JP2017011856A - Controller of dynamo-electric machine - Google Patents

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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a controller of a dynamo-electric machine ensuring resonance suppression effect, regardless of the value of voltage phase.SOLUTION: In the dq coordinate of a motor generator, the coordinate axis where the change of a current vector for the change of voltage phase is decoupled is set as the λ axis. The λ axis direction component of the current vector is referred to λ axis current Iλr. A controller 30 operates the voltage phase φ so as to feedback control the torque Te of the motor generator to a command torque Trq*. Furthermore, the controller 30 corrects the voltage phase φ based on the λ axis current Iλr, so as to reduce the gain near the electric angular velocity ω, for the frequency characteristics related to the gain of a transfer function where the voltage phase φ is the input and the q axis current Iqr is the output.SELECTED DRAWING: Figure 2

Description

本発明は、電力変換回路に電気的に接続された回転電機に適用される制御装置に関する。   The present invention relates to a control device applied to a rotating electrical machine electrically connected to a power conversion circuit.

この種の制御装置としては、下記特許文献1に見られるように、電力変換回路の電圧ベクトルの位相である電圧位相を入力とし、回転電機に流れる電流を出力とする伝達関数の利得に関する周波数特性について、回転電機の電気角速度付近の利得を低減するものが知られている。詳しくは、この伝達関数は、電気角速度付近で共振する特性を有する。制御装置は、回転電機としての同期機に流れるq軸電流の低周波成分をハイパスフィルタによって除去し、低周波成分を除去したq軸電流に基づいて、回転電機のトルクを指令トルクにフィードバック制御するための電圧位相を補正する。これにより、電気角速度付近の利得の低減を図っている。   As this type of control device, as can be seen in Patent Document 1 below, the frequency characteristic relating to the gain of the transfer function that takes as input the voltage phase that is the phase of the voltage vector of the power conversion circuit and outputs the current that flows through the rotating electrical machine. Is known that reduces the gain near the electrical angular velocity of a rotating electrical machine. Specifically, this transfer function has a characteristic of resonating near the electrical angular velocity. The control device removes the low-frequency component of the q-axis current flowing in the synchronous machine as the rotating electrical machine by a high-pass filter, and feedback-controls the torque of the rotating electrical machine to the command torque based on the q-axis current from which the low-frequency component is removed. For correcting the voltage phase. As a result, the gain near the electrical angular velocity is reduced.

特開2014−200148号公報JP, 2014-200168, A

ここで上記特許文献1に記載された制御装置は、電圧位相が特定の範囲内にある場合において伝達関数の電気角速度付近の利得を低減できるものの、電圧位相が特定の範囲外となる場合には、伝達関数の電気角速度付近の利得を低減できず、共振抑制効果が得られない懸念がある。その結果、フィードバック制御におけるフィードバックゲインを大きく設定することができず、フィードバック制御における応答性を高めることができなくなる懸念がある。   Here, the control device described in Patent Document 1 can reduce the gain near the electrical angular velocity of the transfer function when the voltage phase is within a specific range, but when the voltage phase is outside the specific range. There is a concern that the gain in the vicinity of the electrical angular velocity of the transfer function cannot be reduced and the resonance suppression effect cannot be obtained. As a result, there is a concern that the feedback gain in the feedback control cannot be set large, and the responsiveness in the feedback control cannot be improved.

本発明は、上記課題を解決するためになされたものであり、その目的は、電圧位相の値によらず、共振抑制効果を得ることができる回転電機の制御装置を提供することにある。   The present invention has been made to solve the above problems, and an object of the present invention is to provide a control device for a rotating electrical machine capable of obtaining a resonance suppression effect regardless of the value of the voltage phase.

以下、上記課題を解決するための手段、及びその作用効果について記載する。   Hereinafter, means for solving the above-described problems and the operation and effects thereof will be described.

本発明は、回転電機(10)のトルク又は前記トルクと正の相関を有するパラメータを制御量とし、前記回転電機に電気的に接続された電力変換回路(20)の電圧ベクトルを操作することにより、前記制御量を制御する回転電機の制御装置(30)において、前記回転電機の回転座標系において前記電圧ベクトルの位相である電圧位相の変化に対する前記回転電機に流れる電流ベクトルの変化が非干渉化された座標軸を非干渉軸とし、前記電流ベクトルの前記非干渉軸方向成分を非干渉電流とし、前記制御量をその指令値にフィードバック制御すべく、前記電圧位相を操作する位相操作部(30l)と、前記電圧位相を入力とし、前記回転電機に流れる電流又は前記回転電機のトルクを出力とする伝達関数の利得に関する周波数特性について、前記回転電機の電気角速度付近の利得を低減するように、前記非干渉電流に基づいて、前記位相操作部によって操作される前記電圧位相を補正する位相補正部(30k)と、を備えることを特徴とする。   The present invention uses the torque of the rotating electrical machine (10) or a parameter having a positive correlation with the torque as a control amount, and operates the voltage vector of the power conversion circuit (20) electrically connected to the rotating electrical machine. In the control device (30) for the rotating electrical machine that controls the control amount, the change in the current vector flowing through the rotating electrical machine with respect to the change in the voltage phase that is the phase of the voltage vector in the rotating coordinate system of the rotating electrical machine is made non-interfering. A phase operation unit (30l) for operating the voltage phase so that the coordinate axis is a non-interference axis, the non-interference axis direction component of the current vector is a non-interference current, and the control amount is feedback controlled to its command value. And a frequency characteristic related to a gain of a transfer function having the voltage phase as an input and the current flowing through the rotating electrical machine or the torque of the rotating electrical machine as an output. A phase correction unit (30k) that corrects the voltage phase operated by the phase operation unit based on the non-interference current so as to reduce a gain in the vicinity of the electrical angular velocity of the rotating electrical machine. Features.

位相操作部によって操作される電圧位相の補正に上記非干渉電流を用いることにより、電圧位相の値によらず、上記伝達関数の極の実部を負の値にすることができる。このため、電圧位相の補正に非干渉電流を用いることにより、電圧位相の値によらず、共振抑制効果を得ることができる。   By using the non-interfering current for correcting the voltage phase operated by the phase operating unit, the real part of the pole of the transfer function can be set to a negative value regardless of the voltage phase value. For this reason, by using a non-interference current for correcting the voltage phase, a resonance suppression effect can be obtained regardless of the value of the voltage phase.

そこで上記発明では、伝達関数の電気角速度付近の利得を低減するように、非干渉電流に基づいて、位相操作部によって操作される電圧位相を補正する。このため、電圧位相の値によらず、共振抑制効果を得ることができる。これにより、フィードバック制御におけるフィードバックゲインを大きく設定することができ、フィードバック制御における応答性を高めることができる。   Therefore, in the above invention, the voltage phase operated by the phase operation unit is corrected based on the non-interference current so as to reduce the gain near the electrical angular velocity of the transfer function. Therefore, a resonance suppression effect can be obtained regardless of the voltage phase value. Thereby, the feedback gain in feedback control can be set large, and the responsiveness in feedback control can be improved.

第1実施形態にかかるモータ制御システムの全体構成図。1 is an overall configuration diagram of a motor control system according to a first embodiment. モータ制御のブロック図。The block diagram of motor control. dq座標系、pl座標系及びλo座標系の関係を示す図。The figure which shows the relationship between dq coordinate system, pl coordinate system, and (lambda) o coordinate system. 共振が大きい場合のモータ伝達関数のゲイン特性を示す図。The figure which shows the gain characteristic of a motor transfer function when resonance is large. dq座標系のモータモデルを示す図。The figure which shows the motor model of a dq coordinate system. pq座標系,λo座標系のモータモデルを示す図。The figure which shows the motor model of pq coordinate system and (lambda) o coordinate system. 複素平面上における極の軌跡を示す図。The figure which shows the locus | trajectory of the pole on a complex plane. 電圧ベクトルの変化に伴う電流ベクトルの変化を説明するための図。The figure for demonstrating the change of the current vector accompanying the change of a voltage vector. λ軸を説明するための図。The figure for demonstrating (lambda) axis | shaft. ゲインを低下させた場合のモータ伝達関数のゲイン特性を示す図。The figure which shows the gain characteristic of the motor transfer function at the time of reducing a gain. ゲインを低下させた場合のステップ応答を示すタイムチャート。The time chart which shows the step response at the time of reducing a gain. λ軸電流の算出手法を示す図。The figure which shows the calculation method of (lambda) axis current. 第1実施形態の効果を示す図。The figure which shows the effect of 1st Embodiment. 第1実施形態の効果を示す図。The figure which shows the effect of 1st Embodiment. 第2実施形態にかかるモータ制御のブロック図。The block diagram of the motor control concerning 2nd Embodiment. 第3実施形態にかかるモータ制御のブロック図。The block diagram of the motor control concerning 3rd Embodiment.

(第1実施形態)
以下、本発明にかかる制御装置を車載主機として3相回転電機を備える車両(例えば、電気自動車やハイブリッド車)に適用した第1実施形態について、図面を参照しつつ説明する。
(First embodiment)
Hereinafter, a first embodiment in which a control device according to the present invention is applied to a vehicle (for example, an electric vehicle or a hybrid vehicle) including a three-phase rotating electrical machine as an in-vehicle main unit will be described with reference to the drawings.

図1に示すように、モータ制御システムは、モータジェネレータ10、「電力変換回路」としての3相インバータ20、及びモータジェネレータ10を制御対象とする制御装置30を備えている。本実施形態において、モータジェネレータ10は、車載主機であり、図示しない駆動輪に連結されている。本実施形態では、モータジェネレータ10として、同期機を用いており、具体的には永久磁石型同期機を用いている。また本実施形態では、モータジェネレータ10として、突極機であるIPMSMを用いている。   As shown in FIG. 1, the motor control system includes a motor generator 10, a three-phase inverter 20 as a “power conversion circuit”, and a control device 30 that controls the motor generator 10. In the present embodiment, the motor generator 10 is an in-vehicle main machine and is connected to drive wheels (not shown). In the present embodiment, a synchronous machine is used as the motor generator 10, and specifically, a permanent magnet type synchronous machine is used. In this embodiment, an IPMSM that is a salient pole machine is used as the motor generator 10.

モータジェネレータ10は、インバータ20を介して、直流電源としてのバッテリ21に接続されている。バッテリ21の出力電圧は、例えば百V以上である。なお、バッテリ21及びインバータ20の間には、平滑コンデンサ22が設けられている。   The motor generator 10 is connected to a battery 21 as a DC power source via an inverter 20. The output voltage of the battery 21 is, for example, 100 V or more. A smoothing capacitor 22 is provided between the battery 21 and the inverter 20.

インバータ20は、上アームスイッチSup,Svp,Swpと下アームスイッチSun,Svn,Swnとの直列接続体を3組備えている。U相上,下アームスイッチSup,Sunの接続点には、モータジェネレータ10のU相が接続されている。V相上,下アームスイッチSvp,Svnの接続点には、モータジェネレータ10のV相が接続されている。W相上,下アームスイッチSwp,Swnの接続点には、モータジェネレータ10のW相が接続されている。ちなみに本実施形態では、各スイッチSup,Sun,Svp,Svn,Swp,Swnとして、電圧制御形の半導体スイッチング素子を用いており、より具体的には、IGBTを用いている。そして、各スイッチSup,Sun,Svp,Svn,Swp,Swnには、各フリーホイールダイオードDup,Dun,Dvp,Dvn,Dwp,Dwnが逆並列に接続されている。   The inverter 20 includes three sets of serially connected bodies of upper arm switches Sup, Svp, Swp and lower arm switches Sun, Svn, Swn. The U phase of the motor generator 10 is connected to a connection point between the U phase upper and lower arm switches Sup and Sun. The V phase of the motor generator 10 is connected to a connection point between the V phase upper and lower arm switches Svp and Svn. The W phase of the motor generator 10 is connected to a connection point between the W phase upper and lower arm switches Swp and Swn. Incidentally, in this embodiment, a voltage-controlled semiconductor switching element is used as each switch Sup, Sun, Svp, Svn, Swp, Swn, and more specifically, an IGBT is used. The free wheel diodes Dup, Dun, Dvp, Dvn, Dwp, Dwn are connected in antiparallel to the switches Sup, Sun, Svp, Svn, Swp, Swn.

モータ制御システムは、さらに、モータジェネレータ10に流れる各相電流のうち、少なくとも2相分の電流を検出する相電流検出部を備えている。本実施形態において、相電流検出部は、モータジェネレータ10のV相に流れる電流を検出するV相電流センサ23Vと、W相に流れる電流を検出するW相電流センサ23Wとを含む。また、モータ制御システムは、電圧センサ24及び回転角センサ25を備えている。電圧センサ24は、インバータ20の電源電圧、すなわちバッテリ21から出力された直流電圧を検出する電圧検出部である。回転角センサ25は、モータジェネレータ10の回転角(電気角θ)を検出する角度検出部であり、例えばレゾルバを用いることができる。   The motor control system further includes a phase current detection unit that detects a current of at least two phases among the phase currents flowing through the motor generator 10. In the present embodiment, the phase current detection unit includes a V-phase current sensor 23V that detects a current flowing in the V-phase of the motor generator 10 and a W-phase current sensor 23W that detects a current flowing in the W-phase. The motor control system includes a voltage sensor 24 and a rotation angle sensor 25. The voltage sensor 24 is a voltage detection unit that detects a power supply voltage of the inverter 20, that is, a DC voltage output from the battery 21. The rotation angle sensor 25 is an angle detection unit that detects the rotation angle (electrical angle θ) of the motor generator 10, and for example, a resolver can be used.

制御装置30は、マイコンを主体として構成され、モータジェネレータ10の制御量(本実施形態ではトルク)をその指令値(以下「指令トルクTrq*」という)にフィードバック制御すべく、インバータ20を操作する。詳しくは、制御装置30は、インバータ20を構成する各スイッチSup,Sun,Svp,Svn,Swp,Swnをオンオフ操作すべく、上記各種センサの検出値に基づいて、各操作信号gup,gun,gvp,gvn,gwp,gwnを生成し、生成した各操作信号gup,gun,gvp,gvn,gwp,gwnを各スイッチに対応する各駆動回路Dr(ゲート駆動回路)に対して出力する。ここで、上アーム側の操作信号gup,gvp,gwpと、対応する下アーム側の操作信号gun,gvn,gwnとは、互いに相補的な信号となっている。すなわち、上アームスイッチと、対応する下アームスイッチとは、交互にオン操作とされる。なお、指令トルクTrq*は、例えば、制御装置30の外部に設けられた制御装置であって、制御装置30よりも上位の制御装置から出力される。   The control device 30 is composed mainly of a microcomputer, and operates the inverter 20 to feedback control the control amount (torque in this embodiment) of the motor generator 10 to its command value (hereinafter referred to as “command torque Trq *”). . Specifically, the control device 30 controls each switch Sup, Sun, Svp, Svn, Swp, Swn that constitutes the inverter 20 based on the detection values of the various sensors to turn on / off the switches Sup, Sun, Svp, Svn, Swp, Swn. , Gvn, gwp, and gwn are generated, and the generated operation signals gup, gun, gvp, gvn, gwp, and gwn are output to each drive circuit Dr (gate drive circuit) corresponding to each switch. Here, the upper arm side operation signals gup, gvp, gwp and the corresponding lower arm side operation signals gun, gvn, gwn are complementary to each other. That is, the upper arm switch and the corresponding lower arm switch are alternately turned on. The command torque Trq * is, for example, a control device provided outside the control device 30, and is output from a control device higher than the control device 30.

続いて、図2を用いて、制御装置30によって実行されるモータジェネレータ10のトルク制御について説明する。   Next, torque control of the motor generator 10 executed by the control device 30 will be described using FIG.

2相変換部30aは、V相電流センサ23Vによって検出されたV相電流IV、W相電流センサ23Wによって検出されたW相電流IW、及び回転角センサ25によって検出された電気角θに基づいて、3相固定座標系におけるU相電流IU,V相電流IV,W相電流IWを、2相回転座標系(dq座標系)におけるd軸電流Idr及びq軸電流Iqrに変換する。dq座標系は、モータジェネレータ10の電気角速度ωで回転する直交2次元回転座標系である。   The two-phase conversion unit 30a is based on the V-phase current IV detected by the V-phase current sensor 23V, the W-phase current IW detected by the W-phase current sensor 23W, and the electrical angle θ detected by the rotation angle sensor 25. The U-phase current IU, V-phase current IV, and W-phase current IW in the three-phase fixed coordinate system are converted into the d-axis current Idr and the q-axis current Iqr in the two-phase rotational coordinate system (dq coordinate system). The dq coordinate system is an orthogonal two-dimensional rotational coordinate system that rotates at the electrical angular velocity ω of the motor generator 10.

トルク推定器30bは、2相変換部30aから出力されたd,q軸電流Idr,Iqrに基づいて、モータジェネレータ10の推定トルクTeを算出する。ここで、推定トルクTeは、d軸電流Idr及びq軸電流Iqrと推定トルクTeとが関係付けられたマップを用いて算出してもよいし、モデル式を用いて算出してもよい。   Torque estimator 30b calculates estimated torque Te of motor generator 10 based on d and q axis currents Idr and Iqr output from two-phase converter 30a. Here, the estimated torque Te may be calculated using a map in which the d-axis current Idr and the q-axis current Iqr are associated with the estimated torque Te, or may be calculated using a model formula.

トルク偏差算出部30cは、指令トルクTrq*から推定トルクTeを減算することにより、トルク偏差ΔTを算出する。なお、トルク偏差算出部30cに入力される推定トルクTeに、高周波成分を除去するローパスフィルタ処理を施してもよい。   The torque deviation calculation unit 30c calculates the torque deviation ΔT by subtracting the estimated torque Te from the command torque Trq *. Note that the estimated torque Te input to the torque deviation calculating unit 30c may be subjected to a low-pass filter process for removing high frequency components.

位相設定部30dは、推定トルクTeを指令トルクTrq*にフィードバック制御するための操作量として、インバータ20の電圧ベクトルVnvtの位相である電圧位相φを設定する。詳しくは、トルク偏差ΔTを入力とする比例積分制御によってp軸電圧Vpを算出する。本実施形態において、電圧位相φは、d軸の正方向を基準とし、この基準から反時計回りの方向(d軸の正方向からq軸の正方向へと回転する方向)が正方向として定義されている。   Phase setting unit 30d sets voltage phase φ, which is the phase of voltage vector Vnvt of inverter 20, as an operation amount for feedback control of estimated torque Te to command torque Trq *. Specifically, the p-axis voltage Vp is calculated by proportional-integral control with the torque deviation ΔT as an input. In the present embodiment, the voltage phase φ is defined with the positive direction of the d-axis as a reference, and the counterclockwise direction from this reference (the direction rotating from the positive direction of the d-axis to the positive direction of the q-axis) is defined as the positive direction. Has been.

ここで、制御装置30の制御対象となるモータジェネレータ10の伝達関数は、共振特性を有している。詳しくは、電圧位相φを入力とし、q軸電流を出力とする伝達関数の利得(ゲイン)に関する周波数特性(以下「ゲイン特性」という)において、電気角速度付近にゲインのピークが存在する。この場合、モータジェネレータ10のトルク制御性が低下する懸念がある。このため本実施形態では、このピークを低下させるために、p軸補正量算出部30j及びp軸補正部30k等の各処理部を備えている。以下、電気角速度付近のピークを低下させる原理について説明した後、上記各処理部について説明する。   Here, the transfer function of the motor generator 10 to be controlled by the control device 30 has a resonance characteristic. Specifically, in a frequency characteristic (hereinafter referred to as “gain characteristic”) relating to a gain (gain) of a transfer function having a voltage phase φ as an input and a q-axis current as an output, a gain peak exists near the electrical angular velocity. In this case, there is a concern that the torque controllability of the motor generator 10 may be reduced. For this reason, in this embodiment, in order to reduce this peak, each processing unit such as the p-axis correction amount calculation unit 30j and the p-axis correction unit 30k is provided. Hereinafter, after describing the principle of reducing the peak near the electrical angular velocity, each of the processing units will be described.

まず、ゲインのピークを低下させる原理について説明する。   First, the principle of reducing the gain peak will be described.

永久磁石型同期機の電圧方程式は、下式(eq1)で表される。   The voltage equation of the permanent magnet type synchronous machine is expressed by the following equation (eq1).

上式(eq1)において、「p」は微分演算子を示し、「R」は電機子巻線抵抗を示し、「Ld」,「Lq」はd,q軸インダクタンスを示し、「ω」はモータジェネレータ10の電気角速度を示し、「ψ」は永久磁石の電機子鎖交磁束の実効値を示す。また、「Vd」はd軸電圧を示し、「Vq」はq軸電圧を示す。なお、d軸電圧Vdの2乗値及びq軸電圧Vqの2乗値の和の平方根として、インバータ20の電圧ベクトルVnvtの振幅である電圧振幅Vnが定義されている。 In the above equation (eq1), “p” represents a differential operator, “R” represents an armature winding resistance, “Ld” and “Lq” represent d and q axis inductances, and “ω” represents a motor. The electrical angular velocity of the generator 10 is indicated, and “ψ” indicates the effective value of the armature interlinkage magnetic flux of the permanent magnet. “Vd” indicates a d-axis voltage, and “Vq” indicates a q-axis voltage. A voltage amplitude Vn that is an amplitude of the voltage vector Vnvt of the inverter 20 is defined as the square root of the sum of the square value of the d-axis voltage Vd and the square value of the q-axis voltage Vq.

d,q軸電圧Vd,Vpが微小変化する場合、上式(eq1)は下式(eq2)のように表される。   When the d and q axis voltages Vd and Vp change slightly, the above equation (eq1) is expressed as the following equation (eq2).

上式(eq2)において、「Δvd」はd軸電圧変化量を示し、「Δvq」はq軸電圧変化量を示す。また、「Δid」はd軸電圧Vdの変化に伴うd軸電流変化量を示し、「Δiq」はq軸電圧Vqの変化に伴うq軸電流変化量を示す。上式(eq2)から上式(eq1)を減算すると、下式(eq3)が導かれる。 In the above equation (eq2), “Δvd” indicates the d-axis voltage change amount, and “Δvq” indicates the q-axis voltage change amount. Further, “Δid” indicates a d-axis current change amount associated with a change in the d-axis voltage Vd, and “Δiq” indicates a q-axis current change amount associated with a change in the q-axis voltage Vq. When the above equation (eq1) is subtracted from the above equation (eq2), the following equation (eq3) is derived.

上式(eq3)をd,q軸電流変化量Δid,Δiqについて解くと、下式(eq4)が導かれる。 Solving the above equation (eq3) for d and q-axis current changes Δid and Δiq, the following equation (eq4) is derived.

ここで、2軸直交座標系であるpl座標系を導入する。pl座標系は、図3に示すように、電圧ベクトルVnvtと平行な方向に原点0から延びるl軸と、電圧ベクトルVnvtと直交する方向に原点0から延びるp軸とからなる座標系である。pl座標系は、原点0を中心にdq座標系を反時計回りに角度η(=φ−π/2)だけ回転させた座標系である。ここで、電圧ベクトルVnvtをl軸に投影した成分であるl軸電圧Vlを増減させることは、電圧振幅Vnを増減させることに等しい。また、電圧ベクトルVnvtをp軸に投影した成分であるp軸電圧Vpを増減させることは、電圧位相φを増減させることに等しい。 Here, a pl coordinate system which is a biaxial orthogonal coordinate system is introduced. As shown in FIG. 3, the pl coordinate system is a coordinate system including an l-axis extending from the origin 0 in a direction parallel to the voltage vector Vnvt and a p-axis extending from the origin 0 in a direction orthogonal to the voltage vector Vnvt. The pl coordinate system is a coordinate system obtained by rotating the dq coordinate system about the origin 0 counterclockwise by an angle η (= φ−π / 2). Here, increasing or decreasing the l-axis voltage Vl, which is a component obtained by projecting the voltage vector Vnvt on the l-axis, is equivalent to increasing or decreasing the voltage amplitude Vn. Further, increasing or decreasing the p-axis voltage Vp, which is a component obtained by projecting the voltage vector Vnvt on the p-axis, is equivalent to increasing or decreasing the voltage phase φ.

pl座標系は、dq座標系を反時計回りに角度ηだけ回転させたものであることから、下式(eq5)が成立する。   Since the pl coordinate system is obtained by rotating the dq coordinate system counterclockwise by an angle η, the following equation (eq5) is established.

上式(eq5)において、「Δvp」はp軸電圧変化量を示し、「Δvl」はl軸電圧変化量を示す。上式(eq5)を上式(eq4)に代入すると、下式(eq6)が得られる。 In the above equation (eq5), “Δvp” represents the p-axis voltage change amount, and “Δvl” represents the l-axis voltage change amount. Substituting the above equation (eq5) into the above equation (eq4) yields the following equation (eq6).

ここで、電圧位相φが微小量Δφだけ変化した場合におけるp軸電圧変化量Δvpは、「sinΔφ≒Δφ」の関係を用いて下式(eq7)で表される。 Here, when the voltage phase φ changes by a minute amount Δφ, the p-axis voltage change amount Δvp is expressed by the following equation (eq7) using the relationship of “sin Δφ≈Δφ”.

上式(eq6),(eq7)より、下式(eq8)が導かれる。 From the above equations (eq6) and (eq7), the following equation (eq8) is derived.

上式(eq8)に示すように、電圧位相φを入力とし、トルクに大きく寄与するq軸電流Iqを出力とする有理式の伝達関数は、sの複素関数であり、2次遅れ系である。図4に、この伝達関数のゲイン特性を示す。図4に示すゲイン特性は、電気角速度ω付近に共振角速度を有し、共振角速度におけるゲインが大きい。このため、位相設定部30dの比例ゲイン及び積分ゲインであるフィードバックゲインを大きく設定できず、フィードバック制御におけるトルク応答性を高くすることができない。 As shown in the above equation (eq8), the rational transfer function having the voltage phase φ as an input and the q-axis current Iq that greatly contributes to torque as an output is a complex function of s and is a second-order lag system. . FIG. 4 shows the gain characteristic of this transfer function. The gain characteristic shown in FIG. 4 has a resonance angular velocity near the electrical angular velocity ω, and the gain at the resonance angular velocity is large. For this reason, the feedback gain that is the proportional gain and integral gain of the phase setting unit 30d cannot be set large, and the torque response in the feedback control cannot be increased.

ここで図5に示すように、d,q軸電圧Vd,Vqを入力とし、d,q軸電流Id,Iqを出力とするモータモデルをMODEL1とする。また図6に示すように、p,l軸電圧Vp,Vlを入力とし、λ,o軸電流Iλ,Ioを出力とするモータモデルをMODEL2とする。λo座標系は、図3に示すように、原点0を中心にdq座標系を反時計回りに角度λだけ回転させた座標系である。共振角速度におけるゲインを低下させるべく、まず、MODEL1をMODEL2に変換することを考える。   Here, as shown in FIG. 5, a motor model having d and q-axis voltages Vd and Vq as inputs and d and q-axis currents Id and Iq as outputs is referred to as MODEL1. Further, as shown in FIG. 6, a motor model having p and l-axis voltages Vp and Vl as inputs and λ and o-axis currents Iλ and Io as outputs is referred to as MODEL2. As shown in FIG. 3, the λo coordinate system is a coordinate system obtained by rotating the dq coordinate system about the origin 0 counterclockwise by an angle λ. In order to reduce the gain at the resonance angular velocity, first, consider converting MODEL1 to MODEL2.

下式(eq9)を用いて、d,q軸電圧変化量Δvd,Δvqをpl座標系におけるp,l軸電圧変化量Δvp,Δvlに変換する。   Using the following equation (eq9), the d and q-axis voltage changes Δvd and Δvq are converted into p and l-axis voltage changes Δvp and Δvl in the pl coordinate system.

原点0を中心にdq座標系を反時計回りに角度λだけ回転させたλo座標系におけるλ,o軸電流変化量Δiλ,Δioを、dq座標系に投影する場合、下式(eq10)を用いる。 The following equation (eq10) is used when λ, o-axis current change amounts Δiλ, Δio in the λo coordinate system obtained by rotating the dq coordinate system counterclockwise about the origin 0 by the angle λ are projected on the dq coordinate system. .

上式(eq9)に上式(eq3),(eq10)を代入すると、下式(eq11)が導かれる。 Substituting the above equations (eq3) and (eq10) into the above equation (eq9) leads to the following equation (eq11).

ただし、上式(eq11)において、「Rs,Rc,Lλo,Loλ」は下式(eq12)に示すパラメータである。 However, in the above equation (eq11), “Rs, Rc, Lλo, Loλ” are parameters shown in the following equation (eq12).

ここで図6に示すように、モータモデルMODEL2に入力されるp軸電圧Vpを補正するために、p軸補正量算出部30jを導入する。本実施形態において、p軸補正量算出部30jは、λ軸電流Iλに比例ゲインK(>0)を乗算した値として位相補正量Δrを算出する。λ軸電流変化量Δiλを入力とした位相補正量Δrは「K×Δiλ」となる。位相補正量Δrを上式(eq11)の左辺に加えると、下式(eq13)が導かれる。 Here, as shown in FIG. 6, in order to correct the p-axis voltage Vp input to the motor model MODEL2, a p-axis correction amount calculation unit 30j is introduced. In the present embodiment, the p-axis correction amount calculation unit 30j calculates the phase correction amount Δr as a value obtained by multiplying the λ-axis current Iλ by a proportional gain K (> 0). The phase correction amount Δr using the λ-axis current change amount Δiλ as an input is “K × Δiλ”. When the phase correction amount Δr is added to the left side of the above equation (eq11), the following equation (eq13) is derived.

上式(eq13)を下式(eq14)のように変形する。 The above equation (eq13) is transformed into the following equation (eq14).

上式(eq14)をλ,o軸電流変化量Δiλ,Δioについて解くと、下式(eq15)が導かれる。 Solving the above equation (eq14) with respect to λ and o-axis current change amounts Δiλ and Δio, the following equation (eq15) is derived.

ここで、図6のモータモデルMODEL2において、p軸電圧Vpを入力としてλ軸電流Iλを出力とする伝達関数の極は、上式(eq15)の右辺の分母を0とするsとして求められる。sは、下式(eq16)により求められる。 Here, in the motor model MODEL2 of FIG. 6, the pole of the transfer function having the p-axis voltage Vp as an input and the λ-axis current Iλ as an output is obtained as s where the denominator on the right side of the above equation (eq15) is zero. s is obtained by the following equation (eq16).

上式(eq16)をsについて整理すると、下式(eq17)が導かれる。 When the above equation (eq16) is arranged for s, the following equation (eq17) is derived.

上式(eq17)の解、すなわち伝達関数の極は、複素共役な値として、下式(eq18)により表される。 The solution of the above equation (eq17), that is, the pole of the transfer function is represented by the following equation (eq18) as a complex conjugate value.

上式(eq18)に上式(eq12)の「Lo,Loλ」を代入すると、下式(eq19)が導かれる。 Substituting “Lo, Loλ” of the above equation (eq12) into the above equation (eq18), the following equation (eq19) is derived.

上式(eq19)において、「j」は虚数を示す。ここで、下式(eq20)が成立する場合、上式(eq19)は下式(eq21)となる。 In the above formula (eq19), “j” represents an imaginary number. Here, when the following expression (eq20) holds, the above expression (eq19) becomes the following expression (eq21).

上式(eq20)を角度λについて解くと、下式(eq22)が導かれる。 When the above equation (eq20) is solved for the angle λ, the following equation (eq22) is derived.

上式(eq21)の角度λに上式(eq22)を代入することにより導かれる伝達関数の極の配置は、図7に示すように、比例ゲインK(すなわち、位相補正量Δrの絶対値)を0から増加させた場合における極の軌跡が、複素平面上において極の実部が負の値となる領域に存在する。また、上式(eq21)の角度λに上式(eq22)を代入することにより導かれる伝達関数の極の配置は、比例ゲインKを0から増加させた場合における極の軌跡が、電圧位相φの値によらず複素平面上の実軸に沿うものとなる。詳しくは、電圧位相φの値によらず、比例ゲインKが増加するほど、極の虚部の値を維持するように極の実部が負方向に移動する。したがって、位相補正量Δrによってp軸電圧Vpを補正することにより、電圧位相φの値によらず、ゲイン特性における電気角速度ω付近のゲインを低減することができる。 As shown in FIG. 7, the arrangement of the poles of the transfer function derived by substituting the above equation (eq22) for the angle λ of the above equation (eq21) is proportional gain K (that is, the absolute value of the phase correction amount Δr). The trajectory of the pole when is increased from 0 exists in a region where the real part of the pole has a negative value on the complex plane. Further, the arrangement of the poles of the transfer function derived by substituting the above equation (eq22) into the angle λ of the above equation (eq21) indicates that the locus of the pole when the proportional gain K is increased from 0 is the voltage phase φ It will be along the real axis on the complex plane regardless of the value of. Specifically, regardless of the value of the voltage phase φ, as the proportional gain K increases, the real part of the pole moves in the negative direction so as to maintain the value of the imaginary part of the pole. Therefore, by correcting the p-axis voltage Vp with the phase correction amount Δr, the gain near the electrical angular velocity ω in the gain characteristic can be reduced regardless of the value of the voltage phase φ.

ここで、位相補正量Δrの算出に用いられるλ軸電流Iλを規定するλ軸は、現在の電圧位相φが微小量Δφ変化した場合に電流ベクトルInvtが変化する方向と垂直方向の座標軸であり、非干渉軸に相当する。このことは、上式(eq7),(eq15)より上記微小量Δφとλ軸電流Iλとの関係が下式(eq23),(eq24)で表せることより説明できる。下式(eq23),(eq24)では、抵抗Rの影響は小さいとして無視し、また定常的な関係性を示すため微分演算子sの項を除外するものとする。   Here, the λ axis that defines the λ-axis current Iλ used for calculating the phase correction amount Δr is a coordinate axis perpendicular to the direction in which the current vector Invt changes when the current voltage phase φ changes by a minute amount Δφ. Corresponds to a non-interfering axis. This can be explained by the relationship between the minute amount Δφ and the λ-axis current Iλ expressed by the following equations (eq23) and (eq24) from the above equations (eq7) and (eq15). In the following equations (eq23) and (eq24), the influence of the resistance R is ignored because it is small, and the term of the differential operator s is excluded to show a steady relationship.

上式(eq12),(eq20)より、「Loλ=0」である。このため、電圧位相が微小量Δφ変化した場合にλ軸電流Iλは変化せず、λ軸と垂直方向に変化する。このことからλ軸は上記微小量Δφの非干渉軸と言える。 From the above equations (eq12) and (eq20), “Loλ = 0”. Therefore, when the voltage phase changes by a minute amount Δφ, the λ-axis current Iλ does not change and changes in the direction perpendicular to the λ-axis. From this, it can be said that the λ axis is a non-interference axis of the minute amount Δφ.

図8に、dq座標系における電圧ベクトルVnvt及び電流ベクトルInvtを示す。電流ベクトルは、d軸電流の2乗値及びq軸電流の2乗値の和の平方根として定義される。図8には、電圧位相φが微小量Δφだけ変化した場合の電流ベクトルInvtの変化分を「ΔIφ」にて示し、電圧振幅Vnが微小量ΔVnだけ変化した場合の電流ベクトルInvtの変化分を「ΔIvn」にて示した。また図9に、電流ベクトルInvtの変化分ΔIφと直交する方向に延びるλ軸を示す。   FIG. 8 shows the voltage vector Vnvt and the current vector Invt in the dq coordinate system. The current vector is defined as the square root of the sum of the square value of the d-axis current and the square value of the q-axis current. In FIG. 8, the change amount of the current vector Invt when the voltage phase φ is changed by the minute amount Δφ is indicated by “ΔIφ”, and the change amount of the current vector Invt when the voltage amplitude Vn is changed by the minute amount ΔVn. This is indicated by “ΔIvn”. FIG. 9 shows the λ axis extending in the direction orthogonal to the change ΔIφ of the current vector Invt.

位相補正量Δrを用いることによりゲインが低下することを、伝達関数を用いて説明する。上式(eq10)に上式(eq15)を代入すると、下式(eq25)が導かれる。   The fact that the gain is reduced by using the phase correction amount Δr will be described using a transfer function. Substituting the above equation (eq15) into the above equation (eq10) leads to the following equation (eq25).

上式(eq25)から下式(eq26)の伝達関数が導かれる。 The transfer function of the following equation (eq26) is derived from the above equation (eq25).

上式(eq26)に上式(eq7)を代入すると、下式(eq27)が導かれる。 Substituting the above equation (eq7) into the above equation (eq26) leads to the following equation (eq27).

上式(eq27)は、電圧位相φを入力とし、q軸電流Iqを出力とする伝達関数を示す。この伝達関数は、上式(eq8)の伝達関数の分母に比例ゲインKを含む項が加わったものである。比例ゲインKを含む項の存在により、図10に示すように、比例ゲインKを大きくするほど、共振角速度におけるゲインを低下させることができる。なお図11には、電圧位相φによるトルクフィードバック制御において、指令トルクTrq*をステップ状に変化させた場合のトルク波形を示す。比例ゲインKを大きくすることにより、トルク制御の安定性を高めることができる。 The above equation (eq27) represents a transfer function having the voltage phase φ as an input and the q-axis current Iq as an output. This transfer function is obtained by adding a term including a proportional gain K to the denominator of the transfer function of the above equation (eq8). Due to the existence of the term including the proportional gain K, the gain at the resonance angular velocity can be reduced as the proportional gain K is increased as shown in FIG. FIG. 11 shows a torque waveform when the command torque Trq * is changed stepwise in the torque feedback control with the voltage phase φ. By increasing the proportional gain K, the stability of torque control can be improved.

続いて、図2に戻り、ゲイン特性における電気角速度付近のゲインを低下させるためのp軸補正量算出部30j等の各処理部について説明する。   Next, returning to FIG. 2, each processing unit such as the p-axis correction amount calculating unit 30j for reducing the gain near the electrical angular velocity in the gain characteristic will be described.

速度算出部30eは、電気角θに基づいて、モータジェネレータ10の電気角速度ωを算出する。   The speed calculation unit 30e calculates the electrical angular speed ω of the motor generator 10 based on the electrical angle θ.

指令電圧設定部30fは、指令トルクTrq*を入力として、規格化電圧振幅「Vl/ω」を算出する。本実施形態において、規格化電圧振幅「Vl/ω」とは、l軸電圧Vlを電気角速度ωで除算した値のことである。なお、規格化電圧振幅は、指令トルクTrq*及び規格化電圧振幅が関係付けられたマップを用いて算出すればよい。   The command voltage setting unit 30f receives the command torque Trq * and calculates a normalized voltage amplitude “Vl / ω”. In the present embodiment, the normalized voltage amplitude “Vl / ω” is a value obtained by dividing the l-axis voltage Vl by the electrical angular velocity ω. Note that the normalized voltage amplitude may be calculated using a map in which the command torque Trq * and the normalized voltage amplitude are associated with each other.

速度乗算部30gは、規格化電圧振幅「Vl/ω」に電気角速度ωを乗算することで、l軸電圧Vlを算出する。l軸電圧Vlは、モータジェネレータ10のトルクを指令トルクTrq*にフィードフォワード制御するための操作量となる。   The speed multiplication unit 30g calculates the l-axis voltage Vl by multiplying the normalized voltage amplitude “Vl / ω” by the electrical angular speed ω. The l-axis voltage Vl is an operation amount for performing feedforward control of the torque of the motor generator 10 to the command torque Trq *.

λ軸設定部30h(「非干渉軸設定部」に相当)は、「φ=η+π/2」の関係に基づいて、電圧位相φを算出する。本実施形態において、λ軸設定部30hは、「φ=η+π/2」の関係に基づいて、電圧位相φを算出する。特に本実施形態では、d軸とp軸とのなす角度ηの算出値のノイズ成分を除去すべく、上記角度ηにローパスフィルタ処理を施している。このため、電圧位相φを下式(eq28)によって算出する。   The λ-axis setting unit 30h (corresponding to “non-interference axis setting unit”) calculates the voltage phase φ based on the relationship “φ = η + π / 2”. In the present embodiment, the λ-axis setting unit 30h calculates the voltage phase φ based on the relationship “φ = η + π / 2”. In particular, in the present embodiment, the angle η is subjected to a low-pass filter process in order to remove a noise component of a calculated value of the angle η formed by the d axis and the p axis. For this reason, the voltage phase φ is calculated by the following equation (eq28).

上式(eq28)では、速度乗算部30gから出力されたl軸電圧Vlと、後述するp軸補正部30kから出力された補正後p軸電圧Vpcとが用いられる。上式(eq28)において、右辺第1項は、前回の処理周期から今回の処理周期までの期間におけるd軸とp軸とのなす角度ηの変化分に対応する。上式(eq28)の右辺第2項の角度ηは、次回の処理周期における電圧位相φの算出のために、処理周期毎に、現在の処理周期で算出された電圧位相φから「π/2」減算した値に更新される。すなわち、上式(eq28)の右辺第2項の角度ηとして、前回更新された角度ηが用いられる。上式(eq28)のアークタンジェント演算により、例えば、上式(eq28)の右辺第1項を「−π〜+π」の間で算出することができる。特に本実施形態では、右辺第1項の括弧内の分母が0となってかつ分子が正の値となる場合、右辺第1項の値を「π/2」として算出する。一方、右辺第1項の括弧内の分母が0となってかつ分子が負の値となる場合、右辺第1項の値を「−π/2」として算出する。λ軸設定部30hは、算出した電圧位相φを入力として、上式(eq22)に基づいて上記角度λを算出する。 In the above equation (eq28), the l-axis voltage Vl output from the speed multiplication unit 30g and the corrected p-axis voltage Vpc output from the p-axis correction unit 30k described later are used. In the above equation (eq28), the first term on the right side corresponds to the change in the angle η between the d-axis and the p-axis during the period from the previous processing cycle to the current processing cycle. The angle η of the second term on the right side of the above equation (eq28) is “π / 2” from the voltage phase φ calculated in the current processing cycle for each processing cycle in order to calculate the voltage phase φ in the next processing cycle. ”Is updated to the subtracted value. That is, the previously updated angle η is used as the angle η of the second term on the right side of the above equation (eq28). By the arctangent calculation of the above equation (eq28), for example, the first term on the right side of the above equation (eq28) can be calculated between “−π to + π”. Particularly in the present embodiment, when the denominator in the parenthesis of the first term on the right side is 0 and the numerator is a positive value, the value of the first term on the right side is calculated as “π / 2”. On the other hand, when the denominator in the parenthesis of the first term on the right side is 0 and the numerator is a negative value, the value of the first term on the right side is calculated as “−π / 2”. The λ-axis setting unit 30h calculates the angle λ based on the above equation (eq22) using the calculated voltage phase φ as an input.

ちなみに、電圧位相φの算出手法としては、上述した手法に限らない。例えば、λ軸設定部30hは、トルク偏差ΔTに基づいて、推定トルクTeを指令トルクTrq*にフィードバック制御するための操作量として電圧位相φを算出してもよい。   Incidentally, the calculation method of the voltage phase φ is not limited to the method described above. For example, the λ-axis setting unit 30h may calculate the voltage phase φ as an operation amount for performing feedback control of the estimated torque Te to the command torque Trq * based on the torque deviation ΔT.

λ軸実電流算出部30i(「非干渉電流算出部」に相当)は、2相変換部30aから出力されたd,q軸電流Idr,Iqrと、λ軸設定部30hから出力された角度λとを下式(eq29)に入力することにより、λ軸電流Iλrを算出する(図12参照)。   The λ-axis actual current calculation unit 30i (corresponding to the “non-interference current calculation unit”) includes the d and q-axis currents Idr and Iqr output from the two-phase conversion unit 30a and the angle λ output from the λ-axis setting unit 30h. Are input to the following equation (eq29) to calculate the λ-axis current Iλr (see FIG. 12).

なお、λ軸がモータジェネレータ10の駆動状態の変化に伴って変化するため、λ軸電流Iλrもモータジェネレータ10の駆動状態の変化に伴って都度変化することとなる。 Since the λ axis changes with the change of the driving state of the motor generator 10, the λ axis current Iλr also changes with the change of the driving state of the motor generator 10.

p軸補正量算出部30j(「位相補正量算出部」に相当)は、比例ゲインKをλ軸電流Iλrに乗算することにより、位相補正量Δrを算出する。   The p-axis correction amount calculation unit 30j (corresponding to the “phase correction amount calculation unit”) calculates the phase correction amount Δr by multiplying the λ-axis current Iλr by the proportional gain K.

p軸補正部30k(「位相補正部」に相当)は、p軸電圧Vpから位相補正量Δrを減算することにより、補正後p軸電圧Vpcを算出する。すなわち、p軸補正部30kは、λ軸電流Iλrの符号を反転させた補正量をp軸電圧Vpに加える。   The p-axis correction unit 30k (corresponding to “phase correction unit”) calculates the corrected p-axis voltage Vpc by subtracting the phase correction amount Δr from the p-axis voltage Vp. That is, the p-axis correction unit 30k adds a correction amount obtained by inverting the sign of the λ-axis current Iλr to the p-axis voltage Vp.

操作信号生成部30l(「位相操作部」に相当)は、補正後p軸電圧Vpcと、l軸電圧Vlと、電圧センサ44によって検出された電源電圧VINVとに基づいて、各操作信号gup,gun,gvp,gvn,gwp,gwnを生成して各駆動回路Drに出力する。本実施形態では、以下のように各操作信号を生成する。   The operation signal generation unit 30l (corresponding to the “phase operation unit”) is configured to output each operation signal “gup,” based on the corrected p-axis voltage Vpc, the l-axis voltage Vl, and the power supply voltage VINV detected by the voltage sensor 44. Gun, gvp, gvn, gwp, and gwn are generated and output to each drive circuit Dr. In the present embodiment, each operation signal is generated as follows.

操作信号生成部30lは、まず、電圧位相φを算出する。ここで電圧位相φは、例えば、λ軸設定部30hにおける電圧位相φの算出手法と同様な手法で算出すればよい。そして、操作信号生成部30lは、算出した電圧位相φと、電圧振幅Vnに等しいl軸電圧Vlとに基づいて、位相が電気角で互いに120度ずつずれた正弦波状の3相指令電圧を算出する。そして、操作信号生成部30lは、電源電圧VINVで3相指令電圧を規格化した信号と、キャリア信号(例えば三角波信号)との大小比較に基づくPWM制御によって各操作信号gup,gun,gvp,gvn,gwp,gwnを生成する。   The operation signal generation unit 301 first calculates the voltage phase φ. Here, the voltage phase φ may be calculated by a method similar to the method of calculating the voltage phase φ in the λ-axis setting unit 30h, for example. Then, the operation signal generation unit 301 calculates a sinusoidal three-phase command voltage whose phases are shifted from each other by 120 degrees in electrical angle based on the calculated voltage phase φ and the l-axis voltage Vl equal to the voltage amplitude Vn. To do. Then, the operation signal generation unit 30l performs each operation signal “gup”, “gun”, “gvp”, “gvn” by PWM control based on a magnitude comparison between a signal obtained by standardizing the three-phase command voltage with the power supply voltage VINV and a carrier signal (for example, a triangular wave signal). , Gwp, gwn.

続いて、図13及び図14を用いて、本実施形態の効果について説明する。   Subsequently, the effects of the present embodiment will be described with reference to FIGS. 13 and 14.

図13に、電圧位相φを様々な値に設定した場合のそれぞれにおいて、比例ゲインKを0から増加させたときの極の軌跡を示す。ここで、図13(a)は、先の図7に示したように、本実施形態における軌跡を示す。図13(b),(c)は、本実施形態と対比するための関連技術における極の軌跡である。詳しくは、図13(b)は、d軸電流Idrに比例ゲインKを乗算した値として位相補正量Δrを算出する場合の極の軌跡を示す。図13(b)に示す複素共役の極は、上式(eq19)において「λ=0」とすることにより、下式(eq30)で表される。   FIG. 13 shows the locus of the poles when the proportional gain K is increased from 0 in each case where the voltage phase φ is set to various values. Here, FIG. 13A shows a locus in the present embodiment as shown in FIG. FIGS. 13B and 13C show the trajectories of the poles in the related technology for comparison with the present embodiment. Specifically, FIG. 13B shows a locus of poles when the phase correction amount Δr is calculated as a value obtained by multiplying the d-axis current Idr by the proportional gain K. The complex conjugate pole shown in FIG. 13B is expressed by the following equation (eq30) by setting “λ = 0” in the above equation (eq19).

また図13(c)は、q軸電流Iqrに比例ゲインKを乗算した値として位相補正量Δrを算出する場合の極の軌跡を示す。図13(c)に示す複素共役の極は、上式(eq19)において「λ=π/2」とすることにより、下式(eq31)で表される。 FIG. 13C shows a locus of poles when the phase correction amount Δr is calculated as a value obtained by multiplying the q-axis current Iqr by the proportional gain K. The complex conjugate pole shown in FIG. 13C is expressed by the following equation (eq31) by setting “λ = π / 2” in the above equation (eq19).

図13(b),(c)に示すように、位相補正量Δrの算出にd,q軸電流Idr,Iqrを用いる場合、電圧位相φの値に応じて、比例ゲインKを0から増加させた場合の極の軌跡が異なる。例えば、図13(b),(c)において、電圧位相φが−30°の場合、極の実部が正の値となり得る。このため、図13(b),(c)に示す構成では、電圧位相φの値によっては、ゲイン特性における共振角速度のゲインの低下効果が小さかったり、トルク制御がかえって不安定になったりする。 As shown in FIGS. 13B and 13C, when the d and q axis currents Idr and Iqr are used for calculating the phase correction amount Δr, the proportional gain K is increased from 0 according to the value of the voltage phase φ. The trajectory of the poles is different. For example, in FIGS. 13B and 13C, when the voltage phase φ is −30 °, the real part of the pole can be a positive value. For this reason, in the configurations shown in FIGS. 13B and 13C, depending on the value of the voltage phase φ, the gain reduction effect of the resonance angular velocity in the gain characteristics is small, or the torque control is rather unstable.

これに対し、本実施形態によれば、図13(a)に示すように、比例ゲインKを0から増加させた場合における極の軌跡が、電圧位相φの値によらず、複素平面上において極の実部が負の値となる領域に存在する。また本実施形態によれば、比例ゲインKを0から増加させた場合における極の軌跡が、電圧位相φの値によらず、複素平面上の実軸に略平行となる。このため、共振角速度におけるゲインを低下させることができる。   On the other hand, according to the present embodiment, as shown in FIG. 13A, the locus of the pole when the proportional gain K is increased from 0 is on the complex plane regardless of the value of the voltage phase φ. It exists in the region where the real part of the pole is negative. Further, according to the present embodiment, the locus of the poles when the proportional gain K is increased from 0 is substantially parallel to the real axis on the complex plane regardless of the value of the voltage phase φ. For this reason, the gain at the resonance angular velocity can be reduced.

続いて図14に、図13(a),(b),(c)のそれぞれに対応する各特性を示す。詳しくは、電圧位相φを入力とし、推定トルクTeを出力とする伝達関数のゲイン特性と、指令トルクTrq*を入力とし、推定トルクTeを出力とするフィードバック制御系の閉ループ伝達関数のゲイン特性と、p軸電圧Vpをステップ状に変化させた場合のq軸電流Iqのステップ応答とを示す。ここで各特性では、電圧位相φを30°,90°,150°に設定した。   Next, FIG. 14 shows each characteristic corresponding to each of FIGS. 13 (a), (b), and (c). Specifically, the gain characteristic of the transfer function that receives the voltage phase φ and outputs the estimated torque Te, and the gain characteristic of the closed-loop transfer function of the feedback control system that receives the command torque Trq * and outputs the estimated torque Te The step response of the q-axis current Iq when the p-axis voltage Vp is changed stepwise is shown. Here, in each characteristic, the voltage phase φ was set to 30 °, 90 °, and 150 °.

図14(a)に示すように、位相補正量Δrの算出にλ軸電流Iλrを用いる本実施形態によれば、電圧位相φを入力とし、推定トルクTeを出力とする伝達関数のゲイン特性における共振角速度のゲインを低下できる。このため、閉ループ伝達関数のゲイン特性における共振角速度のゲインも低下でき、また、q軸電流のステップ応答も振動的にならず安定している。したがって、位相設定部30dにおけるフィードバックゲインを大きく設定でき、フィードバック制御におけるトルク応答性を高めることができる。   As shown in FIG. 14A, according to the present embodiment in which the λ-axis current Iλr is used to calculate the phase correction amount Δr, the gain characteristic of the transfer function that receives the voltage phase φ and outputs the estimated torque Te is used. Resonance angular velocity gain can be reduced. For this reason, the gain of the resonance angular velocity in the gain characteristic of the closed-loop transfer function can be reduced, and the step response of the q-axis current is stable without being oscillated. Therefore, the feedback gain in the phase setting unit 30d can be set large, and the torque response in feedback control can be improved.

これに対し、図14(b)に示すように、位相補正量Δrの算出にd軸電流Idrを用いる関連技術では、電圧位相φを入力とし、推定トルクTeを出力とする伝達関数のゲイン特性における共振角速度のゲインは、電圧位相φが30°の場合に増大している。このため、閉ループ伝達関数のゲイン特性における共振角速度のゲインも増加し、また、電圧位相φが30°の場合のステップ応答も振動的となる。したがって、位相設定部30dにおけるフィードバックゲインを大きく設定できず、フィードバック制御におけるトルク応答性を高めることができない。   On the other hand, as shown in FIG. 14B, in the related technique using the d-axis current Idr for calculating the phase correction amount Δr, the gain characteristic of the transfer function having the voltage phase φ as an input and the estimated torque Te as an output. The resonance angular velocity gain at is increased when the voltage phase φ is 30 °. For this reason, the gain of the resonance angular velocity in the gain characteristic of the closed loop transfer function also increases, and the step response when the voltage phase φ is 30 ° becomes oscillatory. Therefore, the feedback gain in the phase setting unit 30d cannot be set large, and the torque response in feedback control cannot be improved.

また、図14(c)に示すように、位相補正量Δrの算出にq軸電流Iqrを用いる関連技術でも、電圧位相φの値によっては、閉ループ伝達関数のゲイン特性における共振角速度のゲインも増加し、また、ステップ応答も振動的となる。なお、図14(c)のうちステップ応答を示す図では、煩雑となるため、電圧位相φの値の記載を省略している。   As shown in FIG. 14C, the related art using the q-axis current Iqr to calculate the phase correction amount Δr also increases the resonance angular velocity gain in the gain characteristic of the closed-loop transfer function depending on the value of the voltage phase φ. In addition, the step response becomes oscillatory. In addition, in the figure which shows a step response among FIG.14 (c), since it becomes complicated, description of the value of voltage phase (phi) is abbreviate | omitted.

以上説明した本実施形態によれば、電圧位相φの値によらず、ゲイン特性における共振角速度のゲインを低下させることができる。このため、位相設定部30dにおけるフィードバックゲインを大きく設定することができ、ひいてはフィードバック制御におけるモータジェネレータ10のトルク応答性を高めることができる。   According to the present embodiment described above, the gain of the resonance angular velocity in the gain characteristic can be reduced regardless of the value of the voltage phase φ. For this reason, the feedback gain in the phase setting unit 30d can be set large, and as a result, the torque response of the motor generator 10 in the feedback control can be improved.

また本実施形態によれば、λ軸電流Iλrに比例ゲインKを乗算するといった簡易な手法により、位相補正量Δrを算出することができる。   Further, according to the present embodiment, the phase correction amount Δr can be calculated by a simple method such as multiplying the λ-axis current Iλr by the proportional gain K.

(第2実施形態)
以下、第2実施形態について、上記第1実施形態との相違点を中心に図面を参照しつつ説明する。
(Second Embodiment)
Hereinafter, the second embodiment will be described with reference to the drawings with a focus on differences from the first embodiment.

図15に、本実施形態にかかるトルク制御のブロック図を示す。なお、図15において、先の図2に示した処理と同一の処理については、便宜上、同一の符号を付している。   FIG. 15 shows a block diagram of torque control according to the present embodiment. In FIG. 15, the same processes as those shown in FIG. 2 are denoted by the same reference numerals for the sake of convenience.

本実施形態では、推定トルクTeを指令トルクTrq*にフィードバック制御するためのp軸電圧Vpに基づく制御を位相制御と称すこととする。また、λ軸電流Iλrをλ軸指令電流Iλ*にフィードバック制御するためのl軸電圧Vlに基づく制御を振幅制御と称すこととする。   In the present embodiment, control based on the p-axis voltage Vp for feedback control of the estimated torque Te to the command torque Trq * is referred to as phase control. In addition, control based on the l-axis voltage Vl for feedback control of the λ-axis current Iλr to the λ-axis command current Iλ * is referred to as amplitude control.

本実施形態において、制御装置30は、l軸電圧Vlを補正するl軸補正量算出部32を備えている。l軸補正量算出部32は、位相制御から振幅制御への干渉を抑制するためのものである。詳しくは、先の図8及び図9に示したように、λ軸は、電圧位相φが微小変化した場合における電流ベクトルInvtの変化分が0となる方向の座標軸である。このため、電圧振幅Vnが微小量ΔVnだけ変化した場合の電流ベクトルの変化分ΔIvnのうち、上記変化分ΔIvnをλ軸に写像したλ軸成分は、電圧位相φの変化の影響を受けない電流である。したがって、λ軸電流Iλをl軸電圧Vlの補正に用いることにより、位相制御から振幅制御への干渉を抑制できる。   In the present embodiment, the control device 30 includes an l-axis correction amount calculation unit 32 that corrects the l-axis voltage Vl. The l-axis correction amount calculation unit 32 is for suppressing interference from phase control to amplitude control. Specifically, as shown in FIGS. 8 and 9, the λ axis is a coordinate axis in the direction in which the change amount of the current vector Invt becomes 0 when the voltage phase φ changes slightly. Therefore, of the current vector change ΔIvn when the voltage amplitude Vn changes by a minute amount ΔVn, the λ-axis component obtained by mapping the change ΔIvn to the λ-axis is not affected by the change in the voltage phase φ. It is. Therefore, the interference from the phase control to the amplitude control can be suppressed by using the λ-axis current Iλ to correct the l-axis voltage Vl.

以上を踏まえ、図15を用いて、l軸補正量算出部32の具体的な処理について説明する。   Based on the above, specific processing of the l-axis correction amount calculation unit 32 will be described with reference to FIG.

指令電流設定部32aは、指令トルクTrq*に基づいて、指令トルクTrq*を実現するためのd,q軸指令電流Id*,Iq*を設定する。本実施形態では、最小電流最大トルク制御を実現するための電流をd,q軸指令電流Id*,Iq*として設定する。   The command current setting unit 32a sets d and q-axis command currents Id * and Iq * for realizing the command torque Trq * based on the command torque Trq *. In the present embodiment, currents for realizing minimum current / maximum torque control are set as d and q-axis command currents Id * and Iq *.

λ軸指令電流算出部32bは、指令電流設定部32aから出力された各指令電流Id*,Iq*と、λ軸設定部30hから出力された角度λとに基づいて、下式(eq32)を元に、λ軸指令電流Iλ*を算出する。   The λ-axis command current calculation unit 32b calculates the following equation (eq32) based on the command currents Id * and Iq * output from the command current setting unit 32a and the angle λ output from the λ-axis setting unit 30h. First, the λ-axis command current Iλ * is calculated.

なお本実施形態において、λ軸設定部30hは、電圧位相φを、下式(eq33)に基づいて算出する。 In the present embodiment, the λ-axis setting unit 30h calculates the voltage phase φ based on the following equation (eq33).

上式(eq33)では、補正後p軸電圧Vpcと、後述するl軸補正部30nから出力された補正後l軸電圧Vlcとが用いられる。 In the above equation (eq33), the corrected p-axis voltage Vpc and the corrected l-axis voltage Vlc output from the l-axis correction unit 30n described later are used.

λ軸電流偏差算出部32cは、λ軸指令電流Iλ*からλ軸電流Iλrを減算することにより、λ軸電流偏差ΔIλを算出する。なお、λ軸電流偏差算出部32cに入力されるλ軸電流Iλrに、高周波成分を除去するためのローパスフィルタ処理を施してもよい。   The λ-axis current deviation calculation unit 32c calculates the λ-axis current deviation ΔIλ by subtracting the λ-axis current Iλr from the λ-axis command current Iλ *. Note that the λ-axis current Iλr input to the λ-axis current deviation calculation unit 32c may be subjected to low-pass filter processing for removing high frequency components.

振幅補正量算出部32dは、λ軸電流偏差ΔIλに基づいて、λ軸電流Iλrをλ軸指令電流Iλ*にフィードバック制御するための操作量として振幅補正量Δlを算出する。詳しくは、λ軸電流偏差ΔIλを入力とする比例積分制御によって振幅補正量Δlを算出する。   Based on the λ-axis current deviation ΔIλ, the amplitude correction amount calculation unit 32d calculates an amplitude correction amount Δl as an operation amount for performing feedback control of the λ-axis current Iλr to the λ-axis command current Iλ *. Specifically, the amplitude correction amount Δl is calculated by proportional-integral control using the λ-axis current deviation ΔIλ as an input.

l軸補正部30nは、速度乗算部30gから出力されたl軸電圧Vlに、振幅補正量算出部32dによって算出された振幅補正量Δlを加算することで、補正後l軸電圧Vlcを算出する。   The l-axis correction unit 30n calculates the corrected l-axis voltage Vlc by adding the amplitude correction amount Δl calculated by the amplitude correction amount calculation unit 32d to the l-axis voltage Vl output from the speed multiplication unit 30g. .

操作信号生成部30l(「位相操作部」,「振幅操作部」に相当)は、補正後p軸電圧Vpcと、補正後l軸電圧Vlcと、電源電圧VINVとに基づいて、各操作信号gup,gun,gvp,gvn,gwp,gwnを生成して各駆動回路Drに出力する。   The operation signal generation unit 301 (corresponding to “phase operation unit” and “amplitude operation unit”) generates each operation signal gup based on the corrected p-axis voltage Vpc, the corrected l-axis voltage Vlc, and the power supply voltage VINV. , Gun, gvp, gvn, gwp, gwn are generated and output to each drive circuit Dr.

以上説明した本実施形態によれば、位相制御から振幅制御への干渉が抑制できるため、位相設定部30d及び振幅補正量算出部32dにおけるフィードバックゲインを大きく設定できる。このため、モータジェネレータ10のトルク応答性をさらに高めることができる。   According to the present embodiment described above, since interference from phase control to amplitude control can be suppressed, the feedback gain in the phase setting unit 30d and the amplitude correction amount calculation unit 32d can be set large. For this reason, the torque response of the motor generator 10 can be further improved.

(第3実施形態)
以下、第3実施形態について、上記第1実施形態との相違点を中心に図面を参照しつつ説明する。本実施形態では、位相補正量Δrを、λ軸電流Iλrに代えて、d,q軸電流Idr,Iqr及び電圧位相φに基づいて算出する。
(Third embodiment)
Hereinafter, the third embodiment will be described with reference to the drawings with a focus on differences from the first embodiment. In the present embodiment, the phase correction amount Δr is calculated based on d, q-axis currents Idr, Iqr, and voltage phase φ instead of the λ-axis current Iλr.

図16に、本実施形態にかかるトルク制御のブロック図を示す。なお、図16において、先の図2に示した処理と同一の処理については、便宜上、同一の符号を付している。   FIG. 16 shows a block diagram of torque control according to the present embodiment. In FIG. 16, the same processes as those shown in FIG. 2 are given the same reference numerals for the sake of convenience.

位相算出部30pは、l軸電圧Vlと、補正後p軸電圧Vpcとに基づいて、上記第2実施形態のλ軸設定部30hと同様の処理により電圧位相φを算出する。   The phase calculation unit 30p calculates the voltage phase φ based on the l-axis voltage Vl and the corrected p-axis voltage Vpc by the same process as the λ-axis setting unit 30h of the second embodiment.

p軸補正量算出部30qは、電圧位相φと、d,q軸電流Idr,Iqrとを入力として、下式(eq34)に基づいて位相補正量Δrを算出する。   The p-axis correction amount calculation unit 30q receives the voltage phase φ and the d and q-axis currents Idr and Iqr as inputs, and calculates the phase correction amount Δr based on the following equation (eq34).

p軸補正量算出部30qは、上式(eq34)におけるd軸係数Kd及びq軸係数Kqのそれぞれを、電圧位相φに基づいて可変設定する。これは、d軸電流Idrにd軸係数Kdを乗算した値と、q軸電流Iqrにq軸係数Kqを乗算した値との組み合わせにより、λ軸電流Iλrに比例した位相補正量Δrを算出するためである。具体的には例えば、先の図13(b)において電圧位相φが150°の場合の極の軌跡と、図13(c)において電圧位相φが150°の場合の極の軌跡とを所定の比率で組み合わせることにより、図13(a)に示す実軸に沿うような極の軌跡を得ることができる。以下、本実施形態にかかるd,q軸係数Kd,Kqの設定手法について説明する。 The p-axis correction amount calculation unit 30q variably sets each of the d-axis coefficient Kd and the q-axis coefficient Kq in the above equation (eq34) based on the voltage phase φ. The phase correction amount Δr proportional to the λ-axis current Iλr is calculated by combining a value obtained by multiplying the d-axis current Idr by the d-axis coefficient Kd and a value obtained by multiplying the q-axis current Iqr by the q-axis coefficient Kq. Because. Specifically, for example, the locus of the pole when the voltage phase φ is 150 ° in FIG. 13B and the locus of the pole when the voltage phase φ is 150 ° in FIG. By combining the ratios, it is possible to obtain a polar trajectory along the real axis shown in FIG. Hereinafter, a method for setting the d and q axis coefficients Kd and Kq according to the present embodiment will be described.

電圧位相φが90°の場合、先の図13(b)において電圧位相φが90°の場合の極の軌跡と、図13(a)に示す極の軌跡とが略一致する。このため、電圧位相φが90°の場合、d軸係数Kdを正の値である第1規定値K1に設定してかつ、q軸係数Kqを0に設定する。   When the voltage phase φ is 90 °, the trajectory of the pole when the voltage phase φ is 90 ° in FIG. 13B and the trajectory of the pole shown in FIG. Therefore, when the voltage phase φ is 90 °, the d-axis coefficient Kd is set to the first specified value K1, which is a positive value, and the q-axis coefficient Kq is set to 0.

電圧位相φが180°の場合、先の図13(c)において電圧位相φが180°の場合の極の軌跡と、図13(a)に示す極の軌跡とが略一致する。このため、電圧位相φが180°の場合、d軸係数Kdを0に設定してかつ、q軸係数Kqを正の値である第2規定値K2に設定する。   When the voltage phase φ is 180 °, the locus of the poles when the voltage phase φ is 180 ° in FIG. 13C is substantially the same as the locus of the poles shown in FIG. Therefore, when the voltage phase φ is 180 °, the d-axis coefficient Kd is set to 0, and the q-axis coefficient Kq is set to the second specified value K2 that is a positive value.

電圧位相φが0°の場合、先の図13(c)において電圧位相φが0°の場合の極の軌跡について比例ゲインKの符号を負にしたときの軌跡と、図13(a)に示す極の軌跡とが略一致する。このため、電圧位相φが0°の場合、d軸係数Kdを0に設定してかつ、q軸係数Kqを負の値である第3規定値K3に設定する。   When the voltage phase φ is 0 °, the locus when the sign of the proportional gain K is made negative with respect to the locus of the pole when the voltage phase φ is 0 ° in FIG. 13C, and FIG. The traces of the poles shown substantially coincide. Therefore, when the voltage phase φ is 0 °, the d-axis coefficient Kd is set to 0, and the q-axis coefficient Kq is set to a third specified value K3 that is a negative value.

電圧位相φが0°,90°,180°の場合における上述したd,q軸係数Kd,Kqの値によれば、電圧位相φが0°〜90°の場合、電圧位相φが大きいほど、d軸係数Kdを0から第1規定値K1に向かって大きく設定し、電圧位相φが大きいほど、q軸係数Kqを第3規定値K3から0に向かって大きく設定する。また、電圧位相φが90°〜180°の場合、電圧位相φが大きいほど、d軸係数Kdを第1規定値K1から0に向かって小さく設定し、電圧位相φが大きいほど、q軸係数Kqを0から第2規定値K2に向かって大きく設定する。   According to the values of the d and q axis coefficients Kd and Kq described above when the voltage phase φ is 0 °, 90 °, and 180 °, when the voltage phase φ is 0 ° to 90 °, the larger the voltage phase φ, The d-axis coefficient Kd is set to increase from 0 toward the first specified value K1, and the q-axis coefficient Kq is set to increase from the third specified value K3 to 0 as the voltage phase φ increases. When the voltage phase φ is 90 ° to 180 °, the d-axis coefficient Kd is set to decrease from the first specified value K1 toward 0 as the voltage phase φ increases, and the q-axis coefficient increases as the voltage phase φ increases. Kq is set larger from 0 toward the second specified value K2.

なお、p軸補正量算出部30qによって算出された位相補正量Δrは、p軸補正部30kに入力される。   The phase correction amount Δr calculated by the p-axis correction amount calculation unit 30q is input to the p-axis correction unit 30k.

以上説明した本実施形態によっても、電圧位相φの値によらず、ゲイン特性における共振角速度のゲインを低下させることができ、フィードバック制御におけるトルク応答性を高めることができる。   Also according to the present embodiment described above, the gain of the resonance angular velocity in the gain characteristic can be reduced regardless of the value of the voltage phase φ, and the torque response in the feedback control can be improved.

(その他の実施形態)
なお、上記各実施形態は、以下のように変更して実施してもよい。
(Other embodiments)
Each of the above embodiments may be modified as follows.

・上記第1実施形態では、λ軸を、現在の電圧位相φが微小量Δφ変化した場合に電流ベクトルInvtが変化する方向と垂直方向の座標軸として定義したがこれに限らない。例えば、λ軸を、現在の電圧位相φが微小変化した場合における電流ベクトルの変化分が0となる方向の座標軸として定義してもよい。   In the first embodiment, the λ axis is defined as a coordinate axis perpendicular to the direction in which the current vector Invt changes when the current voltage phase φ changes by a minute amount Δφ, but is not limited thereto. For example, the λ axis may be defined as a coordinate axis in a direction in which the change in the current vector is 0 when the current voltage phase φ is slightly changed.

・上記各実施形態において、位相設定部30dにおけるフィードバック制御を、例えば、積分制御のみによって行ったり、比例積分微分制御によって行ったりしてもよい。また、上記第2実施形態において、振幅補正量算出部32dにおけるフィードバック制御を、積分制御のみによって行ったり、比例積分微分制御によって行ったりしてもよい。   In each of the above embodiments, the feedback control in the phase setting unit 30d may be performed, for example, only by integral control or by proportional integral derivative control. In the second embodiment, the feedback control in the amplitude correction amount calculation unit 32d may be performed only by integral control, or may be performed by proportional integral derivative control.

・上記第1実施形態において、電圧振幅を指令トルクTrq*及び電気角速度ωに応じて可変にせず、固定値としてもよい。すなわち、電圧振幅のフィードフォワード制御がなくてもよい。ここで上記固定値としては、例えば、インバータ20利用領域を最大まで利用することを目的としてインバータ20の出力上限値を用いてもよいし、損失や騒音低減を目的として上記出力上限値未満の値を用いてもよい。上記出力上限値未満の値としては、例えば、インバータ20の出力電圧が1パルス以上となる出力電圧(「高調波変調型省パルス駆動による高効率モータ制御:古川公久ら、外7名、平成22年電気学会産業応用部門大会、1−134、pp.I−627〜I−632」を参照。)や、インバータ20線形領域における出力最大値を用いてもよい。   In the first embodiment, the voltage amplitude may not be variable according to the command torque Trq * and the electrical angular velocity ω, but may be a fixed value. That is, there is no need for feedforward control of voltage amplitude. Here, as the fixed value, for example, an output upper limit value of the inverter 20 may be used for the purpose of using the inverter 20 utilization range to the maximum, or a value less than the output upper limit value for the purpose of reducing loss and noise. May be used. As a value less than the above output upper limit value, for example, an output voltage at which the output voltage of the inverter 20 becomes 1 pulse or more (“High-efficiency motor control by harmonic modulation type pulse-saving drive: Kimihisa Furukawa et al., 7 others, Heisei 22 Annual Electrical Society Industrial Application Division Conference, 1-134, pp. I-627 to I-632 ”) or the maximum output value in the linear region of the inverter 20 may be used.

・上記第3実施形態に、上記第2実施形態で説明した振幅補正量Δlを用いる構成を適用してもよい。   A configuration using the amplitude correction amount Δl described in the second embodiment may be applied to the third embodiment.

・d軸インダクタンスLdとq軸インダクタンスLqとの差が小さい場合には、「Ld/Lq」が1に近い値となる。このため、上式(eq22)において、電圧位相φのみに基づいてλ軸を求めることができる。また、モータジェネレータ10がSPMSMの場合、「Ld/Lq」が1となることから、電圧位相φのみに基づいてλ軸を求めることができる。   When the difference between the d-axis inductance Ld and the q-axis inductance Lq is small, “Ld / Lq” is a value close to 1. Therefore, in the above equation (eq22), the λ axis can be obtained based only on the voltage phase φ. When motor generator 10 is SPMSM, “Ld / Lq” is 1, so that the λ axis can be obtained based only on voltage phase φ.

・上式(eq22)においてλ軸を求めるための電圧位相φは、上式(eq28)によって与えられる値の代わりに、角度ηに「π/2」加算した値を用いてもよいし、電気角速度ω及び指令トルクTrq*に応じた電圧位相φを事前に記録しておいた値を用いてもよい。   As the voltage phase φ for obtaining the λ axis in the above equation (eq22), a value obtained by adding “π / 2” to the angle η may be used instead of the value given by the above equation (eq28). A value in which the voltage phase φ corresponding to the angular velocity ω and the command torque Trq * is recorded in advance may be used.

・q軸電流はモータジェネレータ10のトルクと正の相関を有する。このため、上記第1実施形態の上式(eq8)の伝達関数を、電圧位相φを入力とし、トルクを出力とする伝達関数に置き換えることができる。   The q-axis current has a positive correlation with the motor generator 10 torque. Therefore, the transfer function of the above equation (eq8) of the first embodiment can be replaced with a transfer function having the voltage phase φ as an input and torque as an output.

・操作信号の生成手法としては、PWM制御によるものに限らず、例えば以下に説明するものであってもよい。電圧振幅Vnを実現するための線間電圧パターンが予め格納された記憶手段(例えば、ROM等のメモリ)を例えば制御装置30に備える。こうした構成において、記憶手段に記憶された線間電圧パターンを各スイッチング素子のゲートに対するパルスパターンに変換し、変換されたパルスパターンの出力タイミングを電圧位相φに基づいて設定することで、操作信号を生成する。   The method for generating the operation signal is not limited to the one based on the PWM control, and for example, the method described below may be used. For example, the control device 30 includes storage means (for example, a memory such as a ROM) in which a line voltage pattern for realizing the voltage amplitude Vn is stored in advance. In such a configuration, the line voltage pattern stored in the storage means is converted into a pulse pattern for the gate of each switching element, and the operation signal is set by setting the output timing of the converted pulse pattern based on the voltage phase φ. Generate.

また、操作信号の生成手法としては、位相が電気角で互いに120度ずつずれた正弦波状の3相指令電圧を算出するものに限らない。例えば、正弦波に第3次の整数倍の高周波を重畳する方法であってもよい。   Further, the method for generating the operation signal is not limited to a method of calculating a sinusoidal three-phase command voltage whose phases are shifted from each other by 120 degrees in electrical angle. For example, a method of superposing a third-order high frequency on a sine wave may be used.

・上記各実施形態では、モータジェネレータ10のトルクを推定し、この推定値をモータ制御に用いたがこれに限らない。例えば、制御システムにモータジェネレータ10のトルクを検出するトルク検出部を備え、トルク検出部の検出値をモータ制御に用いてもよい。   In each of the above embodiments, the torque of the motor generator 10 is estimated and this estimated value is used for motor control. However, the present invention is not limited to this. For example, a torque detection unit that detects the torque of the motor generator 10 may be provided in the control system, and the detection value of the torque detection unit may be used for motor control.

・回転電機として、IPMSMに限らず、SPMSMや巻線界磁型同期機であってもよい。ここで、例えば上記第1実施形態においてSPMSMを採用する場合、回転電機のトルクがq軸電流によって定まる。このため、制御量を、トルクに代えてq軸電流としてもよい。また、回転電機としては、車載主機として用いられるものに限らず、電動パワーステアリング装置や空調用電動コンプレッサを構成する電動機等、車載補機として用いられるものであってもよい。加えて、回転電機としては、車載式のものに限らない。   The rotary electric machine is not limited to IPMSM, but may be SPMSM or a wound field type synchronous machine. Here, for example, when the SPMSM is employed in the first embodiment, the torque of the rotating electrical machine is determined by the q-axis current. For this reason, the control amount may be a q-axis current instead of the torque. Further, the rotating electrical machine is not limited to being used as an in-vehicle main machine, but may be used as an in-vehicle auxiliary machine such as an electric power steering device or an electric motor constituting an air-conditioning electric compressor. In addition, the rotating electrical machine is not limited to a vehicle-mounted type.

10…モータジェネレータ、20…インバータ、30…制御装置。   DESCRIPTION OF SYMBOLS 10 ... Motor generator, 20 ... Inverter, 30 ... Control apparatus.

Claims (8)

回転電機(10)のトルク又は前記トルクと正の相関を有するパラメータを制御量とし、前記回転電機に電気的に接続された電力変換回路(20)の電圧ベクトルを操作することにより、前記制御量を制御する回転電機の制御装置(30)において、
前記回転電機の回転座標系において前記電圧ベクトルの位相である電圧位相の変化に対する前記回転電機に流れる電流ベクトルの変化が非干渉化された座標軸を非干渉軸とし、前記電流ベクトルの前記非干渉軸方向成分を非干渉電流とし、
前記制御量をその指令値にフィードバック制御すべく、前記電圧位相を操作する位相操作部(30l)と、
前記電圧位相を入力とし、前記回転電機に流れる電流又は前記回転電機のトルクを出力とする伝達関数の利得に関する周波数特性について、前記回転電機の電気角速度付近の利得を低減するように、前記非干渉電流に基づいて、前記位相操作部によって操作される前記電圧位相を補正する位相補正部(30k)と、を備えることを特徴とする回転電機の制御装置。
By using the torque of the rotating electrical machine (10) or a parameter having a positive correlation with the torque as a controlled variable, and operating the voltage vector of the power conversion circuit (20) electrically connected to the rotating electrical machine, the controlled variable In the control device (30) of the rotating electrical machine that controls
In the rotating coordinate system of the rotating electrical machine, the coordinate axis on which the change of the current vector flowing through the rotating electrical machine with respect to the change of the voltage phase that is the phase of the voltage vector is made non-interfering, and the non-interfering axis of the current vector The direction component is a non-interference current,
A phase operation unit (30l) for manipulating the voltage phase to feedback-control the control amount to its command value;
The non-interference so as to reduce the gain in the vicinity of the electrical angular velocity of the rotating electrical machine with respect to the frequency characteristic related to the gain of the transfer function that takes the voltage phase as an input and outputs the current flowing through the rotating electrical machine or the torque of the rotating electrical machine as an output. A control apparatus for a rotating electrical machine, comprising: a phase correction unit (30k) that corrects the voltage phase operated by the phase operation unit based on a current.
前記非干渉軸は、現在の前記電圧位相が微小変化した場合に前記電流ベクトルが変化する方向と垂直方向の座標軸である請求項1記載の回転電機の制御装置。   2. The control device for a rotating electrical machine according to claim 1, wherein the non-interference axis is a coordinate axis perpendicular to a direction in which the current vector changes when the current voltage phase is slightly changed. 前記非干渉軸は、現在の前記電圧位相が微小変化した場合における前記電流ベクトルの変化分が0となる方向の座標軸である請求項1記載の回転電機の制御装置。   2. The control device for a rotating electrical machine according to claim 1, wherein the non-interference axis is a coordinate axis in a direction in which a change amount of the current vector becomes 0 when the current voltage phase slightly changes. 前記非干渉電流を算出する非干渉電流算出部(30i)と、
前記非干渉電流算出部によって算出された前記非干渉電流に比例した位相補正量を算出する位相補正量算出部(30j)と、を備え、
前記位相補正部は、前記位相補正量算出部によって算出された前記位相補正量に基づいて、前記電気角速度付近の利得を低減するように前記電圧位相を補正する請求項1〜3のいずれか1項に記載の回転電機の制御装置。
A non-interference current calculation unit (30i) for calculating the non-interference current;
A phase correction amount calculation unit (30j) that calculates a phase correction amount proportional to the non-interference current calculated by the non-interference current calculation unit,
The said phase correction part correct | amends the said voltage phase so that the gain of the said electrical angular velocity vicinity may be reduced based on the said phase correction amount calculated by the said phase correction amount calculation part. The control apparatus of the rotary electric machine as described in the item.
前記電圧位相、又は前記電圧位相及び前記回転電機のインダクタンスに基づいて、前記非干渉軸を設定する非干渉軸設定部(30h)を備え、
前記非干渉電流算出部は、前記非干渉軸設定部によって設定された前記非干渉軸、及び前記回転座標系において前記回転電機に流れる電流に基づいて、前記非干渉電流を算出する請求項4に記載の回転電機の制御装置。
A non-interference axis setting unit (30h) for setting the non-interference axis based on the voltage phase or the voltage phase and the inductance of the rotating electrical machine;
The non-interference current calculation unit calculates the non-interference current based on the non-interference axis set by the non-interference axis setting unit and a current flowing through the rotating electrical machine in the rotating coordinate system. The control apparatus of the rotary electric machine described.
前記電圧位相、前記回転電機に流れるd軸電流、及び前記回転電機に流れるq軸電流に基づいて、前記非干渉電流に比例した位相補正量を算出する位相補正量算出部(30q)を備え、
前記位相補正部は、前記位相補正量算出部によって算出された前記位相補正量に基づいて、前記電気角速度付近の利得を低減するように前記電圧位相を補正する請求項1〜3のいずれか1項に記載の回転電機の制御装置。
A phase correction amount calculation unit (30q) that calculates a phase correction amount proportional to the non-interference current based on the voltage phase, a d-axis current flowing in the rotating electrical machine, and a q-axis current flowing in the rotating electrical machine;
The said phase correction part correct | amends the said voltage phase so that the gain of the said electrical angular velocity vicinity may be reduced based on the said phase correction amount calculated by the said phase correction amount calculation part. The control apparatus of the rotary electric machine as described in the item.
前記位相補正部は、前記位相補正量の絶対値を0から増加させた場合における前記伝達関数の極の軌跡が、複素平面上において前記極の実部が負の値となる領域に存在してかつ、前記位相補正量の絶対値を0から増加させた場合における前記極の軌跡が、前記電圧位相の値によらず複素平面上の実軸に沿うような前記極の配置が実現できるように、前記位相補正量に基づいて前記電圧位相を補正する請求項4〜6のいずれか1項に記載の回転電機の制御装置。   In the phase correction unit, the locus of the pole of the transfer function when the absolute value of the phase correction amount is increased from 0 exists in a region where the real part of the pole has a negative value on a complex plane. In addition, the arrangement of the poles can be realized such that the locus of the poles when the absolute value of the phase correction amount is increased from 0 follows the real axis on the complex plane regardless of the value of the voltage phase. The control apparatus for a rotating electrical machine according to any one of claims 4 to 6, wherein the voltage phase is corrected based on the phase correction amount. 前記非干渉電流を算出する非干渉電流算出部(30i)と、
前記非干渉電流算出部によって算出された前記非干渉電流を前記指令値に応じた指令電流にフィードバック制御すべく、前記電圧ベクトルの振幅である電圧振幅を操作する振幅操作部(30l)を備える請求項1〜7のいずれか1項に記載の回転電機の制御装置。
A non-interference current calculation unit (30i) for calculating the non-interference current;
An amplitude operation unit (30l) that operates a voltage amplitude that is an amplitude of the voltage vector in order to feedback-control the non-interference current calculated by the non-interference current calculation unit to a command current according to the command value. The control device for a rotating electrical machine according to any one of Items 1 to 7.
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