JP2011004541A - Controller of ac motor - Google Patents
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Description
この発明は、交流電動機の制御装置に関し、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 device, 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
特許文献1では、交流電動機のトルク実績をフィードバックした、矩形波電圧の位相制御が行なわれる。しかしながら、このようなトルクフィードバック制御では、トルク指令値の変化時には、当該変化に伴うトルク偏差が検出されてから、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。したがって、トルク指令値の変化時における制御応答性には改善の余地がある。
In
一方で、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の運転状態によっても変化する。したがって、トルク指令値の変化に対しては、モータの運転状態を反映したフィードフォワード制御によって、電圧位相の変化量を直接求めることが好ましい。 On the other hand, 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 operating state of the motor represented by the rotation speed. Therefore, it is preferable to directly determine the amount of change in the voltage phase by feedforward control reflecting the motor operating state with respect to the change in the torque command value.
しかしながら、一般的に、矩形波電圧制御における電圧位相に対する出力トルクの変化は非線形特性を有することから、上記の様なフィードフォワード制御では、必要なトルク補償量に対応する電圧位相変化量を求める演算処理の複雑化、高負荷化が懸念される。 However, in general, since the change in output torque with respect to the voltage phase in the rectangular wave voltage control has a non-linear characteristic, in the feedforward control as described above, the calculation for obtaining the voltage phase change amount corresponding to the necessary torque compensation amount. There are concerns about the complexity and high load of processing.
さらに、広い電圧位相の変化領域(すなわち広範なトルク領域)に対応させて上記フィードフォワード制御を行うためには、上記非線形特性を反映した特別な制御処理が必要となることが懸念される。このような特別処理が複雑化すると、さらに演算処理の高負荷化を招いてしまう。 Furthermore, in order to perform the feedforward control corresponding to a wide voltage phase change region (that is, a wide torque region), there is a concern that a special control process reflecting the nonlinear characteristic is required. When such special processing becomes complicated, the load of arithmetic processing is further increased.
この発明は、このような問題点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、交流電動機に印加される矩形波電圧の電圧位相をトルク指令値に基づいて変化させるフィードフォワード制御について、演算処理の複雑化を招くことなく広いトルク制御範囲にわたって共通に適用できるような制御構成を提供することである。 The present invention has been made to solve such problems, and an object of the present invention is to feed forward a voltage phase of a rectangular wave voltage applied to an AC motor based on a torque command value. The purpose of the present invention is to provide a control configuration that can be commonly applied over a wide torque control range without complicating arithmetic processing.
この発明による交流電動機の制御装置は、インバータと、矩形波電圧制御部とを備える。インバータは、直流電圧を、交流電動機を回転駆動するための交流電圧に変換する。矩形波電圧制御部は、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制御するように構成される。矩形波電圧制御部は、線形近似部と、極性チェック部と、位相変化量演算部と、更新処理部と、繰返処理判定部とを備える。線形近似部は、交流電動機の所定のトルク特性式を電圧位相で微分した微分式に現在の電動機状態を代入したモデル式に従って、トルク特性式で示されるトルク特性線)上の第1の動作点における、電圧位相の変化に対するトルク変化の比である第1の傾きを算出するように構成される。極性チェック部は、線形近似部によって算出された第1の傾きの極性が想定されている極性と一致しているときには第1の傾きをそのまま維持する一方で、不一致のときには想定されている極性の所定値に第1の傾きを修正するように処理するように構成される。位相変化量演算部は、トルク指令値に基づいて第1の動作点におけるトルク補償量を算出するとともに、当該トルク補償量を極性チェック部によって処理された第1の傾きで除算することによって第1の位相変化量を算出するように構成される。更新処理部は、位相変化量演算部によって算出された第1の位相変化量に従って第1の動作点を更新するとともに、当該更新処理に応答して、線形近似部、極性チェック部および位相変化量演算部によって更新された第1の動作点における第1の位相変化量を算出する繰返処理を指示するように構成される。繰返処理判定部は、繰返処理の終了条件が成立するか否かを判定する。さらに、更新処理部は、終了条件が成立したと判定されたときに、その時点における更新された第1の動作点の電圧位相に基づいて、交流電動機の出力トルクをトルク指令値と合致させるための電圧位相の変化量を求めるように構成される。 The control apparatus for an AC motor according to the present invention includes an inverter and a rectangular wave voltage control unit. The inverter converts the DC voltage into an AC voltage for rotationally driving the AC motor. The rectangular wave voltage control unit is configured to control the voltage phase of the rectangular wave voltage applied from the inverter to the AC motor. The rectangular wave voltage control unit includes a linear approximation unit, a polarity check unit, a phase change amount calculation unit, an update processing unit, and a repetition processing determination unit. The linear approximation unit is a first operating point on the torque characteristic line (the torque characteristic line) according to a model expression obtained by substituting the current motor state into a differential expression obtained by differentiating a predetermined torque characteristic expression of the AC motor with a voltage phase. Is configured to calculate a first gradient that is a ratio of a torque change to a voltage phase change. The polarity check unit maintains the first slope when the polarity of the first slope calculated by the linear approximation section matches the assumed polarity, while maintaining the first slope when there is a mismatch. Processing is performed to correct the first slope to a predetermined value. The phase change amount calculation unit calculates a torque compensation amount at the first operating point based on the torque command value, and divides the torque compensation amount by the first slope processed by the polarity check unit. The phase change amount is calculated. The update processing unit updates the first operating point according to the first phase change amount calculated by the phase change amount calculation unit, and in response to the update process, the linear approximation unit, the polarity check unit, and the phase change amount A repetitive process for calculating the first phase change amount at the first operating point updated by the arithmetic unit is instructed. The repetitive process determination unit determines whether or not a repetitive process end condition is satisfied. Further, when it is determined that the end condition is satisfied, the update processing unit is configured to match the output torque of the AC motor with the torque command value based on the updated voltage phase of the first operating point at that time. The voltage phase change amount is determined.
好ましくは、極性チェック部は、交流電動機の回転方向に応じて、想定されている極性を変化させる。 Preferably, the polarity check unit changes the assumed polarity according to the rotation direction of the AC motor.
さらに好ましくは、繰返処理判定部は、第1の動作点の更新回数が所定回数に達すると、終了条件が成立したと判定する。あるいは、繰返処理判定部は、制御演算開始から所定時間が経過すると終了条件が成立したと判定する。 More preferably, the iterative process determination unit determines that the end condition is satisfied when the number of updates of the first operating point reaches a predetermined number. Alternatively, the repetitive processing determination unit determines that the end condition is satisfied when a predetermined time has elapsed from the start of the control calculation.
また、さらに好ましくは、繰返処理判定部は、更新処理部によって更新された第1の動作点における、トルク特性式に従って演算されたトルク値とトルク指令値との差が所定値より小さくなると、終了条件が成立したと判定する。あるいは、繰返処理判定部は、位相変化量演算部によって算出された第1の位相変化量の絶対値が所定の判定値よりも小さいと、終了条件が成立したと判定する。 Further preferably, when the difference between the torque value calculated according to the torque characteristic equation and the torque command value at the first operating point updated by the update processing unit is smaller than a predetermined value, It is determined that the end condition is satisfied. Alternatively, the iterative processing determination unit determines that the end condition is satisfied when the absolute value of the first phase change amount calculated by the phase change amount calculation unit is smaller than a predetermined determination value.
好ましくは、矩形波電圧制御部は、フィードバック制御部と、演算部とをさらに含む。フィードバック制御部は、トルク指令値に対するトルク偏差のフィードバックに基づいて矩形波電圧の電圧位相を制御するように構成される。演算部は、フィードバック制御部により設定された電圧位相と、更新処理部によって算出された変化量との和に従って、電圧位相の指令値を設定する。 Preferably, the rectangular wave voltage control unit further includes a feedback control unit and a calculation unit. The feedback control unit is configured to control the voltage phase of the rectangular wave voltage based on torque deviation feedback with respect to the torque command value. The calculation unit sets the voltage phase command value according to the sum of the voltage phase set by the feedback control unit and the amount of change calculated by the update processing unit.
また好ましくは、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、交流電動機に印加される矩形波電圧の電圧位相をトルク指令値に基づいて変化させるフィードフォワード制御について、演算処理の複雑化を招くことなく広いトルク制御範囲にわたって共通に適用できるような制御構成を提供することができる。 According to the present invention, feedforward control for changing the voltage phase of a rectangular wave voltage applied to an AC motor based on a torque command value can be commonly applied over a wide torque control range without incurring complication of arithmetic processing. Such a control configuration can be provided.
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、以下図中の同一または相当部分には同一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.
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。
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。
FIG. 1 is an overall configuration diagram of an AC motor control system according to an embodiment of the present invention.
Referring to FIG. 1,
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、燃料電池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 electric motor M1 is a driving electric motor that generates torque for driving driving wheels of an electric vehicle such as a hybrid vehicle, an electric vehicle, or a fuel cell 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
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
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。
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
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, an IGBT (Insulated Gate Bipolar Transistor), a power MOS (Metal Oxide Semiconductor) transistor, or a power bipolar transistor is used as a power semiconductor switching element (hereinafter simply referred to as “switching element”). Etc. can be used. Anti-parallel diodes D1 and D2 are arranged for switching elements Q1 and 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
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。
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
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。
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),
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
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。
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)および回転角速度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
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
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
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
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
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を上位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 host ECU,
(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
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
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 controls on / off of the switching element in each phase arm according to a voltage comparison between a sine wave voltage command value 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. 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
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
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PWM制御モード(正弦波PWM制御または過変調PWM制御)、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 (sine wave PWM control or overmodulation PWM control) for controlling 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 a 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 a correspondence relationship between the operation state of AC electric motor M1 and the above-described control mode.
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, the output of AC electric motor M1 is improved by applying overmodulation PWM control and rectangular wave voltage control. 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.
なお、矩形波電圧制御では、インバータ14でのスイッチング回数(スイッチング素子Q3〜Q8のオンオフ回数)が大幅に減少するので、スイッチング損失の低減による効率向上を図ることができる。したがって、状況によっては、正弦波PWM制御が適用可能な低出力の領域においても、矩形波電圧制御を積極的に選択するように制御モードを決定することも可能である。 In the rectangular wave voltage control, the number of times of switching in the inverter 14 (the number of times the switching elements Q3 to Q8 are turned on / off) is greatly reduced, so that efficiency can be improved by reducing switching loss. Therefore, depending on the situation, it is possible to determine the control mode so as to positively select the rectangular wave voltage control even in a low output region to which the sine wave PWM control can be applied.
(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 the rectangular wave voltage control of the AC motor M1. 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 output torque characteristic 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
なお、後述するように、トルク特性は、交流電動機M1の状態に応じて変化する。また、図4にも示されるように、電圧位相が小さい領域では、電圧位相の変化に対するトルク変化の極性が変化する領域が存在する。 As will be described later, the torque characteristics change according to the state of AC electric motor M1. In addition, as shown in FIG. 4, in the region where the voltage phase is small, there is a region where the polarity of the torque change with respect to the change in the voltage phase changes.
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、フィードバック制御部430と、フィードフォワード制御部440と、加算部450と、矩形波発生器460と、信号発生部470とを含む。
FIG. 5 is a functional block diagram for explaining a specific control configuration of rectangular wave voltage control.
Referring to FIG. 5, rectangular wave
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。そして、矩形波電圧制御の適用時には、図5に従う矩形波電圧制御が所定の制御周期毎に実行される。
Note that each functional block in FIG. 5 is realized by a control program executed by a predetermined program executed by the
電力演算部410は、電流センサ24によって検出された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
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から算出される回転角速度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
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
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。
フィードバック制御部430は、トルク偏差ΔTqに基づいて、所定ゲインによる比例積分(PI)演算を行なって制御偏差を求め、求められた制御偏差に応じて矩形波電圧位相のフィードバック項θfbを算出する。具体的には、図4にも示されるように、正トルク発生(Tqcom>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(Tqcom<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ように、フィードバック項θfbを算出する。
Based on the torque deviation ΔTq, the
フィードバック制御部430によれば、トルク偏差に基づくフィードバック制御により設定されるフィードバック項θfbが求められる。ただし、矩形波電圧制御では操作量が電圧位相のみとなるので、モータ印加電圧の振幅および位相を操作量とできるPWM制御と比較して、その制御応答性は相対的に低下する。さらに、電力演算部410における電力演算(式(1))の際には、検出されたモータ電流値からノイズ等を除去するためのフィルタ処理が不可避であるので、この点からもフィードバック制御のみで十分な制御応答性を確保することが困難となる。
According to the
フィードフォワード制御部440は、交流電動機M1の状態に関連した変数(以下、モータ変数とも称する)としての回転速度Nmおよびシステム電圧VHを反映して、トルク指令値Tqcomの変化に対応するためのフィードフォワード項θffを設定する。なお、回転速度Nmは、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から算出できる。また、システム電圧VHについては、電圧センサ13による検出電圧あるいは、その電圧指令値VH♯によって検知できる。
The
加算部450は、フィードバック制御部430によるフィードバック項θfbと、フィードフォワード制御部440によるフィードフォワード項θffとの加算に従って、矩形波電圧の位相指令に相当する電圧位相θvを設定する。
矩形波発生器460は、加算部450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
このように構成すると、トルク指令値Tqcomの変化にフィードフォワード制御で対応することによって制御応答性を高めることができる。さらに、フィードバック制御との組合せによって、オフセット的な定常偏差を解消することが可能となる。 If comprised in this way, control responsiveness can be improved by respond | corresponding to the change of torque command value Tqcom by feedforward control. Furthermore, the offset steady-state deviation can be eliminated by the combination with the feedback control.
しかしながら、フィードフォワード制御では、トルク指令値Tqcomおよびモータ変数の変化に対するフィードフォワード項θffの設定が問題となる。一般的に、交流電動機M1では、電圧位相に対するトルク変化(トルク特性)は非線形特性となるので、演算時間が制御周期内に収まるように、あるいは、各制御周期での演算負荷を過度に高めることなく、フィードフォワード項θffを求めることが課題となる。なお、上記非線形特性を事前にマップ化しておくことも可能であるが、制御精度向上のためにマップ点数を増加させればマップ用記憶データが膨大なものとなるため、ECUの記憶領域を過度に占有することが懸念される。 However, in the feedforward control, the setting of the feedforward term θff with respect to changes in the torque command value Tqcom and the motor variable becomes a problem. Generally, in AC motor M1, torque change (torque characteristics) with respect to voltage phase is a non-linear characteristic, so that the computation time is within the control cycle, or the computation load in each control cycle is excessively increased. However, it is a problem to obtain the feedforward term θff. Although it is possible to map the nonlinear characteristics in advance, if the number of map points is increased to improve the control accuracy, the map storage data becomes enormous. Concerned about occupying.
したがって、本実施の形態では、フィードフォワード制御部440を以下のように構成することにより、フィードフォワード制御に要する演算負荷および記憶データ容量の抑制を図る。
Therefore, in this embodiment, the
本実施の形態によるフィードフォワード制御の説明にあたり、まず、モータ状態を示すモータ変数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 the description of the feedforward control according to the present embodiment, first, the characteristics of the output torque with respect to the motor variable indicating the motor state and the voltage phase (hereinafter simply referred to as “torque characteristics”) will be described.
モータ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 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).
(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.
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.
(8)式から理解されるように、モータ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。すなわち、図4に示したトルク特性線は、式(9)を電圧位相−トルク平面上に表わしたものに相当する。そして、モータ変数VH,ωが変化すると、トルク特性線も変化することが理解される。なお、式(9)は、本発明での「トルク特性式」に対応する。 As understood from the equation (8), by substituting the motor variables VH and ω (Nm) indicating the motor state into the torque calculation equation, the relationship between the voltage phase θ and the torque T in the current operation state is 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 constants 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. That is, the torque characteristic line shown in FIG. 4 corresponds to the expression (9) on the voltage phase-torque plane. It is understood that when the motor variables VH and ω change, the torque characteristic line also changes. Equation (9) corresponds to the “torque characteristic equation” in the present invention.
さらに、上記式(9)を電圧位相θで微分することにより、現在のモータ状態および電圧位相における、電圧位相変化に対するトルク変化の比Ktlを演算するための、下記式(10)が導出される。 Further, by differentiating the above equation (9) by the voltage phase θ, the following equation (10) for calculating the ratio Ktl of the torque change to the voltage phase change in the current motor state and voltage phase is derived. .
図6には、フィードフォワード制御部440による線形近似に基づく位相変化量の演算動作が示される。
FIG. 6 shows a calculation operation of the phase change amount based on the linear approximation by the
図6を参照して、トルク特性線500は、式(9)に現在のモータ状態(モータ変数VH,ω)を代入することによって導出される。なお、図6は、トルク特性線500の一部を拡大して示したものである。
Referring to FIG. 6, torque
また、トルク特性線500上の各動作点における接線TLの傾きKtlは、式(10)に、式(9)と同一のモータ変数を代入したモデル式に従って求めることができる。当該モデル式は、本発明の「モデル式」に対応する。
In addition, the slope Ktl of the tangent TL at each operating point on the torque
今回の制御周期における演算開始時点における動作点Pa(電圧位相θ0)は、トルク特性線500上において、現在の電圧位相(すなわち、前回の制御周期で演算された電圧位相θv)に対応する動作点である。そして、上記モデル式に電圧位相θ0を代入することによって、動作点Paでの接線TLの傾きKtlが求められる。この傾きKtlは、動作点Paにおける、電圧位相の変化に対するトルク変化の比に対応する。すなわち、接線傾きKtlを求めることによって、電圧位相に対するトルク変化特性を線形近似することができる。
The operating point Pa (voltage phase θ0) at the start of calculation in the current control cycle is the operating point corresponding to the current voltage phase (that is, voltage phase θv calculated in the previous control cycle) on the torque
トルク指令値Tqcomが変化したときには、今回のトルク指令値Tqcomに対するトルク補償量ΔTtlを演算する。たとえば、トルク補償量ΔTtlは、今回のトルク指令値に対する前回のトルク指令値の差に従って求めることができる。あるいは、トルク補償量ΔTtlは、式(9)に従って演算したトルク値、または、トルク演算部420での演算値と、今回のトルク指令値との差によって求めてもよい。
When the torque command value Tqcom changes, a torque compensation amount ΔTtl for the current torque command value Tqcom is calculated. For example, the torque compensation amount ΔTtl can be obtained according to the difference between the current torque command value and the previous torque command value. Alternatively, the torque compensation amount ΔTtl may be obtained from the difference between the torque value calculated according to the equation (9) or the calculated value in the
そして、接線TL上において、現在の動作点Paからトルク補償量ΔTtlだけトルクを変化させるための位相変化量Δθを、傾きKtlに基づいて、下記式(11)に従って算出することができる。すなわち、傾きKtlは「第1の傾き」に対応し、Δθは、「第1の位相変化量」に対応する。 Then, on the tangent line TL, the phase change amount Δθ for changing the torque by the torque compensation amount ΔTtl from the current operating point Pa can be calculated according to the following equation (11) based on the gradient Ktl. That is, the slope Ktl corresponds to the “first slope”, and Δθ corresponds to the “first phase change amount”.
Δθ=ΔTtl/Ktl …(11)
図6に示されるように、位相変化量Δθだけ電圧位相を変化させたときの交流電動機M1の動作点(電圧位相θ1)は、実際には接線TL上の動作点Pcではなく、トルク特性線500上の動作点Pdとなる。そして、動作点Pdにおけるトルク値は、今回のトルク指令値Tqcomに対して、線形近似に起因する誤差(Tqcom−Trq)を有する。
Δθ = ΔTtl / Ktl (11)
As shown in FIG. 6, the operating point (voltage phase θ1) of AC electric motor M1 when the voltage phase is changed by phase change amount Δθ is not actually operating point Pc on tangent line TL, but a torque characteristic line. The operating point Pd is 500. The torque value at the operating point Pd has an error (Tqcom−Trq) due to linear approximation with respect to the current torque command value Tqcom.
トルク特性線500上で、本来は、今回のトルク指令値Tqcomには動作点Pbが対応する。すなわち、動作点Pbの電圧位相θqに対する電圧位相θ0(初期値)の位相差が、本来求められるべき位相変化量Δθに相当する。
On the torque
フィードフォワード制御部440は、接線の傾きによる線形近似演算を複数回繰返すことによって、位相変化量を正確に求めるように構成される。すなわち、動作点Pa(電圧位相θ0)における線形近似演算によって求められた電圧位相θ1に対応する、トルク特性線500上の動作点Pdを新たな動作点Pa♯として、同様の線形近似演算を再び実行する。すなわち、動作点Pa,Pa♯は、「第1の動作点」に対応する。
The
図7には、図6に引続いて実行される線形演算処理が示される。
図7を参照して、図6での動作点Pdを新たに動作点Pa♯として、図6で説明した動作点Paに対するのと同様の線形処理演算が実行される。
FIG. 7 shows a linear operation process executed subsequently to FIG.
Referring to FIG. 7, linear operation calculation similar to that for operating point Pa described in FIG. 6 is executed with operating point Pd in FIG. 6 as a new operating point Pa #.
すなわち、式(10)にモータ変数を代入した上記モデル式に従って、動作点Pa♯での接線TLの傾きKtlが新たに求められる。さらに、動作点Pa♯でのトルク値Trqが、式(10)に従って求められるとともに、トルク補償量ΔTtl=Tqcom−Trqが求められる。この結果、図6と同様に位相変化量Δθが求められるとともに、図6での動作点Pc,Pdに対応する動作点Pc♯,Pd♯を求めることができる。動作点Pc♯,Pd♯の電圧位相θ1は、図6での電圧位相θ1(図7での電圧位相θ0)よりも、本来の電圧位相θqに近くなる。 That is, the slope Ktl of the tangent line TL at the operating point Pa # is newly obtained according to the above model formula in which the motor variable is substituted into the formula (10). Further, torque value Trq at operating point Pa # is obtained according to equation (10), and torque compensation amount ΔTtl = Tqcom−Trq is obtained. As a result, the phase change amount Δθ can be obtained as in FIG. 6, and the operating points Pc # and Pd # corresponding to the operating points Pc and Pd in FIG. 6 can be obtained. The voltage phase θ1 of the operating points Pc # and Pd # is closer to the original voltage phase θq than the voltage phase θ1 in FIG. 6 (voltage phase θ0 in FIG. 7).
さらに、図7での動作点Pd♯を新たな動作点Pa♯とすることによって、次の線形演算処理が、図6および図7と同様に実行できる。このように、動作点Pa,Pa♯(電圧位相θ0)を更新するように線形近似演算を繰返すことによって、更新後の動作点Pa♯が本来の動作点Pbへ収束する。すなわち、現在の電圧位相(図6でのθ0)から電圧位相θq(動作点Pb)への位相変化量を、膨大なマップデータの記憶を伴うことなく、式(9)の非線形特性に従って求めることが可能となる。 Furthermore, by setting the operating point Pd # in FIG. 7 as a new operating point Pa #, the next linear arithmetic processing can be executed in the same manner as in FIGS. Thus, by repeating the linear approximation calculation so as to update the operating points Pa, Pa # (voltage phase θ0), the updated operating point Pa # converges to the original operating point Pb. That is, the amount of phase change from the current voltage phase (θ0 in FIG. 6) to the voltage phase θq (operating point Pb) is obtained according to the nonlinear characteristic of equation (9) without storing a huge amount of map data. Is possible.
図8は、フィードフォワード制御部440の機能ブロック図である。図8中の各機能ブロックについても、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. 8 is a functional block diagram of the
図8を参照して、フィードフォワード制御部440は、線形近似部442と、極性チェック部444と、位相変化量演算部445と、トルク演算部446と、更新処理部448と、繰返処理判定部447とを含む。
Referring to FIG. 8,
線形近似部442は、式(10)に現在のモータ変数(VH,Nm)を代入したモデル式に従って、更新処理部448から与えられた電圧位相θ0における接線の傾きKtlを求める。
The
トルク演算部446は、現在のモータ変数(VH,Nm)が代入された式(9)に従って、更新処理部448から与えられた電圧位相θ0におけるトルク値Trqを演算する。
The
極性チェック部444は、線形近似部442によって求められた接線の傾きKtlが、想定されている極性と一致しているか否かを判定するとともに、一致している場合には、線形近似部442が演算したKtlをそのまま位相変化量演算部445に対して出力する。
The
一方で、線形近似部442が演算したKtlが想定されている極性と不一致のときには、傾きKtlは、所定値kcに修正される(Ktl=kc)。そして、極性チェック部444は、修正された傾きKtlを位相変化量演算部445に対して出力する。ここで、所定値kcの極性は、上記想定される係数と同一である。
On the other hand, when Ktl calculated by the
位相変化量演算部445は、極性チェック部444によって処理された接線の傾きKtlと、トルク補償量ΔTtlとに基づいて、式(11)に従って位相変化量Δθを求める。トルク補償量ΔTtlは、トルク指令値Tqcomおよび/またはトルク演算部446によるトルク値Trqに基づいて求めされる。上述のように、1回目の線形近似演算では、トルク補償量ΔTtlを、トルク演算部446による演算を伴うことなく、トルク指令値Tqcomの変化量に従って求めてもよい。
The phase change
更新処理部448は、今回の制御周期での演算開始時点における電圧位相θv(すなわち、前回の制御周期で設定された電圧位相θv)を電圧位相θ0の初期値に設定するとともに、位相変化量演算部445によって位相変化量Δθが演算されるたびに、θ0を更新する(θ0←θ0+Δθ)。これによって、線形近似の対象となる動作点Pa,Pa♯(第1の動作点)が更新される。
The
繰返処理判定部447は、位相変化量演算部445によって位相変化量Δθが演算されるたびに、繰返処理を終了すべきか否かを判定する。そして、判定結果を示すフラグFrpが生成される。フラグFrpは、所定の終了条件が成立するとオンされる一方で、当該終了条件が成立するまではオフされる。
The iterative
たとえば、フラグFrpは、更新処理部448による動作点Pa,Pa♯の更新回数(すなわち、線形近似演算の繰返回数)が所定回数を超えたときにオンされる。あるいは、繰返回数そのものには制限を設けることなく演算を実行した上で、今回の制御周期の開始時点からの所定時間経過時に、フラグFrpをオンしてもよい。 For example, the flag Frp is turned on when the number of updates of the operating points Pa and Pa # by the update processing unit 448 (that is, the number of repetitions of the linear approximation calculation) exceeds a predetermined number. Alternatively, the calculation may be performed without limiting the number of repetitions, and the flag Frp may be turned on when a predetermined time has elapsed since the start of the current control cycle.
また、繰返処理判定部447は、位相変化量Δθが算出される毎に、|Δθ|が所定値εより小さいか否かを判定することによって、|Δθ|<εが成立するとフラグFrpをオンするように構成されてもよい。または、更新された電圧位相θ0に対応するトルク値Trqをトルク演算部446によって演算することによって、トルク値Trqとトルク指令値Tqcomとの偏差が所定値より小さくなったときにフラグFrpをオンしてもよい。
In addition, each time the phase change amount Δθ is calculated, the iterative
フラグFrpがオフされているときには、更新処理部448によって更新された電圧位相θ0を用いて、線形近似部442、極性チェック部444、トルク演算部446、および、位相変化量演算部445による位相変化量Δθの演算(線形近似演算)が実行される。すなわち、動作点Pa,Pa♯の更新に応答して、線形近似演算により更新後の動作点Pa,Pa♯での位相変化量Δθを演算する繰返処理が継続的に実行される。
When the flag Frp is off, the phase change by the
一方で、フラグFrpがオンされると、繰返処理は終了される。そして、その時点における更新後の電圧位相θ0が、フィードフォワード制御による目標位相とされる。したがって、フィードフォワード制御部440による位相変化量θffは、前回の制御周期で設定された電圧位相θvと、最終の更新後の動作点Pa♯の電圧位相θ0(最終値)との差で示され、θff=θ0(最終値)−θvに設定される。すなわち、θffは、今回の制御周期で繰返処理された線形近似演算の各々で求められた位相変化量Δθの積分値とも等しい。
On the other hand, when the flag Frp is turned on, the repetition process is terminated. The updated voltage phase θ0 at that time is set as a target phase by feedforward control. Therefore, phase change amount θff by
ここで、図9および図10を用いて、極性チェック部444の動作について説明する。
図9を参照して、トルク特性線500は、式(9)中のsin2θの項の影響により、電圧位相(絶対値)が小さい領域で極値をとる。すなわち、トルク特性線500の接線の傾きの極性(正/負)は同じではなく、他の領域とは異なり、電圧位相が大きくなるにつれてトルクが低下する反転領域600,610が存在する。
Here, the operation of the
Referring to FIG. 9, torque
ここで、反転領域600内の動作点Pxにおいて、トルク指令値TqcomがTyへ上昇したケースの制御動作を考察する。この場合には、トルク値Tyに対応する動作点Pyの電圧位相θyへ向けて電圧位相が変化するように、フィードフォワード制御が作用すべきである。
Here, the control operation in the case where the torque command value Tqcom has increased to Ty at the operating point Px in the
しかしながら、反転領域600ではトルク特性線500の接線の傾きが負であることから、図6〜図8で説明したような線形近似演算の繰返処理では、動作点Pwへ収束するように演算されてしまう可能性が高い。すなわち、電圧位相をθyへ近づけるようなフィードフォワード制御が困難である。
However, since the gradient of the tangent line of the torque
また、反転領域600を跨いでトルクを上昇させる場合、たとえば、動作点Pzからトルク指令値TqcomがTyへ上昇したケースにも、上述の線形近似演算の繰返処理では、動作点Pwへ収束するようにフィードフォワード制御が行なわれる可能性がある。
Further, when the torque is increased across the
すなわち、低トルク領域での反転領域600,610の存在によって、電圧位相の全領域にわたって、図6〜図8で説明したような線形近似演算の繰返処理を共通に適用したフィードフォワード制御が困難であることが理解される。
That is, due to the presence of the
なお、電圧位相の定義によっては、交流電動機M1の正回転時および逆回転時のそれぞれで、電圧位相−トルク特性の極性が反転する。たとえば、正回転時には図9の特性を示す一方で、逆回転時におけるトルク特性線500は、図10に示すように、電圧位相が大きくなるにつれてトルクが減少するようになる。ただし、図10においても、電圧位相の全領域にわたって電圧位相が大きくなるにつれてトルクは単調に減少するのではなく、電圧位相が大きくなるにつれてトルクが上昇する反転領域600♯,610♯が、図9の反転領域600,610と同様に存在する。
Depending on the definition of the voltage phase, the polarity of the voltage phase-torque characteristic is reversed each time the AC motor M1 rotates forward and reverse. For example, while showing the characteristics of FIG. 9 during forward rotation, the torque
ここで、式(9)から理解されるとおり、モータ変数(VH,ω)が変化するとトルク特性線500も変化するので、反転領域600,610(600♯,610♯)も変化する。また、式(9)中のモータ定数Ka,Kbの誤差も存在するので、反転領域600,610を正確に特定して演算に反映することは困難である。
Here, as understood from the equation (9), when the motor variable (VH, ω) changes, the torque
本実施の形態による矩形波電圧制御では、簡易な演算処理によって反転領域600,610(600♯,610♯)に対応するために、極性チェック部444を設けて線形近似演算の繰返処理を実行する。
In the rectangular wave voltage control according to the present embodiment, in order to deal with the
上述のように、図9において、反転領域600,610以外の領域では、トルク特性線500の接線の傾きは正であるから、想定されている極性は「正」である。したがって、極性チェック部444は、図9の反転領域600,610において、線形近似部442によって演算された傾きKtlが負値となると、傾きKtlを強制的に正の所定値kcに修正する。図9の例では、所定値kcは最低限、正値であることが必要である。たとえば、図9上でマクロに見た電圧位相に対するトルクの変化係数(全体的な右上がりの傾きに相当する値)とすればよい。
As described above, in FIG. 9, in the regions other than the
一方、図10(逆回転時)の場合には、反転領域600♯,610♯以外の領域では、トルク特性線500の接線の傾きは負であるから、想定されている極性は「負」である。したがって、極性チェック部444は、図10の反転領域600♯,610♯において、線形近似部442によって演算された傾きKtlが正値となると、傾きKtlを強制的に負の所定値kcに修正する。図9の例では、所定値kcは最低限、負値であることが必要である。たとえば、図9上でマクロに見た電圧位相に対するトルクの変化係数(全体的な左下がりの傾きに相当する値)とすればよい。
On the other hand, in the case of FIG. 10 (during reverse rotation), the slope of the tangent line of torque
図9,10の例では、傾きKtlの想定されている極性は、交流電動機M1の回転方向(正回転/逆回転)によって、「想定されている極性」および所定値kc(極性)を変える必要がある。ただし、電圧位相の定義によっては、図9および図10の一方のみが適用されるので、この場合には、電圧位相−トルク特性となって「想定されている極性」および所定値kc(極性)が固定される。 In the examples of FIGS. 9 and 10, the assumed polarity of the gradient Ktl needs to change the “assumed polarity” and the predetermined value kc (polarity) depending on the rotation direction (forward / reverse rotation) of the AC motor M1. There is. However, depending on the definition of the voltage phase, only one of FIG. 9 and FIG. 10 is applied. In this case, the voltage phase-torque characteristic is assumed and the “presumed polarity” and the predetermined value kc (polarity) are obtained. Is fixed.
上述のような極性チェック部444の処理を付加することによって、図9で説明したような問題点を回避して、反転領域600,610(600♯,610♯)が存在しても、一律に図6〜8で説明した線形近似演算の繰返処理によって、位相変化量Δθを正しく求めることができる。すなわち、広いトルク制御範囲にわたって共通の演算ロジック(図8に示したフィードフォワード制御部440の構成)を適用して、大きなマップデータの格納や、演算の複雑化および処理負荷の増大を招くことなく、フィードフォワード制御を実現することができる。
By adding the processing of the
次に図11〜図13によって、本発明の実施の形態による矩形波制御によるフィードフォワード制御を実現するための制御処理手順について説明する。なお、図11〜13の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。
Next, a control processing procedure for realizing feedforward control by rectangular wave control according to the embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. Each step of the flowcharts of FIGS. 11 to 13 can be realized by software processing by executing a predetermined program stored in advance by the
図11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のトルク指令値Tqcomを取得する。そして、制御装置30は、ステップS110により、トルク指令値Tqcomに対するトルク偏差ΔTqに基づくフィードバック制御演算によって、電圧位相制御のフィードバック項θfbを算出する。すなわち、ステップS110による処理は、図5のフィードバック制御部430の機能に対応する。
Referring to FIG. 11,
制御装置30は、さらに、ステップS200により、交流電動機M1の状態(モータ変数)およびトルク指令値Tqcomに基づいて、電圧位相制御のフィードフォワード項θffを設定する。すなわち、ステップS200による処理は、図5のフィードフォワード制御部440の機能に対応する。
In step S200,
さらに、制御装置30は、ステップS130では、フィードバック項θfbおよびフィードフォワード項θff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S130による処理は、図5の加算部450の機能に対応する。
Further, in step S130,
そして、制御装置30は、ステップS140により、ステップS130で演算された電圧位相θvに従ったインバータ制御指令、具体的には、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を生成する。ステップS140の処理は、図5の矩形波発生器460および信号発生部470の機能に対応する。
Then, in step S140,
図12には、図11のステップS200によるフィードフォワード項演算の詳細が示される。 FIG. 12 shows details of the feedforward term calculation in step S200 of FIG.
図12を参照して、制御装置30は、ステップS210では、現在のモータ状態(モータ変数の値)を読込むことによって、式(9)および式(10)の係数を算出する。さらに、制御装置30は、ステップS220により、現在の電圧位相θv(前回の制御周期で演算された電圧位相)を電圧位相θ0の初期値とする。すなわち、最初の動作点Paが決定される。
Referring to FIG. 12, in step S <b> 210,
そして、制御装置30は、ステップS230により、電圧位相θ0およびトルク指令値Tqcomに基づきトルク補償量ΔTtlを演算するとともに、トルク補償量ΔTtlに対応する位相変化量Δθを演算する。
In step S230,
図13には、図12のステップS230における位相変化量の演算処理の詳細が示される。 FIG. 13 shows details of the phase change amount calculation processing in step S230 of FIG.
図13を参照して、制御装置30は、ステップS231により、式(10)に従って、電圧位相θ0における接線の傾きKtlを演算する。すなわち、ステップS231による処理は、図5の線形近似部442の機能に対応する。
Referring to FIG. 13, in step S231,
さらに、制御装置30は、ステップS232では、ステップS231で演算された接線傾きKtlの極性が想定されている極性と一致しているか否かを判定する。そして、極性が一致するとき(S232のYES判定時)には、制御装置30は、ステップS233により、ステップS231で演算された傾きKtlをそのまま維持する。一方で、極性が不一致のとき(S232のNO判定時)には、制御装置30は、ステップS234により、傾きKtlを所定値kcに修正する。このとき、所定値kcは、ステップS232で演算された傾きKtlと極性が異なる。
Further, in step S232, the
このように、ステップS232〜234による処理は、図8の極性チェック部444の機能に対応する。なお、上述のように、ステップS232での「想定されている極性」は、電圧位相の定義によっては、交流電動機M1の回転方向(正回転/逆回転)によって変わる。
In this way, the processing in steps S232 to 234 corresponds to the function of the
さらに、制御装置30は、ステップS236により、今回のトルク指令値Tqcomに対するトルク補償量ΔTtlを演算するとともに、ステップS237により、トルク特性線500の接線TL上でトルク補償量ΔTtlを解消するための位相変化量Δθを求める。すなわち、Δθ=ΔTtl/Ktlが演算される。このように、ステップS236,238による処理は、図8の位相変化量演算部445の機能に対応する。
Further, in step S236,
再び図12を参照して、制御装置30は、ステップS240により、ステップS230で求めた位相変化量Δθに従って電圧位相θ0を更新する(θ0←θ0+Δθ)。さらに、制御装置30は、ステップS250により、式(9)に従って、トルク特性線500上における更新後の電圧位相θ0でのトルク値Tqを演算する。これにより、次回の線形近似演算の対象とされる動作点Pa,Pa♯(第1の動作点)が更新される。
Referring to FIG. 12 again, in step S240,
そして、制御装置30は、ステップS260により、所定の終了条件に従って、線形近似演算の繰返処理を終了すべきか否かを判定する。ステップS260による処理は、図5の繰返処理判定部447の機能に対応する。終了条件の成立時、すなわち、繰返処理判定部447によってフラグFrpがオンされるときには、ステップS260はYES判定とされる一方で、そうでないとき(フラグFrpのオン時)には、ステップS260はNO判定とされる。
In step S260,
ステップS260のNO判定時には、制御装置30は、ステップS240による更新後の電圧位相θ0を用いて、更新された動作点Pa,Pa♯を対象とした線形近似演算(ステップS230)を実行する。これにより、終了条件が成立するまで、動作点Pa,Pa♯(電圧位相θ0)の更新を伴った線形近似演算の繰返処理が実現される。
At the time of NO determination in step S260,
一方、ステップS260のYES判定時には、制御装置30は、ステップS270に処理を進めて、電圧位相θ0(第1の電圧位相)の最終値と、最初の電圧位相θv(ステップS220)との差に従って、フィードフォワード項θffを演算する。すなわち、フィードフォワード項θffは、今回の制御周期で繰返処理毎に算出された位相変化量Δθ(S230)の積分値と等しい。
On the other hand, when YES is determined in step S260,
このように、図11〜図13に示した制御処理手順によっても、図8に示したフィードフォワード制御を実現することができる。 As described above, the feedforward control shown in FIG. 8 can also be realized by the control processing procedure shown in FIGS.
以上説明したように本発明の実施の形態による交流電動機の制御装置によれば、交流電動機M1に印加される矩形波電圧の電圧位相をトルク指令値に基づいて変化させるフィードフォワード制御による位相変化量を、簡易な演算処理によって広いトルク制御範囲にわたって共通に求めることが可能である。これにより、膨大なマップデータの記憶を伴うことなく、広いトルク制御範囲にわたって共通の演算ロジックが適用されるフィードフォワード制御を実現することができる。これにより、制御装置30の記憶容量不足や、演算の複雑化による処理負荷の増大を回避することができる。
As described above, according to the control apparatus for an AC motor according to the embodiment of the present invention, the phase change amount by the feedforward control that changes the voltage phase of the rectangular wave voltage applied to the AC motor M1 based on the torque command value. Can be obtained in common over a wide torque control range by simple arithmetic processing. Thereby, it is possible to realize feedforward control in which common arithmetic logic is applied over a wide torque control range without enormous storage of map data. As a result, it is possible to avoid an insufficient storage capacity of the
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、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 the present embodiment, as a preferred configuration example, a configuration is shown in which DC
さらに、トルク特性式についても式(9)に限定されるものではない。すなわち、反映するモータ変数を含めて、他のトルク演算式によってトルク特性式(トルク特性線500)を構成することも可能である。すなわち、採用されたトルク特性式が非線形特性を有し、かつ、電圧位相の全範囲にわたって単調に増加/減少しない(すなわち、極値を有する)ものであれば、本実施の形態による矩形波電圧制御のフィードフォワード制御を適用することが可能である。 Further, the torque characteristic formula is not limited to the formula (9). That is, the torque characteristic formula (torque characteristic line 500) can be configured by other torque calculation formulas including the reflected motor variables. That is, if the employed torque characteristic equation has a non-linear characteristic and does not increase / decrease monotonously (that is, has an extreme value) over the entire range of the voltage phase, the rectangular wave voltage according to the present embodiment. It is possible to apply control feedforward control.
また、本実施の形態では、フィードフォワード制御とフィードバック制御との組合せを好ましい例として示したが、フィードバック制御との組合せが必然とされるものではない点につきても確認的に記載する。 Further, in the present embodiment, the combination of the feedforward control and the feedback control is shown as a preferable example, but the point that the combination with the feedback control is not necessarily described will be described in a confirming manner.
なお、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。 As for 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 in 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 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.
この発明は、矩形波電圧制御が適用される交流電動機制御に適用される。 The present invention is applied to AC motor control to which rectangular wave voltage control is applied.
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 U相アーム、16 V相アーム、17 W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 フィードバック制御部、440 フィードフォワード制御部、442 線形近似部、444 極性チェック部、445 位相変化量演算部、446 トルク演算部、447 繰返処理判定部、448 更新処理部、450 加算部、460 矩形波発生器、470 信号発生部、500 トルク特性線、600,600♯,610,610♯ 反転領域、ANG ロータ回転角、B 直流電源、C0,C1 平滑コンデンサ、D1〜D8 逆並列ダイオード、Frp フラグ(繰返終了条件)、iu,iv,iw 三相電流、Ka,Kb モータ定数、kc 所定値(傾き)、Ktl 傾き(接線)、L1 リアクトル、M1 交流電動機、Nm 回転速度、Pa,Pb,Pc,Pd,Pw,Px,Py,Pz 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、SE 信号、SR1,SR2 システムリレー、T トルク、TL 接線、Tq トルク推定値、Tqcom トルク指令値、Trq トルク値(トルク演算式)、Vb 直流電圧(バッテリ電圧)、VH 直流電圧(システム電圧)、VH♯ 電圧指令値、VH,ω モータ変数、Vu,Vv,Vw 各相電圧指令値、ΔTq トルク偏差(FB制御)、ΔTtl トルク補償量(FF制御)、Δθ 位相変化量、θ0 電圧位相(第1の電圧位相)、θ1,θq,θv,θy 電圧位相、θfb フィードバック項、θff フィードフォワード項、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 U-phase arm, 16 V-phase arm, 17 W-phase arm, 24 Current sensor, 25 Rotation angle Sensor, 30 control unit (ECU), 100 motor control system, 400 rectangular wave voltage control unit, 410 power calculation unit, 420 torque calculation unit, 425 deviation calculation unit, 430 feedback control unit, 440 feedforward control unit, 442 linear approximation Unit, 444 polarity check unit, 445 phase change amount calculation unit, 446 torque calculation unit, 447 repetitive processing determination unit, 448 update processing unit, 450 addition unit, 460 rectangular wave generator, 470 signal generation unit, 500 torque characteristic line , 600, 600 #, 610, 610 # Inversion region, ANG low Rotation angle, B DC power supply, C0, C1 smoothing capacitor, D1-D8 antiparallel diode, Frp flag (repetition end condition), iu, iv, iw three-phase current, Ka, Kb motor constant, kc predetermined value (slope) , Ktl slope (tangent), L1 reactor, M1 AC motor, Nm rotation speed, Pa, Pb, Pc, Pd, Pw, Px, Py, Pz operating point, Pmt motor power, Q1-Q8 power semiconductor switching element, S1 ~ S8 Switching control signal, SE signal, SR1, SR2 System relay, T torque, TL tangent, Tq torque estimated value, Tqcom torque command value, Trq torque value (torque calculation formula), Vb DC voltage (battery voltage), VH DC Voltage (system voltage), VH # voltage command value, VH, ω Motor variable, Vu, Vv, Vw Phase voltage command value, ΔTq torque deviation (FB control), ΔTtl torque compensation amount (FF control), Δθ phase change amount, θ0 voltage phase (first voltage phase), θ1, θq, θv, θy voltage phase, θfb feedback Term, θff feedforward term, ω electrical angular velocity.
Claims (8)
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制御するように構成された矩形波電圧制御部とを備え、
前記矩形波電圧制御部は、
前記交流電動機の所定のトルク特性式を電圧位相で微分した微分式に現在の電動機状態を代入したモデル式に従って、前記トルク特性式で示されるトルク特性線上の第1の動作点における、前記電圧位相の変化に対するトルク変化の比である第1の傾きを算出するように構成された線形近似部と、
前記線形近似部によって算出された前記第1の傾きの極性が想定されている極性と一致しているときには前記第1の傾きをそのまま維持する一方で、不一致のときには前記想定されている極性の所定値に前記第1の傾きを修正するように処理するための極性チェック部と、
トルク指令値に基づいて前記第1の動作点におけるトルク補償量を算出するとともに、当該トルク補償量を前記極性チェック部によって処理された前記第1の傾きで除算することによって第1の位相変化量を算出するように構成された位相変化量演算部と、
前記位相変化量演算部によって算出された前記第1の位相変化量に従って前記第1の動作点を更新するとともに、当該更新処理に応答して、前記線形近似部、前記極性チェック部および前記位相変化量演算部によって更新された前記第1の動作点における前記第1の位相変化量を算出する繰返処理を指示するように構成された更新処理部と、
前記繰返処理の終了条件が成立するか否かを判定する繰返処理判定部とを備え、
前記更新処理部は、さらに、前記終了条件が成立したと判定されたときに、その時点における更新された前記第1の動作点の電圧位相に基づいて、前記交流電動機の出力トルクを前記トルク指令値と合致させるための前記電圧位相の変化量を求めるように構成される、交流電動機の制御装置。 An inverter that converts a DC voltage into an AC voltage for rotationally driving an AC motor;
A rectangular wave voltage control unit configured to control a voltage phase of a rectangular wave voltage applied from the inverter to the AC motor;
The rectangular wave voltage control unit
The voltage phase at the first operating point on the torque characteristic line indicated by the torque characteristic equation according to a model equation in which the current motor state is substituted into a differential equation obtained by differentiating the predetermined torque characteristic equation of the AC motor with a voltage phase. A linear approximation unit configured to calculate a first slope that is a ratio of torque change to change in
When the polarity of the first gradient calculated by the linear approximation unit matches the assumed polarity, the first gradient is maintained as it is, while when the polarity does not match, the predetermined polarity of the assumed polarity is maintained. A polarity checker for processing to correct the first slope to a value;
A first phase change amount is calculated by calculating a torque compensation amount at the first operating point based on a torque command value and dividing the torque compensation amount by the first slope processed by the polarity check unit. A phase change amount calculation unit configured to calculate
Updating the first operating point according to the first phase change amount calculated by the phase change amount calculation unit, and in response to the update process, the linear approximation unit, the polarity check unit, and the phase change An update processing unit configured to instruct a repetition process for calculating the first phase change amount at the first operating point updated by a quantity calculation unit;
A repetition process determination unit that determines whether or not the end condition of the repetition process is satisfied,
When it is determined that the end condition is satisfied, the update processing unit further outputs an output torque of the AC motor based on the updated voltage phase of the first operating point at the time. A control apparatus for an AC motor configured to determine a change amount of the voltage phase for matching with a value.
前記トルク指令値に対するトルク偏差のフィードバックに基づいて前記矩形波電圧の電圧位相を制御するように構成されたフィードバック制御部と、
前記フィードバック制御部により設定された前記電圧位相と、前記更新処理部によって算出された前記変化量との和に従って、前記電圧位相の指令値を設定する演算部とをさらに含む、請求項1〜6のいずれか1項記載の交流電動機の制御装置。 The rectangular wave voltage control unit
A feedback control unit configured to control a voltage phase of the rectangular wave voltage based on feedback of a torque deviation with respect to the torque command value;
The calculation part which further sets the command value of the said voltage phase according to the sum of the said voltage phase set by the said feedback control part and the said variation | change_quantity calculated by the said update process part is further included. The control apparatus of the alternating current motor of any one of these.
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