JP2017112647A - Control apparatus of rotary machine - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、交流回転機の通電を制御する制御装置に関する。 The present invention relates to a control device that controls energization of an AC rotating machine.
従来、回転機の制御において、回転機のロータ位置(すなわち電気角)に同期した最適なパルス波形の出力電圧パターン(以下「パルスパターン」という)を変調率に基づいて設定し、当該パルスパターンに基づくゲート信号により電力変換器の複数のスイッチング素子を操作する技術が知られている。 Conventionally, in the control of a rotating machine, an output voltage pattern (hereinafter referred to as “pulse pattern”) having an optimal pulse waveform synchronized with the rotor position (ie, electrical angle) of the rotating machine is set based on the modulation rate, Techniques for operating a plurality of switching elements of a power converter with a gate signal based thereon are known.
また、特許文献1に開示された電力変換装置は、PWM制御においてスイッチング素子の特性により決まる最小パルス幅を確保したスイッチングパターンを、パルス数別に変調率の大きさに応じて使用する。そして、パルス数が変化し、スイッチングパターンを切り替えるとき、電圧変動を抑制する切替移行期間を設け、当該切替移行期間において、最小パルス幅を確保するようにダミーパルスを発生させる。これにより、パルス数切替時における電流変動やトルク変動の低減を図っている。
In addition, the power conversion device disclosed in
特許文献1の従来技術では、ダミーパルスを発生させるための余分なパターンを生成する必要があり、メモリ負荷が増大する。また、パルス数が同じでも電圧変動が起こる場合があるが、その点に関して何ら言及されていない。
本発明は、このような点に鑑みて創作されたものであり、その目的は、パルスパターンの切替時における電力変動を適切に抑制する回転機の制御装置を提供することにある。
In the prior art of
The present invention was created in view of the above points, and an object of the present invention is to provide a control device for a rotating machine that appropriately suppresses power fluctuations at the time of switching pulse patterns.
本発明は、三相以上の多相の回転機(80)に電力供給する電力変換器(60)の複数のスイッチング素子(61〜66)に対し、回転機のロータ位置に応じてON/OFF状態を規定するパルスパターンに基づくゲート信号を出力し、回転機の通電を制御する回転機の制御装置に係る発明である。
この回転機の制御装置は、変調率演算部(15)及びパルスパターン設定部(20)を備える。変調率演算部は、電源電圧及び電圧振幅に基づいて変調率を演算する。パルスパターン設定部は、変調率演算部が演算した変調率に応じてパルスパターンを設定する。
The present invention turns ON / OFF a plurality of switching elements (61 to 66) of a power converter (60) for supplying power to a multiphase rotating machine (80) having three or more phases according to the rotor position of the rotating machine. The invention relates to a control device for a rotating machine that outputs a gate signal based on a pulse pattern that defines a state and controls energization of the rotating machine.
The control device of the rotating machine includes a modulation factor calculation unit (15) and a pulse pattern setting unit (20). The modulation factor calculator calculates the modulation factor based on the power supply voltage and the voltage amplitude. The pulse pattern setting unit sets a pulse pattern according to the modulation rate calculated by the modulation rate calculation unit.
パルスパターン設定部は、少なくともいずれかの相、好ましくは全ての相のパルスパターンの出力電圧がON状態又はOFF状態を継続しているロータ位置の範囲を「切替許可範囲」として設定し、変調率が変化したとき、切替許可範囲でパルスパターンを切り替える。 The pulse pattern setting unit sets the range of the rotor position where the output voltage of the pulse pattern of at least one of the phases, preferably all of the phases continues in the ON state or OFF state, as the “switching permission range”, and the modulation rate When is changed, the pulse pattern is switched within the switching permission range.
例えば、切替前の出力電圧がON状態であり、切替後の出力電圧がOFF状態となるロータ位置でパルスパターンを切り替えると、切替前後で電圧変化が生じ、意図しないパルスが出力されるため、電力変動や回転機のトルク変動が発生するおそれがある。そこで、出力電圧が変化しない切替許可範囲でパルスパターンを切り替えることにより、電圧変化の発生を回避し、電力変動やトルク変動を抑制することができる。 For example, when the pulse pattern is switched at the rotor position where the output voltage before switching is in the ON state and the output voltage after switching is in the OFF state, the voltage changes before and after switching, and an unintended pulse is output. There is a risk of fluctuations and torque fluctuations of the rotating machine. Therefore, by switching the pulse pattern within the switching permission range where the output voltage does not change, it is possible to avoid the occurrence of voltage change and suppress power fluctuation and torque fluctuation.
好ましくは、パルスパターン設定部は、変調率演算部において所定の演算周期で演算される変調率に対応する基本波電圧について、現在及び次回の基本波電圧振幅の比に基づき、現在の基本波電圧値と次回の基本波電圧値とが一致するロータ位置を「理想切替位置」として算出する。
そして、理想切替位置が切替許可範囲内にある場合、理想切替位置でパルスパターンを切り替える。これにより、切替時に基本波電圧値を連続的に変化させることができる。
一方、理想切替位置が切替許可範囲外にある場合、「切替許可範囲内で理想切替位置に最も近いロータ位置に修正した切替位置」でパルスパターンを切り替える。
これにより、切替時に基本波電圧値を連続的に変化させることができる。
Preferably, the pulse pattern setting unit determines the current fundamental wave voltage based on a ratio between the current and next fundamental wave voltage amplitudes for the fundamental wave voltage corresponding to the modulation rate calculated at a predetermined calculation period in the modulation rate calculation unit. The rotor position where the value and the next fundamental wave voltage value match is calculated as the “ideal switching position”.
When the ideal switching position is within the switching permission range, the pulse pattern is switched at the ideal switching position. Thereby, the fundamental voltage value can be continuously changed at the time of switching.
On the other hand, when the ideal switching position is outside the switching permission range, the pulse pattern is switched at “the switching position corrected to the rotor position closest to the ideal switching position within the switching permission range”.
Thereby, the fundamental voltage value can be continuously changed at the time of switching.
ところで、現在及び次回の基本波電圧の位相ずれを0又は180[deg]に設定した場合に理論的に理想切替位置となる0及び180[deg]の位置は、基本的にパルスエッジとなる。しかも、0及び180[deg]付近には比較的幅の狭いパルスが密集するため、切替許可範囲を確保することが困難である。そこで、理想切替位置は、位相ずれが0及び180[deg]以外の位置、例えば90又は270[deg]付近に設定されることが好ましい。 By the way, the positions of 0 and 180 [deg] that are theoretically ideal switching positions when the phase shift of the current and next fundamental voltage is set to 0 or 180 [deg] are basically pulse edges. In addition, since relatively narrow pulses are concentrated in the vicinity of 0 and 180 [deg], it is difficult to ensure a switching permission range. Therefore, the ideal switching position is preferably set to a position where the phase shift is other than 0 and 180 [deg], for example, near 90 or 270 [deg].
切替許可範囲は、変化前後の変調率の組合せに加えて、回転機の回転数に応じて設定されることが好ましい。また、デッドタイムに対応する位置範囲を避け、電圧指令の演算周期以上の期間となるように設定されることが好ましい。 The switching permission range is preferably set according to the number of rotations of the rotating machine in addition to the combination of the modulation rates before and after the change. Further, it is preferable that the position range corresponding to the dead time is avoided and the period is equal to or longer than the calculation period of the voltage command.
以下、本発明の実施形態による回転機の制御装置を図面に基づいて説明する。複数の実施形態において実質的に同一の構成には、同一の符号を付して説明を省略する。
この回転機の制御装置は、例えばハイブリッド自動車や電気自動車の動力源である主機モータの駆動システムに適用される。以下の実施形態の説明では、特許請求の範囲における「回転機」を「モータ」と記し、「回転機の制御装置」を「モータ制御装置」と記す。また、「本実施形態」とは、第1〜第3実施形態を包括していう。
Hereinafter, a control device for a rotating machine according to an embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings. In the plurality of embodiments, substantially the same configuration is denoted by the same reference numeral, and description thereof is omitted.
This control device for a rotating machine is applied to a drive system for a main motor that is a power source of a hybrid vehicle or an electric vehicle, for example. In the following description of the embodiments, “rotor” in the claims is referred to as “motor”, and “rotor controller” is referred to as “motor controller”. The “present embodiment” includes the first to third embodiments.
[システム構成]
まず、モータ駆動システム全体の構成について図1を参照して説明する。図1には、一つの車両駆動用モータを備えるシステムを例示する。ハイブリッド自動車99に搭載されたモータ駆動システム90は、バッテリ50の直流電力を「電力変換器」としてのインバータ60で三相交流電力に変換してモータ80に供給し、モータ80を駆動するシステムである。
[System configuration]
First, the configuration of the entire motor drive system will be described with reference to FIG. FIG. 1 illustrates a system including one vehicle driving motor. The
バッテリ50は、ニッケル水素電池、リチウムイオン電池等の充放電可能な二次電池である。なお、電池に代えて、電気二重層キャパシタ等を直流電源として用いてもよい。
バッテリ50の電源電圧Vinは、例えば電圧センサによって検出される。或いは、バッテリ50のSOC(充電率)等から換算して求めてもよい。
平滑コンデンサ55は、インバータ60の入力部に設けられ、電源電圧Vinを平滑化する。
The
The power supply voltage Vin of the
The smoothing capacitor 55 is provided at the input portion of the
インバータ60は、上下アームの6つのスイッチング素子61〜66がブリッジ接続されている。詳しくは、スイッチング素子61、62、63は、それぞれU相、V相、W相の上アームのスイッチング素子であり、スイッチング素子64、65、66は、それぞれU相、V相、W相の下アームのスイッチング素子である。スイッチング素子61〜66は、例えばIGBTで構成され、低電位側から高電位側へ向かう電流を許容する還流ダイオードが並列に接続されている。
In the
インバータ60は、モータ制御装置10から出力されるゲート信号UH、UL、VH、VL、WH、WLに従ってスイッチング素子61〜66が動作することで、バッテリ50から入力される電源電圧Vinを交流電圧に変換する。そして、モータ制御装置10が演算した電圧指令に応じた相電圧Vu、Vv、Vwをモータ80の各相巻線81、82、83に印加する。
The
モータ80は、例えば永久磁石式同期型の三相交流モータであり、典型的には力行及び回生動作可能なモータジェネレータである。モータ80は、駆動輪95を駆動するトルクを発生する電動機としての機能、及び、エンジン91や駆動輪95から伝達されるトルクを発電によってエネルギー回収する発電機としての機能を兼ね備える。モータ80は、例えば変速機等のギア93を介して車軸94に接続されている。モータ80が発生したトルクは、ギア93を介して車軸94を回転させることにより駆動輪95を駆動する。
The
モータ80の三相巻線81、82、83のうち二相の巻線に接続される電流経路には、相電流を検出する電流センサが設けられる。図1の例では、V相巻線82及びW相巻線83に接続される電流経路に、それぞれ相電流Iv、Iwを検出する電流センサ72、73が設けられている。
位置センサ85は、レゾルバ等の回転角センサであり、モータ80の回転角、すなわちロータ位置θを検出する。以下、本明細書では、モータ80に関する「ロータ位置」又は「位置」は、電気角位置を意味する。
A current sensor connected to the two-phase winding of the three-
The
モータ制御装置10は、上位ECU11からのトルク指令T*、電流センサ72、73及び位置センサ85からのフィードバック情報に基づいて電圧指令を演算する。そして、電源電圧Vin及び電圧振幅から算出される変調率に応じて設定したパルスパターンに基づき、インバータ60にゲート信号UH、UL、VH、VL、WH、WLを出力し、スイッチング素子61〜66の動作を操作する。パルスパターンは、モータ80のロータ位置θに応じてON/OFF状態を規定するものである。これにより、モータ80の通電が制御され、モータ80は、トルク指令T*に応じたトルクを出力する。
The
ところで、モータ制御装置10は、時々刻々変化する変調率に応じてパルスパターンを切り替える必要があり、切替時における電圧変動を適切に抑制することが課題となる。
例えば特許文献1(特開2014−143831号公報)の従来技術では、切替移行期間において最小パルス幅を確保するようにダミーパルスを発生させることにより、パルス数切替時における電流変動やトルク変動の低減を図っている。
しかし、この従来技術では、ダミーパルスを発生させるための余分なパターンを生成する必要があり、メモリ負荷が増大する。また、パルス数が同じでも電圧変動が起こる場合がある。例えば、図5(e)のパルスパターンから図6(f)のパルスパターンに切り替える場合のように、ON/OFFの切替位置が大きく異なる場合がそれに該当する。
By the way, the
For example, in the prior art of Patent Document 1 (Japanese Patent Application Laid-Open No. 2014-143831), a dummy pulse is generated so as to ensure a minimum pulse width during the switching transition period, thereby reducing current fluctuation and torque fluctuation at the time of switching the number of pulses. I am trying.
However, in this prior art, it is necessary to generate an extra pattern for generating a dummy pulse, which increases the memory load. Further, voltage fluctuation may occur even when the number of pulses is the same. For example, the case where the ON / OFF switching position is significantly different, such as when switching from the pulse pattern of FIG. 5E to the pulse pattern of FIG.
そこで本実施形態のモータ制御装置10は、余分なパターンの生成等をすることなく、パルスパターン切替時の電圧変動を適切に抑制することを目的とするものである。
次に、モータ制御装置10の構成及び作用について実施形態毎に説明する。電圧指令の演算においてトルクフィードバック制御方式を採用する第1実施形態のモータ制御装置の符号を「101」とし、電流フィードバック制御方式を採用する第3実施形態のモータ制御装置の符号を「103」とする。
Therefore, the
Next, the configuration and operation of the
(第1実施形態)
第1実施形態のモータ制御装置101について、図2〜図16を参照して説明する。
モータ制御装置101は、変調率に応じてパルスパターンを設定し、且つ、変調率が変化したときパルスパターンを切り替える構成として、電圧振幅算出部13、変調率演算部15、パルスパターン設定部20、及びゲート信号生成部18を備えている。
また、第1実施形態のモータ制御装置101は、トルクフィードバック制御特有の構成として、dq変換部34、トルク推定部35、減算器36及び制御器37を備えている。
(First embodiment)
The
The
Moreover, the
電圧振幅算出部13は、上位ECUから入力されるトルク指令T*、及びモータ80の角速度ωに基づいて、電圧指令の振幅(以下、「電圧振幅」)Vampを所定の演算周期で繰り返し算出する。以下の各ブロックによる演算も電圧振幅Vampの演算周期に応じた演算タイミングで繰り返し行われる。
Based on the torque command T * input from the host ECU and the angular velocity ω of the
ここで、角速度ω[deg/s]は、位置センサ85が検出した位置θ[deg]が微分器86で時間微分されることにより算出される。角速度ωは比例定数を乗じることにより回転数N[rpm]に換算されるため、本明細書では、角速度ωと回転数Nとをほぼ同じ意味で用いる。なお、角速度ωについて、ハイブリッド自動車では、エンジン回転数や車軸(車輪又はドライブシャフト)の回転数等、モータ80の回転が伝達される各部の回転数を取得し、ギア比を用いてモータ角速度ωに換算してもよい。
Here, the angular velocity ω [deg / s] is calculated by time-differentiating the position θ [deg] detected by the
変調率演算部15は、電源電圧Vin及び電圧振幅Vampに基づいて変調率Mを演算する。以下の説明において、「前回の演算タイミングで演算され、現在のインバータ60の駆動に反映されている変調率M」を「現在の変調率MA」という。また、「今回の演算タイミングで演算し、次回のインバータ60の駆動に反映される変調率M」を「次回の変調率MB」という。
The
パルスパターン設定部20は、変調率演算部15で演算された変調率M、制御器37で算出された電圧位相Vθ、位置センサ85が検出した位置θ、及び角速度ωを取得する。そして、パルスパターン設定部20は、変調率演算部15が演算した変調率Mに応じてパルスパターンPPを設定する。現在の変調率MAに応じて既に設定されたパルスパターンを「現在のパルスパターンPPA」といい、次回の変調率MAに応じてこれから設定されるパルスパターンを「次回のパルスパターンPPB」という。
The pulse
また、パルスパターン設定部20は、現在のパルスパターンPPAから次回のパルスパターンPPBへの切替を行うロータ位置である切替位置θxを設定する。そして、設定したパルスパターンPP及び切替位置θxをゲート信号生成部18に指令する。
パルスパターン設定部20によるパルスパターンPP及び切替位置θxの設定に関する詳しい構成については後述する。
The pulse
A detailed configuration regarding the setting of the pulse pattern PP and the switching position θx by the pulse
ゲート信号生成部18は、パルスパターン設定部20が設定した次回のパルスパターンPPB、切替位置θx、及び、位置センサ85から取得した位置θの情報に基づいてゲート信号UH、UL、VH、VL、WH、WLを生成し、インバータ60に出力する
一般にインバータ60のスイッチング制御では、相補的にON/OFFする上下アームのスイッチング素子対が同時にONし過電流が流れることを防止するため、スイッチング素子対のON期間同士の間にデッドタイムDTが設けられる。デッドタイムDTにはスイッチング素子対が共にOFFとなる。デッドタイムDTは、例えばゲート信号生成部18で付与され、パルスパターン設定部20にも通知される。
The gate
続いて、トルクフィードバック制御特有の構成について説明する。
dq変換部34は、電流センサ72、73から相電流検出値を取得する。本実施形態では、V相、W相に設けられた電流センサ72、73からV相電流Iv及びW相電流Iwの検出値が入力され、残るU相の電流Iuをキルヒホッフの法則に基づいて推定している。他の実施形態では、どの二相の電流を検出してもよく、三相の電流を検出してもよい。或いは、一相の電流検出値に基づいて他の二相の電流を推定する技術を採用してもよい。
dq変換部34は、位置θを用いて、三相電流検出値Iu、Iv、Iwをdq軸電流Id、Iqにdq変換する。
Next, a configuration unique to torque feedback control will be described.
The
The
トルク推定部35は、dq軸電流Id、Iq及び回路定数に基づき、式(1)を用いて推定トルクT_estを算出し、トルク指令T*に対してフィードバックする。
T_est=pm×{Iq×φα+(Ld−Lq)×Id×Iq}・・・(1)
ただし、
pm:電動機の極対数
φα:永久磁石の電機子鎖交磁束
Ld、Lq:d軸インダクタンス、q軸インダクタンス
The
T_est = pm × {Iq × φα + (Ld−Lq) × Id × Iq} (1)
However,
pm: number of pole pairs of motor φα: armature interlinkage magnetic flux of permanent magnet Ld, Lq: d-axis inductance, q-axis inductance
なお、dq軸電流から算出する推定トルクT_estに代えて、トルクセンサでモータトルクを直接検出してもよい。また、電流振幅からおおよそのトルクを推定してもよい。
減算器36は、トルク推定部35が算出した推定トルクT_estをトルク指令T*から減算してトルク偏差を算出する。
制御器37は、トルク偏差をゼロに収束させるように、PI制御演算等によって電圧位相Vθを算出する。こうして、モータ80の出力トルクがトルク指令T*と一致するように算出された電圧位相Vθがパルスパターン設定部20に入力される。
Instead of the estimated torque T_est calculated from the dq axis current, the motor torque may be directly detected by a torque sensor. Further, an approximate torque may be estimated from the current amplitude.
The
The
次に図3〜図10を参照し、パルスパターン設定部20の詳細な構成を説明する。
図3に示すように、パルスパターン設定部20は、理想切替位置算出部21、現在パルスパターン読込部22、次回パルスパターン読込部23、切替許可範囲設定部24、切替位置設定部25、次回パルスパターン確定部26、及び、記憶部29等を有する。
ここでは、前回の演算タイミングで演算された現在のパルスパターンPPAによりインバータ60を駆動中に、次回のパルスパターンPPBを演算する処理を想定する。
Next, a detailed configuration of the pulse
As shown in FIG. 3, the pulse
Here, it is assumed that the next pulse pattern PP B is calculated while the
ここで、パルスパターンの定義及び具体例について図4〜図6を参照する。
図4に、U−V相線間電圧パルスパターン、及び、それに対応するU相、V相の上アームのスイッチング素子のパルスパターンの例を示す。
各相パルスパターンでは、電気1周期、すなわち電気角360[deg]の範囲に立ち上がりエッジ(ON)と立ち下がりエッジ(OFF)とが7回ずつ存在する。ON/OFFの1往復をパルス1回と数えると、このパルス数は7である。また、線間電圧パルスパターンでは、電気(1/2)周期、すなわち電気角180[deg]範囲のON/OFF回数がパルス数に相当する。このように、各相パルスパターンと線間電圧パルスパターンとは相互に対応する。
Here, the definition and specific example of the pulse pattern will be described with reference to FIGS.
FIG. 4 shows an example of the U-V phase line voltage pulse pattern and the corresponding pulse pattern of the switching element of the upper arm of the U phase and the V phase.
In each phase pulse pattern, there are 7 rising edges (ON) and 7 falling edges (OFF) in one electrical cycle, that is, in the range of electrical angle 360 [deg]. When one ON / OFF reciprocation is counted as one pulse, the number of pulses is seven. In the line voltage pulse pattern, the electrical (1/2) cycle, that is, the number of ON / OFF times in the electrical angle 180 [deg] range corresponds to the number of pulses. Thus, each phase pulse pattern and the line voltage pulse pattern correspond to each other.
図5及び図6に示すように、三相のうち一相(例えばU相)のパルスパターンは、電気角90[deg]の区間を一単位として設定される。
そして、電気角90[deg]を中心として電気角0〜90[deg]のパルスパターンを線対称に反転して、電気角90〜180[deg]のパルスパターンが設定される。
また、電気角180[deg]を中心として電気角0〜180[deg]のパルスパターンを点対称に反転して、電気角180〜360[deg]のパルスパターンが設定される。「点対称」とは、線対称に反転し、さらに、パルスのオン側とオフ側とを反転させることをいう。
こうして一相(例えばU相)について設定されたパルスパターンを電気角±120[deg]ずらすことにより、他の二相(V相、W相)のパルスパターンが設定される。
As shown in FIGS. 5 and 6, the pulse pattern of one phase (for example, U phase) among the three phases is set with a section of an electrical angle of 90 [deg] as one unit.
Then, the pulse pattern of
Also, the pulse pattern of
By shifting the pulse pattern set for one phase (for example, U phase) by an electrical angle of ± 120 [deg], another two-phase (V phase, W phase) pulse pattern is set.
図5及び図6には、対応する変調率Mが異なる10通りのパルスパターンの例を示す。各パルスパターンは、個々のパルスの位置、パルス幅、パルス数等が異なる。
図5(a)から(e)、さらに図6(f)から(j)に向かうに従って、対応する変調率Mが順に大きくなる。変調率Mが大きくなるほど、電気角0〜90[deg]範囲におけるパルスのON期間の合計が長くなり、パルス数が少なくなる傾向にある。
パルスパターン設定部20の記憶部29は、例えば変調率Mの1%毎に予め設定された複数のパルスパターンを記憶している。
5 and 6 show examples of 10 kinds of pulse patterns with different modulation rates M corresponding thereto. Each pulse pattern differs in the position, pulse width, number of pulses, etc. of each pulse.
The corresponding modulation factor M increases in order from FIG. 5A to FIG. 5E and further from FIG. 6F to FIG. 6J. As the modulation factor M increases, the total ON period of pulses in the electrical angle range of 0 to 90 [deg] becomes longer and the number of pulses tends to decrease.
The
続いて、図3の各ブロックの演算について説明する。
理想切替位置算出部21は、現在の変調率MA及び次回の変調率MBに基づき、「現在の基本波電圧値と次回の基本波電圧値とが一致するロータ位置」である「理想切替位置θxi」を算出する。
図7(a)には、パルスパターンに対応する正弦波の基本波電圧を示す。
また、図7(b)に、現在の変調率MAから次回の変調率MBに切り替えるときの基本波電圧の変化の様子を示す。現在の変調率MAに対応する基本波電圧の振幅をA、次回の変調率MBに対応する基本波電圧の振幅をB、モータ80のロータ位置をθ、現在及び次回の基本波電圧の位相ずれをαとすると、ロータ位置θにおける基本波電圧値は、式(2.1)、(2.2)で表される。なお、図7(B)の例では、A>Bである。
現在の基本波電圧値=Asinθ ・・・(2.1)
次回の基本波電圧値=Bsin(θ+α) ・・・(2.2)
Next, the calculation of each block in FIG. 3 will be described.
Ideal switching
FIG. 7A shows a sine wave fundamental wave voltage corresponding to the pulse pattern.
FIG. 7B shows how the fundamental voltage changes when the current modulation factor M A is switched to the next modulation factor M B. The amplitude of the fundamental wave voltage corresponding to the current modulation factor M A is A, the amplitude of the fundamental wave voltage corresponding to the next modulation factor M B is B, the rotor position of the
Current fundamental voltage value = Asinθ (2.1)
Next-time fundamental wave voltage value = Bsin (θ + α) (2.2)
図7(b)に示すように、位相ずれα=0とし、切替位置θx=90[deg]で切り替えると仮定すると、切替時において基本波電圧値はAからBに不連続に変化し、電圧変動が発生する。それに対し、図7(c)に示すように、次回の基本波電圧について適切な位相ずれαを設定し、切替位置θx=(90−α)[deg]で切り替えることにより、切替時の基本波電圧値を連続的に変化させることができる。このときの切替位置θxを、「理想切替位置θxi」という。 As shown in FIG. 7B, assuming that the phase shift α = 0 and switching at the switching position θx = 90 [deg], the fundamental wave voltage value changes discontinuously from A to B at the time of switching. Variations occur. On the other hand, as shown in FIG. 7C, an appropriate phase shift α is set for the next fundamental wave voltage, and the fundamental wave at the time of switching is switched by switching at the switching position θx = (90−α) [deg]. The voltage value can be continuously changed. The switching position θx at this time is referred to as “ideal switching position θxi”.
次に、理想切替位置θxiの導出について説明する。式(2.1)、(2.2)より、現在と次回の基本波電圧値が一致するとき、式(3.1)が成り立つ。
Asinθ=Bsin(θ+α) ・・・(3.1)
ここで、θ=0[deg]とすると、
0=Bsinα
である。よって、α=0、180[deg]のとき、式(3.1)が成り立つ。つまり、理論的には、0及び180[deg]は理想切替位置θxiとなり得る。
Next, derivation of the ideal switching position θxi will be described. From equations (2.1) and (2.2), equation (3.1) holds when the current and next fundamental wave voltage values match.
Asin θ = Bsin (θ + α) (3.1)
Here, if θ = 0 [deg],
0 = Bsinα
It is. Therefore, when α = 0 and 180 [deg], Expression (3.1) is established. That is, theoretically, 0 and 180 [deg] can be the ideal switching position θxi.
しかし、図7(a)に示す通り、0及び180[deg]の位置は、基本的にパルスエッジとなる。しかも、0及び180[deg]付近には比較的幅の狭いパルスが密集するため、後述の切替許可範囲を確保することが困難である。
そこで、理想切替位置θxiは、位相ずれが0及び180[deg]以外の位置、例えば90又は270[deg]付近に設定されることが好ましい。
However, as shown in FIG. 7A, the positions of 0 and 180 [deg] are basically pulse edges. In addition, since relatively narrow pulses are concentrated in the vicinity of 0 and 180 [deg], it is difficult to secure a later-described switching permission range.
Therefore, the ideal switching position θxi is preferably set to a position where the phase shift is other than 0 and 180 [deg], for example, near 90 or 270 [deg].
まず、図8(a)に示すように、A<B、すなわち、次回の変調率MBが現在の変調率MAよりも増加する場合について説明する。
式(3.1)の右辺を変形し、Aについて整理すると、式(3.2)が得られる。
Asinθ=Bsinθcosα+Bcosθsinα
A=Bcosα+Bsinα/tanθ ・・・(3.2)
式(3.2)にて、θ=90[deg]とすると、右辺の第2項は0になり、式(3.3)が得られる。
A=Bcosα ・・・(3.3)
よって、θ=90[deg]における位相ずれαは式(3.4)で表される。
α=cos-1(A/B) ・・・(3.4)
First, as shown in FIG. 8A, a case where A <B, that is, a case where the next modulation rate M B increases from the current modulation rate M A will be described.
By transforming the right side of Equation (3.1) and rearranging A, Equation (3.2) is obtained.
Asin θ = B sin θ cos α + B cos θ sin α
A = Bcos α + B sin α / tan θ (3.2)
If θ = 90 [deg] in equation (3.2), the second term on the right side becomes 0, and equation (3.3) is obtained.
A = Bcosα (3.3)
Therefore, the phase shift α at θ = 90 [deg] is expressed by Expression (3.4).
α = cos −1 (A / B) (3.4)
例えば変調率Mが100%から101%にアップする場合、(A/B)=(100/101)≒0.99であり、α≒0.14[rad]≒8.0[deg]となる。そして、現在の基本波電圧の位置90[deg]における振幅Aに相当する最大値と、次回の基本波電圧の「電圧値が最大(=振幅B)となる位置に対し位相ずれαだけ遅れた位置での電圧値」とが一致する。
したがって、A<Bの場合、切替時に次回のパルスパターンPPBを位相ずれαだけ進角させ、理想切替位置θxiである90[deg]で切り替えることにより、基本波電圧を連続的に変化させることができる。
For example, when the modulation factor M increases from 100% to 101%, (A / B) = (100/101) ≈0.99 and α≈0.14 [rad] ≈8.0 [deg]. . Then, the maximum value corresponding to the amplitude A at the position 90 [deg] of the current fundamental wave voltage and the position of the next fundamental wave voltage “the voltage value is maximum (= amplitude B) are delayed by a phase shift α. "Voltage value at position" matches.
Therefore, when A <B, the fundamental pulse voltage is continuously changed by advancing the next pulse pattern PP B by the phase shift α at the time of switching and switching at the ideal switching position θxi of 90 [deg]. Can do.
また、図8(b)に、A>B、すなわち、次回の変調率MBが現在の変調率MAよりも減少する場合を示す。この場合、「ξ=θ+α」とおき、式(3.1)を式(4.1)に書き直す。図8(b)にて、ξ軸は、θ軸をαだけオフセットして示される。
Asin(ξ−α)=Bsinξ ・・・(4.1)
式(4.1)の左辺を変形し、Bについて整理すると、式(4.2)が得られる。
Asinξcosα−Acosξsinα=Bsinξ
Acosα−Asinα/tanξ=B ・・・(4.2)
式(4.2)にて、ξ=90[deg]、すなわちθ=(90−α)[deg]とすると、左辺の第2項は0になり、式(4.3)が得られる。
Acosα=B ・・・(4.3)
よって、θ=(90−α)[deg]における位相ずれαは式(4.4)で表される。
α=cos-1(B/A) ・・・(4.4)
FIG. 8B shows a case where A> B, that is, the next modulation rate M B is smaller than the current modulation rate M A. In this case, “ξ = θ + α” is set, and equation (3.1) is rewritten into equation (4.1). In FIG. 8B, the ξ axis is shown with the θ axis offset by α.
Asin (ξ−α) = Bsinξ (4.1)
By transforming the left side of Equation (4.1) and rearranging B, Equation (4.2) is obtained.
Asinξcosα−Acosξsinα = Bsinξ
Acos α-Asin α / tan ξ = B (4.2)
In Equation (4.2), if ξ = 90 [deg], that is, θ = (90−α) [deg], the second term on the left side becomes 0, and Equation (4.3) is obtained.
Acos α = B (4.3)
Therefore, the phase shift α at θ = (90−α) [deg] is expressed by Expression (4.4).
α = cos −1 (B / A) (4.4)
例えば変調率Mが101%から100%にダウンする場合、(B/A)=(100/101)≒0.99であり、α≒0.14[rad]≒8.0[deg]となる。そして、位置(90−α)≒82[deg]における現在の基本波電圧値と、次回の基本波電圧の振幅Bに相当する最大値とが一致する。「位置(90−α)≒82[deg]における現在の基本波電圧値」を言い換えると、「電圧値が最大(=振幅A)となる位置に対し位相ずれαだけ早い位置での電圧値」となる。
したがって、A>Bの場合、切替時に次回のパルスパターンPPBを位相ずれαだけ進角させ、理想切替位置θxiである(90−α)[deg]で切り替えることにより、基本波電圧を連続的に変化させることができる。このときの状態が図7(c)に示される。
なお、A<B、A>Bのいずれの場合も、次回のパルスパターンPPBを位相ずれαだけ進角させる代わりに、(360−α)[deg]だけ遅角させてもよい。ただし、切替を早く実施するため、基本的に位相を進角させる方が好ましい。
For example, when the modulation factor M decreases from 101% to 100%, (B / A) = (100/101) ≈0.99 and α≈0.14 [rad] ≈8.0 [deg]. . Then, the current fundamental wave voltage value at the position (90−α) ≈82 [deg] matches the maximum value corresponding to the amplitude B of the next fundamental wave voltage. In other words, “the current fundamental wave voltage value at position (90−α) ≈82 [deg]”, “the voltage value at a position earlier by the phase shift α than the position where the voltage value is maximum (= amplitude A)” It becomes.
Therefore, when A> B, the fundamental voltage is continuously changed by advancing the next pulse pattern PP B by a phase shift α at the time of switching and switching at the ideal switching position θxi (90−α) [deg]. Can be changed. The state at this time is shown in FIG.
In both cases of A <B and A> B, the next pulse pattern PP B may be delayed by (360−α) [deg] instead of advancing by the phase shift α. However, in order to perform switching quickly, it is basically preferable to advance the phase.
以上のように、理想切替位置算出部21は、次回のパルスパターンPPBについての理想切替位置θxi及び位相ずれαを算出する。
次に、現在パルスパターン読込部22は、現在出力中である現在パルスパターンPPAを読込む。また、次回パルスパターン読込部23は、次回の変調率MBに応じた最適の次回パルスパターンPPBを記憶部29に記憶されたマップ等から読込む。
As described above, the ideal switching
Then, the current pulse
現在パルスパターンPPA及び次回パルスパターンPPBは、切替許可範囲設定部24及び次回パルスパターン確定部26に通知される。以下に説明する切替条件に当てはまる切替位置θxを探索可能な場合、基本的に次回パルスパターンPPBが出力される。ただし、切替条件に当てはまる切替位置θxを探索不能な場合、現在パルスパターンPPAが再度出力される可能性もある。
Current pulse pattern PP A and the next pulse pattern PP B is notified to the switching permission
切替許可範囲設定部24は、現在パルスパターンPPAと次回パルスパターンPPBとの組合せに応じて、言い換えれば、変化前後の変調率MA、MBの組合せに応じて、切替許可範囲を設定する。切替許可範囲について、図9、図10を参照する。
図9に示すように、例えば、現在パルスパターンPPAの出力電圧がON状態であり、次回パルスパターンPPBの出力電圧がOFF状態であるロータ位置でパルスパターンを切り替えると、現在パルスパターンPPAのパルスが途中で分断される。その結果、切替前後で電圧変化が生じ、現在の変調率MAにも次回の変調率MBにも対応しない「意図しないパルス」が生成されることとなる。そのため、電力変動やモータ80のトルク変動が発生するおそれがある。
Switching permission
As shown in FIG. 9, for example, when the pulse pattern is switched at the rotor position where the output voltage of the current pulse pattern PP A is ON and the output voltage of the next pulse pattern PP B is OFF, the current pulse pattern PP A Are interrupted in the middle. As a result, voltage change occurs before and after the switching, and also the current modulation factor M A does not correspond to the next modulation factor M B "unintended pulse" is generated. As a result, power fluctuations and torque fluctuations of the
そこで、切替許可範囲設定部24は、図10に示すように、パルスパターンの出力電圧が変化しないロータ位置、すなわち、ON状態又はOFF状態を継続しているロータ位置の範囲を「切替許可範囲」として設定する。なお、図10には、簡単に一相のパルスパターンについてのみ図示しているが、実際には、三相全てのパルスパターンについて、出力電圧が変化しないロータ位置を「切替許可範囲」とすることが好ましい。
その他、切替許可範囲設定部24は、さらにデッドタイムDTや角速度ωの情報を取得し、より好ましい条件で切替許可範囲を設定してもよく、その詳細については後述する。
Therefore, as shown in FIG. 10, the switching permission
In addition, the switching permission
切替位置設定部25は、理想切替位置算出部21で算出された理想切替位置θxiが、切替許可範囲設定部24で設定された切替許可範囲にあるか否か判断する。
理想切替位置θxiが切替許可範囲内にある場合、切替位置設定部25は、理想切替位置θxiを切替位置θxとして設定する。一方、理想切替位置θxiが切替許可範囲外にある場合、切替位置設定部25は、「切替許可範囲内で理想切替位置θxiに最も近いロータ位置に修正した位置」を切替位置θxとして設定する。
The switching
When the ideal switching position θxi is within the switching permission range, the switching
次回パルスパターン確定部26は、位置θ及び電圧位相Vθを取得し、これらの情報に基づいて次回パルスパターンPPB及び切替位置θxを確定して出力する。これにより、モータ制御装置101は、変調率Mが変化したとき、切替許可範囲内であって、理想切替
位置θxi又は可及的にそれに近い位置でパルスパターンを切り替える。
ただし、現在パルスパターンPPAから次回パルスパターンPPBへの切替条件に当てはまる適当な切替位置θxを探索不能な場合、次回パルスパターン確定部26は、現在パルスパターンPPAを再度出力する。
Next pulse
However, when it is impossible to search for an appropriate switching position θx that satisfies the switching condition from the current pulse pattern PP A to the next pulse pattern PP B , the next pulse
記憶部29は、想定され得る様々なモータ80の運転条件変化パターンに応じて切替許可範囲を設定可能なように、予め設定した複数のパルスパターンをマップ等により記憶している。また、過去に記憶されていない現在及び次回の変調率MA、MBの組合せに応じたパルスパターンが新たに演算された場合、記憶部29に学習させるようにしてもよい。
The
このように本実施形態では、変調率Mが変化しパルスパターンPPを切り替えるときの切替位置θxとして、第一に切替許可範囲を選択し、第二にさらに理想切替位置θxiを選択する。また、理想切替位置θxiが切替許可範囲にない場合には、「切替許可範囲内で理想切替位置θxiに最も近いロータ位置」を選択する。
出力電圧が変化しない切替許可範囲でパルスパターンを切り替えることにより、切替時における電圧変化の発生を回避し、電力変動やトルク変動を抑制することができる。
また、理想切替位置θxi、又は、理想切替位置θxiに可及的に近い位置でパルスパターンを切り替えることにより、切替時に基本波電圧値を連続的に変化させることができる。
As described above, in the present embodiment, the switching permission range is first selected as the switching position θx when the modulation factor M changes and the pulse pattern PP is switched, and then the ideal switching position θxi is further selected. When the ideal switching position θxi is not within the switching permission range, “the rotor position closest to the ideal switching position θxi within the switching permission range” is selected.
By switching the pulse pattern within the switching permission range where the output voltage does not change, it is possible to avoid the occurrence of a voltage change at the time of switching, and to suppress power fluctuations and torque fluctuations.
Further, by switching the pulse pattern at the ideal switching position θxi or the position as close as possible to the ideal switching position θxi, the fundamental voltage value can be continuously changed at the time of switching.
続いて、切替許可範囲設定部24による切替許可範囲の好ましい設定に関して、図11〜図14を参照して説明する。
図11に、U相、V相、W相の三相のパルスパターンを示す。各相パルスパターンは、同一のパルスパターンを120[deg]ずらして設定されている。切替許可範囲は、三相のパルスパターンの出力電圧がいずれもON状態又はOFF状態を継続しており、電圧ベクトルが一定であるロータ位置範囲に設定される。これにより、相間のバランスを維持しつつ、全ての相について切替時の電力変動を適切に抑制することができる。
なお、正確には、変化前の三相、及び変化後の三相の計6つのパルスパターンについて共通に出力電圧が変化しない位置が設定されるが、図が煩雑になるため、図11では変化前又は変化後の一方を省略して示す。
Subsequently, a preferable setting of the switching permission range by the switching permission
FIG. 11 shows a three-phase pulse pattern of U phase, V phase, and W phase. Each phase pulse pattern is set by shifting the same pulse pattern by 120 [deg]. The switching permission range is set to a rotor position range in which the output voltages of the three-phase pulse patterns continue to be in the ON state or the OFF state, and the voltage vector is constant. Thereby, the electric power fluctuation | variation at the time of switching can be suppressed appropriately about all the phases, maintaining the balance between phases.
To be precise, the position where the output voltage does not change is set in common for a total of six pulse patterns of the three phases before the change and the three phases after the change. One before or after the change is omitted.
図12に、モータ80の回転数[rpm]が(a)Nのとき、及び、(b)3Nのときにおける変化前後のパルスパターンを示す。
回転数Nのとき、電気角180[deg]中に、比較的長い2回の切替許可範囲L、及び、比較的短い1回の切替許可範囲Sの計3回が設定される。
これに対し、回転数が3Nのとき、時間幅の不足によりパルスパターンの切替が不能となる切替許可範囲Sが除外され、切替許可範囲Lのみが設定される。つまり、高回転時に所定時間に満たないロータ位置範囲は切替許可範囲から除外する。
このように、切替許可範囲設定部24は、回転数Nに応じて切替許可範囲を設定する。これにより、特に高回転時に不適切な切替許可範囲が設定されることを防止することができる。
FIG. 12 shows pulse patterns before and after the change when the rotation speed [rpm] of the
When the number of revolutions is N, a total of three times of a relatively long two-time switching permission range L and a relatively short one-time switching permission range S are set in the electrical angle 180 [deg].
On the other hand, when the rotational speed is 3N, the switching permission range S in which the switching of the pulse pattern is not possible due to insufficient time width is excluded, and only the switching permission range L is set. That is, the rotor position range that is less than the predetermined time during high rotation is excluded from the switching permission range.
Thus, the switching permission
図13に、電圧振幅算出部13による電圧振幅Vampの演算周期、又は、制御器37による電圧位相指令Vθの演算周期を考慮して設定された切替許可範囲を示す。
パルスパターンの出力電圧がいずれもON状態又はOFF状態を継続しているロータ位置範囲であっても、演算周期Tc未満の期間は切替許可範囲から除外される。すなわち、切替許可範囲設定部24は、電圧指令の演算周期Tc以上の期間となるように切替許可範囲を設定する。これにより、パルスパターンの切替に伴う制御演算の実施可能性を適切に担保することができる。
FIG. 13 shows a switching permission range set in consideration of the calculation cycle of the voltage amplitude Vamp by the voltage
Even if the output voltage of the pulse pattern is in the rotor position range where the ON state or the OFF state continues, the period shorter than the calculation cycle Tc is excluded from the switching permission range. That is, the switching permission
図14に、デッドタイムDTを考慮して設定された切替許可範囲を示す。デッドタイムDTには、インバータ60において相補的にスイッチング動作する各相スイッチング素子対が共にOFFとなる。そのため、切替許可範囲の終了間際の期間がデッドタイムDTと重なっていると、切替許可範囲の終了間際にパルスパターンを切り替えたとき、パルスが実質的に削られることとなる。なお、図中の「DT」は、厳密には「デッドタイムDTに対応する位置範囲」であり、必ずしもゲート信号生成部18が設定したデッドタイムDTそのものとは限らないが、便宜的に、デッドタイムの記号を援用する。
そこで、切替許可範囲設定部24は、デッドタイムDTに対応する位置を避けて切替許可範囲を設定することにより、パルスが削られることを防止することができる。また、同様の思想に基づき、ゲート信号出力からの動作遅延時間等の素子特性を考慮して切替許可範囲を設定してもよい。
FIG. 14 shows a switching permission range set in consideration of the dead time DT. In the dead time DT, each phase switching element pair that performs a complementary switching operation in the
Therefore, the switching permission
次に、モータ制御装置101によるインバータ駆動処理について、図15、図16のフローチャートを参照して説明する。以下のフローチャートの説明で記号「S」はステップを意味する。ここでは、前回の制御で演算された現在のパルスパターンPPAによりインバータ60を駆動中に、次回のパルスパターンPPBを演算する処理を想定する。
Next, inverter drive processing by the
まず、図15のメインフローチャートを参照する。
S11では、モータ制御装置101は、位置θ及び角速度ω(回転数N)を取得する。
S12では、電圧振幅算出部13は、トルク指令T*及び角速度ωに基づいて電圧振幅Vampを算出する。
S13では、変調率演算部15は、電源電圧Vin及び電圧振幅Vampに基づいて次回の変調率MBを算出する。
First, the main flowchart of FIG. 15 is referred.
In S11, the
In S12, the voltage
In S13, the modulation
S16では、パルスパターン設定部20は、次回の変調率MB及び現在の変調率MAを取得する。次回の変調率MBが所定の誤差範囲内で現在の変調率MAに等しい場合(S17:YES)、S31でパルスパターン変更なしとする。
次回の変調率MBが誤差範囲を超えて現在の変調率MAと異なる場合(S17:NO)、S20の「切替位置、パルスパターン設定処理」に移行する。S20で設定された結果に従い、パルスパターン設定部20は、S32でパルスパターンを変更して出力する。
In S16, the pulse
When the next modulation factor M B exceeds the error range and differs from the current modulation factor M A (S17: NO), the process proceeds to “switching position and pulse pattern setting process” in S20. According to the result set in S20, the pulse
S20の「切替位置、パルスパターン設定処理」の詳細について、図16のサブフローチャートを参照する。
S21では、理想切替位置算出部21は、現在の変調率MA及び次回の変調率MBに基づき、理想切替位置θxi及び位相ずれαを算出する。
For details of the “switching position and pulse pattern setting process” in S20, refer to the sub-flowchart of FIG.
In S21, the ideal switching
S22では、現在パルスパターン読込部22は、現在出力中である現在パルスパターンPPAを読込む。また、次回パルスパターン読込部23は、次回の変調率MBに応じて次回パルスパターンPPBを記憶部29に記憶されたマップ等から読込む。
S22で読込まれた現在パルスパターンPPA及び次回パルスパターンPPBは、切替許可範囲設定部24に通知される。切替許可範囲設定部24は、S23で、さらにデッドタイムDT、角速度ω(回転数N)等の情報を取得し、S24で、これらの情報に基づいて切替許可範囲を設定する。
In S22, the current pulse
The current pulse pattern PP A and the next pulse pattern PP B read in S22 are notified to the switching permission
S25で、切替位置設定部25は、理想切替位置θxiが切替許可範囲にあるか否か判断する。理想切替位置θxiが切替許可範囲内にある場合(S25:YES)、切替位置設定部25は、S26で、理想切替位置θxiを切替位置θxとして設定する。
一方、理想切替位置θxiが切替許可範囲外にある場合(S25:NO)、切替位置設定部25は、S27で、「切替許可範囲内で理想切替位置θxiに最も近いロータ位置に修正した位置」を切替位置θxとして設定する。
S28では、次回パルスパターン確定部26は、位置θ及び電圧位相Vθを取得し、次回パルスパターンPPB及び切替位置θxを確定して出力する。なお、現在パルスパターンPPAを再度出力する場合については省略する。
In S25, the switching
On the other hand, when the ideal switching position θxi is outside the switching permission range (S25: NO), the switching
In S28, the next pulse
(第2実施形態)
次に第2実施形態について、図17、図18を参照して説明する。
図17に、第2実施形態が解決する課題として、回転数及び変調率の急峻な変化が発生した場合の変化前後のパルスパターンを示す。ここでは特に回転数及び変調率が急激に低下した例を想定する。これは、車両が走行中に障害物に衝突した場合等に相当する。この場合、電気角周期が急激に長くなり、パルスパターンの切替条件により、切替が遅れる。その結果、過電圧、過電流による素子破壊につながるおそれがある。
(Second Embodiment)
Next, a second embodiment will be described with reference to FIGS.
FIG. 17 shows pulse patterns before and after the change when a sharp change in the rotation speed and modulation rate occurs as a problem to be solved by the second embodiment. Here, an example in which the rotation speed and the modulation rate are particularly rapidly reduced is assumed. This corresponds to a case where the vehicle collides with an obstacle while traveling. In this case, the electrical angle cycle becomes abruptly long, and switching is delayed depending on the switching condition of the pulse pattern. As a result, there is a risk of element destruction due to overvoltage and overcurrent.
そのような事態を防止するため、第2実施形態では、回転数又は変調率の急峻な変化が発生した場合、異常処置を実行する構成を採用する。
図18に示すインバータ駆動処理のフローチャートでは、図15に対し、S14、S15、S18、S19、S33が追加されている。
S14では、現在及び次回の回転数の比から回転数変化率RNを算出する。S18では、現在の変調率MAと次回の変調率MBとの比から変調率変化率RMを算出する。回転数又は変調率が低下する場合の変化率RN、RMは絶対値で定義される。
In order to prevent such a situation, the second embodiment employs a configuration in which an abnormality treatment is performed when a sudden change in the rotation speed or the modulation rate occurs.
In the flowchart of the inverter driving process shown in FIG. 18, S14, S15, S18, S19, and S33 are added to FIG.
In S14, the rotational speed change rate RN is calculated from the ratio between the current rotational speed and the next rotational speed. In S18, the modulation rate change rate RM is calculated from the ratio between the current modulation rate M A and the next modulation rate M B. The rate of change RN and RM when the rotation speed or the modulation rate decreases is defined by an absolute value.
回転数及び変調率の変化率について、それぞれ正常値と異常値とを判別するための閾値が設定されている。回転数の変化率RNが閾値以下のとき(S15:YES)、及び、変調率の変化率RMが閾値以下のとき(S19:YES)、正常と判断され、それぞれ次のステップS16、S20に移行する。 Threshold values for discriminating between normal values and abnormal values are set for the rotation speed and the change rate of the modulation rate. When the rotational speed change rate RN is less than or equal to the threshold value (S15: YES) and when the modulation rate change rate RM is less than or equal to the threshold value (S19: YES), it is determined to be normal, and the process proceeds to the next steps S16 and S20, respectively. To do.
回転数の変化率RNが閾値を越えるとき(S15:NO)、又は、変調率の変化率RMが閾値を越えるとき(S19:NO)、異常と判断され、S33に移行する。
S33では、異常処置として、パルスパターンの強制切替が実施される。つまり、パルスパターン設定部20は、通常の演算により設定するパルスパターンを用いず、異常処置のための特定のパルスパターンに強制的に切り替える。
When the rotational speed change rate RN exceeds the threshold value (S15: NO), or when the modulation rate change rate RM exceeds the threshold value (S19: NO), it is determined to be abnormal, and the process proceeds to S33.
In S33, forcible switching of the pulse pattern is performed as an abnormality treatment. That is, the pulse
例えば回転数又は変調率が急激に低下し、低下率が閾値を超えた場合を想定する。このとき、モータ80の急激な減速により、逆起電圧が急減少し、本来必要な電圧よりも大きな電圧がインバータ60に印加される。パルスパターン設定部20は、本来必要な電圧を出力可能なパルスパターンに強制的に切り替える。これにより、スイッチング素子61〜66等に過電圧が印加され、過電流が流れることを防止することができる。
さらに好ましくは、パルスパターンを強制的に切り替えると同時にトルク指令T*を0にすることで、過電流をより好適に抑止することができる。
For example, it is assumed that the rotation speed or the modulation rate is rapidly reduced and the reduction rate exceeds a threshold value. At this time, due to the rapid deceleration of the
More preferably, the overcurrent can be more preferably suppressed by forcibly switching the pulse pattern and simultaneously setting the torque command T * to 0.
(第3実施形態)
第3実施形態による回転機の制御装置について、図19を参照して説明する。
第3実施形態のモータ制御装置103は、電流フィードバック制御方式の制御装置である。第1実施形態と異なる構成として、電流指令演算部31、減算器32、制御器33、電圧振幅位相算出部14を有している。一方、第1実施形態が有するトルク推定部35、減算器36を有していない。
(Third embodiment)
A rotating machine control device according to a third embodiment will be described with reference to FIG.
The
また、第1実施形態では、電圧振幅算出部13が電圧振幅Vampを算出し、制御器37が電圧位相Vθを算出するのに対し、第3実施形態の電圧振幅位相算出部14は、電圧振幅Vamp及び電圧位相Vθの両方を算出する。
In the first embodiment, the voltage
電流指令演算部31は、車両制御装置等から取得したトルク指令T*に基づき、マップや数式等を用いてdq軸電流指令値Id*、Iq*を演算する。
減算器32は、dq変換部34からフィードバックされるdq軸電流Id、Iqをdq軸電流指令値Id*、Iq*から減算してdq軸電流偏差を算出する。
制御器33は、dq軸電流偏差をゼロに収束させるように、PI制御演算等によってdq軸電圧指令値Vd*、Vq*を演算する。
The current
The subtractor 32 subtracts the dq axis currents Id and Iq fed back from the
The
電圧振幅位相算出部14は、dq軸電圧指令値Vd*、Vq*に基づき、電圧指令ベクトルの振幅Vamp及び位相Vθを算出する。+Vd軸を基準とし反時計回り方向に電圧位相Vθを定義すると、電圧位相Vθ[deg]は、Vd*、Vq*の正負に応じて次式(5.1)〜(5.3)により算出される。
[Vd*>0、Vq*≧0] Vθ=arctan(Vq*/Vd*)・・・(5.1)
[Vd*<0] Vθ=arctan(Vq*/Vd*)+180 ・・・(5.2)
[Vd*>0、Vq*<0] Vθ=arctan(Vq*/Vd*)+360
・・・(5.3)
The voltage amplitude
[Vd * > 0, Vq * ≧ 0] Vθ = arctan (Vq * / Vd * ) (5.1)
[Vd * <0] Vθ = arctan (Vq * / Vd * ) + 180 (5.2)
[Vd * > 0, Vq * <0] Vθ = arctan (Vq * / Vd * ) + 360
... (5.3)
電圧振幅Vampは変調率演算部15に出力され、電圧位相Vθはパルスパターン設定部20に出力される。それ以降、特にパルスパターン設定部20の構成及び作用効果に関して、第3実施形態は第1実施形態と同様である。
The voltage amplitude Vamp is output to the modulation
(その他の実施形態)
(ア)上記実施形態の説明で用いた「現在/次回の変調率」、「現在/次回のパルスパターン」等の「現在」、「次回」は、演算順序における相対的な関係を示す用語に過ぎない。つまり、「現在」の絶対的な基準を限定するものではない。演算タイミングの基準をいつに定めるかにより、「現在」が直近の未来を意味し、「次回」がそれからさらに少し先の未来を意味すると解釈してもよい。
(Other embodiments)
(A) “Current” and “next” such as “current / next modulation rate” and “current / next pulse pattern” used in the description of the above embodiments are terms indicating relative relationships in the calculation order. Not too much. In other words, it does not limit the absolute standard of “present”. Depending on when the calculation timing reference is determined, “current” may mean the immediate future, and “next” may mean the future a little further.
(イ)パルスパターン設定部20は、変調率Mが入力されたとき、予め記憶部に記憶されている複数のパルスパターンから最適なパターンを読み込む構成に限らず、毎回、最適なパルスパターンを演算するようにしてもよい。
(A) When the modulation factor M is input, the pulse
(ウ)本発明は、バッテリ50とインバータ60との間にDCDCコンバータを備えるシステムに適用されてもよい。
(エ)本発明の制御対象とする回転機は、三相回転機に限らず、四相以上の多相回転機であってもよい。
(C) The present invention may be applied to a system including a DCDC converter between the
(D) The rotating machine to be controlled in the present invention is not limited to a three-phase rotating machine, and may be a four-phase or more multi-phase rotating machine.
(オ)本発明は、ハイブリッド自動車や電気自動車の主機モータとして使用される回転機以外に、車両の補機用モータや、車両以外の昇降機、一般機械等に用いられる回転機に適用されてもよい。
以上、本発明は、上記実施形態になんら限定されるものではなく、発明の趣旨を逸脱しない範囲において種々の形態で実施可能である。
(E) The present invention may be applied not only to a rotating machine used as a main motor of a hybrid vehicle or an electric vehicle, but also to a rotating machine used in an auxiliary motor for a vehicle, an elevator other than a vehicle, a general machine, or the like. Good.
As mentioned above, this invention is not limited to the said embodiment at all, In the range which does not deviate from the meaning of invention, it can implement with a various form.
101、103・・・モータ制御装置(回転機の制御装置)、
15・・・変調率演算部、
20・・・パルスパターン設定部、
60・・・インバータ(電力変換器)、
61〜66・・・スイッチング素子、
80・・・モータ(回転機)。
101, 103 ... motor control device (control device for rotating machine),
15: Modulation rate calculation unit,
20 ... pulse pattern setting unit,
60: Inverter (power converter),
61-66... Switching elements,
80: Motor (rotating machine).
Claims (12)
電源電圧及び電圧振幅に基づいて変調率を演算する変調率演算部(15)と、
前記変調率演算部が演算した変調率に応じてパルスパターンを設定するパルスパターン設定部(20)と、
を備え、
前記パルスパターン設定部は、
少なくともいずれかの相のパルスパターンの出力電圧がON状態又はOFF状態を継続しているロータ位置の範囲を切替許可範囲として設定し、変調率が変化したとき、前記切替許可範囲でパルスパターンを切り替える回転機の制御装置。 ON / OFF states are defined for a plurality of switching elements (61 to 66) of a power converter (60) for supplying power to a multiphase rotating machine (80) of three or more phases according to the rotor position of the rotating machine. A gate signal based on a pulse pattern to be output, and a control device for a rotating machine that controls energization of the rotating machine,
A modulation factor calculation unit (15) for calculating the modulation factor based on the power supply voltage and the voltage amplitude;
A pulse pattern setting unit (20) for setting a pulse pattern according to the modulation rate calculated by the modulation rate calculation unit;
With
The pulse pattern setting unit
The range of the rotor position where the output voltage of the pulse pattern of at least one of the phases continues ON or OFF is set as a switching permission range, and the pulse pattern is switched within the switching permission range when the modulation rate changes. Control device for rotating machine.
前記変調率演算部において所定の演算周期で演算される変調率に対応する基本波電圧について、現在及び次回の基本波電圧振幅の比に基づき、現在の基本波電圧値と次回の基本波電圧値とが一致するロータ位置を理想切替位置として算出し、
前記理想切替位置が前記切替許可範囲内にある場合、前記理想切替位置でパルスパターンを切り替え、
前記理想切替位置が前記切替許可範囲外にある場合、前記切替許可範囲内で前記理想切替位置に最も近いロータ位置に修正した切替位置でパルスパターンを切り替える請求項1に記載の回転機の制御装置。 The pulse pattern setting unit
Based on the ratio of the current and next fundamental voltage amplitudes with respect to the fundamental voltage corresponding to the modulation factor computed at a predetermined computation period in the modulation factor computation unit, the current fundamental voltage value and the next fundamental voltage value Is calculated as the ideal switching position,
When the ideal switching position is within the switching permission range, the pulse pattern is switched at the ideal switching position,
2. The rotating machine control device according to claim 1, wherein when the ideal switching position is outside the switching permission range, the pulse pattern is switched at the switching position corrected to the rotor position closest to the ideal switching position within the switching permission range. .
全ての相のパルスパターンの出力電圧がON状態又はOFF状態を継続しており、電圧ベクトルが一定であるロータ位置範囲を前記切替許可範囲として設定する請求項1〜3のいずれか一項に記載の回転機の制御装置。 The pulse pattern setting unit
The rotor position range in which the output voltages of the pulse patterns of all phases continue to be in the ON state or the OFF state and the voltage vector is constant is set as the switching permission range. Rotating machine control device.
回転数又は変調率の変化率が閾値を超えたとき、異常処置として、パルスパターンを強制的に切り替える請求項1〜8のいずれか一項に記載の回転機の制御装置。 The pulse pattern setting unit
The control device for a rotating machine according to any one of claims 1 to 8, wherein the pulse pattern is forcibly switched as an abnormality treatment when the change rate of the rotation speed or the modulation rate exceeds a threshold value.
回転数又は変調率の低下率が閾値を超えたとき、異常処置として、パルスパターンを強制的に切り替える請求項9に記載の回転機の制御装置。 The pulse pattern setting unit
The control device for a rotating machine according to claim 9, wherein when the number of rotations or the rate of decrease in the modulation rate exceeds a threshold value, the pulse pattern is forcibly switched as an abnormality treatment.
想定され得る回転機の運転条件変化パターンに応じて前記切替許可範囲を設定可能なように、予め設定された複数のパルスパターンを記憶する記憶部(29)を有し、
入力された変調率に応じて、前記記憶部から適当なパルスパターンを読み込む請求項1〜10のいずれか一項に記載の回転機の制御装置。 The pulse pattern setting unit
A storage unit (29) for storing a plurality of pulse patterns set in advance so that the switching permission range can be set according to an operating condition change pattern of a rotating machine that can be assumed;
The control device for a rotating machine according to any one of claims 1 to 10, wherein an appropriate pulse pattern is read from the storage unit in accordance with an input modulation factor.
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