来の動作点Pbの電圧位相差(θ0−θ0♯)と、積分項シフト補正量θsfとをより近づけるための演算処理について説明する。   Therefore, in the second embodiment, the current operating point Pc and the original operating point Pb in the method for more accurately obtaining the integral term shift amount θsf for compensating for the change in the motor operating state, that is, in FIGS. A calculation process for making the voltage phase difference (θ0−θ0 #) of the current and the integral term shift correction amount θsf closer to each other will be described.

図16を参照して、トルク特性線500は、前回の制御周期におけるモータ運転状態(システム電圧および/またはモータ回転速度)を式(9)に代入して得られるものであり、トルク特性線510は、現在のモータ状態(システム電圧および/またはモータ回転速度)を式(9)に代入したものである。   Referring to FIG. 16, torque characteristic line 500 is obtained by substituting motor operating state (system voltage and / or motor rotational speed) in the previous control cycle into equation (9). Is obtained by substituting the current motor state (system voltage and / or motor rotational speed) into equation (9).

モータ運転状態の変化によって生じたトルク変化量ΔTtlおよび、動作点Pcにおける接線TLの傾きKtlから求められた動作点Pb♯と、現在の動作点Pcとの間の電圧位相差(θ0−θ1)が、実施の形態1による矩形波電圧制御での積分項シフト量に相当する。   Voltage phase difference (θ0−θ1) between the operating point Pb # obtained from the torque change amount ΔTtl caused by the change in the motor operating state and the slope Ktl of the tangent TL at the operating point Pc, and the current operating point Pc Corresponds to the integral term shift amount in the rectangular wave voltage control according to the first embodiment.

実施の形態2による矩形波電圧制御では、接線TL上の動作点Pb♯での電圧位相θ1における、トルク特性線510上の動作点Pd(トルク値T2)をさらに求める。そして、動作点PdおよびPcを結ぶ直線520のトルク値T0となる動作点Peを求める。図16より、動作点Peの電圧位相θ2は、動作点Pb♯の電圧位相θ1よりも、本来の動作点Pbの電圧位相θ0♯に近いことが、幾何的に理解される。   In the rectangular wave voltage control according to the second embodiment, the operating point Pd (torque value T2) on the torque characteristic line 510 at the voltage phase θ1 at the operating point Pb # on the tangent line TL is further obtained. Then, an operating point Pe that is the torque value T0 of the straight line 520 connecting the operating points Pd and Pc is obtained. From FIG. 16, it is geometrically understood that the voltage phase θ2 at the operating point Pe is closer to the voltage phase θ0 # at the original operating point Pb than the voltage phase θ1 at the operating point Pb #.

実施の形態2による矩形波電圧制御では、実施の形態1およびその変形例1,2による矩形波電圧制御と比較して、積分項シフト量の演算(図8のステップS130)について、図17に示すフローチャートに従って実行する点が異なる。その他の点は、実施の形態1またはその変形例1,2と同様なので詳細な説明は繰返さない。図17に示す演算処理に従って、動作点PaおよびPe間の電圧位相が求められる。   In the rectangular wave voltage control according to the second embodiment, the calculation of the integral term shift amount (step S130 in FIG. 8) is shown in FIG. The difference is that it is executed according to the flowchart shown. Since the other points are the same as in the first embodiment or its modifications 1 and 2, detailed description will not be repeated. The voltage phase between the operating points Pa and Pe is obtained according to the arithmetic processing shown in FIG.

図17を参照して、制御装置30は、ステップS300では、現在の電圧位相θ0と、前回の制御周期におけるモータ運転状態とを用いて、式(9)に従ったトルク演算を実行する。すなわち、トルク特性線500に従って、動作点Paのトルク値T0が算出される。さらに、制御装置30は、ステップS310により、現在の電圧位相θ0と今回の制御周期におけるモータ運転状態とを用いて、式(9)に従ったトルク演算を実行する。すなわち、トルク特性線510上の動作点Pcにおけるトルク値T1が演算される。   Referring to FIG. 17, in step S300, control device 30 executes torque calculation according to equation (9) using current voltage phase θ0 and the motor operating state in the previous control cycle. That is, according to the torque characteristic line 500, the torque value T0 at the operating point Pa is calculated. Further, in step S310, control device 30 executes torque calculation according to equation (9) using the current voltage phase θ0 and the motor operating state in the current control cycle. That is, the torque value T1 at the operating point Pc on the torque characteristic line 510 is calculated.

さらに、制御装置30は、ステップS320により、今回の制御周期におけるモータ運転状態を用いて、式(10)に従って、動作点Pcの接線TLの傾きTtlを演算し、ステップS330では、モータ運転状態の変化によるトルク変化量ΔTtl(ΔTtl=T1−T0)を算出する。そして、制御装置30は、ステップS340により、接線TLの傾きKtlおよびトルク変化量ΔTtlに基づいて、動作点Pb♯の電圧位相θ1を求める(θ1=θ0−ΔTtl/Ktl)。ステップS300〜S340による処理は、実施の形態1による矩形波電圧制御と同様である。   Further, in step S320, the control device 30 calculates the slope Ttl of the tangent TL of the operating point Pc according to the equation (10) using the motor operating state in the current control cycle, and in step S330, the motor operating state is calculated. A torque change amount ΔTtl (ΔTtl = T1−T0) due to the change is calculated. In step S340, control device 30 obtains voltage phase θ1 of operating point Pb # based on slope Ktl of tangent TL and torque change amount ΔTtl (θ1 = θ0−ΔTtl / Ktl). The processes in steps S300 to S340 are the same as the rectangular wave voltage control according to the first embodiment.

そして、制御装置30は、ステップS350により、電圧位相θ1を用いてトルク特性線510上でのトルク演算を行なう。これにより、動作点Pdのトルク値T2が求められる。制御装置30は、ステップS360により、動作点PcおよびPdを通る直線520の傾きk=(T1−T2)/(θ0−θ1)を演算する。   In step S350, control device 30 performs torque calculation on torque characteristic line 510 using voltage phase θ1. Thereby, the torque value T2 of the operating point Pd is obtained. In step S360, control device 30 calculates slope k = (T1-T2) / (θ0−θ1) of straight line 520 passing through operating points Pc and Pd.

さらに、制御装置30は、ステップS400では、ステップS360で求めた傾きkおよびトルク変化量ΔTtlから求められる、動作点PaおよびPe間の電圧位相差ΔTtl/kを積分項シフト量θsfに設定する。動作点Pdは「第2の動作点」に対応し、傾きkは「第2の傾き」に対応し、ΔTtl/kによるθsfは、「第2の位相変化量」に対応する。   Further, in step S400, control device 30 sets voltage phase difference ΔTtl / k between operating points Pa and Pe obtained from slope k and torque change amount ΔTtl obtained in step S360 as integral term shift amount θsf. The operating point Pd corresponds to the “second operating point”, the inclination k corresponds to the “second inclination”, and θsf by ΔTtl / k corresponds to the “second phase change amount”.

このように実施の形態2による矩形波電圧制御によれば、トルク演算式およびその微分式に従って、モータ運転状態の変化によるトルク変化量ΔTtlを相殺するための電圧位相変化量、すなわち積分項シフト量θsfを、より精密に設定することが可能となる。   As described above, according to the rectangular wave voltage control according to the second embodiment, the voltage phase change amount for canceling the torque change amount ΔTtl due to the change in the motor operation state, that is, the integral term shift amount, according to the torque calculation formula and its differential formula. θsf can be set more precisely.

この結果、交流電動機M1のトルクを所定の制御周期毎にフィードバック制御する矩形波電圧制御において、モータ運転状態の変化に応じて発生する偏差をさらに抑制して、制御応答性を確保することが可能となる。   As a result, in the rectangular wave voltage control in which the torque of the AC motor M1 is feedback-controlled every predetermined control cycle, it is possible to further suppress the deviation generated according to the change of the motor operation state and to ensure the control responsiveness. It becomes.

[実施の形態2の変形例]
実施の形態2の変形例では、モータ運転状態の変化を補償するための積分項シフト量θsfをさらに精密に求める手法について説明する。
[Modification of Embodiment 2]
In the modification of the second embodiment, a method for more accurately obtaining the integral term shift amount θsf for compensating for the change in the motor operation state will be described.

図18は、実施の形態2の変形例による矩形波電圧制御における積分項シフト量の演算を説明するための概念図である。   FIG. 18 is a conceptual diagram for explaining the calculation of the integral term shift amount in the rectangular wave voltage control according to the modification of the second embodiment.

図18を参照して、実施の形態2の変形例では、実施の形態2と同様に動作点Peまで求めた後、動作点Peの電圧位相θ2における、トルク特性線510上の動作点Pf(トルク値T3)をさらに求める。そして、トルク差|T3−T0|が所定値以上の場合には、直線530の傾きk´を求めるとともに、直線530上で動作点Pc(電圧位相θ0)から、電圧位相をΔTtl/k´だけ動かした動作点に、動作点Peを更新する。これにより、更新された動作点Peの電圧位相は、更新前の動作点Peの電圧位相よりも、本来の動作点Pbの電圧位相θ0♯に近づけることができる。   Referring to FIG. 18, in the modification of the second embodiment, after obtaining the operating point Pe as in the second embodiment, the operating point Pf (on the torque characteristic line 510 at the voltage phase θ2 of the operating point Pe) is obtained. Torque value T3) is further obtained. When the torque difference | T3−T0 | is equal to or larger than a predetermined value, the slope k ′ of the straight line 530 is obtained, and the voltage phase is ΔTtl / k ′ from the operating point Pc (voltage phase θ0) on the straight line 530. The operating point Pe is updated to the moved operating point. Thereby, the voltage phase of the updated operating point Pe can be brought closer to the voltage phase θ0 # of the original operating point Pb than the voltage phase of the operating point Pe before the update.

なお、動作点Peの更新に合わせて動作点Pfも更新されるので、トルク差|T3−T0|についても再び評価することができる。したがって、動作点Peの更新毎にトルク差|T3−T0|を所定値と比較するとともに、トルク差|T3−T0|が所定値以上の間は、動作点PeおよびPfの更新処理を繰り返す制御構成とすれば、積分項シフト量θsfの適用後におけるトルク偏差を一定範囲内に抑制することが可能となる。   Since the operating point Pf is also updated in accordance with the update of the operating point Pe, the torque difference | T3-T0 | can be evaluated again. Therefore, each time the operating point Pe is updated, the torque difference | T3-T0 | is compared with a predetermined value, and the updating process of the operating points Pe and Pf is repeated while the torque difference | T3-T0 | With this configuration, the torque deviation after application of the integral term shift amount θsf can be suppressed within a certain range.

実施の形態2の変形例による矩形波電圧制御についても、実施の形態1およびその変形例1,2による矩形波電圧制御と比較して、積分項シフト量の演算(図8のステップS130)について、図19に示すフローチャートに従って実行する点が異なる。その他の点は、実施の形態1または変形例1,2と同様であるので詳細な説明は繰返さない。図19に示す演算処理に従って、動作点PaおよびPe間の電圧位相が求められる。   Also in the rectangular wave voltage control according to the modification of the second embodiment, the integral term shift amount is calculated (step S130 in FIG. 8) as compared with the rectangular wave voltage control according to the first embodiment and its modifications 1 and 2. The difference is that it is executed according to the flowchart shown in FIG. Since other points are the same as in the first embodiment or the first and second modifications, detailed description will not be repeated. According to the arithmetic processing shown in FIG. 19, the voltage phase between the operating points Pa and Pe is obtained.

図19を参照して、制御装置30は、図17と同様のステップS300〜S360の処理の後に、ステップS400により、直線520上で動作点Pc(電圧位相θ0)から電圧位相θvをΔTtl/kだけ動かした動作点Peの電圧位相θ2を演算する。   Referring to FIG. 19, after the processing in steps S300 to S360 similar to FIG. 17, control device 30 changes voltage phase θv from operating point Pc (voltage phase θ0) on line 520 to ΔTtl / k in step S400. The voltage phase θ2 of the operating point Pe moved by only this is calculated.

さらに、制御装置30は、ステップS410では、今回の制御周期でのモータ運転状態を用いて、式(9)に従って、トルク特性線510上の電圧位相θ2である動作点Pfのトルク値T3を求める。そして、制御装置30は、ステップS420により、トルク目標値(トルク指令値Tqcom)に相当するトルク値T0と、ステップS410で求められた動作点Pfのトルク値T3とのトルク差(絶対値)が所定のしきい値εより小さいかどうかを判定する。   Further, in step S410, control device 30 obtains torque value T3 of operating point Pf, which is voltage phase θ2 on torque characteristic line 510, according to equation (9) using the motor operating state in the current control cycle. . In step S420, the control device 30 calculates a torque difference (absolute value) between the torque value T0 corresponding to the torque target value (torque command value Tqcom) and the torque value T3 of the operating point Pf obtained in step S410. It is determined whether it is smaller than a predetermined threshold value ε.

トルク差|T3−T0|<εである場合には(S420のYES判定時)、動作点Pfを採用することによって生じるトルク偏差がしきい値εより小さいと予測される。したがって、制御装置30は、ステップS370♯により、動作点Pa,Peの電圧位相差を積分項シフト量に設定する。すなわち、積分項シフト量θsf=θ0−θ2に設定される。   When the torque difference | T3−T0 | <ε (when YES is determined in S420), the torque deviation caused by adopting the operating point Pf is predicted to be smaller than the threshold value ε. Therefore, control device 30 sets the voltage phase difference between operating points Pa and Pe to the integral term shift amount in step S370 #. That is, the integral term shift amount θsf = θ0−θ2 is set.

一方で、ステップS420において偏差|T3−T0|≧εである場合(S420のNO判定時)には、制御装置30は、動作点Pfを本来の動作点Pbにさらに近づけるべく、図20に示す処理によって、動作点Pe,Pfを更新する。   On the other hand, if deviation | T3−T0 | ≧ ε in step S420 (when NO is determined in S420), control device 30 is shown in FIG. 20 in order to bring operating point Pf closer to original operating point Pb. The operating points Pe and Pf are updated by the processing.

図20を参照して、制御装置30は、ステップS420のNO判定時には、ステップS430により、動作点PcおよびPfを通る直線530の傾きk′を求める。そして、制御装置30は、ステップS440により、直線530上で、動作点Pcから電圧位相をΔTtl/k′だけ動かした点に、動作点Peを更新する。さらに、制御装置30は、ステップS450により、ステップS440で更新された動作点Peの電圧位相における、トルク特性線510上の点に動作点Pfを更新する。これに伴い、動作点Pfのトルク値T3についても更新される。そして、更新されたトルク値T3に基づいて、ステップS420の判定が再度実行される。   Referring to FIG. 20, when NO is determined in step S420, control device 30 obtains slope k ′ of straight line 530 passing through operating points Pc and Pf in step S430. In step S440, control device 30 updates operating point Pe to a point where voltage phase is moved by ΔTtl / k ′ from operating point Pc on straight line 530. Further, in step S450, control device 30 updates operating point Pf to a point on torque characteristic line 510 in the voltage phase of operating point Pe updated in step S440. Along with this, the torque value T3 of the operating point Pf is also updated. Then, based on the updated torque value T3, the determination in step S420 is performed again.

そして、偏差|T3−T0|<εとなってステップS420がYES判定となるまでの間、図20によるステップS430〜S450による動作点Pe,Pfの更新処理が繰り返し実行されることになる。この結果、モータ運転状態の変化の際に、積分項シフト量θsfの適用時のトルク偏差がε以下となるように、積分項シフト量θsfを設定することができる。なお、制御装置30の演算負荷や演算所要時間を考慮して、ステップS420のNO判定時における動作点Pe,Pfの更新処理(ステップS430〜S450)の実行回数については、所定回数(1回あるい複数回)予め制限することも可能である。   Until the deviation | T3−T0 | <ε and step S420 is YES, the updating process of the operating points Pe and Pf in steps S430 to S450 in FIG. 20 is repeatedly executed. As a result, the integral term shift amount θsf can be set so that the torque deviation when the integral term shift amount θsf is applied is equal to or less than ε when the motor operating state changes. In consideration of the calculation load of the control device 30 and the calculation required time, the number of executions of the update processing of the operating points Pe and Pf (steps S430 to S450) at the time of NO determination in step S420 is a predetermined number (one time). (Multiple times) can be limited in advance.

このように実施の形態2の変形例による矩形波電圧制御によれば、トルク演算式およびその微分式に従って、モータ運転状態の変化によるトルク変化量ΔTtlを相殺するための電圧位相変化量、すなわち積分項シフト量θsfを、トルク偏差が所定値(しきい値ε)よりも小さくなるように、さらに精密に設定することが可能となる。   As described above, according to the rectangular wave voltage control according to the modification of the second embodiment, the voltage phase change amount for canceling the torque change amount ΔTtl due to the change in the motor operating state, that is, the integral, according to the torque calculation equation and the differential equation thereof. The term shift amount θsf can be set more precisely so that the torque deviation is smaller than a predetermined value (threshold value ε).

なお、本実施の形態では、好ましい構成例として、インバータ14への入力電圧(システム電圧VH)を可変制御可能なように、モータ制御システムの直流電圧発生部10♯が昇降圧コンバータ12を含む構成を示したが、インバータ14への入力電圧を可変制御可能であれば、直流電圧発生部10♯は本実施の形態に例示した構成には限定されない。また、インバータ入力電圧が可変であることは必ずしも不可欠ではなく、直流電源Bの出力電圧がそのままインバータ14へ入力される構成(たとえば、昇降圧コンバータ12の配置を省略した構成)に対しても本発明を適用可能である。さらに、トルク演算式に反映するモータ変数についても、上述の説明(NmおよびVH)に限定されるものではない。   In the present embodiment, as a preferable configuration example, DC voltage generation unit 10 # of the motor control system includes buck-boost converter 12 so that the input voltage (system voltage VH) to inverter 14 can be variably controlled. However, as long as the input voltage to inverter 14 can be variably controlled, DC voltage generation unit 10 # is not limited to the configuration exemplified in this embodiment. Further, it is not always indispensable that the inverter input voltage is variable, and the present invention is also applied to a configuration in which the output voltage of the DC power supply B is directly input to the inverter 14 (for example, a configuration in which the step-up / down converter 12 is omitted). The invention can be applied. Further, the motor variable reflected in the torque calculation formula is not limited to the above description (Nm and VH).

さらに、モータ制御システムの負荷となる交流電動機についても、本実施の形態では、電動車両(ハイブリッド自動車、電気自動車等)に車両駆動用として搭載された永久磁石モータを想定したが、それ以外の機器に用いられる任意の交流電動機を負荷とする構成についても、本願発明を適用可能である。   Further, with regard to the AC motor serving as a load of the motor control system, in the present embodiment, a permanent magnet motor mounted for driving a vehicle on an electric vehicle (hybrid vehicle, electric vehicle, etc.) is assumed. The present invention can also be applied to a configuration in which an arbitrary AC motor used in the above is used as a load.

今回開示された実施の形態はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は上記した説明ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。   The embodiment disclosed this time should be considered as illustrative in all points and not restrictive. The scope of the present invention is defined by the terms of the claims, rather than the description above, and is intended to include any modifications within the scope and meaning equivalent to the terms of the claims.

本発明の実施の形態に従う交流電動機の制御システムの全体構成図である。1 is an overall configuration diagram of an AC motor control system according to an embodiment of the present invention. FIG. 図1に示したモータ制御システムでのインバータにおける電力変換に用いられる制御方式を説明する概念図である。It is a conceptual diagram explaining the control system used for the power conversion in the inverter in the motor control system shown in FIG. 交流電動機の運転状態と制御モードとの概略的な関係を示す概念図である。It is a conceptual diagram which shows the rough relationship between the driving | running state of an alternating current motor, and control mode. 矩形波電圧制御における電圧位相とトルクとの対応関係を示す概念図である。It is a conceptual diagram which shows the correspondence of the voltage phase and torque in rectangular wave voltage control. 矩形波電圧制御の具体的な制御構成を説明するための機能ブロック図である。It is a functional block diagram for demonstrating the specific control structure of rectangular wave voltage control. 一般的なフィードバック制御の適用時におけるモータ回転速度変化の際のトルク挙動を説明する概念図である。It is a conceptual diagram explaining the torque behavior at the time of the motor rotational speed change at the time of application of general feedback control. 図5に示した積分項補正部による積分項シフト量の演算を詳細に説明するための概念図である。FIG. 6 is a conceptual diagram for explaining in detail the calculation of an integral term shift amount by an integral term correction unit shown in FIG. 5. 実施の形態1による矩形波電圧制御を実現するための制御処理手順を示すフローチャートである。3 is a flowchart showing a control processing procedure for realizing rectangular wave voltage control according to the first embodiment. 図8中の積分項シフト量算出処理の詳細を説明するフローチャートである。It is a flowchart explaining the detail of the integral term shift amount calculation process in FIG. 一般的なフィードバック制御の適用時におけるシステム電圧変化の際のトルク挙動を説明する概念図である。It is a conceptual diagram explaining the torque behavior at the time of the system voltage change at the time of application of general feedback control. 実施の形態1の変形例1による矩形波電圧制御における積分項補正部による積分項シフト量の演算を説明するための概念図である。6 is a conceptual diagram for explaining calculation of an integral term shift amount by an integral term correction unit in rectangular wave voltage control according to Modification 1 of Embodiment 1. FIG. 実施の形態1の変形例1による矩形波電圧制御における積分項シフト量算出処理の詳細を説明するフローチャートである。10 is a flowchart illustrating details of integral term shift amount calculation processing in rectangular wave voltage control according to Modification 1 of Embodiment 1. 一般的なフィードバック制御の適用時におけるシステム電圧および回転速度変化の際のトルク挙動を説明する概念図である。It is a conceptual diagram explaining the torque behavior at the time of the system voltage and rotation speed change at the time of application of general feedback control. 実施の形態1の変形例2による矩形波電圧制御における積分項補正部による積分項シフト量の演算を説明するための概念図である。FIG. 10 is a conceptual diagram for explaining calculation of an integral term shift amount by an integral term correction unit in rectangular wave voltage control according to Modification 2 of Embodiment 1. 実施の形態1の変形例2による矩形波電圧制御における積分項シフト量算出処理の詳細を説明するフローチャートである。10 is a flowchart illustrating details of integral term shift amount calculation processing in rectangular wave voltage control according to Modification 2 of Embodiment 1; 実施の形態2による矩形波電圧制御における積分項シフト量の演算を説明するための概念図である。6 is a conceptual diagram for explaining calculation of an integral term shift amount in rectangular wave voltage control according to Embodiment 2. FIG. 実施の形態2による矩形波電圧制御における積分項シフト量算出処理の詳細を説明するフローチャートである。10 is a flowchart illustrating details of integral term shift amount calculation processing in rectangular wave voltage control according to the second embodiment. 実施の形態2の変形例による矩形波電圧制御における積分項シフト量の演算を説明するための概念図である。FIG. 11 is a conceptual diagram for explaining calculation of an integral term shift amount in rectangular wave voltage control according to a modification of the second embodiment. 実施の形態2の変形例による矩形波電圧制御における積分項シフト量算出処理の詳細を説明するフローチャート(その1)である。10 is a flowchart (part 1) illustrating details of integral term shift amount calculation processing in rectangular wave voltage control according to a modification of the second embodiment. 実施の形態2の変形例による矩形波電圧制御における積分項シフト量算出処理の詳細を説明するフローチャート(その2)である。10 is a flowchart (part 2) illustrating details of integral term shift amount calculation processing in rectangular wave voltage control according to a modification of the second embodiment.

符号の説明Explanation of symbols

5 アース線、6,7 電力線、10,13 電圧センサ、10♯ 直流電圧発生部、12 コンバータ、14 インバータ、15〜17 各相アーム、24 電流センサ、25 回転角センサ、30 制御装置(ECU)、100 モータ制御システム、400 矩形波電圧制御部、410 電力演算部、420 トルク演算部、425 偏差演算部、430 比例制御演算部、440 積分制御演算部、450 積分項補正部、455 加算部、460 矩形波発生器、470 信号発生部、500 トルク特性線(前回のモータ運転状態)、510 トルク特性線(今回のモータ運転状態)、520,530 直線、A1 低速度域、A2 中速度域、A3 高速度域、ANG ロータ回転角、B 直流電源、C0,C1 平滑コンデンサ、D1〜D8 ダイオード、iu,iv,iw 三相電流(モータ電流)、Ki 積分ゲイン、Kp 比例ゲイン、L1 リアクトル、M1 交流電動機、Nm,N1,N2 モータ回転速度、Pa,Pb,Pc,Pd,Pe,Pf 動作点、Pmt モータ電力、Q1〜Q8 電力用半導体スイッチング素子、S1〜S8 スイッチング制御信号、SR1,SR2 システムリレー、T0〜T3 トルク値、TL 接線、Tq トルク推定値、Tqcom トルク指令値、V1,V2,VH 直流電圧(システム電圧)、Vb 直流電圧(バッテリ電圧)、VHref 電圧指令値(システム電圧)、Vu,Vv,Vw 各相電圧指令値、ΔTq トルク偏差、ΔTtl トルク変化量、θ0♯,θ0〜θ2,θv 電圧位相、θi 位相制御量(積分項)、θp 位相制御量(比例項)、θsf 積分項シフト量、ω 電気角速度。   5 Ground wire, 6, 7 Power line, 10, 13 Voltage sensor, 10 # DC voltage generator, 12 Converter, 14 Inverter, 15-17 Each arm, 24 Current sensor, 25 Rotation angle sensor, 30 Control device (ECU) , 100 motor control system, 400 rectangular wave voltage control unit, 410 power calculation unit, 420 torque calculation unit, 425 deviation calculation unit, 430 proportional control calculation unit, 440 integral control calculation unit, 450 integral term correction unit, 455 addition unit, 460 square wave generator, 470 signal generator, 500 torque characteristic line (previous motor operation state), 510 torque characteristic line (current motor operation state), 520, 530 straight line, A1 low speed range, A2 medium speed range, A3 High speed range, ANG rotor rotation angle, B DC power supply, C0, C1 smoothing capacitor, D1-D8 Ode, iu, iv, iw Three-phase current (motor current), Ki integral gain, Kp proportional gain, L1 reactor, M1 AC motor, Nm, N1, N2 Motor rotational speed, Pa, Pb, Pc, Pd, Pe, Pf Operating point, Pmt motor power, Q1-Q8 power semiconductor switching element, S1-S8 switching control signal, SR1, SR2 system relay, T0-T3 torque value, TL tangent, Tq torque estimated value, Tqcom torque command value, V1, V2, VH DC voltage (system voltage), Vb DC voltage (battery voltage), VHref voltage command value (system voltage), Vu, Vv, Vw phase voltage command values, ΔTq torque deviation, ΔTtl torque change, θ0 #, θ0 to θ2, θv Voltage phase, θi phase control amount (integral term), θp phase control amount (ratio) Section), θsf integral term shift amount, ω electrical angular velocity.

Claims (9)

直流電圧を、交流電動機を駆動するための交流電圧に変換するインバータと、
前記交流電動機のトルク偏差のフィードバック制御に従って前記インバータから前記交流電動機へ印加される矩形波電圧の電圧位相を変化させるように構成された矩形波制御部とを備え、
前記矩形波制御部は、
前記トルク偏差の現在値に基づいて前記電圧位相の第1の制御量を設定する比例制御演算部と、
前記トルク偏差の積分処理に基づいて前記電圧位相の第2の制御量を設定する積分制御演算部と、
前記第1および前記第2の制御量の和に従った前記電圧位相に対応させて、前記インバータの制御指令を生成する制御信号発生部と、
前記交流電動機の運転状態に関連する少なくとも1つのモータ変数および前記電圧位相を変数とするトルク演算式に従って、前記モータ変数の変化量に対応するトルク変化量および、当該トルク変化量を相殺するための電圧位相シフト量を演算するように構成された積分項補正部とを含み、
前記積分制御演算部は、前記電圧位相シフト量に従って前記第2の制御量を変化させるように構成される、交流電動機の制御システム。
An inverter that converts a DC voltage into an AC voltage for driving an AC motor;
A rectangular wave control unit configured to change a voltage phase of a rectangular wave voltage applied from the inverter to the AC motor according to feedback control of torque deviation of the AC motor; and
The rectangular wave control unit
A proportional control calculation unit that sets a first control amount of the voltage phase based on a current value of the torque deviation;
An integration control calculation unit that sets a second control amount of the voltage phase based on the integration process of the torque deviation;
A control signal generator for generating a control command for the inverter in correspondence with the voltage phase according to the sum of the first and second control amounts;
The amount of change in torque corresponding to the amount of change in the motor variable and the amount of change in torque are offset according to a torque calculation equation using at least one motor variable related to the operating state of the AC motor and the voltage phase as a variable. An integral term correction unit configured to calculate a voltage phase shift amount,
The control system for an AC motor, wherein the integral control calculation unit is configured to change the second control amount in accordance with the voltage phase shift amount.
前記積分項補正部は、前記トルク演算式を前記電圧位相で微分して得られた微分式に従って、現在の前記運転状態および前記電圧位相に対応する第1の動作点における、前記電圧位相の変化に対する前記トルクの変化の比である第1の傾きを算出するとともに、前記トルク変化量を前記第1の傾きによって除算することにより求められた第1の位相変化量に従って前記電圧シフト量を算出する、請求項1記載の交流電動機の制御システム。   The integral term correction unit changes the voltage phase at the first operating point corresponding to the current operating state and the voltage phase according to a differential expression obtained by differentiating the torque calculation expression with the voltage phase. And calculating the voltage shift amount according to a first phase change amount obtained by dividing the torque change amount by the first inclination. The control system for an AC motor according to claim 1. 前記積分項補正部は、さらに、前記トルク演算式に従って、前記電圧位相を現在値から前記第1の位相変化量だけ変化させた第1の電圧位相および現在の前記運転状態に対応する第2の動作点におけるトルク値を算出するとともに、前記第1および前記第2の動作点の間での電圧位相差に対するトルク差の比である第2の傾きを算出し、さらに、前記トルク変化量を前記第2の傾きによって除算することにより求められた第2の位相変化量に従って前記電圧シフト量を算出する、請求項2記載の交流電動機の制御システム。   The integral term correction unit further includes a first voltage phase obtained by changing the voltage phase from the current value by the first phase change amount according to the torque calculation formula, and a second voltage corresponding to the current operating state. A torque value at an operating point is calculated, a second slope that is a ratio of a torque difference to a voltage phase difference between the first and second operating points is calculated, and the torque change amount is calculated as the torque change amount. The control system for an AC motor according to claim 2, wherein the voltage shift amount is calculated according to a second phase change amount obtained by dividing by a second slope. 前記積分項補正部は、さらに、前記トルク演算式に従って、前記電圧位相を前記現在値から前記第2の位相変化量だけ変化させた第2の電圧位相および現在の前記運転状態に対応する第3の動作点を設定するとともに、前記第3の動作点におけるトルク値を算出し、かつ、算出した当該トルク値とトルク目標値との偏差が所定値より小さいか否かを判定し、
前記積分項補正部は、さらに、前記偏差が前記所定値以上である場合には、前記第3および前記第1の動作点の間での電圧位相差に対するトルク差の比である第3の傾きを算出し、さらに、前記トルク変化量を前記第3の傾きによって除算することにより求められた第3の位相変化量に従って前記電圧シフト量を算出する、請求項3記載の交流電動機の制御システム。
The integral term correction unit further includes a third voltage phase corresponding to a second voltage phase obtained by changing the voltage phase from the current value by the second phase change amount according to the torque calculation formula and a current operation state. A torque value at the third operating point is calculated, and it is determined whether or not a deviation between the calculated torque value and the torque target value is smaller than a predetermined value.
The integral term correction unit further includes a third slope that is a ratio of a torque difference to a voltage phase difference between the third and first operating points when the deviation is equal to or greater than the predetermined value. 4. The control system for an AC motor according to claim 3, wherein the voltage shift amount is calculated according to a third phase change amount obtained by dividing the torque change amount by the third slope.
前記積分項補正部は、さらに、前記電圧位相を前記現在値から前記第3の位相変化量だけ変化させた電圧位相および、現在の前記運転状態に対応する動作点へ前記第3の動作点を更新するとともに、前記トルク演算式に従って前記第3の動作点におけるトルク値を更新し、
前記積分項補正部は、前記第3の動作点が更新される毎に、更新された前記トルク値と前記トルク目標値との前記偏差を前記所定値と比較し、かつ、前記偏差が前記所定値以上である間は、前記第3の動作点の更新処理を繰り返し実行するように構成される、請求項4記載の交流電動機の制御システム。
The integral term correcting unit further moves the third operating point to a voltage phase obtained by changing the voltage phase from the current value by the third phase change amount and an operating point corresponding to the current operating state. And updating the torque value at the third operating point according to the torque calculation formula,
The integral term correction unit compares the deviation between the updated torque value and the torque target value with the predetermined value each time the third operating point is updated, and the deviation is the predetermined value. The control system for an AC motor according to claim 4, configured to repeatedly execute the update process of the third operating point while the value is equal to or greater than a value.
前記モータ変数は、前記交流電動機の回転速度を含む、請求項1〜5のいずれか1項に記載の交流電動機の制御システム。   The control system for an AC motor according to claim 1, wherein the motor variable includes a rotation speed of the AC motor. 前記モータ変数は、前記直流電圧を含む、請求項1〜5のいずれか1項に記載の交流電動機の制御システム。   The AC motor control system according to claim 1, wherein the motor variable includes the DC voltage. 蓄電装置と前記インバータとの間に設けられ、前記インバータの直流側の前記直流電圧を電圧指令値に従って制御するように構成されたコンバータをさらに備える、請求項7記載の交流電動機の制御システム。   The control system for an AC motor according to claim 7, further comprising a converter provided between the power storage device and the inverter and configured to control the DC voltage on the DC side of the inverter according to a voltage command value. 前記交流電動機は、電動車両に搭載されて当該電動車両の車両駆動力を発生するように構成される、請求項1〜8のいずれか1項に記載の交流電動機の制御システム。   The control system for an AC motor according to any one of claims 1 to 8, wherein the AC motor is configured to be mounted on an electric vehicle and generate a vehicle driving force of the electric vehicle.
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