JP2010166707A - Controller of ac motor - Google Patents
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Abstract
Description
この発明は、交流電動機の制御装置に関し、特に、パルス幅変調(PWM(Pulse Width Modulation))制御および矩形波電圧制御が適用される交流電動機の制御装置に関する。 The present invention relates to an AC motor control device, and more particularly, to an AC motor control device to which pulse width modulation (PWM) control and rectangular wave voltage control are applied.
特開2005−51894号公報には、PWM制御モード、過変調制御モードおよび矩形波制御モードのいずれかでモータジェネレータを駆動するようにインバータを制御する負荷駆動装置が開示されている(特許文献1参照)。 Japanese Patent Laying-Open No. 2005-51894 discloses a load driving device that controls an inverter so as to drive a motor generator in any one of a PWM control mode, an overmodulation control mode, and a rectangular wave control mode (Patent Document 1). reference).
なお、上記公報におけるPWM制御モードは、正弦波PWM方式に従ってインバータを制御するモードであり、上記公報における過変調制御モードは、正弦波PWM方式よりも基本波成分の振幅を大きくする過変調PWM方式に従ってインバータを制御するモードである。以下では、正弦波PWM方式に従ってインバータを制御するモードを正弦波PWM制御モード、過変調PWM方式に従ってインバータを制御するモードを過変調PWM制御モードと称し、正弦波PWM制御モードおよび過変調PWM制御モードを纏めてPWM制御モードと称する。なお、矩形波制御モード(以下では「矩形波電圧制御モード」と称する。)は、交流電動機に印加される矩形波電圧の位相を制御することによってトルクを制御するモードであり、過変調PWM方式よりもさらに基本波成分の振幅を大きくすることができる。 The PWM control mode in the above publication is a mode for controlling the inverter according to the sine wave PWM system, and the overmodulation control mode in the above publication is an overmodulation PWM system in which the amplitude of the fundamental wave component is larger than that in the sine wave PWM system. In this mode, the inverter is controlled. Hereinafter, the mode for controlling the inverter according to the sine wave PWM method is referred to as a sine wave PWM control mode, and the mode for controlling the inverter according to the overmodulation PWM method is referred to as an overmodulation PWM control mode. Are collectively referred to as a PWM control mode. The rectangular wave control mode (hereinafter referred to as “rectangular wave voltage control mode”) is a mode in which torque is controlled by controlling the phase of the rectangular wave voltage applied to the AC motor, and is an overmodulation PWM method. The amplitude of the fundamental wave component can be further increased.
矩形波電圧制御からPWM制御への移行判定を電流位相に基づいて行なう場合、トルク指令値に対するトルク偏差(すなわちトルク指令値に対する追従遅れ)が大きいと、矩形波電圧制御からPWM制御への切替遅れが大きくなり、電流が乱れるという問題がある。 When the determination from the rectangular wave voltage control to the PWM control is performed based on the current phase, if the torque deviation with respect to the torque command value (that is, the follow-up delay with respect to the torque command value) is large, the switching delay from the rectangular wave voltage control to the PWM control is large. There is a problem that current increases and current is disturbed.
そこで、この発明は、かかる問題を解決するためになされたものであり、その目的は、矩形波電圧制御からPWM制御への切替遅れを抑制可能な交流電動機の制御装置を提供することである。 Accordingly, the present invention has been made to solve such a problem, and an object of the present invention is to provide a control device for an AC motor capable of suppressing a switching delay from rectangular wave voltage control to PWM control.
この発明によれば、交流電動機の制御装置は、インバータによって駆動される交流電動機の制御装置であって、パルス幅変調制御部と、矩形波電圧制御部と、制御モード切替部とを備える。パルス幅変調制御部は、パルス幅変調方式に従ってインバータの制御指令を生成する。矩形波電圧制御部は、交流電動機をトルク指令値に従って動作させるように位相制御された矩形波電圧を交流電動機に印加するようにインバータの制御指令を生成する。制御モード切替部は、矩形波電圧制御部による矩形波電圧制御からパルス幅変調制御部によるパルス幅変調制御への切替判定に所定の切替判定トルクから算出される電流位相を用いて、矩形波電圧制御からパルス幅変調制御への切替を行なう。ここで、制御モード切替部は、トルク指令値に対するトルク偏差の絶対値が所定値以下のとき、切替判定トルクにトルク指令値を用い、トルク偏差の絶対値が所定値よりも大きいとき、トルク指令値に所定値を加えた値を切替判定トルクに用いる。 According to this invention, the control device for an AC motor is a control device for an AC motor driven by an inverter, and includes a pulse width modulation control unit, a rectangular wave voltage control unit, and a control mode switching unit. The pulse width modulation control unit generates an inverter control command in accordance with the pulse width modulation method. The rectangular wave voltage control unit generates an inverter control command so as to apply to the AC motor a rectangular wave voltage that is phase-controlled so as to operate the AC motor according to the torque command value. The control mode switching unit uses a current phase calculated from a predetermined switching determination torque to determine whether to switch from rectangular wave voltage control by the rectangular wave voltage control unit to pulse width modulation control by the pulse width modulation control unit. Switching from control to pulse width modulation control. Here, the control mode switching unit uses the torque command value as the switching determination torque when the absolute value of the torque deviation with respect to the torque command value is equal to or smaller than the predetermined value, and when the absolute value of the torque deviation is larger than the predetermined value, A value obtained by adding a predetermined value to the value is used as the switching determination torque.
好ましくは、所定値は、交流電動機の回転速度、インバータに印加されるシステム電圧および交流電動機のトルクの少なくとも一つに応じて可変設定される。 Preferably, the predetermined value is variably set according to at least one of the rotational speed of the AC motor, the system voltage applied to the inverter, and the torque of the AC motor.
好ましくは、制御モード切替部は、切替判定トルクの設定に用いられるトルク指令値に、トルク指令値に遅れフィルタ処理が施されたフィルタ値を用いる。 Preferably, the control mode switching unit uses a filter value obtained by subjecting the torque command value to delay filter processing as the torque command value used for setting the switching determination torque.
好ましくは、パルス幅変調制御部は、正弦波パルス幅変調制御部と、パルス幅過変調制御部とを含む。正弦波パルス幅変調制御部は、正弦波パルス幅変調方式に従ってインバータの制御指令を生成する。パルス幅過変調制御部は、正弦波パルス幅変調方式よりも基本波成分の振幅を大きくするパルス幅過変調方式に従ってインバータの制御指令を生成する。そして、制御モード切替部は、切替判定トルクから算出される電流位相を用いて、矩形波電圧制御からパルス幅過変調制御部によるパルス幅過変調制御への切替を行なう。 Preferably, the pulse width modulation control unit includes a sine wave pulse width modulation control unit and a pulse width overmodulation control unit. The sine wave pulse width modulation control unit generates an inverter control command in accordance with the sine wave pulse width modulation method. The pulse width overmodulation control unit generates a control command for the inverter according to a pulse width overmodulation method in which the amplitude of the fundamental wave component is larger than that of the sine wave pulse width modulation method. Then, the control mode switching unit switches from the rectangular wave voltage control to the pulse width overmodulation control by the pulse width overmodulation control unit using the current phase calculated from the switching determination torque.
この交流電動機の制御装置においては、トルク指令値に対するトルク偏差の絶対値が所定値よりも大きいとき、トルク指令値に所定値を加えた値が切替判定トルクに用いられるので、切替判定トルクと実際のトルクとの乖離が抑制される。したがって、この交流電動機の制御装置によれば、矩形波電圧制御からPWM制御への切替遅れを抑制することができる。 In this AC motor control device, when the absolute value of the torque deviation with respect to the torque command value is larger than the predetermined value, a value obtained by adding the predetermined value to the torque command value is used as the switching determination torque. The deviation from the torque is suppressed. Therefore, according to this AC motor control device, it is possible to suppress a delay in switching from rectangular wave voltage control to PWM control.
以下、本発明の実施の形態について、図面を参照しながら詳細に説明する。なお、図中同一または相当部分には同一符号を付してその説明は繰返さない。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings. In the drawings, the same or corresponding parts are denoted by the same reference numerals and description thereof will not be repeated.
[実施の形態1]
(全体構成)
図1は、この発明の実施の形態1による交流電動機の制御装置が適用されるモータ駆動制御システムの全体構成図である。図1を参照して、モータ駆動制御システム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、交流電動機M1と、制御装置30とを備える。
[Embodiment 1]
(overall structure)
1 is an overall configuration diagram of a motor drive control system to which an AC motor control apparatus according to
交流電動機M1は、たとえば、電動車両(ハイブリッド自動車や電気自動車、燃料電池車など、電気エネルギによって車両駆動力を発生可能な自動車をいう。)の駆動輪を駆動するためのトルクを発生する電動機である。あるいは、交流電動機M1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く、電動機および発電機の機能を併せ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 electric motor M1 is an electric motor that generates torque for driving the driving wheels of an electric vehicle (such as a hybrid vehicle, an electric vehicle, and a fuel cell vehicle). is there. Alternatively, AC electric motor M1 may be configured to have a function of a generator driven by an engine, or may be configured to have both functions of an electric motor and a generator. 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、蓄電装置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。蓄電装置Bは、代表的には、ニッケル水素やリチウムイオン等の二次電池や、電気二重層キャパシタ等により構成される。蓄電装置Bの電圧Vbおよび蓄電装置Bに対して入出力される電流Ibは、それぞれ電圧センサ10および電流センサ11によって検知される。システムリレーSR1は、蓄電装置Bの正極端子と電力線6との間に接続され、システムリレーSR2は、蓄電装置Bの負極端子と電力線5との間に接続される。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。
DC
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。電力用半導体スイッチング素子Q1,Q2は、電力線7と電力線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,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によって制御される。
なお、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)や電力用MOS(Metal Oxide Semiconductor)トランジスタ、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。ダイオードD1,D2は、それぞれスイッチング素子Q1,Q2に逆並列に接続される。リアクトルL1は、スイッチング素子Q1,Q2の接続ノードと電力線6との間に接続される。平滑コンデンサC0は、電力線7と電力線5との間に接続される。
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. . Diodes D1 and D2 are connected in antiparallel to switching elements Q1 and Q2, respectively. Reactor L1 is connected between a connection node of switching elements Q1, Q2 and
インバータ14は、電力線7と電力線5との間に並列に設けられる、U相上下アーム15と、V相上下アーム16と、W相上下アーム17とから成る。各相上下アームは、電力線7と電力線5と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相上下アーム15は、スイッチング素子Q3,Q4から成り、V相上下アーム16は、スイッチング素子Q5,Q6から成り、W相上下アーム17は、スイッチング素子Q7,Q8から成る。スイッチング素子Q3〜Q8には、それぞれダイオードD3〜D8が逆並列に接続される。そして、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。
The
交流電動機M1は、代表的には3相の永久磁石型同期電動機であり、U,V,W相の3つのコイルの一端が中性点に共通接続されて構成される。そして、各相コイルの他端は、各相上下アーム15〜17のスイッチング素子の中間点に接続される。 The AC motor M1 is typically a three-phase permanent magnet type synchronous motor, and is configured by connecting one end of three U, V, and W phase coils to a neutral point. And the other end of each phase coil is connected to the midpoint of the switching element of each phase upper and lower arms 15-17.
コンバータ12は、基本的には、各スイッチング周期内でスイッチング素子Q1,Q2が相補的かつ交互にオン/オフするように制御される。コンバータ12は、昇圧動作時には、蓄電装置Bから供給される電圧Vbを電圧VH(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)へ昇圧する。この昇圧動作は、スイッチング素子Q2のオン期間にリアクトルL1に蓄積される電磁エネルギを、スイッチング素子Q1およびダイオードD1を介して電力線7へ供給することにより行なわれる。
また、コンバータ12は、降圧動作時には、電圧VHを電圧Vbに降圧する。この降圧動作は、スイッチング素子Q1のオン期間にリアクトルL1に蓄積される電磁エネルギを、スイッチング素子Q2およびダイオードD2を介して電力線6へ供給することにより行なわれる。これらの昇圧動作または降圧動作における電圧変換比(VHおよびVbの比)は、上記スイッチング周期に対するスイッチング素子Q1,Q2のオン期間比(デューティ比)により制御される。なお、スイッチング素子Q1,Q2をそれぞれオン,オフに固定すれば、VH=Vb(電圧変換比=1.0)とすることもできる。
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、その検出値を制御装置30へ出力する。
インバータ14は、交流電動機M1のトルク指令値が正(Trqcom>0)の場合には、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交流電圧に変換し、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(Trqcom=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交流電圧に変換し、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Trqcom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 (Trqcom> 0),
さらに、モータ駆動制御システム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のトルク指令値が負に設定される(Trqcom<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をコンバータ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
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、その検出値を制御装置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、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。
回転角センサ(レゾルバ)25は、交流電動機M1のロータの回転角θを検出し、その検出値を制御装置30へ出力する。制御装置30は、回転角θに基づいて交流電動機M1の回転数(回転速度)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θ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 rotation angle θ of the rotor of the AC motor M1, and outputs the detected value to the
制御装置30は、電子制御ユニット(ECU(Electronic Control Unit))により構成され、予め記憶されたプログラムを図示しないCPUで実行することによるソフトウェア処理および/または専用の電子回路によるハードウェア処理により、モータ駆動制御システム100の動作を制御する。
The
代表的な機能として、制御装置30は、トルク指令値Trqcomや、電圧センサ10によって検出された電圧Vb、電流センサ11によって検出された電流Ib、電圧センサ13によって検出されたシステム電圧VH、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θ等に基づいて、後述する制御方式により交流電動機M1がトルク指令値Trqcom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、制御装置30は、コンバータ12およびインバータ14を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。
As representative functions, the
次に、制御装置30による交流電動機M1の制御についてさらに詳しく説明する。
(制御モードの説明)
図2は、図1に示したモータ駆動制御システム100における交流電動機M1の制御モードを説明する図である。図2を参照して、モータ駆動制御システム100では、交流電動機M1の制御、すなわちインバータ14における電力変換について、3つの制御モードを切替えて使用する。
Next, control of AC electric motor M1 by
(Description of control mode)
FIG. 2 is a diagram illustrating a control mode of AC electric motor M1 in motor
正弦波PWM制御では、正弦波状の電圧指令と搬送波(代表的には三角波)との電圧比較に従って、各相上下アーム素子のオン/オフが制御される。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が制御される。なお、正弦波状の電圧指令の振幅が搬送波振幅以下の範囲に制限されるこの正弦波PWM制御では、交流電動機M1への印加電圧(以下、単に「モータ印加電圧」とも称する。)の基本波成分を入力電圧の約0.61倍程度までしか高めることができない。以下では、インバータ14の入力電圧(すなわちシステム電圧VH)に対するモータ印加電圧(線間電圧)の基本波成分(実効値)の比を「変調率」と称する。 In the sine wave PWM control, on / off of the upper and lower arm elements of each phase is controlled in accordance with a voltage comparison between a sine wave voltage command and a carrier wave (typically a triangular wave). 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. Is controlled. In this sine wave PWM control in which the amplitude of the sinusoidal voltage command is limited to a range below the carrier wave amplitude, the fundamental wave component of the voltage applied to AC motor M1 (hereinafter also simply referred to as “motor applied voltage”). Can only be increased to about 0.61 times the input voltage. Hereinafter, the ratio of the fundamental component (effective value) of the motor applied voltage (line voltage) to the input voltage of the inverter 14 (that is, the system voltage VH) is referred to as “modulation rate”.
過変調PWM制御は、電圧指令(正弦波成分)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(振幅補正)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。なお、過変調PWM制御では、電圧指令(正弦波成分)の振幅が搬送波振幅より大きいため、交流電動機M1に印加される線間電圧は、正弦波ではなく歪んだ電圧となる。 The overmodulation PWM control performs PWM control similar to the sine wave PWM control in a range where the amplitude of the voltage command (sine wave component) 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 (amplitude correction), and the modulation rate is increased from the maximum modulation rate in the sine wave PWM control mode to a range of 0.78. Can do. In the overmodulation PWM control, since the amplitude of the voltage command (sine wave component) is larger than the carrier wave amplitude, the line voltage applied to the AC motor M1 is not a sine wave but a distorted voltage.
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パルス分が交流電動機に印加される。これにより、矩形波電圧制御では、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 a rectangular wave with a ratio of 1: 1 between the high level period and the low level period is applied to the AC motor within the predetermined period. Thereby, in the rectangular wave voltage control, the modulation factor is increased to 0.78.
交流電動機M1においては、回転数や出力トルクが増加すると誘起電圧が高くなるので、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。一方、システム電圧VHには、限界値(VH最大電圧)が存在する。したがって、交流電動機M1の動作状態に応じて、正弦波PWM制御または過変調PWM制御によるPWM制御モードと、矩形波電圧制御モードと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ので、トルク指令値に対するトルク偏差(トルク実績値(推定値)とトルク指令値との差)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。
In the AC motor M1, the induced voltage increases as the rotational speed and output torque increase, so that the required drive voltage (motor required voltage) increases. The boosted voltage by the
図3は、交流電動機の動作状態と図2に示す制御モードとの対応関係を説明する図である。図3を参照して、概略的には、低回転数域R1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、中回転数域R2では過変調PWM制御、高回転数域R3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 is a diagram for explaining the correspondence between the operating state of the AC motor and the control mode shown in FIG. Referring to FIG. 3, generally, in the low rotation speed range R1, sine wave PWM control is used to reduce the torque fluctuation, and in the middle rotation speed range R2, overmodulation PWM control and high rotation speed range R3 are used. Then, rectangular wave 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 one of the control modes shown in FIG. 2 is used is basically determined within the range of the realizable modulation rate.
(制御装置の構成)
図4は、図1に示した制御装置30の構成を機能的に説明する機能ブロック図である。図4を参照して、制御装置30は、PWM制御部280と、矩形波電圧制御部400と、制御モード切替部490とを含む。PWM制御部280は、正弦波PWM制御部200と、過変調PWM制御部201とを含む。
(Configuration of control device)
FIG. 4 is a functional block diagram functionally illustrating the configuration of the
正弦波PWM制御部200は、トルク指令値Trqcomと、電流センサ24によって検出されるモータ電流iv,iwと、回転角センサ25により検出される回転角θとを受ける。そして、正弦波PWM制御部200は、これらの信号に基づいて、インバータ14に印加する電圧指令値Vd#,Vq#を電流フィードバック制御により生成し、生成された電圧指令値Vd#,Vq#に基づいて、インバータ14を駆動するためのスイッチング制御信号S3〜S8を生成して制御モード切替部490へ出力する。
Sine wave
過変調PWM制御部201も、正弦波PWM制御部200と同様の電流フィードバック制御により、インバータ14を駆動するためのスイッチング制御信号S3〜S8を生成し、生成されたスイッチング制御信号S3〜S8を制御モード切替部490へ出力する。なお、過変調PWM制御部201には、正弦波PWM制御部200による正弦波PWM制御に電圧振幅補正を行なう機能が追加されており、電圧指令値の基本波成分を高めることができる。
The overmodulation
矩形波電圧制御部400は、トルク指令値Trqcomと、モータ電流iv,iwと、回転角θとを受ける。そして、矩形波電圧制御部400は、これらの信号に基づいて、インバータ14に印加する電圧の位相をトルクフィードバック制御により設定し、その設定された電圧位相に基づいて、インバータ14を駆動するためのスイッチング制御信号S3〜S8を生成して制御モード切替部490へ出力する。また、矩形波電圧制御部400は、トルク指令値Trqcomに対する実際のトルク(推定値)の差を示すトルク偏差ΔTrq(トルクフィードバック制御演算において算出される。)を制御モード切替部490へ出力する。
Rectangular wave
制御モード切替部490は、正弦波PWM制御部200から電圧指令値Vd#,Vq#を受け、電圧センサ13(図1)からシステム電圧VHを受ける。そして、制御モード切替部490は、システム電圧VHと電圧指令値Vd#,Vq#とから算出される変調率に基づいて、PWM制御モードから矩形波電圧制御モードへの切替を行なう。詳しくは、制御モード切替部490は、変調率が0.78に達するとPWM制御モードから矩形波電圧制御モードへ切替える。なお、制御モード切替部490は、変調率が0.61以下のときは、正弦波PWM制御モードを選択し、変調率が0.61を超えると、過変調PWM制御モードを選択する。したがって、より詳しくは、制御モード切替部490は、変調率が0.78に達すると過変調PWM制御モードから矩形波電圧制御モードへ切替える。
Control
一方、矩形波電圧制御モードでは変調率は0.78一定であるので、矩形波電圧制御モードからPWM制御モード(過変調PWM制御モード)への切替は、電流位相に基づいて行なわれる。すなわち、制御モード切替部490は、矩形波電圧制御部400からトルク偏差ΔTrqを受け、モータ電流iv,iwおよび回転角θをさらに受ける。そして、制御モード切替部490は、後述の方法により、これらの信号を用いて電流位相に基づいて矩形波電圧制御モードからPWM制御モード(過変調PWM制御モード)への切替を行なう。
On the other hand, since the modulation factor is constant at 0.78 in the rectangular wave voltage control mode, switching from the rectangular wave voltage control mode to the PWM control mode (overmodulation PWM control mode) is performed based on the current phase. That is, control
(各制御モードの構成)
図5は、図4に示した正弦波PWM制御部200の詳細な構成を機能的に説明する機能ブロック図である。図5を参照して、正弦波PWM制御部200は、電流指令生成部210と、座標変換部220,250と、電圧指令生成部240と、PWM変調部260とを含む。
(Configuration of each control mode)
FIG. 5 is a functional block diagram functionally illustrating the detailed configuration of the sine wave
電流指令生成部210は、予め作成されたマップ等に基づいて、交流電動機M1のトルク指令値Trqcomに対応するd軸電流指令値Idcomおよびq軸電流指令値Iqcomを生成する。座標変換部220は、交流電動機M1の回転角θを用いた座標変換(uvw3相→dq2相)により、電流センサ24によって検出されるv相電流ivおよびW相電流iwをd軸電流Idおよびq軸電流Iqに変換する。
Current
電圧指令生成部240は、d軸電流偏差ΔId(ΔId=Idcom−Id)およびq軸電流偏差ΔIq(ΔIq=Iqcom−Iq)の各々についてPI(比例積分)演算を行なうことにより制御偏差を算出し、その制御偏差に応じたd軸電圧指令値Vd♯およびq軸電圧指令値Vq♯を生成する。
Voltage
座標変換部250は、交流電動機M1の回転角θを用いた座標変換(dq2相→uvw3相)によって、d軸電圧指令値Vd♯およびq軸電圧指令値Vq♯をU相,V相,W相の各相電圧指令Vu,Vv,Vwに変換する。PWM変調部260は、各相電圧指令Vu,Vv,Vwと搬送波との比較に基づいて、インバータ14を駆動するためのスイッチング制御信号S3〜S8を生成する。なお、搬送波は、所定周波数の三角波やのこぎり波によって構成される。
The coordinate
図6は、図4に示した過変調PWM制御部201の詳細な構成を機能的に説明する機能ブロック図である。図6を参照して、過変調PWM制御部201は、図5に示した正弦波PWM制御部200の構成において、電流フィルタ230および電圧振幅補正部270をさらに含む。
FIG. 6 is a functional block diagram functionally illustrating the detailed configuration of the overmodulation
電流フィルタ230は、座標変換部220によって算出されたd軸電流Idおよびq軸電流Iqを時間軸方向に平滑化する処理を実行する。これにより、センサ検出値に基づく実電流Id,Iqが、フィルタ処理された電流Idf,Iqfに変換される。そして、過変調PWM制御部201では、電流偏差ΔId,ΔIqは、フィルタ処理された電流Idf,Iqfを用いて算出される。すなわち、ΔId=Idcom−Idf,ΔIq=Iqcom−Iqfとされる。
The
電圧振幅補正部270は、電圧指令生成部240によって算出された、本来のd軸電圧指令値Vd♯およびq軸電圧指令値Vq♯に対して、モータ印加電圧の振幅を拡大するための補正処理を実行する。そして、電圧振幅補正部270による補正処理がなされた電圧指令に基づいて、座標変換部250およびPWM変調部260によりインバータ14のスイッチング制御信号S3〜S8が生成される。
Voltage
なお、過変調PWM制御の適用時には、電圧指令値Vd♯,Vq♯を2相−3相変換した各相電圧指令の振幅が、インバータ入力電圧(システム電圧VH)よりも大きくなる。この状態は、交流電圧指令の振幅が搬送波の振幅よりも大きくなった状態に相当する。しかしながら、インバータ14からは交流電動機M1に対してシステム電圧VHを超えた電圧を印加できないので、上記のような状態になると、電圧指令値Vd♯,Vq♯に対応する本来の変調率が確保できなくなる。
When the overmodulation PWM control is applied, the amplitude of each phase voltage command obtained by converting the voltage command values Vd # and Vq # into two-phase to three-phase becomes larger than the inverter input voltage (system voltage VH). This state corresponds to a state in which the amplitude of the AC voltage command is larger than the amplitude of the carrier wave. However, since the
そこで、電圧指令値Vd♯,Vq♯による交流電圧指令に対して、電圧印加区間が増大するように電圧振幅を拡大(×k倍,k>1)する補正処理を行なうことによって、電圧指令値Vd♯,Vq♯による本来の変調率を確保できる。なお、電圧振幅補正部270による電圧振幅の拡大比kは、この本来の変調率に基づいて理論的に導出できる。
Therefore, the voltage command value is obtained by performing a correction process for enlarging the voltage amplitude (× k times, k> 1) so that the voltage application interval is increased with respect to the AC voltage command using the voltage command values Vd # and Vq #. The original modulation rate by Vd # and Vq # can be secured. The voltage amplitude expansion ratio k by the voltage
図7は、図4に示した矩形波電圧制御部400の詳細な構成を機能的に説明する機能ブロック図である。図7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、PI演算部430と、矩形波発生器440と、信号発生部450とを含む。
FIG. 7 is a functional block diagram functionally illustrating the detailed configuration of the rectangular wave
電力演算部410は、電流センサ24によって検出される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。この際、検出されたモータ電流(iv,iw)から歪み成分を除去するためのフィルタ処理が併せて実行される。
The
Pmt=iu・Vu+iv・Vv+iw・Vw …(1)
トルク演算部420は、電力演算部410によって算出されたモータ電力Pmtと、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θから算出される角速度ωとを用いて、実際のトルクを示すトルク推定値Trqを下記(2)式に従って算出する。
Pmt = iu · Vu + iv · Vv + iw · Vw (1)
Trq=Pmt/ω …(2)
PI演算部430は、トルク指令値Trqcomに対するトルク偏差ΔTrq(ΔTrq=Trqcom−Trq)についてPI演算を行なうことにより制御偏差を算出し、その制御偏差に応じて矩形波電圧の位相φvを設定する。具体的には、正トルク発生(Trqcom>0)時には、トルク不足時には電圧位相を進める一方で、トルク過剰時には電圧位相を遅らせるとともに、負トルク発生(Trqcom<0)時には、トルク不足時には電圧位相を遅らせる一方で、トルク過剰時には電圧位相を進める。
Trq = Pmt / ω (2)
矩形波発生器440は、PI演算部430によって設定された電圧位相φv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450は、各相電圧指令値Vu,Vv,Vwに基づいてスイッチング制御信号S3〜S8を発生する。そして、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φvに従った矩形波パルスがモータの各相電圧として印加される。
The
なお、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、当該トルクセンサの検出値に基づいてトルク偏差ΔTrqを求めてもよい。
Note that a torque deviation ΔTrq may be obtained based on a detection value of the torque sensor by disposing a torque sensor instead of the
(矩形波電圧制御からPWM制御への切替)
図8は、トルク指令値Trqcomに対する実際のトルクの遅れを示す図である。図8を参照して、曲線k1は、トルク指令値Trqcomの時間推移を示し、曲線k2は、実際のトルクTrq(以下「実トルク」や「トルク推定値」とも称する。)の時間推移を示す。このトルク変化に応じて矩形波電圧制御からPWM制御(過変調PWM制御)へ制御モードが切替わるものとする。
(Switching from rectangular wave voltage control to PWM control)
FIG. 8 is a diagram showing an actual torque delay with respect to the torque command value Trqcom. Referring to FIG. 8, curve k1 represents a time transition of torque command value Trqcom, and curve k2 represents a time transition of actual torque Trq (hereinafter also referred to as “actual torque” or “torque estimated value”). . It is assumed that the control mode is switched from rectangular wave voltage control to PWM control (overmodulation PWM control) in accordance with this torque change.
図8に示されるように、ある時刻tにおいてトルク指令値TrqcomがA1のとき実トルクTrqがA2であるように、トルク指令値Trqcomに対して実トルクTrqの追従遅れ(トルク偏差)が発生する。そして、このトルクの追従遅れによって矩形波電圧制御からPWM制御(過変調PWM制御)への切替遅れが発生し、たとえば、トルクの追従遅れがない場合には点A1において矩形波電圧制御から過変調PWM制御へ切替わるところ、トルクの追従遅れが発生すると点Bにおいて矩形波電圧制御から過変調PWM制御へ切替わる。 As shown in FIG. 8, a follow-up delay (torque deviation) of the actual torque Trq occurs with respect to the torque command value Trqcom so that the actual torque Trq is A2 when the torque command value Trqcom is A1 at a certain time t. . Then, a switching delay from rectangular wave voltage control to PWM control (overmodulation PWM control) occurs due to this torque tracking delay. For example, when there is no torque tracking delay, the rectangular wave voltage control is overmodulated at point A1. When switching to PWM control, when a follow-up delay of torque occurs, switching from rectangular wave voltage control to overmodulation PWM control at point B occurs.
図9,図10は、矩形波電圧制御からPWM制御(過変調PWM制御)への切替遅れを説明する図である。図9,図10を参照して、曲線k5は、矩形波電圧制御時の電流ベクトルの軌跡を示し、曲線k6は、過変調PWM制御時の電流ベクトルの軌跡を示す。曲線k7(図10)は、矩形波電圧制御から過変調PWM制御への切替を行なう切替判定値(電流位相)を示す。矩形波電圧制御時、電流ベクトルは曲線k5上を移動し、電流位相が切替判定値に達すると、矩形波電圧制御から過変調PWM制御へ切替わる。 9 and 10 are diagrams for explaining the switching delay from rectangular wave voltage control to PWM control (overmodulation PWM control). Referring to FIGS. 9 and 10, a curve k5 shows a current vector locus during rectangular wave voltage control, and a curve k6 shows a current vector locus during overmodulation PWM control. A curve k7 (FIG. 10) shows a switching determination value (current phase) for switching from rectangular wave voltage control to overmodulation PWM control. During the rectangular wave voltage control, the current vector moves on the curve k5, and when the current phase reaches the switching determination value, the rectangular wave voltage control is switched to the overmodulation PWM control.
従来の切替制御では、矩形波電圧制御から過変調PWM制御への切替を行なう切替判定値にトルク指令値Trqcomが用いられる。したがって、トルク指令値Trqcomが曲線k6に達しても(点A1)、トルクの追従遅れにより実トルク(点A2)の電流位相は切替判定値にまだ達していないので矩形波電圧制御から過変調PWM制御への切替は行なわれない(図9)。 In conventional switching control, torque command value Trqcom is used as a switching determination value for switching from rectangular wave voltage control to overmodulation PWM control. Therefore, even when the torque command value Trqcom reaches the curve k6 (point A1), the current phase of the actual torque (point A2) has not yet reached the switching determination value due to the follow-up delay of the torque. Switching to control is not performed (FIG. 9).
そして、トルク指令値Trqcomが曲線k7で示される切替判定値に達すると(点B)、矩形波電圧制御から過変調PWM制御への切替が行なわれる。このように、本来、トルクの追従遅れがなければ図9に示す曲線k5と曲線k6との交点で矩形波電圧制御から過変調PWM制御への切替が行なわれるところ、トルクの追従遅れが発生すると、図10に示されるように矩形波電圧制御から過変調PWM制御への切替遅れが発生する。そして、この切替遅れは電流の乱れを発生させ、トルク制御を不安定にする。 When torque command value Trqcom reaches a switching determination value indicated by curve k7 (point B), switching from rectangular wave voltage control to overmodulation PWM control is performed. Thus, if there is essentially no torque tracking delay, switching from rectangular wave voltage control to overmodulation PWM control is performed at the intersection of curve k5 and curve k6 shown in FIG. As shown in FIG. 10, there is a delay in switching from rectangular wave voltage control to overmodulation PWM control. This switching delay causes current disturbance and makes torque control unstable.
そこで、この実施の形態1では、実トルクTrq(推定値)とトルク指令値Trqcomとの差(トルク偏差ΔTrq)の絶対値が所定値よりも大きいときは、トルク指令値Trqcomに所定値を加えた値を切替判定トルクとして設定し、その切替判定トルクから算出した電流位相を切替判定値として、矩形波電圧制御からPWM制御(過変調PWM制御)への切替を行なうこととしたものである。これにより、実トルクと切替判定トルクとの差を小さくすることができ、矩形波電圧制御から過変調PWM制御への切替遅れを抑制することができる。 Therefore, in the first embodiment, when the absolute value of the difference (torque deviation ΔTrq) between the actual torque Trq (estimated value) and the torque command value Trqcom is larger than the predetermined value, the predetermined value is added to the torque command value Trqcom. The switching value is set as the switching determination torque, and switching from the rectangular wave voltage control to the PWM control (overmodulation PWM control) is performed using the current phase calculated from the switching determination torque as the switching determination value. Thereby, the difference between the actual torque and the switching determination torque can be reduced, and the switching delay from the rectangular wave voltage control to the overmodulation PWM control can be suppressed.
図11は、矩形波電圧制御からPWM制御(過変調PWM制御)への切替判定に用いられる切替判定トルクを説明する図である。図11を参照して、曲線k3は、実トルクTrq(曲線k2)とトルク指令値Trqcom(曲線k1)との差の絶対値が所定値を超えたとき、すなわちトルク偏差ΔTrqが大きいときの切替判定トルクを示す。この曲線k3で示される切替判定トルクは、トルク指令値に上記所定値を加えたものである。なお、トルク偏差ΔTrqが所定値以下のときは、従来通りトルク指令値Trqcomが切替判定トルクに設定される。 FIG. 11 is a diagram illustrating a switching determination torque used for switching determination from rectangular wave voltage control to PWM control (overmodulation PWM control). Referring to FIG. 11, curve k3 is a switch when the absolute value of the difference between actual torque Trq (curve k2) and torque command value Trqcom (curve k1) exceeds a predetermined value, that is, when torque deviation ΔTrq is large. Indicates the judgment torque. The switching determination torque indicated by the curve k3 is obtained by adding the predetermined value to the torque command value. When torque deviation ΔTrq is less than or equal to a predetermined value, torque command value Trqcom is set as the switching determination torque as before.
図12は、矩形波電圧制御からPWM制御(過変調PWM制御)への切替遅れが抑制されることを示した図である。図12を参照して、曲線k8は、図11に示した曲線k3の切替判定トルクから算出した切替判定値(電流位相)を示す。図12に示されるように、トルク指令値Trqcomから算出した切替判定値(曲線k7)を用いる場合よりも矩形波電圧制御から過変調PWM制御への切替遅れが抑制される。 FIG. 12 is a diagram illustrating that a switching delay from rectangular wave voltage control to PWM control (overmodulation PWM control) is suppressed. Referring to FIG. 12, curve k8 indicates a switching determination value (current phase) calculated from the switching determination torque of curve k3 shown in FIG. As shown in FIG. 12, the switching delay from the rectangular wave voltage control to the overmodulation PWM control is suppressed as compared with the case where the switching determination value (curve k7) calculated from the torque command value Trqcom is used.
図13は、図4に示した制御モード切替部490における、矩形波電圧制御からPWM制御(過変調PWM制御)への切替に関する部分の機能ブロック図である。図13を参照して、制御モード切替部490は、切替判定トルク設定部510と、切替判定値算出部520と、実電流位相算出部530と、切替判定部540とを含む。
FIG. 13 is a functional block diagram of a portion related to switching from rectangular wave voltage control to PWM control (overmodulation PWM control) in control
切替判定トルク設定部510は、トルク指令値Trqcomとトルク偏差ΔTrqとを受ける。そして、切替判定トルク設定部510は、トルク偏差ΔTrqの絶対値を予め設定された上限値と比較し、トルク偏差ΔTrqの絶対値が上限値よりも大きい場合には、トルク指令値Trqcomに上記上限値を加えた値を切替判定トルクTrqcに設定する。一方、トルク偏差ΔTrqの絶対値が上限値以下のときは、トルク指令値Trqcomを切替判定トルクTrqcに設定する。
Switch determination
切替判定値算出部520は、切替判定トルク設定部510により設定された切替判定トルクTrqcから電流位相を算出し、その算出された電流位相を矩形波電圧制御からPWM制御(過変調PWM制御)への切替判定値φicとする。実電流位相算出部530は、V相電流iv、W相電流iwおよび回転角θに基づいて、実際の電流位相を示す実電流位相φiを算出する。そして、切替判定部540は、実電流位相φiを切替判定値φicと比較し、実電流位相φiが切替判定値φicよりも小さくなると、矩形波電圧制御から過変調PWM制御へ制御モードを切替える。
The switching determination
図14は、図1に示す制御装置30による、矩形波電圧制御からPWM制御(過変調PWM制御)への切替手順を示すフローチャートである。なお、このフローチャートの処理は、一定時間毎または所定の条件が成立する毎にメインルーチンから呼び出されて実行される。
FIG. 14 is a flowchart showing a switching procedure from rectangular wave voltage control to PWM control (overmodulation PWM control) by the
図14を参照して、制御装置30は、現在の制御モードが矩形波電圧制御モードか否かを判定する(ステップS5)。現在の制御モードが矩形波電圧制御モードでないと判定されると(ステップS5においてNO)、制御装置30は、以降の一連の処理を実行することなくステップS80へ処理を移行する。
Referring to FIG. 14,
ステップS5において現在の制御モードが矩形波電圧制御モードであると判定されると(ステップS5においてYES)、制御装置30は、トルク推定値Trqとトルク指令値Trqcomとの差(トルク偏差ΔTrq)の絶対値が予め設定された上限値よりも大きいか否かを判定する(ステップS10)。トルク偏差ΔTrqの絶対値が上限値以下であると判定されると(ステップS10においてNO)、制御装置30は、トルク指令値Trqcomを切替判定トルクに設定する(ステップS20)。一方、ステップS10においてトルク偏差ΔTrqの絶対値が上限値よりも大きいと判定されると(ステップS10においてYES)、制御装置30は、トルク指令値Trqcomにその上限値を加えた値を切替判定トルクに設定する(ステップS30)。
When it is determined in step S5 that the current control mode is the rectangular wave voltage control mode (YES in step S5),
次いで、制御装置30は、ステップS20またはS30において設定された切替判定トルクから、矩形波電圧制御からPWM制御(過変調PWM制御)への切替判定値φic(電流位相)を算出する(ステップS40)。さらに、制御装置30は、電流センサ24によって検出される実電流(V相電流iv,W相電流iw)および回転角センサ25によって検出される回転角θに基づいて実電流位相φiを算出する(ステップS50)。そして、制御装置30は、切替判定トルクから算出された切替判定値φicよりも実電流位相φiが小さいか否かを判定する(ステップS60)。
Next,
実電流位相φiが切替判定値φicよりも小さいと判定されると(ステップS60においてYES)、制御装置30は、矩形波電圧制御から過変調PWM制御へ制御モードを切替える(ステップS70)。一方、実電流位相φiが切替判定値φic以上であると判定されると(ステップS60においてNO)、制御装置30は、矩形波電圧制御から過変調PWM制御へ制御モードを切替えることなく、ステップS80へ処理を移行する。
When it is determined that actual current phase φi is smaller than switching determination value φic (YES in step S60),
以上のように、この実施の形態1においては、実トルクTrqとトルク指令値Trqcomとの差(トルク偏差ΔTrq)の絶対値が所定値よりも大きいとき、トルク指令値Trqcomに所定値を加えた値が切替判定トルクに用いられるので、切替判定トルクと実トルクとの乖離が抑制される。したがって、この実施の形態1によれば、矩形波電圧制御からPWM制御への切替遅れを抑制することができる。 As described above, in the first embodiment, when the absolute value of the difference (torque deviation ΔTrq) between actual torque Trq and torque command value Trqcom is larger than a predetermined value, a predetermined value is added to torque command value Trqcom. Since the value is used for the switching determination torque, the deviation between the switching determination torque and the actual torque is suppressed. Therefore, according to the first embodiment, the switching delay from the rectangular wave voltage control to the PWM control can be suppressed.
[変形例]
矩形波電圧制御では、モータの回転数(回転速度)が低いほど制御応答性が悪く、トルクの追従遅れが発生しやすい。そこで、図15に示すように、モータ回転数に応じて、切替判定トルクを設定するための上記上限値を可変としてもよい。具体的には、回転数が低いほど上記上限値を小さくし、上記の切替遅れ補償がより積極的に行なわれるようにしてもよい。
[Modification]
In rectangular wave voltage control, the lower the motor rotation speed (rotational speed), the worse the control response and the more likely the torque follow-up delay occurs. Therefore, as shown in FIG. 15, the upper limit value for setting the switching determination torque may be variable according to the motor rotation speed. Specifically, the upper limit value may be reduced as the rotational speed is lower, and the switching delay compensation may be more actively performed.
また、矩形波電圧制御では、システム電圧VHが低いほど制御応答性が悪く、トルクの追従遅れが発生しやすい。そこで、図16に示すように、システム電圧VHに応じて上記上限値を可変としてもよい。具体的には、システム電圧が低いほど上限値を小さくし、上記の切替遅れ補償がより積極的に行なわれるようにしてもよい。 Further, in the rectangular wave voltage control, the lower the system voltage VH, the worse the control response and the more likely the torque follow-up delay occurs. Therefore, as shown in FIG. 16, the upper limit value may be variable according to the system voltage VH. Specifically, the upper limit value may be decreased as the system voltage is lower, and the switching delay compensation may be more actively performed.
さらに、矩形波電圧制御では、トルクが大きいほど制御応答性が悪く、トルクの追従遅れが発生しやすい。そこで、図17に示すように、トルク指令値Trqcomに応じて上記上限値を可変としてもよい。具体的には、トルク指令値Trqcomが大きいほど上限値を小さくし、上記の切替遅れ補償がより積極的に行なわれるようにしてもよい。 Further, in the rectangular wave voltage control, the control response is worse as the torque is larger, and the follow-up delay of the torque is likely to occur. Therefore, as shown in FIG. 17, the upper limit value may be made variable in accordance with the torque command value Trqcom. Specifically, the upper limit value may be decreased as the torque command value Trqcom is increased, and the switching delay compensation may be more actively performed.
[実施の形態2]
この実施の形態2では、トルク指令値Trqcomに遅れフィルタ処理を施したフィルタ値が切替判定トルクに用いられる。これにより、切替判定トルクと実トルクとの乖離が実施の形態1よりも抑制され、矩形波電圧制御からPWM制御(過変調PWM制御)への切替遅れをさらに抑制することができる。
[Embodiment 2]
In the second embodiment, a filter value obtained by subjecting the torque command value Trqcom to delay filter processing is used as the switching determination torque. Thereby, the deviation between the switching determination torque and the actual torque is suppressed more than in the first embodiment, and the switching delay from the rectangular wave voltage control to the PWM control (overmodulation PWM control) can be further suppressed.
図18は、実施の形態2における切替判定トルクを説明する図である。図18を参照して、曲線k4は、曲線k1で示されるトルク指令値Trqcomに遅れフィルタ処理を施したフィルタ値を示す。なお、このフィルタ処理の時定数は、たとえば、図7に示した矩形波電圧制御における制御対象の伝達特性のカットオフ周波数ωcから算出することができる。 FIG. 18 is a diagram illustrating the switching determination torque in the second embodiment. Referring to FIG. 18, curve k4 represents a filter value obtained by subjecting torque command value Trqcom indicated by curve k1 to delay filter processing. Note that the time constant of this filter processing can be calculated from, for example, the cutoff frequency ωc of the transfer characteristic to be controlled in the rectangular wave voltage control shown in FIG.
図19は、矩形波電圧制御からPWM制御(過変調PWM制御)への切替遅れが抑制されることを示した図である。図19を参照して、曲線k9は、図18に示した曲線k4の切替判定トルクから算出した切替判定値(電流位相)を示す。図19に示されるように、トルク指令値Trqcomから算出した切替判定値(曲線k7)を用いる場合よりも矩形波電圧制御から過変調PWM制御への切替遅れが大幅に抑制される。 FIG. 19 is a diagram illustrating that a switching delay from rectangular wave voltage control to PWM control (overmodulation PWM control) is suppressed. Referring to FIG. 19, curve k9 represents a switching determination value (current phase) calculated from the switching determination torque of curve k4 illustrated in FIG. As shown in FIG. 19, the switching delay from the rectangular wave voltage control to the overmodulation PWM control is significantly suppressed as compared with the case where the switching determination value (curve k7) calculated from the torque command value Trqcom is used.
図20は、実施の形態2における制御装置30による、矩形波電圧制御からPWM制御(過変調PWM制御)への切替手順を示すフローチャートである。なお、このフローチャートの処理も、一定時間毎または所定の条件が成立する毎にメインルーチンから呼び出されて実行される。
FIG. 20 is a flowchart showing a switching procedure from rectangular wave voltage control to PWM control (overmodulation PWM control) by
図20を参照して、制御装置30は、現在の制御モードが矩形波電圧制御モードか否かを判定する(ステップS105)。現在の制御モードが矩形波電圧制御モードでないと判定されると(ステップS105においてNO)、制御装置30は、以降の一連の処理を実行することなくステップS190へ処理を移行する。
Referring to FIG. 20,
ステップS105において現在の制御モードが矩形波電圧制御モードであると判定されると(ステップS105においてYES)、制御装置30は、トルク指令値Trqcomに遅れフィルタ処理を施したフィルタ値を算出する(ステップS110)。そして、制御装置30は、トルク推定値Trqと上記フィルタ値との差の絶対値が予め設定された上限値よりも大きいか否かを判定する(ステップS120)。
If it is determined in step S105 that the current control mode is the rectangular wave voltage control mode (YES in step S105),
上記絶対値が上限値以下であると判定されると(ステップS120においてNO)、制御装置30は、ステップS110において算出されたフィルタ値を切替判定トルクに設定する(ステップS130)。一方、ステップS120において上記絶対値が上限値よりも大きいと判定されると(ステップS120においてYES)、制御装置30は、ステップS110において算出されたフィルタ値にその上限値を加えた値を切替判定トルクに設定する(ステップS140)。
If it is determined that the absolute value is equal to or lower than the upper limit value (NO in step S120),
なお、以降のステップS150,S160,S170,S180は、図14に示したフローチャートにおけるステップS40,S50,S60,S70とそれぞれ同じであるので、説明は繰返さない。 Since subsequent steps S150, S160, S170, and S180 are the same as steps S40, S50, S60, and S70 in the flowchart shown in FIG. 14, the description thereof will not be repeated.
以上のように、この実施の形態2においては、トルク指令値Trqcomに遅れフィルタ処理を施したフィルタ値が切替判定トルクに用いられるので、切替判定トルクと実トルクとの乖離が実施の形態1よりも抑制される。したがって、この実施の形態2によれば、矩形波電圧制御からPWM制御(過変調PWM制御)への切替遅れをさらに抑制することができる。 As described above, in the second embodiment, the filter value obtained by performing the delay filter process on the torque command value Trqcom is used as the switching determination torque, and therefore, the difference between the switching determination torque and the actual torque is different from that in the first embodiment. Is also suppressed. Therefore, according to the second embodiment, the switching delay from the rectangular wave voltage control to the PWM control (overmodulation PWM control) can be further suppressed.
なお、上記の各実施の形態では、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、モータ駆動制御システム100の直流電圧発生部10♯がコンバータ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♯は図1に示した構成には限定されない。また、インバータ入力電圧(システム電圧VH)が可変であることは必須ではなく、蓄電装置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。
In each of the above-described embodiments, as a preferable configuration example, DC
さらに、モータ駆動制御システム100の負荷となる交流電動機についても、上記の各実施の形態では、電動車両(ハイブリッド自動車や電気自動車等)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、本発明を適用可能である。
Furthermore, with respect to the AC motor serving as a load of the motor
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、上記した実施の形態の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 shown not by the above description of the embodiments but by the scope of claims for patent, and is intended to include meanings equivalent to the scope of claims for patent and all modifications within the scope.
5〜7 電力線、10,13 電圧センサ、10# 直流電圧発生部、11,24 電流センサ、12 コンバータ、14 インバータ、15 U相上下アーム、16 V相上下アーム、17 W相上下アーム、25 回転角センサ、30 制御装置、100 モータ駆動システム、200 正弦波PWM制御部、201 過変調PWM制御部、210 電流指令生成部、220,250 座標変換部、230 電流フィルタ、240 電圧指令生成部、260 PWM変調部、270 電圧振幅補正部、280 PWM制御部、400 矩形波電圧制御部、410 電力演算部、420 トルク演算部、430 PI演算部、440 矩形波発生器、450 信号発生部、490 制御モード切替部、510 切替判定トルク設定部、520 切替判定値(電流位相)算出部、530 実電流位相算出部、540 切替判定部、B 蓄電装置、SR1,SR2 システムリレー、C0,C1 平滑コンデンサ、Q1〜Q8 スイッチング素子、D1〜D8 ダイオード、L1 リアクトル、M1 交流電動機。 5-7 Power line, 10, 13 Voltage sensor, 10 # DC voltage generator, 11, 24 Current sensor, 12 Converter, 14 Inverter, 15 U phase upper and lower arm, 16 V phase upper and lower arm, 17 W phase upper and lower arm, 25 rotation Angle sensor, 30 control device, 100 motor drive system, 200 sine wave PWM control unit, 201 overmodulation PWM control unit, 210 current command generation unit, 220, 250 coordinate conversion unit, 230 current filter, 240 voltage command generation unit, 260 PWM modulation unit, 270 voltage amplitude correction unit, 280 PWM control unit, 400 rectangular wave voltage control unit, 410 power calculation unit, 420 torque calculation unit, 430 PI calculation unit, 440 rectangular wave generator, 450 signal generation unit, 490 control Mode switching unit, 510 switching determination torque setting unit, 520 switching determination value (current Phase) calculation unit, 530 actual current phase calculation unit, 540 switching determination unit, B power storage device, SR1, SR2 system relay, C0, C1 smoothing capacitor, Q1-Q8 switching element, D1-D8 diode, L1 reactor, M1 AC motor .
Claims (4)
パルス幅変調方式に従って前記インバータの制御指令を生成するパルス幅変調制御部と、
前記交流電動機をトルク指令値に従って動作させるように位相制御された矩形波電圧を前記交流電動機に印加するように前記制御指令を生成する矩形波電圧制御部と、
前記矩形波電圧制御部による矩形波電圧制御から前記パルス幅変調制御部によるパルス幅変調制御への切替判定に所定の切替判定トルクから算出される電流位相を用いて、前記矩形波電圧制御から前記パルス幅変調制御への切替を行なう制御モード切替部とを備え、
前記制御モード切替部は、前記トルク指令値に対するトルク偏差の絶対値が所定値以下のとき、前記切替判定トルクに前記トルク指令値を用い、前記トルク偏差の絶対値が前記所定値よりも大きいとき、前記トルク指令値に前記所定値を加えた値を前記切替判定トルクに用いる、交流電動機の制御装置。 A control device for an AC motor driven by an inverter,
A pulse width modulation control unit for generating a control command for the inverter according to a pulse width modulation method;
A rectangular wave voltage control unit that generates the control command so as to apply a rectangular wave voltage phase-controlled to operate the AC motor according to a torque command value, to the AC motor;
Using the current phase calculated from a predetermined switching determination torque for switching determination from rectangular wave voltage control by the rectangular wave voltage control unit to pulse width modulation control by the pulse width modulation control unit, from the rectangular wave voltage control to the A control mode switching unit for switching to pulse width modulation control,
The control mode switching unit uses the torque command value as the switching determination torque when the absolute value of the torque deviation with respect to the torque command value is less than or equal to a predetermined value, and A control device for an AC electric motor using a value obtained by adding the predetermined value to the torque command value as the switching determination torque.
正弦波パルス幅変調方式に従って前記制御指令を生成する正弦波パルス幅変調制御部と、
前記正弦波パルス幅変調方式よりも基本波成分の振幅を大きくするパルス幅過変調方式に従って前記制御指令を生成するパルス幅過変調制御部とを含み、
前記制御モード切替部は、前記切替判定トルクから算出される電流位相を用いて、前記矩形波電圧制御から前記パルス幅過変調制御部によるパルス幅過変調制御への切替を行なう、請求項1から請求項3のいずれかに記載の交流電動機の制御装置。 The pulse width modulation control unit
A sine wave pulse width modulation control unit for generating the control command according to a sine wave pulse width modulation method;
A pulse width overmodulation control unit that generates the control command according to a pulse width overmodulation scheme that increases the amplitude of the fundamental wave component than the sine wave pulse width modulation scheme;
The control mode switching unit switches from the rectangular wave voltage control to pulse width overmodulation control by the pulse width overmodulation control unit using a current phase calculated from the switching determination torque. The control apparatus for an AC motor according to claim 3.
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