JP2014050123A - Rotor position estimation apparatus, motor control system and rotor position estimation method - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、突極性を有するロータを備えた電動機のロータ位置を推定するロータ位置推定装置およびロータ位置推定方法に関する。 The present invention relates to a rotor position estimation device and a rotor position estimation method for estimating a rotor position of an electric motor including a rotor having saliency.
車両の動力源として交流電動機を搭載した電動車両(電気自動車やハイブリッド自動車など)においては、交流電動機に、ロータに永久磁石を用いた永久磁石式同期電動機等の同期電動機を適用し、ロータの位置情報に基づいて同期電動機の通電制御を行なう。この同期電動機の通電制御においては、ロータの位置情報に基づいて同期電動機の各相コイルに供給する電流を制御する。そのため、通常、レゾルバ等のロータ位置を検出する回転位置センサが用いられる。 In an electric vehicle (an electric vehicle, a hybrid vehicle, etc.) equipped with an AC motor as a power source of the vehicle, a synchronous motor such as a permanent magnet type synchronous motor using a permanent magnet as a rotor is applied to the AC motor, and the position of the rotor The energization control of the synchronous motor is performed based on the information. In this energization control of the synchronous motor, the current supplied to each phase coil of the synchronous motor is controlled based on the position information of the rotor. Therefore, a rotational position sensor that detects a rotor position such as a resolver is usually used.
しかしながら、上述のように、回転位置センサを用いてロータ位置を検出する構成では、回転位置センサの取り付け位置に誤差があると、これがオフセット誤差となり、回転位置センサによって検出されるロータ位置が実ロータ位置からずれてしまう。その結果、同期電動機の通電制御の精度を低下させる可能性がある。したがって、同期電動機の実ロータ位置を推定し、この推定した実ロータ位置に基づいて回転位置センサのオフセット誤差を検出する必要がある。 However, in the configuration in which the rotor position is detected using the rotational position sensor as described above, if there is an error in the mounting position of the rotational position sensor, this becomes an offset error, and the rotor position detected by the rotational position sensor is the actual rotor. It will shift from the position. As a result, the accuracy of energization control of the synchronous motor may be reduced. Therefore, it is necessary to estimate the actual rotor position of the synchronous motor and detect the offset error of the rotational position sensor based on the estimated actual rotor position.
同期電動機のロータ位置を推定する技術として、たとえば特開平7−245981号公報(特許文献1)には、電動機に交番電圧を印加したときの電動機電流を電流検出器で検出し、電流検出器の検出値に基づいて電動機の磁極位置(ロータ位置)を推定する電動機の磁極位置検出装置が記載されている。この特許文献1によれば、検出した電動機電流を、印加している交番電圧に対する平行成分および直交成分に分離し、電動機電流の平行成分および直交成分の少なくとも一方に基づいて電動機の磁極位置を検出する。
As a technique for estimating the rotor position of a synchronous motor, for example, Japanese Patent Laid-Open No. 7-245981 (Patent Document 1) detects a motor current when an alternating voltage is applied to a motor with a current detector, A magnetic pole position detection device for an electric motor that estimates the magnetic pole position (rotor position) of the electric motor based on the detection value is described. According to
上記の特許文献1では、電動機に印加する交番電圧の指令値を三相の電圧指令値に変換してインバータに入力する。そして、この三相の電圧指令値に従ってインバータがスイッチング動作を行なうことにより、指令値に応じた交番電圧が電動機に印加される。
In the
しかしながら、インバータを構成するスイッチング素子の特性ばらつきなどによってスイッチング素子のスイッチング動作にばらつきが生じると、スイッチング動作によって実際に電動機に印加される電圧(実電圧)が指令値からずれた値となってしまう。 However, if the switching operation of the switching element varies due to variations in the characteristics of the switching elements constituting the inverter, the voltage (actual voltage) actually applied to the motor by the switching operation deviates from the command value. .
また、インバータにおいては、通常、2つのスイッチング素子が同時にオン(導通)状態になるのを防止するために、両スイッチング素子を一時的にオフとするデッドタイムが設けられる。このデッドタイムの影響によっても、実電圧と指令値との間にずれが生じてしまう。このように実電圧と指令値との間にずれが生じると、正確なロータ位置の推定が困難となる。これにより、同期電動機の通電制御の精度が低下してしまう可能性がある。 In addition, in an inverter, in order to prevent two switching elements from being turned on (conductive) at the same time, a dead time for temporarily turning off both switching elements is provided. Due to the influence of this dead time, a deviation occurs between the actual voltage and the command value. As described above, when a deviation occurs between the actual voltage and the command value, it is difficult to accurately estimate the rotor position. Thereby, the precision of the energization control of a synchronous motor may fall.
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、インバータにおけるスイッチング動作のばらつきやデッドタイムの影響を受けず、電動機のロータ位置を精度良く推定することである。 The present invention has been made to solve such problems, and the object of the present invention is to accurately estimate the rotor position of the motor without being affected by variations in switching operation and dead time in the inverter. That is.
この発明のある局面では、ロータ位置推定装置は、突極性を有するロータを備えた電動機のロータ位置を推定する。ロータ位置推定装置は、電動機の停止中にd軸電圧を印加する電圧印加手段と、d軸電圧を印加したときに電動機に流れるq軸電流を検出する電流検出手段と、電流検出手段によって検出されたq軸電流に基づいて、電動機の停止中におけるロータ位置を推定する推定手段とを備える。電圧印加手段は、電動機に印加するd軸電圧の指令値を設定するための設定手段と、d軸電圧指令値に従ってインバータをパルス幅変調制御することにより、直流電圧を交流電圧に変換して電動機に印加するための電圧変換手段と、d軸電圧指令値に従ってインバータへの入力電圧を可変制御するための直流電圧発生手段とを含む。設定手段は、電動機の磁気飽和特性に応じて、電動機に流れる電流が電動機の突極比を許容値以上に維持可能な電流範囲内の最大値となるように、d軸電圧指令値を設定する。直流電圧発生手段は、d軸電圧指令値に応じて、パルス幅変調制御を適用できる入力電圧の範囲内の最小値となるように入力電圧を制御する。 In one aspect of the present invention, a rotor position estimation device estimates a rotor position of an electric motor including a rotor having saliency. The rotor position estimation device is detected by a voltage application unit that applies a d-axis voltage while the motor is stopped, a current detection unit that detects a q-axis current that flows through the motor when the d-axis voltage is applied, and a current detection unit. And estimating means for estimating the rotor position when the electric motor is stopped based on the q-axis current. The voltage application means converts the DC voltage into an AC voltage by setting the setting means for setting the command value of the d-axis voltage to be applied to the motor, and performing pulse width modulation control of the inverter according to the d-axis voltage command value. Voltage converting means for applying to the inverter, and DC voltage generating means for variably controlling the input voltage to the inverter according to the d-axis voltage command value. The setting means sets the d-axis voltage command value in accordance with the magnetic saturation characteristics of the motor so that the current flowing through the motor becomes a maximum value within a current range in which the salient pole ratio of the motor can be maintained at an allowable value or more. . The DC voltage generating means controls the input voltage so as to be the minimum value within the range of the input voltage to which the pulse width modulation control can be applied, according to the d-axis voltage command value.
この発明の別の局面では、突極性を有するロータを備えた電動機を制御する電動機制御システムは、電動機のロータ位置を検出する回転位置検出手段と、電動機の停止中における電動機のロータ位置を推定するロータ位置推定手段と、ロータ位置推定手段によるロータ位置の推定値に対する回転位置検出手段によるロータ位置の検出値の誤差を検出する誤差検出手段と、誤差検出手段によって検出された誤差を用いて、回転位置検出手段によって検出されるロータ位置を補正する補正手段と、補正手段によって補正されたロータ位置に基づいて、電動機の通電制御を行なう制御手段とを備える。ロータ位置推定手段は、電動機の停止中にd軸電圧を印加する電圧印加手段と、d軸電圧を印加したときに電動機に流れるq軸電流を検出する電流検出手段と、電流検出手段によって検出されたq軸電流に基づいて、電動機の停止中におけるロータ位置を推定する推定手段とを含む。電圧印加手段は、電動機に印加するd軸電圧の指令値を設定するための設定手段と、d軸電圧指令値に従ってインバータをパルス幅変調制御することにより、直流電圧を交流電圧に変換して電動機に印加するための電圧変換手段と、d軸電圧指令値に従ってインバータへの入力電圧を可変制御するための直流電圧発生手段とを含む。設定手段は、電動機の磁気飽和特性に応じて、電動機に流れる電流が電動機の突極比を許容値以上に維持可能な電流範囲内の最大値となるように、d軸電圧指令値を設定する。直流電圧発生手段は、d軸電圧指令値に応じて、パルス幅変調制御を適用できる入力電圧の範囲内の最小値となるように入力電圧を制御する。 In another aspect of the present invention, an electric motor control system for controlling an electric motor including a rotor having saliency has a rotational position detecting means for detecting the rotor position of the electric motor, and estimates the rotor position of the electric motor while the electric motor is stopped. A rotor position estimating means, an error detecting means for detecting an error of a detected value of the rotor position by the rotating position detecting means with respect to an estimated value of the rotor position by the rotor position estimating means, and an error detected by the error detecting means Correction means for correcting the rotor position detected by the position detection means, and control means for performing energization control of the electric motor based on the rotor position corrected by the correction means. The rotor position estimating means is detected by a voltage applying means for applying a d-axis voltage while the motor is stopped, a current detecting means for detecting a q-axis current flowing through the motor when the d-axis voltage is applied, and a current detecting means. And estimating means for estimating the rotor position when the electric motor is stopped based on the q-axis current. The voltage application means converts the DC voltage into an AC voltage by setting the setting means for setting the command value of the d-axis voltage to be applied to the motor, and performing pulse width modulation control of the inverter according to the d-axis voltage command value. Voltage converting means for applying to the inverter, and DC voltage generating means for variably controlling the input voltage to the inverter according to the d-axis voltage command value. The setting means sets the d-axis voltage command value in accordance with the magnetic saturation characteristics of the motor so that the current flowing through the motor becomes a maximum value within a current range in which the salient pole ratio of the motor can be maintained at an allowable value or more. . The DC voltage generating means controls the input voltage so as to be the minimum value within the range of the input voltage to which the pulse width modulation control can be applied, according to the d-axis voltage command value.
この発明の別の局面では、突極性を有するロータを備えた電動機のロータ位置を推定するロータ位置推定方法は、電動機の停止中にd軸電圧を印加するステップと、d軸電圧を印加したときに電動機に流れるq軸電流を検出するステップと、q軸電流を検出するステップによって検出されたq軸電流に基づいて、電動機の停止中におけるロータ位置を推定するステップとを備える。d軸電圧を印加するステップは、電動機に印加するd軸電圧の指令値を設定するステップと、d軸電圧指令値に従ってインバータをパルス幅変調制御することにより、直流電圧を交流電圧に変換して電動機に印加するステップと、d軸電圧指令値に従ってインバータへの入力電圧を可変制御するステップとを備える。d軸電圧の指令値を設定するステップは、電動機の磁気飽和特性に応じて、電動機に流れる電流が電動機の突極比を許容値以上に維持可能な電流範囲内の最大値となるように、d軸電圧指令値を設定する。インバータへの入力電圧を可変制御するステップは、d軸電圧指令値に応じて、パルス幅変調制御を適用できる入力電圧の範囲内の最小値となるように入力電圧を制御する。 In another aspect of the present invention, a rotor position estimation method for estimating a rotor position of an electric motor including a rotor having saliency is provided with a step of applying a d-axis voltage while the electric motor is stopped, and a d-axis voltage is applied. And a step of detecting a q-axis current flowing through the motor and a step of estimating a rotor position when the motor is stopped based on the q-axis current detected by the step of detecting the q-axis current. The step of applying the d-axis voltage includes a step of setting a command value of the d-axis voltage to be applied to the motor, and a pulse width modulation control of the inverter according to the d-axis voltage command value, thereby converting the DC voltage into an AC voltage. Applying to the motor, and variably controlling the input voltage to the inverter in accordance with the d-axis voltage command value. The step of setting the command value of the d-axis voltage is such that the current flowing through the motor becomes a maximum value within a current range in which the salient pole ratio of the motor can be maintained at an allowable value or more according to the magnetic saturation characteristics of the motor. Set the d-axis voltage command value. In the step of variably controlling the input voltage to the inverter, the input voltage is controlled so as to become a minimum value within the range of the input voltage to which the pulse width modulation control can be applied, according to the d-axis voltage command value.
本発明によれば、突極性を有するロータを備えた電動機のロータ位置を精度良く推定することができる。 According to the present invention, it is possible to accurately estimate the rotor position of an electric motor including a rotor having saliency.
以下に、本発明の実施の形態について図面を参照して詳細に説明する。なお、以下では、図中の同一または相当部分には同一符号を付して、その説明は原則的に繰り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.
(全体構成)
図1は、本発明の実施の形態に従うロータ位置推定装置が適用される電動機制御システムの概略構成図である。
(overall structure)
FIG. 1 is a schematic configuration diagram of an electric motor control system to which a rotor position estimation device according to an embodiment of the present invention is applied.
図1を参照して、電動機制御システム100は、直流電圧発生部10♯と、平滑コンデンサC0と、インバータ14と、制御装置30と、交流電動機M1とを備える。
Referring to FIG. 1, electric
交流電動機M1は、突極性を有するロータを備えた同期電動機であり、たとえばロータに永久磁石を用いた永久磁石型同期電動機が適用される。 The AC motor M1 is a synchronous motor including a rotor having saliency, and for example, a permanent magnet type synchronous motor using a permanent magnet for the rotor is applied.
本実施の形態では、交流電動機M1は、ハイブリッド自動車または電気自動車等の電動車両の駆動輪を駆動するためのトルクを発生する駆動用電動機である。なお、電動車両は、エンジンを搭載しない電気自動車を含め、車両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。 In the present embodiment, AC electric motor M1 is a driving electric motor that generates torque for driving the driving wheels of an electric vehicle such as a hybrid vehicle or an electric vehicle. The electric vehicle includes all vehicles equipped with an electric motor for generating vehicle 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に設けられたセンサ10によって、直流電源Bの電圧(Vb)、電流および温度が検知される。センサ10による検出値は、制御装置30へ出力される。
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 voltage (Vb), current, and temperature of the DC power supply B are 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の負極端子および電力線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および電力線5の間に接続される。電力線6および電力線5の間の直流電圧VLは、電圧センサ11によって検出される。電圧センサ11による検出値は、制御装置30へ送出される。
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および電力線5の間に直列に接続される。電力用半導体スイッチング素子Q1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, D2 are arranged for switching elements Q1, Q2.
リアクトルL1は、スイッチング素子Q1およびQ2の接続ノードと電力線6の間に接続される。また、平滑コンデンサC0は、電力線7および電力線5の間に接続される。
インバータ14は、電力線7および電力線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および電力線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。
Reactor L1 is connected between a connection node of switching elements Q1 and Q2 and power line 6. Further, the smoothing capacitor C0 is connected between the power line 7 and the
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、基本的には、各スイッチング周期内でスイッチング素子Q1およびQ2が相補的かつ交互にオン・オフするように制御される。コンバータ12は、昇圧動作時には、直流電源Bから供給された直流電圧VLを直流電圧VH(インバータ14への入力電圧に相当するこの直流電圧を、以下「システム電圧」とも称する)へ昇圧する。この昇圧動作は、スイッチング素子Q2のオン期間にリアクトルL1に蓄積された電磁エネルギを、スイッチング素子Q1および逆並列ダイオードD1を介して、電力線7へ供給することにより行なわれる。
また、コンバータ12は、降圧動作時には、直流電圧VHを直流電圧VLに降圧する。この降圧動作は、スイッチング素子Q1のオン期間にリアクトルL1に蓄積された電磁エネルギを、スイッチング素子Q2および逆並列ダイオードD2を介して、電力線6へ供給することにより行なわれる。これらの昇圧動作または降圧動作における電圧変換比(VHおよびVLの比)は、上記スイッチング周期に対するスイッチング素子Q1,Q2のオン期間比(デューティ比)により制御される。なお、スイッチング素子Q1およびQ2をオンおよびオフにそれぞれ固定すれば、VH=VL(電圧変換比=1.0)とすることもできる。
平滑コンデンサC0は、電力線7上の直流電圧を平滑化する。電圧センサ13は、平滑コンデンサC0の両端の電圧、すなわち、システム電圧VHを検出し、その検出値を制御装置30へ出力する。
The smoothing capacitor C0 smoothes the DC voltage on the power line 7. The
インバータ14は、交流電動機M1のトルク指令値が正(Trqcom>0)の場合には、制御装置30からのスイッチング制御信号S3〜S8に応答したスイッチング素子Q3〜Q8のスイッチング動作によって、電力線7上の直流電圧を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(Trqcom=0)には、スイッチング制御信号S3〜S8に応答したスイッチング動作により、直流電圧を交流電圧に変換し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Trqcomによって指定された零または正のトルクを発生するように駆動される。
When the torque command value of AC motor M1 is positive (Trqcom> 0),
さらに、電動機制御システム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Trqcomは負に設定される(Trqcom<0)。この場合には、インバータ14は、スイッチング制御信号S3〜S8に応答したスイッチング動作により、交流電動機M1が発電した交流電圧を直流電圧に変換し、その変換した直流電圧(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。
Furthermore, during regenerative braking of an electric vehicle equipped with electric
電流センサ24は、交流電動機M1に流れる電流(相電流)を検出し、その検出値を制御装置30へ出力する。なお、三相電流iu,iv,iwの瞬時値の和は零であるので、図1に示すように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してもよい。
回転位置センサ(レゾルバ)25は、交流電動機M1のロータ位置(ロータの磁極位置)θcを検出し、その検出したロータ位置θcを制御装置30へ送出する。制御装置30では、ロータ位置θc基づき交流電動機M1の回転数および回転角速度ωを算出できる。
The rotational position sensor (resolver) 25 detects the rotor position (rotor magnetic pole position) θc of the AC motor M1, and sends the detected rotor position θc to the
制御装置30は、電子制御ユニット(ECU)により構成され、予め記憶されたプログラムを図示しないCPU(Central Processing Unit)で実行することによるソフトウェア処理および/または専用の電子回路によるハードウェア処理により、電動機制御システム100の動作を制御する。
The
代表的な機能として、制御装置30は、センサ10による検出値、トルク指令値Trqcom、電圧センサ11によって検出された直流電圧VL、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によって検出されるモータ電流iv,iw、回転位置センサ25からのロータ位置θc等に基づいて、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。
As a representative function, the
具体的には、制御装置30は、システム電圧VHをフィードバック制御し、システム電圧VHが電圧指令値に一致するようにスイッチング制御信号S1,S2を生成する。また、制御装置30は、後述する制御方式により交流電動機M1がトルク指令値Trqcomに従ったトルクを出力するように、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。さらに、制御装置30は、電動機制御システム100の起動/停止に応答して、システムリレーSR1,SR2のオン・オフを制御する。
Specifically,
(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説明する。
(Control configuration)
Next, power conversion in the
図2は、制御装置30によって実行されるパルス幅変調(PWM)制御方式の機能ブロック図である。本発明の実施の形態では、インバータ14における電力変換に、一般的なPWM制御方式である正弦波PWM制御を適用する。なお、交流電動機M1の運転条件(代表的には、トルク・回転数)に応じて、正弦波PWM制御方式と、過変調PWM制御方式と、矩形波電圧制御とを切替えて適用する構成としてもよい。
FIG. 2 is a functional block diagram of a pulse width modulation (PWM) control method executed by the
図2を参照して、制御装置30は、電流指令生成部210と、座標変換部220,250と、回転数演算部230と、PI演算部240と、PWM信号生成部260と、ロータ位置推定部270とを含む。
Referring to FIG. 2,
電流指令生成部210は、予め作成されたテーブル等に従って、トルク指令値Trqcomに応じたd軸電流指令値Idcomおよびq軸電流指令値Iqcomを生成する。
Current
座標変換部220は、後述するロータ位置推定部270から出力される交流電動機M1のロータ位置θc♯を用いた座標変換(3相→2相)により、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を基に、d軸電流Idおよびq軸電流Iqを算出する。回転数演算部230は、ロータ位置推定部270からのロータ位置θc♯に基づいて、交流電動機M1の回転数Nmt(あるいは回転角速度ω)を演算する。
The coordinate
PI演算部240には、d軸電流の指令値に対する偏差ΔId(ΔId=Idcom−Id)およびq軸電流の指令値に対する偏差ΔIq(ΔIq=Iqcom−Iq)が入力される。PI演算部240は、d軸電流偏差ΔIdおよびq軸電流偏差ΔIqについて所定のゲインによるPI演算を行なって制御偏差を求め、この制御偏差に応じたd軸電圧指令値Vd♯およびq軸電圧指令値Vq♯を生成する。
A deviation ΔId (ΔId = Idcom−Id) with respect to the command value of the d-axis current and a deviation ΔIq (ΔIq = Iqcom−Iq) with respect to the command value of the q-axis current are input to the
座標変換部250は、ロータ位置推定部270からの交流電動機M1のロータ位置θc♯を用いた座標変換(2相→3相)によって、d軸電圧指令値Vd♯およびq軸電圧指令値Vq♯をU相、V相、W相の各相電圧指令値Vu,Vv,Vwに変換する。なお、d軸,q軸電圧指令値Vd♯,Vq♯から各相電圧指令値Vu,Vv,Vwへの変換には、システム電圧VHも反映される。
Coordinate
PWM信号生成部260は、各相における電圧指令値Vu,Vv,Vwと所定の搬送波(キャリア信号)との比較に基づいて、図1に示したスイッチング制御信号S3〜S8を生成する。インバータ14が、制御装置30によって生成されたスイッチング制御信号S3〜S8に従ってスイッチング制御されることにより、電流指令生成部210に入力されたトルク指令値Trqcomに従ったトルクを出力するための交流電圧が印加される。
The PWM
このように、トルク指令値Trqcomに応じた電流指令値(Idcom,Iqcom)へモータ電流を制御する閉ループが構成されることにより、交流電動機M1の出力トルクはトルク指令値Trqcomに従って制御される。 As described above, a closed loop for controlling the motor current to the current command value (Idcom, Iqcom) corresponding to the torque command value Trqcom is configured, whereby the output torque of the AC motor M1 is controlled according to the torque command value Trqcom.
(ロータ位置推定)
上述したように、交流電動機M1の通電制御は、回転位置センサ25により検出されるロータ位置θcに基づいて行なわれる。しかしながら、回転位置センサ25の取り付け位置に誤差があると、これがオフセット誤差となって、回転位置センサ25の出力θcが実際のロータ位置(以下、「実ロータ位置」とも称する)からずれてしまう可能性がある。この結果、交流電動機M1の通電制御の精度が低下するため、トルク指令値Trqcomに従ったトルクを出力することが困難となる虞がある。したがって、回転位置センサ25のオフセット誤差を求め、当該オフセット誤差を用いて回転位置センサ25の出力を補正する必要がある。
(Rotor position estimation)
As described above, the energization control of the AC motor M1 is performed based on the rotor position θc detected by the
本実施の形態では、ロータ位置推定部270は、インダクタンスの突極性を利用して、交流電動機M1の停止時における実ロータ位置を推定する。そして、この実ロータ位置に対する回転位置センサ25の出力θcの偏差であるオフセット誤差を求める。
In the present embodiment, rotor
図3は、交流電動機M1の回転座標系のオフセット誤差を説明するための図である。
交流電動機M1の制御では、三相コイルに流す電流iu,iv,iwをロータの永久磁石の磁束方向(d軸)と、それに直交する方向(q軸)との2軸の回転座標系が用いられる。図3には、実ロータ位置θに基づいた回転座標(d−q座標)系上でのモータモデルが示される。図3にはさらに、交流電動機M1の通電制御に用いられる回転座標(dc−qc座標)系が示される。この制御に用いられる回転座標系とは、回転位置センサ25の出力θcを基に定められたロータの永久磁石の磁束方向(dc軸)と、それに直交する方向(qc軸)とを有する。この制御に用いられる回転座標(dc−qc座標)系のdc−qc軸について、以下では、「制御軸」とも称する。
FIG. 3 is a diagram for explaining an offset error in the rotational coordinate system of AC electric motor M1.
In the control of the AC motor M1, the currents iu, iv, and iw that flow through the three-phase coils are used in a two-axis rotational coordinate system that has a magnetic flux direction (d-axis) of the permanent magnet of the rotor and a direction (q-axis) orthogonal thereto. It is done. FIG. 3 shows a motor model on a rotational coordinate (dq coordinate) system based on the actual rotor position θ. FIG. 3 further shows a rotation coordinate (dc-qc coordinate) system used for energization control of AC electric motor M1. The rotational coordinate system used for this control has a magnetic flux direction (dc axis) of the permanent magnet of the rotor determined based on the output θc of the
ここで、回転位置センサ25の取り付け位置に誤差があると、実ロータ位置θに対する回転位置センサ25の出力θcの偏差であるオフセット誤差Δθが生じる。これにより、制御軸(dc−qc軸)は、実ロータ位置θによるd−q軸に対してオフセット誤差Δθを有することとなる。
Here, if there is an error in the mounting position of the
ロータ位置推定部270は、交流電動機M1の停止時における実ロータ位置θを推定する。そして、この推定した実ロータ位置θを用いて、回転位置センサ25のオフセット誤差Δθを算出する。ロータ位置推定部270は、算出されたオフセット誤差Δθを用いて回転位置センサ25により検出されるロータ位置θcを補正し、補正されたロータ位置θc♯を座標変換部220,250および回転数演算部230に出力する。
Rotor
以下、本実施の形態によるロータ位置推定部270におけるロータ位置推定について詳細に説明する。
Hereinafter, the rotor position estimation in the rotor
図2に戻って、ロータ位置推定部270は、交流電動機M1の停止時に、制御軸であるdc軸に所定のパルス電圧を印加し、当該パルス電圧を印加したときの電流センサ24の出力に基づいて実ロータ位置θを推定する。
Returning to FIG. 2, the rotor
具体的には、交流電動機M1の通電制御に用いるdc−qc座標系(制御軸)におけるd軸電圧指令値を0以外の所定値Vdに設定するとともに、q軸電圧指令値を0に設定する。すなわち、dc−qc座標系のdc軸上に電圧ベクトルを制御するように設定する。以下の説明では、交流電動機M1の通電制御におけるd軸電圧指令値Vd♯およびq軸電圧指令値Vq♯と区別するために、ロータ位置推定のためのd軸電圧指令値およびq軸電圧指令値を、「d軸電圧指令値Vdc」および「q軸電圧指令値Vqc」とも表記する。 Specifically, the d-axis voltage command value in the dc-qc coordinate system (control axis) used for the energization control of the AC motor M1 is set to a predetermined value Vd other than 0, and the q-axis voltage command value is set to 0. . That is, the voltage vector is set to be controlled on the dc axis of the dc-qc coordinate system. In the following description, in order to distinguish from d-axis voltage command value Vd # and q-axis voltage command value Vq # in energization control of AC electric motor M1, d-axis voltage command value and q-axis voltage command value for rotor position estimation are used. Are also expressed as “d-axis voltage command value Vdc” and “q-axis voltage command value Vqc”.
座標変換部250は、ロータ位置推定部270から、d軸電圧指令値Vdc(=Vd)およびq軸電圧指令値Vqc(=0)と、回転位置センサ25により検出されたロータ位置(交流電動機M1の停止時のロータ位置)θcと、d軸電圧印加時間Tdとを受ける。なお、d軸電圧印加時間Tdとは、dc軸に印加する所定のパルス電圧のパルス幅に相当する。また、d軸電圧指令値Vdcは、当該パルス電圧のパルス高さに相当する。
The coordinate
座標変換部250は、回転位置センサ25により検出されたロータ位置θcを用いた座標変換(2相→3相)によって、d軸電圧指令値Vdcおよびq軸電圧指令値VqcをU相、V相、W相の各相電圧指令値Vu,Vv,Vwに変換する。PWM信号生成部260は、各相における電圧指令値Vu,Vv,Vwとキャリア信号との比較に基づいてスイッチング制御信号S3〜S8を生成する。インバータ14が、制御装置30によって生成されたスイッチング制御信号S3〜S8に従ってスイッチング制御されることにより、交流電動機M1のdc軸に所定のパルス電圧が印加される。
The coordinate
ここで、一般的に知られているように、永久磁石型同期電動機におけるU相、V相、W相の各相の電圧方程式は、次式(1)で示される。 Here, as is generally known, the voltage equation of each phase of the U phase, the V phase, and the W phase in the permanent magnet type synchronous motor is expressed by the following equation (1).
式(1)において、Rは電機子巻線抵抗を示し、φは永久磁石の電機子鎖交磁束数を示す。 In Equation (1), R represents the armature winding resistance, and φ represents the number of armature linkage fluxes of the permanent magnet.
交流電動機M1を、図3に示す回転座標(d−q軸)系上でのモータモデルとして扱うことにより、上記式(1)の電圧方程式は、次式(2)に示すd−q軸上の電圧方程式に変換される。 By treating the AC motor M1 as a motor model on the rotational coordinate (dq axis) system shown in FIG. 3, the voltage equation of the above equation (1) is on the dq axis shown in the following equation (2). Is converted to the voltage equation.
式(2)において、ωは交流電動機M1の電気角速度を示し、Ldはd軸インダクタンスを示し、Lqはq軸インダクタンスを示している。 In Expression (2), ω represents the electrical angular velocity of the AC motor M1, Ld represents the d-axis inductance, and Lq represents the q-axis inductance.
さらに、上記式(2)に示すd−q軸上の電圧方程式を、d−q軸に対してオフセット誤差Δθを有する制御軸(dc−qc軸)上の電圧方程式に変換することにより、制御軸(dc−qc軸)上の電圧方程式は、次式(3)で示される。 Further, the voltage equation on the dq axis shown in the above equation (2) is converted into a voltage equation on the control axis (dc-qc axis) having an offset error Δθ with respect to the dq axis, thereby performing control. The voltage equation on the axis (dc-qc axis) is expressed by the following expression (3).
式(3)において、Vdc,Vqcは制御軸(dc−qc軸)上でのd軸電圧およびq軸電圧を示し、Idc,Iqcは制御軸(dc−qc軸)上でのd軸電流およびq軸電流を示している。すなわち、式(3)は、回転位置センサ25の出力θcに基づいた制御軸(dc−qc軸)上でのモータモデルを数式化したものである。
In Equation (3), Vdc and Vqc indicate the d-axis voltage and the q-axis voltage on the control axis (dc-qc axis), and Idc and Iqc indicate the d-axis current and the control axis (dc-qc axis) and The q-axis current is shown. That is, Expression (3) is a mathematical expression of the motor model on the control axis (dc-qc axis) based on the output θc of the
いま、交流電動機M1は停止していることから、式(3)における交流電動機M1の電気角速度ω=0とする。そして、式(3)を制御軸(dc−qc軸)上での電流Idc,Iqcについて解くことによって、次式(4),(5)が得られる。 Since AC motor M1 is now stopped, the electrical angular velocity ω = 0 of AC motor M1 in equation (3) is set. Then, the following equations (4) and (5) are obtained by solving the equation (3) for the currents Idc and Iqc on the control axis (dc-qc axis).
上記式(4),(5)の電流方程式において、回転位置センサ25のオフセット誤差Δθ=0の場合、すなわち、実ロータ位置θと回転位置センサ25の出力θcとが一致する場合を考える。この場合、各式において、sin2Δθ=0およびcos2Δθ=1となるため、式(4),(5)はそれぞれ、次式(6),(7)に置き換えられる。
In the current equations (4) and (5), consider the case where the offset error Δθ = 0 of the
そして、上記式(6),(7)におけるd軸電圧Vdcおよびq軸電圧に、上述したd軸電圧指令値Vdc(=Vd)およびq軸電圧指令値Vqc(=0)を適用すると、制御軸(dc−qc軸)上の電流方程式は、次式(8),(9)となる。 When the above-described d-axis voltage command value Vdc (= Vd) and q-axis voltage command value Vqc (= 0) are applied to the d-axis voltage Vdc and q-axis voltage in the above formulas (6) and (7), control is performed. The current equation on the axis (dc-qc axis) is expressed by the following expressions (8) and (9).
上記式(8),(9)に示されるように、交流電動機M1の停止中に制御軸であるdc軸に所定のパルス電圧を印加したとき、回転位置センサ25のオフセット誤差Δθ=0の場合には、d軸電流Idcが0以外の所定値となる一方で、q軸電流Iqc=0となる。すなわち、オフセット誤差Δθ=0の場合には、d軸電流Idcのみが流れ、q軸電流Iqcが流れない。
As shown in the above formulas (8) and (9), when a predetermined pulse voltage is applied to the dc axis as the control axis while the AC motor M1 is stopped, the offset error Δθ = 0 of the
したがって、dc軸に所定のパルス電圧を印加したときにq軸電流Iqc=0となる制御軸を求めることにより、当該制御軸に対応するロータ位置θcを交流電動機M1の停止時における実ロータ位置θと推定することができる。 Therefore, by obtaining a control axis where the q-axis current Iqc = 0 when a predetermined pulse voltage is applied to the dc axis, the rotor position θc corresponding to the control axis is determined as the actual rotor position θ when the AC motor M1 is stopped. Can be estimated.
本実施の形態では、ロータ位置推定部270は、回転位置センサ25の出力θcに基づいた制御軸(dc−qc軸)を予め定められた回転角度範囲内で回転させ、回転角度ごとに制御軸のdc軸に所定のパルス電圧を印加する。そして、当該所定のパルス電圧を印加したときのq軸電流Iqcが0に最も近くなるときの制御軸に対応するロータ位置θcを、実ロータ位置θcと推定する。
In the present embodiment, the rotor
図4は、本発明の実施の形態に従うロータ位置推定を実現するための制御処理手順を説明するフローチャートである。図4に示す制御処理は、交流電動機M1の停止中において、制御装置30によって実行される。なお、図4の各ステップの制御処理は、制御装置30によって実行される所定プログラムおよび/または制御装置30内の電子回路(ハードウェア)による制御演算処理によって実現されるものとする。
FIG. 4 is a flowchart illustrating a control processing procedure for realizing rotor position estimation according to the embodiment of the present invention. The control process shown in FIG. 4 is executed by the
図4を参照して、制御装置30は、ステップS01により、回転位置センサ25で検出された交流電動機M1の停止中におけるロータ位置θcを取得する。
Referring to FIG. 4,
制御装置30は、ステップS02により、ステップS01で取得した回転位置センサ25の出力θcに基づいて制御軸(dc−qc軸)を設定する。具体的には、制御装置30は、回転位置センサ25の出力θcを、図4のステップS02〜S10の実行周期ごとに所定角度θsずつ変化させる。これにより、当該実行周期ごとに制御軸を所定角度θsずつ回転させる。なお、制御軸の回転角度範囲は、回転位置センサ25の出力θcに対して±θs×N(Nは自然数)の幅を持つように設定されている。一例として、制御装置30は、(θc−θs×N)を初期値として所定角度θsずつ増加するように、回転位置センサ25の出力θcを変化させる。
In step S02, the
制御装置30は、ステップS03により、制御軸のdc軸に所定のパルス電圧を印加するように、d軸電圧指令値Vdcおよびq軸電圧指令値Vqcを設定する。上述したように、制御装置30は、所定のパルス電圧のパルス高さに相当するd軸電圧指令値Vdcを0以外の所定値Vdに設定するとともに、当該パルス電圧のパルス幅に相当するd軸電圧印加時間Tdを設定する。また、制御装置30は、q軸電圧指令値Vqc=0に設定する。さらに制御装置30は、d軸電圧指令値Vdcおよびq軸電圧指令値Vqcを用いて、後述する方法によって、システム電圧VHの指令値(以下、「システム電圧指令値」とも称する)VH♯を設定する。
In step S03,
図5には、交流電動機M1に印加されるd軸電圧Vdcおよび交流電動機M1に流れるq軸電流Iqcの出力波形が示される。 FIG. 5 shows output waveforms of the d-axis voltage Vdc applied to the AC motor M1 and the q-axis current Iqc flowing through the AC motor M1.
図5を参照して、dc軸に一定電圧Vdcを印加したとき、q軸電流Iqcは、回転位置センサ25のオフセット誤差Δθに応じて異なる出力波形を示す。
Referring to FIG. 5, when a constant voltage Vdc is applied to the dc axis, the q-axis current Iqc shows a different output waveform depending on the offset error Δθ of the
詳細には、回転位置センサ25のオフセット誤差Δθ=0の場合、dc軸に一定電圧Vdcを印加したときのq軸電流Iqc=0となる(図中の波形k1に相当)。
Specifically, when the offset error Δθ = 0 of the
これに対して、回転位置センサ25のオフセット誤差Δθ≠0のときのq軸電流Iqcは、上記式(7)となり、波形k2に示すような過渡応答特性を示す。すなわち、d軸電圧Vdcが印加されると(時刻t1)、q軸電流Iqcは、d軸電圧に対してインダクタンスLd,Lq分だけ遅れて増加し、時刻t3でピークとなった後、緩やかに減少する。なお、オフセット誤差Δθ≠0のときのq軸電流Iqcは、オフセット誤差Δθが大きくなるに従って大きくなる。
On the other hand, the q-axis current Iqc when the offset error Δθ ≠ 0 of the
図4のステップS02において制御軸を所定角度θsずつ回転させることにより、オフセット誤差Δθが所定角度θsずつ変化する。そして、オフセット誤差Δθが変化することにより、d軸電圧Vdcを印加したときのq軸電流Iqcが変化する。ロータ位置推定部270は、このq軸電流Iqcの変化を検出することによって、q軸電流Iqcが0に最も近くなるときの制御軸を求める。
By rotating the control axis by a predetermined angle θs in step S02 of FIG. 4, the offset error Δθ changes by a predetermined angle θs. Then, as the offset error Δθ changes, the q-axis current Iqc changes when the d-axis voltage Vdc is applied. The rotor
具体的には、図4に戻って、ステップS04により、回転位置センサ25からのロータ位置θc用いた座標変換(2相→3相)によって、ステップS03で設定したd軸電圧指令値Vdcおよびq軸電圧指令値VqcをU相、V相、W相の各相電圧指令値Vu,Vv,Vwに変換する。 Specifically, returning to FIG. 4, in step S04, the d-axis voltage command values Vdc and q set in step S03 are converted by coordinate conversion using the rotor position θc from the rotational position sensor 25 (2 phase → 3 phase). The shaft voltage command value Vqc is converted into phase voltage command values Vu, Vv, Vw for the U phase, V phase, and W phase.
制御装置30は、ステップS05により、各相における電圧指令値Vu,Vv,Vwとキャリア信号との比較に基づいてスイッチング制御信号S3〜S8を生成する。また、制御装置30は、システム電圧VHがシステム電圧指令値VH♯となるように、スイッチング制御信号S1,S2を生成する。
In step S05,
ステップS06において、コンバータ12がスイッチング制御信号S1,S2に従ってスイッチング制御されるとともに、インバータ14がスイッチング制御信号S3〜S8に従ってスイッチング制御されることにより、制御軸のdc軸に所定のパルス電圧が印加される。
In step S06,
電流センサ24は、ステップS06により制御軸のdc軸に所定のパルス電圧が印加されたときに交流電動機M1に流れる電流(V相電流ivおよびW相電流iw)を検出する。制御装置30は、ステップS07により電流センサ24の検出値を取得すると、ステップS08において、d軸電圧印加時間の終了時点に電流センサ24によって検出されたV相電流ivおよびW相電流iwを基に、回転位置センサ25から出力されるロータ位置θcを用いた座標変換(3相→2相)により、d軸電流Idcおよびq軸電流Iqcを算出する。制御装置30は、算出したq軸電流Iqcを内部メモリに保持する。
The
次に、制御装置30は、ステップS09により、回転位置センサ25の出力θcが所定の回転角度範囲の最終値(θc+θs×N)に到達したか否かを判定する。回転位置センサ25の出力θcが最終値に到達していない場合(ステップS09のNO判定時)には、制御装置30は、ステップS10に進み、回転位置センサ25の出力θcを所定角度θs増加させた後、処理をステップS02に戻す。
Next, in step S09, the
これに対して、回転位置センサ25の出力θcが最終値に到達した場合(ステップS09のYES判定時)には、制御装置30は、ステップS11により、内部メモリに保持している複数のq軸電流Iqcのうち、最も0に近いq軸電流Iqcを選出し、その選出したq軸電流Iqcに対応する制御軸を求める。そして、制御装置30は、この制御軸に対応するロータ位置θcを、実ロータ位置θと推定する。
On the other hand, when the output θc of the
交流電動機M1の停止中における実ロータ位置θが推定されると、制御装置30は、ステップS12により、この推定した実ロータ位置θを用いて、回転位置センサ25のオフセット誤差Δθを算出する。制御装置30は、その算出したオフセット誤差Δθを内部メモリに保持する。
When the actual rotor position θ is estimated while AC electric motor M1 is stopped,
このようにして回転位置センサ25のオフセット誤差Δθが算出されると、制御装置30は、交流電動機M1の運転時において、このオフセット誤差Δθを用いて回転位置センサ25により検出されるロータ位置θcを補正する。そして、補正したロータ位置θc♯を座標変換部220,250および回転数演算部230に出力する。
When the offset error Δθ of the
図6は、図4のステップS07によるインバータ14における正弦波PWM制御を説明する図である。
FIG. 6 is a diagram for explaining the sine wave PWM control in the
図6を参照して、d軸電圧指令値Vdcおよびq軸電圧指令値Vqcは、回転位置センサ25からのロータ位置θc用いた座標変換(2相→3相)によって、U相、V相、W相の各相電圧指令値Vu,Vv,Vwに変換される。そして、各相における電圧指令値Vu,Vv,Vwと三角波からなるキャリア信号CRとの比較に基づいてスイッチング制御信号S3〜S8が生成される。たとえば、キャリア信号CRが電圧指令値Vuよりも低い場合にスイッチング制御信号S3をオンし(かつスイッチング制御信号S4をオフ)とし、そうでない場合にスイッチング制御信号S4をオンし(かつスイッチング制御信号S3をオフ)とする。 Referring to FIG. 6, the d-axis voltage command value Vdc and the q-axis voltage command value Vqc are converted into the U-phase, V-phase, and the like by the coordinate conversion using the rotor position θc from the rotational position sensor 25 (2 phase → 3 phase). It is converted into each phase voltage command value Vu, Vv, Vw of W phase. Then, switching control signals S3 to S8 are generated based on a comparison between the voltage command values Vu, Vv, Vw in each phase and a carrier signal CR composed of a triangular wave. For example, when the carrier signal CR is lower than the voltage command value Vu, the switching control signal S3 is turned on (and the switching control signal S4 is turned off). Otherwise, the switching control signal S4 is turned on (and the switching control signal S3). Off).
インバータ14のスイッチング制御によって交流電動機M1に流れる電流(V相電流ivおよびW相電流iw)は、回転位置センサ25から出力されるロータ位置θcを用いた座標変換(3相→2相)により、d軸電流Idcおよびq軸電流Iqcに変換される。そして、d軸電圧印加時間Tdの終了時点(時刻t2)におけるq軸電流Iqcがサンプリングされる。
The currents (V-phase current iv and W-phase current iw) that flow through AC motor M1 by the switching control of
このように、正弦波PWM制御方式を用いてインバータ14がスイッチング制御されることにより、d軸電圧指令値Vdcおよびq軸電圧指令値Vqc(=0)に一致した電圧が制御軸であるdc−qc軸に印加される。しかしながら、インバータ14を構成するスイッチング素子の特性ばらつきなどによってスイッチング素子のスイッチング動作にばらつきが生じると、スイッチング制御時に実際にdc−qc軸に印加される電圧(以下、「実電圧」とも称する)が電圧指令値Vdc,Vqcからずれた値になってしまう。
In this way, when the
図7は、インバータ14におけるスイッチング動作のばらつきの影響を説明するための図である。
FIG. 7 is a diagram for explaining the influence of variation in switching operation in the
図7を参照して、スイッチング動作のばらつきによって、dc−qc軸上では、d軸電圧指令値Vdcに対して位相が遅れる方向に電圧偏差dVswが生じる。そして、この電圧偏差dVswによって、実電圧Vdrは、d軸電圧指令値Vdcから位相が遅れた状態となる。ここで、電圧偏差dVswは、インバータ14に固有の値であるため、図7に示すように、dc軸電圧指令値Vdcに対する実電圧Vdrの位相ずれは、d軸電圧指令値Vdcが小さくなるほど大きくなる。換言すると、d軸電圧指令値Vdcを大きな値とすることによって、スイッチング動作のばらつきの影響を低減できる。
Referring to FIG. 7, a voltage deviation dVsw is generated on the dc-qc axis in a direction in which the phase is delayed with respect to the d-axis voltage command value Vdc due to variations in the switching operation. The actual voltage Vdr is delayed in phase from the d-axis voltage command value Vdc by the voltage deviation dVsw. Here, since the voltage deviation dVsw is a value unique to the
その一方で、d軸電圧指令値Vdcを大きくすると、上記式(6),(7)により、交流電動機M1に流れる電流(d軸電流Idcおよびq軸電流Iqc)が増える。交流電動機M1は、通常、電流が大きい領域では、電機子巻線の磁気飽和によりd,q軸インダクタンスLd,Lqが低下するという磁気飽和特性を有している。そのため、たとえば、交流電動機M1が図8に示す磁気飽和特性を有する場合、電流が増えるに従って突極比(Ld/Lq)が小さくなってしまう。本実施の形態はインダクタンスの突極性を利用してロータ位置を推定するため、電流が大きい領域ではロータ位置の推定精度が低下する可能性がある。したがって、突極比をロータ位置の推定に適した範囲内に維持するように、交流電動機M1に流れる電流を制限することが必要となる。 On the other hand, when the d-axis voltage command value Vdc is increased, the currents (d-axis current Idc and q-axis current Iqc) flowing through the AC motor M1 are increased according to the above formulas (6) and (7). The AC motor M1 normally has a magnetic saturation characteristic in which the d and q axis inductances Ld and Lq are reduced due to magnetic saturation of the armature winding in a region where the current is large. Therefore, for example, when AC electric motor M1 has the magnetic saturation characteristics shown in FIG. 8, the salient pole ratio (Ld / Lq) decreases as the current increases. In this embodiment, since the rotor position is estimated using the saliency of the inductance, the estimation accuracy of the rotor position may be reduced in a region where the current is large. Therefore, it is necessary to limit the current flowing through AC electric motor M1 so that the salient pole ratio is maintained within a range suitable for estimation of the rotor position.
そこで、本実施の形態では、交流電動機M1の磁気飽和特性(図8)に従って、交流電動機M1に流れる電流が交流電動機M1の突極比を許容値以上に維持可能な電流範囲内の最大値となるように、d軸電圧指令値Vdcを設定する。なお、許容値は、交流電動機M1の磁気飽和特性に基づいて、ロータ位置の推定精度が保証される範囲内の下限値に設定される。これにより、交流電動機M1の突極比を低下させることなく、インバータ14のスイッチング動作のばらつきの影響を低減することができる。
Therefore, in the present embodiment, according to the magnetic saturation characteristic of AC motor M1 (FIG. 8), the current flowing through AC motor M1 is set to the maximum value within the current range in which the salient pole ratio of AC motor M1 can be maintained above the allowable value. The d-axis voltage command value Vdc is set so that The allowable value is set to a lower limit value within a range in which the estimation accuracy of the rotor position is guaranteed based on the magnetic saturation characteristics of AC electric motor M1. Thereby, the influence of the dispersion | variation in the switching operation of the
また、インバータ14のスイッチング制御においては、2つのスイッチング素子が同時にオン状態になるのを防止するために、スイッチング制御信号S3〜S8に対して、両スイッチング素子を一時的にオフとするデッドタイムDTが設定される。このデッドタイムDTの影響によっても、実電圧が電圧指令値Vdc,Vqcからずれてしまう。
Further, in the switching control of the
図9に、キャリア信号CR、電圧指令値Vu、スイッチング制御信号S3,S4の関係を示す。上述したように、キャリア信号CRが電圧指令値Vuよりも小さい場合にスイッチング制御信号S3をオン(かつスイッチング制御信号S4をオフ)とし、そうでない場合にスイッチング制御信号S4をオン(かつスイッチング制御信号S3をオフ)とする。したがって、デッドタイムDTが設定されていない状態では、キャリア信号CRと電圧指令値Vuとの大小関係が変化する時点で、スイッチング制御信号S3,S4の状態も変化する(図9の一点鎖線参照)。 FIG. 9 shows the relationship among the carrier signal CR, the voltage command value Vu, and the switching control signals S3 and S4. As described above, when the carrier signal CR is smaller than the voltage command value Vu, the switching control signal S3 is turned on (and the switching control signal S4 is turned off). Otherwise, the switching control signal S4 is turned on (and the switching control signal is turned on). S3 is off). Therefore, in the state where the dead time DT is not set, the state of the switching control signals S3 and S4 also changes when the magnitude relationship between the carrier signal CR and the voltage command value Vu changes (see the one-dot chain line in FIG. 9). .
一方、デッドタイムDTを設定した後では、図9の実線に示すように、スイッチング制御信号S3,S4がオンからオフに変化する時点はキャリア信号CRと電圧指令値Vuとの大小関係が変化する時点のままであるが、スイッチング制御信号S3,S4がオフからオンに変化する時点は、キャリア信号CRと電圧指令値Vuとの大小関係が変化する時点からデッドタイムDTだけ経過した時点となる。 On the other hand, after setting the dead time DT, as shown by the solid line in FIG. 9, the magnitude relationship between the carrier signal CR and the voltage command value Vu changes when the switching control signals S3 and S4 change from on to off. Although the time remains unchanged, the time when the switching control signals S3 and S4 change from OFF to ON is the time when the dead time DT has elapsed from the time when the magnitude relationship between the carrier signal CR and the voltage command value Vu changes.
そして、このデッドタイムDTにおいては、U相電流iuの極性に応じて、ダイオードD3にU相電流iuが流れる状態と、ダイオードD4にU相電流iuが流れる状態とが生じる。詳細には、U相電流iuが正のときにはダイオードD1に電流iuが流れる一方で、U相電流iuが負のときにダイオードD2に電流iuが流れる。このように、スイッチング制御信号S3,S4がオンである期間だけでなくデッドタイム期間DT中もダイオードD3,D4にU相電流iuが流れる。このデッドタイム期間DT中にダイオードD1,D2に流れる電流によって生じる電圧偏差をdVDTとすると、電圧偏差dVDTは式(10)で表すことができる。 In the dead time DT, a state in which the U-phase current iu flows in the diode D3 and a state in which the U-phase current iu flows in the diode D4 occur depending on the polarity of the U-phase current iu. Specifically, when the U-phase current iu is positive, the current iu flows through the diode D1, while when the U-phase current iu is negative, the current iu flows through the diode D2. Thus, the U-phase current iu flows through the diodes D3 and D4 not only during the period when the switching control signals S3 and S4 are ON but also during the dead time period DT. If the voltage deviation caused by the current flowing through the diodes D1 and D2 during the dead time period DT is dV DT , the voltage deviation dV DT can be expressed by Expression (10).
式(10)において、Tcはキャリア信号CRの周期(キャリア周期)を示し、VHはシステム電圧(インバータ14への入力電圧)を示す。 In Expression (10), Tc represents the period of the carrier signal CR (carrier period), and VH represents the system voltage (input voltage to the inverter 14).
この電圧偏差dVDTによって、図10に示すように、実電圧Vdrは、d軸電圧指令値Vdcに対して位相がずれた状態となる。ここで、上記式(10)から明らかなように、電圧偏差dVDTは、システム電圧VHが大きくなるに従って大きくなる。また、キャリア周期Tcが短くなる(すなわち、キャリア周波数が高くなる)に従って大きくなる。したがって、システム電圧VHを小さくする、あるいは、キャリア信号CRの周波数(キャリア周波数)を低くすることによって、電圧偏差dVDTを小さくすることができる。 Due to this voltage deviation dV DT , as shown in FIG. 10, the actual voltage Vdr is in a phase shifted from the d-axis voltage command value Vdc. Here, as is clear from the equation (10), the voltage deviation dV DT increases as the system voltage VH increases. Moreover, it becomes larger as the carrier period Tc becomes shorter (that is, the carrier frequency becomes higher). Therefore, the voltage deviation dV DT can be reduced by reducing the system voltage VH or reducing the frequency (carrier frequency) of the carrier signal CR.
そこで、本実施の形態では、システム電圧VHを、正弦波PWM制御を適用できるシステム電圧VHの範囲内の最小値に設定する。 Therefore, in the present embodiment, system voltage VH is set to the minimum value within the range of system voltage VH to which sine wave PWM control can be applied.
詳細には、正弦波PWM制御方式を適用するか否かについては、ベクトル制御に従う電圧指令値の変調率範囲に応じて決定される。なお、「変調率」は、インバータ14への入力電圧(すなわち、システム電圧VH)に対するモータ印加電圧(線間電圧)の基本波成分(実効値)の比で表される。この変調率が所定の上限値UL以下の場合は正弦波PWM制御が適用される。なお、変調率が上限値ULを上回る場合は過変調PWM制御が適用される。 Specifically, whether to apply the sine wave PWM control method is determined according to the modulation rate range of the voltage command value according to the vector control. The “modulation rate” is represented by the ratio of the fundamental component (effective value) of the motor applied voltage (line voltage) to the input voltage to the inverter 14 (that is, the system voltage VH). When the modulation factor is equal to or lower than a predetermined upper limit UL, sine wave PWM control is applied. When the modulation rate exceeds the upper limit value UL, overmodulation PWM control is applied.
なお、本明細書においては、この変調率は、d軸電圧指令値Vdcおよびq軸電圧指令値Vqcを用いて、以下の式(11)によって表わすことができる。 In the present specification, this modulation factor can be expressed by the following equation (11) using the d-axis voltage command value Vdc and the q-axis voltage command value Vqc.
正弦波PWM制御は、代表的には、電圧指令値の振幅がキャリア信号CRの振幅以下の範囲と設定され、その場合には、上限値ULは約0.61に設定される。上記の式(11)においてq軸電圧指令値Vqc=0に設定されるため、変調率=Vdc/VHとなる。本実施の形態では、この変調率(=Vdc/VH)が上限値UL(約0.61)となるように、システム電圧指令値VH♯を設定する(すなわち、VH♯=Vdc/UL)。コンバータ12では、出力電圧VHがこのシステム電圧指令値VH#に一致するように、出力電圧VHのフィードバック制御が行なわれる。
In the sine wave PWM control, typically, the amplitude of the voltage command value is set to be in a range equal to or smaller than the amplitude of the carrier signal CR, and in this case, the upper limit value UL is set to about 0.61. In the above equation (11), the q-axis voltage command value Vqc = 0 is set, so that the modulation rate = Vdc / VH. In the present embodiment, system voltage command value VH # is set (that is, VH # = Vdc / UL) so that this modulation factor (= Vdc / VH) becomes upper limit value UL (about 0.61). In
図11には、変調率が上限値ULより小さいときのキャリア信号CRおよびU相電圧指令値Vuの関係(図中の実線参照)と、変調率が上限値ULとなるときのキャリア信号CRおよびU相電圧指令値Vuの関係を示す(図11中の一点鎖線参照)。正弦波PWM制御を適用できるシステム電圧VHの範囲内の最小値となるようにシステム電圧VHを設定したことにより、電圧偏差dVDTが小さくなるため、電圧指令値Vdc,Vqcに対する実電圧Vdrのずれを小さくすることができる。さらに、キャリア周波数を低く設定することにより、このずれをより一層小さくすることができる。 FIG. 11 shows the relationship between the carrier signal CR and the U-phase voltage command value Vu when the modulation rate is smaller than the upper limit value UL (see the solid line in the figure), the carrier signal CR when the modulation rate becomes the upper limit value UL, and The relationship of U-phase voltage command value Vu is shown (refer the dashed-dotted line in FIG. 11). Since the voltage deviation dV DT is reduced by setting the system voltage VH to be the minimum value within the range of the system voltage VH to which the sine wave PWM control can be applied, the deviation of the actual voltage Vdr from the voltage command values Vdc and Vqc. Can be reduced. Furthermore, this shift can be further reduced by setting the carrier frequency low.
以上説明したように、本発明の実施の形態によるロータ位置推定装置では、d軸電圧指令値Vdcを、交流電動機M1に流れる電流が交流電動機M1の突極比を許容値以上に維持可能な電流範囲内の最大値となるように設定するとともに、この設定したd軸電圧指令値Vdcに応じて、正弦波PWM制御を適用できるシステム電圧VHの範囲内の最小値となるようにシステム電圧指令値VH♯を設定する。これにより、インバータ14におけるスイッチング動作のずれ、およびデッドタイムの影響を低減できるため、電圧指令値Vdc,Vqcと実電圧Vdrとのずれを小さくすることができる。その結果、ロータ位置の推定精度を向上させることができる。
As described above, in the rotor position estimation device according to the embodiment of the present invention, the d-axis voltage command value Vdc is a current that allows the current flowing through AC motor M1 to maintain the salient pole ratio of AC motor M1 at or above the allowable value. The system voltage command value is set so as to be the maximum value within the range, and the system voltage command value is set to the minimum value within the range of the system voltage VH to which the sine wave PWM control can be applied according to the set d-axis voltage command value Vdc. VH # is set. Thereby, since the shift of the switching operation in the
ここで、システム電圧指令値VH♯が設定されると、コンバータ12においては、電圧センサ13によるシステム電圧VHの検出値とシステム電圧指令値VH♯とを一致させるための電圧フィードバック制御が行なわれる。
Here, when system voltage command value VH # is set,
このような電圧フィードバック制御において、電圧センサ13の検出誤差により、システム電圧VHの検出値と実際のシステム電圧VHとの間にずれが生じると、最悪の場合、実際のシステム電圧VHがシステム電圧指令値VH♯よりも低くなり、インバータ14における正弦波PWM制御が実行不能となる可能性がある。
In such a voltage feedback control, if a deviation occurs between the detected value of the system voltage VH and the actual system voltage VH due to a detection error of the
この対策としては、図12に示すように、上述した方法によって設定されたシステム電圧指令値VH♯に対して電圧センサ13の検出誤差を上乗せする。詳細には、正弦波PWM制御を適用できるシステム電圧VHの範囲内の最小値を「最小電圧」とすると、この最小電圧に電圧センサ13の検出誤差を上乗せした値を、システム電圧指令値VH♯に設定する。
As a countermeasure, as shown in FIG. 12, the detection error of the
これにより、電圧センサ13の検出値をシステム電圧指令値VH♯を一致させるように電圧フィードバック制御が行なわれた場合、実際のシステム電圧VHが、最低電圧を下回るという事態が生じるのを回避できる。
Thereby, when voltage feedback control is performed so that the detected value of
なお、上記の実施の形態では、本発明によるロータ位置推定装置が適用される電動機制御システムとして、回転位置センサにより検出されるロータ位置に基づいて交流電動機の通電制御を行なうように構成された電動機制御システムについて説明した。しかしながら、本発明の適用はこのような電動機制御システムに限定されるものではない。具体的には、回転位置センサを用いずにロータ位置を推定して通電制御を行なう、いわゆる位置センサレス制御方式を採用する電動機制御システムについても本発明を適用可能である。 In the above embodiment, the motor control system to which the rotor position estimation device according to the present invention is applied is an electric motor configured to perform energization control of the AC motor based on the rotor position detected by the rotation position sensor. The control system has been described. However, the application of the present invention is not limited to such an electric motor control system. Specifically, the present invention can also be applied to an electric motor control system that employs a so-called position sensorless control system that performs energization control by estimating a rotor position without using a rotational position sensor.
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、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.
10♯ 直流電圧発生部、12 コンバータ、13 電圧センサ、14 インバータ、24 電流センサ、25 回転位置センサ、30 制御装置、100 電動機制御システム、210 電流指令生成部、220,250 座標変換部、230 回転数演算部、240 PI演算部、260 PWM信号生成部、270 ロータ位置推定部、M1 交流電動機。 10 # DC voltage generation unit, 12 converter, 13 voltage sensor, 14 inverter, 24 current sensor, 25 rotational position sensor, 30 control device, 100 motor control system, 210 current command generation unit, 220, 250 coordinate conversion unit, 230 rotation Number calculation unit, 240 PI calculation unit, 260 PWM signal generation unit, 270 rotor position estimation unit, M1 AC motor.
Claims (11)
前記電動機の停止中に前記d軸電圧を印加する電圧印加手段と、
前記d軸電圧を印加したときに前記電動機に流れるq軸電流を検出する電流検出手段と、
前記電流検出手段によって検出された前記q軸電流に基づいて、前記電動機の停止中における前記ロータ位置を推定する推定手段とを備え、
前記電圧印加手段は、
前記電動機に印加する前記d軸電圧の指令値を設定するための設定手段と、
前記d軸電圧指令値に従ってインバータをパルス幅変調制御することにより、直流電圧を交流電圧に変換して前記電動機に印加するための電圧変換手段と、
前記d軸電圧指令値に従って前記インバータへの入力電圧を可変制御するための直流電圧発生手段とを含み、
前記設定手段は、前記電動機の磁気飽和特性に応じて、前記電動機に流れる電流が前記電動機の突極比を許容値以上に維持可能な電流範囲内の最大値となるように、前記d軸電圧指令値を設定し、
前記直流電圧発生手段は、前記d軸電圧指令値に応じて、前記パルス幅変調制御を適用できる前記入力電圧の範囲内の最小値となるように前記入力電圧を制御する、ロータ位置推定装置。 A rotor position estimation device for estimating a rotor position of an electric motor including a rotor having saliency,
Voltage application means for applying the d-axis voltage while the motor is stopped;
Current detection means for detecting a q-axis current flowing in the electric motor when the d-axis voltage is applied;
Estimating means for estimating the rotor position when the electric motor is stopped based on the q-axis current detected by the current detecting means;
The voltage applying means includes
Setting means for setting a command value of the d-axis voltage applied to the electric motor;
Voltage conversion means for converting a DC voltage into an AC voltage and applying it to the motor by performing pulse width modulation control of the inverter according to the d-axis voltage command value;
DC voltage generating means for variably controlling the input voltage to the inverter according to the d-axis voltage command value,
In accordance with the magnetic saturation characteristics of the motor, the setting means is configured so that the current flowing through the motor becomes a maximum value within a current range in which the salient pole ratio of the motor can be maintained at an allowable value or more. Set the command value,
The DC voltage generating means controls the input voltage so as to be a minimum value within the range of the input voltage to which the pulse width modulation control can be applied, according to the d-axis voltage command value.
前記入力電圧の指令値を設定するための指令値設定手段と、
前記入力電圧を検出する電圧検出手段と、
前記入力電圧の検出値が前記入力電圧指令値に一致するように前記入力電圧をフィードバック制御するためのフィードバック制御手段とを含み、
前記指令値設定手段は、前記パルス幅変調制御を適用できる前記入力電圧の範囲内の最小値を、前記入力電圧指令値に設定する、請求項1に記載のロータ位置推定装置。 The DC voltage generating means includes
Command value setting means for setting a command value of the input voltage;
Voltage detecting means for detecting the input voltage;
Feedback control means for feedback-controlling the input voltage so that the detected value of the input voltage matches the input voltage command value;
The rotor position estimating device according to claim 1, wherein the command value setting means sets a minimum value within the range of the input voltage to which the pulse width modulation control can be applied, to the input voltage command value.
前記推定手段は、前記q軸電流の検出値が零に最も近くなるときのd−q軸に対応するロータ位置を、前記電動機の停止中における前記ロータ位置と推定する、請求項1から4のいずれか1項に記載のロータ位置推定装置。 The voltage application means applies the d-axis voltage for each rotation angle while rotating the dq axes set as a rotation coordinate system of the electric motor by a predetermined angle,
The estimation means estimates the rotor position corresponding to the dq axis when the detected value of the q-axis current is closest to zero as the rotor position when the electric motor is stopped. The rotor position estimation apparatus of any one of Claims.
前記電動機のロータ位置を検出する回転位置検出手段と、
前記電動機の停止中における前記電動機のロータ位置を推定するロータ位置推定手段と、
前記ロータ位置推定手段による前記ロータ位置の推定値に対する前記回転位置検出手段による前記ロータ位置の検出値の誤差を検出する誤差検出手段と、
前記誤差検出手段によって検出された誤差を用いて、前記回転位置検出手段によって検出される前記ロータ位置を補正する補正手段と、
前記補正手段によって補正された前記ロータ位置に基づいて、前記電動機の通電制御を行なう制御手段とを備え、
前記ロータ位置推定手段は、
前記電動機の停止中に前記d軸電圧を印加する電圧印加手段と、
前記d軸電圧を印加したときに前記電動機に流れるq軸電流を検出する電流検出手段と、
前記電流検出手段によって検出された前記q軸電流に基づいて、前記電動機の停止中における前記ロータ位置を推定する推定手段とを含み、
前記電圧印加手段は、
前記電動機に印加する前記d軸電圧の指令値を設定するための設定手段と、
前記d軸電圧指令値に従ってインバータをパルス幅変調制御することにより、直流電圧を交流電圧に変換して前記電動機に印加するための電圧変換手段と、
前記d軸電圧指令値に従って前記インバータへの入力電圧を可変制御するための直流電圧発生手段とを含み、
前記設定手段は、前記電動機の磁気飽和特性に応じて、前記電動機に流れる電流が前記電動機の突極比を許容値以上に維持可能な電流範囲内の最大値となるように、前記d軸電圧指令値を設定し、
前記直流電圧発生手段は、前記d軸電圧指令値に応じて、前記パルス幅変調制御を適用できる前記入力電圧の範囲内の最小値となるように前記入力電圧を制御する、電動機制御システム。 An electric motor control system for controlling an electric motor including a rotor having saliency,
Rotational position detecting means for detecting a rotor position of the electric motor;
Rotor position estimating means for estimating a rotor position of the electric motor when the electric motor is stopped;
An error detecting means for detecting an error in a detected value of the rotor position by the rotational position detecting means with respect to an estimated value of the rotor position by the rotor position estimating means;
Correction means for correcting the rotor position detected by the rotational position detection means using the error detected by the error detection means;
Control means for performing energization control of the electric motor based on the rotor position corrected by the correction means,
The rotor position estimating means includes
Voltage application means for applying the d-axis voltage while the motor is stopped;
Current detection means for detecting a q-axis current flowing in the electric motor when the d-axis voltage is applied;
Estimating means for estimating the rotor position when the electric motor is stopped based on the q-axis current detected by the current detecting means,
The voltage applying means includes
Setting means for setting a command value of the d-axis voltage applied to the electric motor;
Voltage conversion means for converting a DC voltage into an AC voltage and applying it to the motor by performing pulse width modulation control of the inverter according to the d-axis voltage command value;
DC voltage generating means for variably controlling the input voltage to the inverter according to the d-axis voltage command value,
In accordance with the magnetic saturation characteristics of the motor, the setting means is configured so that the current flowing through the motor becomes a maximum value within a current range in which the salient pole ratio of the motor can be maintained at an allowable value or more. Set the command value,
The motor control system, wherein the DC voltage generation means controls the input voltage so as to be a minimum value within the range of the input voltage to which the pulse width modulation control can be applied, according to the d-axis voltage command value.
前記電動機の停止中に前記d軸電圧を印加するステップと、
前記d軸電圧を印加したときに前記電動機に流れるq軸電流を検出するステップと、
前記q軸電流を検出するステップによって検出された前記q軸電流に基づいて、前記電動機の停止中における前記ロータ位置を推定するステップとを備え、
前記d軸電圧を印加するステップは、
前記電動機に印加する前記d軸電圧の指令値を設定するステップと、
前記d軸電圧指令値に従ってインバータをパルス幅変調制御することにより、直流電圧を交流電圧に変換して前記電動機に印加するステップと、
前記d軸電圧指令値に従って前記インバータへの入力電圧を可変制御するステップとを備え、
前記d軸電圧の指令値を設定するステップは、前記電動機の磁気飽和特性に応じて、前記電動機に流れる電流が前記電動機の突極比を許容値以上に維持可能な電流範囲内の最大値となるように、前記d軸電圧指令値を設定し、
前記インバータへの入力電圧を可変制御するステップは、前記d軸電圧指令値に応じて、前記パルス幅変調制御を適用できる前記入力電圧の範囲内の最小値となるように前記入力電圧を制御する、ロータ位置推定方法。 A rotor position estimation method for estimating a rotor position of an electric motor including a rotor having saliency,
Applying the d-axis voltage while the motor is stopped;
Detecting a q-axis current flowing in the motor when the d-axis voltage is applied;
Estimating the rotor position while the electric motor is stopped based on the q-axis current detected by the step of detecting the q-axis current,
The step of applying the d-axis voltage includes:
Setting a command value for the d-axis voltage to be applied to the motor;
Applying a pulse width modulation control to the inverter according to the d-axis voltage command value, thereby converting a DC voltage into an AC voltage and applying it to the motor;
Variably controlling the input voltage to the inverter according to the d-axis voltage command value,
The step of setting the command value of the d-axis voltage includes a maximum value within a current range in which a current flowing through the motor can maintain a salient pole ratio of the motor at an allowable value or more according to a magnetic saturation characteristic of the motor. The d-axis voltage command value is set so that
The step of variably controlling the input voltage to the inverter controls the input voltage to be a minimum value within the range of the input voltage to which the pulse width modulation control can be applied according to the d-axis voltage command value. The rotor position estimation method.
前記入力電圧の指令値を設定するステップと、
前記入力電圧を検出するステップと、
前記入力電圧の検出値が前記入力電圧指令値に一致するように前記入力電圧をフィードバック制御するステップとを含み、
前記入力電圧の指令値を設定するステップは、前記パルス幅変調制御を適用できる前記入力電圧の範囲内の最小値を、前記入力電圧指令値に設定する、請求項7に記載のロータ位置推定方法。 The step of variably controlling the input voltage to the inverter includes:
Setting a command value of the input voltage;
Detecting the input voltage;
Feedback control of the input voltage so that the detected value of the input voltage matches the input voltage command value,
The rotor position estimating method according to claim 7, wherein the step of setting the command value of the input voltage sets the minimum value within the range of the input voltage to which the pulse width modulation control can be applied as the input voltage command value. .
前記ロータ位置を推定するステップは、前記q軸電流の検出値が零に最も近くなるときのd−q軸に対応するロータ位置を、前記電動機の停止中における前記ロータ位置と推定する、請求項7から10のいずれか1項に記載のロータ位置推定方法。 The step of applying the d-axis voltage includes applying the d-axis voltage for each rotation angle while rotating the dq axes set as a rotation coordinate system of the electric motor by a predetermined angle,
The step of estimating the rotor position estimates the rotor position corresponding to the dq axis when the detected value of the q-axis current is closest to zero as the rotor position when the electric motor is stopped. The rotor position estimation method according to any one of 7 to 10.
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