JP2012249459A - Motor control device - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、電流指令ベクトルに応じた電流をモータに通電することによりモータの駆動を制御するモータ制御装置に係り、特にトルク制御を適正化したモータ制御装置に関するものである。 The present invention relates to a motor control device that controls driving of a motor by passing a current corresponding to a current command vector to the motor, and more particularly to a motor control device that optimizes torque control.
IPMモータ(Interior Permanent Magnet Motor)を始めとする逆突極性を有する同期モータの駆動を制御するモータ制御装置は、所望のトルクを発生させる電流指令ベクトルを生成し、この電流指令ベクトルに対応する電流を電源からモータに通電することによりモータの駆動を制御する装置である。電流指令ベクトルは、IPMモータの三相各相に流す電流を、回転子に配置された永久磁石の磁束の方向であるd軸電流成分とd軸に直交するq軸電流成分との二つのベクトル成分に変換して、d軸電流成分及びq軸電流成分をこれらの合成ベクトルで表現したものである。一般的に、d軸電流成分はd軸電流指令で表現され、q軸電流成分はq軸電流指令で表現され、電流指令ベクトルの向きはベクトルとq軸とのなす角度である電流位相角で表現される。モータへ通電すると、永久磁石の磁束に起因するマグネットトルクと、d軸インダクタンスとq軸インダクタンスの差に起因するリラクタンストルクとを合わせた総合トルクが発生する。この総合トルクは、電流指令ベクトルの大きさ(すなわちモータに流れる電流値)が同じであっても、ベクトルの向き(すなわち電流位相角)によって変化するものである。 A motor control device that controls driving of a synchronous motor having a reverse saliency such as an IPM motor (Interior Permanent Magnet Motor) generates a current command vector for generating a desired torque, and a current corresponding to the current command vector. Is a device that controls driving of the motor by energizing the motor from the power source. The current command vector includes two vectors, a d-axis current component that is the direction of the magnetic flux of the permanent magnet disposed in the rotor and a q-axis current component that is orthogonal to the d-axis, for the current that flows in each phase of the IPM motor. These are converted into components, and the d-axis current component and the q-axis current component are expressed by these combined vectors. In general, the d-axis current component is expressed by a d-axis current command, the q-axis current component is expressed by a q-axis current command, and the direction of the current command vector is a current phase angle that is an angle formed by the vector and the q-axis. Expressed. When the motor is energized, a total torque is generated by combining the magnet torque caused by the magnetic flux of the permanent magnet and the reluctance torque caused by the difference between the d-axis inductance and the q-axis inductance. This total torque varies depending on the direction of the vector (that is, the current phase angle) even if the magnitude of the current command vector (that is, the current value flowing through the motor) is the same.
この種のモータ制御装置の一例として特許文献1には、トルク指令に対応する値の総合トルクを発生させ得る電流指令ベクトルを示すd軸電流指令及びq軸電流指令を生成する電流指令生成部と、d軸及びq軸の電流指令に応じた電流をモータに通電する通電制御部とを備えたモータ制御装置が開示されている。電流指令生成部は、電流位相角の示す方向を向く複数の電流指令ベクトルのうち、トルク指令に対応する値の総合トルクを得られる電流指令ベクトルを示すd軸電流指令及びq軸電流指令を算出する。具体的には、特許文献1の段落0034〜0042に例示されるように、モータの極体数や誘起電圧定数、d軸インダクタンス、q軸インダクタンスが既知であることから、これら既知の定数とトルク指令と電流位相角とをパラメータとする関数により算出する。
As an example of this type of motor control device,
なお、特許文献2には、トルク指令及びモータ回転数がそれぞれ或る値であるという条件の下において効率が最大となる電流位相角を求める技術の一例が開示されている。
Note that
ところが、上記特許文献に開示のものを始めとして従来のモータ制御装置は、d軸及びq軸のインダクタンスを予め同定した固定値としてd軸及びq軸の電流指令を生成するものの、実際のインダクタンスはモータに流れる電流値によって変化するため、固定値に基づき生成したd軸及びq軸の電流指令によって発生するトルクと、トルク指令の指示する所望のトルクとに誤差が生じてしまい、トルク制御の精度が低減してしまう。 However, although conventional motor control devices including those disclosed in the above-mentioned patent documents generate d-axis and q-axis current commands as fixed values in which the d-axis and q-axis inductances are identified in advance, the actual inductance is Since it varies depending on the current value flowing through the motor, an error occurs between the torque generated by the d-axis and q-axis current commands generated based on the fixed value and the desired torque indicated by the torque command, and the accuracy of torque control Will be reduced.
また、トルク制御の精度低下は、例えば特許文献2に例示されるような、トルク指令及びモータ回転数がそれぞれ或る値であるという条件の下において効率が最大となる電流位相角を求める技術を適用し、求めた電流位相角とトルク指令とによって電流指令を生成するように構成した場合には、トルク指令の指示する目標トルクと、実際にモータに発生する実トルクとに誤差が生じることで、最大効率点から外れて効率が損なわれる事態を招来してしまう。
Moreover, the accuracy reduction of torque control is, for example, a technique for obtaining a current phase angle that maximizes efficiency under the condition that the torque command and the motor rotational speed are each a certain value, as exemplified in
本発明は、このような課題に着目してなされたものであって、その目的は、電流によるインダクタンス変動に追従した電流指令を生成して、所望のトルクと実際に発生するトルクとの誤差を低減又は無くして、トルク制御の精度を向上させたモータ制御装置を提供することである。 The present invention has been made paying attention to such problems, and its purpose is to generate a current command that follows the inductance variation due to the current, and to calculate the error between the desired torque and the actually generated torque. It is an object of the present invention to provide a motor control device that improves the accuracy of torque control by reducing or eliminating it.
本発明は、かかる目的を達成するために、次のような手段を講じたものである。 In order to achieve this object, the present invention takes the following measures.
すなわち、本発明のモータ制御装置は、d軸インダクタンス及びq軸インダクタンスに起因するリラクタンストルクと永久磁石の磁束に起因するマグネットトルクとを合わせた総合トルクを発生させる電流指令ベクトルをトルク指令に応じて決定し、電流指令ベクトルに対応する電流をモータに通電することにより前記モータの駆動を制御するモータ制御装置であって、前記電流指令ベクトルの向きを示す電流位相角と前記トルク指令とを入力し、前記電流位相角の示す方向を向く複数の電流指令ベクトルのうち、前記トルク指令に対応する前記総合トルクを発生させ得る電流指令ベクトルを示すd軸電流指令及びq軸電流指令を生成する電流指令生成部と、前記電流指令生成部から出力されたd軸及びq軸の電流指令に対応する電流を前記モータに通電する通電制御部とを備え、前記電流指令生成部は、前記モータに流れる電流値に応じて変化するd軸及びq軸のインダクタンスを前記電流値に関連付けたインダクタンス情報を予め設定しておき、前記d軸及びq軸の電流指令を生成するにあたり、既に出力したd軸及びq軸の電流指令によって前記モータに流れたとみなせる電流値に対応するd軸及びq軸のインダクタンスを用いて前記d軸及びq軸の電流指令を生成するように構成されていることを特徴とする。 That is, the motor control device of the present invention generates a current command vector for generating a total torque that combines the reluctance torque caused by the d-axis inductance and the q-axis inductance and the magnet torque caused by the magnetic flux of the permanent magnet according to the torque command. A motor control device that controls driving of the motor by energizing the motor with a current corresponding to the current command vector, and inputs a current phase angle indicating the direction of the current command vector and the torque command. Current command for generating a d-axis current command and a q-axis current command indicating a current command vector capable of generating the total torque corresponding to the torque command among a plurality of current command vectors directed in the direction indicated by the current phase angle A current corresponding to the d-axis and q-axis current commands output from the generator and the current command generator. The current command generator pre-sets inductance information in which the d-axis and q-axis inductances that change according to the current value flowing through the motor are associated with the current value. In generating the d-axis and q-axis current commands, the d-axis and q-axis inductances corresponding to the current values that can be considered to have flowed to the motor by the already-output d-axis and q-axis current commands are used. The d-axis and q-axis current commands are configured to be generated.
このような構成によれば、既に出力したd軸及びq軸の電流指令によってモータに流れたとみなせる電流値に関連付けられたd軸及びq軸のインダクタンス、すなわち現時点でモータに流れているであろう電流値に応じたd軸及びq軸のインダクタンスを用いてd軸及びq軸の電流指令を生成するので、電流によるインダクタンス変動に追従してd軸及びq軸の電流指令を生成することができ、インダクタンスを固定値として電流指令を生成する場合に比べて、トルク指令に対応するトルクと実際に発生するトルクとの誤差を低減又は無くして、トルク制御の精度を向上させることが可能となる。 According to such a configuration, the d-axis and q-axis inductances associated with the current values that can be considered to have flowed to the motor by the d-axis and q-axis current commands that have already been output, that is, the current will flow to the motor. Since the d-axis and q-axis current commands are generated using the d-axis and q-axis inductances according to the current value, the d-axis and q-axis current commands can be generated following the inductance variation due to the current. As compared with the case where the current command is generated with the inductance as a fixed value, the error between the torque corresponding to the torque command and the actually generated torque can be reduced or eliminated, and the accuracy of torque control can be improved.
演算能力の乏しい廉価な演算器でも上記インダクタンス変動に追従した制御を実現すると共に、制御の応答性を向上させるためには、前記電流指令生成部は、前記トルク指令及び前記電流位相角を入力し、入力した電流位相角の示す方向を向き且つ入力したトルク指令に対応する前記総合トルクを発生させ得る電流指令ベクトルの大きさを示す電流指令値を生成する電流指令値生成部と、生成された電流指令値と前記電流位相角とに基づき前記d軸電流指令、前記q軸電流指令をそれぞれ生成するd軸電流指令生成部及びq軸電流指令生成部とを備え、前記電流指令値生成部は、前記トルク指令と前記電流位相角と電流値とを入力パラメータとして前記電流指令値を算出し、算出した電流指令値を前記モータに流れたとみなせる電流値として前記入力パラメータにフィードバックし、前記トルク指令及び前記電流位相角を固定した状態で算出を繰り返したとした場合に、演算結果が収束したとき又は収束したとみなせるときの電流指令値を前記トルク指令と前記電流位相角とに関連付けた電流指令値データを実測又は磁気解析に基づき予め設定しておき、前記電流指令値データにおいて前記トルク指令と前記電流位相角とに関連付けられている電流指令値を出力するように構成されていることが望ましい。 In order to achieve control that follows the above-described inductance variation even with an inexpensive arithmetic unit with low calculation capability, the current command generation unit inputs the torque command and the current phase angle in order to improve control response. A current command value generating unit that generates a current command value indicating a magnitude of a current command vector that can generate the total torque corresponding to the input torque command and that is directed in the direction indicated by the input current phase angle; A d-axis current command generation unit and a q-axis current command generation unit configured to generate the d-axis current command and the q-axis current command, respectively, based on a current command value and the current phase angle; The current command value is calculated using the torque command, the current phase angle, and the current value as input parameters, and the calculated current command value is regarded as a current value that can be regarded as flowing to the motor. When the calculation is repeated with the torque command and the current phase angle fixed while feeding back to the input parameters, the current command value when the calculation result converges or can be regarded as converged is the torque command and the current command value. Current command value data associated with the current phase angle is preset based on actual measurement or magnetic analysis, and the current command value associated with the torque command and the current phase angle is output in the current command value data. It is desirable to be configured as described above.
既存構成の一部を改良するだけで、容易に上記インダクタンス変動に追従した制御を実現するためには、前記電流指令生成部は、前記トルク指令及び前記電流位相角を入力し、入力した電流位相角の示す方向を向き且つ入力したトルク指令に対応する前記総合トルクを発生させ得る電流指令ベクトルの大きさを示す電流指令値を生成する電流指令値生成部と、生成された電流指令値と前記電流位相角とに基づき前記d軸電流指令、前記q軸電流指令をそれぞれ生成するd軸電流指令生成部及びq軸電流指令生成部とを備え、前記電流指令値生成部は、d軸及びq軸のインダクタンスと電流位相角とで定まるリラクタンストルクに関する係数を取得する係数取得部を有し、前記係数取得部で取得したリラクタンストルクに関する係数及び前記トルク指令を少なくとも用いて前記電流指令値を算出して出力するように構成されており、前記係数取得部は、或る電流値に応じたd軸及びq軸のインダクタンスの下に定まる前記リラクタンストルクに関する係数と当該係数の算出の基礎となる電流位相角とを電流値に関連付けた係数情報を実測又は磁気解析に基づき予め設定しておくとともに、出力した電流指令値を前記モータに流れたとみなせる電流値として前記係数取得部にフィードバック入力するようにし、前記係数情報においてフィードバック入力した電流値と電流位相角とに対応する前記係数を取得するように構成されていることが好ましい。 In order to easily realize control that follows the above-described inductance variation by simply improving a part of the existing configuration, the current command generation unit inputs the torque command and the current phase angle, and inputs the current phase A current command value generating unit that generates a current command value indicating a magnitude of a current command vector that is capable of generating the total torque corresponding to the torque command that is directed in the direction of the angle, and the generated current command value; A d-axis current command generation unit and a q-axis current command generation unit that generate the d-axis current command and the q-axis current command based on a current phase angle, respectively. A coefficient acquisition unit that acquires a coefficient related to the reluctance torque determined by the inductance of the shaft and the current phase angle, and the coefficient related to the reluctance torque acquired by the coefficient acquisition unit and the torque The reluctance torque is determined under the d-axis and q-axis inductances corresponding to a certain current value. Coefficient information relating the current value and the current phase angle that is the basis for calculating the coefficient to the current value is set in advance based on actual measurement or magnetic analysis, and the current that can be regarded as having flowed to the motor It is preferable that feedback is input to the coefficient acquisition unit as a value, and the coefficient corresponding to the current value and the current phase angle input in feedback in the coefficient information is acquired.
上記モータ制御装置の効率を向上させる一つの好適な適用例としては、前記モータの回転数を検知する回転数検出部と、前記回転数検出部で検出した回転数の下にトルク指令に対応する前記総合トルクを発生させ得る複数の電流指令ベクトルのうち効率が最大となる電流指令ベクトルの電流位相角を決定する位相角決定部とを備え、前記電流指令生成部は、前記位相角決定部が決定した電流位相角に基づき前記d軸及びq軸の電流指令を生成することが挙げられる。 As a preferred application example for improving the efficiency of the motor control device, a rotation speed detection unit that detects the rotation speed of the motor, and a torque command that corresponds to the rotation speed detected by the rotation speed detection unit. A phase angle determination unit that determines a current phase angle of a current command vector having the maximum efficiency among a plurality of current command vectors capable of generating the total torque, and the current command generation unit includes: The d-axis and q-axis current commands are generated based on the determined current phase angle.
本発明は、以上説明したように、既に出力したd軸及びq軸の電流指令によってモータに流れたとみなせる電流値、すなわち現時点でモータに流れているであろう電流値に応じたd軸及びq軸の電流指令を生成するように構成したので、電流によるインダクタンス変動に追従して電流指令を生成でき、インダクタンスを固定値として電流指令を生成する場合に比べて、トルク指令に対応するトルクと実際に発生するトルクとの誤差を低減又は無くして、トルク制御の精度を向上させることができる。したがって、モータ制御装置の制御精度を向上させることが可能となる。 As described above, according to the present invention, the current value that can be considered to have flowed to the motor by the d-axis and q-axis current commands that have already been output, i. Since the shaft current command is generated, the current command can be generated following the inductance variation due to the current. Compared to the case where the current command is generated with the inductance as a fixed value, the torque corresponding to the torque command is actually generated. The accuracy of torque control can be improved by reducing or eliminating an error from the torque generated in the control. Therefore, the control accuracy of the motor control device can be improved.
以下、本発明の一実施形態に係るモータ制御装置を、図面を参照して説明する。 Hereinafter, a motor control device according to an embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings.
図5に示すように、このモータ制御装置の制御対象であるIPMモータ1(Interior Permanent Magnet)は、周知のとおり永久磁石11aを埋め込んだ回転子11と、三相交流を通電することにより回転磁界φ’を発生させる固定子12とからなり、逆突極性を有する磁石内装型モータである。このモータ1に通電する三相の電流を、図5及び図6に示すように、永久磁石11aが発生する磁束の方向であるd軸電流成分Id及びd軸に直交するq軸電流成分Iqの二つの電流成分に変換して表現し、これら二つの電流成分の合成ベクトルを電流指令ベクトルYとして表現する。電流指令ベクトルYの向きは、ベクトルYとq軸とのなす角度で表現でき、この角度を以下、電流位相角βや単に位相角βと呼ぶ。このモータ1では、図7に示すように、永久磁石の磁束に起因するマグネットトルクと、d軸インダクタンスとq軸インダクタンスの差に起因するリラクタンストルクとを合わせた総合トルクがモータへの通電によって発生する。この総合トルクは、図中に示されるように、電流指令ベクトルの大きさ(すなわちモータに流れる電流値)が同じであっても、ベクトルの向き(すなわち電流位相角)によって変化するものである。
As shown in FIG. 5, an IPM motor 1 (Interior Permanent Magnet) which is a control target of this motor control device is a rotating magnetic field by energizing a
モータ制御装置は、図1に示すように、図6に示す電流指令ベクトルYに応じてモータ1の駆動を制御する装置であり、トルク指令Trefに対応する値の総合トルクをモータ1に発生させ得る電流指令ベクトルを示すd軸電流指令Id及びq軸電流指令Iqを生成する電流指令生成ブロック2と、この電流指令生成ブロック2から出力されたd軸電流指令Id及びq軸電流指令Iqに対応する電流をモータ1に通電する通電制御部3とを有している。
As shown in FIG. 1, the motor control device controls the drive of the
通電制御部3は、d軸電流指令Id及びq軸電流指令Iqに基づき三相電流指令uvwを生成する電流制御部30と、電流制御部30で生成された三相電流指令uvwに応じた電流を電源4からモータ1に通電する主回路部31とを有する。
Power supply controller 3, a
電流制御部30は、主回路部31からモータ1に通電される電流を電流検知部3aを介して検出し、検出した電流がd軸電流指令Id及びq軸電流指令Iqに対応する電流となるようにフィードバック制御を行う。主回路部31は、PWM制御を用いて三相電流指令uvwに応じた三相の電流を電源からモータ1に通電する。これらの各部30、31は周知のものと同様であるため、その構成及び動作の詳細な説明は省略する。
The
電流指令生成ブロック2は、ブロック外部から指示されたトルク指令Trefに対応するトルクを発生させる電流指令ベクトルを示すd軸電流指令Id及びq軸電流指令Iqを生成するものであるが、これを実装するにあたり、以下の要求に対応する必要がある。
The current
すなわち、図1及び図5に示すように、モータ1の回転により発生する誘起電圧は、モータ1の永久磁石11aが発生する磁束及びモータ1の回転数に比例して増大し、電源4からモータ1への通電に印加する電源電圧Vbatがモータ1の誘起電圧よりも高くなければ電流を流せずに制御不能となるので、誘起電圧が電源電圧Vbatを越えないように抑制する必要がある。特に、電源4にバッテリを適用するなど電源電圧Vbatに変動が生じる場合には、電源電圧Vbatの変動を考慮して誘起電圧を抑制する必要がある。誘起電圧を抑制するために、図6(a)に示すように、電流指令ベクトルYのうちd軸電流成分Idにより生じる磁束φdで永久磁石により生じる磁束φMGの一部を相殺して、相殺後の磁束(φMG−φd)を相殺前の磁束φMGよりも低減させることにより誘起電圧を抑制する弱め磁束制御が一つの有効な手段として挙げられる。この弱め磁束制御は、電流指令ベクトルYの向きを示す位相角を例えば図6(a)→図6(b)のようにβからβ’に変えると、誘起電圧を抑制する方向に作用する抑制電流成分であるd軸電流成分がId→I’dに変化(この例では増大)することを利用して、誘起電圧を抑制するに足りる抑制電流成分を確保するように位相角を制御する必要がある。
That is, as shown in FIGS. 1 and 5, the induced voltage generated by the rotation of the
さらに上記要求に加えて、効率が最大となるように電流指令ベクトルを生成することが望まれる。高効率化を追求するために、図7に示す総合トルクが最大となる位相角βを用いる最大トルク制御が一つの有効な手段として考えられる(特許文献1参照)。しかしながら、この最大トルク制御によって銅損を最小にしても効率が最大となるわけではなく、推定が難しい鉄損を始めとして、メカロス、FET損等も考慮しなければならないことが分かった。真に高効率化を追求するためには、これら全ての損失を含めたシステム全体での効率を考慮する必要がある。 Further, in addition to the above request, it is desired to generate a current command vector so that efficiency is maximized. In order to pursue high efficiency, the maximum torque control using the phase angle β that maximizes the total torque shown in FIG. 7 is considered as one effective means (see Patent Document 1). However, even if the copper loss is minimized by this maximum torque control, the efficiency is not maximized, and it has been found that mechanical loss, FET loss, etc. must be taken into consideration, including iron loss that is difficult to estimate. In order to pursue truly high efficiency, it is necessary to consider the efficiency of the entire system including all these losses.
そこで、本実施形態では、所望のトルクの発生と、変動する電源電圧を越えないように誘起電圧を抑制するに足りる抑制電流成分の確保とを両立する電流指令ベクトルを生成するために、図8(a)に模式的に示すように、実機を用いて或る回転数N1の下に所望のトルクT1を発生させる電流指令ベクトルY1を生成してモータを駆動し、この電流指令ベクトルY1による駆動時に電流指令ベクトルY1の向きに応じた抑制電流成分によって抑制された後の誘起電圧V1をパワーメータ等の検出値から測定(推定)する。なお、ここでは、或る回転数N1の下に所望のトルクT1を発生させる電流指令ベクトルは図8(a)の曲線Wで示すように多数存在するが、ここでは説明の簡略化のために一部のみを示している。そして、この測定を、図8(a)に示すように、回転数N1及びトルクT1を維持した状態で電流指令ベクトルの向き(位相角β)を異ならせて向きの異なる複数の電流指令ベクトル毎に誘起電圧を測定し、回転数とトルクと電流指令ベクトルに関する情報と抑制後の誘起電圧とを関連付けた誘起電圧情報を実測値に基づき予め設定し、この誘起電圧情報Da1を図2に示すようにメモリに記憶する。この実測は、回転数やトルク、誘起電圧、電源電圧が定常状態又は定常状態とみなせる状態で行う。具体例としては、図8(a)に示すように、或る回転数N1の下、或るトルクT1を発生させる複数の電流指令ベクトルY1…Y2…Y3…Y4は、各々のベクトルの向きを表す位相角がβ1…β2…β3…β4であり、各々の電流指令ベクトルによるモータの駆動時に実測した誘起電圧はV1…V2…V3…V4である。この場合、電流指令ベクトルに関する情報を位相角として簡易化すると、図2に示す誘起電圧情報Da1は、図8に示すように、トルクT1と回転数N1と位相角βiと誘起電圧Viとを関連付けたテーブル等で示される。(iは、1以上、実測したベクトルの数以下である。) Therefore, in the present embodiment, in order to generate a current command vector that achieves both generation of a desired torque and securing of a suppression current component sufficient to suppress the induced voltage so as not to exceed the fluctuating power supply voltage, FIG. as shown schematically (a), the driving motor generates a current command vector Y 1 to generate the desired torque T 1 under a certain rotational speed N 1 using a real machine, the current command vector the induced voltages V 1 after being suppressed by suppressing the current component corresponding to the direction of the current command vector Y 1 during driving by Y 1 measured from the detected values, such as a power meter to (estimated). Here, there are a large number of current command vectors for generating a desired torque T 1 under a certain rotation speed N 1 , as shown by the curve W in FIG. 8A, but here the description is simplified. For the sake of illustration only a part is shown. Then, as shown in FIG. 8A, this measurement is performed by changing the direction (phase angle β) of the current command vector while maintaining the rotation speed N 1 and the torque T 1 , and a plurality of current commands having different directions. The induced voltage is measured for each vector, and induced voltage information that associates the information about the rotational speed, torque, and current command vector with the induced voltage after suppression is set in advance based on the actually measured value. This induced voltage information Da1 is shown in FIG. Store in memory as shown. This actual measurement is performed in a state where the rotation speed, torque, induced voltage, and power supply voltage can be regarded as a steady state or a steady state. As a specific example, as shown in FIG. 8 (a), a plurality of current command vectors Y 1 ... Y 2 ... Y 3 ... Y 4 for generating a certain torque T 1 under a certain rotational speed N 1 are the phase angle β 1 ... β 2 ... β 3 ... β 4 representing the orientation of each vector, the induced voltage measured when the motor of the drive by each of the current command vector V 1 ... V 2 ... V 3 ... V 4 It is. In this case, the simplified information on the current command vector as phase angle, the induced voltage information Da1 shown in FIG. 2, as shown in FIG. 8, the rotational speed and the torque T 1 N 1 and phase angle beta i and the induced voltage V It is shown by a table or the like associated with i . (I is not less than 1 and not more than the number of actually measured vectors.)
そして、図8に示す誘起電圧情報における電流指令ベクトルY1等を用いてモータの駆動の制御を行えば、モータに発生するであろう誘起電圧が当該電流指令ベクトルY1等に関連付けられた抑制後の誘起電圧V1等の値に抑制される。この事実を利用して、図1に示すように、モータ1の回転数Nrefを検出するレゾルバ等を用いた回転数検出部6と、電源4からモータ1に印加可能な電源電圧Vbatを検知する電圧検出部7とを設け、図2に示す誘起電圧情報Da1において回転数検出部6で検出した回転数Nref及びトルク指令Trefに関連付けられた複数の電流指令ベクトルのうち、抑制された後の誘起電圧を電圧検出部7で検出される電源電圧Vbatよりも小さくする方向に抑制する電流指令ベクトルを決定する第1の電流指令ベクトル決定部2aを設けている。
Then, if the drive control of the motor is performed using the current command vector Y 1 or the like in the induced voltage information shown in FIG. 8, the induced voltage that will be generated in the motor is suppressed in association with the current command vector Y 1 or the like. is suppressed to a value such as the induced voltages V 1 after. Utilizing this fact, as shown in FIG. 1, a rotational speed detection unit 6 using a resolver or the like for detecting the rotational speed N ref of the
さらに、効率が最大となる電流指令ベクトルを生成するために、図8(a)に示すように、上記誘起電圧情報Da1を設定する場合と同様に、実機を用いて或る回転数N1の下に所望のトルクT1を発生させる電流指令ベクトルY1を生成してモータを駆動し、この電流指令ベクトルY1による駆動時の効率e1をパワーメータ等で実測する。この測定を、図8(a)に示すように、回転数N1及びトルクT1を維持した状態で電流指令ベクトルの向き(位相角β)を異ならせて向きの異なる複数の電流指令ベクトル毎に効率を測定し、測定値の中から効率が最大となる電流指令ベクトルに関する情報を回転数とトルクとに関連付けた効率情報を実測値に基づき予め設定し、この効率情報Da2を図2に示すようにメモリに記憶する。この実測は、回転数やトルク、誘起電圧、電源電圧が定常状態又は定常状態とみなせる状態で行う。具体例としては、図8(a)に示すように、或る回転数N1の下、或るトルクT1を発生させる複数の電流指令ベクトルY1…Y2…Y3…Y4は、ベクトルの向きを表す位相角がそれぞれβ1…β2…β3…β4であり、各々の電流指令ベクトルによるモータの駆動時に実測した効率はe1…e2…e3…e4である。図8(b)に示すように、測定した値を近似した効率が最大となる電流指令ベクトルはY2(以下、Ymaxとも表す)であり、その位相角はβ2(以下、βmaxとも表す)である。この場合、電流指令ベクトルに関する情報を位相角として簡易化すると、図2に示す効率情報Da2は、図8に示すように、トルクT1と回転数N1と位相角βmaxとを関連付けたテーブル等で示される。 Furthermore, in order to generate a current command vector efficiency becomes maximum, as shown in FIG. 8 (a), similarly to the case of setting the induced voltage information Da1, a certain rotational speed N 1 by using an actual A motor is driven by generating a current command vector Y 1 for generating a desired torque T 1 below, and an efficiency e 1 at the time of driving by the current command vector Y 1 is measured with a power meter or the like. As shown in FIG. 8A, this measurement is performed for each of a plurality of current command vectors having different directions by changing the direction (phase angle β) of the current command vector while maintaining the rotation speed N 1 and the torque T 1. The efficiency information relating the current command vector that maximizes the efficiency among the measured values is set in advance based on the actually measured values, and the efficiency information Da2 is shown in FIG. To store in memory. This actual measurement is performed in a state where the rotation speed, torque, induced voltage, and power supply voltage can be regarded as a steady state or a steady state. As a specific example, as shown in FIG. 8 (a), a plurality of current command vectors Y 1 ... Y 2 ... Y 3 ... Y 4 for generating a certain torque T 1 under a certain rotational speed N 1 are are each phase angle β 1 ... β 2 ... β 3 ... β 4 representing the direction of the vector, the efficiency was measured when the motor of the drive by each of the current command vector is e 1 ... e 2 ... e 3 ... e 4 . As shown in FIG. 8B, the current command vector that maximizes the efficiency approximating the measured value is Y 2 (hereinafter also referred to as Y max ), and its phase angle is β 2 (hereinafter also referred to as β max). Express). In this case, the simplified information on the current command vector as phase angle, efficiency information Da2 shown in FIG. 2, as shown in FIG. 8, a table correlating the number of revolutions N 1 and phase angle beta max torque T 1 Etc.
そして、図8に示す効率情報における電流指令ベクトルYmaxを用いてモータの駆動の制御を行えば、推測が困難な鉄損を始めとして銅損、メカロス、FET損等を含めたシステム全体での効率が最大となる。この事実を利用して、図2に示すように、効率情報Da2において回転数検出部6で検出した回転数Nref及びトルク指令Trefに関連付けられた電流指令ベクトルを決定する第2の電流指令ベクトル決定部2bを設けている。
Then, if the drive control of the motor is performed using the current command vector Y max in the efficiency information shown in FIG. 8, the entire system including the iron loss that is difficult to estimate, the copper loss, the mechanical loss, the FET loss, etc. Efficiency is maximized. By utilizing this fact, as shown in FIG. 2, the second current command for determining the current command vector associated with the rotational speed N ref and the torque command T ref detected by the rotational speed detection unit 6 in the efficiency information Da2. A
これら第1及び第2の電流指令ベクトル決定部2a、2bを実現する電流指令生成ブロック2の具体的な構成は、図2に示すように、誘起電圧が電源電圧を越えないように抑制するための電流指令ベクトルの向きを示す位相角βvを決定する電源電圧位相角算出ブロック21と、効率が最大となる電流指令ベクトルの向きを示す位相角βmaxを決定する効率電流位相角算出ブロック22と、これら双方のブロック21、22が決定したベクトルの向きβv、βmaxのうち抑制電流成分が大きい方のベクトルの向きを選択する選択部23と、選択部23が選択したベクトルの向きとトルク指令Trefとに基づいて電流指令ベクトルを示すd軸電流指令Id及びq軸電流指令Iqを生成する電流指令生成部24とを有している。
The specific configuration of the current
電源電圧位相角算出ブロック21は、図2に示すように、上記の第1の電流指令ベクトル決定部2aを構成するものであり、上記の誘起電圧情報Da1を内部メモリに予め記憶しており、外部から指示されたトルク指令Trefと図1の回転数検出部6で検出した回転数Nrefと図1の電圧検出部7で検出した電源電圧Vbatとを入力して、誘起電圧情報Da1における複数の電流指令ベクトルに関する情報のうち、入力値に関連付けられた電流指令ベクトルの向きを示す電源電圧補償位相角βvを出力する。また、図9(b)に示すように、誘起電圧情報において誘起電圧を電源電圧Vbatよりも小さくする方向に抑制する電流指令ベクトルは、例えばY3やY4など複数存在するが、これらのうち抑制電流成分が最も小さくなる電流指令ベクトルY3を決定するように構成している。この入出力関係を簡単に下記に示す。
電源電圧補償位相角βv=fβv(トルクTref,回転数Nref,電源電圧Vbat)
As shown in FIG. 2, the power supply voltage phase
Power supply voltage compensation phase angle β v = f βv (torque T ref , rotation speed N ref , power supply voltage V bat )
効率電流位相角算出ブロック22は、図2に示すように、上記の第2の電流指令ベクトル決定部2bを構成するものであり、上記の効率情報Da2を内部メモリに予め記憶しており、外部から指示されたトルク指令Trefと図1の回転数検出部6で検出した回転数Nrefとを入力して、効率情報Da2における複数の電流指令ベクトルに関する情報のうち、入力値に関連付けられた電流指令ベクトルの向きを示す効率電流位相角βbaseを出力する。この入出力関係を簡単に下記に示す。
効率電流位相角βbase=fβbase(トルクTref,回転数Nref)
As shown in FIG. 2, the efficiency current phase
Efficiency current phase angle β base = f βbase (torque T ref , rotation speed N ref )
図2の選択部23は、図6に示すように、電流指令ベクトルの向きを示す位相角βが電流指令ベクトルとq軸とのなす角度であり、0〜90度範囲において位相角βが大きくなるほど抑制電流成分が増大することを利用して、図2に示す電源電圧位相角算出ブロック21で決定された電源電圧補償位相角βvと、効率電流位相角算出ブロック22で決定された効率電流位相角βbaseとを比較して、大きい方(抑制電流成分が大きい方)を選択し、選択した位相角を電流位相指令βrefとして電流指令生成部24に入力する。すなわち、ブロック21・22及び選択部23は、誘起電圧が電源電圧を超えない範囲内において、モータ回転数の下にトルク指令に対応するトルクを発生させ得る複数の電流指令ベクトルのうち効率が最大となる電流指令ベクトルの電流位相角を決定する位相角決定部2Xを実現していると言える。
As shown in FIG. 6, the
電流指令生成部24は、図2に示すように、選択部23から入力された電流位相指令βrefが示すベクトルの方向を向き且つトルク指令Trefに対応する総合トルクを発生させ得る電流指令ベクトルを示すd軸電流指令Id及びq軸電流指令Iqを、下記基本的な数式(1)〜(4)を変形した式(5)〜(7)に基づき算出する。ここでは、Pnを極対数とし、Ψaを電機子鎖交磁束実効値[Wb]とし、Keを誘起電圧定数とし、Ldをd軸インダクタンス[H]とし、Lqをq軸インダクタンス[H]とし、Idをd軸電流[Arms]とし、Iqをq軸電流[Arms]とし、Iaをdq軸上の電流指令実効値[Arms]として表している。
T=Pn{ΨaIq+(Lq−Ld)IdIq} …(1)
Ψa=Ke/Pn …(2)
Iq=Ia×cos(β) …(3)
Id=Ia×sin(β) …(4)
A=Pn(Lq−Ld)sin(β)cos(β) …(5)
B=ΨaPn・cos(β) …(6)
Ia={−B+√(B2+4×A×T)}/(2×A) …(7)
As shown in FIG. 2, the
T = P n {Ψ a I q + (L q -L d) I d I q} ... (1)
Ψ a = K e / P n (2)
I q = I a × cos (β) (3)
I d = I a × sin (β) (4)
A = P n (L q -L d) sin (β) cos (β) ... (5)
B = Ψ a P n · cos (β) (6)
I a = {− B + √ (B 2 + 4 × A × T)} / (2 × A) (7)
上記のように構成したモータ制御装置の動作を説明する。モータ1が或る一定の回転数N1で高速回転しており、或るトルクT1を出力する状態で、電源電圧が十分に高い場合と、経年劣化等により電源電圧が低い場合とで、各々の電流指令ベクトル決定部2a、2bで決定される電流指令ベクトルを図9(a)及び図9(b)に示す。なお、ここでは簡略化のため複数の電流指令ベクトルのうちの一部のベクトルのみを示し、誘起電圧を電源電圧よりも小さく抑制する範囲を斜線で示す。
The operation of the motor control device configured as described above will be described. In a state where the
電源電圧Vbatが十分に高い場合は、図9(a)に示すように、図2の効率電流位相角算出ブロック22は、最も効率の高い電流指令ベクトルがYmax(位相角βmax)であると決定する。また、図2の電源電圧位相角算出ブロック21は、発生するであろう誘起電圧を電源電圧Vbatよりも小さくなる方向へ抑制するための電流指令ベクトルがY1、Ymax(Y2)、Y3、Y4であり、これらのうち最も抑制電流成分が小さくなる(位相角βが小さくなる)電流指令ベクトルがY1(位相角β1)あると決定する。そして、図2の選択部23は、効率電流位相角βmaxの方が電源電圧補償位相角β1よりも大きいので、効率電流位相角βmaxを選択し、このβmaxに対応する電流指令ベクトルYmaxでモータの駆動を制御することになる。
When the power supply voltage V bat is sufficiently high, as shown in FIG. 9A, the efficiency current phase
一方、電源電圧Vbatが低い場合は、図9(b)に示すように、図2の効率電流位相角算出ブロック22は、最も効率の高い電流指令ベクトルがYmax(位相角βmax)であると決定する。また、図2の電源電圧位相角算出ブロック21は、発生するであろう誘起電圧を電源電圧Vbatよりも小さくなる方向へ抑制するための電流指令ベクトルがY3、Y4であり、これらのうち最も抑制電流成分が小さくなる(位相角βが小さくなる)電流指令ベクトルがY3(位相角β3)あると決定する。そして、図2の選択部23は、電源電圧補償位相角β3の方が効率電流位相角βmaxよりも大きいので、電源電圧補償位相角β3を選択し、このβ3に対応する電流指令ベクトルY3でモータの駆動を制御することになる。
On the other hand, when the power supply voltage V bat is low, as shown in FIG. 9B, the efficiency current phase
このように、モータの回転数(又は速度)及び電源電圧を検出し、検出した回転数の下にトルク指令に対応するトルクを発生させ得る複数の電流指令ベクトルY1…Ymax(Y2)…Y3…Y4…のうち、効率が最大となる電流指令ベクトルYmaxと、誘起電圧を検出した電源電圧よりも小さくなるように抑制するための電流指令ベクトルとをそれぞれ求め、誘起電圧を抑制する範囲内(図9中の斜線部分)に効率が最大となる電流指令ベクトルYmaxがある場合には、電流指令ベクトルYmaxを用いて効率が最大となる制御を行い、誘起電圧を抑制する範囲内(図9中の斜線部分)に効率が最大となる電流指令ベクトルYmaxがない場合には、誘起電圧を適切に抑制する制御を実施する。 In this way, the motor rotation speed (or speed) and the power supply voltage are detected, and a plurality of current command vectors Y 1 ... Y max (Y 2 ) that can generate torque corresponding to the torque command under the detected rotation speed. ... Y 3 ... Y 4 ... Among the current command vector Y max maximizing the efficiency and the current command vector for suppressing the induced voltage to be smaller than the detected power supply voltage. within suppress when efficiency (hatched portion in FIG. 9) is a current command vector Y max which maximizes performs control efficiency is maximized by using the current command vector Y max, suppress the induced voltage When there is no current command vector Y max that maximizes the efficiency within the range (shaded area in FIG. 9), control for appropriately suppressing the induced voltage is performed.
ところが、上記の構成において、d軸インダクタンスLd及びq軸インダクタンスLqを予め同定した固定値としてd軸電流指令Id及びq軸電流指令Iqを生成するように構成すると、実際のインダクタンスはモータに流れる電流値によって変化するため、固定値に基づき生成したd軸電流指令Id及びq軸電流指令Iqによって発生するトルクと、トルク指令の指示するトルクとに誤差が生じてしまい、トルク制御の精度が低減してしまう。また、このトルク制御の精度低下は、予め定めた効率情報Da2において、図8(b)に示す最大効率点から外れて効率が損なわれる事態を招来してしまう。 However, in the above configuration, when the d-axis current command I d and the q-axis current command I q are generated with the d-axis inductance L d and the q-axis inductance L q as fixed values identified in advance, the actual inductance is Since it varies depending on the current value flowing through the motor, an error occurs between the torque generated by the d-axis current command I d and the q-axis current command I q generated based on the fixed value, and the torque indicated by the torque command. The accuracy of control is reduced. Further, the reduction in accuracy of the torque control leads to a situation in which efficiency is impaired by deviating from the maximum efficiency point shown in FIG. 8B in the predetermined efficiency information Da2.
そこで、このような不具合を解決すべく、本実施形態では、図3及び図4に示すように、モータに流れる電流値に応じて変化するd軸及びq軸のインダクタンス(Ld,Lq)を電流値Iaに関連付けたインダクタンス情報Da3を予め設定しておき、d軸及びq軸の電流指令(Id,Iq)を生成するにあたり、既に出力したd軸及びq軸の電流指令(Id,Iq)によってモータに流れたとみなせる電流値Iaに対応するd軸及びq軸のインダクタンス(Ld,Lq)を用いてd軸及びq軸の電流指令(Id,Iq)を生成するように電流指令生成部24を構成している。 Therefore, in order to solve such a problem, in the present embodiment, as shown in FIGS. 3 and 4, the d-axis and q-axis inductances (L d , L q ) that change according to the value of the current flowing through the motor. the advance set the inductance information Da3 associating the current value I a, the current command of the d-axis and q-axis (I d, I q) in generating the already current command d-axis and q-axis output ( The d-axis and q-axis current commands (I d , I q ) using the d-axis and q-axis inductances (L d , L q ) corresponding to the current value I a that can be regarded as flowing to the motor by I d , I q ). ) Is configured to generate a current command.
その具体的構成としての電流指令生成部24は、図3に示すように、トルク指令Tref及び電流位相角βrefを入力し、入力した電流位相角βrefの示す方向を向き且つ入力したトルク指令Trefに対応する値の総合トルクを発生させ得る電流指令ベクトルの大きさを示す電流指令値Iaを生成する電流指令値生成部25と、生成された電流指令値Iaと電流位相角βrefとに基づきd軸電流指令Id、q軸電流指令Iqをそれぞれ生成するd軸電流指令生成部26及びq軸電流指令生成部27とを有している。なお、電流指令値Iaは、上記の通り、電流指令ベクトルの大きさを示す値である共に、モータに流れるdq軸上の電流実効値に相当する値である。
As shown in FIG. 3, the
同図に示すように、d軸電流指令生成部26の具体的構成は、上記数式(4)に沿った演算を行うもので、電流位相角βrefに対応するsin(βref)の値を出力する正弦関数テーブルとも呼ばれるsinテーブル26aと、このsinテーブル26aから出力されたsin(βref)と電流指令値Iaとを乗算する乗算器26bとを主体とし、乗算結果Ia×sin(βref)に正規化処理及び最大クランプ処理を施してd軸電流指令Idを生成する。同様に、q軸電流指令生成部27の具体的構成は、上記数式(3)に沿った演算を行うもので、電流位相角βrefに対応するcos(βref)を出力する余弦関数テーブルとも呼ばれるcosテーブル27aと、このcosテーブル27aから出力されたcos(βref)と電流指令値Iaとを乗算する乗算器27bとを主体とし、乗算結果Ia×cos(βref)に正規化処理及び最大クランプ処理を施してq軸電流指令Iqを生成する。なお、図中に示すq軸電流指令生成部27は、図示しない絶対値化処理部によりトルク指令Trefが負値を取らない絶対値に処理されているので、本来のトルク指令Trefの符号に対応するようにd軸電流指令Idの符号を処理するように構成されている。
As shown in the figure, the specific configuration of the d-axis current
電流指令値生成部25は、図4に示すように、上記数式(5)〜(7)に沿った演算を行うもので、電流位相角βrefを入力して数式(5)に示す係数Aを取得する第一の係数取得部25aと、電流位相角βを入力して数式(6)に示す係数Bを取得する第二の係数取得部25bと、係数A、係数B及びトルク指令Trefに対して、上記数式(7)に沿った演算を通じて電流指令値Iaを出力する電流指令値演算部25cとで構成されている。この電流指令値演算部25cは、乗算器、加算器、除算器、平方根演算器等の各種演算器で構成され、その演算結果に最大クランプ処理を施して電流指令値Iaを出力する。
As shown in FIG. 4, the current command
係数Aは、数式(5)に示すように、d軸及びq軸のインダクタンス(Ld,Lq)と電流位相角βで定まるリラクタンストルクに関する係数である。係数Bは、数式(6)に示すように、電流位相角βで定まるマグネットトルクに関する係数である。ここで、d軸及びq軸のインダクタンス(Ld,Lq)は電流値Iaに応じて変化する電流依存値であるので、モータ1の磁気解析や実測によって、下記数式(8)に示すようにd軸及びq軸のインダクタンス(Ld,Lq)をモータに流れる電流値Iaの関数に近似可能である。
Lq=flq(Ia)、Ld=fld(Ia) …(8)
そして、第一の係数取得部25aは、或る電流値に応じたd軸及びq軸のインダクタンス(Ld,Lq)の下に定まるリラクタンストルクに関する係数Aと、この係数Aの算出の基礎となる電流位相角βとを電流値Iaに関連付けた係数情報Da4を実測又は磁気解析に基づきテーブルとして予め設定(保持)している。また、第一の係数取得部25aは、電流指令値演算部25cにおいて演算により求めた電流指令値Iaをモータに流れたと見なせる電流値としてフィードバック入力するようにし、係数情報Da4においてフィードバック入力した電流値Iaと電流位相角βとに対応する係数Aを取得するように構成している。本実施形態では、係数情報Da4は、テーブルとして構成されているが、係数Aを演算で算出するための相関関係式であってもよい。なお、第二の係数取得部25bは、電流位相角βを数式(6)に代入して得られる係数Bを電流位相角βに関連付けた係数Bテーブルを主体とするものである。
The coefficient A is a coefficient related to reluctance torque determined by the d-axis and q-axis inductances (L d , L q ) and the current phase angle β, as shown in Equation (5). The coefficient B is a coefficient related to the magnet torque determined by the current phase angle β, as shown in Equation (6). Here, since the d-axis and q-axis inductances (L d , L q ) are current-dependent values that change according to the current value I a , the following equation (8) is obtained by magnetic analysis and actual measurement of the
L q = f lq (I a ), L d = f ld (I a ) (8)
The first
すなわち、図2及び図3に示す電流指令生成部24にトルク指令Tref及び電流位相角βrefが入力されると、図3及び図4に示す電流指令値生成部25において、既に出力したd軸及びq軸の電流指令(Id,Iq)の算出の基礎となる電流指令値Iaと電流位相角βrefとに対応する係数Aが第一の係数取得部25aにより取得され、この係数Aに基づき電流指令値Iaが電流指令値演算部25cにより算出され、この電流指令値Iaに基づきd軸及びq軸の電流指令(Id,Iq)が電流指令生成部24において算出されて出力され、このd軸及びq軸の電流指令(Id,Iq)に基づきモータへの通電が実行される。この場合、係数情報Da4は、係数Aがd軸及びq軸のインダクタンス(Ld,Lq)に基づく値であるので、d軸及びq軸のインダクタンス(Ld,Lq)を電流値Iaに関連付けたインダクタンス情報Da3を含む情報、若しくは、インダクタンス情報Da3が化体した情報であると言える。そして、電流指令値Iaは、電流指令ベクトルの大きさすなわちモータに流れる電流値に相当するものであるので、本実施形態のように、係数情報Da4から電流指令値Iaに対応する係数Aを取得し、この係数Aを用いてd軸及びq軸の電流指令(Id,Iq)を生成することは、既に出力したd軸及びq軸の電流指令(Id,Iq)によってモータに流れたとみなせる電流値Iaに対応するd軸及びq軸のインダクタンス(Ld,Lq)を用いてd軸電流指令Id及びq軸電流指令Iqを生成することになる。これにより、現時点でモータ1に流れているであろう電流値Iaに応じたd軸及びq軸のインダクタンス(Ld,Lq)を用いてd軸及びq軸の電流指令(Id,Iq)を生成することになり、電流によるインダクタンス変動に追従して電流指令を生成する事が可能となる。
That is, when the torque command T ref and the current phase angle β ref are input to the current
以上のように、本実施形態のモータ制御装置は、d軸インダクタンスLd及びq軸インダクタンスLqに起因するリラクタンストルクと永久磁石の磁束に起因するマグネットトルクとを合わせた総合トルクを発生させる電流指令ベクトルYをトルク指令Trefに応じて決定し、電流指令ベクトルYに対応する電流をモータ1に通電することによりモータ1の駆動を制御するモータ制御装置であって、電流指令ベクトルの向きを示す電流位相角βrefとトルク指令Trefとを入力し、電流位相角βrefの示す方向を向く複数の電流指令ベクトルのうち、トルク指令Trefに対応する総合トルクを発生させ得る電流指令ベクトルを示すd軸電流指令Id及びq軸電流指令Iqを生成する電流指令生成部24と、電流指令生成部24から出力されたd軸及びq軸の電流指令(Id,Iq)に対応する電流をモータ1に通電する通電制御部3とを備え、電流指令生成部24は、モータ1に流れる電流値に応じて変化するd軸及びq軸のインダクタンス(Ld,Lq)を電流値Iaに関連付けたインダクタンス情報Da3を予め設定しておき、d軸及びq軸の電流指令(Id,Iq)を生成するにあたり、既に出力したd軸及びq軸の電流指令(Id,Iq)によってモータ1に流れたとみなせる電流値Iaに対応するd軸及びq軸のインダクタンス(Ld,Lq)を用いてd軸及びq軸の電流指令(Id,Iq)を生成するように構成されている。
As described above, the motor control device of the present embodiment generates a current that generates a total torque that combines the reluctance torque caused by the d-axis inductance L d and the q-axis inductance L q and the magnet torque caused by the magnetic flux of the permanent magnet. A motor control device that determines the command vector Y according to the torque command T ref and controls the drive of the
このような構成によれば、既に出力したd軸及びq軸の電流指令(Id,Iq)によってモータ1に流れたとみなせる電流値Iaに関連付けられたd軸及びq軸のインダクタンス(Ld,Lq)、すなわち現時点でモータに流れているであろう電流値Iaに応じたd軸及びq軸のインダクタンス(Ld,Lq)を用いてd軸及びq軸の電流指令(Id,Iq)を生成するので、電流によるインダクタンス変動に追従してd軸及びq軸の電流指令(Id,Iq)を生成することができ、インダクタンス(Ld,Lq)を固定値として電流指令(Id,Iq)を生成する場合に比べて、トルク指令Trefに対応するトルクと実際に発生するトルクとの誤差を低減又は無くして、トルク制御の精度を向上させることが可能となる。
According to such a configuration, the d-axis and q-axis inductances (L) associated with the current value I a that can be considered to have flowed to the
さらに、本実施形態では、トルク指令Tref及び電流位相角βrefを入力し、入力した電流位相角βrefの示す方向を向き且つ入力したトルク指令Trefに対応する総合トルクを発生させ得る電流指令ベクトルの大きさを示す電流指令値Iaを生成する電流指令値生成部25と、生成された電流指令値Iaと電流位相角βrefとに基づきd軸電流指令Id、q軸電流指令Iqをそれぞれ生成するd軸電流指令生成部26及びq軸電流指令生成部27とを備え、電流指令値生成部25は、d軸及びq軸のインダクタンス(Ld,Lq)と電流位相角βrefとで定まるリラクタンストルクに関する係数Aを取得する係数取得部26aを有し、係数取得部26aで取得したリラクタンストルクに関する係数A及びトルク指令Trefを少なくとも用いて電流指令値Iaを算出して出力するように構成されており、係数取得部26aは、或る電流値に応じたd軸及びq軸のインダクタンス(Ld,Lq)の下に定まるリラクタンストルクに関する係数Aとこの係数Aの算出の基礎となる電流位相角βrefとを電流値Iaに関連付けた係数情報Da4を実測又は磁気解析に基づき予め設定しておくとともに、出力した電流指令値Iaをモータ1に流れたとみなせる電流値として係数取得部26aにフィードバック入力するようにし、係数情報Da4においてフィードバック入力した電流値Iaと電流位相角βrefとに対応する係数Aを取得するように構成されているので、既存構成における係数取得部を改良するだけで、上記インダクタンス変動に追従する制御を実現することが可能となる。
Further, in the present embodiment, the torque command T ref and the current phase angle β ref are input, the current that is directed in the direction indicated by the input current phase angle β ref and can generate the total torque corresponding to the input torque command T ref Based on the generated current command value I a and the current phase angle β ref , the d-axis current command I d and the q-axis current are generated based on the generated current command value I a indicating the magnitude of the command vector. A d-axis current
さらにまた、モータ1の回転数を検知する回転数検出部6と、回転数検出部6で検出した回転数Nrefの下にトルク指令Trefに対応する総合トルクを発生させ得る複数の電流指令ベクトルのうち効率が最大となる電流指令ベクトルの電流位相角βrefを決定する位相角決定部2Xとを備え、電流指令生成部24は、位相角決定部2Xが決定した電流位相角βrefに基づきd軸及びq軸の電流指令(Id,Iq)を生成するように構成した場合において、トルク指令Trefに対応する目標トルクと、実際にモータ1に発生する実トルクとに誤差が生じると、最大効率点から外れてしまい効率が低減するおそれがあるが、本実施形態では、電流に応じたインダクタンス変動に追従してd軸及びq軸の電流指令(Id,Iq)を生成するので、目標トルクと実トルクとの誤差を低減又は無くして、最大効率となる電流指令(Id,Iq)を生成でき、効率を向上させることが可能となる。
Furthermore, a rotational speed detector 6 that detects the rotational speed of the
以上、本発明の一実施形態について説明したが、各部の具体的な構成は、上述した実施形態のみに限定されるものではない。 As mentioned above, although one Embodiment of this invention was described, the specific structure of each part is not limited only to embodiment mentioned above.
例えば、本実施形態では、図4に示すように、電流指令値生成部25は、トルク指令Trefと電流位相角βrefと電流値Iaとを入力パラメータとして電流指令値Iaを算出し、算出した電流指令値Iaをモータ1に流れたとみなせる電流値として入力パラメータにフィードバックする構成であるので、トルク指令Tref及び電流位相角βrefを固定した状態であっても電流指令値Iaが真値に収束するまでにバラツキが生じる。この構成において、トルク指令Tref及び電流位相角βrefを固定した状態で算出を繰り返したとした場合に、図10に示すように、演算結果が収束したとき又は収束したとみなせるときの電流指令値Iaをトルク指令Trefと電流位相角βrefとに関連付けた電流指令値データ125aを実測又は磁気解析に基づき予め設定しておき、電流指令値データ125aにおいてトルク指令Trefと電流位相角βrefとに関連付けられている電流指令値Iaを出力するように電流指令値生成部125を構成してもよい。ここでいう「演算結果が収束したとき又は収束したとみなせるとき」は、演算結果として得られる電流指令値のバラツキ度が所定範囲内に収まっているとき、すなわち演算結果として得られた電流指令値とその前回値との差が所定閾値内であるとき等が挙げられる。このように構成すれば、電流指令値のフィードバック演算を省略できるので、演算能力の乏しい廉価な演算器でも上記電流によるインダクタンス変動に追従した制御を実装可能となると共に、制御の応答性を向上させることが可能となる。
For example, in the present embodiment, as shown in FIG. 4, the current command
さらに、本実施形態では、誘起電圧が電源電圧を超えるおそれがない適用例においては、第1の電流指令ベクトル決定部2aである電源電圧位相角算出ブロック21を省略することも可能である。また、位相角決定部2Xは、最大効率となる電流位相角βを決定するものであれば、本実施形態に開示の構成に限られない。
Further, in the present embodiment, in an application example in which the induced voltage does not exceed the power supply voltage, the power supply voltage phase
本発明のモータ駆動装置は、本発明を適用できるモータであればIPMモータに限られず、また、種々の機器に適用可能であり、特に高トルク出力を必要としバッテリを電源とするフォークリフトや電動乗用車等の電動車両の駆動装置としての用途に適しており、これらに適用すると、高信頼度を得るとともに高効率化による稼働時間の向上やバッテリの簡素化による車両の軽量化などを追求するうえで有用である。 The motor drive device of the present invention is not limited to an IPM motor as long as it is a motor to which the present invention can be applied. The motor drive device can be applied to various devices. It is suitable for use as a drive device for electric vehicles, etc., and when applied to these, in order to obtain high reliability, improve operating time by increasing efficiency, and reduce vehicle weight by simplifying batteries, etc. Useful.
さらにまた、本実施形態では、d軸及びq軸のインダクタンスを電流値に関連付けた考え方を採用しているが、更に温度と関連付けるようにしてもよい。この場合、モータの温度を検出するサーミスタ等の温度検出部を設けて、検出した温度に対応するインダクタンスを用いるように構成してもよいし、温度検出部を設ける代わりにモータに流す電流値の積算値から温度を推定するようにしてもよい。また、インダクタンスは個体に応じてバラツキが発生するおそれがあるので、個体情報を外部から入力し、インダクタンス情報Da3や係数情報Da4におけるd軸及びq軸のインダクタンスを補正する補正部を設けてもよい。このように構成すると、個体のバラツキを補正して、より一層トルク制御の精度を向上させることが可能となる。 Furthermore, in this embodiment, the idea of associating the d-axis and q-axis inductances with current values is adopted, but it may be further associated with temperature. In this case, a temperature detection unit such as a thermistor for detecting the temperature of the motor may be provided and an inductance corresponding to the detected temperature may be used, or instead of providing the temperature detection unit, the current value flowing through the motor The temperature may be estimated from the integrated value. Further, since the inductance may vary depending on the individual, a correction unit that inputs the individual information from the outside and corrects the d-axis and q-axis inductances in the inductance information Da3 and the coefficient information Da4 may be provided. . If comprised in this way, it will become possible to correct | amend individual variation and to improve the precision of torque control further.
その他、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で種々変形が可能である。 In addition, various modifications can be made without departing from the spirit of the present invention.
1…モータ
24…電流指令生成部
25…電流指令値生成部
26…d軸電流指令生成部
26a…第一の係数取得部(係数取得部)
27…q軸電流指令生成部
2X…位相角決定部
3…通電制御部
6…回転数検出部
Tref…トルク指令
βref…電流位相角
Ld…d軸インダクタンス
Lq…q軸インダクタンス
Y…電流指令ベクトル
Ia…電流指令値(モータに流れたとみなせる電流値)
Id…d軸電流指令
Iq…q軸電流指令
A…リラクタンストルクに関する係数
Da3…インダクタンス情報
Da4…係数情報
DESCRIPTION OF
27 ... q-axis current
I d ... d-axis current command I q ... q-axis current command A ... coefficient Da3 related to reluctance torque ... inductance information Da4 ... coefficient information
Claims (4)
前記電流指令ベクトルの向きを示す電流位相角と前記トルク指令とを入力し、前記電流位相角の示す方向を向く複数の電流指令ベクトルのうち、前記トルク指令に対応する前記総合トルクを発生させ得る電流指令ベクトルを示すd軸電流指令及びq軸電流指令を生成する電流指令生成部と、
前記電流指令生成部から出力されたd軸及びq軸の電流指令に対応する電流を前記モータに通電する通電制御部とを備え、
前記電流指令生成部は、前記モータに流れる電流値に応じて変化するd軸及びq軸のインダクタンスを前記電流値に関連付けたインダクタンス情報を予め設定しておき、前記d軸及びq軸の電流指令を生成するにあたり、既に出力したd軸及びq軸の電流指令によって前記モータに流れたとみなせる電流値に対応するd軸及びq軸のインダクタンスを用いて前記d軸及びq軸の電流指令を生成するように構成されていることを特徴とするモータ制御装置。 A current command vector for generating a total torque that combines the reluctance torque caused by the d-axis inductance and the q-axis inductance and the magnet torque caused by the magnetic flux of the permanent magnet is determined according to the torque command, and the current corresponding to the current command vector A motor control device for controlling the driving of the motor by energizing the motor,
The current phase angle indicating the direction of the current command vector and the torque command are input, and the total torque corresponding to the torque command can be generated from a plurality of current command vectors facing the direction indicated by the current phase angle. A current command generator that generates a d-axis current command and a q-axis current command indicating a current command vector;
An energization control unit configured to energize the motor with a current corresponding to the d-axis and q-axis current commands output from the current command generation unit;
The current command generation unit presets inductance information in which d-axis and q-axis inductances that change according to a current value flowing through the motor are associated with the current value, and the d-axis and q-axis current commands Is generated using the d-axis and q-axis inductances corresponding to the current values that can be considered to have flowed to the motor by the already-output d-axis and q-axis current commands. A motor control device configured as described above.
前記電流指令値生成部は、前記トルク指令と前記電流位相角と電流値とを入力パラメータとして前記電流指令値を算出し、算出した電流指令値を前記モータに流れたとみなせる電流値として前記入力パラメータにフィードバックし、前記トルク指令及び前記電流位相角を固定した状態で算出を繰り返したとした場合に、演算結果が収束したとき又は収束したとみなせるときの電流指令値を前記トルク指令と前記電流位相角とに関連付けた電流指令値データを実測又は磁気解析に基づき予め設定しておき、前記電流指令値データにおいて前記トルク指令と前記電流位相角とに関連付けられている電流指令値を出力するように構成されている請求項1に記載のモータ制御装置。 The current command generation unit receives the torque command and the current phase angle, is directed in the direction indicated by the input current phase angle, and is capable of generating the total torque corresponding to the input torque command. A current command value generating unit that generates a current command value indicating a current command value, and a d-axis current command generating unit that generates the d-axis current command and the q-axis current command based on the generated current command value and the current phase angle, respectively. And a q-axis current command generation unit,
The current command value generation unit calculates the current command value using the torque command, the current phase angle, and the current value as input parameters, and the input parameter as a current value that can be considered that the calculated current command value has flowed to the motor. When the calculation is repeated with the torque command and the current phase angle fixed, the current command value when the calculation result converges or can be regarded as converged is the torque command and the current phase angle. The current command value data associated with the current command value is set in advance based on actual measurement or magnetic analysis, and the current command value associated with the torque command and the current phase angle is output in the current command value data. The motor control device according to claim 1.
前記電流指令値生成部は、d軸及びq軸のインダクタンスと電流位相角とで定まるリラクタンストルクに関する係数を取得する係数取得部を有し、前記係数取得部で取得したリラクタンストルクに関する係数及び前記トルク指令を少なくとも用いて前記電流指令値を算出して出力するように構成されており、
前記係数取得部は、或る電流値に応じたd軸及びq軸のインダクタンスの下に定まる前記リラクタンストルクに関する係数と当該係数の算出の基礎となる電流位相角とを電流値に関連付けた係数情報を実測又は磁気解析に基づき予め設定しておくとともに、出力した電流指令値を前記モータに流れたとみなせる電流値として前記係数取得部にフィードバック入力するようにし、前記係数情報においてフィードバック入力した電流値と電流位相角とに対応する前記係数を取得するように構成されている請求項1に記載のモータ制御装置。 The current command generation unit receives the torque command and the current phase angle, is directed in the direction indicated by the input current phase angle, and is capable of generating the total torque corresponding to the input torque command. A current command value generating unit that generates a current command value indicating a current command value, and a d-axis current command generating unit that generates the d-axis current command and the q-axis current command based on the generated current command value and the current phase angle, respectively. And a q-axis current command generation unit,
The current command value generation unit includes a coefficient acquisition unit that acquires a coefficient related to reluctance torque determined by the d-axis and q-axis inductances and the current phase angle, and the coefficient related to the reluctance torque acquired by the coefficient acquisition unit It is configured to calculate and output the current command value using at least a command,
The coefficient acquisition unit associates a coefficient related to the reluctance torque determined under the d-axis and q-axis inductances according to a certain current value and a current phase angle that is a basis for calculating the coefficient with the current value. Is set in advance based on actual measurement or magnetic analysis, and the output current command value is fed back to the coefficient acquisition unit as a current value that can be regarded as flowing to the motor, and the current value fed back in the coefficient information The motor control device according to claim 1, wherein the motor control device is configured to acquire the coefficient corresponding to a current phase angle.
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Cited By (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2015006067A (en) * | 2013-06-20 | 2015-01-08 | 株式会社東芝 | Motor controller and electric vehicle controller |
CN104883106A (en) * | 2014-02-28 | 2015-09-02 | 发那科株式会社 | Motor Control Device Controlling Synchronous Motor |
WO2018043502A1 (en) * | 2016-09-05 | 2018-03-08 | 東芝インフラシステムズ株式会社 | Inverter control device and electric motor driving system |
Citations (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPH11150996A (en) * | 1997-11-13 | 1999-06-02 | Toyota Motor Corp | Motor controller |
JP2000092884A (en) * | 1998-09-18 | 2000-03-31 | Mitsubishi Electric Corp | Servo motor controller |
-
2011
- 2011-05-30 JP JP2011120343A patent/JP5957809B2/en not_active Expired - Fee Related
Patent Citations (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPH11150996A (en) * | 1997-11-13 | 1999-06-02 | Toyota Motor Corp | Motor controller |
JP2000092884A (en) * | 1998-09-18 | 2000-03-31 | Mitsubishi Electric Corp | Servo motor controller |
Cited By (10)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2015006067A (en) * | 2013-06-20 | 2015-01-08 | 株式会社東芝 | Motor controller and electric vehicle controller |
CN104883106A (en) * | 2014-02-28 | 2015-09-02 | 发那科株式会社 | Motor Control Device Controlling Synchronous Motor |
DE102015002196A1 (en) | 2014-02-28 | 2015-09-03 | Fanuc Corporation | Motor control for a synchronous motor |
US9438158B2 (en) | 2014-02-28 | 2016-09-06 | Fanuc Corporation | Motor control device controlling synchronous motor |
DE102015002196B4 (en) | 2014-02-28 | 2023-02-16 | Fanuc Corporation | Motor control for a synchronous motor |
WO2018043502A1 (en) * | 2016-09-05 | 2018-03-08 | 東芝インフラシステムズ株式会社 | Inverter control device and electric motor driving system |
JP2018042324A (en) * | 2016-09-05 | 2018-03-15 | 東芝インフラシステムズ株式会社 | Inverter controller and motor drive system |
CN109874396A (en) * | 2016-09-05 | 2019-06-11 | 东芝基础设施系统株式会社 | Control device for inverter and electric motor drive system |
US10742151B2 (en) | 2016-09-05 | 2020-08-11 | Toshiba Infrastructure Systems & Solutions Corporation | Inverter control device and motor drive system |
CN109874396B (en) * | 2016-09-05 | 2022-10-28 | 东芝基础设施系统株式会社 | Inverter control device and motor drive system |
Also Published As
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